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新型全生物降解塑料PBS进展

新型全生物降解塑料PBS进展季君晖研究员

CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYACHIEVEMENTS

中国科技成果2008年第08期特别策划

季君晖，男，研究员，工学博士。现为中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师，工程塑料国家工

程研究中心

总工程师。发表论文40多篇，授权专利10多项，鉴定科技成果7项，出版专著1部，主持或参加制定国

家标准、行业标准多

项。成功开发了抗菌冰箱、消毒洗衣机及系列抗菌材料、全生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、改性

塑料等产品，其

中抗菌母粒、纳米PET工程塑料获国家重点新产品称号。

降解塑料是指在一定的自然环境条件下，能够被自

然界各种作用分解变成低分子化合物的材料。自1973年

Griffin提出全世界第1项可降解塑料专利以来,降解高

分子材料得到了快速的发展。降解塑料的发展经历了淀

粉等天然材料直接开发利用、淀粉/聚合物共混体系——

崩解型材料、开发全生物分解高分子材料及开发廉价通

用型全生物分解塑料等四个阶段。由于全生物分解材料

在微生物或动植物体内酶的作用下，可最终分解为二氧

化碳和水而回归自然，与天然大分子，如淀粉、纤维素

等相比更好的力学性能和耐水性，易加工，能够达到塑

料的使用要求；通过调节其化学结构，能实现可控降解

等特点，是目前降解塑料发展的主要方向和内容，并将

是今后中长期的产业发展方向。

近年来，发达国家以完全生物降解塑料的研发最为

活跃，据报道，1998年全球完全生物降解塑料年产量约

为3万吨，到2001年，美国、西欧、日本的产量已增加

到7万吨，2004年已经达到12万吨。据预测，2007年前

全球新投产的生物降解聚合物产能将达22.5～30万吨。

脂肪族聚酯当中研究得最多的是聚（β-羟基丁酸

酯）（PHB）、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

以及它们的共聚共混物。

近年来，为了开发新型的综合性能良好的脂肪族

聚酯，聚二元酸二元醇酯系列的开发研究已受到世界范

围内的普遍关注。二醇和二羧酸的选择是开发二醇－二

羧酸聚酯类可生物降解塑料的关键。其选择对聚合的难

易、聚合物的物理性质和可生物降解性以及生产成本都

有很大的影响。用作普通塑料的可生物降解材料，要求

其必须是耐热的，尤其是熔点要高于80℃。在该系列中，

PBS及其共聚酯聚丁二酸/己二酸－丁二醇酯（PBSA）

由于具有良好的综合性能而受到青睐。

1聚丁二酸丁二醇酯（PBS）国内外进展

PBS由丁二酸和丁二醇聚合而成，采用传统缩聚方

法，合成的PBS分子量低于5000，不能作为材料医用，

但作为气相色谱固定相或增塑剂早已有商业化的产品。

1993年，日本的昭和高分子公司首先采用异氰酸酯作为

扩链剂，与二酸二醇经缩聚反应合成的低分子量聚酯反

应，制备出高分子量的聚合物，高分子量的PBS的力学

性能优于PE，熔点为115℃，满足通用塑料的使用要求，

可在普通塑料加工机械上进行注塑、挤出和吹塑等成型

加工设备上进行各类成型加工，在干燥环境中稳定，在

泥土、海水及堆肥中都能完全生物降解，因此可在较长

的贮存和使用期内保持性能稳定，而使用后可迅速降解。

原材料价格低，来源丰富，以脂肪族二元酸、二元醇为

主要原料，因此这类聚酯作为新型生物降解塑料引起了

广泛的关注。在20世纪90年代末，昭和公司实现了产

业化，以商品名为“Bionolle”系列产品上市。目前昭

和公司的PBS产能为3000吨/年。近年，日本三菱公

司建立了10000吨/年的PBS生产线。中科院理化所在

中科院北物质项目的支持下，采用特种高效催化体系，

通过一步法聚合的新工艺直接制备得到高分子量的PBS

产品。该创新性的工艺不仅可以和扩链法一样得到分子

量超过200000的高分子量的PBS产品，而且在工艺流

程和卫生性等方面具有明显的优势，和扩链法比较省了

扩链反应步骤，简化了工艺，减少了损耗和设备投入，

降低了成本；产品不含扩链剂，卫生性能得到明显提高，

可以应用于食品包装等领域，并较扩链产品有更好的生

物降解性能。

2PBS应用研究

PBS虽然具有良好的综合性能，但其刚性较差，与

普通塑料相比其生产成本还是偏高，应用推广受到限制。

为了改善PBS的性能，降低PBS制品价格，使其能得

到更广泛的应用，人们根据应用要求通过共聚、共混等

方法合成出了一系列的PBS基生物降解材料：