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当生物降解塑料研发及应用研究下

发布时间:2021-09-09 14:19:23 阅读: 来源:灯箱厂家
当生物降解塑料研发及应用研究下

生物降解塑料研发及应用研究(下)

三) 特殊用途及高附加值用途

新款式时兴包装(低发泡体)

卡片类(纸复合15、数据处理:实验力峰值和断裂点的力值可打印记录薄膜、片材)

非吸着性食品包装(薄膜、中空成型制品、纸复合材料)

粘合剂(乳液、乳胶)

医疗用材料(纤维、不织布、薄片、注塑制品)

下面主要对医用材料、包装材料、农林水产资材等进行介绍:

1. 医用材料

医用材料特别是进入人体的高分子材料,要求机械强度高、无毒、无刺激、生物相容性好。当前已有工业化生产能并已临床上应用的品种主要有:PHA、PHB、PHBV、PCL、PGA、PLA等,它们与人体组织有良好的相容性,不会引起周围炎症、无排异效应,其降解产物可参与代谢循环,无残留,且具有独特的压电效应,因此适用于控释药物载体、医用手术缝合线、生物植片、微球、胶囊、骨科用器材等。

药物送达和缓释体系

所谓药物送达体系是将药物活性分子与天然或合成高分子载体结合,投施后在不降低原来药效及抑制副作用情况下,以适当的浓度和持续方向集积到患病的器官和细胞部位,以充分发挥原来药物的体系。

PHA、CPHB、PHBHHx、PHBV、PCL、PLA具有较好的生物相容性、降解性和力学性能。与药物制成药物微球或药物胶囊,可作成恒速释放体系,充分发挥药效。另PHB具有压电效应,具有“开、关”功能,也有望做成脉冲型恒量释放体系。由于可实现药物控制释放,可大大提高药效,避免抗药性发生,降低副作用。

可吸收性术后缝线

PHA、PLA、PGA等生物降解塑料与人体组织相容性好,抗原性低,用作手术缝线用于脏器伤口术,术后缝线能自动被吸收,参与正常代谢循环而后被排出体外,可免除患者拆线之苦。近年来有些临床报导,可用缝线和条形物用来修复腱、韧带和关节的脱臼,也有报导可用于骨折和骨组织切开术中起固定作用,用作修复动脉壁的可降解的管状纤维。由于PHB有压电效应,更能促进伤口愈合。又据报导,在欧洲,PCL已在临床上用作可降解的U型钉(用于伤口愈合)。

骨科用器材

PHA、PLA、PGA等制成片状或纤维状的外科生物植片,用作修复骨折或其它机体损伤,如用于上颌骨面内部骨折愈合用的骨板、胸部连接肋骨用的骨针,输尿管的连接、腹部疝修补、韧带重建、血管的移植等。特别在治疗状骨质的骨折时具有明显优势。

PCL片材用做骨折用固定夹板,由于其熔点较低,稍加热可软化,方面拆卸,有利于医务及减轻病人痛苦,方便生活。

包装材料

近年来,随着生物降解塑料性能不断改善,规模不断扩大,产能的不断增长,呈现成本随之下降的趋势。国外许多生物降解塑料生产公司正积极开拓应用领域,特别是致力于包装材料领域的开拓。德国政府还拨出2.2百万马克作为促进生物降解塑料用于包装材料的试验援助基金。提供给BASF、Eastman、Cargill Dow、Novamont等几家大公司对食品容器、托盘、包装薄膜、一次性杂品等进行为期10个月的应用试验经费。

容器

上世纪90年代初期,德国wella公司首先采用PHB生产高级洗发香波包装容器,由于价昂,销量不畅,导致停产。后日本竹木器工业公司等研发PHB高级化妆品瓶,并进一步开发药品和饮料包装瓶。近年来随着PHA、PLA、PCL的陆续投产及性能改进,特别是通过添加滑石粉等无机材料进行共混,研制的食品包装容器、托盘等,不仅改进了刚性和耐冲击性,而且进一步降低了成平本,产品正在推向市场。如意大利Novamont公司研发的淀粉、醋酸纤维、PCL生物降解塑料(Mater-Bi)一次性餐饮具,曾成功用于2000年澳大利亚希尼奥运会上,用后其废弃物连同生物垃圾进行堆肥化处理,较好地解决了一次性餐饮具废弃物再资源化的问题,为实现绿色奥运贡献了力量。德国Danone公司开发的PLA容器、A-pack公司、德国Biotech公司开发的淀粉基生物降解塑料包装盒、托盘也已有商品问世,但由于价格昂贵,有待于进一步降低成本,才有利于迅速推广。

薄膜、片材

近年来,国外大力研发采用生物降解塑料,如PCL、PBS、脂肪族与芳香族共聚酯等或与淀粉共混制造薄膜,用作包装袋、垃圾袋、堆肥袋等,已有商品问世,但由于价昂,广泛应用还有待时日。但由于发达国家十分重视垃圾堆肥化处理方式,是生活垃圾再资源化的有效方法,因此生物降解食品包装袋,垃圾袋、堆肥袋将会有较大的市场潜力。PLA延伸性优,但脆性大,近年来通过单向拉伸、双向拉伸生产片材,可大大提高强度,克服脆性。目前通过真空成型制造容器盖,受到市场较大关注。

发泡缓冲包装材料

淀粉发泡塑料球、绳、条、、片材及其真空成型聚合物材料在份子运动中是疏松的容器、托盘等近年来已有较大发展,美国Amylun、National Starch Chemical、Daniels、Novon、International、西欧Biotec、Storopack、Sunstarke、Novamont,Paper Foam、亚洲Japan arch、ァイセ化学、Chisso/Novon等公司均已有国家建筑节能战略给建筑类产品带来无穷的发展的空间批量生产,主要作为聚苯乙烯泡沫塑料替代品。

涂覆材料

近年来生物降解塑料PHA、PCL、PBS等作为天然材料为原料的包装制品如纸质、纸浆模塑、淀粉、纤维素餐饮具等的涂覆料和涂覆技术发展十分迅速,不仅解决了天然材料餐饮具的防水防油的问题,而且避免了蒸发残渣超标、确保卫生安全,从而对其开发日益受到关注。

3. 水产、农林资材

随着农林水产业一次性塑料制品的用量不断增长,由此造成的环境污染和生态破坏也日益加重。近年来国外一些国家和地区加大了生物降解塑料在农林生产领域的应用开发。但价格昂贵仍然是制约其广泛推广应用的主要因素。

1) 农林方面,研发和试用的产品主要有地膜、育秧(苗)钵、杯、软盘、穴盘、水果保护套、蔬菜保鲜膜、堆肥袋、农药袋、捆扎固定绳等。如日本已在北海道、关东、九州等地区进行PCL、PLA、PBS生物降解地膜的覆盖试验,试验结果表明,地膜的力学性能能满足要求,生物降解性能优良,除PLA白膜外,其它半年后可完全生物降解,但崩碎较快,难以抑制杂草生长及发挥保温、保熵作用,可控性较难掌握,有待于进一步攻克。在用作农作物育秧盘,林木、花卉育苗钵、水果保护套等应用效果十分理想。

2) 水产方面,为了减轻海洋污染,北美、欧洲日本均在积极进行研究开发生物降解塑料用于渔业材料,主要有PHBV、PCL、PLA等。1993年以来,日本水产厅发起成立了有行政部门、研究单位、企业等参与的“生物降解塑料渔具开发研究委员重量轻会”,并制定了“关于生物降解塑料鱼具开发的调查研究”的国家五年计划。目前处于改进、提高材料的加工性、耐久性和开拓用途,主要用于鱼、水产植物养殖、笼式渔具等,均在中试阶段。

上世纪90年代,中兴化成工业公司开发了PHBV新的纺丝、拉伸技术,适于渔业应用强度较高的纤维。并在石川县、长畸县分别进行土壤填埋和海水浸渍试验。在长崎县海水半年浸渍试验结果,拉伸丝的失重率达40%,在石川县土壤填埋试验结果,拉伸丝失重率高达75%。另外该纤维在1000m深的海水中浸渍6个月,抗张强度保留率60%,10个月后下降到35%,水温即使在0℃左右,生物降解过程也在进行。

近年来,日本东京塑料研究所研发了一种用后可在海水中完全生物降解的塑料鱼,这种渔采用无毒性的可降解的纤维编织而成,其强度和性能可与目前使用的渔相比拟,但在海水中使用一定时间废弃后,可慢慢溶解,据跟踪检测初步表明,分解物无毒性,对水生物不会造成危害,目前,处在应用试验中。

海苔养殖

90年代,日本 ユニクヵ公司开发牌号为D610G的PHBV(HV含量12%摩尔)生物降解塑料纤维,并在兵库县水产试验场进行海苔养殖的评价试验试验结果表明:与沿用的维尼纶比较单位面积附着的海苔幼芽少,吸盘状拟根为伸展状,圭藻类、原生动物、细菌等附着多,养殖试验开始后的初期强度在3个月后只有30%,寿命短(维尼纶寿4~5年)。

中兴化成工业公司和石川县工业试验场共同开发PHBV紫菜养殖,并在日本兵库县水产试验场进行紫菜养殖试验,试验结果表明,紫菜的附着率、叶重较通常使用的维尼纶纤维养殖稍差,但在可以使用范围内,但强度有待于进一步提高。

笼渔具

日本水产工学研究所曾进行PHBV纤维制的螃蟹笼试验,与聚乙烯笼比较,产量相近,但强度稍差。

综上分析,生物降解塑料还处于开发阶段,产品性能、加工工艺有待于进一步改进,应用领域有待于进一步开拓,特别是成本有待于大幅度降低,但它符合绿色化学与生态工业发展方向,是保护环境和实施可持续发展战略的理想材料,因此它将会越来越受到全社会的关切和重视。

作者/唐赛珍 陶欣

(中国塑协降解塑料专委会

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