El succinato de polibutileno ( PBS ) (a veces escrito succinato de politetrametileno) es una resina polimérica termoplástica de la familia del poliéster . El PBS es un poliéster alifático biodegradable con propiedades comparables al polipropileno .
También se le puede denominar por los nombres comerciales GsPLA o BioPBS ( Mitsubishi Chemical ). [1] El PBS consiste en unidades polimerizadas de succinato de butileno, con unidades C8H12O4 repetidas .
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La síntesis de poliésteres a base de ácido succínico se realizó por primera vez en 1863. En esa época, el profesor portugués Agostinho Vicente Lourenço describió en su "Recherche sur les composés polyatomiques" (Investigación sobre compuestos poliatómicos), la reacción entre el ácido succínico y el etilenglicol para formar lo que él llamó "ácido succino-etilénico". Observó que este ácido perdía agua cuando se calentaba a altas temperaturas (300 °C) y que se obtenía una masa cristalina al enfriarse. [2] Desafortunadamente, Lourenço no estudió mucho la estructura del material que obtuvo.
Posteriormente, Davidoff (1886), [3] y luego Voländer (1894) prepararon este mismo material utilizando métodos diferentes. Este trabajo inicial fue continuado en la década de 1930 por Wallace Carothers ( El Pont de Nemours and Co. ), con un estudio más sistemático de los poliésteres a base de ácido succínico . En ese momento, el propósito de dicho estudio era encontrar una alternativa sintética a la fibra de seda natural .
Carothers, eliminando el agua en un proceso de destilación continua, obtuvo polímeros con masas molares significativamente superiores a las sintetizadas anteriormente. [4] Sin embargo, las propiedades de los productos finales no mostraban las cualidades esperadas. Así, Carothers puso más atención en las poliamidas e inventó con su colega Julian Hill el Nylon 6,6 .
Más tarde, Flory (1946) propuso una síntesis mejorada de poliésteres alifáticos con cloruro de diácido. [5]
A principios de la década de 1990, después de haber sido olvidados durante más de 40 años, estos polímeros recibieron un renovado interés debido a la creciente demanda de polímeros biodegradables y de base biológica.
Al igual que otros poliésteres como el tereftalato de polietileno , existen dos rutas principales para la síntesis de PBS: el proceso de transesterificación (a partir de diésteres de succinato) y el proceso de esterificación directa a partir del diácido . La esterificación directa del ácido succínico con 1,4- butanodiol es la forma más común de producir PBS. Consiste en un proceso de dos pasos. Primero, un exceso del diol se esterifica con el diácido para formar oligómeros de PBS con eliminación de agua .
A continuación, estos oligómeros se transesterifican al vacío para formar un polímero de alta masa molar. Este paso requiere un catalizador adecuado, como derivados de titanio , circonio , estaño o germanio . [6]
Amycolatopsis (sp. HT-6), Penicillium (sp. cepa 14-3), Bacillus , Thermopolyspora y Aspergillus versicolor pueden degradar PBS. De los últimos cuatro mencionados, se encontró que Aspergillus versicolor era el mejor microorganismo degradador de PBS. [7] Microbispora rosea , Excellospora japonica y E. viridilutea pueden consumir muestras de PBS emulsionado. [8]
La biodegradación controlada del PBS se produce en tres fases: primero una fase lenta, seguida de una segunda fase acelerada y, por último, una fase de estabilización. La eficiencia de la biodegradación también se ve afectada por el tamaño y la forma de los materiales. El PBS se degrada mejor en forma de polvo o película que en forma de pellets, como resultado de la mayor superficie disponible. [9]
Como el PBS se descompone en agua y CO2 a través de enzimas y microorganismos degradantes naturales, [10] puede ser una alternativa biodegradable a algunos plásticos comunes . El alcance de los campos de aplicación del PBS sigue creciendo y se pueden identificar varias áreas, pero sigue siendo difícil saber con precisión en qué objeto específico se utiliza realmente el PBS. Primero en el campo del envasado , el PBS podría procesarse en películas , bolsas o cajas, tanto para envases de alimentos como de cosméticos . Otras aplicaciones del PBS podrían encontrarse en productos desechables como vajillas o artículos médicos. En la agricultura, el PBS encuentra interés en la fabricación de películas de acolchado o materiales de liberación retardada para pesticidas y fertilizantes . El PBS también promete encontrar cuotas de mercado en la pesca (para redes de pesca), la silvicultura , la ingeniería civil u otros campos en los que la recuperación y el reciclaje de materiales después de su uso es problemático. [11] En el campo médico, el PBS podría utilizarse como sistemas de encapsulación de fármacos biodegradables, [12] y también se investiga para implantes .
En la industria, la mejora de la síntesis de PBS permitió la producción a gran escala de este polímero. La empresa japonesa Showa High Polymer, construyó en 1993 una planta semicomercial capaz de producir 3.000 toneladas de polímero al año. [13] Vendidos bajo el nombre comercial Bionolle, estos poliésteres se sintetizan mediante polimerización por condensación en estado fundido seguida de una extensión de cadena con un diisocianato . [14] Mucho más tarde, en abril de 2003, Mitsubishi Chemicals construyó una capacidad de 3.000 toneladas/año y lanzó al mercado un PBS llamado GS Pla (Green and Sustainable Plastic). Este polímero tiene masas molares altas sin el uso de un extensor de cadena. Desde entonces, varios productores de PBS como Hexing Chemical (Anhui, China), Xinfu Pharmaceutical (Hangzhou, China) o IRe Chemical (Corea del Sur) aparecieron en el mercado. En 2010 Hexing Chemical se convirtió en la primera empresa de PBS a gran escala de China, con una capacidad anual de 10.000 toneladas. Ese mismo año, Xinfu Pharmaceutical anunció la construcción de la línea de producción continua de PBS más grande del mundo con una capacidad anual de 20.000 toneladas. En la actualidad, la mayoría de estos succinatos de polialquileno se sintetizan a partir de precursores petroquímicos. Sin embargo, la mayoría de los productores están evaluando o desarrollando ácido succínico de origen biológico para la síntesis de estos poliésteres . En 2016, Showa Denko anunció el cese de la producción y venta de Bionolle, citando el retraso en la permeabilidad de las regulaciones ambientales sobre las bolsas de plástico para compras y una caída en los precios de mercado de los plásticos biodegradables. [15]