- 背景（绪言）
现今，地球温暖化和石油资源枯竭等环境问题和能源问题将日趋凸显和严重。世界各国对温室气体减排迫切性的重视度也愈加明显。今年底，《联合国气候变化框架公约》第21次缔约方大会（COP21）将在巴黎召开。联合国要求各国提交2020年以后的减排目标，美国和欧盟均已于今年3月提出。日本政府已开始着手协调，以便提出新的温室气体减排目标。中国国家发展和改革委员会已于去年11月4日公布目标，到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。
在这样的世界潮流之下，包装容器开发中环境友好方向的课题也逐渐受到重视。通常针对容器开发中降低环境负荷的方法有如下几种：①容器树脂量的削减（轻量化） ②容器设计的小型化简易化 ③refill替换装的开发和推广 ④生物型材料的应用。
本文将针对其中的第4种方法-生物型材料-PLA（聚乳酸）在包装中的应用作一些简单的介绍。
2.生物型树脂-PLA（聚乳酸）基本介绍
现在市场上，代表性的生物型树脂主要有如下几种：PLA（聚乳酸）、醋酸纤维塑料、PBS（聚丁二酸丁二酯）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）、淀粉树脂等。
其中，从材料物性、量产效率、成本、供货安定性，以及从实际应用到成型加工适应性等方面看，PLA（聚乳酸）被产业界认为是最有发展前途的绿色材料。
PLA全写为：polylactic acid，也称为聚丙交酯(polylactide)，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，主要以玉米、木薯等为原料。
PLA和传统的石油化工树脂相比，其对环境的负荷明显降低，CO2的排放量相比传统石油化工树脂减少约50%以上。
此外，PLA用作包装材料还有诸多其他优点：
* PLA原料的可再生性： PLA的原材料主要为玉米、木薯等植物原料，原材料易得且可以再生，适合大规模集约化生产。
* PLA 制成品100%可降解： 使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利。焚化PLA也不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。相比传统的石油化工塑料制品在焚 烧时易产生大量有害物质，且填埋后极难降解，严重破坏环境；PLA作为绿色包装材料的优势非常突出。
目前，世界上最大的PLA原料生产商为美国Nature Works公司，拥有全球85%的PLA产量。我国现有多家单位从事PLA材料的研发工作，但与国外相比，仍处于起步阶段。国内最大的PLA原料厂商为浙江海正生物材料有限公司。
3.PLA 树脂改性
PLA 树脂作为包装材料在有诸多优点的同时，也存在其自身的不足。首先，现阶段，PLA相对传统的石油化工树脂，成本相对较高。此外，因PLA聚合所得产物的相对分子量分布过宽，PLA本身为线性聚合物，这使得PLA材料的强度往往不能满足要求，脆性高，抗冲击性差，力学强度和热变形温度较低，需要经过改性来更好的满足包装应用的要求。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。
花王通过导入应用其研发的结晶控制技术和软质化技术，对PLA进行改性研究，开发出自己的改性PLA树脂，改善了其柔韧性和抗冲击性等力学性能。
4. PLA在包装领域的应用
PLA在包装领域中，主要被应用于薄膜、包装袋、包装盒等。美、日、欧洲国家等均已开发出多种以PLA为原料的绿色包装材料。
美国Blue Lake成为世界上首家采用Nature Works生产的PLA瓶进行全天然有机果汁饮料包装的公司，该瓶无论从透明度和保证产品60天货架期的良好阻氧性来看，都比PE瓶要好，且PLA的低融化系数使其完全适用于饮料的低温包装。
美国、日本、欧洲还有诸多使用PLA作为包装的成功案例。
现阶段在日化行业，因为PLA原料的较高成本，以及受到其某些物理性能、加工成型工艺性等的限制，PLA还未被广泛应用到包装中。
在此，对我所接触过的使用PLA为原料制作的包装材料作一些简单的介绍，现阶段也仅在一些比较简单的包装材料上采用过PLA，如开窗包装盒上的透明窗、吸塑托盘。
1）PLA在透明窗片材上的使用：
材料：PLA 片材 200μm
生产工艺：挤出成型片材 + 模切
课题点：
* 模切压痕线折曲强度 ← 通过
20℃，正折180°，逆折180°，1次，压痕线无破裂
* 跌落强度 ← 通过
5℃，制品状态，1m，5次，跌落，窗口无破损
* 透明性 ← 需改善
片材挤出成型后，快速冷却+水冷却，抑制结晶，提高透明度
2）PLA在吸塑托盘上的使用：
材料：PLA 片材 300μm
生产工艺：真空吸塑成型
课题点：
* 脱模性 ← PLA 成型后脱模性差，需改善
常规片材侧面脱模斜度为2～3°，PLA片材侧面脱模斜度增大到7 °
* 跌落强度 ← PLA 质地硬脆，抗冲击强度弱，制品跌落破裂，需改善
（原常规设计，制品状态，室温，50cm，1次跌落，托盘破裂）
通过不断的设计改进，增大转角处圆角R值，增加台阶过渡缓冲等
（设计改进后，不增加片材厚度，制品状态，5℃，1m，5次跌落，无破损）
* 成型条件：
所采用的PLA树脂最合适的成型结晶化温度范围约在80℃～100℃。PLA相对其他树脂成型条件范围较小。
对于此托盘的成型条件设定，PLA片材先以约70℃预热，使片材先弱结晶化；成型时温度为90℃～100℃，PLA在模具上拉伸，进一步结晶化。
5.总结
随着以降低环境负荷为核心的绿色浪潮的呼声日益高涨，替代传统石油化工塑料的以PLA为代表的生物型树脂越来越受到关注。对于生物型树脂物理性能，加工性能等的不足，针对性的改性技术也在不断地被研发出来；此外相比传统石油化工树脂的成本劣势，在PLA制备技术不断完善以及全球的原料供应商产能扩大和新的厂商的不断加入，相信PLA和传统石油化工树脂间的成本差距也将逐渐被缩小。PLA将作为一种富有发展前途的绿色材料，相信在包装领域中将会越来越受到关注和重视以及被更多地应用推广。
