淀粉基生物降解薄膜性能及应用

　我国的包装产业单从工业总产值上看，现在仅次于美国和日本，世界排行第三，称得上是包装大国。 但从产品品种、技术含量、出口能力、开发创新能力，尤其是拥有自主知识产权的核心竞争力等方面看， 与工业发达国家相比还有较大差距，这是我们建设包装强国必须着力解决的至关重要的问题，也是不断增 强市场竞争能力的关键。我国过去包装材料演变模式是“资源一产品一废弃物”的单向式直线过程和“高 投入、高消耗、高排放、难循环、低效率”的状况，在创造越多财富的同时，消耗的资源就越多，产生的 废弃物也就越多，对资源环境的负面影响就越大。近年来，随着国际、国内经济的发展和社会的不断进步， 人们对保护生态环境的要求越来越高，国际间贸易对这方面的标准也越来越严。某个产品在某个国家和地 区是否能打开市场，不再是简单的产品内在的价格、质量和安全的问题，产品的包装物是否符合该地区的 环保法规也成为了至关重要的组成部分。　　比格尔淀粉/PVA高分子材料（以下简称“BSP” )属于全降解材料中的一类，不仅具有高阻隔性、不 导电性以及物理机械强度好等特性，其主要原料来自可再生资源，可节约有限的石油资源。变性淀粉/PVA 高分子合金可根据其环境消纳方式分为生物降解型和水解型两类产品，生物降解型产品以其优异、独特的 性能可广泛用于工业电子产品包装、日常生活包装(如：垃圾收集袋、购物袋等)，在使用后其可参与到自 然界的循环中，完全被土壤中的微生物降解，特别适合于垃圾堆肥处理；水解型产品可应用于特殊领域， 如投放的农药、化肥包装、农用地膜以及医院用品洗涤包装，避免人接触到有害物品和病菌而受到侵害， 同时由于其具有水解性能而不产生有害包装废弃物和减少B0D的排放量；新型绿色生态材料——BSP可以 将包装演变模式变革为“可再生资源一产品一废弃物生物降解或水解一H20+C02—可再生资源”的反馈式 循环发展的道路，符合循环经济理念及国家“资源替代”、“清洁生产”、“节能减排”和“环境友好” 的产业政策发展方向，具有重大的实施应用价值和广阔的市场前景。
　　PVA的干法挤出加工技术一直是国内外塑料加工业多年来未解决的技术难题之一。我国市场对PVA薄 膜需求量大，绝大部分依赖从国外高价进口。多年来，比格尔对PVA塑化进行了大量研究，成功的找到了 可以降低PVA塑化温度的塑化改性剂，利用双螺杆挤出机进行PVA造粒，造粒的温度一般控制在195~205 °C。该项目在国产设备改造的基础上，实现了 PVA干法熔融造粒和吹膜加工，保留了 PVA的水溶性、阻透 性和生物降解性等优异性能，相对于湿法和流延法加工技术，具有工艺简单、能耗低、效率高、投资省等 优点。
　　产品特性
　　⑴基本性能
　　①耐水性——淀粉/PVA分为水解水溶型和生物降解型(耐水型)两种，水解水溶型在不同温度水中均可 溶解，且无块物残留；生物降解型其虽有一定的亲水性，但不溶于水，表现为在即便浸泡在水中膨润而不 溶解，可保持形态和力学性能一定时间（7~14d)；
　　②力学性能——淀粉薄膜强度极低，与PVA共混后，其强度几乎与PE相当。
　　③耐化学品性能——能耐油及其它化学药品（甲醇及乙二醇除外);
　　④具有良好的耐光性，阻氧性和印刷性等。
　　⑵环境安全性
　　①生物降解性
　　BSP的主要成分为淀粉与生物降解高分子材料，两者均可被微生物完全降解，因此属于完全生物降解 型塑料，其生物降解性能是真正符合环保的要求。
　　淀粉在自然界中生物分解是无庸质疑的。
　　国外研究机构通过对比实验后发现，PVA与聚烯烃塑料相比，其完全生物降解速度要快300~500倍。 对各种可生物降解高分子材料进行筛选研究表明，在大品种合成高分子材料中，PVA是具有实用性生物降 解性能的材料之一。日本有关部门测得PVA生物耗氧量(B0D)比淀粉小得多，美国空气产品公司把PVA产 品进行生物降解5天后，测得的B0D量低于最初B0D总量的1%。
　　淀粉与PVA组成的BSP高分子材料，更有利于提高其生物降解性和可堆肥化性能。
　　②BSP的安全性
　　经过生物试验证明，PVA既无毒(PVA广泛应用与医药产品中，如作为眼药水中成分之一），也不会阻 止微生物的生长繁殖，对废水处理和环境卫生没有影响。同时PVA再被土壤中微生物所降解后，参与到自 然循环中，渗入土壤后亦可作为土壤改良剂。
　　BSP使用后置于室外或野外，经几次雨水冲刷后就能完全溶解而随雨水流走；参与到自然界的循环中， 可以被土壤中或海水中的微生物降解，残留在土壤中还可作为肥料和土壤改良剂，具有良好的生物降解性 和可堆肥化性能，特别适合沙土改造。其水溶物无色、无味、无毒、无害。
　　BSP燃烧时不产生有毒气体和烟雾，热值为6000kcal/kg，相当于PE热值的50%;
　　⑶气体阻隔性
　　在低湿度下，PVA膜具有极好的气体阻隔性，在干燥环境条件下，其阻氧率甚至优于EV0H和PVDC。 因此常用于小杂粮、海鲜干货、名贵中药材、烟草及各种香料的包装。
　　由于淀粉/PVA高分子合金中的淀粉与PVA相容性好，所以很好的秉承了纯PVA膜这一特性。淀粉/PVA 透湿性大，水蒸汽透过率850g/30um /m2/24h，而PE膜仅为它的1/40，约20 g/25ym /m2/24h,即使用 于包装后易发生水蒸气的物品，在薄膜内面不会凝结雾滴是其优点；阻隔性好，隔绝包装内外的空气交换, 特别是对氧分子以及水分子的隔绝。淀粉/PVA在温度25V，湿度分别75%RH和0%RH条件下氧气透过率200 cc/20 u m /m2/24h. atm 和 4cc/20 u m /m2/4h. atm，而 PE 膜为 10，900cc/20 u m /m2/24h. atm。
　　⑷电性能
　　各种塑料薄膜都有很强的带电性，但BSP制品和玻璃纸一样几乎不带电（8X109~4. lX107Q/cm)， 远远小于PE制品表面电阻率为1017Q/cm，摩擦时带电性小。由于不带电，其制品不会吸附空气中的尘埃, 印刷前不需要预处理，印刷适应性、装潢性好，特别适用于具有防静电功能的包装材料。
　　产品用途
　　BSP具有良好的成型加工性和二次加工性能。其加工方法范围较广，根据不同的牌号，可以挤出吹塑 薄膜、挤出流延薄膜/带，挤出发泡材料、中空吹塑成型各种容器，注射成型各种制品以及双向拉伸薄膜
　　等。
　　从大方面上讲，应着眼于根据BSP特性来制定产品的目标市场的定位，再就是那些不易回收利用的或 无法回收再利用的一次性包装材料。根据其使用性能和加工工艺可分为水解水溶型和耐水型生物降解型。
　　BSP的加工技术和系列产品及其用途

品种	加工技术	产品及用途
挤出级	挤出发泡 挤出吹塑 　　挤出流延	发泡材料，条型、泡珠型发泡缓冲包装材料； 　　薄膜、软质包装用20〜60|jm的薄膜和纸或无纺布构成 的层合材料，卫生纸中衬膜、标签、垃圾袋； 　　5〜20|jm薄膜、用于高阻隔复合膜
吹塑级	挤出中空吹塑成型	干燥粉末用瓶，润滑油容器，有机溶剂用容器化妆品 用容器，玩具，农药瓶子

市场需求
　　⑴日常生活(如购物袋、礼品包装、垃圾收集袋等）
　　特点：节约资源、完全生物降解、堆肥化、阻透性能、抑臭性。
　　主要以购物袋、垃圾收集袋(堆肥袋)为主，产品有较好的承重性，同时又具有优异的阻透性能、抑臭 性和耐刺穿等特性，而且由于不产生静电的特点，印刷前不需要进行预处理，可使用水溶性墨进行印刷， 具有优良的印刷性，装潢性。是一种多功能的包装材料。在垃圾场或堆肥场中，3个月内可全部与土壤同 化，不污染环境。该产品市场空间巨大，尤其是在已出台禁止、限制使用非生物降解材料的中国以及欧美 日等国家地区，目前国际上全生物降解类产品的市场售价均在人民币4万元/t以上，而BSP的成本较低， 易被市场认可。
　　⑵特殊行业包装(如洗衣袋、危险品小包装袋等）
　　特点：水解水溶性、阻透性能；避免人在工作时接触到有害物质而受到二次交叉污染的侵害；同时不 会产生有害塑料垃圾。
　　水解水溶性包装制品在国内市场方兴未艾，该目标市场主要以洗涤包装袋为主，该产品特别适用用于 医院包装医护人员衣物、手术服以及病人衣物等洗涤包装袋用，避免洗衣工人在工作时受到细菌污染，同 时无受到污染的塑料垃圾产生。淀粉/PVA医用洗涤包装袋机械性能与普通PE洗涤包装袋膜相当，且阻透 性能大大优于普通PE洗涤包装袋，确保了储运过程中安全性；洗涤时，无须拆开包装分离而直接将要清洗物品与外包装一起投放的洗衣设备中进行洗涤；洗涤过程中外包装可以迅速完全彻底的溶解，洗涤结束 后无任何胶联物残留。
　　其次是危险品小包装袋用来包装农药、化肥等有毒物质，施肥或施药时，一方面可避免与人直接接触 导致中毒，另一方面制品可以在常温(30°C左右)水中溶解，使农药或化肥均匀的得到释放。
　　⑶电子产品防静电托盘和工业、电子产品防静电内包装
　　特点：完全生物降解、堆肥化、阻透性能、不导电（长效性）。
　　电子产品生产过程中的托盘主要采用聚烯烃加防静电涂层，另外工作环境湿度达80%，防静电涂层有 效期一般仅为2到3个月，在使用过程这会对集成度电子元气件处在一定的隐患，同时会增加生产管理上 的难度。另外很高的湿度，容易造成产品锈蚀现象，也会对工人长时间在这样的工作环境下造成身体伤害 (如风湿病等)。使用BSP制造的托盘可根本上解决上述两个问题而且环保。
　　用淀粉/PVA制成工业、电子产品防静电内包装，其制品机械性能与普通防静电包装相当；透湿性大， 即使用于包装后易发生水蒸气的物品，在薄膜内面不会凝结雾滴是其优点，起到防潮作用；阻隔性好，隔 绝包装内外的空气交换，特别是对氧分子以及水分子的隔绝，起到防锈作用；不导电(不需要防静电处理)， 摩擦时带电性小，可以对包装的电器产品，特别是集成电子元器件起到很好保护作用；具有良好的环境安 全性性能，使用后不会对环境造成污染或危害。目前受到欧美等国家的环保政策的要求，中国出口到欧美 的商品在包装方面必须采用全生物降解材料，这就为全生物降解薄膜带来巨大的市场和商机。