生物降解包裝材料的研究生物化學(xué)專業(yè)

1、目錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words1引言11 生物降解包裝材料的概述21.1 什么是生物降解包裝材料21.2 生物降解包裝材料的分類22 生物降解包裝材料的特性、研究現(xiàn)狀及存在問題22.1 淀粉基生物降解材料22.2 聚羥基脂肪酸酯（PHA）42.3 聚乳酸（PLA）62.4 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）73 生物降解包裝材料的具體應(yīng)用83.1 食品包裝領(lǐng)域83.2 化妝品包裝領(lǐng)域94 生物降解包裝材料的發(fā)展前景105 結(jié)語11致謝11參考文獻(xiàn)11生物降解包裝材料的研究摘要：作為能夠自源頭方面將“白色污染”的問題予以解決的環(huán)境友好型材料的生物降解包裝材料正以其巨大的優(yōu)越性而為

2、現(xiàn)在的社會越來越重視對它的技術(shù)研究開發(fā)以及推廣應(yīng)用。本文就淀粉基生物降解塑料、聚羥基脂肪酸酯和PLA以及PBS的主要的特性、研究現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行了闡述。通過對材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性或者與其他可降解材料共混，可以使材料的使用性能和降解效果更加突出。目前制約我國生物降解包裝材料實(shí)際應(yīng)用的主要問題來源于包裝工藝，因?yàn)樗苯記Q定了包裝的質(zhì)量和成本，因此，降低材料的成本是至關(guān)重要的，也是決定了能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的包裝設(shè)計(jì)。這樣，相關(guān)材料就能夠在生活和生產(chǎn)之中得到更加廣泛地應(yīng)用。由于我們使用的數(shù)量很多，用完以后又隨意扔掉，塑料垃圾大量地產(chǎn)生，嚴(yán)重破壞了環(huán)境，這引起了全球各國政府和人民的高度重視。近幾年，國家出臺限

3、塑政策，從源頭上入手強(qiáng)化監(jiān)管，同時積極推廣代替產(chǎn)品。對生物降解包裝材料在食品和化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了論述，并對生物降解包裝材料前景進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：包裝材料 生物降解 改性 共混Study on biodegradable packaging materialsAbstract: Biodegradable packaging materials are environmentally friendly materials that can effectively solve the problem of white pollution from the source. Now more an

4、d more attention is paid to its technical research，development and promotion application.At present，the main problem restricting the practical application of biodegradable packaging materials in China comes from the packaging process，because it directly determines the quality and cost of packaging.

5、Therefore，it is crucial to reduce the cost of materials，which also determines whether the product packaging design can be realized.In this paper，the characteristics，research status and existing problems of starch-based biodegradable plastics，polyhydroxy fatty acid ester (PHA)，polylactic acid (PLA) a

6、nd polybutylene succinate (PBS) were reviewed. Because we use a lot of，after the use of random throw away，a large number of plastic waste，serious damage to the environment，which has caused the worlds governments and people to attach great importance to. In recent years，the country has issued a polic

7、y to limit plastic，strengthen supervision from the source，and actively promote alternative products.By modifying the structure of the material or blending it with other degradable materials，the service performance and degradation effect of the material can be optimized，so that it can be used more wi

8、dely in production and life. The application of biodegradable packaging materials in food and cosmetics was discussed，and the prospect of biodegradable packaging materials was prospected.Key words: Packaging materials; biodegradation Environmental; modified; blending引言 塑料是傳統(tǒng)包裝采用最多的材料，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、價格低廉等優(yōu)

9、點(diǎn)，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致塑料在人類生活中的需求和產(chǎn)量都非常大。因此，可降解塑料包裝成為一個研究發(fā)展方向，而生物可降解塑料又是其中之一。生物降解塑料接近普通塑料的性能，同時具有環(huán)保性，已在包裝領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。1 生物降解包裝材料的概述1.1 什么是生物降解包裝材料被稱之為“生物降解高分子材料”的生物降解材料實(shí)際上為可以在自然界存在的微生物作用下發(fā)生反應(yīng)，而被降解或酶解的高分子材料。由于該類材料可以完全被環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)代謝掉，不會對環(huán)境造成污染和破壞，因此被公認(rèn)為是真正綠環(huán)保的材料。生物降解包裝材料應(yīng)具備以下幾點(diǎn)特征：維持原有材料的機(jī)械性能；維持原有的物理和化學(xué)性質(zhì)，在滿足產(chǎn)品所需性能的同時，

10、需要有生物降解性能；維持原有材料的可回收性，不能因?yàn)楦纳破渌阅芏鴵p壞回收利用的特性；在垃圾堆填區(qū)或污水處理時，具有生物可降解性；可以被地球上幾乎無所不在的微生物群代謝降解，可在有氧和無氧，有光照和無光照的條件下完成生物降解過程；必須符合國家的食物安全的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)檢測安全無毒，在水中或泥土中不會產(chǎn)生任何對生物有害的物質(zhì)1。1.2 生物降解包裝材料的分類生物降解材料按來源可劃分為：一是合成類的生物降解塑料；二是天然的高分子類生物降解塑料。前者既有化學(xué)合成類的塑料也有微生物合成類。其中化學(xué)合成類塑料一般是由含酯基或羰基的脂肪族聚酯合成的，如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯

11、（PCL）等。而微生物合成類的塑料則是為在將葡萄糖或者淀粉作為原料的情況下，經(jīng)由酶發(fā)酵合成而來的2，其中最具代表性的就是聚羥基脂肪酸酯（PHA）。以價格低廉和來源廣泛以及具備良好的再生性和可降解性為基本特征的后者，既包含殼素，又包含殼聚糖和纖維素，并且包含了淀粉等的天然有機(jī)大分子的后者2。2 生物降解包裝材料的特性、研究現(xiàn)狀及存在問題2.1 淀粉基生物降解材料就每一個組成而言，淀粉基生物降解塑料所指的即為既可能有淀粉衍生物，也可能含有淀粉塑料。根據(jù)他們能否被完全降解，劃分為兩類：破壞性生物降解塑料以及完全生物降解塑料。破壞性生物降解塑料是將淀粉與不可降解樹脂經(jīng)過共聚或者共混而形成的復(fù)合材料，是

12、不能被完全降解的材料；完全生物降解塑料主要是以淀粉作為原料加工而制備的淀粉基高分子塑料或?qū)⒌矸叟c其他合成或天然的可生物降解高分子共混加工而成的復(fù)合材料，使用后能夠被完全生物降解，對于環(huán)境污染比較小，是目前應(yīng)用比較廣泛的淀粉基生物降解塑料，也是目前淀粉基塑料的主要研究方向和內(nèi)容。 2.1.1 特性作為常見的聚合物，淀粉這樣的多糖即為植物以對能量的存儲為目的而產(chǎn)生的。在商業(yè)化的生產(chǎn)方面，諸如水稻和土豆以及玉米等，都跟小麥一樣，是淀粉的關(guān)鍵性的來源Error! Reference source not found.2。淀粉作為天然高分子物質(zhì)，原料來源豐富、價格低廉，因?yàn)榇蠖鄟碓从谵r(nóng)作物，因此具有可再

13、生性，并且具有良好的生物降解性。在含有大量氫鍵的情況下，淀粉是無法實(shí)施直接的熱塑化處理的。也就是說，改性是起使用之前所必需做到的。以經(jīng)過增塑為基本的前提，在共混制的情況下，相關(guān)的淀粉是能夠跟可降解高分子材料將淀粉基的生物降解塑料予以得到的?，F(xiàn)如今，要將熱塑成膜的性能加以改善，現(xiàn)如今所使用的方法為實(shí)施淀粉方面改性的方法。除了天然的高分子聚合物和合成的高分子聚合物之外，常見的淀粉基復(fù)合降解塑料還能夠?qū)⒌矸鄹鷦e的添加材料以及增塑劑通過共混的方式復(fù)合。而淀粉基復(fù)合降解塑料則是在這樣的情況下獲得的3。這些都是能夠被完全降解的材料，可以用于食品包裝容器、緩沖包裝材料等多種領(lǐng)域。 2.1.2 研究現(xiàn)狀近年來

14、，淀粉基塑料在研究和生產(chǎn)方面已取得很大進(jìn)展。作為美國最大的淀粉塑料生產(chǎn)商，CereplastInc早在本世紀(jì)初就將以可降解和可堆肥為基本特征的淀粉共混物予以生產(chǎn)了出來；以“EverCorn”為商品名，美國的EverCorn企業(yè)所開發(fā)的為一種全部能夠降解的淀粉塑料方面專利技術(shù) 4。中國的廣東上九生物降解塑料有限公司，將一種生物降解薄膜的制備方法予以開發(fā)了，是將淀粉與聚乙烯醇（PVA）共混，并在其中加入聚3-羥基丁酸酯（PHB），PHB的加入可以使產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度及耐水性能提高；武漢華麗環(huán)?？萍加邢薰狙兄瞥隹山到馇揖哂辛己昧W(xué)性能和耐熱性的復(fù)合材料，是淀粉與PLA和PVA共混而成的5。 很多的科研

15、工作者將淀粉基塑料的研究重點(diǎn)放在原材料的改性與加工方式上，采用不同的光引發(fā)劑、增塑劑、偶聯(lián)劑或者使用不同加工方式以使淀粉基塑料達(dá)到最佳的性能并適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境6。陳濤等人7通過在直鏈淀粉中添加增塑劑，用熱剪切的方法制備了熱塑性淀粉（TPS）塑料，采用的增塑劑為甘油和甲酰胺，研究了增塑劑種類以及直鏈淀粉塑料和PLA的用量對熱塑性淀粉吸水性的各種影響。研究結(jié)果表明：隨著PLA使用量增多，塑料的吸水速度減慢，能夠有效降低TPS的吸水性。周文等人8用二苯甲酮與淀粉和甘油進(jìn)行共混制備TPS，其中甘油是作為淀粉的增塑劑，二苯甲酮是作為光引發(fā)劑，使淀粉形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。研究了不同紫外光源輻照的持續(xù)時間對其流

16、體力學(xué)、動態(tài)學(xué)和熱力學(xué)、熱穩(wěn)定性以及其耐水腐蝕性能的重要影響。研究結(jié)果表明：輻射紫外線的持續(xù)光照強(qiáng)度持續(xù)時間大約為15min時，TPS的力學(xué)性能最佳，能夠快速形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。 此外，淀粉與其他可生物降解的合成或天然高分子共混的相關(guān)研究也被非常重視，例如淀粉和纖維素共混、淀粉和聚酯共混?？稍偕睦w維素納米纖維（CNF）作為淀粉基體的增強(qiáng)材料有巨大的潛力，因?yàn)槠浔旧砭哂休^高的抗變形能力，剛性大和較大表面積等優(yōu)點(diǎn)。圍繞著薄膜，Santana等9專家和學(xué)者對其力學(xué)的性能和某些特性予以了一系列的研究。其所得到的結(jié)果為：在薄膜方面，無論是耐熱性和阻隔性，還是力學(xué)的性能，都在把CNF加入至甘油增塑方面木

17、薯淀粉的基薄膜里面情況下得以明顯地提高。從結(jié)果可以得知的為：對新型環(huán)保包裝材料來說，在把CNF添加至淀粉基塑料的情況下，其大規(guī)模的生產(chǎn)和制備都是受益的10。在跟PLA共混的情況下，就淀粉而言，存在兩相界面的結(jié)合能力弱的問題，在兩者界面容易產(chǎn)生兩相的分離，因此共混物的脆性較大，很難得到性能較好的復(fù)合材料。針對這個問題，國外Raghu等11提出可以在TPS/PLA共混物中加入木纖維（WF）。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著WF添加量的增多，共混物的性能有顯著的提升，當(dāng)WF增加到40%的時候，拉伸和彎曲強(qiáng)度分別提高65%和127%。淀粉基塑料的改性工作仍在繼續(xù)，研究人員不斷開發(fā)性能越來越好的材料。 2.1.3 存

18、在問題淀粉基塑料應(yīng)用受到很大限制的原因是：這種材料既有脆性，也有很大的吸濕性。其結(jié)果為：該材料所生產(chǎn)的產(chǎn)品存在使用壽命不長的問題。就遇水后力學(xué)性能降低的問題而言，這一類產(chǎn)品往往是難以自根本上加以解決的。研究人員提出，可以讓淀粉發(fā)生氧化、酯化、醚化、交聯(lián)等反應(yīng)，使羥基被新官能團(tuán)取代，從而降低親水性，提高力學(xué)性能，改善淀粉基生物降解材料的加工性能3。由于TPS的脆性較大、耐水性能差，因此對TPS塑料的研究重點(diǎn)可以采用調(diào)整或添加增塑劑以及與其他材料共混等方法，提高TPS的性能，但是改善材料性能不能是在破壞降解性的基礎(chǔ)上進(jìn)行，畢竟使用淀粉基塑料就是因?yàn)樗目缮锝到馓匦?。目前來看，很多的淀粉基生物降?/p>

19、塑料只是在實(shí)驗(yàn)研究階段，雖然很多已經(jīng)得出可靠的結(jié)論，但是還沒有規(guī)?；a(chǎn)，如果要進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)并投入使用，還需要進(jìn)一步改善材料的生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)成本。2.2 聚羥基脂肪酸酯（PHA）PHA為聚羥基脂肪酸酯系列生物降解塑料，是由主要生產(chǎn)原材料是微生物在細(xì)菌體內(nèi)合成的。通過對PHA合成酶及其細(xì)菌的基因進(jìn)行改造，可以改變PHA的結(jié)構(gòu)、分子量以及合成效率等。這樣，各種各樣化學(xué)性質(zhì)的PHA材料就能夠得以制備出來。現(xiàn)如今所研發(fā)的PHA材料之中，既有聚羥基丁酸酯（PHB），也有聚羥基戊酸酯（PHV）等。2.2.1 特性PHA 具有良好的生物可降解性和生物相容性，一般為白色粉末狀結(jié)晶型聚合物，熔點(diǎn)在1451

20、75范圍，有較高的熱變形溫度大約為105，機(jī)械強(qiáng)度高，并且具有優(yōu)良的氣體阻隔性能。PHA的最大的特點(diǎn)是：在一切的環(huán)境之中，它都能夠?yàn)槲⑸锼纸?。更為重要的是，在分解后的產(chǎn)物基本上為水和碳基情況下，不可能產(chǎn)生環(huán)境方面的污染12。PHA類生物可降解塑料是通過細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)制造而成，發(fā)酵的物種主要是葡萄糖類的碳水化合物。條件不同制造出的PHA種類會有所不同，主要區(qū)別在于側(cè)鏈長度不同，有短鏈、中鏈和長鏈的。其中PHB就屬于短鏈PHA，也是最主要的PHA，脆性較大，PHB屬于第一代產(chǎn)品，中長鏈的PHA相來說韌性對比較好。PHA單體有150多種，且不同的單體組成具有不同的性能。其中最常見的既有PHB，也有

21、PHV，并且有PHBV。對于PHB在結(jié)晶度高而導(dǎo)致的脆性大的不足之處，借助于對PHBV所實(shí)施的共聚是能夠得以最大限度地彌補(bǔ)的。不過，它的應(yīng)用推廣在它的產(chǎn)品價格比較高的情況被大大地限制了。 2.2.2 研究現(xiàn)狀就PHA而言，其被降解的具體程度是跟兩個方面相關(guān)的：一是土壤的條件；二是環(huán)境的溫度2。諸如次氯酸鈉的分解法和有機(jī)溶劑的萃取法以及酶裂解法等即為合成PHA的具體途徑，一般由植物油或脂肪酸合成PHA13，基于經(jīng)濟(jì)原因通常多數(shù)人選擇使用價格便宜的葡萄糖和蔗糖作為PHA合成最常用的原材料。近年來，就國內(nèi)以寧波天安生物材料有限公司所開發(fā)的PHA而言，憑借著良好的生物方面相容性等諸多的優(yōu)勢，除了在中國

22、的國內(nèi)所取得的認(rèn)可特別廣泛之外，其所占有的市場比例是特別重要的。而且在世界上PHA類型的原材料生產(chǎn)廠商中也占有十分重要的地位。目前越來越多的PHA生產(chǎn)制造商，國內(nèi)的發(fā)展也很快，其中，在產(chǎn)能方面，天津的國韻生物科技有限公司，達(dá)到了10kt/a之多14。由此可見，不少企業(yè)在PHA發(fā)展方面是充滿了期待的。 PHA在包裝上的應(yīng)用已經(jīng)有4代產(chǎn)品15，其中第四代PHA產(chǎn)品主要組成成分為3-羥基丁酸-4-羥基丁酸共聚醋（P3HB4HB），可以通過調(diào)節(jié)合成單體比例，從而得到不同性能的材料，滿足不同的性能需求。第四代產(chǎn)品不僅可以保留原有可生物降解的性能特點(diǎn)，還具備石油基材料的力學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)，成為綠色包裝的首選材料

23、之一。4代商業(yè)化的PHA由短鏈PHA的共聚物逐漸發(fā)展到短鏈和中長鏈。就HB與HO或HD而言，相關(guān)學(xué)者的預(yù)測為：在以一定比例共聚情況下，其共聚物將會獲得物化性能更優(yōu)秀的PHA，這方面已看到曙光16。2.2.3 存在問題PHA的不足之處在于加工溫度范圍窄、熱穩(wěn)定性很差、脆性大，容易出現(xiàn)二次結(jié)晶現(xiàn)象，而且成本非常高。目前我國擁有完整的PHA生產(chǎn)鏈的企業(yè)數(shù)量很少，PHA的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量還不能滿足需求，并且由于生產(chǎn)成本比石油基塑料及一些生物降解塑料的都要高，因此到現(xiàn)在PHA還沒有得到廣泛的應(yīng)用。例如：目前全球僅聚乙烯和聚丙烯兩種最普通的石油基塑料，年產(chǎn)能就有13000-14000萬噸。不過，PHA年產(chǎn)能

24、僅僅為5萬噸上下。也就是說，這樣的產(chǎn)量僅僅為石油基塑料方面一個零頭。這方面最為關(guān)鍵的原因?yàn)槌杀?7。還有很多的PHA的合成手段僅停留在實(shí)驗(yàn)層面，達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求，還需要研究人員不斷進(jìn)行研究探索與試驗(yàn)。從2017年至今，天津國韻生物科技有限公司、深圳意可曼生物科技有限公司、寧波天安生物材料有限公司、美國Metabolix、英國ICI、德國Basf等都先后投入PHA領(lǐng)域。也就是說，PHA的產(chǎn)能至2022年P(guān)HA會大幅度地提升12。2.3 聚乳酸（PLA）聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，由玉米等可再生的資源提取的淀粉原料通過加工而制成的。這之中的淀粉經(jīng)過發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乳酸，然后通過各種化

25、學(xué)作用轉(zhuǎn)換為PLA。因?yàn)楹铣稍蟻碓从诳稍偕矸?，所以，在生物可降解性方面特別強(qiáng)。而其最終產(chǎn)物，在使用之后能夠?yàn)榄h(huán)境里面微生物所完全降解的情況下，往往為不會對生態(tài)環(huán)境造成污染破壞的二氧化碳和水。這是目前世界上受到廣泛認(rèn)可的環(huán)保型材料。由于PLA原料來源廣，生產(chǎn)成本低，已成為世界第二大產(chǎn)量的有機(jī)酸。2.3.1 特性除了密閉性之外，PLA所具有的具有耐油脂的特點(diǎn)，也有防潮的特性。通常情況下，其常溫下的使用方面性能是特別穩(wěn)定的。不過，其耐熱性是較差的。就環(huán)境溫度而言，在超過55或者在富氧及微生物的作用下，會自動被降解。由PLA制成的餐盒，在光合作用條件下可以被微生物快速分解。另外，PLA的防滲透性實(shí)

26、際上是跟聚酯相似的。而無論是加工性和清晰度，還是光澤度，都是跟聚苯乙烯相似的。這樣的材料可以制成各種包裝材料。PLA市場認(rèn)可度高，可以制作透明性較高、阻隔性良好、加工成型性及力學(xué)性能優(yōu)異的薄膜制品，可用于果蔬軟包裝18。在生物可降解塑料行業(yè)的市場，就產(chǎn)品數(shù)量而言，PLA實(shí)際上為主力軍，甚至是領(lǐng)導(dǎo)者。不過，就實(shí)際的市場價值而言，淀粉共混物在通常情況下實(shí)際上是略勝于聚乳酸的。2.3.2 研究現(xiàn)狀PLA是有巨大市場潛力的生物降解材料，工業(yè)生產(chǎn)PLA的工藝流程非常復(fù)雜，擁有世界最大聚乳酸產(chǎn)能的Nature Works公司(CargillDow，卡吉爾陶氏)公司、Mitsui 公司是采用兩步法對聚乳酸進(jìn)

27、行制備。該法的核心為：在使得乳酸將環(huán)狀二聚體丙交酯予以生成的情況下，以開環(huán)的方式使得其縮聚成聚乳酸。就卡吉爾陶氏聚合物公司而言，在聚乳酸生產(chǎn)路線中，其生產(chǎn)的能力為14萬噸/年的裝置已經(jīng)投產(chǎn)了19。在將玉米等天然作物作為原料的情況下，這套裝置實(shí)際上為現(xiàn)如今全球范圍內(nèi)生產(chǎn)方面規(guī)模最大的一套能夠生物降解的塑料裝置19。在耐溫PLA方面，就歐洲的可生物降解塑料方面的生產(chǎn)商而言，無論是生產(chǎn)，還是開發(fā)方面都已經(jīng)取得了較大的突破。在比利時，零售商Delhaize已開始對Nature Works公司的PLA加以使用。聚乳酸生產(chǎn)方面的成本，在通過對技術(shù)實(shí)施改進(jìn)的前提條件之下，對聚乳酸生產(chǎn)成本起到了進(jìn)一步降低的巨

28、大作用。而改進(jìn)后的PLA，是可與聚酯相競爭的。 諸如同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)等不少的高校和機(jī)構(gòu)早已經(jīng)在PLA領(lǐng)域取得了一定的成果。這方面的典型為下述兩家企業(yè)所合作生產(chǎn)的處于領(lǐng)先地位的PLA：一是海正集團(tuán)；二是中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究院19?，F(xiàn)如今，在PLA的年生產(chǎn)能力方面，我們中國已經(jīng)高出10萬噸/年。就在建和擴(kuò)建以及生產(chǎn)而言，PLA在2019年所具備的為諸如廣東的星湖集團(tuán)和華北制藥廠以及武漢華麗環(huán)保科技有限公司等25家，為PLA產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。2020年9月安徽豐原集團(tuán)50萬噸乳酸開工，10年內(nèi)將建成300萬噸規(guī)模的PLA方面生產(chǎn)線。在我們國家的哈爾濱市，在接收了杭州中化國際集團(tuán)的資金情

29、況下，威力達(dá)公司和烏德-伊文達(dá)-菲瑟爾（Uhde-Inventa-Fischer）公司實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)略聯(lián)手合作，共同建造PLA生產(chǎn)基地，這為PLA的產(chǎn)業(yè)化開辟了廣闊的前景19。2.3.3 存在問題PLA很低的斷裂伸長率和較高的模量阻礙了它的應(yīng)用領(lǐng)域，脆性大、抗沖擊性能差、缺乏柔性和彈性，結(jié)晶度不高、降解速度不容易控制控制，并且含有很多酯基，親水性差?？梢酝ㄟ^共聚、交聯(lián)等改變聚合物大分子或表面結(jié)構(gòu)改善其脆性、疏水性及降解速率等，也可以通過與其他材料共混或者添加增塑劑等方法對聚乳酸進(jìn)行改性。2.4 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）在以丁二醇和脂肪族丁二酸當(dāng)做主要原料的情況下，PBS是能夠生產(chǎn)的。除了能夠在使用

30、石油化工產(chǎn)品的情況下生產(chǎn)，它的合成原料也可通過淀粉、纖維素、葡萄糖等天然可再生農(nóng)作物經(jīng)過微生物發(fā)酵途徑再生產(chǎn)，從而達(dá)到來自大地、回歸大地的綠色循環(huán)生產(chǎn)。2.4.1 特性以跟ABS和PP相接近為基本特征，PBS的力學(xué)性能比前面的兩者更好。得益于其優(yōu)異的耐熱性，無論是在食品餐盒方面，還是在冷熱飲的包裝方面，都是能夠予以應(yīng)用的。在良好的再加工方面性能之下，PBS能夠在對國內(nèi)的現(xiàn)有的塑料成型的加工的通用的設(shè)備充分的加以利用的情況下，實(shí)施加工成型操作。就現(xiàn)如今加工方面性能最佳的降解塑料而言，PBS不但能夠?qū)嵤┑矸鄣鹊墓不斓募庸?，還可以填充碳酸鈣。而以價格便宜為基本特征的塑料制品是能夠獲得的。在跟別的材料

31、予以共混的情況下，PBS是能夠在性能方面得以提升的2。目前，國內(nèi)外PBS生產(chǎn)工藝成熟，發(fā)展勢頭良好。PBS已經(jīng)可用于包裝袋、化妝品瓶、餐盒、藥品瓶、電子器件包裝等。 2.4.2 研究現(xiàn)狀除了能夠?qū)⒃系某杀居枰源蠓鹊販p少之外，在對生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)方面原料予以采用的情況下，PBS可以進(jìn)一步將成本予以減少。就國內(nèi)改造所過剩的聚酯設(shè)備而言，現(xiàn)如今所起到的為PBS的生產(chǎn)提供新的契機(jī)作用。PBS薄膜具有力學(xué)性能、熱性能，加熱變形的溫度通常高于97、可降解、具有良好的加工性能以及化學(xué)穩(wěn)定性。日本的昭和公司生產(chǎn)的PBS已被應(yīng)用于生活的各個領(lǐng)域；德國APACK公司研究的具有良好密封性的PBS薄膜，主要被應(yīng)用

32、于食品包裝；日本的吉田拉公司以PBS為主要原料，研制出一種力學(xué)強(qiáng)度和耐用性良好的塑料制品20。除了日本昭和公司，德國的BASF、日本的三菱、韓國的SK株式會社、中國的安慶和興和藍(lán)山屯河等都是世界上主要的PBS生產(chǎn)商。我國的工業(yè)起步比較晚，早期對PBS的研究不是很深入，但我國對生物降解材料的研究與開發(fā)非常重視，因此PBS產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，對PBS的研究已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家。目前我國主要的PBS研究機(jī)構(gòu)有上海有機(jī)所、清華大學(xué)、中科院理化研究所。近年來，我國的PBS產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢大好，部分產(chǎn)品已經(jīng)出口售賣，其產(chǎn)量已經(jīng)遠(yuǎn)超許多國外企業(yè)，但是其還有巨大的研究空間。目前，國際上日本三菱化學(xué)與泰國PTT Globa

33、l Chemical公司合作生產(chǎn)PBS項(xiàng)目，產(chǎn)能為2wt/a，預(yù)計(jì)2025年產(chǎn)能翻一番；在國內(nèi)，藍(lán)山屯河化工股份有限公司PBS產(chǎn)能12wt/a；金發(fā)科技股份有限公司、營口康輝石化有限公司、金暉兆隆高新科技有限公司等也在大力發(fā)展PBS項(xiàng)目Error! Reference source not found.13。PBS生物降解塑料的發(fā)展前景呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象，在食品包裝、餐具、化妝品以及一次性醫(yī)療用品、藥品瓶等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。PBS一定會逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個方面。2.4.3 存在問題PBS對水敏感，在空氣中就降解，因此在加工過程中需要注意除水，以降低PBS方面水解

34、的速度值。不過，這樣的材料也是有著不少不足之處的。許多國家的研究人員圍繞著原始的PBS薄膜實(shí)施了相關(guān)的改性方面的處理。這之中主要有物理改性和共聚改性以及擴(kuò)鏈改性20。3 生物降解包裝材料的具體應(yīng)用3.1 食品包裝領(lǐng)域食品包裝領(lǐng)域是目前最主要的生物降解包裝材料應(yīng)用領(lǐng)域，主要用于食物軟硬包裝材料。例如可用PHA、PBS、PLA代替PET的礦泉水瓶、碳酸飲料瓶；可用淀粉基塑料、PLA、PBS代替PP的微波爐餐盒；用淀粉基塑料、PLA、PHA代替PS的碗裝泡面盒、快餐盒。PLA目前已經(jīng)被應(yīng)用于食品包裝及一次性餐具，還可將PLA吹塑成瓶用于包裝水、湯和食用油等21。韓國利用PLA材料作為出口食品的包裝的

35、數(shù)量逐漸增多。現(xiàn)階段，淀粉也已經(jīng)不再只有食用功能，還可以制作成薄膜材料用于包裝，生物降解材料目前在糖果、瓶裝水、酸奶、烘焙產(chǎn)品、新鮮果蔬及農(nóng)副產(chǎn)品等包裝的領(lǐng)域應(yīng)用特別廣泛23。對于食品包裝來說，包裝材料的阻隔性能是影響食品保質(zhì)期的重要因素。普通塑料高分子滲透氣體和水分子，選擇合適的生物降解材料可以有效阻隔O2和CO2等氣體的滲入，從而延長食品保質(zhì)期和新鮮度。對一些容易被氧化的食品來說食用淀粉基膜是一種極佳選擇。對于食品的氧化，起到一定的抑制作用?，F(xiàn)在食用淀粉膜已經(jīng)在肉類食品包裝方面得到了較為廣泛的應(yīng)用。李偉等人做過生物降解材料對西藍(lán)花保鮮性能的研究實(shí)驗(yàn)，一共分為三組，分別是用PLA薄膜包裝、用

36、PE薄膜包裝以及無包裝，后兩組為對照組。實(shí)驗(yàn)是203溫度下進(jìn)行的，接近平常的溫度，以此來確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。研究結(jié)果表明：三組實(shí)驗(yàn)隨著時間越來越長，西蘭花的葉綠素、VC含量都減少了，但是用PLA包裝組其含量明顯比后兩組含量高，而且后兩組的過氧化物酶活性、對電導(dǎo)率高于PLA包裝組。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：PLA能保持西蘭花的葉綠素、VC和可溶性固形物含量，從而減緩西蘭花變黃的速度，并且還能夠降低西蘭花的過氧化物酶活性，另外，PLA的氣體選擇透過性有助于高CO2而低O2的貯藏環(huán)境最終地形成。這樣一來，西蘭花貨期得以在有機(jī)物質(zhì)的消耗降低的情況下延長24。PHA也廣泛用于各種食品包裝容器、生物降解食品包裝

37、薄膜等，但由于諸如PHA的阻隔性能較弱和韌性不夠以及成本較高等方面的不足之處使得其實(shí)際的應(yīng)用顯得非常受限25。作為包裝材料另外一個很重要的性能就是材料的力學(xué)性能，我們在上文中提到：假如只是單純一種生物降解材料，其性能往往存在很大的缺點(diǎn)，不適合直接使用。所以目前主要是將天然高分子材料及化學(xué)合成生物降解材料共混，從而來獲取具有更好物理機(jī)械性能的材料26。在借助于超臨界CO2的情況下，意大利的Coopbox公司將能夠在冷鮮食品包裝方面能夠使用的PLA發(fā)泡餐盒予以制備了出來。而在使用了PLA復(fù)合材料的前提條件之下，日本綠色科學(xué)聯(lián)盟有限公司將餐具樣品予以制造了出來。目前，已有不少成熟共混材料用于食品包裝

38、，他們的安全性能都是通過食品安全規(guī)范準(zhǔn)則的。 3.2 化妝品包裝領(lǐng)域除了金屬和塑料之外，化妝品包裝的最常見材料即為有諸多優(yōu)點(diǎn)的玻璃。玻璃的阻隔性能非常好，耐腐蝕性也很好，但是易碎、質(zhì)量重；金屬具有較好的機(jī)械性能和良好的加工性能，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易被腐蝕；相對來說塑料價格低，又有質(zhì)輕、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。因此，在化妝品的包裝材料方面，玻璃得到的最廣泛的應(yīng)用。目前塑料在化妝品行業(yè)的市場份額已經(jīng)超過70%。傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品垃圾會給環(huán)境造成很大的污染，如果在生產(chǎn)加工過程中再添加一些助劑來優(yōu)化性能，那么在某種條件下助劑會與化妝品產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，不僅會污染化妝品，也會對人體造成危害。生物降解包裝材料因具有生物降

39、解的特性，研究者們非常看重它們作為化妝品包裝方面廣闊的發(fā)展前景。受限制于本身性質(zhì)的特殊性，化妝品在包裝方面除了要做到對消費(fèi)者的吸引力必需非常強(qiáng)，在特殊要求方面也應(yīng)該得到充分地滿足。就現(xiàn)如今而言，生物降解材料的應(yīng)用范圍為乳膏、口紅等化妝品的剛性包裝27?；瘖y品原料中有很多化學(xué)物質(zhì)，存在不穩(wěn)定性，因此其包裝應(yīng)該具有較高的穩(wěn)定性和安全性能。PLA材料來源廣，價格較低，加工性能也比較好，是目前在化妝品包裝領(lǐng)域應(yīng)用最多的生物降解材料。因?yàn)楹芏嗷瘖y品都是乳液狀或者膏狀，因此，就PLA而言，若是對其阻隔的性能方面要求是特別高的，則所需要做到的即為對其相應(yīng)的阻隔方面性能加以改善，比如加入無機(jī)添加劑等方法。另外

40、一點(diǎn)就是雖然PLA剛性好，作為化妝品的剛性包裝很合適，但是由于其脆性大，因此需要降低其脆性，添加增塑劑可以使PLA的玻璃化溫度降低，從而使材料的韌性提高，達(dá)到降低脆性的效果。PLA材料的性能改善也可以通過納米技術(shù)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)如今，這已經(jīng)是研究的熱點(diǎn)的。在PLA里面，若是把納米TiO2和納米BaSO4以及納米CaCO3添加進(jìn)去，是能夠做到對材料的力學(xué)性能加以改善的。與此同時，這樣的材料也可以起到成核劑的作用，以提高聚合的結(jié)晶28。食品包裝相對化妝品包裝來說要求更高一些?，F(xiàn)如今，在食品包裝的領(lǐng)域，納米材料尚且無法投入使用。不過，上述的納米復(fù)合材料在歐洲FP7 BioBeauty項(xiàng)目方面早已經(jīng)通過了。

41、該材料可用于化妝品領(lǐng)域的測試27，該項(xiàng)目研究表明納米材料用于化妝品包裝是安全的，并且滿足相關(guān)法規(guī)要求。雖然的PLA價格比PHA低很多，而且PLA的生產(chǎn)規(guī)模更大，但是PHA在環(huán)境中降解的可能性更大，生物降解性能非常好，對降解條件要求很低，在有氧或無氧條件下都可以被降解，這可以緩解化妝品包裝回收利用較難的問題，因此也更適用于作化妝品的包裝。但是目前關(guān)于PHA用作包裝時的耐久性和保質(zhì)期方面的研究工作的資料并不多，因此，對其研究仍在進(jìn)行之中。可以預(yù)料的是：在以后的化妝品方面，PHA必將成為特別理想的包裝材料27。關(guān)于生物降解材料用于化妝品的研究正在進(jìn)行中，此類材料的應(yīng)用可以解決因化妝品成分的特殊性而難

42、以回收利用其包裝的問題。對材料改性的方法研究也越來越多，納米技術(shù)是其中之一，納米技術(shù)可以顯著的提升材料性能，通過共混等方法也可以，加入的助劑不同，對材料的性能影響也有所不同，可以通過控制量的加入，觀察什么時候能夠達(dá)到最優(yōu)性能。生物降解材料相對傳統(tǒng)塑料而言，對環(huán)境的污染顯而易見的更小，具有很好的發(fā)展前景，同時這與國家政策的支持與人們環(huán)保意識的提高也有很大的關(guān)系。4 生物降解包裝材料的發(fā)展前景生物降解材料在環(huán)境保護(hù)方面有很大的意義，對社會也有巨大的價值，是人類社會可持續(xù)發(fā)展的一種必然選擇。因此，生物降解包裝材的研究開發(fā)是全社會共同的工作與目標(biāo)。雖然從目前的發(fā)展趨勢來看，生物降解塑料具有非常光明的發(fā)

43、展前景。但同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，還存在許多需要解決的問題，如材料的使用性能、降解性能、力學(xué)性能、成本等方面的問題。近年來，相關(guān)科研人員一直致力于解決上述生物降解包裝材料在推廣使用過程中的問題。材料的研究開發(fā)工作可能需要將重點(diǎn)放在以下幾方面：第一，提高材料的性能，可以通多對降解材料進(jìn)行改性，如添加增塑劑、引發(fā)劑等或者與其他材料共聚或共混的方法，這些都可以改善材料的性能，但是需要保證在不破壞其降解性能的前提下；第二，降低材料的成本，可以通過改善合成工藝，簡化合成路線入手，也可以加快推進(jìn)材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，形成產(chǎn)業(yè)鏈，擴(kuò)大應(yīng)用范圍；第三，弄清生物降解包裝材料的降解機(jī)理，研究降解速度的可控性問題，可

44、以研究新的合成方法合成結(jié)構(gòu)新穎的材料；第四，需要建立一個統(tǒng)一的評估方法來評價生物降解材料的性能，主要包括材料的基本性能和力學(xué)性能。5 結(jié)語當(dāng)今世界的共同目標(biāo)是環(huán)境保護(hù)和資源的可持續(xù)發(fā)展，人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，充分認(rèn)識到保護(hù)地球就是保護(hù)我們自己。建設(shè)綠色家園，少用“白色污染”的塑料產(chǎn)品，同時需要不斷研究與開發(fā)生物降解材料，使其應(yīng)用于更多的包裝領(lǐng)域。開發(fā)生物降解包裝材料，可以解決傳統(tǒng)塑料難以降解的問題，同時又能夠在一定程度上緩解目前石油資源短缺的問題，生物降解包裝材料是實(shí)現(xiàn)塑料包裝可持續(xù)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是社會發(fā)展的必然要求，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。致謝特別感謝我的論文指導(dǎo)老師蔡芳老師，蔡

45、老師在我寫論文全程包括從選題一直到終稿都給予我細(xì)心的指導(dǎo)與幫助，給我指出論文存在的問題，耐心的指導(dǎo)，使我順利完成論文的書寫，非常感謝蔡老師的幫助。感謝專業(yè)課老師們的教導(dǎo)，讓我有足夠的專業(yè)基礎(chǔ)來完成我的論文，同時也感謝父母和同學(xué)的鼓勵與幫助，他們的鼓勵與幫助讓我能夠認(rèn)真的學(xué)習(xí)，順利完成學(xué)業(yè)。最后，感謝這次答辯工作之中付出艱辛勞動的敬業(yè)的專家和學(xué)者們。參考文獻(xiàn)：1 高學(xué)文. 生物降解包裝材料的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究J. 綠色包裝，2016(02): 32-38+46.2 陳琦. 淀粉基生物降解塑料的制備及其性能研究D. 鄭州大學(xué)，2019.3 劉群，張玉蒼. 改性淀粉基生物降解塑料的研究進(jìn)展J.

46、化工進(jìn)展，2020，39(08): 3124-3134.4 郭斌，韓梓軍，薛燦等. 當(dāng)今世界淀粉塑料行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀北美J. 塑料科技，2018，46(03): 140-143.5 韓梓軍，薛燦，銀鵬等. 國內(nèi)淀粉塑料領(lǐng)域發(fā)明專利的現(xiàn)狀分析研究J. 塑料科技，2018，46(01): 126-131.6 程勁松，吳雄杰，陶強(qiáng)，蔣年新. 淀粉基塑料的研究進(jìn)展J. 上海塑料，2020(01): 9-12.7 陳濤，周鵬，吳智華. J. 塑料科技，2007，35(02): 34-38.8 周文，陳春昊，繆中美等. 本體光交聯(lián)對熱塑性淀粉塑料性能的影響J. 中國塑料，2019，33(06): 44-49.9 Santana J S，Do Rosario J M，Pola C C，et al. Cassava starch-based nanocomposites reinforced with cellulose nanobers extracted from sisalJ. Journal of Applied Polymer Science，2016，DOI: 10. 1002/app. 44637.10 查東東，陳春昊，銀