丁二酸和PBAT的适用领域和应用前景

来源：作者：人气：-发表时间：2023-09-15 09:40:00【大中小】

丁二酸，又被称为琥珀酸，是一种重要的中间体化合物，用于合成各种有机物以及制造药物。它在食品、医药和化工等领域广泛应用。随着时代的发展，丁二酸及其衍生产品的应用领域不断取得新的突破。

PBAT（聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯）属于生物可降解的聚合物类别。由己二酸、对苯二甲酸以及丁二醇单体合成，具有可再生性和卓越的物理性能，可应用于食品包装、地膜、医药等领域。作为环保的替代材料，PBAT有助于减少对传统塑料的依赖，从而降低对环境的不良影响。

丁二酸合成

PBAT合成

丁二酸基本信息：

英文名称	SUCCINIC ACID	分子式	C4H6O4
CAS号	110-15-6	分子量	118.09
熔点	185°C	EINECS号	203-740-4
沸点	235°C	密度	1.19 g/mL at 25°C (lit.)
形态	Powder/Solid	蒸气压	0-0 Pa at 25℃
酸度系数 (pKa)	4.16 (at 25℃)	颜色	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 之间
结晶温度	110℃ 附近	结晶度	30% 左右
熔点	130℃ 左右	类型	半结晶型聚合物

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产品名称	Cas	用途级别	规格
丁二酸	110-15-6	AR	50g 500g 1kg
PBAT（聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯）	55231-08-8	AR	500g 1kg 25kg

丁二酸优点：

食品添加剂：丁二酸盐被用作食品的防腐剂和酸度调节剂。它能够延长食品的保质期并改善口感。

化工原料：丁二酸作为化工原料，用于合成各种化学产品，包括聚合物。它可以改善产品的性能和质量。

制药用途：丁二酸被广泛用于制药工业，可以用于优化抗生素结构，以及左旋霉素合成添加剂。

环境友好性：丁二酸是一种相对环保的化合物，因为它在环境中分解后不会对生态系统造成长期污染。这使得它在可绿色化工和生产中具有重要地位。

PBAT优点：

生物可降解性：PBAT可以通过微生物酶的作用，在自然环境中逐渐降解，并最终分解为二氧化碳、水和生物质等可再利用的物质。这使得PBAT成为环保友好的替代材料。

可再生性：PBAT可以使用可再生原料进行合成，如植物油和淀粉等，减少对化石燃料的依赖。

物理性能：PBAT具有良好的柔韧性、耐冲击性和耐热性，可用于制造薄膜、包装材料、纺织品和注塑件等各种应用领域。

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

应用广泛：PBAT被广泛应用于包装行业，如食品包装袋、垃圾袋、农业膜等。它也可以用于纺织品、消费品和医疗用品等领域。

丁二酸行业应用

食品领域

丁二酸（SA）在食品工业中扮演着关键角色，具有多方面的应用。作为一种风味增强剂，它广泛用于食品中。由SA衍生的生物降解塑料在食品包装中具有重要作用，带来了环保优势。另外，丁二酸表现出针对沙门氏菌的抗菌效果。

风味增强剂:食品工业中，丁二酸(SA)及其衍生物具有广泛的应用。SA是常用的风味增强剂，由SA衍生的生物降解塑料在食品包装中扮演重要角色。将化学过程替代为生物过程带来环保优势，但需要过程优化和底物成本的降低。为实现此目标，利用可再生的低成本农食副产品替代昂贵的原材料。总结了在SA的发酵生产中使用农食工业副产品作为低成本碳源的情况，并强调了SA及其衍生物在食品工业中的广泛应用。

抗菌效应:侧重于评估丁二酸与牛至精油在抑制沙门氏菌生长方面的效果，并且关注了它们对鸡肉馅料的品质的影响。研究结果显示，丁二酸与牛至精油的组合具有显著的抗菌效果，对于减少沙门氏菌数量和改善肉制品的质量起到关键作用。这个研究强调了丁二酸在食品安全和品质改善方面的潜力，为改进肉制品的抗菌处理提供了有希望的方法。

日化领域

丁二酸及其衍生物在个人护理产品制备中的关键作用。通过合成一系列丁二酸衍生的表面活性剂，研究发现它们具有低临界胶束浓度、高吸附效率、出色的泡沫性和稳定性，同时对皮肤刺激性较小。此外，丁二酸在乳液稳定性中发挥着重要作用。

个人护理产品：研究合成丁二酸和顺丁烯二酸的半酯和半酰胺衍生物，包括月桂基丁二酸钠（C12SE）、月桂基顺丁烯酸钠（C12ME）、月桂基琥珀酰胺钠（C12SA）和十六烷基顺丁烯酸钠（C16ME），发现这些表面活性剂具有低的临界胶束浓度和高的吸附效率（pC20），对于制备个人护理产品非常有益。其形成较大的不能穿透皮肤层的胶束，这在皮肤护理中是重要的。此外，这些表面活性剂具有良好的泡沫性和稳定性，归因于更快的单体吸附和较小的气泡尺寸。该表面活性剂相比常用的同类产品对蛋白质和脂质的溶解度较低，表明它们对皮肤的刺激性较小。粘度测量表明，在存在辅助表面活性剂（如月桂胺氧化物）的情况下，这些表面活性剂具有良好的增稠能力。

乳液稳定性：合成了不同疏水链长度的丁二酸半酯和半酰胺衍生物，并将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为关键成分，这些表面活性剂相对于传统的硫酸钠表面活性剂表现出更好的苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液稳定性。发现约33%至68%的丁二酸表面活性剂嵌入在乳液颗粒表面，而高浓度电解质和冻结/解冻循环可能导致乳液絮凝，丁二酸的添加则对维持乳液稳定性至关重要。

工业领域

涵盖多项关于生物降解共聚物的研究成果。研究方法包括通过两步链延伸反应制备高分子量聚（酯碳酸酯）、基于丁二酸的合成可生物降解聚（酯脲）弹性体、以及通过酯化和去乙二醇化反应制备的可生物降解同源共聚物和共聚物。这些研究突显了生物降解共聚物的多样性和可持续材料潜力。

生物降解共聚物：研究通过对富余的丁二酸的1,3-丙二醇与热缩聚物进行的两步链延伸反应制备了高分子量聚（酯碳酸酯）。这些新型聚合物具有可生物降解的骨架，来源于可再生资源，具有潜在的环保特性。

其他一项研究基于丁二酸合成了可生物降解聚（酯脲）弹性体，含有聚二乙二醇丁二酸酯（PDGS）和聚丁二酸酯（PBS）。通过4,4'-亚甲基二苯基二异氰酸酯链延伸剂对二羟基末端的PDGS和PBS前体进行扩展。研究发现，成分对物性的影响大于分段长度。28.2% PBS含量的PEU表现出最佳的力学性能，包括41 MPa的极限强度和1503%的断裂伸长率。随着PBS段含量的增加，储存模量和杨氏模量显著增加，这与结晶度的提高有关。

另外一项研究通过酯化和去乙二醇化两步反应合成了可生物降解的同源共聚物和共聚物，包括PBSU、PBAD和PBSA。这些合成是通过丁二酸（SA）和己二酸（AA）与1,4-丁二醇的酯化和去乙二醇化两步反应实现的。研究发现，随着己二酸丁酯含量的增加，熔点降低，而随着己二酸单元含量的增加，玻璃转变温度线性降低。

还有研究采用多种不同的反应条件，聚合了异山梨醇、丁二酸和间苯二甲酸。这些条件包括在芳香性溶剂中进行加热或不加热、使用或不使用催化剂等。大多数共聚酯的数量平均分子量在7000至15000 Da范围内，MALDI-TOF质谱几乎只显示出环状物的峰，玻璃化转变温度逐渐从75°C增加到180°C，表明这些共聚酯具有可生物降解的特性。

医药领域

通过分子对接发现了一些具有潜在高效抗生素特性的丁二酸衍生物，尤其在与蛋白质1S17的相互作用中表现卓越。同时，探讨了在左旋霉素生物合成中加入丁二酸的影响，结果显示在富含丁二酸的培养基中，左旋霉素产量显著提高。

抗生素应用：为了寻找廉价抗生素，进行了分子对接研究，使用了蛋白质1BSK和1S17，并使用丁二酸衍生物进行了研究。结果显示，一些丁二酸衍生物的结合能量和对接模式与1BSK和1S17中最初对接的分子非常接近。丁二酸衍生物与这两种蛋白质的对接结果表明，它们与一些已知的抗生素，如诺氟沙星、环丙沙星和氧氟沙星，具有相似的高效性。快速性质测试显示，这些分子是无毒的。在1S17蛋白质中，一些丁二酸衍生物的对接得分比最初对接的配体更高。

左旋霉素合成添加剂：研究丁二酸在合成左旋霉素时作为培养基组分的影响。发现在富含丁二酸（0.05-0.4%）的大豆玉米培养基中，抗生素在发酵液中的含量高于对照组。其中，添加0.1%丁二酸时，刺激效应最强，达到了135%。为了在富含丁二酸（0.4%）的合成培养基中实现最佳的抗生素产量，需要添加0.05%乙酸。通过使用富含丁二酸和不含丁二酸的大豆玉米培养基进行研究，发现左旋霉素分子中的芳香片段p-氨基乙酮的含量存在差异。在含丁二酸的培养基条件下，培养物中p-氨基乙酮的含量比对照组高10%至18%，并且取决于发酵周期。对丁二酸在左旋霉素生物合成中的作用进行了讨论。

科研领域

丁二酸（SA）可作为有效的“绿色”抑制剂，抑制金属的腐蚀行为。

腐蚀抑制效应：研究了丁二酸（SA）对低碳钢（LCS）电极在通气的非搅拌1.0 M HCl溶液中的腐蚀抑制效应，温度为25°C，pH范围在2至8之间。运用了重量损失、电位动力学极化和电化学阻抗谱（EIS）等方法，研究了在不同实验条件下，不同浓度的SA存在下金属的腐蚀行为。结果表明，SA在HCl溶液中表现为良好的“绿色”抑制剂，主要以阳极型抑制剂为主。抑制效率随着SA浓度、溶液pH和浸泡时间的增加而提高，在SA浓度大于0.01 M且pH为8时，达到最大抑制效率（约97.5%）。还研究了SA浓度和pH对1.0 M HCl溶液中LCS电极零电荷电位（PZC）的影响，并讨论了吸附机制。

PBAT行业应用:

可降解包装塑料

涵盖了3个不同的生物降解包装材料：PBAT/TPS薄膜、PBAT/PLA薄膜、以及PBAT淀粉薄膜。这些材料针对绿色、可生物降解提供了创新解决方案。通过改良材料的性能和环保特性，满足了不同包装需求，并为可持续包装领域的发展提供了有益信息。

PBAT/TPS纳米晶混合物：通过扁平挤出法制备了PBAT/TPS纳米晶混合物薄膜，用于食品包装。这些薄膜具有调控的水蒸气渗透率和多孔性表面，表现出抗菌性和氧化促进作用，适用于水果和蔬菜包装。这一创新材料满足了不断增长的包装需求。

PBAT/PLA纳米复合材料：在多个应用领域，可生物降解聚合物变得日益重要。其中，聚乳酸（PLA）和聚丁二酸丁酯-对苯二甲酸酯（PBAT）是备受喜爱的选择。通过添加抗菌的天然松香，简化了改性过程，维持了环保特性，提升了PBAT/PLA混合物的抗菌性。使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究了混合物的形态，差示扫描量热仪（DSC）则探究了热性能。最终，添加抗菌的天然松香显著提升了PBAT/PLA聚合物混合物的性能，适用于绿色包装。

一项研究通过熔融加工，开发了包含反应性相容剂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，改善了薄膜的机械性能和气体渗透性。这种薄膜在食品包装领域表现出卓越性能，为制备高性能的可生物降解包装薄膜提供了简单途径。

另一项研究探讨了由聚丁二酸丁酯对苯二甲酸酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）制成的生物降解覆盖膜的CO2介导的热解处理方法。研究发现，CO2介导的热解可以有效回收生物降解塑料废物，因为它产生更多的气态产物，抑制了蜡和焦的生成，同时促进了PBAT的聚合键裂解，产生更多的单体化合物。这种方法可以改善处理生物降解塑料的可行性。

PBAT淀粉混合物：PBAT是一种可完全生物降解的聚合物，其与可塑化淀粉混合是制备可生物降解包装的有效方法。研究表明，马来酸酐改性的PBAT（PBATg-MA）是一种有效的相容剂，改善了力学性能并影响了生物降解动力学。这为开发可生物降解的包装提供了新的方向。

农业地膜领域

为解决塑料薄膜污染问题，PBAT生物降解薄膜在农业中备受青睐。本研究以PBAT薄膜、普通聚乙烯（PE）薄膜和无覆盖膜（CK）为测试材料，以番茄生长为研究对象。结果表明，PBAT薄膜在60天后开始降解，100天内降解率达60.98%。总体来看，PBAT薄膜在番茄幼苗期和开花结果期的土壤温湿度保持效果与PE薄膜相当。成熟期时，由于PBAT薄膜的显著降解，土壤湿度低于PE薄膜，但对番茄的生长、产量和品质没有明显负面影响。PBAT薄膜下的番茄产量仅比PE薄膜低3.14%，但均明显高于CK处理，分别提高了63.38%和68.68%，说明在中国新疆南部干旱地区种植番茄等作物使用PBAT薄膜是可行的。

研究将PBAT薄膜作为唯一的碳源，在土壤样品中筛选出了5株潜在的PBAT降解细菌。其中，通过与16S rDNA序列分析确认的高效PBAT降解菌株JZ1，经过氮源、pH和接种量等培养条件的优化，使其对PBAT薄膜的实际降解率在8周内达到了12.45%。SEM和EDX分析表明，微生物降解主要发生在PBAT薄膜的非晶区域，是一种氧化过程。这些研究结果表明，Peribacillus frigoritolerans对PBAT薄膜的高效生物降解有望在农田中用于PBAT薄膜降解进程的调控。

医学领域

研究制备了PBAT/PMMA/MA/TCP生物医学复合材料，通过FTIR、XRD、SEM、SBF和细胞存活性测试进行了表征。研究发现，材料具有良好的生物活性，细胞存活性表现出优势，而且在试验中迅速降解。与PBAT/PMMA混合物相比，其拉伸性能和硬度性能略有提高。这些生物医学复合材料适用于医疗器械的制造。

染料领域

采用超亲水PBAT泡沫，添加铁柱状膨润土（IPB），用于染料降解、重金属去除和油水分离。通过溶液分离和糖孔隙剂制备泡沫，然后用浸渍法覆盖聚丙烯酰胺/SiO2，赋予泡沫超亲水性。研究了泡沫对亚甲基蓝（MB）和Cu2+的静态吸附效果。吸附等温线拟合表明，吸附符合Langmuir模型，呈向单分子层吸附趋势。吸附动力学拟合证实吸附过程符合伪二阶模型，主要由化学吸附驱动。改进后的PBAT泡沫对Cu2+具有良好吸附性能，对MB表现出良好循环吸附能力，连续五次循环吸附后MB的光降解效率保持在95%以上。超亲水性使得泡沫在油水分离方面有广泛应用潜力。

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