新型绿色包装材料_聚乳酸
科技新潮
湖南包装No.4/2010
HUNANBAOZHUANG
我国是世界上包装材料生产和消费的大国之一，然而，塑料包装材料的人均年消费量远远低于发达国家和地区的人均消费量(不含台湾仅为30kg，美国为250kg，日本为200kg，德国为190kg，法国为180kg，韩国为90kg)，今后，随着我国国民经济和人们消费能力的高速增长，塑料包装功能、品种、规格的增多，以及包装技术、工艺和设备改进，我国塑料包装行业将很快进入快速的增长周期，塑料包装材料的用量将大幅度提高。
石油资源的日益匮乏和人们对环境污染的日益重视，限制了石油基塑料材料的大量使用，使得利用可再生资源、可降解资源生产生物可降解材料成为材料的发展趋势。聚乳酸(polylactideacid，简称PLA)是一种以乳酸为原料的合成高分子聚合物。PLA生命循环其合成与应用是自然界中碳循环的一部分：生产PLA所需的原料———乳酸可以用含淀粉的农副产品(如玉米、土豆等)为原料发酵制得，也可以用其他各种作物(如糖甜菜)为原料制得，这些原料来源广泛，而且它们在生长的过程中又消耗了大量二氧化碳，可以摆脱石油基塑料原料的缺陷，与目前使用的通用石油基塑料包装材料相比显示了极大的优势；生产PLA过程中所用的能耗量仅为传统石油基塑料的20%~50%，但是产生的CO2气体则仅为相应的50%，这符合“十二五”规划中的节能要求；而PLA在使用后可回收和堆肥，在自然环境条件下完全生物降解，最终产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染，若进行燃烧处理也不会产生任何有毒气体。
1PLA材料的性能
目前，虽然在我国包装材料领域中PLA材料用量仅占其3.8%，但是由于PLA塑料材料除了具有普通塑料的一些性能外，还具有良好的透明性、良好的光泽度及印刷性能等优点，被誉为是新世纪最具有发展前途的新型包装材料，在将来包装材料领域中所占的比例将越来越高，
PLA可以作为包装材料使用，是因为它还具有以下主要性能：1.1
热稳定性能
PLA材料具有一定热稳定性，与聚氯乙烯的热稳定性能相类似，但是低于聚丙烯、聚乙烯及聚苯乙烯等的热稳定性，所以加工温度一般控制在170～230℃之间。
1.2
物理机械性能
PLA材料具有比较良好的机械性能。在一般情况下，当粘均分子量超过55000g/mol时，PLA的弹性模量和拉伸强度达到最大。PLA薄膜的拉伸强度是PE膜的数倍，与PET和定向拉伸PS的物理机械性能相类似。
1.3
透明性能
PLA材料具有良好的透明性。在光的波长为190~800nm范围内，其透明性与聚苯乙烯相类似。
1.4
透气性能
透气性是聚乳酸在作为包装材料使用可行性方面的一项重要特性，根据材料具有的不同的透气性能确定在包装中的应用领域，如水果的保鲜包装要求材料具有一定的透气性以确保包装内有供给产品的氧气，而作为饮料等包装则要求材料必须能够具有
—
—
新—聚型乳绿酸
色包装材料
江
杭苏州中电金子玛科泰技医大药学包装张有晓限惠
公司于广省
17
湖南包装No.4/2010
HUNANBAOZHUANG
科技新潮
足够阻止氧气进入包装内的特性以抑制霉菌生长，这些性能特别是在作为食品包装材料的时候显得尤为重要，而PLA材料具透氧气性及透二氧化碳性。有良好的透气性、
1.5
耐溶剂性
对人体健康造成危害，被美国食品与药品管理局认为是“公认安全的产品”。
2.2
保鲜包装
PLA具有良好的透气性、透氧气性及透二氧化碳性，可以作保鲜包装材料，所以PLA包装盒可以用于小浆果的包装，既可以延长水果的保存期，又可降低包装废弃物对环境的危害。
2.3
抗菌食品包装
PLA具有良好的耐溶剂性，其耐溶剂性与PET相类似，不溶于醇类、脂肪类、烃类等。
1.6
加工性能
PLA是热塑性材料，其可塑性与PET、PS相类似，加工性能良好，故可以用普通设备进行挤出、注射、拉伸、吹塑等方法进行加工，而且若将PLA制成纤维，具有织布、染色等加工性能。
1.7
降解性能
PLA具有隔离气味的特性，也是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料，聚乳酸材料在使用的过程中，产品表面形成弱酸性环境，使其具有抑菌作用，可以将PLA材料用于抗菌食品包装。
2.4
包装薄膜
PLA具有良好的生物降解性，能被酸、碱、生物酶等降解，最终产物为二氧化碳和水，对环境无污染。PLA在自然环境条件下可以完全生物降解，其降解主要分为两个阶段，第一阶段，PLA的降解是水解降解和聚合物主链———酯链断裂，这是由PLA含有的羧基自催化引起的，酯链的断裂使PLA的分子量降低，在此过程中酸或碱可以加速其降解速度，并且受温度和第二湿度的影响，随着PLA分子量降低材料会发生脆化现象；阶段，分子量降低到乳酸和低分子量低聚物，然后由微生物自PLA的降解过程是一个简单的然代谢降解生成二氧化碳和水。
水解，其降解速率主要是由聚合物与水及催化剂反应决定的，温度、湿度、结晶并且受很多因素的影响，如颗粒大小和形状、度、异构体的百分率、残留乳酸的含量、分子量、相对分子量分布、水分扩散和催化剂中的金属杂质等。
PLA具有良好的光泽性和透明性，可以制成双向拉伸薄膜，可用作新鲜农产品包装用的不起雾薄膜。薄膜除了具有通不会自行恢复的折用塑料薄膜的性能外，还具有良好的刚性、叠性、耐油性和隔绝气味的性能、良好的制袋性及印刷性能等，所以可以制成包装袋，如用作包装复合肥料的包装袋。而据专家测算，我国每天因塑料袋用量而消耗的石油至少需要1万t，资源以及环境产生了不可忽视的负塑料袋的过度使用对能源、
面影响，而PLA塑料袋可以克服这些缺陷，同时早期关于PLA的研究显示其在包装材料领域具有广阔的应用前景。
3展望
PLA材料作为生物降解材料的成功开发和应用，为解决石油资源匮乏、能源短缺、保护环境及废弃物处理提供了一个好
2
2.1
PLA材料在包装领域中的应用
普通包装容器
方法。发展可降解高分子材料是治理环境污染的有效途径，世界各国正积极从事此领域的研究和开发工作，并积极推广，其应用前景广泛；据有关部门统计，我国包装用塑料发展迅猛，从1980年的19万t，预计到2015年超过900万t，若其中50%用生物可降解塑料代替，其需求量很是可观；并且，PLA材料与传统的塑料材料相比，作为具有无毒、物理机械性能优良、生物降解性等特性的高分子材料，将成为取代石油基为代表的传统包装材料的新一代环境友好的、新型的绿色包装材料。
［项目来源：杭州电子科技大学学校科研项目（KYF225609015）］
PLA属热塑性塑料，具有良好的抗拉强度及延展性，可以通过熔融挤出、注射、吹塑、发泡及真空成型等加工成各种形状的容器。如：CargillDowLLC公司将聚乳酸通过挤出、热成型、流吹膜，注塑拉伸成吹塑瓶和容器，而且在加工的过程中其延膜、
分子定向排列可以明显提高其力学强度，同时降低其降解速度。
在欧洲和北美，PLA基包装材料用于超市产品包装，PLA包装容器因符合德国欧洲食品级要求而用于食品，如：瓶装水、瓶装果汁、酸奶酪等的包装，可以直接与食品接触使用而不会
(收稿日期：2010-09-20)
18