可降解高分子材料—PBS
在脂肪族聚酯中，聚丁二酸丁二酯(PBS)由于其优异的综合性能及良好的工业化前景，成为脂肪族聚酯中发展最快的品种之一。它一般通过脂肪族二元醇与二元酸的缩聚反应制得。与其他可生物降解聚酯材料如聚乳酸酯(PLA)、聚羟基丁酸酯(PHA)相比，PBS价格低廉，具有良好的物理机械性能、易加工成型等特点。
与其它脂肪族聚酯相比，PBS不仅具有较高的熔点(与低密度聚乙烯接近)，并且具有相对高的玻璃化转变温度、拉伸强度及硬度(一般介于聚乙烯和聚丙烯之间)。此外，PBS具有与低密度聚乙烯相媲美的强度和韧性。目前被认为是最有希望实现工业化和商品化的可生物降解高分子材料之一。
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可降解高分子材料—PBS
一、PBS基础物性
一种PBS产品为白色结晶型聚合物，其比重为1.2左右，熔点为℃，燃烧热约为聚烯烃的1/2左右。表1和表2给出的PBS基础物性和力学性能数据表明，PBS与低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP）的基础物性和力学性能相近，特别是从拉伸、弯曲、冲击特性等角度而言，PBS具有作为结构材料所应有的基本特性。
二、PBS生物降解机理
脂肪族聚酯在微生物的作用下可发生降解，其微生物降解过程为：微生物首先侵蚀脂肪族聚酯表面，然后由微生物分泌的脂肪酶对聚酯中的酯键发生作用使其水解，脂肪族聚酯的微生物降解反应示意如下：
PBS基塑料理论上容易被微生物降解，但随其共聚组分、相对分子质量的不同，降解性有很大差别。酯键之间结合的亚甲基数为4-8时，脂肪族聚酯较容易降解。聚合物链中存在苯环结构和脂肪族醚键等，其生物降解性下降；PBS的相对分子质量大以及亲水性差，不利于微生物的侵蚀、繁殖与生物降解。
三、PBS合成工艺的研究
脂肪族聚酯的合成方法理论上有生物发酵法和化学合成法两种方法，生物发酵法的合成成本较高；化学合成法可对产品进行分子设计，合成成本较低，主要包括以下几种:
3.1熔融缩聚法
熔融缩聚法是指丁二酸和丁二醇在一定的温度下首先进行酯化反应，然后在高温和高真空条件下进行缩聚反应。熔融缩聚法工艺简单，往往可以得到高分子量的聚酯。但该方法反应条件比较苛刻，需要高温及高真空等条件。此外，该方法的最大问题在于酯化阶段如果温度低脱水困难，而温度高脱水快但易产生副反应，导致大量的四氢呋喃生成。而且如果缩聚反应的温度较高，在聚合阶段后期往往会发生一些副反应，从而影响产物的分子量等。
3.2溶液聚合法
溶液聚合法是使用不同的溶剂，丁二酸和丁二醇首先在一定的温度下反应一定时间，通过溶剂回流带走一部分水，直至完成酯化反应，然后在更高的温度下进行缩聚反应。与熔融缩聚法比，溶液聚合法缩聚温度不是很高，但反应时间过长，生成物的相对分子量也不高。由于使用了溶剂，故该方法在工业应用上受到一定限制。
3.3酯交换法
酯交换法一般是二元酸二甲酯与等量的二元醇，在催化剂作用下，经过高温、高真空脱甲醇进行酯交换反应得到聚酯。酯交换方法存在反应时间长及产物分子量不高等缺点，故该方法的应用比较少。
3.4扩链法
不管是直接酯化法还是酯交换法，后期都要不断地脱出小分子从而保证反应向正方向进行。但是在聚酯合成的后期，反应温度通常比较高(℃)，会发生一些脱羧、热降解等副反应从而影响产物的分子量。而加入扩链剂可以在较短时间内与聚合物的端基反应从而迅速提高产物的分子量，适合端羟基的扩链剂可与PBS的端羟基发生反应，达到扩链的效果，主要包括二异氰酸酯类，较为常用的有甲苯—2，4一二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二甲苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、4，4～二环己基甲烷异氰酸酯(DES)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等。
四、PBS改性的研究
PBS是一种全新的可生物降解脂肪族聚酯。与其它已经得到广泛应用的聚酯材料相比，PBS存在熔体强度差等缺点，这将限制其在薄膜领域的应用。由于PBS本身分子链结构的影响，其薄膜制品存在横向拉伸强度低及易撕裂等缺点。此外，结晶速率慢也是限制PBS广泛应用的一个重要因素。由以上分析可知，PBS单独使用很难以满足日益广泛的使用要求，需要多种性能不同的材料复合或与其它可反应单体共聚，制备多组分生物降解聚合物材料。目前对PBS的改性主要集中在化学共聚、物理共混、及纳米复合等方面。
4.1PBS的共聚改性
PBS的主要缺点是结晶速率慢，结晶度高，导致生产效率低，产品耐冲击性能差。通过共聚改性，有望降低其结晶度并改变其结晶行为。从而调节材料的生物降解速率，并提高材料的韧性。其中研究较多的二元共聚单体有己二酸、对苯二甲酸、甲基丁二酸、乙二醇、丙二醇及己二醇等。
4.2PBS的共混改性
物理共混主要是通过控制聚合物的结晶度和相尺寸来达到改善材料物理机械性能的目的，通常用来与PBS共混的聚合物主要集中可生物降解聚酯。虽然PBS综合性能优良，具有良好的物理机械性和生物降解性，但其成本较高，从而限制了其在其它领域中的应用范围。同时，单一聚合物很难满足材料性能的广泛要求，而与其它聚合物的共混或复合则可以利用两种聚合物各自的优点，制备出性能优异的高分子复合材料。与PBS共混的可生物降解高分子材料有淀粉、纤维素、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸乙二酯(PES)等.
4.3其他改性
除上述的共聚或共混方法改性外，无机物填充改性PBS也是常用的方法之一。这些无机填料一般可以改善PBS的物理机械性能及结晶性能。常用的无机填料有碳纳米管、蒙脱土、二氧化硅、及二氧化钛等。
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五、PBS的应用
5.1包装材料
可绛解包装材料主要有垃圾袋、食品袋、各种瓶子和标签等。
5.2农林业用品
农林业中常用的是农用薄膜，以及各种种植用器皿和植被网等。因为PBS的脆性比较大，一般需要进行改性，比如加入柔性组分己二酸等。
5.3日用杂品
一般要求具有一定的机械强度和耐用性。
5.4纺织业
除了生产普通的纤维外，还可以探索对PBS纤维进行功能化，如与带有金属离子的陶瓷材料共混生产抗苗纤维或者与锫化合物共混生产保温纤维等。
5.5医用
医用制品中的各种人造材料如人造软骨、缝合线、支架等也可使用PBS。
参考文献：
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编辑：张元铭
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