可生物降解塑料在绿色包装应用中的机遇与挑战

绿色包装指包装产品从原材料选择、制造、使用到废弃的整个周期均符合环保要求，对生态环境和人类健康无害，并且能重复使用和再生，符合可持续发展的包装。其核心思想是保护环境和节约资源：要求实现包装的减量化（Reduce）、重复利用（Reuse）、循环利用或再生（Recycle）和可降解（DegradaHeR绿色包装充分考虑包装的整个生命周期对资源、能源以及环境的影响，降低包装材料的环境负载，实现包装的功能性与环保的和谐统一。

　　包装材料的绿色化是实现绿色物流，促进循环经济发展和实现人类社会可持续性进步的必然要求。

　　2可降解塑料是实现绿色包装的重要途径包装产品从原料选择、制造到使用和废弃的整个生命周期，均应符合环境保护的要求。其中包装材料的选择是关键，直接决定了包装绿色化的实现方式和水平。可用于包装的材料多种多样，塑料制品以其优越的性能和较低的成本，被广泛的应用。当前世界塑料年产量已超过2亿t，其中约30%用于包装。塑料包装材料有两个方面的问题需要面对：一方面，塑料包装多属一次性消费品，而它自然降解时间在几百年左右，大量塑料包装废弃物会产生严重的污染，对人类当前以及今后相当长一段时间的生存环境造成严重的危害；另一方面，目前塑料包装的原材料大量地消耗了不可再生的石油资源，在石油日趋枯竭的今天，寻找其可再生替代品日显迫切。因此，如何基于可再生资源发展新型高性能可生物降解包装材料成为近年研究开发热点。

　　就一般要求而言，可降解塑料在使用前或在使用过程中，要与同类普通塑料具有相当的使用性能（如强度、韧性、耐水性、热稳定性等）；在完成使用功能后，通过适宜的后处理措施，可以大部分或者全部降解为二氧化碳、水以及其他对环境基本无害的产物，重新进人生态系统，参加新的物质与能量循环IM.研究开发和推广应用可降解包装塑料对于发展绿色包装材料相关制造技术、保护生态环境及缓解化石燃料危机都具有重要而深远的意义。

　　3用于绿色包装的可生物降解塑料可降解塑料一般分为光降解塑料、生物降解塑料、光生物降解塑料、水降解塑料四大类其中生物降解塑料是包装材料的研发热点。该种材料能够在自然界中的微生物作用下降解或酶解，生成的小分子物质被机体吸收并排出体外。其降解机理主要有生物物理作用机理（微生物侵蚀后供细胞的增长使塑料发生破坏）、生物化学作用机理（微生物对塑料的作用而产生新的物质）和酶作用机理（微生物侵蚀导致塑料分裂或氧化崩裂）三种81.较为成熟的生物降解塑料主要通过三种方式获得：天然途径（如淀粉、纤维素等）；微生物合成途径（如聚乳酸、聚羟基烷基醇酯等）；化学合成途径（如聚乙烯醇、聚己内酯等严1以生物质材料为原料可以保证成品材料的生物相容性和生物降解性较好；通过控制化学合成工艺可以实现对塑料的分子量和分子结构的控制，从而实现对材料使用性能和降解性能的调控，因而基于生物质通过化学合成法获取绿色包装材料是将来最重要和最有前途的办法。

　　植物油基塑料是近年来新兴的基于生物质通过化学合成法获得的可降解塑料的代表，它在原料来源、生产过程、产品应用等方面均能实现可持续发展并对环境友好。植物油可以从大豆等自然产品中获取，主要成分为甘油三酸酯。植物油分子结构中的双键是其主要的聚合基团，双键可以直接聚合或共聚，也可以通过改性获得其他衍生物，再聚合成为不同类型聚合物（如聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂等）1M双键数目越多，改性后官能度越高，聚合交联度也越高。可以通过共聚向植物油基聚合物中引人其他元素提高材料的性能，也可以将植物油中的双键经过环氧化、羟基化或丙烯酸化后再进行聚合反应，获得具有较高的交联度、玻璃转化温度、热稳定性和其他性能提高的新材料。国外LarockRC、WoolRP和Petiwir，ZS以及国内华南理工大学陈焕钦教授、华南师范大学杨丽庭教授等课题组开展了大量的相关研究工作，表明植物油单体及其衍生物可以通过多种方式形成可降解聚合物，产物的性能与单体的结构、种类以及它们在聚合物材料中的联接方式和比例等有关此外，通过合金或者纳米复合也是获得高性能降解塑料的有效手段，如有机粘土、纳米管、玻纤等可对降解塑料起到增强的作用。

　　4存在的问题及对策分析目前可生物降解塑料在绿色包装等应用领域已经开始初步替代传统塑料，但其所占比例和石油基产品相比，仍有较大差距。

　　一方面，因为不同用途的可生物降解塑料包装材料对降解速率有不同的要求，所以要解决降解材料的降解时间控制问题。可生物降解塑料无论在配方设计和生产上，都要进行降解时间在各种应用条件下的研究，以满足差别化的实际需要。

　　另一方面，用于包装的可生物降解塑料要保证一定的强度和韧性，以免使用过程中造成破损。材料的降解性必然损害产品的持久性，也会在一定程度上降低其力学性能，从而限制了生物降解材料的应用范围。此外，可生物降解塑料包装制品在使用后对材料的回收利用技术还有待深人地研究。

　　对于塑料生物降解性能的研究近年来取得了相当大的进展，但由于材料在环境中的生物降解是一个复杂的过程，确定有关可降解塑料并建立测试技术和标准体系是一项复杂的系统工程，这一领域的深人研究有赖于化学、生物、环境、材料、医学等多学科的相互交叉和相互渗透。目前国内外尚无统一的定义和完善的试验评价方法、识别标志和产品检测标准，这也是可降解包装塑料将来全面市场化需要解决的问题另一方面，成本问题是可生物降解塑料在推广应用过程中必须逾越的障碍。目前生物降解性塑料产品的价格一般是通用塑料聚乙烯，聚丙烯等价格的4-10倍。淀粉基生物降解塑料是目前生产成本有可能下降以便实用的普通塑料，是市场前景最好的生物降解塑料之一。从成本的对比来看，目前石油基塑料的成本比可生物降解塑料要低。可降解塑料的原料主要是易于再生的农作物，可以通过改进农业技术和规模化生产降低原料成本；随着石油资源的不断枯竭和价格不断上涨，石油基树脂价格也会不断提高，可生物降解塑料与传统包装材料的价差会越来越小。

　　可生物降解塑料要想全面市场化并逐步取代传统塑料包装，应该做到：使用性能优异、降解性能可控、成本相对低廉、生产回收处理体系完备。因此，今后可生物降解塑料要大规模应用于包装材料和全面市场化需要做好以下工作：根据不同用途开发可控生物降解包装塑料。通过分子设计和应用新的合成技术，开发具有特殊结构的新型功能性生物降解塑料，提高降解可控性和彻底性。从材料本身看，可降解塑料的生物降解性能主要决定于其链结构、形态结构（结晶状况或玻璃化转变温度等）、分子量大小及分布等结构性因素191.理论上可以通过改变分子结构来调控其生物降解性能，同时也要综合考虑PH值、温度、湿度等其他多种因素。另一方面，材料的降解性会损害其持久性，在一定程度上降低其力学性能。因此，生物降解塑料的降解性能既要符合使用要求，也要综合考虑降解性对其他使用性能的影响。基于生物质原料通过合成法获得生物降解塑料，生物相容性好，完全有可能先应用于一些对降解性能有特定要求的包装材料，但前提是要达到使用所需的各种性能指标，同时还要有良好的生物降解可控性，这就要求其生物降解规律和降解性对其他性能的作用有着全面深入地了解，明确其生物降解行为和结构的对应关系及降解性能的调控方法。

　　结合市场需要提高可生物降解包装塑料的使用性能。

　　材料的使用性能和其分子结构（如交联程度、键合类型等）密切相关，因此，应拓展设计思路，优化合成路线，改善分子结构，提高材料的综合使用性能，同时也要尽量减少制备绿色材料过程中带来的污染，这是扩大其应用范围的前提。利用共聚、共混、纳米复合等方法，改进并完善现有生物降解性包装塑料的力学性能和生物学性能。如有机粘土可与基体形成具研究与探讨徐晓璇，等：可生物降解塑料在绿色包装应用中的机遇与挑战有插层或层离结构的复合材料，以较少的含量达到改善基材性能的目的玻璃纤维可以起到很好的增强作用等。采用新技术对传统包装材料进行改性后，材料具有高强度、高硬度、高钿性、高阻隔性、高降解性以及高抗菌能力的特点，使其在实现包装功能的同时，实现包装的绿色化。

　　不断降低生产成本，促进可降解包装塑料的产业化。

　　降低成本主要通过技术创新和降低原料价格实现。目前石油基降解塑料的价格优于以生物质为原料的降解塑料，但是基于可再生资源为原料的生物降解塑料是将来绿色包装发展的希望所在。绿色包装产品的设计阶段就要考虑资源可再生性和废弃物使用后的回收处理，这是绿色物流的一个重要衡量指标，也是是否符合循环经济及可持续经济发展要求的一个重要依据。目前来看，在以价格为尺度的商品经济社会，推广可生物降解塑料包装尚有难度。在保证产品使用性能和降解性能的前提下，尽可能优化和简化可生物降解塑料的制备工艺，整合资源，降低成本，确保它的循环优势，体现其技术的市场价值，推进降解塑料的产业化进程。

　　生物降解塑料的原料主要来源于可再生资源：如淀粉基降解塑料的原料来源是各种天然淀粉和植物纤维等天然作物材料；聚乳酸可通过玉米、土豆等农作物的淀粉发酵产生的乳酸再聚合获得；植物油基塑料主要来自于大豆油等天然油脂。

　　因此生物降解塑料的发展可以大大增加对农产品的需求，从而带动相关农业的产业化；另一方面将来生物降解塑料的大量使用使得废弃包装材料的处理市场需求增加，从而提升相关回收利用和塑料降解产业的规模化和产业化水平。因此，可生物降解包装塑料的发展要在充分依赖技术创新的基础上，追求规模效益，上下游联动，充分利用资源，有效降低生产成本。

　　逐步完善生物降解测试体系和方法标准。生物降解是降解环境中多种微生物之间协同作用的结果。材料废弃于自然界中，环境在变化，微生物物种及其分布也在变，这些都给制定能够真实模拟其实际降解行为并维持测定条件恒定、重现性良好的方法标准带来了极大困难。为解决此问题，一般用由各种方法获得的多项指标来综合权衡，使用多种降解环境体系和测试方法，并加以比较。目前各种高分子材料的生物降解研究仍处于不完善阶段，生命周期的评价及降解机理尚不清楚。完善的评价体系和标准是降解塑料发展的基础，建立统一的降解性塑料的定义、降解机理、检测评价方法和标准，要基于多学科交叉逐步完善生物降解测试体系和方法标准。

　　5结语可生物降解包装塑料具备节能、环保和可回收的优点，世界大多数国家的市场、政府部门和流通渠道等多方面力量都在从人类社会可持续发展的高度积极推动这一新的包装技术。可生物降解包装塑料目前仍处于不断成熟的阶段，技术含量较高，特别是随着人们对环境污染问题的日益关注和可持续发展战略的实施，其前景十分好。广泛发展基于生物降解塑料的绿色包装产业对于人类社会的可持续性发展具有特别重要的意义，是世界包装发展的趋势和必然选择，也是对传统包装的一场革命。

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