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生物塑料在食品药品包装中的应用与展望

作者：　来源：　日期：2021/1/19 17:17:01　人气：1557

尽管塑料制品质量轻、强度高、耐腐蚀、运输方便，被评为 20 世纪最伟大的发明之一，但塑料污染已成为影响人类生活环境的重要问题。

塑料产品由于物理化学结构稳定，在自然环境中可能数十至数百年都不会被分解；大部分塑料作为包装材料在一次性使用后即被丢弃；废弃塑料，特别是塑料袋随处可见，无论是北极还是南极，都发现了微塑料。所以，塑料袋被评为 20 世纪最糟糕的发明。

我国大力推广采用生物塑料来解决塑料污染问题。中央全面深化改革委员会第十次会议审议通过了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》。国家发改委、生态环境部联合发文，明确要求“推广使用可降解包装膜，可降解购物袋，符合性能和食品安全要求的秸秆覆膜餐盒等生物基产品、可降解塑料袋等替代产品”。这些替代产品即为生物塑料 (bioplastics)。

本文围绕生物塑料的概念、几种常用生物塑料的特性及其在食品药品包装中的应用进行概括性论述，并对其未来在药品包装方面的应用做出展望。

1 生物塑料简介

照欧洲生物塑料协会和日本生物塑料协会的定义，生物塑料是生物基塑料 (bio-based plastics) 和生物降解塑料 (biodegradable plastics) 的统称。生物基塑料是从原材料来源角度提出的概念，而生物降解塑料主要是从塑料废弃后对环境的消纳性能角度提出的概念。

依据原材料的来源和生物可降解性能不同，生物塑料可分为 3 类。第一类是全生物质来源及部分生物质来源的不可降解的塑料 (based on renewable raw materials)，如将玉米淀粉转化为生物乙醇，再进行加工所得的基于生物乙醇的聚乙烯 (PE)、聚苯烯 (PP)，以及部分基于生物乙醇的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 等，都属于生物基生物塑料。

第二类是生物质来源且可生物降解的塑料 (biodegradable and based on renewable materials)，如热塑性淀粉 ( 来源于淀粉，在助剂等作用下使其具有热塑性 )、聚乳酸 (PLA，由玉米淀粉降解为乳酸，再经过聚合而成 )、乙酸纤维素 ( 原料来源于植物纤维素，通过羟基乙酰化而制成 ) 等，既属于生物基塑料，又属于生物降解塑料。

第三类来源于石油基，但可生物降解 (based on fossil resources and biodegradable)，如聚丁二酸丁二醇酯 (PBS，由丁二酸和丁二醇聚合而成 )、聚己内酯 (PCL，由 6- 羟基己酸缩合而成 )，属于生物降解塑料。

由此可见，生物基塑料不一定能生物分解，而生物降解塑料也不一定是生物基塑料；生物塑料不只是一种单一的材料，它们是由一系列具有不同性能和用途的材料所组成的。

生物基塑料采用生物碳占总碳的百分比来评价其环保价值。传统塑料使用石化原料 ( 如石油、煤等 )，而石化原料因年代久远而不含14C，所以可利用 14C 测定生物基塑料中生物碳的含量。

基于此，美国材料与试验协会建立了 ASTM D6866 标准，该标准等同于欧洲 CEN/TS 16137 标准。通常由独立的第三方认证机构依据上述标准对由生物塑料制成的包装材料进行评估认证，给予认证标识，如图 1 所示。这有利于引导公众消费由生物基塑料制成的产品。

生物塑料与石化塑料的主要区别是组成不同，一般石化塑料仅含 C 和 H，生物塑料含 C、H 和 O。生物塑料的广泛使用主要有利于：①减少二氧化碳排放，防止温室效应继续恶化；②减少白色污染，减少垃圾填埋占用宝贵的土地资源。65％以上的生物塑料被用于包装领域，还被用于餐饮、消费电子、汽车、农业或园艺、玩具等产品的制造方面。但目前生物塑料的价格较高，限制其大量使用。

2 常用生物塑料以及在包装领域中的应用

商品化的生物塑料主要有淀粉基塑料、PLA、聚羟基脂肪酸酯类 (polyhydroxyalkanotes，PHA) 化合物、脂肪族二元酸二元醇共聚物、各种纤维素类等。以下分别介绍其来源、特性以及在包装领域的应用。

2.1 淀粉基生物塑料

淀粉由于来源广、可再生、成本低和可完全降解，已被广泛用于制备淀粉基塑料 ( 简称淀粉塑料，starch plastics)。我国国家标准 GB/T 21661—2008 中指出：塑料中淀粉含量在 15％以上即可称为“淀粉塑料”。

淀粉塑料发展至今经历了填充型、共混型和全淀粉塑料 3 个阶段 ( 图 3)，也称 3 种类型，每一阶段中淀粉含量均比上一阶段显著增加。