生态包装材料的研究应用

一、包装材料的发展包装材料的初级阶段，可以追溯到人类有记载的历史之前，那时的包装材料取之于自然。以后人造包装材料的产生，如纸、玻璃、金属等为包装提供了更好的原料，包装的品种逐渐多了起来，并被广为接受。包装的真正兴起，是从上世纪50年代发明了人工合成材料——塑料开始。塑料具有质轻、耐用、阻隔性、易成型、形状多样、资源和能源消耗少等优点，大量地取代了天然资源加工的包装材料，促进了新包装机械的出现。可以说现代包装是随着塑料工业的发展而发展起来的。六十年代是我国塑料制品工业由热固性塑料制品向热塑性塑料制品的转折时期。到后来七十到八十年代发展起来的复合包装材料，如铝塑复合材料、纸塑复合材料、塑与塑复合材料等可代替金属、玻璃、纸等包装材料，提高了包装的阻隔性、结构性、印刷性，使包装更方便、更安全。尤其是在近几年PET、BOPP、尼龙膜、镀铝膜的生产，有力地推动了塑料包装材料的发展。现在新技术的发展促进了各种新兴包装的出现。

包装材料逐渐在材料工业中占据了重要位置。据不完全统计，世界每年包装材料的销售额约为500亿美元，从业人员超过500万，占国民生产总值的1.5%～2.3%。然而，包装使用寿命短、使用量大(如美国，每年产生的城市垃圾达1.5亿吨，其中1/3是包装废弃物。日本城市每年固体废弃物约为5000万吨，其中包装废弃物为2100万吨)并且难以集中，对城市环境和人体造成严重的危害。塑料薄膜因回收率低造成的白色污染、焚毁时放出破坏臭氧层的化学物质，对生态平衡的破坏等环境问题引起了社会的广泛关注。生态包装发端于1987年联合国环境与发展委员会的“我们共同的未来”文件，它是指对生态环境和人体健康无害、能源循环和材料再生利用，可促进持续发展的包装。生态材料所追求的不仅仅是优异的使用性能，还要求材料的制造、使用、废弃直到再生的整个寿命周期中必须具备与生态环境的协调共存性以及舒适性。从上世纪90年代至今，生态化包装材料有了极大发展。

二、生态化包装的研究

1.塑料包装生态化塑料包装具有很多优点，在包装材料中占有重要的位置。同时塑料在包装废弃物占有很大比例，约40%。其最大的缺点是不易降解，造成污染。目前科研人员对新型塑料包装的开发，主要是生物降解塑料和化学降解塑料。

(1)生物降解塑料理想的生物解塑料是一种具有优良使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解的高分子材料。纸是生物降解材料，而通常用的合成塑料是非降解高分子材料。生物降解塑料就是兼有纸的可降解性和合成塑料的高性能化的新型高分子材料。生物降解的高分子(大分子)材料，其降解机理已经被证实：主要由细菌或其水解酶将高分子量的大分子分解成小分子量的碎片，然后进一步被细菌分解成二氧化碳和水等物质。可分为三类：微生物产生的聚酯。属微生物发酵型大分子，它是利用微生物产生的酶将自然界中易于生物分解的聚酯类物解聚水解，再分解吸收合成高分子化合物，这些化合物含有微生物聚酯和微生物多糖等。为降低制造微生物聚酯的成本，正在开展利用植物合成生物降解塑料的研究。美国、日本先后利用基因工程技术，使一些植物在其枝叶上直接生长出可降解的聚酯，如美国密执安州立大学的研究组将生物合成的微生物聚酯体系的遗传基因导入植物中，已成功地研制出可合成的聚酯。来自植物的天然高分子(淀粉、纤维素等)。国内外开展这种淀粉合成生物降解塑料的研究非常热。美国的瓦那﹒兰巴特制药公司通过操作植物的遗传基因，部分控制淀粉大分子链的支化度，从而制造出以廉价的淀粉为原料的生物降解塑料。该公司一直在推进药用淀粉胶囊的应用研究并取得了成功。在此基础上他们还用淀粉和生物降解高分子的混合物开发出了热塑性生物降解塑料，并以“NOVON”为品牌进行了商品化。化学合成高分子。利用化学合成的生物降解塑料，如聚己内酯(PCL)，1975年以来就开始被使用了，只是使用得很有限，据说埋入土壤12个月后可降解95%。PCL和淀粉共混料、PCL和PHBV共混料、PCL和尼龙6共混料都研制出来了，以蛋白质、脲和多糖为基础的其他生物降解的聚酯也制造出来了，属于生物降解塑料。

(2)化学降解塑料水溶性塑料包装薄膜作为一种新颖的绿色包装材料，在欧美、日本等国被广泛用于各种产品的包装，例如农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂、摄影用化学试剂及园艺护理的化学试剂等。它的主要特点是：降解彻底，降解的最终产物是CO2和H2O，可彻底解决包装废弃物的处理问题;使用安全方便，避免使用者直接接触被包装物，可用于对人体有害物品的包装;力学性能好，且可热封，热封强度较高;具有防伪功能，延长优质产品的寿命周期。水溶性包装薄膜的主要原料是低醇解度的聚乙烯醇，利用聚乙烯醇成膜性、水溶性及降解性，添加各种助剂，如表面活性剂、增塑剂、防粘剂等。就降解机理而言，聚乙烯醇具有水和生物两种降解特性，首先溶于水形成胶液渗入土壤中，增加土壤的团粘化、透气性和保水性，特别适合于沙土改造。在土壤中的PVA可被土壤中分离的细菌——甲单细胞(Pseudomonas)的菌株分解。至少两种细菌组成的共生体系可降解聚乙烯醇：一种菌是聚乙烯醇的活性菌，另一种是产生PVA活性菌所需物质的菌。仲醇的氧化反应酶催化聚乙烯醇，然后水解酶切断被氧化的PVA主链，进一步降解，最终可降解为CO2和H2O。水溶性薄膜有较好的包装特性及环保特性，因此已受到发达国家广泛重视，有非常好的应用前景。例如日本、美国、法国等已大批量生产销售此类产品，像美国的W.T.P公司和C.C.I.P公司，法国的GREENSOL公司以及日本的合成化学公司等，其用户也是一些著名的大公司，例如Bayet(拜耳)、Henkel(汉高)、Shell(壳牌)、Agr.Eva(艾格福)等大公司都已开始使用水溶性薄膜包装其产品。国内株洲工学院与广东肇庆方兴包装材料公司在中国包装总公司科技部的支持下，联合研制开发了水溶性薄膜及生产设备已通过省部级鉴定，目前已投入生产，其产品正在走向市场。