聚丁二酸丁二酯的研究进展

徐久升

摘要：主要介绍了聚丁二酸丁二醇酯(PBS) 的化学合成技术，包括直接酯化法、酯交换法和扩链法等的情况。而且综述PBS 在改性技术方面( 包括PBS 基脂肪族共聚酯和PBS 基共混复合物等改性技术) 的进展。最后展望了PBS 的应用和发展前景。

关键词：聚丁二酸丁二醇酯；合成；改性；应用

 

ResearchProgress of Poly(butylene succinate)

XuJiusheng

Abstract ：The chemical synthesis technology of poly(butylenesuccinate)(PBS)，include the direct esterification method， ester exchange method and chain extension method etc. were mainlyintroduced. The progress of PBS in modification technology(includingaliphaticcopolyester based on PBS and PBS matrix composites etc modified technology) wasalso prospected. Finally，the present status of application and foreground in the researchfield was outlined.

Keywords ：poly(butylene succinate) ； synthesis ； modification ； application

 

目前，越来越多的高分子材料进入了生产和生活等各个领域，包括包装材料、医用材料、温室建筑、科学研究用特种装置、覆盖薄膜，航天设备和仪器、从工业领域到农业领域等均有应用，已成为现代社会生活中不可缺少的材料。高分子材料由于原料来源丰富，品种繁多，综合性能优异、价格低廉、易成型加工等特性而用途广泛，因此在材料领域中的地位日益突出，增长最快。高分子材料的发展历史虽然不足百年，但是发展却相当迅速，若按体积计，目前，其世界年产量已经超过金属类，成为最重要的材料品种之一。另一方面，随着地球上石油资源的逐渐减少，这也迫使人类不断寻找一种新型且来源丰富的高分子材料来代替现

在使用的由石油资源得到的高分子材料。因此，越来越多新型高分子材料的使用，有效地降低了人类对日益减少的不可再生资源的依赖。另外，这种以石油为基础合成的高分子材料，由于其优良的稳定性，导致了它在自然界中的分解时间过长或有的甚至根本不分解，其中含有的有毒有害物质对环境造成了严重甚至不可逆的污染，如残弃的塑料膜存在于土壤中阻碍农作物根系的发育和对水分、养分的吸收，使土壤透气性降低导致农作物减产；动物食用残弃的塑料膜后会造成肠梗阻而死亡；流失到海洋中或废弃在海洋中的合成纤维渔网和钓线已

对海洋生物造成了相当的危害，这些都已经成为倍受关注的全球性问题，因此迫切需要研制对环境友好的由可再生资源制备的材料。随着人们日益对环保问题的重视，可生物降解且具有良好经济性的聚合物材料引起人们极大的兴趣。据统计，2012 年全世界可生物降解塑料的需求量达到28 万t，北美、欧洲、亚洲市场对生物降解塑料的需求量将以每年15% 的

速度增长，到2017年需求量将达到55 万t／a。生物降解聚合物中有一大类是脂肪族聚酯，这类聚酯的主要品种有聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚乳酸(PLA) 和聚羟基酪酸(PHB) 等。在这些材料中，目前研究较多且已经有一定生产规模的是PLA，如美国卡基尔· 道聚合物公司和日本的三菱树脂公司都有了较大规模的PLA 生产线。PBS于20 世纪90 年代进入材料研究领域，并迅速成为可广泛推广应用的通用型完全生物降解塑料研究的热点

材料之一，与PCL，PHB，聚羟基脂肪酸酯(PHA) 等降解塑料相比，PBS 具有价格低廉、力学性能优异等特点；而与价格接近的PLA 相比，PBS 又具有加工方便，可适应目前常规

的塑料加工工艺，耐热性能好的特点，其热变形温度可以超过100℃(PLA 的耐热变形温度只有60℃左右)。而且PBS联系人：杨金明，硕士，工程师，主要从事高分子材料加工与改性工作。

合成的原料来源既可以是石油资源，又可以通过生物质资源发酵得到，因此引起了科技和产业界的高度关注。在这些可完全降解的脂肪族聚酯中，PBS 成为目前最具有产业化前景

的通用型降解塑料之一。

1　PBS 的合成技术

脂肪族聚酯的合成方法有生物发酵法和化学合成法两种，但由于前者的生产成本较高，所以目前国内外一般采用化学合成法来生产PBS。化学合成法可对产品进行分子设计，合成成本也较低，又包括直接酯化法、酯交换法和扩链法。

2　PBS 的改性

PBS 是非常有前途的可生物降解高分子材料，有着优良的性质，比如生物降解性，熔融可加工性，耐热、耐化学药品性等，因此具有十分重要的理论研究与实际应用价值。然而，在实际应用中由于PBS 为脂肪族直链结构聚酯，从而导致熔体强度过低，使得其稳定性及加工性达不到使用要求，不能用流延、吹塑等工艺进行成型加工，这大大阻碍了PBS实际应用。另外，由于PBS 的价格较贵，这也在一定程度上限制了它的应用。因此有必要采用各种方法对其进行改性并降低其生产成本，这就成为研究的热点。

3　PBS 的应用

PBS 作为一种生物可降解高分子材料具有无毒、可生物降解及生物相容性较好等优点，具有极为广泛的用途。PBS 力学性能十分优异，接近聚丙烯和丙烯腈– 丁二烯– 苯乙烯塑料；耐热性能好，热变形温度接近100℃，改性后使用温度接近100℃，可用于制备冷热饮包装和餐盒，克服了其它生物降解塑料耐热温度低的缺点；加工性能非常好，可在现有塑料加工通用设备上进行各类成型加工，是目前降解塑料加工性能最好的，同时可以共混大量碳酸钙、淀粉等填充物，得到价格低廉的制品；PBS 可用于缓释农药和肥料，此外还可以制成渔网、可降解农用地膜，和移植植物用的一次性器皿等。利用其可降解性制成可降解包装材料主要有垃圾袋、食品袋、各种瓶子和标签等。还可以利用PBS 的可生物降解性，作为药物的载体植入体内，在药物释放完之后不需要再经手术将其排出，可以减少用药者的痛苦和花费。PBS除了可以用作药物释放载体，还可用于软组织修复和组织工程支架材料等生物医药领域，这类研究还在进行中。

PBS 生产可通过对现有通用聚酯生产设备稍作改造即可进行。目前国内聚酯设备产能严重过剩，改造生产PBS为过剩的聚酯设备提供了新的用途。另外，PBS 只有在堆肥、水体等特定微生物条件下才发生降解，在正常储存和使用过程中性能非常稳定。

4　结语

PBS 作为重要的生物可降解材料之一，其应用价值已经获得了认可，现在研究热点主要集中在创新合成途径、改进生产工艺以提高PBS 聚合物的分子量；对PBS 进行改性或与其它材料复合制成综合性能优异的复合材料；寻找价格低、来源广的填料，降低产品的成本等方面。

目前，在PBS的某些应用研究领域还存在局限，如不同研究者提出的观点存在着较大的矛盾，且基础理论还需要进一步的完善。随着研究的深入，PBS 的综合性能将不断得到提高，而其制品的价格将大大降低，并逐渐取代传统塑料，实现可持续发展。