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可降解塑料被认为是最具有发展前景的绿色包装材料之一,是一种废弃后在自然环境中能够快速自行降解消失,不造成环境污染的新型塑料。按美国材料试验学会ASTM在1989年确定的定义,可降解材料是指在特定时间内

来源:大发 | 时间:2022-06-13 人气:137
  • 可降解塑料被认为是最具有发展前景的绿色包装材料之一,是一种废弃后在自然环境中能够快速自行降解消失,不造成环境污染的新型塑料。

    按美国材料试验学会ASTM在1989年确定的定义,可降解材料是指在特定时间内造成性能损失的特定环境下,其化学结构发生变化的一种塑料。发展可降解塑料包装材料,逐渐淘汰不可降解的塑料包装材料,是世界科技发展的大趋势,是材料研究与开发的热点之一。由于可降解塑料易加工成型,且价格日渐降低,致使用以制作包装的可降解塑料急剧增长,据美国《市场与技术预测》报道,美国目前已有40多家公司生产可降解塑料,1987 年产量为2. 3万吨,1992 年已上升为38万吨,5年间增长了17倍。目前在美国可降解塑料已广泛地用于食品包装、周转箱、杂货袋、工具包装以及部分机电产品的外包装箱。

    目前,已确认的可完全生物降解聚合物仅有生物合成的脂肪聚酯如发酵法合成的PHB和PHBV、淀粉和纤维素等含醚键和多羟基的聚合物,以及人工合成的聚酰胺、聚氨酯、含醚键的聚合物和PVA等。在这些高分子材料中,聚氨酯、聚酰胺、聚酯和PVA都是性能良好的包装材料,广泛用作包装薄膜、包装容器或捆扎材料,但这些可完全降解的包装材料品种有限,还远远不能满足众多包装技术和包装保护性能的要求。而PHB、PHBV和聚醚等因熔点和强度较低,用途不是很大。但是可被微生物完全降解的包装材料因对环境的完全无害性而备受各国关注,这方面的开发还在进一步进行之中。

    可降解塑料包装材料

    以淀粉掺合共混型的不完全物降解塑料(淀粉+PE型),又称生物分裂塑料是目前研究发展快、产业化成果多,并有望继续降低成本的材料。为了改善淀粉与高聚物的共混相容性,必须对淀粉进行改性处理,改性后的淀粉颗粒表面被烷基等覆盖,减弱了氢键的作用,从而增加了与聚乙烯、聚乙烯醇等高聚物的相容性。

    我国在上世纪80年代初开始研制可降解的淀粉塑料,江西省科学院应化所研制的淀粉塑料首先取得成功,于1987年通过鉴定,并建立了国内第一条小型淀粉塑料生产线,产品性能达到同类型塑料国际标准。北京华新淀粉降解树脂制品公司,以淀粉为主要原料,代替部分聚乙烯为原料,于1991年生产出的可降解食品包装袋投放市场。

    淀粉降解塑料的问题在于:降解时仅仅是淀粉部分在短时间内发生生物降解,而塑料部分即聚合物如PK、PS、 PVC 等却不能进行生物降解,其降解结果是共混物虽劣化、性能下降,但仍残留在土壤或环境中,要达到完全降解进入生态环境中,至少要20年,因此这是一类不完全的生物分解性材料,只能对塑料垃圾的处理起到缓和作用,而不是根本的治理。

    通过加入光敏剂所获得的光降解包装材料多有报导。PE、PP等常用塑料中加入合适的光敏剂就可以获得这种材料。瑞典Filltec公司研制的TPR绿色包装材料,由碳酸钙经过特殊工艺与加入光解剂的聚丙烯复合而得,其成分与鸡蛋壳极为相似,对环境几乎无害,可以热成型、吹塑成型、注塑成型及挤压成型等,TPR光洁平滑,不同厚度的膜在光照下经过4~18月,即降解成粉末,现已用于黄油、冰淇淋等的包装。

    光降解包装材料目前还存在以下问题:1)光降解速度与光降解聚合物使用性能的矛盾。若光降解速度太快,虽然有利于废弃塑料的处理,美化环境和减少污染,但是对使用性能和寿命显然不利;2)光降解产物对生态环境的影响,如果经光降解后的产物能继续发生生物降解,最终成为被微生物吸收的碳能源或无害物,当然最理想。但实际上,乙烯、丙烯与乙烯基酮的共聚物,经光降解后在土壤或地下水道中的生物降解能力非常小,而光降解产物是否对生态环境有害也是值得研究的问题。

    目前进入市场的生物与光降解塑料,主要是通过淀粉或纤维素等可降解的高聚物对通用型聚合物如PE和PP等进行共混改性或接枝改性,并且加入可诱导光降解的光敏剂而获得的,这一领域的研究与应用十分活跃。聚酮可采用双氧水、过氧酸等氧化剂进行化学改性,而氧化成为同时含有聚酯和聚酮结构的高聚物,成为既具有生物降解性能,又具有光降解性能的包装材料。兰州大学化学系研制开发的生物/光双降解塑料,可直接使用于生产快餐饭盒、垃圾袋,它采用非淀粉型光敏剂和生物降解剂,其强度和透明度均优于淀粉塑料,光降解性能优良,可在50~100天内脆化,其降解产物能被霉等微生物进一步降解,最终成为微生物的碳源,回归大自然。广东深圳惠鹏树脂厂生产的双赂解朔料蒲瞄亡要其材为PF和淀粉,其中改性淀粉含量达70%,吹膜成型用于包装上,这种膜可在生物和光作用下发生降解。近年来,许多国家为提高农业综合效益,都加大了对农副产品的深加工开发力度。而利用农副产品生产环保型食品塑料包装材料已成为科研领域的研究热点。

    可降解塑料包装材料

    目前,应用“生物分解树脂”取代现有包装塑料的研究正如火如荼地进行。玉米是一种美味又有营养的食物,还被广泛用于制造甜味剂和动物饲料,随着技术的进步,利用玉米还能制造出多种塑料用品,如近期日本和我国台湾地区研究成功的“玉米淀粉树脂”就是一种新型的绿色环保材料,这种树脂以玉米为原料,经加工塑化而成,首先把玉米中的糖分提炼出来,经过发酵蒸馏萃取出制造塑料和纤维的基础材料,再被加工成一种名为聚交酯(PLA)的材料,它是一种直径只有4.57mm的细微粒料。用它可制成多种一次性用品,如水杯、塑料袋、商品包装等。据实验,这种包装材料可以通过燃烧、生化分解和昆虫吃食等方式处理掉,从而免除“白色污染”。

    国外公司已看好这种新型环保材料,如可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了50万只一次性杯子,全部是用玉米塑料制成的,这种杯子只需40天就在露天环境下消失得无影无踪。日本电器制造商索尼公司两年来一直用玉米做成的塑料纸包装MD盘。新包装与过去的包装一样美观,却不会产生“经久耐用”的不良效果。

    美国农业部的科学家近期又宣称,一种新环保型食品包装材料可望问世。这种新材料完全用粉碎的草莓制成,非常符合环保要求,可能取代传统的聚乙烯塑料而成为食品包装新材料。美国农业部的食品专家塔拉·麦克休伊表示,这种新研制成功的食品包装材料从性能上说与传统产品没有什么区别,用它制成的食品包装薄膜同样能够阻止氧气的渗透,从而达到食品保鲜的效果。由于这种新型材料的成份主要取自于不适合食用的蔬菜和水果次品,因此它是一种可以自然分解的、符合环保要求的材料。在测试中,用这种“神奇”材料制成的包装膜不仅可以起到保鲜的作用,而且还能够改善香蕉和苹果等水果的味道。塔拉·麦克休伊表示,在不久的将来,不仅草莓可以用作包装材料,就连胡萝卜、花椰菜等蔬菜也可以用作包装材料。

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