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聚乳酸能否成為綠色快遞包裝材料的革新者

發(fā)布日期:2019-03-22

快遞業(yè)是近年來我國發(fā)展最迅速的行業(yè)之一,由于網(wǎng)購和電商的崛起,近五年,快遞業(yè)的業(yè)務量以每年50%的速度高速增長。快遞包裝材料分為紙包裝和塑料包裝兩大類,其中對環(huán)境影響較大的是塑料袋、內(nèi)部緩沖物、封箱使用的膠帶和編織袋等塑料制品。以塑料袋為例,近三年的平均基本數(shù)量使用情況約為70億個/年。由此可見快遞包裝材料的典型特點是使用量大、浪費多、回收困難。

聚乳酸(PLA)作為公認的環(huán)保型包裝材料,具有優(yōu)良的性能和巨大的市場價值,有望成為取代傳統(tǒng)的石油基樹脂的新一代綠色環(huán)保高分子材料,被產(chǎn)業(yè)界定為21世紀最有發(fā)展前途的新型包裝材料。本文將全面闡述,并論證PLA應用的可行性。


快遞塑料包裝存在的主要問題

1快遞塑料包裝基本不可降解

 

對環(huán)境造成污染的快遞塑料制品主要是塑料袋、內(nèi)部緩沖物、封箱使用的膠帶和編織袋等塑料制品,這些材料大部分無法循環(huán)利用。塑料袋和編織袋主要是由 PE、PP 等材料制成。由于我國尚未建立有效的垃圾回收機制,因此廢棄的塑料袋和編織袋,大多被填埋或是焚燒處理。填埋對土地危害較大,而塑料制品焚燒不充分,會產(chǎn)生有毒、有害物質(zhì),對人體健康危害極大。

內(nèi)部緩沖物一般是泡沫塑料、充氣塑料袋。它是非顯性的塑料污染源,由于其通常被放置在快件的內(nèi)部,所以并未引起太多關(guān)注。實際上,由于大多數(shù)商家或快遞網(wǎng)點為確保商品的安全,在紙盒、紙箱等包裝內(nèi)填充大量的塑料、泡沫墊。這不僅是過度包裝的問題,不可降解的塑料制品同時也帶來嚴重的環(huán)境污染。

封箱使用的膠帶是不可降解、不可回收的,與紙箱一同使用。一般來說,紙箱是可以回收的,但是快遞包裝箱上纏繞數(shù)層的膠帶降低了廢品回收商對紙箱的回收量,造成極大浪費和污染。

2快遞塑料包裝可能含有有毒有害物質(zhì)

 

 

市場上的快遞塑料袋雖有全新料生產(chǎn)的包裝袋,但大部分都是混合回料生產(chǎn)。其中存在非法采用醫(yī)療垃圾、生活垃圾、化工材料制作的回料生產(chǎn)劣質(zhì)塑料袋的現(xiàn)象。由于大多數(shù)快遞企業(yè)采用的是加盟制的經(jīng)營模式,基層網(wǎng)點的包裝材料大多都是其自行采購,企業(yè)總部很難及時、有效對其進行監(jiān)管,因此劣質(zhì)包裝材料的采購一般發(fā)生在基層加盟網(wǎng)點。這類劣質(zhì)包裝材料價格相對便宜,但殘留了大量的塑化劑、阻燃劑等有毒、有害物質(zhì),存在刺鼻氣味,對人體和環(huán)境都有很大的危害。

3快遞塑料包裝基本不可降解測方法不夠健全

 

 

目前,與快遞相關(guān)的國標只有 GB/T 16606《快遞封裝用品》,標準不完善,相關(guān)檢驗檢測機構(gòu)也不健全?爝f包裝質(zhì)量安全的衡量沒有一個可以參考的標準。與一般包裝材料不同,快遞包裝已經(jīng)深入到人們的生活,與人體大量接觸,因此快遞包裝材料的有毒有害物質(zhì)限量的標準應高于一般物流包裝或產(chǎn)品包裝的標準,同時考慮到經(jīng)濟性和實際使用情況,也應低于食品包裝的有毒有害物標準。

4快遞塑料包裝減量化設計不到位

 

大多商家,不論是快遞網(wǎng)點還是電商,出于對商品的保護,采用多層紙箱嵌套,大量緩沖包裝材料填充,多層膠帶纏繞,極大地浪費包裝材料。從包裝減量化的角度來看,電商應從供應鏈管理角度,嚴控上游產(chǎn)品的包裝生產(chǎn)質(zhì)量,符合當前物流運輸標準,減少物流企業(yè)對寄遞物品的再包裝。

生物基高分子PLA的介紹

 

PLA,又稱為聚丙交酯,是以微生物的發(fā)酵物——乳酸為單體聚合成的一類脂肪族聚酯,原料來源充分且可以再生,主要以玉米、木薯等為原料。同時,PLA的生產(chǎn)過程無污染,而且產(chǎn)品可以生物降解,實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)(如下圖),因此成為近年來開發(fā)研究最活躍、發(fā)展最快的生物可降解材料。

 

PLA的發(fā)展在全球都備受重視,國內(nèi)發(fā)展PLA相對較晚,2017年8月,國家重點研發(fā)計劃所屬重點基礎材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化專項——《高品質(zhì)PLA纖維及其紡織品規(guī);苽渑c應用》開始啟動,這將對我國PLA制造體系和應用技術(shù)體系的建立產(chǎn)生巨大的推動作用。

PLA優(yōu)點和缺點對比

 

優(yōu)點

1原料來源廣泛;

2生產(chǎn)能耗相對低;

3良好的生物可降解性;

4良好的機械性能和物理性能;

5良好的安全性;

6良好的抗拉強度、延伸度以及加工性能,可采用注塑、熱塑、擠出成型、吹膜成型、發(fā)泡成型等方式加工

 

缺點

1PLA中含有大量的酯鍵,親水性差,會降低它與其他物質(zhì)的生物相容性;

2產(chǎn)物分子量分布寬,本身是線性聚合物,強度往往不高,脆性大,熱變形溫度低(不耐熱),抗沖擊性差;

3降解周期難以控制;

4價格較高;

從生物質(zhì)原料到終端產(chǎn)品,PLA行業(yè)的發(fā)展需要一系列的關(guān)鍵技術(shù),主要包含:

(1)纖維素原料的預處理和降解技術(shù)

(2)乳酸發(fā)酵菌種

(3)無石膏發(fā)酵工藝

(4)乳酸聚合催化技術(shù)

(5)乳酸聚合的穩(wěn)定控制技術(shù)

生物基高分子PLA的改性

雖然PLA是目前最具發(fā)展前景的一類生物可降解塑料,但其斷裂伸長率低、強度低、脆性大、不耐熱、成本高等缺點,限制了其使用范圍。所以,必須對PLA 進行改性,以擴大其使用范圍,滿足市場需求。PLA 的改性方法包括物理改性和化學改性。物理改性主要是通過物理方法降低其成本、增加材料的塑性等,可分為共混改性、增塑改性和復合改性。化學改性主要是通過改變 PLA 大分子或表面結(jié)構(gòu)來改善其脆性、疏水性、降解速度等,可分為共聚改性和共混改性。雖然與傳統(tǒng)的石油基樹脂相比,PLA 仍有許多不足,但是隨著工藝技術(shù)的發(fā)展,改性后的 PLA 已可以和 PE、PP、PET等相抗衡,下表是某品牌 PLA膜袋與PE膜袋的部分物理性能對比。


快遞包裝袋指標與改性 PLA 性能對比

研究改性后 PLA 材料能否用于快遞塑料制品,必然要將其相關(guān)性能與國標中的技術(shù)指標相對比。在GB/T 16606.3-2009《快遞封裝用品第3部分:包裝袋》中,對塑料薄膜類材料技術(shù)指標分為厚度、拉伸強度、斷裂伸長率、直角撕裂力、粘合向拉斷力、抗擺錘沖擊能、透光率和溶劑殘留量等,其中對每一項的檢測方法也有相應的國家標準。

 

常見的幾種改性PLA材料主要有:PLA/PBAT材料、淀粉填充PLA包裝薄膜、PBS/PLA薄膜等。將這幾種材料的幾種主要性能對比如下表,可以看出,純PLA材料斷裂伸長率低、脆性大;經(jīng)過改性后的PLA材料,斷裂伸長率有顯著提高,撕裂強度也有改善,是可以滿足國標對快遞塑料薄膜類材料的技術(shù)指標的。


PLA應用的經(jīng)濟性

PLA 的推廣,亟待解決的就是成本問題。一般情況下,其價格比傳統(tǒng)塑料要高50%~200%。以塑料袋為例,PLA的密度是1.24g/ml,PE和PP的密度是 0.9g/ml,達到同樣的強度,PLA 袋要比PE或PP塑料袋更厚,需要更多的原料,因此PLA塑料袋比PE或PP塑料貴1倍以上。例如,常見的中等尺寸(38mm×52mm)的快遞袋,普通快遞袋的價格是0.15元/個左右,環(huán)?爝f袋的價格為 0.5元/個左右,價格上浮 3倍左右。

從全國來看,目前生產(chǎn) PLA 塑料的企業(yè)數(shù)量有限,主要是浙江海正生物材料股份有限公司、上海同杰良生物材料有限公司、深圳光華偉業(yè)股份有限公司,與國家巨頭比尚有差距。PLA 塑料的市場價格在1.6~1.9萬元/噸,產(chǎn)能也不太大,生產(chǎn)PLA材料的性能也還有提高。

解決環(huán)保材料成本問題需要各方共同合作,以國內(nèi) 在省級范圍內(nèi)全面“禁塑”的省份——吉林為例,吉林省作為全國的先行試點示范省份,享受國家相關(guān)政策補貼,同時在地方政府、科研院所、企業(yè)等各方的共同努力下,長春經(jīng)開區(qū)抓住“禁塑令”提供的發(fā)展聚乳酸生物制造產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略機遇,謀劃、設計、建設了全中國、全世界 個生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地,同時通過建立健全生物質(zhì)原料收儲、生產(chǎn)制造、市場消費、技術(shù)創(chuàng)新、政策扶持五大支撐體系來促進以聚乳酸為核心的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,收到了好的效果。


PLA應用的可行性分析

如何減少快遞包裝垃圾、推動快遞行業(yè)綠色化發(fā)展就成為全社會亟待解決的問題,而PLA 作為最具發(fā)展前景的一類生物可降解塑料,無疑成為制作可替代普通塑料袋的環(huán)?爝f袋的首選原料。

若在快遞行業(yè)推行PLA環(huán)保材料,主要應從以下幾點著手 :

技術(shù)方面:企業(yè)可與高校、科研院所等合作繼續(xù)加大對改性 PLA 的研發(fā)力度 ;

經(jīng)濟方面:應扶持上游關(guān)鍵材料的生產(chǎn),通過規(guī)模效應降低上游關(guān)鍵材料的成本 ;

政策方面:公益基金會、企業(yè)等應加大對環(huán)保包材的宣傳力度,積極引導賣家,設立相應的鼓勵機制,消費者等使用環(huán)保包材,對生產(chǎn)廠家提供一定的補貼。

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