폴리부틸렌 숙성제

Polybutylene succinate
폴리부틸렌 숙성제
Polybutylene succinate.svg
PBS 3D.gif
이름
기타 이름
폴리(테트라메틸렌 굴복)
식별자
약어 PBS
켐스파이더
  • 없는
특성.
(C8H12O4)n
밀도 1.26 g/cm3
녹는점 115°C(239°F, 388K)
불용성
클로로포름의 용해성 수용성
관련 화합물
숙신산
부타네디올
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
Infobox 참조 자료

PBS(Polybutylene succinate, PBS)는 폴리에스테르 계열의 열가소성 폴리머 수지(polytetramethylene succinate)이다. PBS는 폴리프로필렌에 버금가는 성질을 지닌 생분해성 알리파틱 폴리에스터다.

또한 GsPLA 또는 BioPBS™(미쓰비시 화학)라는 브랜드 이름으로도 언급할 수 있다.[1] PBS는 중합된 부틸렌 숙사체로 구성되며, 반복이 있다. CHO8124 단위.

역사

A. V. 루렌소
W. H. 카로더스

숙신산 기반 폴리테스터의 합성은 1863년에 처음 수행되었다. 당시 포르투갈의 아고스티뉴 비센테 루렌소 교수는 자신의 '레허슈르 레스 복합체 폴리아토미크'(다원자 화합물 연구)에서 숙신산과 에틸렌 글리콜의 반응을 설명하며 '수치노-에틸렌산'이라는 이름을 붙였다. 그는 이 산이 고온(300°C)에서 가열될 때 물이 빠지고, 냉각 후 결정질량을 얻었을 때 결정질량이 감소하고 있다는 것을 알아챘다.[2] 불행히도 루렌소는 그가 얻은 자료의 구조를 별로 연구하지 않았다.

후에 다비도프(1886년),[3] 그리고 나서 볼렌더(1894)는 다른 방법을 사용하여 이 같은 재료를 준비했다. 이 초기 작업은 1930년대에 Wallace Hume Carothers(E.I. du Pont de Nemours and Co.)에 의해 추진되었으며, 성공신산 기반 폴리머에 대한 보다 체계적인 연구가 이루어졌다. 그 당시 그러한 연구의 목적은 천연 실크 섬유에 대한 합성 대안을 찾는 것이었다.

캐로더는 연속 증류 과정에서 물을 제거함으로써 어금니 질량이 이전에 합성된 것보다 상당히 높은 폴리머를 얻었다.[4] 그럼에도 불구하고 최종 제품의 성질은 기대되는 품질을 보여주지 못했다. 그래서 캐로더스는 폴리아미드에 더 많은 관심을 기울였고 동료 줄리안 힐 나일론 6,6과 함께 발명했다.

나중에 플로리(1946)는 염화 이산화 탄화물을 사용한 알리프 폴리에스테르의 개선된 합성을 제안했다.[5]

이들 폴리머는 1990년대 초 40년 넘게 잊혀진 뒤 생분해성 및 바이오 기반 폴리머에 대한 수요가 증가하면서 새롭게 관심을 받았다.

합성

폴리에틸렌 테레프탈레이트 같은 다른 폴리테스터와 마찬가지로 PBS의 합성을 위한 두 가지 주요 경로가 존재한다. 즉, 트랜스-절단화 과정(수신 다이제터로부터)과 디아시드로부터 시작되는 직접 에스테르화 과정이다. 1,4부타네디올을 사용한 숙신산의 직접적 에스테르화는 PBS를 생산하는 가장 흔한 방법이다. 2단계 과정으로 구성된다. 첫째, 디올의 초과분은 디아시드와 함께 에스테르화 되어 물을 제거하면서 PBS 과점자를 형성한다. PBS esterification.png

그리고 나서, 이 과점들은 진공 상태에서 변형되어 높은 어금니 질량 중합체를 형성한다. 이 단계에는 티타늄, 지르코늄, 주석 또는 게르마늄 유도체와 같은 적절한 촉매가 필요하다.[6] PBS polycondensation.png

생분해성

에이미콜라톱시스 sp. HT-6과 페니실륨 sp. 변형률 14-3은 PBS를 저하시킬 수 있다. Microbispora Rosea, Melioposora japonica, E. viridilutea는 유화 PBS의 샘플을 소비할 수 있다.[7]

적용들

PBS는 자연적으로 물과 CO로2 분해되기 때문에,[8] 몇몇 일반적인 플라스틱에 대한 생분해 가능한 대안일 수 있다. PBS 적용 영역의 범위는 여전히 커지고 있으며 여러 영역을 파악할 수 있지만, 어떤 특정 대상 PBS가 실제로 사용되는지 정확히 알기는 어렵다. 먼저 포장 분야에서 PBS는 식품과 화장품 포장재를 위해 필름, 가방 또는 박스로 처리될 수 있다. PBS의 다른 용도는 식기류나 의료 용품과 같은 일회용 제품으로 발견될 수 있다. 농업에서 PBS는 멀칭 필름이나 농약과 비료를 위한 지연 방출 재료의 제작에 관심을 갖는다. PBS는 사용 후 자재의 회수·재활용이 문제가 되는 어업(어망용), 임업용, 토목용, 기타 분야에서도 시장점유율을 발굴할 것을 약속하고 있다.[9] 의료 분야에서는 PBS를 생분해성 약물 캡슐화 시스템으로 사용할 수 있으며 [10]임플란트 여부도 조사된다.

산업생산

산업에서는 PBS 합성의 개선으로 이 중합체의 대규모 생산이 가능해졌다. 일본 회사 쇼와 하이 폴리머는 1993년에 연간 3,000톤의 폴리머를 생산할 수 있는 준 상업용 공장을 건설했다.[11] 트레이드네임인 바이오놀레로 판매되는 이 폴리머는 용융 응축 중합에 이어 다이소시아네이트로 체인 확장을 통해 합성된다.[12] 훨씬 후인 2003년 4월, 미쓰비시 화학은 연간 3,000톤 규모의 용량을 구축하여 GS Pla(Green and Sustainable Plastic)라는 이름의 PBS를 시장에 출시했다. 이 중합체는 체인 익스텐더를 사용하지 않고 어금니 질량이 높다. 이후 헥싱케미칼(중국 안후이), 신푸제약(중국 항저우) 또는 IRe케미칼(한국) 등 PBS 생산업체들이 대거 등장했다. 2010년 헥싱케미칼은 중국 최초의 대규모 PBS 기업이 되었으며, 연간 1만 톤의 용량을 가지고 있다. 같은 해 신푸제약은 연간 2만톤 규모의 세계 최대 규모의 연속 PBS 생산라인 건설을 발표했다. 현재 대부분의 폴리아클렌 숙주는 석유화학 전구체로부터 합성된다. 그럼에도 불구하고 대부분의 생산자들은 이러한 폴리머의 합성을 위해 바이오 기반의 숙신산을 평가하거나 개발하고 있다. 쇼와덴코는 2016년 비닐 쇼핑백 환경규제 침투 지연, 생분해성 플라스틱 시장가격 하락 등을 이유로 바이오놀의 생산·판매 중단을 발표했다.[13]

참조

  1. ^ "Biodegradable Polymer "BioPBS™" Products".
  2. ^ Lourenço, A.V. (1863). "Recherches sur les composés polyatomiques". Ann. Chim. Phys. 67 (3).
  3. ^ Davidoff,O. (1886). "Ein Fall der Bildung von Bernsteinsäureäthylester". Ber. Dtsch. Chem. Ges. 19: 2. doi:10.1002/cber.18860190196.
  4. ^ Carothers, W.H. (1929). "Studies on polymerization and ring formation II. Poly-esters". J. Am. Chem. Soc. 51 (8): 10. doi:10.1021/ja01383a042.
  5. ^ 미국 특허 2,589,687호
  6. ^ Jacquel, N.; et al. (2011). "Synthesis and properties of poly (butylene succinate): Efficiency of different transesterification catalysts". J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 49 (24): 5301–5312. Bibcode:2011JPoSA..49.5301J. doi:10.1002/pola.25009.
  7. ^ Yutaka Tokiwa; Buenaventurada P. Calabia; Charles U. Ugwu; Seiichi Aiba (September 2009). "Biodegradability of Plastics". International Journal of Molecular Sciences. 10 (9): 3722–3742. doi:10.3390/ijms10093722. PMC 2769161. PMID 19865515.
  8. ^ Xu, J. (2010). "Microbial Succinic acid, its polymer poly(butylene succinate), and applications". Plastics from Bacteria. Microbiology Monographs. Vol. 14. pp. 347–388. doi:10.1007/978-3-642-03287-5_14. ISBN 978-3-642-03286-8. {{cite book}}: 누락 또는 비어 있음 title= (도움말)
  9. ^ Xu, J. (2010). "Microbial Succinic acid, its polymer poly(butylene succinate), and applications". Plastics from Bacteria. Microbiology Monographs. Vol. 14. pp. 347–388. doi:10.1007/978-3-642-03287-5_14. ISBN 978-3-642-03286-8. {{cite book}}: 누락 또는 비어 있음 title= (도움말)
  10. ^ Brunner, C.T. (2011). "Performance of biodegradable microcapsules of poly(butylene succinate), poly(butylene succinate-co-adipate)and poly(butylene terephthalate-co-adipate) as drug encapsulation systems". Colloids and Surfaces B:Biointerfaces. 84 (2): 498–507. doi:10.1016/j.colsurfb.2011.02.005. hdl:1822/14234. PMID 21376545.
  11. ^ Xu, J. (2010). "Microbial Succinic acid, its polymer poly(butylene succinate), and applications". Plastics from Bacteria. Microbiology Monographs. Vol. 14. pp. 347–388. doi:10.1007/978-3-642-03287-5_14. ISBN 978-3-642-03286-8. {{cite book}}: 누락 또는 비어 있음 title= (도움말)
  12. ^ Fujimaki, T. (1998). "Processability and properties of aliphatic polyesters, 'BIONOLLE', synthesized by polycondensation reaction". Polymer Degradation and Stability. 29 (1–3): 209–214. doi:10.1016/s0141-3910(97)00220-6.
  13. ^ "SDK to Terminate Production and Sale of Biodegradable Plastic News Releases SHOWA DENKO K.K." www.sdk.co.jp. Retrieved 2017-04-26.