降解烟膜的开发

摘 要 卷烟包装的环保问题已日益引起烟草行业和消费大众的关注，本文阐述了烟膜降解的必要性和提高烟膜光降解性能的可能方法，对烟草行业消除“白色污染”起到引导作用。

关键词 烟膜 光降解 环保

一、烟膜降解的必要性

卷烟作为一种特殊的大众消费品，在社会生活中占据了极其重要的位置。随着生活水平的提高，卷烟不仅在品种和数量上有了快速发展，而且卷烟的包装也变得日益精良和繁杂，废弃的卷烟包装材料已经成为城市垃圾中的一个重要组成部分。为了适应世界环境保护的潮流，发达国家已经开始可降解卷烟包装材料的研究和开发。在欧洲，有关部门制定了对包装废弃物的回收、再生利用的相关规定。到 2001 年欧盟各成员国对废弃包装物的回收率要达到 50%，再生率要达到25%。在一些发达国家，使用可降解卷烟包装材料的卷烟被贴上“绿色标志”。在我国对卷烟包装材料的要求目前尚停留在诸如定量、厚度、抗张强度、伸长率、透湿性等物理指标上，基本上还没有考虑可降解卷烟包装材料的问题。但是由于塑料膜的分解时间在 200 年以上，而使用期仅为半年至一年，回收丢弃后的废料既费工费力、难度大，焚烧产生大量的有害气体，埋入地下又百年不烂，破坏土壤，污染环境，废弃于环境中又造成大量的“白色污染”，因此塑料的处理问题已经成为人们日益关注的焦点，制定法律法规和开发可降解性塑料膜势在必行。自 1989 年起，丹麦、英、法、美、德、意、日等发达国家，在限制或禁用非降解塑料包装的同时，都作出相应规定，制定出实施时间表；欧共体于 1997 年已全部停止使用非降解塑料包装物；而我国的超市目前已禁止使用不可降解塑料包装袋。由此可见探讨烟膜的环保问题已是烟草行业不可回避的问题。

烟制品包装应用塑料薄膜已有几十年的历史：第一代为玻璃纸包装材料；第二代为双轴拉伸热封型聚丙烯(BOPP)、聚氯乙烯(PVC)；第三代为聚偏二氯乙烯(PVDC)涂覆膜。在我国，卷烟外包装塑料薄膜常用的主要还是聚丙烯薄膜。透明塑料薄膜的可降解产品的开发难度主要是体现在降解能力与薄膜厚度以及透明度的矛盾上面。目前可降解塑料薄膜技术发展比较快[1]，同时商品化产品也比较多。但是卷烟包装薄膜要求透明度高，无条纹，无砂眼，对水分和香气具有不渗透性，热胶着性能强，有一定的抗拉强度，又要有良好的撕开特性。可见烟膜是目前卷烟行业包装物中可降解要求较高又较难以突破的难关，目前在我国卷烟行业还没有可降解的透明塑料薄膜。

二、可降解塑料的降解机理

可降解塑料的降解机理主要是生物降解和光降解两种。

生物降解即是指材料在微生物的作用下发生降解。它的降解机理是由于材料内部结构和成分的特殊因素，在自然环境中各种细菌、酶、微生物等作用下逐渐分解成小分子化合物，最后分解成水和二氧化碳等无机物质。

光降解塑料的整个过程是光降解和自由基断裂氧化反应的结合，称为 Norrish 反应。其原理是聚合物吸收紫外光后发生光引发作用，使键能减弱，长链分裂成低分子量的碎片，在空气中进一步发生氧化作用，产生自由基断裂反应，使聚合物分子链断裂，并被逐步降解成能被生物分解的低分子量化合物，最后成为二氧化碳和水[2]。

光降解塑料一般按其合成方法的不同分为两类：一类是共聚合成型，一类是添加光敏剂型。共聚合成光降解塑料是用对紫外光敏感的单位与其它单体共聚而制得的。现在研究得比较深入的是一氧化碳与乙烯以及乙烯基酮与乙烯的共聚物。其实这是改进聚合物分子链，引入能在紫外线作用下自动断裂降解的羧基、羟基或过氧化氯等基团。这种塑料生产的技术要求和成本都比较高。

添加光敏剂型塑料降解的机理是在普通塑料中加入了特定的光敏剂，这类光敏剂在自然光照下能有效的吸收阳光中的紫外线，获得能量后呈激发状态，然后又将能量传递或转移给易激发的基团或化学键，进行光化学反应，因此导致大分子的降解，并不断形成易被微生物吞食的小分子碎片，由此达到降解的目的。相比之下，添加光敏剂生产光降解塑料比较经济。常见的光敏剂有某些过渡金属化合物(硬脂酸铁、乙酰基丙酮铁、二茂铁衍生物和铁的烷基化合物等)、羰基化合物和重金属有机盐类。

三、提高烟膜光降解性能的可能方法

在生物降解材料中，以目前的技术(如添加淀粉)很难满足烟膜的透明度要求。因此，光降解是目前开发研究可降解卷烟透明塑料薄膜的主要途径。从技术成熟度以及成本等方面考虑，添加光敏剂是可行的方法。

通过专利和文献检索，加速聚丙烯薄膜光降解的方法有：

(一)加入 0.05%～0.5%的硬脂酸铯(Ce3+)作为 UV 光敏剂光降解聚丙烯薄膜Harnden 的研究指出，含有硬脂酸铯(Ce3+)的塑料膜不但能光降解，而且能热降解。硬脂酸铯(Ce3+)能显著提高聚乙烯组分在环境中的降解，有氧存在但没有紫外线和可见光照射时产生热降解和氧化；有氧存在和紫外线照射时为光氧化降解；并可生成小分子量的氧化产物如酮、羧酸、醇、酯和醛等。

(二)加入 0.05%～0.1%的二茂铁(C5H5)2Fe 作为光敏剂

塑料制品中加入二茂铁类光敏剂有助于加速制品在光照条件下的降解，常用的二茂铁类光敏剂有二茂铁、短碳链取代的二茂铁、C7-C11的烷基、烯基、羧酸基、羧酸酯取代的二茂铁以及硬脂酸盐与二茂铁的混合物。

(三)加入 0.05%～5.0%的细颗粒晶态二氧化钛(8～210nm)加速聚丙烯薄膜的光降解

开发研究的关键是光敏剂的配方和筛选。目前使用的光敏剂有过渡金属化合物、羰基化合物、芳香化合物等等。其中铁和铜的二硫化代氨基甲酸络合物的光敏活性有其最大活性浓度，并且增加它们的浓度可延缓聚合物光降解的开始时间。就是说控制敏化剂在聚合物中的含量，可以使含有此种敏化剂的聚烯烃薄膜在预定的时间内保持稳定。另外，此类物质还可以增加聚烯烃的热稳定性，这一点比较符合塑料加工成薄膜时的熔融加工工序的需要。具有相同特性的还有二茂铁。在薄膜中加入 0.05%～0.1%二茂铁做敏化剂，可以得到较高的光降解速度，大约 5 个星期，其伸长率可降低 50%。但含量在 1%时，在 1 年以上其伸长率无明显变化。

我们经调研得知，有些日本、香港、台湾的聚丙烯薄膜在不明显影响外观和透明度的情况下，光降解性能非常好，这些薄膜中可能加入了光敏剂，提示光降解聚丙烯薄膜及其在卷烟包装上的应用将是一个有意义的研究方向。当然不仅需要较长的技术攻关时间，而且一旦技术问题解决，要有相应的法律法规出台才能逐步实行降解烟用聚丙烯薄膜的应用