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生物降解高分子在缓冲包装材料中的应用(上)

[摘要] 泡沫塑料具有优异的性能，在缓冲包装材料中占有重要的地位，但使用后的废弃物带来严重的环境污染。一些生物降解高分子能够适应环企业人材开发常常是引进为主保的要求，具有巨大的开发利用价值，本文概述了生物降解高分子在缓冲发泡材料中的应用。

[关键词] 泡沫塑料；缓冲包装材料；生物降解高分子；淀粉

缓冲包装材料在包装领域中有着广泛的应用，是包装材料中重要的组成部分。商品在运输装卸过程中，在外力作用下受到冲击和振动，易发生破损。缓冲包装可以起到保护商品的作用，在流通环境中是必不可少的环节。目前，主要应用的缓冲包装材料有泡沫塑料、纸浆模、气垫薄膜等。其中，泡沫塑料占有主导地位，其制品具有很好的吸收冲击和振动的能力，密度小，吸水性低，耐蚀性好，导热率低，电绝缘性好，且可选用不同的配方和加工工艺，生产出不同密度和形态的材料。泡沫塑料可应用于家用电器、精密仪器仪表、机械零部件、贵重物品、易碎物品、各类工艺品等作缓冲衬垫材料，也可制成各种形状的包装制品，如：周转箱、各类食品的包装衬垫、托盘等。尤其是对于大型电子类产品、机械部件、精密仪器、贵重物品等，其他缓冲包装材料在工艺和性奶瓶能上都难以满足要求，故而泡沫塑料起着难以替代的收银台作用。然而，目前的泡沫塑料主要以聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯等为主，均属于有机高分子材料，来源于石油资源。随着商品物流、电子信息产业的不断发展，泡沫包装制品的用量在迅速增大，从而加速了石油这种不可再生资源的消耗速度，面临日益枯竭的困境。另一方面，泡沫包装制品使用后的废弃物给环境带来了严重的负面影响，加剧了白色污染。因而，从源头做起，大力开发和推广环境可降解泡沫塑料，才是最根本的解决途径，符合塑料包装工业绿色化的潮流。

近年来，国内外对环境可降解泡沫塑料的研究和开发十分重视，取得了一定进展。一些生物降解高分子材料的应用能够适应环保的要求，对于制备可降解的泡沫材料具有重要的研究价值和现实意义。本文就生物降解高分子材料在泡沫材料中的研究现状、存在的问题和发展前景作一概述。

1. 研究现状

生物降解高分子材料可分为天然高分子材料、化学合成高分子材料和微生物合成高分子材料。淀粉、植物纤维、壳聚糖等属于天然高聚物，来源丰富，价格便宜，在自然环境下可由微生物作用分解为葡萄糖，最后代谢为水和二氧化碳，是取之不尽计费器的可再生资源，它们在生物降解发泡材料中应用非常广泛。尤其是淀粉，其分子链段上存在着许多表观和潜在的官能团，具有非更要坚持不断创新常广阔的风口开发利用价值，国内外相关报道较多，已成为研究的核心和主体。另外，对到达12%.于聚乙烯醇（PVA）、乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）等化学合成高分子材料，在自然环境下可通过微生物的物理、化学和直接作用而分解，具有生物降解性，在可降解发泡材料中也有较多的研究和应用。

（1）改性淀粉的应用

淀粉是一种强极性的结晶性物质，分子间及分子内具有很强的氢键，热塑性差，加工困难，同时淀粉是亲水性物质，由纯淀粉制备的泡沫塑料不仅不适宜在有水或湿度较大的环境下使用，而且气候变化对制品的性能也有较大的影响。因而要对淀粉进行改性，以适应生产和应用的要求。淀粉在水中的膨胀与淀粉的凝胶化有关，而淀粉的凝胶化又最终决定淀粉的发泡性能，因而所有与凝胶化有关的改性方法都可以用于泡沫塑料中淀粉的改性。淀并配套加热炉、热处理炉、化学蚀洗等1流的锻后处理装备粉的改性方法主要有酯化、醚化和交联等。

酯化淀粉一般用来提高淀粉的耐水性，缓解淀粉基材料的吸水性和脆性， ogren等用高直链玉米淀粉、乙酸酐及氢氧化钠水溶液反应制备乙酸酯淀粉。结果表明：水是乙酸酯淀粉的高效塑化剂，大量水存在时，玻璃化温度从干淀粉的165~185℃下降到95~35℃，这主要是由于乙酰基取代淀粉羟基，减弱了分子间氢键，使得淀粉分子链在干态时易于运动。取代度为2.5的乙酸酯淀粉在含水15%，150℃时挤出得到膨胀、耐水、表面光滑的泡沫塑料，其密度、压缩强度高于聚苯乙烯泡沫塑料，但弹性低于聚苯乙烯泡沫塑料，挤出过程中乙酸酯淀粉发生降解。C. Fringant等用乙酰化淀粉制备泡沫塑料，结果表明，该泡沫塑料浸水后其接触角没有明显变化，由纯淀粉制备的泡沫塑料浸水后1小时内就开始变形，然后成为胶状物。而由50%取代度为2.8的乙酰化淀粉和50%原淀粉制备的泡沫塑料，在24小时后仍保持完好，但变得柔软并易于弯曲。

Naozumi Teramoto等介绍了一种半干法制备淀粉醚的方法。此法用1-溴丙烷在氢氧化钠存在下，在DMSO中反应制备，研究表明，当取代度为1.9时，淀粉呈热塑性，为发泡工艺提供了条件。Lacourse等发明了由醚化改性（主要为羟丙基淀粉）的高直链淀粉在湿度10~21%、温度150~250℃下制备泡沫塑料的生产工艺。

黄裕杰等应用乙二醛交联淀粉制备泡沫制品，实验结果表明交联后的淀粉耐水性能好，为未改性淀粉的2.5倍，并通过正交实验得出最佳的反应条件。Billmers等发明了耐水性的泡沫制品，其中淀粉为R1STR2Yx结构， ST为淀粉，R1为二亚甲基或乙烯基，R2为含碳原子10到16的烃基，Y为金属原子，X为原子个数以保持电荷平衡。其取代度为0.03~0.12。

(待续)