中國(guó)粉體網(wǎng)訊  20年前，國(guó)內(nèi)開(kāi)始全面禁止生產(chǎn)和使用一次性發(fā)泡塑料餐飲具，而如今餐飲外賣(mài)行業(yè)興盛，外賣(mài)塑料包裝也發(fā)展出新花樣，如“降解塑料、易回收塑料、紙塑復(fù)合材料”等。在10月15日，“美團(tuán)外賣(mài)青山計(jì)劃2021年度綠色包裝名錄發(fā)布，分“易回收易再生塑料包裝容器”、“紙質(zhì)外賣(mài)包裝”、“降解塑料外賣(mài)包裝”三大類(lèi)別，包含PLA(聚乳酸)、PBAT(聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯)、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)餐盒，以及紙質(zhì)餐具等共161件環(huán)保產(chǎn)品。

包裝塑料 圖片來(lái)源：pixabay

作為一類(lèi)新型包材，降解塑料的性能始終是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。從主流降解塑料產(chǎn)品看，PLA具備較高的硬度和高透明性，是理想的透明容器、管材制造原料；但其韌性較差，缺乏柔性和彈性，耐水解性能不佳。PBAT性能接近傳統(tǒng)石油基塑料，具備較好的延展性和斷裂伸長(zhǎng)率，成膜性能突出；但降解速度慢，粘性大易粘連。PHA具備良好的降解能力，不要求工業(yè)堆肥等苛刻條件；但其價(jià)格過(guò)于高昂。短期來(lái)看，可降解塑料應(yīng)用存在一定困難。

1、碳酸鈣與可降解塑料共混改性

聚乳酸(PLA)作為目前研究較多、商業(yè)化較為成功的可生物降解材料之一，具有優(yōu)異的光澤性及阻隔性能，但也存在質(zhì)硬而韌性較差，缺乏柔性和彈性等缺點(diǎn)。因此將高韌性的聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)與PLA進(jìn)行共混，不僅可以提高PLA的韌性，同時(shí)加快PBAT的分解速率。

1.1、改性CaCO₃增強(qiáng)PLA韌性和降解能力

劉逸涵等用鋁酸酯偶聯(lián)劑(ACA)對(duì)碳酸鈣(CaCO₃)進(jìn)行處理，成功制備鋁酸酯改性碳酸鈣(Al- CaCO₃)，并將CaCO₃和Al- CaCO₃分別與PLA進(jìn)行熔融共混，制備了PLA/ CaCO₃和PLA/Al- CaCO₃體系并進(jìn)行了一系列測(cè)試。

其中，力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：CaCO₃降低了PLA的韌性而Al- CaCO₃能夠有效地提升PLA的韌性。蛋白酶K降解試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)機(jī)粒子的加入提升了體系的降解性能，提高了材料的應(yīng)用性。觀(guān)察材料斷面發(fā)現(xiàn)：CaCO₃存在于PLA表面，Al- CaCO₃被包埋在PLA基體中，ACA使無(wú)機(jī)粒子與PLA能夠緊密地結(jié)合，從而提高材料的韌性。

1.2、CaCO₃/PBAT/PLA復(fù)合材料兼具韌性和可降解性

晏永祥等對(duì)PBAT的共混改性研究認(rèn)為，將高韌性的PBAT與PLA進(jìn)行共混，不僅可以提高PLA的韌性，同時(shí)加快PBAT的分解速率。另外，D.B.Rocha等制備了CaCO₃/PBAT/PLA復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，CaCO₃改善了基質(zhì)中聚合物之間的界面相容性，可獲取低成本的柔性薄膜。

小結(jié)：

(1)鋁酸酯偶聯(lián)劑能使無(wú)機(jī)粒子與PLA能夠緊密地結(jié)合，能提高材料的韌性。

(2)無(wú)機(jī)粒子的加入提升了PLA體系的降解性能。

(3) CaCO₃/PBAT/PLA復(fù)合材料能具備相容性，有共混改性的潛力，有兼具韌性和降解性的條件。

碳酸鈣晶體形貌

2、聚乳酸(PLA)的降解原理解析

研究表明，聚乳酸可以發(fā)生水解降解、熱降解、光和輻射降解、酶促降解以及微生物降解等。1981年，威廉姆斯最先發(fā)現(xiàn)源于白色念珠菌的蛋白酶K對(duì)PLA具有降解作用，此后，蛋白酶K一直被用作降解聚乳酸的酶，被研究者們用來(lái)研究聚乳酸及其共混體系的降解性能。

在上述研究中，隨著CaCO₃和Al- CaCO₃的加入，PLA體系的降解性能明顯增強(qiáng)。無(wú)機(jī)粒子含量在30%以上的體系在2天的時(shí)間基本就可以完全降解，含有10%和20%無(wú)機(jī)粒子含量的體系的降解能力較純聚乳酸也有較大提高。

Al- CaCO₃共混改性PLA體系

這一變化可能有如下幾個(gè)方面的原因：

首先，無(wú)機(jī)粒子的加入使得體系結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使更多PLA與降解液接觸。其次，隨著PLA的降解，樣品中無(wú)機(jī)粒子會(huì)脫落，使PLA與降解液有更充分的接觸面積。最后，PLA降解產(chǎn)物為乳酸分子，其可能與碳酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步清除掉了隨著降解進(jìn)行裸露出來(lái)的碳酸鈣。

結(jié)語(yǔ)

目前，幾乎每一種可降解塑料都存在一定的應(yīng)用難題，通過(guò)近似體系共混改性，再輔助各種填料和補(bǔ)強(qiáng)劑，反復(fù)探索技術(shù)原理，完善一套實(shí)用性較強(qiáng)的降解材料制備方案是十分必要的。從目前應(yīng)用技術(shù)水平來(lái)看，無(wú)論是碳酸鈣或是其他塑料制品中廣泛應(yīng)有的粉體材料，在降解塑料中都具備很高的研究?jī)r(jià)值。

參考來(lái)源

劉逸涵，等：聚乳酸/鋁酸酯改性碳酸鈣體系的性能研究，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)

晏永祥，等：可生物降解塑料PBAT共混改性研究進(jìn)展，長(zhǎng)沙理工大學(xué)

美團(tuán)外賣(mài)青山計(jì)劃2021年度綠色包裝名錄，中商網(wǎng)