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可降解塑膠包裝材料

2021-09-26由 鄭州誠志實業 發表于 歷史

可降解塑膠被認為是最具有發展前景的綠色包裝材料之一,是一種廢棄後在自然環境中能夠快速自行降解消失,不造成環境汙染的新型塑膠。

按美國材料試驗學會ASTM在1989年確定的定義,可降解材料是指在特定時間內造成效能損失的特定環境下,其化學結構發生變化的一種塑膠。發展可降解塑膠包裝材料,逐漸淘汰不可降解的塑膠包裝材料,是世界科技發展的大趨勢,是材料研究與開發的熱點之一。由於可降解塑膠易加工成型,且價格日漸降低,致使用以製作包裝的可降解塑膠急劇增長,據美國《市場與技術預測》報道,美國目前已有40多家公司生產可降解塑膠,1987 年產量為2。 3萬噸,1992 年已上升為38萬噸,5年間增長了17倍。目前在美國可降解塑膠已廣泛地用於食品包裝、週轉箱、雜貨袋、工具包裝以及部分機電產品的外包裝箱。

目前,已確認的可完全生物降解聚合物僅有生物合成的脂肪聚酯如發酵法合成的PHB和PHBV、澱粉和纖維素等含醚鍵和多羥基的聚合物,以及人工合成的聚醯胺、聚氨酯、含醚鍵的聚合物和PVA等。在這些高分子材料中,聚氨酯、聚醯胺、聚酯和PVA都是效能良好的包裝材料,廣泛用作包裝薄膜、包裝容器或捆紮材料,但這些可完全降解的包裝材料品種有限,還遠遠不能滿足眾多包裝技術和包裝保護效能的要求。而PHB、PHBV和聚醚等因熔點和強度較低,用途不是很大。但是可被微生物完全降解的包裝材料因對環境的完全無害性而備受各國關注,這方面的開發還在進一步進行之中。

可降解塑膠包裝材料

以澱粉摻合共混型的不完全物降解塑膠(澱粉+PE型),又稱生物分裂塑膠是目前研究發展快、產業化成果多,並有望繼續降低成本的材料。為了改善澱粉與高聚物的共混相容性,必須對澱粉進行改性處理,改性後的澱粉顆粒表面被烷基等覆蓋,減弱了氫鍵的作用,從而增加了與聚乙烯、聚乙烯醇等高聚物的相容性。

我國在上世紀80年代初開始研製可降解的澱粉塑膠,江西省科學院應化所研製的澱粉塑膠首先取得成功,於1987年透過鑑定,並建立了國內第一條小型澱粉塑膠生產線,產品效能達到同類型塑膠國際標準。北京華新澱粉降解樹脂製品公司,以澱粉為主要原料,代替部分聚乙烯為原料,於1991年生產出的可降解食品包裝袋投放市場。

澱粉降解塑膠的問題在於:降解時僅僅是澱粉部分在短時間內發生生物降解,而塑膠部分即聚合物如PK、PS、 PVC 等卻不能進行生物降解,其降解結果是共混物雖劣化、效能下降,但仍殘留在土壤或環境中,要達到完全降解進入生態環境中,至少要20年,因此這是一類不完全的生物分解性材料,只能對塑膠垃圾的處理起到緩和作用,而不是根本的治理。

透過加入光敏劑所獲得的光降解包裝材料多有報導。PE、PP等常用塑膠中加入合適的光敏劑就可以獲得這種材料。瑞典Filltec公司研製的TPR綠色包裝材料,由碳酸鈣經過特殊工藝與加入光解劑的聚丙烯複合而得,其成分與雞蛋殼極為相似,對環境幾乎無害,可以熱成型、吹塑成型、注塑成型及擠壓成型等,TPR光潔平滑,不同厚度的膜在光照下經過4~18月,即降解成粉末,現已用於黃油、冰淇淋等的包裝。

光降解包裝材料目前還存在以下問題:1)光降解速度與光降解聚合物使用效能的矛盾。若光降解速度太快,雖然有利於廢棄塑膠的處理,美化環境和減少汙染,但是對使用效能和壽命顯然不利;2)光降解產物對生態環境的影響,如果經光降解後的產物能繼續發生生物降解,最終成為被微生物吸收的碳能源或無害物,當然最理想。但實際上,乙烯、丙烯與乙烯基酮的共聚物,經光降解後在土壤或地下水道中的生物降解能力非常小,而光降解產物是否對生態環境有害也是值得研究的問題。

目前進入市場的生物與光降解塑膠,主要是透過澱粉或纖維素等可降解的高聚物對通用型聚合物如PE和PP等進行共混改性或接枝改性,並且加入可誘導光降解的光敏劑而獲得的,這一領域的研究與應用十分活躍。聚酮可採用雙氧水、過氧酸等氧化劑進行化學改性,而氧化成為同時含有聚酯和聚酮結構的高聚物,成為既具有生物降解效能,又具有光降解效能的包裝材料。蘭州大學化學系研製開發的生物/光雙降解塑膠,可直接使用於生產快餐飯盒、垃圾袋,它採用非澱粉型光敏劑和生物降解劑,其強度和透明度均優於澱粉塑膠,光降解效能優良,可在50~100天內脆化,其降解產物能被黴等微生物進一步降解,最終成為微生物的碳源,迴歸大自然。廣東深圳惠鵬樹脂廠生產的雙賂解朔料蒲瞄亡要其材為PF和澱粉,其中改性澱粉含量達70%,吹膜成型用於包裝上,這種膜可在生物和光作用下發生降解。近年來,許多國家為提高農業綜合效益,都加大了對農副產品的深加工開發力度。而利用農副產品生產環保型食品塑膠包裝材料已成為科研領域的研究熱點。

可降解塑膠包裝材料

目前,應用“生物分解樹脂”取代現有包裝塑膠的研究正如火如荼地進行。玉米是一種美味又有營養的食物,還被廣泛用於製造甜味劑和動物飼料,隨著技術的進步,利用玉米還能製造出多種塑膠用品,如近期日本和我國臺灣地區研究成功的“玉米澱粉樹脂”就是一種新型的綠色環保材料,這種樹脂以玉米為原料,經加工塑化而成,首先把玉米中的糖分提煉出來,經過發酵蒸餾萃取出製造塑膠和纖維的基礎材料,再被加工成一種名為聚交酯(PLA)的材料,它是一種直徑只有4。57mm的細微粒料。用它可製成多種一次性用品,如水杯、塑膠袋、商品包裝等。據實驗,這種包裝材料可以透過燃燒、生化分解和昆蟲吃食等方式處理掉,從而免除“白色汙染”。

國外公司已看好這種新型環保材料,如可口可樂公司在鹽湖城冬奧會上用了50萬隻一次性杯子,全部是用玉米塑膠製成的,這種杯子只需40天就在露天環境下消失得無影無蹤。日本電器製造商索尼公司兩年來一直用玉米做成的塑膠紙包裝MD盤。新包裝與過去的包裝一樣美觀,卻不會產生“經久耐用”的不良效果。

美國農業部的科學家近期又宣稱,一種新環保型食品包裝材料可望問世。這種新材料完全用粉碎的草莓製成,非常符合環保要求,可能取代傳統的聚乙烯塑膠而成為食品包裝新材料。美國農業部的食品專家塔拉·麥克休伊表示,這種新研製成功的食品包裝材料從效能上說與傳統產品沒有什麼區別,用它製成的食品包裝薄膜同樣能夠阻止氧氣的滲透,從而達到食品保鮮的效果。由於這種新型材料的成份主要取自於不適合食用的蔬菜和水果次品,因此它是一種可以自然分解的、符合環保要求的材料。在測試中,用這種“神奇”材料製成的包裝膜不僅可以起到保鮮的作用,而且還能夠改善香蕉和蘋果等水果的味道。塔拉·麥克休伊表示,在不久的將來,不僅草莓可以用作包裝材料,就連胡蘿蔔、花椰菜等蔬菜也可以用作包裝材料。

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