現在（zài）市場上，代表性（xìng）的生物型樹（shù）脂主要有如下幾種：PLA（聚乳酸）、醋酸纖維塑料、PBS（聚丁二酸丁二酯）、PHA（聚羥基脂肪酸酯）、澱粉樹脂等。

        其中，從材料物性、量產效率、成本、供貨安定性，以及從實際應用到成型加工適應性等方麵看，PLA（聚（jù）乳酸）被產業（yè）界認為是最有（yǒu）發（fā）展前途的綠色材料。

       PLA全稱（chēng）：polylactic acid，也（yě）稱為聚丙交酯(polylactide)，屬於（yú）聚酯（zhǐ）家族。聚乳酸是以乳酸為主（zhǔ）要（yào）原料聚（jù）合得到的聚合物，原料來源（yuán）充分而且可以再生，主要以（yǐ）玉米、木薯等為原料（liào）。

        此前分析指出，由西（xī）歐國家發起的“限製或停止（zhǐ）使用塑料袋以及其他一次（cì）性塑料（liào）製品”等行動（dòng），將進一步推（tuī）動生物可降解塑料的市場需求。2018年全球生物可降解塑料的市場（chǎng）額超過11億美元，需求量為36萬噸，年平均增長率9%，有望在（zài）2023年達到17億美元，需求量到55萬噸，其中PLA將扮（bàn）演重要（yào）角（jiǎo）色，食品包裝等領域發展最快。2018年，PLA薄膜在生物聚合（hé）物薄（báo）膜市場份額（é）中占到25％以上。www.xbbg.cn南京91视频入口精工PLA可降解薄膜生產線


       食品包裝，一次性餐（cān）具(包括杯（bēi）子、盤子和刀叉等)以及塑料袋是生物可降解塑料最大的用戶市場，加上目（mù）前很火爆的電商快遞，這是中國“白色（sè）汙染”的主要（yào）來源，可降解塑料（liào）或許承擔不起解決（jué）“白色汙染”的重任，但它是目（mù）前一個很好的選擇。


        PLA在市場上的（de）應用主要集中在包（bāo）裝、醫用和紡織（纖維）三大領域，其中在包裝行業的應（yīng）用尤為突出。一起看看改性PLA在包裝行業的應用（yòng）。www.xbbg.cn南京91视频入口精工PLA可降解薄（báo）膜生產線


PLA在包裝行業的應用


包裝的目的在於保護產品、方便儲運、促（cù）進銷售（shòu），具（jù）體相關性能和基本（běn）要求如下。


        與傳統的PE和PP材料相比，PLA的熔點（約180℃）較高，加工性較好。PLA的硬度、力學性能與傳統的樹脂（如PS）相近，有較好的透明度和（hé）極好的（de）光（guāng）澤度等，比較適合（hé）用作包裝材料。但缺點也比較（jiào）突出（chū），與常用的高阻隔尼龍、聚偏二氯乙烯（PVDC）等相（xiàng）比，PLA的氧氣和水蒸氣阻隔性不足，對含油脂食品的保護性不夠。加上PLA韌性較差，Tg較低，抗衝擊性差，注定PLA暫時不適（shì）合用於耐久性較（jiào）高的包（bāo）裝領域（yù）。此外（wài），PLA的降解周期不好控製，在使用中容易出現不同程度的降解或水解，其性能會下（xià）降，材料成本是傳（chuán）統（tǒng）的PE、PP的2.5倍（bèi）以上，這些都不容忽（hū）視。


       PLA在包裝行（háng）業的應用主要對標改性PP、PE和PET，此外緩衝材料對標EPS、EPE和EPU。鑒於PLA的優勢，作為包裝材料可製成薄（báo）膜、發泡（pào）材料和（hé）容器，如軟包裝袋、塑料瓶、緩衝材料、一次性餐具等，從形態來看主要是薄膜，其次是（shì）容器和片材。PLA的（de）降解性、阻隔性、力學性能、光學性（xìng）能、抗菌性、導電性和壓電性，大多與結晶度（dù）有關，如（rú）果提高PLA的（de）結晶（jīng）度，其阻（zǔ）隔性、力學性能一般會（huì）提高，但加工性、降解性和透明度通常會下降。所以改性PLA作為包裝材料使用（yòng）時，關鍵在於控製其結晶行為，使各方麵性能達到（dào）最優。


（1）PLA薄膜


        PLA薄膜主要有高透明薄膜、熱縮膜、粒料共混吹（chuī）塑膜袋及PLA基（jī）複合材料薄膜。PLA薄膜可代替傳統薄膜材料作為新型包裝材料（liào），如沃爾瑪超（chāo）市要求采用全（quán）降解PLA薄膜（mó）袋（dài）來替代傳統的不（bú）可降解PE袋，日本電子產品也開始采用PLA納米複合薄膜包裝。

（2）PLA容器

PLA瓶子（一次性）和水杯



        由於PLA的降解性，被用於生產水和果汁瓶，但該市場有限，注射-拉伸-吹塑是 PLA 瓶子典型的生產方式，多（duō）應用在短期貨架的（de）食品包裝上。PLA瓶的（de）透明度（dù）和阻氧性（xìng）都比PE瓶要好，由於PLA的蠕變行（háng）為不足（zú）和對（duì）CO2的低阻隔性，PLA

        瓶子的應用（yòng）隻限於非碳酸飲料。利用PLA瓶包裝有（yǒu）機果汁（zhī）飲料，可保（bǎo）證60天的貨架期（qī）。丹麥塑膠公司使用（yòng）PLA包裝低溫（wēn）的麵食、肉、沙（shā）拉等新鮮食品，可以（yǐ）達到很長（zhǎng）的（de）保質期（qī）。歐洲市場推出了PLA材質的（de）酸奶杯和飲品包裝瓶，可達到歐盟相關食品容（róng）器（qì）的標準。有公司已經開出的高透明性耐熱級PLA水瓶，可以滿足既透明又耐熱（耐熱溫度≥100℃）的應用條件。國內市（shì）場將PLA塗（tú）覆在紙上製成淋膜紙杯，用（yòng）於各種防（fáng）水防油的食品包裝。


（3）PLA發泡材料




         PLA發（fā）泡材料兼具生物（wù）降（jiàng）解性，可用於生產一次性餐飲用具（如快餐盒、方便麵碗等）和緩衝包裝的襯墊，不會產生白色汙染，尤其是PLA耐熱（rè）餐具將變得（dé）更加實用。“Graft”係列一次性餐具采用PLA發泡材質設計為逼真的果蔬外形，兼具（jù）環保與美觀性。值得注意的是，發（fā）泡（pào）是PLA低成本使用（yòng）的一種有效方法。純PLA熔（róng）體強度較低，熔體黏度對剪切不明顯，不適合擠出塗覆、發泡等加工手段，但其熔體強度可以通過改變分子鏈拓撲結構，比如長鏈支化來改善。www.xbbg.cn南京91视频入口精工（gōng）PLA可降解（jiě）薄膜生產線

1.降解性

         PLA在（zài）常溫下（xià）較穩定，但（dàn）在高溫環境、酸堿環境或（huò）微生物環境中會迅速降解（涉及微生（shēng）物降（jiàng）解、水解、光解、輻射降解和熱降解等），性能下（xià）降很快，最終變（biàn）成CO2和水。影響PLA降解的因素有樹脂分子量、結晶狀態、微觀結構、環境溫濕度、pH值、氧氣、光照時間和環境微生物（wù）。PLA在自然環境中的降解（jiě）動力學研究對（duì）使用和廢棄非常重要，現階段（duàn）有關的研究較少。PLA的降解很複雜，大致（zhì）可分為兩個階段：前期是物理性（xìng）降解，靠環境中的溫度和濕度（水）打斷酯鏈，裂解成寡聚物（低聚物）或單體，後（hòu）期通（tōng）過微生物和酶作用，變成CO2和水。一般是先從非（fēi）晶區開始（shǐ），延伸（shēn）到晶區。


        PLA的生物堆肥降解一般利用PLA本身（shēn）的生物可降解性（xìng），可（kě）用PLA薄膜實現，並（bìng）以薄膜降解前後的失重（chóng）率作為降（jiàng）解性能的評判標準。由於PLA的生物堆肥降解時間較長（zhǎng）、降解率較低等問題，往往利用堆（duī）肥（féi）及汙泥中的有效微生物對其進行降解。下（xià）表總結了近年來發（fā）現的PLA降解菌（jun1）株（zhū），並考察其降解率。


2.阻隔（gé）性

         阻隔性是阻隔氣體和水蒸氣透過的（de）能力，對食品包裝尤其重要。例（lì）如真空包裝、充氣包裝、氣調（diào）包裝要求材料的阻隔性盡可能的好（hǎo），而（ér）新鮮果蔬的（de）自發式氣調保鮮（xiān）則要求（qiú）材料對氧氣和二氧化碳等氣體有不同的透氣性（xìng）；防潮包裝要求材料阻濕性好（hǎo）；防鏽包裝要求材料能夠阻氣和阻濕。影響PLA阻隔（gé）性的因素主要包括自身因（yīn）素（分子（zǐ）結構和結晶狀態）和外界（jiè）因素（溫度、濕度、外（wài）力）。

        對PLA薄膜進（jìn）行加熱或拉伸處理（lǐ）會影響其阻（zǔ）隔性，如研究通過不同拉伸比對（duì）PLLA薄膜阻隔性能的影響，發現拉（lā）伸比由1增大到6.5時，PLLA的結（jié）晶（jīng）度（dù）由0.2%增加（jiā）到（dào）41.8%，結晶速率也有提高，阻隔性得到了一定（dìng）的改善。在PLA基體中添（tiān）加一些阻擋物（一般為（wéi）納（nà）米（mǐ）填充顆粒，如黏土和纖維）也可以提高PLA的阻隔性，其原理是延長了小分（fèn）子的水或氣體（tǐ）滲透過程的彎曲路徑。分別製備PLA/CNF（纖維素納米（mǐ）纖維），PLA/CNC（納米晶體纖維素）和PLA/OMMT（有機改性蒙脫土）這3種納米複合材料，結果對比發現，這些複合材料均比純PLA的阻隔性更好，且水蒸氣透過率大幅度降低（dī）。若（ruò）以矽烷偶聯劑處理的氧化石（shí）墨烯（FGO）和水性聚氨酯丙烯酸（WPUPA）光固化材料組成阻隔塗料，采用表麵塗覆阻隔塗料法也（yě）可以顯著提高PLA薄膜（mó）的阻氧性（xìng）能。

3.力學性

        PLA柔性和彈性不足，極易彎曲變形，應用於包裝時需對其進行增韌（rèn）改性，具體改性方法見前文。很多研究表明，PLA/非降解樹脂共混確實可以（yǐ）顯著改善其抗衝擊性（xìng）能，但是改性後產物降解不完全，還會降低PLA的透明（míng）性，考慮到安全性，這（zhè）類（lèi）產品不適合直接用於食品包裝。用於食品包裝的PLA通（tōng）常采（cǎi）用生物降（jiàng）解樹脂進行（háng）共混增韌，常用的柔（róu）性聚合物有聚乙二醇（PEG）、聚乙醇酸（PGA）、聚己內酯（zhǐ）（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚己二酸/對苯二甲酸丁（dīng）二酯（PBAT）等。另外有機小分子或大分子（zǐ），如三乙酸甘油（yóu）酯、檸檬酸三丁酯、葡萄糖酸酯（zhǐ）、甘油、各（gè）種植物油等，均（jun1）可以增加PLA的韌性，但是部分會降低Tg及彈性模量等力（lì）學性能。

4.光學（xué）性

        PLA具有其他可降解（jiě）塑料少有的透明（míng）度和（hé）光澤度，與玻璃紙（再生纖維素薄膜）及PET相當，適合用作可（kě）視包裝，裝潢效（xiào）果較好。一般PLA的透明度和光澤度不需要改進（jìn），需要注意的是在其他方麵改性時盡可能地（dì）不要降低其良好的透（tòu）明性。美國College Farm牌糖果采用了透明的（de）PLA薄膜，恰恰利用其低（dī）韌性實現糖果扭（niǔ）結端的穩定性，光澤效（xiào）果與傳統糖果玻璃紙包裝膜類似，高於BOPP，阻隔性卻優於傳統包裝，效果相近（jìn）的情況下環保材料更（gèng）受顧客青睞。


5.熱性（xìng）能


         PLA材料的熱（rè）穩定性（xìng）與PVC相（xiàng）當（dāng），但不如PP，PE及PS，加工溫度一般控製在170~230℃之間，適用於注射、拉（lā）伸、擠出、吹塑等普通工藝和3D打印。在實際加工過程中PLA結晶速（sù）率較慢（màn），導致PLA的（de）熱（rè）變形溫度較低（dī），限製了其在熱灌裝（zhuāng）或熱殺菌產品包裝上的應用。浙江海正生物（wù）材料股份有限（xiàn）公司和（hé）中科院長春應化（huà）所一直在（zài）致力於耐熱型PLA的（de）開發，並取得一定成效。PLA耐熱改性方（fāng）法已在前文中詳述，這裏不再（zài）分享。


6.抗菌性

       抗菌包裝是將包（bāo）裝材料和防腐劑組合，以提（tí）高食品貨架期（qī）和安全性，將製（zhì）約食品保藏的各種（zhǒng）因素巧妙結合應用的綜合方法，抗菌包裝效果受抗菌劑、微生物、環境等因素（sù）影響，此外（wài）材料本身的抗菌性也十（shí）分關鍵。PLA可使產品表麵形成（chéng）弱酸性環境（jìng），有抑菌和防黴效果，如果輔助使（shǐ）用其他抗菌劑，可以達（dá）到90%以上的抗菌率。常（cháng）用的無（wú）機抗（kàng）菌劑主要有（yǒu）銀、銅、鋅等金屬的離子或氧化（huà）物，包裝（zhuāng）常用的有（yǒu）機（jī）抗菌劑（jì）有香草醛，丁香精油、肉桂精油（yóu）、茴香（xiāng）精油、檸檬草精油等天然植物抗菌（jun1）精油或乙基香草醛類化合（hé）物，其他抗菌劑的食品安全性有待研究，一般有（yǒu）機抗菌劑耐熱性較差，有效期短（duǎn）。使用溶液澆鑄的方法製備光滑且致（zhì）密的（de）PLA/納米ZnO複合薄膜，複合薄膜在不（bú）降（jiàng）低透明度的（de）前提下（xià）具有阻擋紫外線的性能，添加質量（liàng）分數為（wéi）0.5%的ZnO後，ZnO/PLA薄膜的拉伸強度比PLA薄（báo）膜增加了27.5%，水蒸氣透過率降低（dī）了30.5%，對食源（yuán）性致病菌大（dà）腸杆菌和李斯特菌有抑製作用。


       總體而言，現階段由於成本和部分性能的限製，PLA還沒有全麵大規模應用於包裝（zhuāng）行業，下一步需要進一步改善PLA的降解性、韌性、耐（nài）熱性、阻隔性、導電性等，優化PLA的（de）生產工藝，降低材（cái）料成本。值（zhí）得注（zhù）意的是，一般的改性手（shǒu）段不會單（dān）獨提高某一性能，各項性能（néng）之間有一定關聯性，需求根（gēn）據使用要求，追求各項性能的均衡。目前PLA在包裝（zhuāng）行業的應用主要是一次性塑料袋、餐具、緩衝材料等短期使用的領域（yù），隨著耐熱性、阻隔性、透（tòu）明性等指標更加均衡，近幾年會逐漸向高耐熱性餐具、食品飲料的可視包裝薄膜、容器方麵拓（tuò）展，相信不（bú）久之後就可以在市場上看（kàn）到相關產品。

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