在當(dāng)前全球氣候變化和資源枯竭日益嚴(yán)峻的背景下，塑料污染已成為二十一世紀(jì)最緊迫的環(huán)境挑戰(zhàn)之一。每年數(shù)以?xún)|噸計(jì)的塑料制品被生產(chǎn)、使用，并在生命周期結(jié)束后堆積如山，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)乃至人類(lèi)健康造成了不可逆轉(zhuǎn)的影響。傳統(tǒng)化石基塑料的難降解性使其在環(huán)境中長(zhǎng)期存在，形成了“白色污染”的頑疾。面對(duì)這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尋找可持續(xù)的塑料替代方案刻不容緩。生物基塑料、生物降解塑料和可堆肥塑料應(yīng)運(yùn)而生，為解決傳統(tǒng)塑料的環(huán)境問(wèn)題提供了新的思路。

在這波浪潮中，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚丁二酸/己二酸丁二醇酯（PBSA）作為兩種具有巨大潛力的生物降解聚合物，受到了廣泛關(guān)注。近期加拿大圭爾夫大學(xué)Mohanty教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《RSC Sustainability》上的綜合性綜述文章“Studies on poly(butylene succinate) and poly(butylene succinate-co-adipate)-based biodegradable plastics for sustainable flexible packaging and agricultural applications: a comprehensive review”對(duì)此進(jìn)行了深入探討。

該綜述文章的研究目的明確且具有現(xiàn)實(shí)意義，旨在探索生物降解塑料作為傳統(tǒng)不可生物降解聚合物材料的替代品，并特別評(píng)估了PBS和PBSA在特定環(huán)境條件下有效生物降解的能力，及其在可持續(xù)柔性包裝和農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的潛力。文章通過(guò)廣泛的文獻(xiàn)回顧，系統(tǒng)梳理了PBS和PBSA的生產(chǎn)合成、物理化學(xué)性能、生物降解特性及其應(yīng)用前景。

文章開(kāi)篇即點(diǎn)明了全球日益嚴(yán)峻的塑料污染問(wèn)題，并將其上升到“前所未有的廢物處置危機(jī)”的高度，這為后續(xù)介紹生物降解塑料的必要性奠定了基礎(chǔ)。綜述的核心在于將PBS和PBSA定位為替代傳統(tǒng)塑料的有效方案。這兩種材料的共性在于其生物降解性，能夠在特定環(huán)境（如堆肥、土壤或水生環(huán)境）中被微生物降解為二氧化碳、水和生物質(zhì)，從而避免了傳統(tǒng)塑料在環(huán)境中長(zhǎng)期累積的問(wèn)題。文章明確指出：“Bioplastics like poly(butylene succinate) (PBS) and poly(butylene succinate-co-adipate) (PBSA) can substitute certain non-biodegradable polymer materials and can effectively biodegrade under predefined environmental conditions.” 這表明了它們?cè)诮鉀Q塑料污染方面的核心優(yōu)勢(shì)。

值得關(guān)注的是，文章指出PBS和PBSA的生產(chǎn)已從傳統(tǒng)的石油基合成向“石油與可再生資源混合”的方式轉(zhuǎn)變。新一代技術(shù)以玉米淀粉、甘油等生物質(zhì)為原料，通過(guò)微生物發(fā)酵實(shí)現(xiàn)丁二酸（SA）與1,4-丁二醇（BDO）的低碳制備。生命周期評(píng)估（LCA）數(shù)據(jù)表明，生物基SA的全球變暖潛能比石油基降低385%，非可再生能源消耗減少1045%。泰國(guó)BioPBS工廠(chǎng)已實(shí)現(xiàn)50%生物基含量的商業(yè)化生產(chǎn)，而酶催化聚合技術(shù)（如南極假絲酵母脂肪酶B）的引入，進(jìn)一步替代有毒金屬催化劑，推動(dòng)合成過(guò)程向環(huán)境友好轉(zhuǎn)型。己二酸（AA）的綠色合成同樣取得進(jìn)展，以木質(zhì)素為原料的新工藝可降低62-78%的環(huán)境影響，而鉑/二氧化硅催化劑體系實(shí)現(xiàn)了糖類(lèi)到AA的兩步高效轉(zhuǎn)化，為PBSA的規(guī)?；瘧?yīng)用掃除關(guān)鍵障礙。

(a) 高分子量PBS的合成路線(xiàn)；

(b) 利用南極假絲酵母固定化脂肪酶（CALB）合成PBS的路線(xiàn)

這種生產(chǎn)路線(xiàn)的轉(zhuǎn)變，特別是對(duì)可再生資源的利用，直接關(guān)系到材料的生命周期環(huán)境足跡。例如，如果丁二酸（PBS的單體之一）能夠完全或大部分來(lái)源于生物質(zhì)（如糖發(fā)酵），將顯著降低對(duì)化石資源的依賴(lài)，從而可能減少相關(guān)的碳排放和資源枯竭影響。這與LCA研究中衡量材料環(huán)境足跡的關(guān)鍵因素之一——原材料來(lái)源——高度契合，也與歐盟、聯(lián)合國(guó)等組織倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念相吻合。

(a) 商業(yè)化合成丁二酸的路線(xiàn)；

(b)綠色路線(xiàn)合成丁二酸

同時(shí)，文章強(qiáng)調(diào)了PBS和PBSA聚合物的良好延展性和強(qiáng)度，這些性能使其在柔性包裝和農(nóng)業(yè)地膜等領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但存在成本高昂（2-5歐元/公斤）、力學(xué)性能不足等缺陷。綜述中提到了多項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)性能躍升：在共混體系中，PBSA與聚羥基丁酸酯（PHBV）復(fù)合可使氧氣阻隔性提升91%，而與聚乳酸（PLA）的增容共混（采用Joncryl?環(huán)氧擴(kuò)鏈劑）則使薄膜拉伸強(qiáng)度提高29.7%。納米復(fù)合技術(shù)更賦予材料功能性突破——纖維素納米晶（CNC）的加入使PBS的氧氣透過(guò)率降低66%，而百里香酚、槲皮素等天然抗菌劑的負(fù)載，則實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌99%的抑制率，為活性食品包裝奠定基礎(chǔ)。值得注意的是，Pickering乳液法和母粒加工等創(chuàng)新工藝，成功解決了納米粒子在聚合物基質(zhì)中的分散難題，使納米纖維素增強(qiáng)PBSA的彈性模量提升120%。