生物塑料行业的未来

塑料现在已成为我们周围世界不可分割的元素。由于它们的特性，即相对较低的生产成本和易于加工，它们几乎伴随着我们日常生活和技术的所有领域。我们在家居用品、运动器材、办公产品、电子产品甚至包装等领域都发现了它们的身影。

如果没有现代塑料，汽车、航空航天和医疗行业的如此重大发展就不可能实现。

大多数塑料是通过加工基本的不可再生原材料（原油）而生产的，并且不可生物降解，这是它们的主要缺点。从全球范围来看，原油的不断开采直接导致其资源的枯竭。这是一个重大问题，尽管目前不像使用塑料后产生的废物量问题那么引人注目。您应该知道，它们在自然环境中的分解时间可能长达几代。

浪费问题——统计数据是什么？
研究表明，自生产开始投放市场的塑料中有 75% 已成为废物。这是63 亿吨，其中不到 10% 被回收，12% 被用于能源回收。这意味着大约有50 亿吨塑料被收集在垃圾填埋场，但也被丢弃在遍布世界各地的森林、水域、海滩和非法垃圾填埋场中。对自然环境和人类影响最大的是海洋环境中产生的废物。

目前，最大的问题是城市垃圾，包括一次性包装。虽然它约占所有垃圾总重量的 8%，但由于比重低，它占据了很大的体积，几乎占所有垃圾体积的 30%。该组主要包括由聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 制成的瓶子以及由聚乙烯 (PE) 或聚丙烯 (PP) 制成的购物袋、早餐袋或铝箔包装。包装的最大接受者是食品工业，该行业消耗了约 60% 的包装。

生态替代品——生物塑料
由于塑料废物管理问题日益严重，人们正在研究开发新型可生物降解聚合物材料，俗称生物塑料。此类材料应具有与通过常规方法获得的材料相当的有用性能。它们是从可再生原料和石化原料中以工业规模获得的。

与化石资源生产的传统塑料相比，生物塑料具有许多宝贵的优势。首先，由于使用循环更新的生物质，它们可以节省原材料。此外，它们的生产和使用是碳中和的，这意味着它们的加工不会产生二氧化碳。此外，某些类型的生物塑料是可生物降解的。

生物塑料有哪些类型？
根据来源和生物降解性，生物塑料可分为三类：

• 源自可再生原材料但不可生物降解的塑料 – 例如聚酰胺 (PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、

• 可生物降解塑料，但不是来自可再生原材料——例如1,4-丁烯、1,4-丁烯对苯二甲酸酯(PBAT) 或聚己内酯(PCL)，

• 源自可再生原材料（可生物降解聚合物）的生物基材料，可生物降解——例如聚丙交酯，即聚乳酸基材料（PLA）、基于乙醇酸的聚乙交酯（PGA）或改性淀粉。

在上述材料中，PLA（聚丙交酯）占据主导地位，其数量约占所有可生物降解聚合物的40%。它通常被称为“双绿色”，因为它既可生物降解，又源自可再生原材料。聚丙交酯是一种性质与聚苯乙烯相似的聚合物，因为它又硬又脆。它的特点是玻璃化转变温度约为。57°C，熔点在170-180°C范围内。它还具有良好的强度性能（60 MPa 强度模块）。

可生物降解的生物基材料用在哪里？
一组基于可生物降解聚合物的生物基塑料在两个领域得到应用。第一个领域是医学和组织工程的高度专业化分支，此类塑料用于生产可生物吸收的手术线、支架、夹子、植入物、用于控制药物剂量的胶囊等元件。第二个领域是涉及包装、食品专用箔、热成型箔、垃圾袋、托盘、杯子、瓶子、餐具、花园箔、一次性产品、室内设计元素、纸张涂层材料和印刷的大规模生产。用可生物降解的替代品替代传统塑料制成的包装是可持续发展和减少废物的经济趋势的一部分。

生物塑料的缺点
尽管有许多优点，但应该记住，可生物降解的聚合物材料也有限制其广泛使用的缺点。因此，它们在许多方面仍然输给不可生物降解的同类产品。首先，可生物降解的生物塑料比目前市场上的生物塑料更昂贵，尽管值得注意的是它们的价格正在不断下降。据预测，未来几年它可能与石化来源的经典聚合物材料的价格持平。它们中的许多在机械性能方面也比传统材料差，即它们太脆或太硬或者它们的拉伸强度太低。

由于这些材料经常用于食品包装的生产，因此还需要适当的阻隔性能。它们很重要，因为氧气、二氧化碳和水蒸气的渗透性会对包装产品产生不利影响。

此外，由于可生物降解聚合物对热、湿度和剪切应力的敏感性，它们在制造过程中比不可生物降解聚合物的要求更高。由于这些原因，生物塑料可能在加工阶段就已经部分降解。可生物降解聚合物材料的上述缺点是在改善其性能或限制不利的功能特征领域进行研究的基础。

改变可生物降解塑料性能的添加剂
除了聚合物之外，生物塑料还包含其他材料和添加剂，它们共同决定了加工可能性和最终产品的特性。这些可以是用于稳定材料、颜料、各种填料或增塑添加剂（增塑剂）的添加剂。尽管增塑添加剂仅占塑料中所有成分的一小部分，但对于可生物降解塑料来说极其重要的是，所有这些添加剂都是可生物降解的。加工过程中引入的添加剂不会改变生物聚合物的结构，而仅与其结构发生反应。这改变了材料的物理化学特性，赋予产品所需的可用特性。

随着专用于专业包装的生物塑料的动态发展，对与可生物降解聚合物相容并赋予塑料所需性能的增塑添加剂的需求不断增长。