Полибутилен сукцинат
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
Поли(тетраметиленсукцинат)
| |
| Идентификаторы | |
| Сокращения | ПБС |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| (С 8 Н 12 О 4 ) н | |
| Плотность | 1,26 г/см 3 |
| Температура плавления | 115 ° C (239 ° F; 388 К) |
| нерастворимый | |
| Растворимость в хлороформе | Растворимый |
| Родственные соединения | |
Родственные мономеры
|
Янтарная кислота Бутандиол |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Полибутиленсукцинат ( PBS ) (иногда пишется политетраметиленсукцинат) представляет собой термопластическую полимерную смолу семейства полиэфиров . PBS представляет собой биоразлагаемый алифатический полиэфир , свойства которого сравнимы с полипропиленом .
Он также может называться торговыми марками GsPLA или BioPBS ( Mitsubishi Chemical). [ 1 ] PBS состоит из полимеризованных звеньев бутиленсукцината с повторяющимися С 8 Н 12 О 4 ед.
История
[ редактировать ]
Синтез полиэфиров на основе янтарной кислоты был впервые осуществлен в 1863 году. Тогда же португальский профессор Агостиньо Висенте Лоуренсо описал в своей книге «Исследование многоатомных соединений» реакцию между янтарной кислотой и этиленгликолем, в результате которой образуется то, что он назвал «янтарно-этиленовую кислоту». Он заметил, что эта кислота теряет воду при нагревании при высоких температурах (300°С) и что после охлаждения образуется кристаллическая масса. [ 2 ] К сожалению, Лоуренсу мало изучал структуру полученного им материала.
Позже Давидов (1886 г.), [ 3 ] а затем Воландер (1894) приготовил тот же материал, используя другие методы. Эту раннюю работу продолжил в 1930-х годах Уоллес Карозерс ( EI du Pont de Nemours and Co. ) с более систематическим изучением полиэфиров на основе янтарной кислоты . Тогда целью таких исследований было найти синтетическую альтернативу натуральному шелковому волокну.
Карозерс, удаляя воду в процессе непрерывной дистилляции, получил полимеры с молярной массой, значительно превышающей те, что были синтезированы ранее. [ 4 ] Тем не менее, свойства конечной продукции не показали ожидаемых качеств. Таким образом, Каротерс уделил больше внимания полиамидам и вместе со своим коллегой Джулианом Хиллом изобрел нейлон 6,6 .
Позднее Флори (1946) предложил усовершенствованный синтез алифатических полиэфиров с помощью хлорангидридов. [ 5 ]
В начале 1990-х годов, после более чем 40-летнего забвения, к этим полимерам возобновился интерес в связи с растущим спросом на биоразлагаемые полимеры и полимеры на биологической основе.
Синтез
[ редактировать ]Как и в случае с другими полиэфирами, такими как полиэтилентерефталат , существуют два основных пути синтеза PBS: процесс трансэтерификации (из диэфиров сукцината) и процесс прямой этерификации, начиная с двухосновной кислоты .
Прямая этерификация янтарной кислоты 1,4- бутандиолом является наиболее распространенным способом получения PBS. Он состоит из двухэтапного процесса. Сначала избыток диола этерифицируют двухосновной кислотой с образованием олигомеров PBS с удалением воды .
Затем эти олигомеры подвергают переэтерификации в вакууме с образованием полимера с высокой молярной массой. Для этого этапа требуется соответствующий катализатор, такой как производные титана , циркония , олова или германия . [ 6 ]
Биоразлагаемость
[ редактировать ]Amycolatopsis (вид HT-6), Penicillium (вид штамм 14-3), Bacillus , Thermopolyspora и Aspergillus versicolor могут разлагать PBS. Из четырех последних упомянутых микроорганизмов Aspergillus versicolor оказался лучшим микроорганизмом, разлагающим PBS. [ 7 ] Microbispora rosea , Excellospora japonica и E. viridilutea могут потреблять образцы эмульгированного PBS. [ 8 ]
Контролируемое биоразложение PBS протекает в три фазы: сначала медленная фаза, затем вторая ускоренная фаза и последняя фаза выравнивания. На эффективность биоразложения также влияют размер и форма материалов. PBS разлагается лучше в виде порошка или пленки по сравнению с гранулами из-за большей доступной поверхности. [ 9 ]
Приложения
[ редактировать ]Поскольку PBS разлагается на воду и CO 2 под действием природных разлагающих ферментов и микроорганизмов, [ 10 ] это может быть биоразлагаемая альтернатива некоторым обычным пластикам . Объем областей применения PBS все еще растет, и можно выделить несколько областей, но по-прежнему трудно точно определить, в каком конкретном объекте PBS фактически используется. Впервые в области упаковки ПБС можно будет перерабатывать в пленки , пакеты или коробки для упаковки как пищевых продуктов, так и косметических товаров . Другие применения PBS можно найти в одноразовых изделиях, таких как посуда или медицинские изделия. В сельском хозяйстве PBS проявляет интерес к производству мульчирующих пленок или материалов с замедленным высвобождением пестицидов и удобрений . PBS также обещает найти доли рынка в рыболовстве (для рыболовных сетей), лесном хозяйстве , гражданском строительстве или других областях, в которых восстановление и переработка материалов после использования проблематичны. [ 11 ] В медицинской сфере PBS может использоваться в качестве биоразлагаемых систем инкапсуляции лекарств. [ 12 ] а также исследуется на предмет имплантатов .
Промышленное производство
[ редактировать ]В промышленности усовершенствование синтеза PBS позволило наладить крупномасштабное производство этого полимера. Японская компания Showa High Polymer построила в 1993 году полукоммерческий завод мощностью 3000 тонн полимера в год. [ 13 ] Эти полиэфиры, продаваемые под торговой маркой Bionolle, синтезируются посредством конденсационной полимеризации в расплаве с последующим удлинением цепи диизоцианатом . [ 14 ] Намного позже, в апреле 2003 года, Mitsubishi Chemicals построила мощность 3000 тонн в год и выпустила на рынок PBS под названием GS Pla (Зеленый и устойчивый пластик). Этот полимер имеет высокие молярные массы без использования удлинителя цепи. С тех пор на рынке появилось несколько производителей PBS, таких как Hexing Chemical (Аньхой, Китай), Xinfu Pharmaceutical (Ханчжоу, Китай) или IRe Chemical (Южная Корея). В 2010 году Hexing Chemical стала первым крупным предприятием PBS в Китае с годовой мощностью 10 000 тонн. В том же году Xinfu Pharmaceutical объявила о строительстве крупнейшей в мире линии непрерывного производства PBS годовой производительностью 20 000 тонн. В настоящее время большая часть этих полиалкиленсукцинатов синтезируется из нефтехимических предшественников. Тем не менее, большинство производителей изучают или разрабатывают янтарную кислоту биологического происхождения для синтеза этих полиэфиров . В 2016 году Showa Dko объявила о прекращении производства и продажи Bionolle, сославшись на задержку с введением экологических норм в отношении пластиковых пакетов для покупок и падение рыночных цен на биоразлагаемый пластик. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Биоразлагаемый полимер «БиоПБС» | Продукция» .
- ^ Лоренцо, А.В. (1863). «Исследование многоатомных соединений». Энн. Сказать. Физ . 67 (3).
- ^ Давидов, О. (1886). «Случай образования этилсукцината». Бер. Немецкий. Хим . 19 :2. дои : 10.1002/cber.18860190196 .
- ^ Карозерс, WH (1929). «Исследования по полимеризации и образованию колец II. Полиэфиры». Дж. Ам. хим. Соц . 51 (8): 10. дои : 10.1021/ja01383a042 .
- ^ Патент США 2 589 687.
- ^ Жакель, Н.; и др. (2011). «Синтез и свойства поли(бутиленсукцината): эффективность различных катализаторов переэтерификации». Дж. Полим. Sci., Часть А: Полим. Хим . 49 (24): 5301–5312. Бибкод : 2011JPoSA..49.5301J . дои : 10.1002/pola.25009 .
- ^ Чжао; Цзюнь Цзэн; Фэн-Хуэй Ши; Цин Ян (2005). «Биодеградация поли(бутиленсукцината) в . » Цзянь- Хао компосте 2273–2278 дои : 10.1002/прил.22009 .
- ^ Ютака Токива; блаженный П. Калабия; Чарльз У. Угву; Сейичи Айба (сентябрь 2009 г.). «Биоразлагаемость пластмасс ». Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3722–3742. дои : 10.3390/ijms10093722 . ПМК 2769161 . ПМИД 19865515 .
- ^ Лаура Алиотта; Мауриция Седжиани; Андреа Лаццери; Вито Гиганте; Патриция Чинелли (2022). «Краткий обзор поли (бутилен сукцината) (PBS) и его основных сополимеров: синтез, смеси, композиты, биоразлагаемость и применение» . Полимеры . 14 (4): 844. doi : 10.3390/polym14040844 . ПМЦ 8963078 . ПМИД 35215757 .
- ^ Сюй, Дж. (2010). «Микробная янтарная кислота, ее полимер поли(бутилен сукцинат) и применение». Пластик из бактерий . Монографии по микробиологии. Том. 14. С. 347–388. дои : 10.1007/978-3-642-03287-5_14 . ISBN 978-3-642-03286-8 .
- ^ Сюй, Дж. (2010). «Микробная янтарная кислота, ее полимер поли(бутилен сукцинат) и применение». Пластик из бактерий . Монографии по микробиологии. Том. 14. С. 347–388. дои : 10.1007/978-3-642-03287-5_14 . ISBN 978-3-642-03286-8 .
- ^ Бруннер, Коннектикут (2011). «Эффективность биоразлагаемых микрокапсул поли(бутиленсукцината), поли(бутиленсукцинат-коадипата) и поли(бутилентерефталата-коадипата) в качестве систем инкапсуляции лекарственных средств». Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы . 84 (2): 498–507. дои : 10.1016/j.colsurfb.2011.02.005 . hdl : 1822/14234 . ПМИД 21376545 .
- ^ Сюй, Дж. (2010). «Микробная янтарная кислота, ее полимер поли(бутилен сукцинат) и применение». Пластик из бактерий . Монографии по микробиологии. Том. 14. С. 347–388. дои : 10.1007/978-3-642-03287-5_14 . ISBN 978-3-642-03286-8 .
- ^ Фудзимаки, Т. (1998). «Технология и свойства алифатических полиэфиров БИОНОЛЛЕ, синтезированных реакцией поликонденсации». Деградация и стабильность полимеров . 29 (1–3): 209–214. дои : 10.1016/s0141-3910(97)00220-6 .
- ^ «SDK прекращает производство и продажу биоразлагаемого пластика | Пресс-релизы | SHOWA DENKO KK www.sdk.co.jp. » Проверено 26 апреля 2017 г.