目前,国际上对可生物降解且具有良好经济性的聚合物材料越来越重视,合成脂肪族聚酯由于其生物降解性和经济性,已成为当今国内外研究的热点之一,它的合成方法有生物发酵和化学合成法。前者主要用来合成羟基脂肪酸酯(PHA),其合成的聚合物成本较高;后者主要合成线性聚酯,采用开环和缩合法,且可对产品进行分子设计,成本较低。
脂肪族聚酯因熔点都较低,不能单独作为塑料使用,其中聚草酸酯和聚丁二酸丁二醇酯则属例外。聚草酸酯由于难于达到较高分子量和稳定性差,实际应用困难,而聚丁二酸丁二醇酯因具有良好的热稳定性和可得到高分子量的产品受到青睐。聚丁二酸丁二醇酯是从20世纪90年代才开始研究,目前仅日本有小批量的商业化产品。
清华大学化工系高分子研究所的研究目标是制备具有可生物降解且有良好经济意义的聚合材料,使其能够直接应用于包装工业和农用塑料薄膜,同时揭示该材料的扩链反应机理和生物降解机理。他们采用化学合成法合成线性聚酯--聚丁二酸丁二醇酯。合成分为酯化、后缩聚反应。后缩聚可在真空有扩链剂存在下采用螺杆挤出机进行;也可在高真空、高温下进行。用此法合成的产品,直接挤出成型,从而生产效率提高。本体系中的扩链反应目前国际上还无先例。
该研究所现完成如下工作:通过控制适宜的反应条件和合成或寻找新型催化剂,使产物具有较高的分子量;研究了催化聚合反应和其生物降解机理;合成了多种扩链剂,寻找与预聚聚酯端羟基快速反应的扩链剂,使反应能在螺杆挤出机中完成;采用不同的共聚单体,使其与丁二酸和丁二醇进行共聚反应,对线性聚酯进行分子设计,调节其力学性能和生物降解性,以满足不同领域的应用要求;研究了线性聚酯的结构与性能的关系及在不同条件下微生物降解性。
目前合成的脂肪族聚酯分子量能与日本产品相比,可进行中试和扩大生产,并进一步研究生物材料的降解机理和应用。