研究背景：

随着对塑料的需求不断增加，塑料废物管理方面的挑战也在增加。聚合物的再利用和回收得到了越来越多的关注。回收主要分为三种类型：能量回收，机械回收，和化学回收。而常用的聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和聚 (对苯二甲酸丁二醇酯) (PBT) 虽然可通过化学水解进行解聚，但水解条件苛刻，导致能源需求高。而聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 等脂肪族聚酯在温和得多的条件下表现出快速水解。

快速水解聚酯作为可生物降解塑料在合适的环境中在氧气存在下降解为二氧化碳、水和生物质，是很有前途的传统塑料替代品。生物降解的速率决定步骤是聚酯通过水解裂解成较低质量的碎片，在第二步中进行生物同化。当用于包装和农业应用时，迫切需要具有良好机械性能和快速水解性平衡的聚酯作为塑料污染和持久性微塑料问题的可持续解决方案。

在自然环境条件下，很大程度上需要对BPs的降解过程和潜在的二次污染物形成进行调查和评估。迄今为止，关于 BPs 生物学效应的研究仍处于摇篮阶段。缺乏标准和测试方法来评估未管理的淡水生态系统（包括湖泊、溪流和河流）和大多数海洋环境中塑料材料的生物降解性。此外，二次塑料颗粒可能会在 BP 降解过程中释放，从而带来潜在的生态风险。然而，有限的研究主要在水生环境中进行，而关于BP微塑料在其他环境介质（如空气和土壤环境）中形成的研究相对较少。此外，缺乏关于 BP 降解过程中形成的微塑料颗粒浓度的数据，这对于微塑料毒性研究将更有价值。

研究内容：

这项工作中介绍了一种芳香族聚酯PBT的结构异构体[聚 (1,4-苯二亚甲基琥珀酸酯) (PBDMS)]及其与1,4-丁二醇的共聚物 (PBxBDMyS)，其中脂肪族酯单元平衡了材料的机械、热和水解性能。PBDMS 由 1,4-苯二甲醇 (BDM) 和丁二酸 (S) 通过两步缩聚制备。使用核磁共振光谱进行微观结构表征，对此类聚酯的结构-性能关系进行了深入研究，重点关注分子组成的影响。对共聚酯的热性能，力学性能和加工性能进行了研究。并对共聚酯在碱性条件下的水解性能进行了研究。

主要研究结果：

1.两种结构异构体 PBT、PBDMS 和一些主要共振结构的重复单元结构

2.1,4-丁二醇(B)、1,4-苯二甲醇(BDM)和琥珀酸(S)两步缩聚反应示意图

3. 共聚酯 PBxBDMyS、PBDMS 和 PBS 的产率、摩尔组成和分子量

4. (a) PBxBDMyS 共聚酯的二元结构，(b) 不同羰基碳的相应 13C NMR 信号，和 (c) 作为 PBxBDMyS 共聚酯组成的函数的二元序列分布（实线表示伯努利统计）

5. PBxBDMyS 聚酯退火实验的 DSC曲线。*为聚酯薄膜的退火选择的温度

6. (a) 聚酯薄膜的应力-应变曲线（35% 时的应变尺度变化）和 (b) 弹性模量和断裂伸长率的可视化

7.聚酯薄膜 PBxBDMyS、PBDMS、PBS 和 PBT 在 1.0 mol·L-1 NaOH 水溶液中 50 °C 的碱性水解情况

8.PBxBDMyS、PBDMS 和 PBS 在碱性水解之前和不同时间间隔的原始和降解薄膜的 SEM 照片。括号中为薄膜的残余质量

研究结论：

使用丁氧基钛 (IV) 作为催化剂，由丁二酸、1,4 苯二甲醇和 1,4-丁二醇合成了共聚酯。由 1,4-苯二甲醇和丁二酸成功制得的聚酯聚 (1,4-苯二甲基丁二酸酯) (PBDMS) 是聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 的结构异构体, 其数均摩尔质量高达35000。共聚酯100°C的熔点允许在非常温和的条件下进行热处理。这种聚酯显示出合理的机械性能，但水解速度比芳香族的PBT 快得多。此外，通过添加 1,4-丁二醇作为共聚单体，获得了 PBxBDMyS 共聚酯。这些共聚酯的摩尔质量进一步增加，最高可达74 000。此外，惰性条件下的热稳定性可以随着 BDM 含量的增加而增加，从而拓宽了聚酯的加工范围。所有合成的聚酯都表现出快速水解，其中 PB83BDM17S 甚至比 PBS 表现出更快的水解。对于所有测试的材料，可以观察到表面侵蚀机制。进一步的研究将集中在研究这些聚酯的潜在生物降解性以及改善其在包装应用中的阻隔性能。

参考文献：

Fast Hydrolyzable Constitutional Isomer of Poly(butylene-terephthalate) and Its Copolyesters with 1,4-Butanediol

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.1c01169

DOI: doi.org/10.1021/acsapm.1c01169