【原创】美团降解塑料外卖包装,来了?好不好用这种无机粉体是个关键!


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  碳酸钙与可降解塑料共混改性

中国粉体网讯  20年前,国内开始全面禁止生产和使用一次性发泡塑料餐饮具,而如今餐饮外卖行业兴盛,外卖塑料包装也发展出新花样,如“降解塑料、易回收塑料、纸塑复合材料”等。在10月15日,“美团外卖青山计划2021年度绿色包装名录发布,分“易回收易再生塑料包装容器”、“纸质外卖包装”、“降解塑料外卖包装”三大类别,包含PLA(聚乳酸)、PBAT(聚己二酸对苯二甲酸丁二酯)、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)餐盒,以及纸质餐具等共161件环保产品。


 

包装塑料 图片来源:pixabay

 

作为一类新型包材,降解塑料的性能始终是行业关注的重点。从主流降解塑料产品看,PLA具备较高的硬度和高透明性,是理想的透明容器、管材制造原料;但其韧性较差,缺乏柔性和弹性,耐水解性能不佳。PBAT性能接近传统石油基塑料,具备较好的延展性和断裂伸长率,成膜性能突出;但降解速度慢,粘性大易粘连。PHA具备良好的降解能力,不要求工业堆肥等苛刻条件;但其价格过于高昂。短期来看,可降解塑料应用存在一定困难。

 

1碳酸钙与可降解塑料共混改性

 

聚乳酸(PLA)作为目前研究较多、商业化较为成功的可生物降解材料之一,具有优异的光泽性及阻隔性能,但也存在质硬而韧性较差,缺乏柔性和弹性等缺点。因此将高韧性的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)与PLA进行共混,不仅可以提高PLA的韧性,同时加快PBAT的分解速率。

 

1.1、改性CaCO3增强PLA韧性和降解能力

 

刘逸涵等用铝酸酯偶联剂(ACA)对碳酸钙(CaCO3)进行处理,成功制备铝酸酯改性碳酸钙(Al- CaCO3),并将CaCO3和Al- CaCO3分别与PLA进行熔融共混,制备了PLA/ CaCO3和PLA/Al- CaCO3体系并进行了一系列测试。

 

其中,力学测试结果表明:CaCO3降低了PLA的韧性而Al- CaCO3能够有效地提升PLA的韧性。蛋白酶K降解试验结果表明:无机粒子的加入提升了体系的降解性能,提高了材料的应用性。观察材料断面发现:CaCO3存在于PLA表面,Al- CaCO3被包埋在PLA基体中,ACA使无机粒子与PLA能够紧密地结合,从而提高材料的韧性。

 

1.2、CaCO3/PBAT/PLA复合材料兼具韧性和可降解性

 

晏永祥等对PBAT的共混改性研究认为,将高韧性的PBAT与PLA进行共混,不仅可以提高PLA的韧性,同时加快PBAT的分解速率。另外,D.B.Rocha等制备了CaCO3/PBAT/PLA复合材料,研究结果表明,CaCO3改善了基质中聚合物之间的界面相容性,可获取低成本的柔性薄膜。

 

小结:

 

(1)铝酸酯偶联剂能使无机粒子与PLA能够紧密地结合,能提高材料的韧性。

 

(2)无机粒子的加入提升了PLA体系的降解性能。

 

(3) CaCO3/PBAT/PLA复合材料能具备相容性,有共混改性的潜力,有兼具韧性和降解性的条件。


 

碳酸钙晶体形貌

 

2、聚乳酸(PLA)的降解原理解析

 

研究表明,聚乳酸可以发生水解降解、热降解、光和辐射降解、酶促降解以及微生物降解等。1981年,威廉姆斯最先发现源于白色念珠菌的蛋白酶K对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,被研究者们用来研究聚乳酸及其共混体系的降解性能。

 

在上述研究中,随着CaCO3和Al- CaCO3的加入,PLA体系的降解性能明显增强。无机粒子含量在30%以上的体系在2天的时间基本就可以完全降解,含有10%和20%无机粒子含量的体系的降解能力较纯聚乳酸也有较大提高。


 

Al- CaCO3共混改性PLA体系

 

这一变化可能有如下几个方面的原因:

 

首先,无机粒子的加入使得体系结构发生变化,使更多PLA与降解液接触。其次,随着PLA的降解,样品中无机粒子会脱落,使PLA与降解液有更充分的接触面积。最后,PLA降解产物为乳酸分子,其可能与碳酸钙发生化学反应,进一步清除掉了随着降解进行裸露出来的碳酸钙。

 

结语

 

目前,几乎每一种可降解塑料都存在一定的应用难题,通过近似体系共混改性,再辅助各种填料和补强剂,反复探索技术原理,完善一套实用性较强的降解材料制备方案是十分必要的。从目前应用技术水平来看,无论是碳酸钙或是其他塑料制品中广泛应有的粉体材料,在降解塑料中都具备很高的研究价值。

 

参考来源

刘逸涵,等:聚乳酸/铝酸酯改性碳酸钙体系的性能研究,长春工业大学

晏永祥,等:可生物降解塑料PBAT共混改性研究进展,长沙理工大学

美团外卖青山计划2021年度绿色包装名录,中商网

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作者:昧光

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