丁二酸和PBAT的適用領(lǐng)域和應(yīng)用前景

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2023-09-15 09:40:00【大中小】

丁二酸，又被稱為琥珀酸，是一種重要的中間體化合物，用于合成各種有機物以及制造藥物。它在食品、醫(yī)藥和化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著時代的發(fā)展，丁二酸及其衍生產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷取得新的突破。

PBAT（聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯）屬于生物可降解的聚合物類別。由己二酸、對苯二甲酸以及丁二醇單體合成，具有可再生性和良好的物理性能，可應(yīng)用于食品包裝、地膜、醫(yī)藥等領(lǐng)域。作為環(huán)保的替代材料，PBAT有助于減少對傳統(tǒng)塑料的依賴，從而降低對環(huán)境的不良影響。

丁二酸合成

PBAT合成

丁二酸基本信息：

英文名稱	SUCCINIC ACID	分子式	C4H6O4
CAS號	110-15-6	分子量	118.09
熔點	185°C	EINECS號	203-740-4
沸點	235°C	密度	1.19 g/mL at 25°C (lit.)
形態(tài)	Powder/Solid	蒸氣壓	0-0 Pa at 25℃
酸度系數(shù) (pKa)	4.16 (at 25℃)	顏色	近白色
折射率	n20/D 1.4002 (lit.)	pH值	3.65 (1 mM 溶液); 3.12 (10 mM 溶液); 2.61 (100 mM 溶液)

PBAT基本信息：

CAS	60961-73-1	密度	在 1.18 g/mL 到 1.3 g/mL 之間
結(jié)晶溫度	110℃ 附近	結(jié)晶度	30% 左右
熔點	130℃ 左右	類型	半結(jié)晶型聚合物

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產(chǎn)品名稱	Cas	用途級別	規(guī)格
丁二酸	110-15-6	AR	50g 500g 1kg
PBAT（聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯）	55231-08-8	AR	500g 1kg 25kg

丁二酸優(yōu)點：

食品添加劑：丁二酸鹽被用作食品的防腐劑和酸度調(diào)節(jié)劑。它能夠延長食品的保質(zhì)期并改善口感。

化工原料：丁二酸作為化工原料，用于合成各種化學(xué)產(chǎn)品，包括聚合物。它可以改善產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

制藥用途：丁二酸被廣泛用于制藥工業(yè)，可以用于優(yōu)化抗生素結(jié)構(gòu)，以及左旋霉素合成添加劑。

環(huán)境友好性：丁二酸是一種相對環(huán)保的化合物，因為它在環(huán)境中分解后不會對生態(tài)系統(tǒng)造成長期污染。這使得它在可綠色化工和生產(chǎn)中具有重要地位。

PBAT優(yōu)點：

生物可降解性：PBAT可以通過微生物酶的作用，在自然環(huán)境中逐漸降解，并最終分解為二氧化碳、水和生物質(zhì)等可再利用的物質(zhì)。這使得PBAT成為環(huán)保友好的替代材料。

可再生性：PBAT可以使用可再生原料進行合成，如植物油和淀粉等，減少對化石燃料的依賴。

物理性能：PBAT具有良好的柔韌性、耐沖擊性和耐熱性，可用于制造薄膜、包裝材料、紡織品和注塑件等各種應(yīng)用領(lǐng)域。

兼容性：PBAT可以與其他聚合物（如聚乳酸PLA）進行共混，提高材料的性能和功能。

應(yīng)用廣泛：PBAT被廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)，如食品包裝袋、垃圾袋、農(nóng)業(yè)膜等。它也可以用于紡織品、消費品和醫(yī)療用品等領(lǐng)域。

丁二酸行業(yè)應(yīng)用

食品領(lǐng)域

丁二酸（SA）在食品工業(yè)中扮演著關(guān)鍵角色，具有多方面的應(yīng)用。作為一種風味增強劑，它廣泛用于食品中。由SA衍生的生物降解塑料在食品包裝中具有重要作用，帶來了環(huán)保優(yōu)勢。另外，丁二酸表現(xiàn)出針對沙門氏菌的抗菌效果。

風味增強劑:食品工業(yè)中，丁二酸(SA)及其衍生物具有廣泛的應(yīng)用。SA是常用的風味增強劑，由SA衍生的生物降解塑料在食品包裝中扮演重要角色。將化學(xué)過程替代為生物過程帶來環(huán)保優(yōu)勢，但需要過程優(yōu)化和底物成本的降低。為實現(xiàn)此目標，利用可再生的低成本農(nóng)食副產(chǎn)品替代昂貴的原材料。總結(jié)了在SA的發(fā)酵生產(chǎn)中使用農(nóng)食工業(yè)副產(chǎn)品作為低成本碳源的情況，并強調(diào)了SA及其衍生物在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

抗菌效應(yīng):側(cè)重于評估丁二酸與牛至精油在抑制沙門氏菌生長方面的效果，并且關(guān)注了它們對雞肉餡料的品質(zhì)的影響。研究結(jié)果顯示，丁二酸與牛至精油的組合具有顯著的抗菌效果，對于減少沙門氏菌數(shù)量和改善肉制品的質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。這個研究強調(diào)了丁二酸在食品安全和品質(zhì)改善方面的潛力，為改進肉制品的抗菌處理提供了有希望的方法。

日化領(lǐng)域

丁二酸及其衍生物在個人護理產(chǎn)品制備中的關(guān)鍵作用。通過合成一系列丁二酸衍生的表面活性劑，研究發(fā)現(xiàn)它們具有低臨界膠束濃度、高吸附效率、出色的泡沫性和穩(wěn)定性，同時對皮膚刺激性較小。此外，丁二酸在乳液穩(wěn)定性中發(fā)揮著重要作用。

個人護理產(chǎn)品：研究合成丁二酸和順丁烯二酸的半酯和半酰胺衍生物，包括月桂基丁二酸鈉（C12SE）、月桂基順丁烯酸鈉（C12ME）、月桂基琥珀酰胺鈉（C12SA）和十六烷基順丁烯酸鈉（C16ME），發(fā)現(xiàn)這些表面活性劑具有低的臨界膠束濃度和高的吸附效率（pC20），對于制備個人護理產(chǎn)品非常有益。其形成較大的不能穿透皮膚層的膠束，這在皮膚護理中是重要的。此外，這些表面活性劑具有良好的泡沫性和穩(wěn)定性，歸因于更快的單體吸附和較小的氣泡尺寸。該表面活性劑相比常用的同類產(chǎn)品對蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的溶解度較低，表明它們對皮膚的刺激性較小。粘度測量表明，在存在輔助表面活性劑（如月桂胺氧化物）的情況下，這些表面活性劑具有良好的增稠能力。

乳液穩(wěn)定性：合成了不同疏水鏈長度的丁二酸半酯和半酰胺衍生物，并將其用于苯乙烯和丙烯酸丁酯的乳液聚合。研究突出了丁二酸作為關(guān)鍵成分，這些表面活性劑相對于傳統(tǒng)的硫酸鈉表面活性劑表現(xiàn)出更好的苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)約33%至68%的丁二酸表面活性劑嵌入在乳液顆粒表面，而高濃度電解質(zhì)和凍結(jié)/解凍循環(huán)可能導(dǎo)致乳液絮凝，丁二酸的添加則對維持乳液穩(wěn)定性至關(guān)重要。

工業(yè)領(lǐng)域

涵蓋多項關(guān)于生物降解共聚物的研究成果。研究方法包括通過兩步鏈延伸反應(yīng)制備高分子量聚（酯碳酸酯）、基于丁二酸的合成可生物降解聚（酯脲）彈性體、以及通過酯化和去乙二醇化反應(yīng)制備的可生物降解同源共聚物和共聚物。這些研究突顯了生物降解共聚物的多樣性和可持續(xù)材料潛力。

生物降解共聚物：研究通過對富余的丁二酸的1,3-丙二醇與熱縮聚物進行的兩步鏈延伸反應(yīng)制備了高分子量聚（酯碳酸酯）。這些新型聚合物具有可生物降解的骨架，來源于可再生資源，具有潛在的環(huán)保特性。

其他一項研究基于丁二酸合成了可生物降解聚（酯脲）彈性體，含有聚二乙二醇丁二酸酯（PDGS）和聚丁二酸酯（PBS）。通過4,4'-亞甲基二苯基二異氰酸酯鏈延伸劑對二羥基末端的PDGS和PBS前體進行擴展。研究發(fā)現(xiàn)，成分對物性的影響大于分段長度。28.2% PBS含量的PEU表現(xiàn)出最佳的力學(xué)性能，包括41 MPa的極限強度和1503%的斷裂伸長率。隨著PBS段含量的增加，儲存模量和楊氏模量顯著增加，這與結(jié)晶度的提高有關(guān)。

另外一項研究通過酯化和去乙二醇化兩步反應(yīng)合成了可生物降解的同源共聚物和共聚物，包括PBSU、PBAD和PBSA。這些合成是通過丁二酸（SA）和己二酸（AA）與1,4-丁二醇的酯化和去乙二醇化兩步反應(yīng)實現(xiàn)的。研究發(fā)現(xiàn)，隨著己二酸丁酯含量的增加，熔點降低，而隨著己二酸單元含量的增加，玻璃轉(zhuǎn)變溫度線性降低。

還有研究采用多種不同的反應(yīng)條件，聚合了異山梨醇、丁二酸和間苯二甲酸。這些條件包括在芳香性溶劑中進行加熱或不加熱、使用或不使用催化劑等。大多數(shù)共聚酯的數(shù)量平均分子量在7000至15000 Da范圍內(nèi)，MALDI-TOF質(zhì)譜幾乎只顯示出環(huán)狀物的峰，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸從75°C增加到180°C，表明這些共聚酯具有可生物降解的特性。

醫(yī)藥領(lǐng)域

通過分子對接發(fā)現(xiàn)了一些具有潛在高效抗生素特性的丁二酸衍生物，尤其在與蛋白質(zhì)1S17的相互作用中表現(xiàn)良好。同時，探討了在左旋霉素生物合成中加入丁二酸的影響，結(jié)果顯示在富含丁二酸的培養(yǎng)基中，左旋霉素產(chǎn)量顯著提高。

抗生素應(yīng)用：為了尋找廉價抗生素，進行了分子對接研究，使用了蛋白質(zhì)1BSK和1S17，并使用丁二酸衍生物進行了研究。結(jié)果顯示，一些丁二酸衍生物的結(jié)合能量和對接模式與1BSK和1S17中最初對接的分子非常接近。丁二酸衍生物與這兩種蛋白質(zhì)的對接結(jié)果表明，它們與一些已知的抗生素，如諾氟沙星、環(huán)丙沙星和氧氟沙星，具有相似的高效性。快速性質(zhì)測試顯示，這些分子是無毒的。在1S17蛋白質(zhì)中，一些丁二酸衍生物的對接得分比最初對接的配體更高。

左旋霉素合成添加劑：研究丁二酸在合成左旋霉素時作為培養(yǎng)基組分的影響。發(fā)現(xiàn)在富含丁二酸（0.05-0.4%）的大豆玉米培養(yǎng)基中，抗生素在發(fā)酵液中的含量高于對照組。其中，添加0.1%丁二酸時，刺激效應(yīng)最強，達到了135%。為了在富含丁二酸（0.4%）的合成培養(yǎng)基中實現(xiàn)最佳的抗生素產(chǎn)量，需要添加0.05%乙酸。通過使用富含丁二酸和不含丁二酸的大豆玉米培養(yǎng)基進行研究，發(fā)現(xiàn)左旋霉素分子中的芳香片段p-氨基乙酮的含量存在差異。在含丁二酸的培養(yǎng)基條件下，培養(yǎng)物中p-氨基乙酮的含量比對照組高10%至18%，并且取決于發(fā)酵周期。對丁二酸在左旋霉素生物合成中的作用進行了討論。

科研領(lǐng)域

丁二酸（SA）可作為有效的“綠色”抑制劑，抑制金屬的腐蝕行為。

腐蝕抑制效應(yīng)：研究了丁二酸（SA）對低碳鋼（LCS）電極在通氣的非攪拌1.0 M HCl溶液中的腐蝕抑制效應(yīng)，溫度為25°C，pH范圍在2至8之間。運用了重量損失、電位動力學(xué)極化和電化學(xué)阻抗譜（EIS）等方法，研究了在不同實驗條件下，不同濃度的SA存在下金屬的腐蝕行為。結(jié)果表明，SA在HCl溶液中表現(xiàn)為良好的“綠色”抑制劑，主要以陽極型抑制劑為主。抑制效率隨著SA濃度、溶液pH和浸泡時間的增加而提高，在SA濃度大于0.01 M且pH為8時，達到最大抑制效率（約97.5%）。還研究了SA濃度和pH對1.0 M HCl溶液中LCS電極零電荷電位（PZC）的影響，并討論了吸附機制。

PBAT行業(yè)應(yīng)用:

可降解包裝塑料

涵蓋了3個不同的生物降解包裝材料：PBAT/TPS薄膜、PBAT/PLA薄膜、以及PBAT淀粉薄膜。這些材料針對綠色、可生物降解提供了創(chuàng)新解決方案。通過改良材料的性能和環(huán)保特性，滿足了不同包裝需求，并為可持續(xù)包裝領(lǐng)域的發(fā)展提供了有益信息。

PBAT/TPS納米晶混合物：通過扁平擠出法制備了PBAT/TPS納米晶混合物薄膜，用于食品包裝。這些薄膜具有調(diào)控的水蒸氣滲透率和多孔性表面，表現(xiàn)出抗菌性和氧化促進作用，適用于水果和蔬菜包裝。這一創(chuàng)新材料滿足了不斷增長的包裝需求。

PBAT/PLA納米復(fù)合材料：在多個應(yīng)用領(lǐng)域，可生物降解聚合物變得日益重要。其中，聚乳酸（PLA）和聚丁二酸丁酯-對苯二甲酸酯（PBAT）是備受喜愛的選擇。通過添加抗菌的天然松香，簡化了改性過程，維持了環(huán)保特性，提升了PBAT/PLA混合物的抗菌性。使用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）研究了混合物的形態(tài)，差示掃描量熱儀（DSC）則探究了熱性能。最終，添加抗菌的天然松香顯著提升了PBAT/PLA聚合物混合物的性能，適用于綠色包裝。

一項研究通過熔融加工，開發(fā)了包含反應(yīng)性相容劑POSS(epoxy)8的可生物降解薄膜，其中包括PBAT/PLA。POSS(epoxy)8在PBAT/PLA界面相上提升了粘附性，改善了薄膜的機械性能和氣體滲透性。這種薄膜在食品包裝領(lǐng)域表現(xiàn)出良好性能，為制備高性能的可生物降解包裝薄膜提供了簡單途徑。

另一項研究探討了由聚丁二酸丁酯對苯二甲酸酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）制成的生物降解覆蓋膜的CO2介導(dǎo)的熱解處理方法。研究發(fā)現(xiàn)，CO2介導(dǎo)的熱解可以有效回收生物降解塑料廢物，因為它產(chǎn)生更多的氣態(tài)產(chǎn)物，抑制了蠟和焦的生成，同時促進了PBAT的聚合鍵裂解，產(chǎn)生更多的單體化合物。這種方法可以改善處理生物降解塑料的可行性。

PBAT淀粉混合物：PBAT是一種可完全生物降解的聚合物，其與可塑化淀粉混合是制備可生物降解包裝的有效方法。研究表明，馬來酸酐改性的PBAT（PBATg-MA）是一種有效的相容劑，改善了力學(xué)性能并影響了生物降解動力學(xué)。這為開發(fā)可生物降解的包裝提供了新的方向。

農(nóng)業(yè)地膜領(lǐng)域

為解決塑料薄膜污染問題，PBAT生物降解薄膜在農(nóng)業(yè)中備受青睞。本研究以PBAT薄膜、普通聚乙烯（PE）薄膜和無覆蓋膜（CK）為測試材料，以番茄生長為研究對象。結(jié)果表明，PBAT薄膜在60天后開始降解，100天內(nèi)降解率達60.98%。總體來看，PBAT薄膜在番茄幼苗期和開花結(jié)果期的土壤溫濕度保持效果與PE薄膜相當。成熟期時，由于PBAT薄膜的顯著降解，土壤濕度低于PE薄膜，但對番茄的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)沒有明顯負面影響。PBAT薄膜下的番茄產(chǎn)量僅比PE薄膜低3.14%，但均明顯高于CK處理，分別提高了63.38%和68.68%，說明在中國新疆南部干旱地區(qū)種植番茄等作物使用PBAT薄膜是可行的。

研究將PBAT薄膜作為唯一的碳源，在土壤樣品中篩選出了5株潛在的PBAT降解細菌。其中，通過與16S rDNA序列分析確認的高效PBAT降解菌株JZ1，經(jīng)過氮源、pH和接種量等培養(yǎng)條件的優(yōu)化，使其對PBAT薄膜的實際降解率在8周內(nèi)達到了12.45%。SEM和EDX分析表明，微生物降解主要發(fā)生在PBAT薄膜的非晶區(qū)域，是一種氧化過程。這些研究結(jié)果表明，Peribacillus frigoritolerans對PBAT薄膜的高效生物降解有望在農(nóng)田中用于PBAT薄膜降解進程的調(diào)控。

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

研究制備了PBAT/PMMA/MA/TCP生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料，通過FTIR、XRD、SEM、SBF和細胞存活性測試進行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，材料具有良好的生物活性，細胞存活性表現(xiàn)出優(yōu)勢，而且在試驗中迅速降解。與PBAT/PMMA混合物相比，其拉伸性能和硬度性能略有提高。這些生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料適用于醫(yī)療器械的制造。

染料領(lǐng)域

采用超親水PBAT泡沫，添加鐵柱狀膨潤土（IPB），用于染料降解、重金屬去除和油水分離。通過溶液分離和糖孔隙劑制備泡沫，然后用浸漬法覆蓋聚丙烯酰胺/SiO2，賦予泡沫超親水性。研究了泡沫對亞甲基藍（MB）和Cu2+的靜態(tài)吸附效果。吸附等溫線擬合表明，吸附符合Langmuir模型，呈向單分子層吸附趨勢。吸附動力學(xué)擬合證實吸附過程符合偽二階模型，主要由化學(xué)吸附驅(qū)動。改進后的PBAT泡沫對Cu2+具有良好吸附性能，對MB表現(xiàn)出良好循環(huán)吸附能力，連續(xù)五次循環(huán)吸附后MB的光降解效率保持在95%以上。超親水性使得泡沫在油水分離方面有廣泛應(yīng)用潛力。

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