丁二酸和PBAT的適用領域和應用前景

來源：作者：人氣：-發表時間：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、醫藥和化工等領域廣泛應用。隨著時代的發展，丁二酸及其衍生產品的應用領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，可應用于食品包裝、地膜、醫藥等領域。作為環保的替代材料，PBAT有助于減少對傳統塑料的依賴，從而降低對環境的不良影響。

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	Powder/Solid	蒸氣壓	0-0 Pa at 25℃
酸度系數 (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
結晶溫度	110℃ 附近	結晶度	30% 左右
熔點	130℃ 左右	類型	半結晶型聚合物

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產品名稱	Cas	用途級別	規格
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

丁二酸優點：

食品添加劑：丁二酸鹽被用作食品的防腐劑和酸度調節劑。它能夠延長食品的保質期并改善口感。

化工原料：丁二酸作為化工原料，用于合成各種化學產品，包括聚合物。它可以改善產品的性能和質量。

制藥用途：丁二酸被廣泛用于制藥工業，可以用于優化抗生素結構，以及左旋霉素合成添加劑。

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

PBAT優點：

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

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用領域。

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。

應用廣泛：PBAT被廣泛應用于包裝行業，如食品包裝袋、垃圾袋、農業膜等。它也可以用于紡織品、消費品和醫療用品等領域。

丁二酸行業應用

食品領域

丁二酸（SA）在食品工業中扮演著關鍵角色，具有多方面的應用。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，帶來了環保優勢。另外，丁二酸表現出針對沙門氏菌的抗菌效果。

風味增強劑:食品工業中，丁二酸(SA)及其衍生物具有廣泛的應用。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。將化學過程替代為生物過程帶來環保優勢，但需要過程優化和底物成本的降低。為實現此目標，利用可再生的低成本農食副產品替代昂貴的原材料。總結了在SA的發酵生產中使用農食工業副產品作為低成本碳源的情況，并強調了SA及其衍生物在食品工業中的廣泛應用。

抗菌效應:側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，并且關注了它們對雞肉餡料的品質的影響。研究結果顯示，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量和改善肉制品的質量起到關鍵作用。這個研究強調了丁二酸在食品安全和品質改善方面的潛力，為改進肉制品的抗菌處理提供了有希望的方法。

日化領域

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

個人護理產品：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），發現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品對蛋白質和脂質的溶解度較低，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鍵成分，這些表面活性劑相對于傳統的硫酸鈉表面活性劑表現出更好的苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液穩定性。發現約33%至68%的丁二酸表面活性劑嵌入在乳液顆粒表面，而高濃度電解質和凍結/解凍循環可能導致乳液絮凝，丁二酸的添加則對維持乳液穩定性至關重要。

工業領域

涵蓋多項關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。研究發現，成分對物性的影響大于分段長度。28.2% PBS含量的PEU表現出最佳的力學性能，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，這與結晶度的提高有關。

另外一項研究通過酯化和去乙二醇化兩步反應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實現的。研究發現，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，玻璃轉變溫度線性降低。

還有研究采用多種不同的反應條件，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。大多數共聚酯的數量平均分子量在7000至15000 Da范圍內，MALDI-TOF質譜幾乎只顯示出環狀物的峰，玻璃化轉變溫度逐漸從75°C增加到180°C，表明這些共聚酯具有可生物降解的特性。

醫藥領域

通過分子對接發現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1S17的相互作用中表現良好。同時，探討了在左旋霉素生物合成中加入丁二酸的影響，結果顯示在富含丁二酸的培養基中，左旋霉素產量顯著提高。

抗生素應用：為了尋找廉價抗生素，進行了分子對接研究，使用了蛋白質1BSK和1S17，并使用丁二酸衍生物進行了研究。結果顯示，一些丁二酸衍生物的結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的對接結果表明，它們與一些已知的抗生素，如諾氟沙星、環丙沙星和氧氟沙星，具有相似的高效性。快速性質測試顯示，這些分子是無毒的。在1S17蛋白質中，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基組分的影響。發現在富含丁二酸（0.05-0.4%）的大豆玉米培養基中，抗生素在發酵液中的含量高于對照組。其中，添加0.1%丁二酸時，刺激效應最強，達到了135%。為了在富含丁二酸（0.4%）的合成培養基中實現最佳的抗生素產量，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基進行研究，發現左旋霉素分子中的芳香片段p-氨基乙酮的含量存在差異。在含丁二酸的培養基條件下，培養物中p-氨基乙酮的含量比對照組高10%至18%，并且取決于發酵周期。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：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，溫度為25°C，pH范圍在2至8之間。運用了重量損失、電位動力學極化和電化學阻抗譜（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。結果表明，SA在HCl溶液中表現為良好的“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行業應用:

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新解決方案。通過改良材料的性能和環保特性，滿足了不同包裝需求，并為可持續包裝領域的發展提供了有益信息。

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。這些薄膜具有調控的水蒸氣滲透率和多孔性表面，表現出抗菌性和氧化促進作用，適用于水果和蔬菜包裝。這一創新材料滿足了不斷增長的包裝需求。

PBAT/PLA納米復合材料：在多個應用領域，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，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，開發了包含反應性相容劑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域表現出良好性能，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介導的熱解處理方法。研究發現，CO2介導的熱解可以有效回收生物降解塑料廢物，因為它產生更多的氣態產物，抑制了蠟和焦的生成，同時促進了PBAT的聚合鍵裂解，產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，改善了力學性能并影響了生物降解動力學。這為開發可生物降解的包裝提供了新的方向。

農業地膜領域

為解決塑料薄膜污染問題，PBAT生物降解薄膜在農業中備受青睞。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。結果表明，PBAT薄膜在60天后開始降解，100天內降解率達60.98%。總體來看，PBAT薄膜在番茄幼苗期和開花結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、產量和品質沒有明顯負面影響。PBAT薄膜下的番茄產量僅比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，經過氮源、pH和接種量等培養條件的優化，使其對PBAT薄膜的實際降解率在8周內達到了12.45%。SEM和EDX分析表明，微生物降解主要發生在PBAT薄膜的非晶區域，是一種氧化過程。這些研究結果表明，Peribacillus frigoritolerans對PBAT薄膜的高效生物降解有望在農田中用于PBAT薄膜降解進程的調控。

醫學領域

研究制備了PBAT/PMMA/MA/TCP生物醫學復合材料，通過FTIR、XRD、SEM、SBF和細胞存活性測試進行了表征。研究發現，材料具有良好的生物活性，細胞存活性表現出優勢，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。這些生物醫學復合材料適用于醫療器械的制造。

染料領域

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。吸附動力學擬合證實吸附過程符合偽二階模型，主要由化學吸附驅動。改進后的PBAT泡沫對Cu2+具有良好吸附性能，對MB表現出良好循環吸附能力，連續五次循環吸附后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用潛力。

參考文獻：

1、 A. Purohit et al.Antimicrobial effects of pyruvic and succinic acids on Salmonella survival in ground chicken. DOI: 10.1016/j.lwt.2019.108596

2、 D. S. Janni et al.Interfacial properties of novel surfactants based on maleic and succinic acid for potential application in personal care. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.117484

3、S. Abele et al.Hemiesters and hemiamides of maleic and succinic acid: synthesis and application of surfactants in emulsion polymerization with styrene and butyl acrylate. DOI: 10.1002/(SICI)1099-1581(199906)10:6<301::AID-PAT879>3.0.CO;2-S

4、 B. Ahn et al.Synthesis and characterization of the biodegradable copolymers from succinic acid and adipic acid with 1,4-butanediol. DOI: 10.1002/APP.2135

5、 E. Ranucci et al.New biodegradable polymers from renewable sources. High molecular weight poly(ester carbonate)s from succinic acid and 1,3-propanediol. DOI: 10.1002/1521-3927(20000601)21:10<680::AID-MARC680>3.0.CO;2-Y

6、 Shao-Long Li et al.Succinic Acid Based Biodegradable Thermoplastic Poly(ester urethane) Elastomers: Effects of Segment Ratios and Lengths on Physical Properties. DOI: 10.1021/IE402499T

7、 S. Chatti et al.Copolyesters of isosorbide, succinic acid, and isophthalic acid: Biodegradable, high T-g engineering plastics. DOI: 10.1002/POLA.26635

8、 S. Srivastava et al.IN SILICO SEARCH OF SOME CHEAP ANTIBIOTICS-PART-1.

9、 V. P. Namestnikova et al.[The role of succinic acid in the biosynthesis of levorin].

10、 M. Amin et al.The inhibition of low carbon steel corrosion in hydrochloric acid solutions by succinic acid: Part I. Weight loss, polarization, EIS, PZC, EDX and SEM studies. DOI: 10.1016/J.ELECTACTA.2006.10.019

11、 J. Silva et al.PBAT/TPS‐nanowhiskers blends preparation and application as food packaging. DOI: 10.1002/APP.47699

12、Shuo Qiu et al.Optimizing interfacial adhesion in PBAT/PLA nanocomposite for biodegradable packaging films. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.127487

13、 H. Moustafa et al.PLA/PBAT Bionanocomposites with Antimicrobial Natural Rosin for Green Packaging. DOI: 10.1021/acsami.7b05557

14、 Soosan Kim et al.Effectiveness of CO2-mediated pyrolysis for the treatment of biodegradable plastics: A case study of polybutylene adipate terephthalate/polylactic acid mulch film. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.133763

15、M. Dammak et al.Blends of PBAT with plasticized starch for packaging applications: Mechanical properties, rheological behaviour and biodegradability. DOI: 10.1016/j.indcrop.2019.112061

16、 Rehemanjiang Wufuer et al.Feasibility Study on the Application of Biodegradable Plastic Film in Farmland Soil in Southern Xinjiang, China—Planting Tomatoes as an Example. DOI: 10.3390/toxics11050467

17、Rehemanjiang Wufuer et al.Isolation and Degradation Characteristics of PBAT Film Degrading Bacteria. DOI: 10.3390/ijerph192417087

18、Girija Bheemaneni et al.Melt processing and characterization of tricalcium phosphate filled polybutylene adipate-co-terephthalate/polymethyl methacrylate composites for biomedical applications. DOI: 10.1080/00914037.2018.1525731

19、Liyan Qiu et al.Degradable Superhydrophilic Iron‐Pillared Bentonite Doped with Polybutylene Adipate/Terephthalate Open‐Cell Foam: Its Application in Dye Degradation, Removal of Heavy Metal Ions, and Oil–Water Separation. DOI: 10.1002/mame.202100481