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
