聚丁二酸丁二醇酯(PBS)製備技術及應用前景分析論文

1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）綜述

1.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）定義

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作爲一種新型塑料材料，結構是丁二酸與丁二醇經常複分解反應後形成的酯，分子式爲：HO-[CO-（CH2）2-CO-O-（CH2）4-O]n-H，

具有生物降解性優異、用途廣泛等特點，常用於塑料包裝、食用餐具、農用薄膜、醫用高分子材料等領域。與其他降解型塑料相比，PBS的成本低、性能良好，能非常好地與其他不同材料進行有效聚合，因此其工業應用前景非常廣闊，具有很好的市場與經濟價值。

研究表明，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）以二元酸以及二元醇等化學物質爲主要原料，透過一系列化學反應而合成。經過多年的科學實驗與工業聲場，PBS的加工性能已經比較成熟，可在絕大多數塑料設備上開展任何形式、任何類型加工。此外，PBS也可以與碳酸鈣、澱粉等廉價填料共混，以此來以降低生產質保成本。

研究表明，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）塑料除了具有普通塑料的性能外，同時還具有透明性好、光澤度強以及印刷性能好等多種特點，是目前被公認爲最有前景的綠色環保型高分子材料。具體來說，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能主要表現在以下四個方面：

1.3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的應用

由於聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的上述性能，使它具有非常廣的應用範圍。

1.3.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）廣泛應用於包裝領域，主要有包裝垃圾袋、食品袋、各種冷熱飲瓶子、農用薄膜、種植器具與植被網等。

1.3.3 由於聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有生物相容性與可降解性等特點，從而廣泛應用於醫療行業，如用於人造軟骨、手術縫合線、手術支架等醫用設備。

2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）應用的合成工藝

化學合成法在聚丁二酸丁二醇酯（PBS）合成中的應用最廣泛，主要有溶液縮聚法、熔融縮聚法、擴鏈法、酯交換聚合法等。此外，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）也可採用生物發酵法進行合成，但其成本較高，應用範圍不廣。

2.1 溶液聚合法

溶液聚合法的具體原理如下：在一定溫度與催化劑條件下，使丁二酸與丁二醇發生化學反應，完成二者的酯化反應，在反應過程中使用不同的溶劑，減少反應生成的水分，然後在高溫條件下發生縮聚反應。

一般來說，如果不能及時分離溶液聚合反映產生的水分，將會給PBS的聚合反應帶來不利影響。因此，有學者對溶液縮聚法進行了提升與改進，以十氫萘爲溶劑，以二元酸和二元醇爲原料，在合適的溫度與催化加條件下發生聚合反應，並用油水分離器取代傳統水分離方法。該種方法適用於工業對塑料的大規模生產。

2.2 熔融縮聚法

熔融縮聚法將合成PBS的過程分成酯化階段和縮聚階段兩部分。具體步驟爲：在較低的溫度條件下，以丁二酸和丁二醇爲化學反應原料，進行熔融酯化反應，然後在真空、高溫條件下完成縮聚反應。

該方法對催化劑的要求比較高，催化劑能直接影響PBS分子量的大小。學者在35℃與31.99kPa的條件下，以三氟甲烷磺酸鈧和三氟甲基磺酰亞胺爲催化劑完成聚合反應，取得了較好的效果。

但是，透過傳統合成工藝聚合得到的PBS分子量相對較低，限制了PBS的合成效果與應用範圍。因此，學者又進一步創新和改進了PBS的合成工藝，將縮聚反應分爲預縮聚和真空縮聚兩步，從而進一步提高了PBS聚合的效果與效率。

2.3 擴鏈法

擴鏈劑是一種分子量相對較低的雙官能團化合物，易同高分子聚合物鏈的末端基團發生化學反應，可增加聚合物的相對分子量，進一步加快聚合反應。   使用擴鏈劑後的擴鏈法可使聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的力學性能大幅提高，研究結果顯示使用擴鏈法後的PBS的力學性能有所善、特性黏度有所增強、生物降解性也有所改善。

此外，使用擴鏈劑後的擴鏈法還可提高PBS的分子量，研究表明：採用該法後的PBS的分子量成倍增加，熱穩定性也有所提高，但該擴鏈反應法所需的時間較長，反應條件也較爲苛刻，因而使用範圍較小。

2.4 酯交換法

在高溫、高真空以及催化劑的作用下，使等量的二元醇和二元酸二甲酯進行酯交換，完成聚合反映，從而得到聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。由於酯交換法中未使用溶劑，而且參加反應的二元醇可透過水溶劑或加熱等簡單操作除去，最終得到的PBS雜質含量較低。

3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的改進

爲進一步提高聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的性能，許多學者開展了大量的針對PBS的改進性分析與研究，在不斷提高PBS各類常用性能與特點的同時，也有效地提高了生物相容性和生物降解性特性，具體改進方法分爲共聚改進方法和共混改進方法兩種。

在實施共聚改進方法時，把芳香族類聚酯添加到PBS製備之中，能明顯提高其既有的物理性能與力學性能。研究表明，將芳香基團連接在PBS側鏈上，能使PBS的斷裂明顯伸長、撕裂度明顯降低、生物降解性明顯加強。把脂肪族組分添加到PBS的製備過程中，可有效改善PBS的脆性，提高其生物降解性等。

4 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的應用及產業化發展

PBS是降解能力非常強的化學聚合物，在自然條件下，可完成分解，且其分解產物是對自然環境沒任何污染與破壞的水和二氧化碳。因此，大力發展與推廣PBS及其相關產業，是有效降低塑料產量、環減環境污染的重要途徑之一。

4.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的應用

以PBS作爲主要的原料，可製造出化學性能與物理性能都非常優良的'複合纖維。此外，將帶有金屬離子的陶瓷材料與PBS纖維混合，能製造出抗菌性能非常好的纖維材料。研究還表明PBS在人體內部的適應性非常好，在人體內可以被完全分解和吸收，且幾乎不產生副作用。因此，PBS也廣泛應用於醫療手術縫合線等。

4.2 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的產業化發展

近年來，歐美髮達國家越來越重視PBS可降解塑料的研究與應用，投入大量的人力與物力，加大研發力度，從而明顯加快了產業化發展的步伐。研究表明，生物降解性塑料的需求呈幾何指數增長率，預計歐洲20xx年消費量將超過100萬噸。

20世紀末，日本的高科技公司以異氰酸酯爲擴鏈劑，對傳統縮聚合成得到、分子量相對較低的PBS開展改進，成功實現了相對分子量爲200000的PBS聚合，極大地擴展了PBS的應用範圍、加快了市場化應用步伐。

在國內，中科院下屬的研究所自主研發了特種納米微孔載體材料複合高效催化體系，實現了對相對分子質量超過200000的PBS的聚合合成，並與相關公司簽署協議，合資組建分子材料公司，建設世界最大規模的PBS生產線，成功實現其產業化發展，這標誌着中國生物降解塑料產業開始大規模產業化的新紀元。此外，由於PBS具有優異的性能，中科院在常用塑料加工設備上對PBS及其相關產品開展再加工與再成型研究，從而製備出加工性能更加優異、工業用途更加廣泛的PBS材料，且該材料對設備和工藝的要求進一步降低。

PBS生物降解性聚酯作爲塑料家族的品種之一，因其良好的性能特徵與低污染性，正以很快的速度實現產業化、規模化發展。目前已經進入實用推廣階段，隨着社會對環境污染的日益關注以及對降解塑料的不斷需求量，其產業規模必定將進一步擴大。與此同時，發酵法生產丁二酸已實現商業化發展，技術也已成熟，爲大規模生產與發展PBS提供來源保障，使PBS變成真正的綠色塑料，且其成本也將進一步降低，產品的應用領域還會不斷擴大。

5 結語

目前，雖然PBS作爲一類新型的生物降解材料，且國內外學術界與工業領域對其的研究與應用逐漸增加，但其在很多領域的研究存在侷限與不足。不同學者的觀點仍存在一定的分歧。本文認爲，隨着理論研究與實踐應用的進一步深入與成熟，PBS的綜合性能將會不斷提高、成本與價格也將不斷降低，並逐漸取代傳統塑料，進一步降低對環境的污染與危害，從而真正實現可持續發展。