研究背景：

塑料污染日益严重，人们对可生物降解材料的研究产生了浓厚兴趣。脂肪族聚酯如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚乳酸（PLA）是商用可生物降解聚酯的关键部分，但它们在耐热性、机械性能和气体阻隔性能等方面的缺点阻碍了它们的应用。为满足复杂要求，开发了脂肪族-芳香族共聚酯，以结合脂肪族单元的生物降解性和芳香族单元的强物理性质。聚（己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯）PBAT作为一种商用聚合物，它的生物降解通常在70%中等湿度和55℃的堆肥降解中实现，这些条件在自然环境中不可靠，且在海水中几乎不可降解。基于此，目前已有人开发了聚（己二酸丁二醇酯-丁二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯）（PBAST）、（己二酸丁二醇酯-丁二酸丁二醇酯-戊二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯）（PBASGT）等共聚酯。研究结果表明，即使两种及以上脂肪族共聚单体共聚，共聚酯仍保持良好的结晶性。然而，没有讨论脂肪族共聚单体对气体阻隔性和生物降解性的影响。另外，据我们所知，二乙醇酸改性PBT基共聚酯的阻隔性能和生物降解性从未被研究过。

研究内容：

我们报道了一种新的分子设计方法来制备聚（己二酸丁二醇酯-共-二甘酯-共-对苯二甲酸乙二醇酯）（PBADT）共聚酯。具体而言，芳香族单元固定为对苯二甲酸丁二醇酯（BT）单元的50%摩尔含量，而脂肪族单元由己二酸丁二醇酯（BA）和二甘酸丁二醇酯（BD）单元组成。关注了脂肪族共聚单体对含有50%对苯二甲酸丁二醇酯的脂肪族-芳香族共聚酯性能的影响，己二酸酯和二乙醇酸酯之间的结构差异会进一步影响共聚酯的链柔性、表面润湿性和生物降解性。此外，在固定芳香单元的情况下，评估了脂肪族含量对热性能、机械性能、气体渗透性以及酶介质和海水中的降解速率的影响。

主要研究结果：

方案1.PBADT的合成

图1.（a）PBADT共聚酯的1H NMR光谱。（b）化学位移c和e的放大。

表1.PBADT共聚酯的组成、序列分布、分子量和特性粘度。

图2.（a）PBADT的第一次加热，（b）冷却和（c）第二次加热的DSC曲线。（d）PBADT的XRD曲线。

表2.PBADT的热性能和热稳定性。

图3.PBADT的水接触角和相应图像。

图4.PBADT的应变-应力曲线。

表3.PBADT和商用PBAT的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率。

图5.（a）水解、（b）酶降解和（c）海水降解过程中残余重量的百分比。

图6.(a)用于海水降解的袋装PBADT薄膜。（b）装有样品的袋子沉到海水水族馆的底部。（c）海水降解42天后的PBADT薄膜。

图7.（a）PBA50D0T，（b）PBA40D10T，（c）PBA30D20T，（d）PBA20D30T，（e）PBA10D40T和（f）PBA0D50T降解42天之前和之后的成分变化。

表4.PBADTs的CO2、O2和H2O阻隔性能

图8.（a）室内环境中PBADT特性粘度的变化。（b）在真空干燥器中PBADT特性粘度的变化。

研究结论：

本研究成功合成了一类新型的环境可降解共聚酯PBADT。在固定的芳香族BT摩尔比下，PBADT的热性能稳定，熔点在135℃左右，所有样品结晶速度快，弹性模量高（>129MPa），韧性拉伸性能好（>770%）。它们的气体阻隔性能和亲水性都随着BD单元的增加而增加。与PBAT相比，观察到更快的水解和海水降解，这是由更亲水的二甘醇酯结构解释的。随着降解性的提高，它们在潮湿环境中的稳定性会降低，但在低湿度环境中可长期储存。总的来说，这项工作为开发高性能但环境可降解的替代品，以取代传统的可生物降解脂肪族-芳香族聚酯，提供了见解和方向。

参考文献：

Enhanced degradation and gas barrier of PBAT through composition design of aliphatic units

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391021003141