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在当前全球气候变化和资源枯竭日益严峻的背景下，塑料污染已成为二十一世纪最紧迫的环境挑战之一。每年数以亿吨计的塑料制品被生产、使用，并在生命周期结束后堆积如山，对陆地生态系统、海洋生态系统乃至人类健康造成了不可逆转的影响。传统化石基塑料的难降解性使其在环境中长期存在，形成了“白色污染”的顽疾。面对这一严峻挑战，寻找可持续的塑料替代方案刻不容缓。生物基塑料、生物降解塑料和可堆肥塑料应运而生，为解决传统塑料的环境问题提供了新的思路。
在这波浪潮中，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚丁二酸/己二酸丁二醇酯（PBSA）作为两种具有巨大潜力的生物降解聚合物，受到了广泛关注。近期加拿大圭尔夫大学Mohanty教授团队发表在《RSC Sustainability》上的综合性综述文章“Studies on poly(butylene succinate) and poly(butylene succinate-co-adipate)-based biodegradable plastics for sustainable flexible packaging and agricultural applications: a comprehensive review”对此进行了深入探讨。
该综述文章的研究目的明确且具有现实意义，旨在探索生物降解塑料作为传统不可生物降解聚合物材料的替代品，并特别评估了PBS和PBSA在特定环境条件下有效生物降解的能力，及其在可持续柔性包装和农业应用中的潜力。文章通过广泛的文献回顾，系统梳理了PBS和PBSA的生产合成、物理化学性能、生物降解特性及其应用前景。
文章开篇即点明了全球日益严峻的塑料污染问题，并将其上升到“前所未有的废物处置危机”的高度，这为后续介绍生物降解塑料的必要性奠定了基础。综述的核心在于将PBS和PBSA定位为替代传统塑料的有效方案。这两种材料的共性在于其生物降解性，能够在特定环境（如堆肥、土壤或水生环境）中被微生物降解为二氧化碳、水和生物质，从而避免了传统塑料在环境中长期累积的问题。文章明确指出：“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.” 这表明了它们在解决塑料污染方面的核心优势。
值得关注的是，文章指出PBS和PBSA的生产已从传统的石油基合成向“石油与可再生资源混合”的方式转变。新一代技术以玉米淀粉、甘油等生物质为原料，通过微生物发酵实现丁二酸（SA）与1,4-丁二醇（BDO）的低碳制备。生命周期评估（LCA）数据表明，生物基SA的全球变暖潜能比石油基降低385%，非可再生能源消耗减少1045%。泰国BioPBS工厂已实现50%生物基含量的商业化生产，而酶催化聚合技术（如南极假丝酵母脂肪酶B）的引入，进一步替代有毒金属催化剂，推动合成过程向环境友好转型。己二酸（AA）的绿色合成同样取得进展，以木质素为原料的新工艺可降低62-78%的环境影响，而铂/二氧化硅催化剂体系实现了糖类到AA的两步高效转化，为PBSA的规模化应用扫除关键障碍。
(a) 高分子量PBS的合成路线；
(b) 利用南极假丝酵母固定化脂肪酶（CALB）合成PBS的路线
这种生产路线的转变，特别是对可再生资源的利用，直接关系到材料的生命周期环境足迹。例如，如果丁二酸（PBS的单体之一）能够完全或大部分来源于生物质（如糖发酵），将显著降低对化石资源的依赖，从而可能减少相关的碳排放和资源枯竭影响。这与LCA研究中衡量材料环境足迹的关键因素之一——原材料来源——高度契合，也与欧盟、联合国等组织倡导的循环经济和生物经济发展理念相吻合。
(a) 商业化合成丁二酸的路线；
(b)绿色路线合成丁二酸
同时，文章强调了PBS和PBSA聚合物的良好延展性和强度，这些性能使其在柔性包装和农业地膜等领域具有独特优势。但存在成本高昂（2-5欧元/公斤）、力学性能不足等缺陷。综述中提到了多项研究实现性能跃升：在共混体系中，PBSA与聚羟基丁酸酯（PHBV）复合可使氧气阻隔性提升91%，而与聚乳酸（PLA）的增容共混（采用Joncryl®环氧扩链剂）则使薄膜拉伸强度提高29.7%。纳米复合技术更赋予材料功能性突破——纤维素纳米晶（CNC）的加入使PBS的氧气透过率降低66%，而百里香酚、槲皮素等天然抗菌剂的负载，则实现对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌99%的抑制率，为活性食品包装奠定基础。值得注意的是，Pickering乳液法和母粒加工等创新工艺，成功解决了纳米粒子在聚合物基质中的分散难题，使纳米纤维素增强PBSA的弹性模量提升120%。
不同生物降解聚酯的拉伸强度及断裂伸长率
将柔性包装和农业应用作为重点，是该综述的一大亮点。这两个领域都是塑料消耗大户且废弃物处理困难的重灾区。例如，农业地膜的回收成本高、效率低，常常直接弃置于农田，造成土壤污染。可生物降解的农业地膜如PBS和PBSA，能直接降解在土壤中，有效减轻了这一问题。同样，食品柔性包装的一次性使用特性也使其成为塑料垃圾的主要来源。在食品包装领域，PBSA基活性薄膜展现出显著保鲜效能：负载15%香茅草的薄膜可将鸡肉保质期延长至8天，而百里香酚控释体系使三文鱼切片在冷藏环境下的货架期增加4天。针对烘焙食品易霉变难题，6%百里香酚/PBSA复合膜成功将面包无霉变期延长至9天，远超传统BOPP膜的3天极限。农业应用方面，PBSA地膜的降解特性改写行业规则——土壤中曲霉菌株（Aspergillus terreus HC）可在30天内分解47%的薄膜，而腐植酸改性PBS地膜更促进生菜叶绿素合成，产量提升20%。这种“免回收”设计直接降低耕作成本，为解决农田白色污染提供新范式。 与此同时，综述对PBS和PBSA的降解性能及降解条件也进行了调研。工业堆肥（60 ℃）环境中，PBS/PBAT共混物可在180天内达成90%降解率，符合国际标准ISO 14855；而家庭堆肥（28 ℃）则需严格控制厚度（如BioPBSA≤502 μm）以保证降解效率。微生物种群分析揭示降解本质：青霉菌（Aspergillus versicolor）等菌株通过靶向攻击酯键实现分子链断裂，其优先分解非晶区的特性导致材料呈现“先侵蚀后碎裂”的形态演变。值得注意的是，PBSA因己二酸单元的引入，降解速率比PBS快30%，这为不同应用场景的寿命设计提供了调控靶点。在循环体系构建中，碱性预处理技术突破厌氧降解瓶颈，使PBSA在垃圾填埋场的生物降解率从30.5%跃升至88%，为全生命周期管理开辟新路径。 文章对PBS/PBSA目前面临的挑战及突破方向也进行了总结。首先是成本问题，即便生物基PBS最低售价达1.37欧元/公斤，仍高于聚丙烯的0.90欧元/公斤，这要求开发秸秆等非粮生物质原料以降低生产成本。同时，回收体系冲突亦不容忽视，若PBS薄膜混入传统塑料回收流，将严重污染再生颗粒品质，亟需建立独立分类标识系统。此外，文章指出，技术前沿探索正指向多功能集成：利用PBS水凝胶在垂直农业中实现90%节水效率；通过共聚比例调控降解周期匹配不同作物生长季；甚至开发纳米孔薄膜（如Imec技术）实现无土栽培与病原体隔离。这些创新不仅拓展应用场景，更重塑“资源-产品-再生”的循环逻辑。 综观全局，PBS/PBSA的价值远超单一材料替代。其从生物基单体合成→功能性复合材料设计→可控降解机制的技术链条，本质是对线性经济模式的系统性颠覆。当每一片地膜在土壤中转化为养分，每一个包装盒在堆肥场回归碳循环，人类才真正践行了与地球的共生契约。这条突围之路仍需政策护航——建立标准化堆肥网络、完善生物碳追踪体系、制定全球认证标识，方能使实验室的绿色星火，终成塑料危机的破晓之光。
