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在當前全球氣候變化和資源枯竭日益嚴峻的背景下，塑料污染已成為二十一世紀最緊迫的環境挑戰之一。每年數以億噸計的塑料制品被生產、使用，并在生命周期結束后堆積如山，對陸地生態系統、海洋生態系統乃至人類健康造成了不可逆轉的影響。傳統化石基塑料的難降解性使其在環境中長期存在，形成了“白色污染”的頑疾。面對這一嚴峻挑戰，尋找可持續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運而生，為解決傳統塑料的環境問題提供了新的思路。
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，受到了廣泛關注。近期加拿大圭爾夫大學Mohanty教授團隊發表在《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”對此進行了深入探討。
該綜述文章的研究目的明確且具有現實意義，旨在探索生物降解塑料作為傳統不可生物降解聚合物材料的替代品，并特別評估了PBS和PBSA在特定環境條件下有效生物降解的能力，及其在可持續柔性包裝和農業應用中的潛力。文章通過廣泛的文獻回顧，系統梳理了PBS和PBSA的生產合成、物理化學性能、生物降解特性及其應用前景。
文章開篇即點明了全球日益嚴峻的塑料污染問題，并將其上升到“前所未有的廢物處置危機”的高度，這為后續介紹生物降解塑料的必要性奠定了基礎。綜述的核心在于將PBS和PBSA定位為替代傳統塑料的有效方案。這兩種材料的共性在于其生物降解性，能夠在特定環境（如堆肥、土壤或水生環境）中被微生物降解為二氧化碳、水和生物質，從而避免了傳統塑料在環境中長期累積的問題。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.” 這表明了它們在解決塑料污染方面的核心優勢。
值得關注的是，文章指出PBS和PBSA的生產已從傳統的石油基合成向“石油與可再生資源混合”的方式轉變。新一代技術以玉米淀粉、甘油等生物質為原料，通過微生物發酵實現丁二酸（SA）與1,4-丁二醇（BDO）的低碳制備。生命周期評估（LCA）數據表明，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BioPBS工廠已實現50%生物基含量的商業化生產，而酶催化聚合技術（如南極假絲酵母脂肪酶B）的引入，進一步替代有毒金屬催化劑，推動合成過程向環境友好轉型。己二酸（AA）的綠色合成同樣取得進展，以木質素為原料的新工藝可降低62-78%的環境影響，而鉑/二氧化硅催化劑體系實現了糖類到AA的兩步高效轉化，為PBSA的規模化應用掃除關鍵障礙。
(a) 高分子量PBS的合成路線；
(b) 利用南極假絲酵母固定化脂肪酶（CALB）合成PBS的路線
這種生產路線的轉變，特別是對可再生資源的利用，直接關系到材料的生命周期環境足跡。例如，如果丁二酸（PBS的單體之一）能夠完全或大部分來源于生物質（如糖發酵），將顯著降低對化石資源的依賴，從而可能減少相關的碳排放和資源枯竭影響。這與LCA研究中衡量材料環境足跡的關鍵因素之一——原材料來源——高度契合，也與歐盟、聯合國等組織倡導的循環經濟和生物經濟發展理念相吻合。
(a) 商業化合成丁二酸的路線；
(b)綠色路線合成丁二酸
同時，文章強調了PBS和PBSA聚合物的良好延展性和強度，這些性能使其在柔性包裝和農業地膜等領域具有獨特優勢。但存在成本高昂（2-5歐元/公斤）、力學性能不足等缺陷。綜述中提到了多項研究實現性能躍升：在共混體系中，PBSA與聚羥基丁酸酯（PHBV）復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?環氧擴鏈劑）則使薄膜拉伸強度提高29.7%。納米復合技術更賦予材料功能性突破——纖維素納米晶（CNC）的加入使PBS的氧氣透過率降低66%，而百里香酚、槲皮素等天然抗菌劑的負載，則實現對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌99%的抑制率，為活性食品包裝奠定基礎。值得注意的是，Pickering乳液法和母粒加工等創新工藝，成功解決了納米粒子在聚合物基質中的分散難題，使納米纖維素增強PBSA的彈性模量提升120%。
不同生物降解聚酯的拉伸強度及斷裂伸長率
將柔性包裝和農業應用作為重點，是該綜述的一大亮點。這兩個領域都是塑料消耗大戶且廢棄物處理困難的重災區。例如，農業地膜的回收成本高、效率低，常常直接棄置于農田，造成土壤污染。可生物降解的農業地膜如PBS和PBSA，能直接降解在土壤中，有效減輕了這一問題。同樣，食品柔性包裝的一次性使用特性也使其成為塑料垃圾的主要來源。在食品包裝領域，PBSA基活性薄膜展現出顯著保鮮效能：負載15%香茅草的薄膜可將雞肉保質期延長至8天，而百里香酚控釋體系使三文魚切片在冷藏環境下的貨架期增加4天。針對烘焙食品易霉變難題，6%百里香酚/PBSA復合膜成功將面包無霉變期延長至9天，遠超傳統BOPP膜的3天極限。農業應用方面，PBSA地膜的降解特性改寫行業規則——土壤中曲霉菌株（Aspergillus terreus HC）可在30天內分解47%的薄膜，而腐植酸改性PBS地膜更促進生菜葉綠素合成，產量提升20%。這種“免回收”設計直接降低耕作成本，為解決農田白色污染提供新范式。 與此同時，綜述對PBS和PBSA的降解性能及降解條件也進行了調研。工業堆肥（60 ℃）環境中，PBS/PBAT共混物可在180天內達成90%降解率，符合國際標準ISO 14855；而家庭堆肥（28 ℃）則需嚴格控制厚度（如BioPBSA≤502 μm）以保證降解效率。微生物種群分析揭示降解本質：青霉菌（Aspergillus versicolor）等菌株通過靶向攻擊酯鍵實現分子鏈斷裂，其優先分解非晶區的特性導致材料呈現“先侵蝕后碎裂”的形態演變。值得注意的是，PBSA因己二酸單元的引入，降解速率比PBS快30%，這為不同應用場景的壽命設計提供了調控靶點。在循環體系構建中，堿性預處理技術突破厭氧降解瓶頸，使PBSA在垃圾填埋場的生物降解率從30.5%躍升至88%，為全生命周期管理開辟新路徑。 文章對PBS/PBSA目前面臨的挑戰及突破方向也進行了總結。首先是成本問題，即便生物基PBS最低售價達1.37歐元/公斤，仍高于聚丙烯的0.90歐元/公斤，這要求開發秸稈等非糧生物質原料以降低生產成本。同時，回收體系沖突亦不容忽視，若PBS薄膜混入傳統塑料回收流，將嚴重污染再生顆粒品質，亟需建立獨立分類標識系統。此外，文章指出，技術前沿探索正指向多功能集成：利用PBS水凝膠在垂直農業中實現90%節水效率；通過共聚比例調控降解周期匹配不同作物生長季；甚至開發納米孔薄膜（如Imec技術）實現無土栽培與病原體隔離。這些創新不僅拓展應用場景，更重塑“資源-產品-再生”的循環邏輯。 綜觀全局，PBS/PBSA的價值遠超單一材料替代。其從生物基單體合成→功能性復合材料設計→可控降解機制的技術鏈條，本質是對線性經濟模式的系統性顛覆。當每一片地膜在土壤中轉化為養分，每一個包裝盒在堆肥場回歸碳循環，人類才真正踐行了與地球的共生契約。這條突圍之路仍需政策護航——建立標準化堆肥網絡、完善生物碳追蹤體系、制定全球認證標識，方能使實驗室的綠色星火，終成塑料危機的破曉之光。
