脂肪酶催化脂肪族聚酯PBS及其共聚物的降解研究

摘要

PBS作为脂肪族聚酯中最有使用前景的生物降解高分子材料，对其降解性能与降解理论的研究不可或缺，本实验采用固定化脂肪酶对PBS及其共聚改性物进行降解研究，深入理论分析。
　　 酶促PBS降解研究结果有以下几个方面：
　　 (1)采用四氢呋喃(THF)、甲苯、THF与甲苯的混合溶剂作为PBS的溶剂，在脂肪酶的作用下，对Mn10万的PBS进行降解研究。各体系对PBS的降解效果：THF与甲苯混合体系＞THF体系＞甲苯体系；PBS在THF中分子量从10万降解到1.4万；在甲苯中降解到4万；但在THF与甲苯混合溶剂中，可降解到Mn0.1万以下；PBS降解的低分子产物多为线型低聚物，主要是2～4聚体；环状产物较少。
　　 (2)使用不同比例的1，4-环己二甲醇(1，4-CHDM)和PBS进行共聚改性，以改变PBS分子链结构，进行酶促降解研究。常压60℃下，聚酯在THF与甲苯的混合体系中酶促降解反应24h后，得到了淡黄色油状产物；分析显示：PBS降解后得到的低聚物分子量略高于PBS/CHDM共聚物的降解产物；PBS/CHDM共聚物的降解产物中都含有BDO单体；当共聚物的质量比为80:20时，其降解产物中检测出CHDM单体；CHDM改性的PBS酶促降解效果优于PBS，并随着CHDM含量的增加降解效果随之提升。
　　 (3)用含有醚键的二甘酸(DGA)和含有六元环的1，4-CHDM和PBS熔融共聚，探讨不同分子链的PBS改性物的酶促降解研究。PBS、PBS/CHDM（m:m=95:5）、PBS/DGA(m:m=95:5)都有好的降解效果，不过，降解效果有所不同：PBS/CHDM＞PBS/DGA＞PBS。PBS/CHDM分子链中含大六元环，使分子间间隙更大，PBS双螺旋结构破坏，致使分子链更易舒展，酯键暴露出来，利于酶活性点的进攻；PBS/DGA分子链中的二甘酸含有醚键，亲水性更好，有利于水解反应的进行，但六元环的作用效果比醚键的作用效果更明显。CHDM改性的PBS降解产物分子量最低，更突出的是其降解产物中出现多种分子量的低聚物，在三者中降解效果最佳。
　　 (4)合成一系列由己内酯(CL)、CHDM对PBS与PES多元共聚的改性物，研究脂肪酶对其识别性的好坏、产物结构的差异和各种聚酯降解产物产率的情况。结果表明：脂肪酶对各种聚酯得降解均有催化活性，PBS、PES及其改性共聚物都是脂肪族聚酯，性能极其相似，降解产物也没有大的区别，都有环状低聚酯和线性低聚酯；PES系列降解产物中有环状二聚体，PBS系列降解产物中含有少量单体；各种聚酯降解率稍有差别，其中PBS降解产率较低，为40％;P(ES-co-CL-co-CHDM)降解产率较高，为62％。
　　 (5)在四氢呋喃(THF)、甲苯、THF与甲苯的混合溶剂中，使用脂肪酶对Mn10万的PBS进行降解实验，探讨降解产物中线型产物的含量，分析PBS降解的方式。PBS的降解产物为混合物，高分子量的产物熔点为113℃，分子量低的产物熔点为85℃，齐聚物和低聚物热性质相似，熔点为85℃左右。降解产物中线型低分子产物跟水是否参与反应有关，水分子参与的反应为水解反应，产物为线型分子。