聚乳酸快餐盒生产的可行性分析文献综述

 2021-11-07 22:28:10

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聚乳酸( PLA) 是一种重要的乳酸衍生物, 是以乳酸为单体经过化学合成或者经过生物合成得到的一类绿色环保型高分子材料, 聚乳酸无毒无刺激性气味, 具有优良的生物相容性, 可被生物分解吸收, 强度高, 可塑性强, 易加工成型。聚乳酸极易被自然界中的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢掉, 最终形成水和二氧化碳, 不会污染环境, 因而被认为是最有前途的可生物降解的高分子材料 [1]

聚乳酸具有与聚酯相似的防渗透性, 同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、清晰度和加工性, 并提供了比聚烯烃更低温度的可热合性。聚乳酸的生产耗能只相当于传统石油化工产品的20% ~ 50%, 产生的二氧化碳气体则只为相应的50%[2]。由于乳酸是采用玉米、小麦、黑麦、稻谷、甘蔗或甜菜等自然资源为原料制取的, 由乳酸制得的聚乳酸作为一种生物原料制品, 具有很好的生物降解性、相容性和可吸收性, 从原料到废弃物都可以再生利用[3] 。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中30 天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成二氧化碳和水, 随后在太阳光合作用下, 又成为淀粉的起始原料, (见下图)不会对环境产生污染, 对保护环境非常有利, 因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。因此聚乳酸类生物降解树脂材料是一种真正意义上的能完全降解的生物环保材料, 聚乳酸类生物降解树脂材料来源于可再生资源( 例如玉米) , 所以可减少不可再生的石化产品的消耗, 进而缓解人类资源危机。被视为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的第4 类新材料[4]

聚乳酸是世界公认的环保材料,是各项食品包装制品符合美国食品药物管理局(FDA)CRAS、规范,符合欧盟或欧洲的国家规范[5]。由于聚乳酸复合材料的生物降解性和利于回收, 不对环境产生压力, 可广泛的用于生产一次性餐饮用具。例如: 塑料容器, 杯子、盘子、食品容器( 盒) 、液体容器( 瓶、桶) 、饮料用瓶、餐具( 刀、勺、叉) 、快餐盒、方便面碗、开水冲泡餐具、电子微波炉加热餐具等。也可用于休闲用品, 如钓鱼、野外旅行用具等。用聚乳酸生产的快餐盒、碗、杯、盘为全生物降解型,是今后环保的主流产品。

浙江海生生物降解塑料股份有限公司采用中科院长春应用化学研究所技术建成的5 000 t/ a聚乳酸生产线已于2007年7月投产[6], 是目前国内惟一实现了规模化和商业化的PLA 项目, 其产品分为: 注塑级REVODE201 和挤片级REVODE101两大类, 主要有碟子、包装袋、一次性餐具、冷饮杯、餐具等制品,做一个450ml的快餐盒成本为0.15元[7]。采用现有的自动淀粉植物纤维餐饮机就可以直接进行生产,并且能够达到同等的产量[8]

可生物降解高分子的生物降解通常是指以化学方式进行的,即在微生物活性(有酶参与)作用下,酶进入聚合物的活性位置并渗透至聚合物的作用点后,使聚合物发生水解反应,从而使聚合物大分子骨架结构断裂成小的链段, 并最终断裂成稳定的小分子产物,完成生物降解过程[9]。 聚乳酸具有良好降解性能,其制品被废弃后能迅速降解, 最终降解产物为水和二氧化碳不会污染环境[10]

目前,聚乳酸快餐盒在自然界的降解大致可分为简单水解降解和微生物及酶降解两种[11]。简单水解降解的主要机理一般认为是由于聚乳酸分子链中含有酯键,极易在氢离子作用下断裂为羧酸和醇[12], 而降解中产生的酸可能会对降解有催化作用,形成自催化效应。 其降解速率在很大程度上取决于PH值、聚合物的形态、相结构等因素[13]。 聚乳酸在该三种溶液中均发生降解现象,且它们降解的程度为碱性溶液酸性溶液中性溶液[14]。因此,在碱性条件下聚乳酸快餐盒降解较快。

微生物降解是可降解材料在自然界中最普遍存在的降解方式,聚乳酸可以被多种微生物降解,如镰刀酶念珠菌、青霉菌、腐殖菌等。聚乳酸快餐盒在活性淤泥,室外土埋条件下的降解速度,发现在微生物含量较多的活性淤泥中降解速度快,而且聚乳酸的结晶度越低,降解速度越快[15]

从市场需求量及使用量上看, 聚乳酸是生物降解塑料的主要力量, 约占70% 的市场分额, 且需求量在逐年大幅上升,尤其是食品包装行业随着人们的健康意识和环保意识的真强,其产品前景被市场一致看好。从整体上看, 我国可降解塑料产业现状更是复杂多样, 存在着多方面的机遇与挑战。我国生物材料产业取得长足发展。

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