中國粉體網(wǎng)訊 20年前，國內(nèi)開始全面禁止生產(chǎn)和使用一次性發(fā)泡塑料餐飲具，而如今餐飲外賣行業(yè)興盛，外賣塑料包裝也發(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)外賣包裝”、“降解塑料外賣包裝”三大類別，包含PLA(聚乳酸)、PBAT(聚己二酸對苯二甲酸丁二酯)、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 圖片來源：pixabay
作為一類新型包材，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)格過于高昂。短期來看，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)行了一系列測試。
其中，力學(xué)測試結(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)劑能使無機(jī)粒子與PLA能夠緊密地結(jié)合，能提高材料的韌性。
(2)無機(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)行裸露出來的碳酸鈣。
結(jié)語
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)水平來看，無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價(jià)值。
參考來源
劉逸涵，等：聚乳酸/鋁酸酯改性碳酸鈣體系的性能研究，長春工業(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，長沙理工大學(xué)
美團(tuán)外賣青山計(jì)劃2021年度綠色包裝名錄，中商網(wǎng)
