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聚乳酸能否成为绿色快递包装材料的革新者

发布日期:2019-03-22

快递业是近年来我国发展最迅速的行业之一,由于网购和电商的崛起,近五年,快递业的业务量以每年50%的速度高速增长。快递包装材料分为纸包装和塑料包装两大类,其中对环境影响较大的是塑料袋、内部缓冲物、封箱使用的胶带和编织袋等塑料制品。以塑料袋为例,近三年的平均基本数量使用情况约为70亿个/年。由此可见快递包装材料的典型特点是使用量大、浪费多、回收困难。

聚乳酸(PLA)作为公认的环保型包装材料,具有优良的性能和巨大的市场价值,有望成为取代传统的石油基树脂的新一代绿色环保高分子材料,被产业界定为21世纪最有发展前途的新型包装材料。本文将全面阐述,并论证PLA应用的可行性。


快递塑料包装存在的主要问题

1快递塑料包装基本不可降解

 

对环境造成污染的快递塑料制品主要是塑料袋、内部缓冲物、封箱使用的胶带和编织袋等塑料制品,这些材料大部分无法循环利用。塑料袋和编织袋主要是由 PE、PP 等材料制成。由于我国尚未建立有效的垃圾回收机制,因此废弃的塑料袋和编织袋,大多被填埋或是焚烧处理。填埋对土地危害较大,而塑料制品焚烧不充分,会产生有毒、有害物质,对人体健康危害极大。

内部缓冲物一般是泡沫塑料、充气塑料袋。它是非显性的塑料污染源,由于其通常被放置在快件的内部,所以并未引起太多关注。实际上,由于大多数商家或快递网点为确保商品的安全,在纸盒、纸箱等包装内填充大量的塑料、泡沫垫。这不仅是过度包装的问题,不可降解的塑料制品同时也带来严重的环境污染。

封箱使用的胶带是不可降解、不可回收的,与纸箱一同使用。一般来说,纸箱是可以回收的,但是快递包装箱上缠绕数层的胶带降低了废品回收商对纸箱的回收量,造成极大浪费和污染。

2快递塑料包装可能含有有毒有害物质

 

 

市场上的快递塑料袋虽有全新料生产的包装袋,但大部分都是混合回料生产。其中存在非法采用医疗垃圾、生活垃圾、化工材料制作的回料生产劣质塑料袋的现象。由于大多数快递企业采用的是加盟制的经营模式,基层网点的包装材料大多都是其自行采购,企业总部很难及时、有效对其进行监管,因此劣质包装材料的采购一般发生在基层加盟网点。这类劣质包装材料价格相对便宜,但残留了大量的塑化剂、阻燃剂等有毒、有害物质,存在刺鼻气味,对人体和环境都有很大的危害。

3快递塑料包装基本不可降解测方法不够健全

 

 

目前,与快递相关的国标只有 GB/T 16606《快递封装用品》,标准不完善,相关检验检测机构也不健全。快递包装质量安全的衡量没有一个可以参考的标准。与一般包装材料不同,快递包装已经深入到人们的生活,与人体大量接触,因此快递包装材料的有毒有害物质限量的标准应高于一般物流包装或产品包装的标准,同时考虑到经济性和实际使用情况,也应低于食品包装的有毒有害物标准。

4快递塑料包装减量化设计不到位

 

大多商家,不论是快递网点还是电商,出于对商品的保护,采用多层纸箱嵌套,大量缓冲包装材料填充,多层胶带缠绕,极大地浪费包装材料。从包装减量化的角度来看,电商应从供应链管理角度,严控上游产品的包装生产质量,符合当前物流运输标准,减少物流企业对寄递物品的再包装。

生物基高分子PLA的先容

 

PLA,又称为聚丙交酯,是以微生物的发酵物——乳酸为单体聚合成的一类脂肪族聚酯,原料来源充分且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。同时,PLA的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环(如下图),因此成为近年来开发研究最活跃、发展最快的生物可降解材料。

 

PLA的发展在全球都备受重视,国内发展PLA相对较晚,2017年8月,国家重点研发计划所属重点基础材料技术提升与产业化专项——《高品质PLA纤维及其纺织品规模化制备与应用》开始启动,这将对我国PLA制造体系和应用技术体系的建立产生巨大的推动作用。

PLA优点和缺点对比

 

优点

1原料来源广泛;

2生产能耗相对低;

3良好的生物可降解性;

4良好的机械性能和物理性能;

5良好的安全性;

6良好的抗拉强度、延伸度以及加工性能,可采用注塑、热塑、挤出成型、吹膜成型、发泡成型等方式加工

 

缺点

1PLA中含有大量的酯键,亲水性差,会降低它与其他物质的生物相容性;

2产物分子量分布宽,本身是线性聚合物,强度往往不高,脆性大,热变形温度低(不耐热),抗冲击性差;

3降解周期难以控制;

4价格较高;

从生物质原料到终端产品,PLA行业的发展需要一系列的关键技术,主要包含:

(1)纤维素原料的预处理和降解技术

(2)乳酸发酵菌种

(3)无石膏发酵工艺

(4)乳酸聚合催化技术

(5)乳酸聚合的稳定控制技术

生物基高分子PLA的改性

虽然PLA是目前最具发展前景的一类生物可降解塑料,但其断裂伸长率低、强度低、脆性大、不耐热、成本高等缺点,限制了其使用范围。所以,必须对PLA 进行改性,以扩大其使用范围,满足市场需求。PLA 的改性方法包括物理改性和化学改性。物理改性主要是通过物理方法降低其成本、增加材料的塑性等,可分为共混改性、增塑改性和复合改性。化学改性主要是通过改变 PLA 大分子或表面结构来改善其脆性、疏水性、降解速度等,可分为共聚改性和共混改性。虽然与传统的石油基树脂相比,PLA 仍有许多不足,但是随着工艺技术的发展,改性后的 PLA 已可以和 PE、PP、PET等相抗衡,下表是某品牌 PLA膜袋与PE膜袋的部分物理性能对比。


快递包装袋指标与改性 PLA 性能对比

研究改性后 PLA 材料能否用于快递塑料制品,必然要将其相关性能与国标中的技术指标相对比。在GB/T 16606.3-2009《快递封装用品第3部分:包装袋》中,对塑料薄膜类材料技术指标分为厚度、拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂力、粘合向拉断力、抗摆锤冲击能、透光率和溶剂残留量等,其中对每一项的检测方法也有相应的国家标准。

 

常见的几种改性PLA材料主要有:PLA/PBAT材料、淀粉填充PLA包装薄膜、PBS/PLA薄膜等。将这几种材料的几种主要性能对比如下表,可以看出,纯PLA材料断裂伸长率低、脆性大;经过改性后的PLA材料,断裂伸长率有显著提高,撕裂强度也有改善,是可以满足国标对快递塑料薄膜类材料的技术指标的。


PLA应用的经济性

PLA 的推广,亟待解决的就是成本问题。一般情况下,其价格比传统塑料要高50%~200%。以塑料袋为例,PLA的密度是1.24g/ml,PE和PP的密度是 0.9g/ml,达到同样的强度,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塑料贵1倍以上。例如,常见的中等尺寸(38mm×52mm)的快递袋,普通快递袋的价格是0.15元/个左右,环保快递袋的价格为 0.5元/个左右,价格上浮 3倍左右。

从全国来看,目前生产 PLA 塑料的企业数量有限,主要是浙江海正生物材料股份有限企业、上海同杰良生物材料有限企业、深圳光华伟业股份有限企业,与国家巨头比尚有差距。PLA 塑料的市场价格在1.6~1.9万元/吨,产能也不太大,生产PLA材料的性能也还有提高。

解决环保材料成本问题需要各方共同合作,以国内 在省级范围内全面“禁塑”的省份——吉林为例,吉林省作为全国的先行试点示范省份,享受国家相关政策补贴,同时在地方政府、科研院所、企业等各方的共同努力下,长春经开区抓住“禁塑令”提供的发展聚乳酸生物制造产业的战略机遇,谋划、设计、建设了全中国、全世界 个生物基材料产业创新基地,同时通过建立健全生物质原料收储、生产制造、市场消费、技术创新、政策扶持五大支撑体系来促进以聚乳酸为核心的生物质产业的发展,收到了好的效果。


PLA应用的可行性分析

如何减少快递包装垃圾、推动快递行业绿色化发展就成为全社会亟待解决的问题,而PLA 作为最具发展前景的一类生物可降解塑料,无疑成为制作可替代普通塑料袋的环保快递袋的首选原料。

若在快递行业推行PLA环保材料,主要应从以下几点着手 :

技术方面:企业可与高校、科研院所等合作继续加大对改性 PLA 的研发力度 ;

经济方面:应扶持上游关键材料的生产,通过规模效应降低上游关键材料的成本 ;

政策方面:公益基金会、企业等应加大对环保包材的宣传力度,积极引导卖家,设立相应的鼓励机制,消费者等使用环保包材,对生产厂家提供一定的补贴。

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