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改性PLA在包裝行業(yè)的應用
此前全球知名咨詢公司IHS Markit分析指出，由西歐國家發(fā)起的“限制或停止使用塑料袋以及其他一次性塑料制品”等行動，將進一步推動生物可降解塑料的市場需求。2018年全球生物可降解塑料的市場額超過11億美元，需求量為36萬噸，年平均增長率9%，有望在2023年達到17億美元，需求量到55萬噸，其中PLA將扮演重要角色，食品包裝等領域發(fā)展最快。2018年，PLA薄膜在生物聚合物薄膜市場份額中占到25％以上。
食品包裝，一次性餐具(包括杯子、盤子和刀叉等)以及塑料袋是生物可降解塑料最大的用戶市場，加上目前很火爆的電商快遞，這是中國“白色污染”的主要來源，小編在之前的文章中曾提出：可降解塑料或許承擔不起解決“白色污染”的重任，但它是目前一個很好的選擇。
PLA在市場上的應用主要集中在包裝、醫(yī)用和紡織（纖維）三大領域，其中在包裝行業(yè)的應用尤為突出。一起看看改性PLA在包裝行業(yè)的應用。 PLA在包裝行業(yè)的應用簡介 包裝的目的在于保護產品、方便儲運、促進銷售，具體相關性能和基本要求如下。 與傳統(tǒng)的PE和PP材料相比，PLA的熔點（約180℃）較高，加工性較好。PLA的硬度、力學性能與傳統(tǒng)的樹脂（如PS）相近，有較好的透明度和極好的光澤度等，比較適合用作包裝材料。但缺點也比較突出，與常用的高阻隔尼龍、聚偏二氯乙烯（PVDC）等相比，PLA的氧氣和水蒸氣阻隔性不足，對含油脂食品的保護性不夠。加上PLA韌性較差，Tg較低，抗沖擊性差，注定PLA暫時不適合用于耐久性較高的包裝領域。此外，PLA的降解周期不好控制，在使用中容易出現(xiàn)不同程度的降解或水解，其性能會下降，材料成本是傳統(tǒng)的PE、PP的2.5倍以上，這些都不容忽視。 PLA的主要性能參數(shù) PLA在包裝行業(yè)的應用主要對標改性PP、PE和PET，此外緩沖材料對標EPS、EPE和EPU。鑒于PLA的優(yōu)勢，作為包裝材料可制成薄膜、發(fā)泡材料和容器，如軟包裝袋、塑料瓶、緩沖材料、一次性餐具等，從形態(tài)來看主要是薄膜，其次是容器和片材。PLA的降解性、阻隔性、力學性能、光學性能、抗菌性、導電性和壓電性，大多與結晶度有關，如果提高PLA的結晶度，其阻隔性、力學性能一般會提高，但加工性、降解性和透明度通常會下降。所以改性PLA作為包裝材料使用時，關鍵在于控制其結晶行為，使各方面性能達到最優(yōu)。 （1）PLA薄膜 PLA流延膜（左）和雙向拉伸膜（右） PLA薄膜主要有高透明薄膜、熱縮膜、粒料共混吹塑膜袋及PLA基復合材料薄膜。PLA薄膜可代替?zhèn)鹘y(tǒng)薄膜材料作為新型包裝材料，如沃爾瑪超市要求采用全降解PLA薄膜袋來替代傳統(tǒng)的不可降解PE袋，日本電子產品也開始采用PLA納米復合薄膜包裝。 （2）PLA容器 PLA瓶子（一次性）和水杯 由于PLA的降解性，被用于生產水和果汁瓶，但該市場有限，注射-拉伸-吹塑是 PLA 瓶子典型的生產方式，多應用在短期貨架的食品包裝上。PLA瓶的透明度和阻氧性都比PE瓶要好，由于PLA的蠕變行為不足和對CO2的低阻隔性，PLA瓶子的應用只限于非碳酸飲料。NatureWorks利用PLA瓶包裝有機果汁飲料，可保證60天的貨架期。丹麥Faerch塑膠公司使用PLA包裝低溫的面食、肉、沙拉等新鮮食品，可以達到很長的保質期。歐洲市場推出了PLA材質的酸奶杯和飲品包裝瓶，可達到歐盟相關食品容器的標準。有公司已經(jīng)開出的高透明性耐熱級PLA水瓶，可以滿足既透明又耐熱（耐熱溫度≥100℃）的應用條件。國內市場將PLA涂覆在紙上制成淋膜紙杯，用于各種防水防油的食品包裝。 NatureWorks公司PLA在食品飲料包裝領域的應用（官網(wǎng)） （3）PLA發(fā)泡材料 PLA發(fā)泡餐具 PLA發(fā)泡材料兼具生物降解性，可用于生產一次性餐飲用具（如快餐盒、方便面碗等）和緩沖包裝的襯墊，不會產生白色污染，尤其是PLA耐熱餐具將變得更加實用。“Graft”系列一次性餐具采用PLA發(fā)泡材質設計為逼真的果蔬外形，兼具環(huán)保與美觀性。值得注意的是，發(fā)泡是PLA低成本使用的一種有效方法。純PLA熔體強度較低，熔體黏度對剪切不明顯，不適合擠出涂覆、發(fā)泡等加工手段，但其熔體強度可以通過改變分子鏈拓撲結構，比如長鏈支化來改善。
