Page 101 - 《橡塑技术与装备》2024年2期
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材料与配方 伍换 等·可降解食品包装高分子材料
聚乳酸是最有前途的绿色环保友好型热塑性材料，在 2.2 聚碳酸亚丙酯（PPC）
自然界的中可以被彻底分解为 CO 2 和 H 2 O。在大约 37 聚碳酸亚丙酯（Poly propylene carbonate，简称
℃的条件下，PLA 在两个月内就会逐渐开始慢慢降解， PPC，图 2），又称为聚甲基乙撑碳酸酯，无毒、无味，
并在 6 个月后全部完全降解。此外，聚乳酸还可以通 其力学强度优异 — 耐冲击性好、热封合强度高、透明
过添加相应的酶，使其分解成乳酸，从而对其实现回 度好、熔体强度出色、阻隔性能好，并具有极佳的生
收再利用 [8] 。以聚乳酸为原材料制作的可降解食品包 物相容性和生物降解性 [13] 。聚碳酸亚丙酯是一种同时
装袋，其制作工艺简单与传统方法大同小异，由于其 拥有多项优良物理性质和化学性质的可降解环保型塑
独特的环保特性，其在食品包装领域中有着巨大潜力。 料 [14] ，而且同等生产条件下其生产成本较聚乳酸更低。
所以，聚碳酸亚丙酯被广泛应用生物降解材料中，尤
其是可被用作食品包装的原材料，未来可在很大程度
上缓解白色污染问题。
图 1 聚乳酸化学结构式
在聚乳酸生产过程中，聚合的方式一般有两种 ： 图 2 聚碳酸亚丙酯化学结构式
一是通过玉米淀粉发酵生产乳酸，然后直接在溶液状 聚碳酸亚丙酯最初是在 20 世纪 60 年代开始被研
态再进一步聚合生产聚乳酸，除了玉米或小麦等农业 究的，其中日本科学家井上祥平是最先对其展开研究
资源外，原料也可以是农业废弃物，如乳清或绿色汁； 的。聚碳酸亚丙酯是在一定温度及压力条件下以环氧
二是先由乳酸制得脱水环状二聚体丙交酯，接着开环 丙烷和温室气体二氧化碳（CO 2 ）为单体催化共聚生
聚合得到目标产物聚乳酸，也称两步法，相较方法一 成的可完全生物降解的脂肪族聚酯 [13] 。所以，可利
而言其工艺更为成熟 [9~10] 。有关数据显示，以玉米为 用聚碳酸亚丙酯的制备对 CO 2 进行回收利用，为防止
原料生产每公斤聚乳酸产品的能耗明显低于生产同等 全球变暖做出一定贡献，从而保护生态环境 [15] 。自
数量的石油基塑料的能耗，如此环保的加工方式可以 1997 年以来，我国以中国长春应用化学研究所为首的
有效促进生产和使用的可持续发展 [11] 。多年来，聚乳 多所研究机构、大学对聚碳酸亚丙酯的催化合成方法
酸由于其优良的各项性能，在我国已经被大量用于食 展开了系统研究，目前已经比较成熟，在国内已工业
品包装材料的制备中，如一次性杯子、食品包装薄膜、 化生产 [16] 。
食品包装袋、包装盒和餐具的制作。世界上各个国家 当然聚碳酸亚丙酯也有一些性能上的不足之处，
也相继研究开发和应用了多种以聚乳酸为原材料的绿 首先聚碳酸亚丙酯由于其主链上拥有酯基，所以其易
色高分子食品包装材料，并被乳制品行业高度评价为 发生水解断裂，耐水性较差。其次，聚碳酸亚丙酯聚
最有价值的高分子食品包装材料。 合物一般情况下为无定形状态，其内部分子间作用力
虽然聚乳酸具有众多优异的性能，但其也存在硬 较小，所以其弯曲性能和拉伸性能不是很好。此外，
而脆、容易热变形、撕裂强度低、抗冲击性较差的缺 聚碳酸亚丙酯分子链柔顺性好，内部缠结容易解开，
点，单独加工和使用往往效果不佳，需对其进行改性 其 T g 较低，约为 30~40 ℃，且热分解温度数值也较低。
处理 [12] 。聚乳酸可与其他不同的材料共混以提高其性 这导致其分子链上容易热解断链，发生热分解，所以
能，增加其应用范围。有关研究表明，例如 ：将聚乳 热稳定性一般，加工性能不是很好 [13] 。并且由于 PPC
酸和聚己二酸 / 对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）共混可 是一种无定形材料，高温条件下容易分解变形，不太
以使聚乳酸增韧，并提高其结晶度 ；将聚乳酸与淀粉 稳定，故以其为原材料的制品不能在温度较高的条件
共混则可得到透明度更好的复合薄膜 ; 此外，聚乳酸 下使用，这很大程度上限制了该材料的应用范围。总
和聚乙烯醇共混可制备具有高阻氧性和高阻湿性的食 的来说，聚碳酸亚丙酯的热学性能较为一般，热学性
品包装膜，可用于包装储藏冷鲜肉，从而延长其保质 能的不足是其今后发展的短板。
期 [1] 。 为了充分发挥聚碳酸亚丙酯所具有的优良特性，
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