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常见可降解材料的分析

学校：安徽工程大学 姓名:钱永飞
指导教师:季长路教授

内容摘要：
聚乳酸（PLA）聚乳酸有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，用它制成的各种制品埋在土壤中6至12个月即可完成自动降解；聚丁二酸丁二醇酯（PBS）力学性能十分优异，耐热性能好，热变形温度接近100℃，改性后使用温度接近100℃，克服了其它生物降解塑料耐热温度低的缺点；加工特性良好，材料成本低，在正常储存和使用过程中性能非常稳定； 3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物（PBHV）具有完全的生物相容性和对水、气的高阻隔性等，因此在诸如医用材料、薄膜材料、一次性用品、包装材料（特别是食品包装）等方面有着广泛的应用前景。
除此之外，常见的可降解包装材料还有一些以聚乙烯醇为代表的水溶性包装材料、以淀粉类塑料为代表的生物溶性包装材料、以在高分子链中加入羰基与酮，在光照条件下加速分解为代表的光降解包装材料以及以利用珍珠岩发泡技术制作缓冲包装件为代表的天然材质包装材料。
关键词：可降解材料 聚乳酸 3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物聚 丁二酸丁二醇酯

引言：
聚合物和塑料是二十世纪典型的材料，年产量急剧增长，从20世纪三十年代最初的每年几百吨，到二十世纪末已经超过了1.5亿t|年， 2005年已达到2.2亿t|年，其中西欧占其中的19%。欧盟目前的塑料使用量为60kg|（人。年）①。随之而来的是地球的环境质量的不断恶化，保护环境刻不容缓，人们的环保意识开始逐渐提高。由于新型可降解包装材料具有可降解、无污染、造价越来越低等诸多优点，它慢慢进入了我们的生活。本文将讨论几种常见可降解材料的各种性能。

绪论：
近年来,随着科学技术水平和人们消费水平的日益提高，食品科技和包装工业的迅速发展，全球追捧食品健康、安全消费的呼声日益高涨，无论是监督部门还是生产企业，都对我国近期亟待制定的产品标准更加迫切，目标也更加具体明确。据统计，食品包装涉及的相关卫生标准近百种，除了2009年6月1日正式生效的（GB9685-2008食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准）限定的添加剂种类从65中添加到958种外，还有五十多种产品标准已列入标准制修订计划，大量的产品标准在等待进入修定计划中②。
国际上关于环境可降解塑料的含义可以归纳为三个方面。
⑴化学（分子水平）上：其废弃物的化学结构发生显著变化，最终完全降解为二氧化碳和水。
⑵物性（材料水平）上：其废弃物在较短时间内，力学性能下降，应用功能大部分或全部丧失。
⑶形态上：其废弃物在较短时间内破裂、崩碎、粉化成对环境无害或易被环境消化③。

几种常见可降解材料的分析

【一】：可降解性：
1.聚乳酸（PLA）：
聚乳酸有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，用它制成的各种制品埋在土壤中6至12个月即可完成自动降解。它使用后的废物埋在土中或水中，可在微生物分解下生成碳酸气和水，它们在阳光下，通过光合作用又会生成起始原料淀粉。这样经过一个循环过程既能重新得到聚乳酸初始原料淀粉，又借助光合作用减少了空气中二氧化碳的含量。
2.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：
易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物降解聚合物材料。具有良好的生物相容性和生物可吸收性；另外，PBS 只有在堆肥、水体等接触特定微生物条件下才发生降解，在正常储存和使用过程中性能非常稳定。
3.3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物(PHB/PHV,PHBV,biopol)：
是一种生物聚酯，它由细菌生产，能被细菌消化，在土壤或堆肥化条件下完全分解为二氧化碳、水和生物质。

【二】：生产：
1.聚乳酸（PLA）：
乳酸生产是以乳酸为原料，传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料，目前美、法、日等国家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸，进而生产聚乳酸。
　　美国LLC公司生产聚乳酸工艺为：玉米淀粉经水解为葡萄糖，再用乳酸杆菌厌氧发酵，发酵过程用液碱中和生成乳酸，发酵液经净化后，用电渗析工艺，制成纯度达99．5％的L-乳酸。由乳酸制PLA生产工艺有：(1)直接缩聚法，在真空下使用溶剂使脱水缩聚。(2)非溶剂法，使乳酸生成环状二聚体丙交酯，在开环缩聚成PLA。
法国埃尔斯坦糖厂日本钟纺公司据有关媒体报道，欧洲生物降解塑料生产商---Hycail材料工业公司在提升聚乳酸（PLA）耐温性的开发和生产方面最近取得突破。
2.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：
20世纪90年代，日本的昭和高分子公司采用异氰酸酯作为扩链剂，与传统缩聚合成的低分子量PBS反应，制备出分子量可达20万左右的高分子量PBS。分子量超过10万的PBS在力学性能上较低分子量PBS有极大的飞跃，力学性能可到达普通塑料聚丙烯的水平，完全可以作为通用材料使用。目前日本昭和高分子公司扩链法生产的PBS的产能为3000t/a，2万t/a的新生产线正在建设中。

3.3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物(PHBV,biopol)：
美国帝国化学工林公司利用细菌把糖和有机酸制造成可生物降解的塑料。其方法与生产出乙醇的发酵工艺相似，所不同的只是，用的细菌是产碱杆菌属，能把喂食的物质转变成一种塑料．称为PHBV。这种细菌积累这种塑料是作为能量储存，就像人类和动物积存脂肪一样。当细菌积存的PHBV达到它们体重的80％时，就用蒸汽把这些细胞冲破，把塑料收集起来。

【三】：缺点
1. 聚乳酸（PLA）：
1：不能耐高温，玻璃化温度低只有55度，虽然有些厂家对它做了一些耐温的改性，可还是没有在根本上解决问题，会在生产是增加一定的成本，还会在一些应用领域得到排挤和限制，没法大批量的推广。
2：很脆没柔性，延伸性很差，没法吹膜工艺生产，没法达到应用所需要的一些性能；价格也是一个问题，太高了。市场没法接受，只能在特定应用上推广，没法在普通市场推广。
2.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：
聚丁二酸丁二醇酯( PBS)几乎可以替代现在广泛应用的非降解包装材料，它克服了其他可降解材料的弱点，成为生物降解塑料材料中的佼佼者, 用途极为广泛,综合性能优异, 性价比合理, 具有良好的应用推广前景。力学性能优异, 接近PP 和ABS 塑料;加工性能非常好,同时可以共混大量碳酸钙、淀粉等填充物, 得到价格低廉的制品;
3.3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物(PHBV,biopol)：
耐热性差，加工工艺条件苛刻，产业化上存在一些无法解决的困难。

【四】：应用：
1.聚乳酸：
可用于加工从工业到民用的各种塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业及民用布。进耐口工成农用织物、保健织物、抹布、卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫面等等，市场前景十分看好。
　　聚乳酸有良好的相容性与可降解性，在医药领域应用也非常广泛，如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等，低子聚乳酸作药物缓释包装剂等。
2.聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：
可以用做垃圾袋、包装袋、化妆品瓶、各种塑料卡片、婴儿尿布、农用材料及药物缓释载体基质等；还有其它涉及到环境保护的各种塑料制品，如土木绿化用网、膜等。可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。
3.3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物(PHBV,biopol)：
PBHV具有完全的生物相容性和对水、气的高阻隔性等，因此在诸如医用材料（缝线、骨钉）、薄膜材料（地膜、购物袋、堆肥袋）、一次性用品（笔、餐具）、包装材料（特别是食品包装）等方面有着广泛的应用前景

参考文献:
① -------JOGDAND S N,Welcome to the world of eco-friendly plastics，www。Members。rediff。com，1999.
②-------食品包装材料用添加剂使用手册，陈宇，中国轻工业出版社
③-------食品包装学第三版，章建浩，中国农业出版社

仅供学习与参考