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PBS的结构及其降解机理

1.1 PBS的结构
    PBS为白色结晶型聚合物，其密度为1.27 g/cm3 ，熔点为115 ℃，结晶化度为30％~60％ ，结晶化温度为75 ℃，其化学结构如图1所示。
 

图1 聚丁二酸丁二醇酯

1.2 PBS的生物降解机理
    降解是与形成相反的一个过程，是指大分子化合物经化学反应回归到小分子化合物的过程。PBS降解的本质是聚合物中化学键的断裂，其中既包括主链中化学键的断裂，又包括支链中化学键的断裂，主链结构中化学键的断裂对聚合物的降解起着决定性的作用。在PBS分子链中引入较弱的化学键或较易发生化学反应的化学键，则该键较易断裂，聚合物就较易于降解。反之，则难以降解。PBS在微生物的作用下可发生降解。微生物首先侵蚀聚酯的表面，然后由微生物分泌的酶对聚酯中的酯键发生作用使其水解。酶催化水解聚酯的过程分为以下两步。
**步，酶起一个醇的作用，可以把该反应看做是PBS聚酯的醇解，产物为酰基酶和聚酯链的一部分；
第二步，酰基酶被水解，产物为聚酯的其余部分和再生的酶。该酶可被循环利用，
如图2所示。

 
**步：         聚酯酶         酶醇        酰基酶酯   聚酯链的一部分醇

 
第二步：              酰基酶酯          聚酯的其余部分羧酸  再生的酶醇

图2 酶催化水解酯的过程

1.3 PBS的生物降解影响因素
    高分子量的PBS聚合物端基数目少，而由微生物参与的聚合物降解主要是由端基开始的，所以高分子量的聚酯降解速率相对较低。
    PBS形态对降解速率有较大的影响，降解速率为：PBS粉末>PBS片>PBS颗粒。PBS的比表面积越大，单位面积上其分子链与酶作用的位点也就越多。有较大比表面积的PBS粉末表现出更快的降解速率。
    脂肪族共聚酯的影响：PBSA(聚丁二酸／己二酸一丁二醇酯)，PBSA比PBS降解速率快的原因与PBSA的熔点下降和结晶度的降低有关。熔点下降，分子间作用力变小，微生物容易攻击并切断分子链，所以降解性能提高；由于降解首先发生在非晶区，所以，结晶度降低，降解速度加快。
    芳香族共聚酯的影响：由于苯环结构的存在，共轭体系的加大，芳香族聚酯中酰基碳的空间阻力增大、正性下降，使芳香族聚酯发生水解、生物降解等反应的速度下降，所以，芳香族聚酯是聚酯家族中降解速度最慢的一类。对PBS基芳香族共聚酯而言，在芳香二元酸含量较低时，结晶度起主要作用，随着芳香二元酸含量的增加，结晶度降低，生物降解性提高；当芳香二元酸的含量增大到一定程度时，芳香二元酸起了主导作用，芳香二元酸含量继续增加，降解性下降。
综上所述：
1)聚酯的结构决定聚酯的生物降解性。分子量、聚酯形态、熔点、结晶度等都会对PBS及其共聚酯的降解产生影响。
2)PBS的分子量越高，越不容易降解；聚酯形态分布的比表面积越大，越有利于降解。
3)影响PBS基脂肪族共聚酯生物降解的因素主要有熔点、结晶度等。熔点、结晶度越高，越不利于降解。
4)苯环结构和结晶度共同影响PBS基芳香族共聚酯的降解。苯环含量低时，结晶度越高，越不利于降解；苯环含量高时，苯环的含量便成为影响降解的主要因素。

PBS加工性能

   PBS聚酯的熔点，力学强度与聚烯烃PE，PP接近，另一方面又具有聚酯的特性，如熔体强度较低与PET相近，高温下易氧化降解且易受水分影响等。根据PBS聚酯的性能特点，在通用的塑料加工设备上，对其成型加工工艺，如挤出，注塑，吸塑及吹塑等进行了研究。研究表明PBS聚酯可以通过通用的加工工艺制成各种制品，满足不同应用领域的需要。对于挤出，注塑，吹膜及吸塑等加工工艺，PBS材料具有良好的适应性，对设备和工艺没有特殊的要求，可在通用聚烯烃的成型加工设备上进行加工，制成包装膜，购物袋，餐盒，托盘以及手机内包装等。