The Impact of Diethyl Furan-2,5-dicarboxylate ...
Document type :
Article dans une revue scientifique: Article original
DOI :
Permalink :
Title :
The Impact of Diethyl Furan-2,5-dicarboxylate as an Aromatic Biobased Monomer toward Lipase-Catalyzed Synthesis of Semiaromatic Copolyesters
Author(s) :
Nasr, Kifah [Auteur]
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 [UCCS]
Favrelle-Huret, Audrey [Auteur]
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 [UCCS]
Mincheva, Rosica [Auteur]
Stoclet, Gregory [Auteur]
Unité Matériaux et Transformations (UMET) - UMR 8207
Bria, Marc [Auteur]
Raquez, Jean-Marie [Auteur]
Université de Mons / University of Mons [UMONS]
Zinck, Philippe [Auteur]
Unité de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS) - UMR 8181
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 [UCCS]
Favrelle-Huret, Audrey [Auteur]
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 [UCCS]
Mincheva, Rosica [Auteur]
Stoclet, Gregory [Auteur]
Unité Matériaux et Transformations (UMET) - UMR 8207
Bria, Marc [Auteur]
Raquez, Jean-Marie [Auteur]
Université de Mons / University of Mons [UMONS]
Zinck, Philippe [Auteur]
Unité de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS) - UMR 8181
Journal title :
ACS Applied Polymer Materials
Abbreviated title :
ACS Appl. Polym. Mater.
Volume number :
4
Pages :
1387-1400
Publisher :
American Chemical Society (ACS)
Publication date :
2022-02-01
French abstract :
L'acide furane-2,5-dicarboxylique a été introduit ces dernières années en tant que monomère aromatique vert pour la conception de (co)polyesters aromatiques aux propriétés améliorées, comme le polyéthylène furanoate (PEF) ...
Show more >L'acide furane-2,5-dicarboxylique a été introduit ces dernières années en tant que monomère aromatique vert pour la conception de (co)polyesters aromatiques aux propriétés améliorées, comme le polyéthylène furanoate (PEF) qui peut définitivement concurrencer son homologue issu du pétrole, le polyéthylène téréphtalate (PET). Dans le but de produire des copolyesters semi-aromatiques d'origine biologique par une approche efficace et respectueuse de l'environnement, nous rapportons ici la polycondensation du furan-2,5-dicarboxylate de diéthyle (DEFDC) avec différents diols et diesters aliphatiques de longueur de chaîne variable, catalysée par une lipase immobilisée de Candida antarctica, en utilisant une réaction de polymérisation en deux étapes réalisée dans de l'éther diphénylique. L'influence de la longueur de chaîne des diols et des diesters, la concentration molaire de DEFDC, ainsi que l'effet de la charge enzymatique ont été évalués par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), chromatographie par perméation de gel (CPG), calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et diffusion des rayons X à angle large (WAXS). Sans DEFDC, ou à faible teneur, l'augmentation de la longueur du diol n'a pas eu d'effet négatif sur la masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) des copolyesters aliphatiques préparés. En revanche, lorsque des quantités élevées de DEFDC (plus de 40 % molaire) ont été ajoutées dans le milieu réactionnel, des différences significatives en termes d'accumulation de Mn ont été remarquées. Seuls les diols plus longs à partir de l'octane-1,8-diol ont été mis en réaction avec succès avec jusqu'à 90% de DEFDC, par opposition à seulement 25% de DEFDC avec des diols courts tels que le butane-1,4-diol. Le Mn obtenu a montré une tendance à diminuer en fonction de l'augmentation du % d'alimentation en DEFDC, surtout avec les diols courts où la diminution du Mn était plus prononcée. En faisant varier la longueur de la chaîne du diester, il était évident que les diols plus courts tels que l'hexane-1,6-diol ont une meilleure réactivité vis-à-vis des diesters plus longs, tandis que le dodécane-1,12-diol était réactif vis-à-vis de tous les diesters testés. L'incorporation de diols dimères gras à longue chaîne tels que le Pripol 2033 dans le milieu réactionnel a conduit à des polyesters avec un Mn plus élevé et a été utilisé avec succès pour surmonter les limitations de la faible réactivité observée dans le cas des diols courts en présence d'une teneur élevée en furanes. Les résultats de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) ont montré un comportement pseudo-eutectique caractérisé par une diminution du point de fusion (Tm) en fonction de l'augmentation du % molaire de DEFDC, suivie d'une augmentation à un % molaire plus élevé deࣙࣙ DEFDC (≥ 50%) et un changement de la phase cristalline confirmé par une analyse de diffusion des rayons X à grand angle (WAXS). Enfin, ce travail a montré la synthèse réussie par catalyse enzymatique de plusieurs copolyesters semi-aromatiques biosourcés avec des propriétés intéressantes variables, à base de DEFDC.Show less >
Show more >L'acide furane-2,5-dicarboxylique a été introduit ces dernières années en tant que monomère aromatique vert pour la conception de (co)polyesters aromatiques aux propriétés améliorées, comme le polyéthylène furanoate (PEF) qui peut définitivement concurrencer son homologue issu du pétrole, le polyéthylène téréphtalate (PET). Dans le but de produire des copolyesters semi-aromatiques d'origine biologique par une approche efficace et respectueuse de l'environnement, nous rapportons ici la polycondensation du furan-2,5-dicarboxylate de diéthyle (DEFDC) avec différents diols et diesters aliphatiques de longueur de chaîne variable, catalysée par une lipase immobilisée de Candida antarctica, en utilisant une réaction de polymérisation en deux étapes réalisée dans de l'éther diphénylique. L'influence de la longueur de chaîne des diols et des diesters, la concentration molaire de DEFDC, ainsi que l'effet de la charge enzymatique ont été évalués par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), chromatographie par perméation de gel (CPG), calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et diffusion des rayons X à angle large (WAXS). Sans DEFDC, ou à faible teneur, l'augmentation de la longueur du diol n'a pas eu d'effet négatif sur la masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) des copolyesters aliphatiques préparés. En revanche, lorsque des quantités élevées de DEFDC (plus de 40 % molaire) ont été ajoutées dans le milieu réactionnel, des différences significatives en termes d'accumulation de Mn ont été remarquées. Seuls les diols plus longs à partir de l'octane-1,8-diol ont été mis en réaction avec succès avec jusqu'à 90% de DEFDC, par opposition à seulement 25% de DEFDC avec des diols courts tels que le butane-1,4-diol. Le Mn obtenu a montré une tendance à diminuer en fonction de l'augmentation du % d'alimentation en DEFDC, surtout avec les diols courts où la diminution du Mn était plus prononcée. En faisant varier la longueur de la chaîne du diester, il était évident que les diols plus courts tels que l'hexane-1,6-diol ont une meilleure réactivité vis-à-vis des diesters plus longs, tandis que le dodécane-1,12-diol était réactif vis-à-vis de tous les diesters testés. L'incorporation de diols dimères gras à longue chaîne tels que le Pripol 2033 dans le milieu réactionnel a conduit à des polyesters avec un Mn plus élevé et a été utilisé avec succès pour surmonter les limitations de la faible réactivité observée dans le cas des diols courts en présence d'une teneur élevée en furanes. Les résultats de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) ont montré un comportement pseudo-eutectique caractérisé par une diminution du point de fusion (Tm) en fonction de l'augmentation du % molaire de DEFDC, suivie d'une augmentation à un % molaire plus élevé deࣙࣙ DEFDC (≥ 50%) et un changement de la phase cristalline confirmé par une analyse de diffusion des rayons X à grand angle (WAXS). Enfin, ce travail a montré la synthèse réussie par catalyse enzymatique de plusieurs copolyesters semi-aromatiques biosourcés avec des propriétés intéressantes variables, à base de DEFDC.Show less >
English abstract : [en]
Furan-2,5-dicarboxylic acid has been introduced in the last years as a green aromatic monomer towards the design of aromatic (co)polyesters with enhanced properties, i.e. polyethylene furanoate (PEF) that can definitely ...
Show more >Furan-2,5-dicarboxylic acid has been introduced in the last years as a green aromatic monomer towards the design of aromatic (co)polyesters with enhanced properties, i.e. polyethylene furanoate (PEF) that can definitely compete with their petroleum-based counterpart, i.e. polyethylene terephthalate (PET). In an attempt to produce biobased semi-aromatic copolyesters in an efficient eco-friendly approach, we report herein the polycondensation of diethyl furan-2,5-dicarboxylate (DEFDC) with different aliphatic diols and diesters of variable chain length catalyzed by an immobilized lipase from Candida antarctica using a two-step polymerization reaction carried out in diphenyl ether. The influence of diol and diester chain length, the molar concentration of DEFDC, as well as the effect of enzyme loading were assessed via Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Gel Permeation Chromatography (GPC), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Wide-Angle X-ray Scattering (WAXS). Without DEFDC, or at low content, the increase in diol length did not impose any adverse effect on the number-average molecular weight (Mn) of aliphatic copolyesters prepared. In contrast and when high quantities in DEFDC (over 40 mol-%) was added in the reaction medium, significant differences in terms of Mn building up were noticed. Only longer diols starting from octane-1,8-diol got successfully reacted with up to 90% DEFDC as opposed to only 25% DEFDC with short diols such as butane-1,4-diol. The Mn achieved showed a tendency to decrease as a function of increasing the DEFDC feed %, especially with shorter diols where the decrease in Mn was more pronounced. While varying the chain length of the diester, it was evident that shorter diols such as hexane-1,6-diol have better reactivity towards longer diesters, while dodecane-1,12-diol was reactive towards all tested diesters. The incorporation of long chain fatty dimer diols such as Pripol 2033 to the reaction media led to polyesters with higher Mn and was successfully used to overcome the limitations of poor reactivity observed in the case of short diols in the presence of high furan content. The Differential Scanning Calorimetry (DSC) results showed a pseudo-eutectic behavior characterized by a decrease in the melting point (Tm) as a function of increasing the mol % of DEFDC, followed by an increase at higher mol % ofࣙࣙ DEFDC (≥ 50%) and a change in the crystalline phase confirmed via Wide Angle X-ray Scattering (WAXS) analysis. Finally, this work showed the successful enzyme-catalyzed synthesis of several biobased semi-aromatic copolyesters with variable interesting properties, based on DEFDC.Show less >
Show more >Furan-2,5-dicarboxylic acid has been introduced in the last years as a green aromatic monomer towards the design of aromatic (co)polyesters with enhanced properties, i.e. polyethylene furanoate (PEF) that can definitely compete with their petroleum-based counterpart, i.e. polyethylene terephthalate (PET). In an attempt to produce biobased semi-aromatic copolyesters in an efficient eco-friendly approach, we report herein the polycondensation of diethyl furan-2,5-dicarboxylate (DEFDC) with different aliphatic diols and diesters of variable chain length catalyzed by an immobilized lipase from Candida antarctica using a two-step polymerization reaction carried out in diphenyl ether. The influence of diol and diester chain length, the molar concentration of DEFDC, as well as the effect of enzyme loading were assessed via Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Gel Permeation Chromatography (GPC), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Wide-Angle X-ray Scattering (WAXS). Without DEFDC, or at low content, the increase in diol length did not impose any adverse effect on the number-average molecular weight (Mn) of aliphatic copolyesters prepared. In contrast and when high quantities in DEFDC (over 40 mol-%) was added in the reaction medium, significant differences in terms of Mn building up were noticed. Only longer diols starting from octane-1,8-diol got successfully reacted with up to 90% DEFDC as opposed to only 25% DEFDC with short diols such as butane-1,4-diol. The Mn achieved showed a tendency to decrease as a function of increasing the DEFDC feed %, especially with shorter diols where the decrease in Mn was more pronounced. While varying the chain length of the diester, it was evident that shorter diols such as hexane-1,6-diol have better reactivity towards longer diesters, while dodecane-1,12-diol was reactive towards all tested diesters. The incorporation of long chain fatty dimer diols such as Pripol 2033 to the reaction media led to polyesters with higher Mn and was successfully used to overcome the limitations of poor reactivity observed in the case of short diols in the presence of high furan content. The Differential Scanning Calorimetry (DSC) results showed a pseudo-eutectic behavior characterized by a decrease in the melting point (Tm) as a function of increasing the mol % of DEFDC, followed by an increase at higher mol % ofࣙࣙ DEFDC (≥ 50%) and a change in the crystalline phase confirmed via Wide Angle X-ray Scattering (WAXS) analysis. Finally, this work showed the successful enzyme-catalyzed synthesis of several biobased semi-aromatic copolyesters with variable interesting properties, based on DEFDC.Show less >
Language :
Anglais
Peer reviewed article :
Oui
Audience :
Non spécifiée
European Project :
Administrative institution(s) :
Université de Lille
CNRS
Centrale Lille
ENSCL
Univ. Artois
CNRS
Centrale Lille
ENSCL
Univ. Artois
Collections :
Research team(s) :
Catalyse et synthèse éco-compatible (CASECO)
Submission date :
2022-07-18T13:20:23Z