生物降解包装材料的研究

　摘要

作为能够自源头方面将“白色污染”的问题予以解决的环境友好型材料的生物降解包装材料正以其巨大的优越性而为现在的社会越来越重视对它的技术研究开发以及推广应用。本文就淀粉基生物降解塑料、聚羟基脂肪酸酯和PLA以及PBS的主要的特性、研究现状及存在问题进行了阐述。通过对材料的结构进行改性或者与其他可降解材料共混，可以使材料的使用性能和降解效果更加突出。目前制约我国生物降解包装材料实际应用的主要问题来源于包装工艺，因为它直接决定了包装的质量和成本，因此，降低材料的成本是至关重要的，也是决定了能否实现产品的包装设计。这样，相关材料就能够在生活和生产之中得到更加广泛地应用。由于我们使用的数量很多，用完以后又随意扔掉，塑料垃圾大量地产生，严重破坏了环境，这引起了全球各国XX和人民的高度重视。近几年，国家出台限塑政策，从源头上入手强化监管，同时积极推广代替产品。对生物降解包装材料在食品和化妆品领域的应用进行了论述，并对生物降解包装材料前景进行展望。

　关键词：包装材料生物降解改性共混

引言

塑料是传统包装采用最多的材料，具有化学稳定性好、价格低廉等优点，因为这些优点，导致塑料在人类生活中的需求和产量都非常大。因此，可降解塑料包装成为一个研究发展方向，而生物可降解塑料又是其中之一。生物降解塑料接近普通塑料的性能，同时具有环保性，已在包装领域得到应用和发展。

1 生物降解包装材料的概述

　　1.1 什么是生物降解包装材料

被称之为“生物降解高分子材料”的生物降解材料实际上为可以在自然界存在的微生物作用下发生反应，而被降解或酶解的高分子材料。由于该类材料可以完全被环境中的有机物质代谢掉，不会对环境造成污染和破坏，因此被公认为是真正绿环保的材料。

生物降解包装材料应具备以下几点特征：①维持原有材料的机械性能；②维持原有的物理和化学性质，在满足产品所需性能的同时，需要有生物降解性能；③维持原有材料的可回收性，不能因为改善其他性能而损坏回收利用的特性；④在垃圾堆填区或污水处理时，具有生物可降解性；⑤可以被地球上几乎无所不在的微生物群代谢降解，可在有氧和无氧，有光照和无光照的条件下完成生物降解过程；⑥必须符合国家的食物安全的规范和标准；⑦经检测安全无毒，在水中或泥土中不会产生任何对生物有害的物质[1]。

　1.2 生物降解包装材料的分类

生物降解材料按来源可划分为：一是合成类的生物降解塑料；二是天然的高分子类生物降解塑料。前者既有化学合成类的塑料也有微生物合成类。其中化学合成类塑料一般是由含酯基或羰基的脂肪族聚酯合成的，如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等。而微生物合成类的塑料则是为在将葡萄糖或者淀粉作为原料的情况下，经由酶发酵合成而来的[2]，其中最具代表性的就是聚羟基脂肪酸酯（PHA）。以价格低廉和来源广泛以及具备良好的再生性和可降解性为基本特征的后者，既包含壳素，又包含壳聚糖和纤维素，并且包含了淀粉等的天然有机大分子的后者[2]。

2 生物降解包装材料的特性、研究现状及存在问题

　　2.1 淀粉基生物降解材料

就每一个组成而言，淀粉基生物降解塑料所指的即为既可能有淀粉衍生物，也可能含有淀粉塑料。根据他们能否被完全降解，划分为两类：破坏性生物降解塑料以及完全生物降解塑料。破坏性生物降解塑料是将淀粉与不可降解树脂经过共聚或者共混而形成的复合材料，是不能被完全降解的材料；完全生物降解塑料主要是以淀粉作为原料加工而制备的淀粉基高分子塑料或将淀粉与其他合成或天然的可生物降解高分子共混加工而成的复合材料，使用后能够被完全生物降解，对于环境污染比较小，是目前应用比较广泛的淀粉基生物降解塑料，也是目前淀粉基塑料的主要研究方向和内容。

2.1.1特性

作为常见的聚合物，淀粉这样的多糖即为植物以对能量的存储为目的而产生的。在商业化的生产方面，诸如水稻和土豆以及玉米等，都跟小麦一样，是淀粉的关键性的来源[2]。淀粉作为天然高分子物质，原料来源丰富、价格低廉，因为大多来源于农作物，因此具有可再生性，并且具有良好的生物降解性。在含有大量氢键的情况下，淀粉是无法实施直接的热塑化处理的。也就是说，改性是起使用之前所必需做到的。以经过增塑为基本的前提，在共混制的情况下，相关的淀粉是能够跟可降解高分子材料将淀粉基的生物降解塑料予以得到的。现如今，要将热塑成膜的性能加以改善，现如今所使用的方法为实施淀粉方面改性的方法。除了天然的高分子聚合物和合成的高分子聚合物之外，常见的淀粉基复合降解塑料还能够将淀粉跟别的添加材料以及增塑剂通过共混的方式复合。而淀粉基复合降解塑料则是在这样的情况下获得的[3]。这些都是能够被完全降解的材料，可以用于食品包装容器、缓冲包装材料等多种领域。

　2.1.2研究现状

近年来，淀粉基塑料在研究和生产方面已取得很大进展。作为X最大的淀粉塑料生产商，CereplastInc早在本世纪初就将以可降解和可堆肥为基本特征的淀粉共混物予以生产了出来；以“EverCorn”为商品名，X的EverCorn企业所开发的为一种全部能够降解的淀粉塑料方面专利技术[4]。中国的广东上九生物降解塑料有限公司，将一种生物降解薄膜的制备方法予以开发了，是将淀粉与聚乙烯醇（PVA）共混，并在其中加入聚3-羟基丁酸酯（PHB），PHB的加入可以使产品的抗拉强度及耐水性能提高；武汉华丽环保科技有限公司研制出可降解且具有良好力学性能和耐热性的复合材料，是淀粉与PLA和PVA共混而成的[5]。

很多的科研工作者将淀粉基塑料的研究重点放在原材料的改性与加工方式上，采用不同的光引发剂、增塑剂、偶联剂或者使用不同加工方式以使淀粉基塑料达到最佳的性能并适应各种复杂环境[6]。陈涛等人[7]通过在直链淀粉中添加增塑剂，用热剪切的方法制备了热塑性淀粉（TPS）塑料，采用的增塑剂为甘油和甲酰胺，研究了增塑剂种类以及直链淀粉塑料和PLA的用量对热塑性淀粉吸水性的各种影响。研究结果表明：随着PLA使用量增多，塑料的吸水速度减慢，能够有效降低TPS的吸水性。周文等人[8]用二苯甲酮与淀粉和甘油进行共混制备TPS，其中甘油是作为淀粉的增塑剂，二苯甲酮是作为光引发剂，使淀粉形成交联网状结构。研究了不同紫外光源辐照的持续时间对其流体力学、动态学和热力学、热稳定性以及其耐水腐蚀性能的重要影响。研究结果表明：辐射紫外线的持续光照强度持续时间大约为15min时，TPS的力学性能最佳，能够快速形成交联网络状结构。

此外，淀粉与其他可生物降解的合成或天然高分子共混的相关研究也被非常重视，例如淀粉和纤维素共混、淀粉和聚酯共混。可再生的纤维素纳米纤维（CNF）作为淀粉基体的增强材料有巨大的潜力，因为其本身具有较高的抗变形能力，刚性大和较大表面积等优点。围绕着薄膜，Santana等[9]专家和学者对其力学的性能和某些特性予以了一系列的研究。其所得到的结果为：在薄膜方面，无论是耐热性和阻隔性，还是力学的性能，都在把CNF加入至甘油增塑方面木薯淀粉的基薄膜里面情况下得以明显地提高。从结果可以得知的为：对新型环保包装材料来说，在把CNF添加至淀粉基塑料的情况下，其大规模的生产和制备都是受益的[10]。在跟PLA共混的情况下，就淀粉而言，存在两相界面的结合能力弱的问题，在两者界面容易产生两相的分离，因此共混物的脆性较大，很难得到性能较好的复合材料。针对这个问题，国外Raghu等[11]提出可以在TPS/PLA共混物中加入木纤维（WF）。研究结果发现：随着WF添加量的增多，共混物的性能有显著的提升，当WF增加到40%的时候，拉伸和弯曲强度分别提高65%和127%。淀粉基塑料的改性工作仍在继续，研究人员不断开发性能越来越好的材料。

2.1.3存在问题

淀粉基塑料应用受到很大限制的原因是：这种材料既有脆性，也有很大的吸湿性。其结果为：该材料所生产的产品存在使用寿命不长的问题。就遇水后力学性能降低的问题而言，这一类产品往往是难以自根本上加以解决的。研究人员提出，可以让淀粉发生氧化、酯化、醚化、交联等反应，使羟基被新官能团取代，从而降低亲水性，提高力学性能，改善淀粉基生物降解材料的加工性能[3]。由于TPS的脆性较大、耐水性能差，因此对TPS塑料的研究重点可以采用调整或添加增塑剂以及与其他材料共混等方法，提高TPS的性能，但是改善材料性能不能是在破坏降解性的基础上进行，毕竟使用淀粉基塑料就是因为它的可生物降解特性。目前来看，很多的淀粉基生物降解塑料只是在实验研究阶段，虽然很多已经得出可靠的结论，但是还没有规模化生产，如果要进行工业化生产并投入使用，还需要进一步改善材料的生产流程，降低生产成本。

　2.2 聚羟基脂肪酸酯（PHA）

PHA为聚羟基脂肪酸酯系列生物降解塑料，是由主要生产原材料是微生物在细菌体内合成的。通过对PHA合成酶及其细菌的基因进行改造，可以改变PHA的结构、分子量以及合成效率等。这样，各种各样化学性质的PHA材料就能够得以制备出来。现如今所研发的PHA材料之中，既有聚羟基丁酸酯（PHB），也有聚羟基戊酸酯（PHV）等。

　2.2.1特性

PHA具有良好的生物可降解性和生物相容性，一般为白色粉末状结晶型聚合物，熔点在145～175℃范围，有较高的热变形温度大约为105℃，机械强度高，并且具有优良的气体阻隔性能。PHA的最大的特点是：在一切的环境之中，它都能够为微生物所分解。更为重要的是，在分解后的产物基本上为水和碳基情况下，不可能产生环境方面的污染[12]。

PHA类生物可降解塑料是通过细菌发酵生产制造而成，发酵的物种主要是葡萄糖类的碳水化合物。条件不同制造出的PHA种类会有所不同，主要区别在于侧链长度不同，有短链、中链和长链的。其中PHB就属于短链PHA，也是最主要的PHA，脆性较大，PHB属于第一代产品，中长链的PHA相来说韧性对比较好。PHA单体有150多种，且不同的单体组成具有不同的性能。其中最常见的既有PHB，也有PHV，并且有PHBV。对于PHB在结晶度高而导致的脆性大的不足之处，借助于对PHBV所实施的共聚是能够得以最大限度地弥补的。不过，它的应用推广在它的产品价格比较高的情况被大大地限制了。

2.2.2研究现状

就PHA而言，其被降解的具体程度是跟两个方面相关的：一是土壤的条件；二是环境的温度[2]。诸如次氯酸钠的分解法和有机溶剂的萃取法以及酶裂解法等即为合成PHA的具体途径，一般由植物油或脂肪酸合成PHA[13]，基于经济原因通常多数人选择使用价格便宜的葡萄糖和蔗糖作为PHA合成最常用的原材料。近年来，就国内以宁波天安生物材料有限公司所开发的PHA而言，凭借着良好的生物方面相容性等诸多的优势，除了在中国的国内所取得的认可特别广泛之外，其所占有的市场比例是特别重要的。而且在世界上PHA类型的原材料生产厂商中也占有十分重要的地位。目前越来越多的PHA生产制造商，国内的发展也很快，其中，在产能方面，天津的国韵生物科技有限公司，达到了10kt/a之多[14]。由此可见，不少企业在PHA发展方面是充满了期待的。

PHA在包装上的应用已经有4代产品[15]，其中第四代PHA产品主要组成成分为3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚醋（P3HB4HB），可以通过调节合成单体比例，从而得到不同性能的材料，满足不同的性能需求。第四代产品不仅可以保留原有可生物降解的性能特点，还具备石油基材料的力学性能优点，成为绿色包装的首选材料之一。4代商业化的PHA由短链PHA的共聚物逐渐发展到短链和中长链。就HB与HO或HD而言，相关学者的预测为：在以一定比例共聚情况下，其共聚物将会获得物化性能更优秀的PHA，这方面已看到曙光[16]。

2.2.3存在问题

PHA的不足之处在于加工温度范围窄、热稳定性很差、脆性大，容易出现二次结晶现象，而且成本非常高。目前我国拥有完整的PHA生产链的企业数量很少，PHA的生产规模和产量还不能满足需求，并且由于生产成本比石油基塑料及一些生物降解塑料的都要高，因此到现在PHA还没有得到广泛的应用。例如：目前全球仅聚乙烯和聚丙烯两种最普通的石油基塑料，年产能就有13000-14000万吨。不过，PHA年产能仅仅为5万吨上下。也就是说，这样的产量仅仅为石油基塑料方面一个零头。这方面最为关键的原因为成本[17]。还有很多的PHA的合成手段仅停留在实验层面，达不到工业化生产的要求，还需要研究人员不断进行研究探索与试验。从2017年至今，天津国韵生物科技有限公司、深圳意可曼生物科技有限公司、宁波天安生物材料有限公司、XMetabolix、英国ICI、德国Basf等都先后投入PHA领域。也就是说，PHA的产能至2023年PHA会大幅度地提升[12]。

2.3聚乳酸（PLA）

聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，由玉米等可再生的资源提取的淀粉原料通过加工而制成的。这之中的淀粉经过发酵转化为乳酸，然后通过各种化学作用转换为PLA。因为合成原料来源于可再生淀粉，所以，在生物可降解性方面特别强。而其最终产物，在使用之后能够为环境里面微生物所完全降解的情况下，往往为不会对生态环境造成污染破坏的二氧化碳和水。这是目前世界上受到广泛认可的环保型材料。由于PLA原料来源广，生产成本低，已成为世界第二大产量的有机酸。

2.3.1特性

除了密闭性之外，PLA所具有的具有耐油脂的特点，也有防潮的特性。通常情况下，其常温下的使用方面性能是特别稳定的。不过，其耐热性是较差的。就环境温度而言，在超过55℃或者在富氧及微生物的作用下，会自动被降解。由PLA制成的餐盒，在光合作用条件下可以被微生物快速分解。另外，PLA的防渗透性实际上是跟聚酯相似的。而无论是加工性和清晰度，还是光泽度，都是跟聚苯乙烯相似的。这样的材料可以制成各种包装材料。PLA市场认可度高，可以制作透明性较高、阻隔性良好、加工成型性及力学性能优异的薄膜制品，可用于果蔬软包装[18]。在生物可降解塑料行业的市场，就产品数量而言，PLA实际上为主力军，甚至是领导者。不过，就实际的市场价值而言，淀粉共混物在通常情况下实际上是略胜于聚乳酸的。

　2.3.2研究现状

PLA是有巨大市场潜力的生物降解材料，工业生产PLA的工艺流程非常复杂，拥有世界最大聚乳酸产能的Nature Works公司[(Cargill—Dow，卡吉尔—陶氏)公司、Mitsui 公司]是采用两步法对聚乳酸进行制备。该法的核心为：在使得乳酸将环状二聚体丙交酯予以生成的情况下，以开环的方式使得其缩聚成聚乳酸。

就卡吉尔—陶氏聚合物公司而言，在聚乳酸生产路线中，其生产的能力为14万吨/年的装置已经投产了[19]。在将玉米等天然作物作为原料的情况下，这套装置实际上为现如今全球范围内生产方面规模最大的一套能够生物降解的塑料装置[19]。在耐温PLA方面，就欧洲的可生物降解塑料方面的生产商而言，无论是生产，还是开发方面都已经取得了较大的突破。在比利时，零售商Delhaize已开始对Nature Works公司的PLA加以使用。聚乳酸生产方面的成本，在通过对技术实施改进的前提条件之下，对聚乳酸生产成本起到了进一步降低的巨大作用。而改进后的PLA，是可与聚酯相竞争的。

诸如同济大学和清华大学等不少的高校和机构早已经在PLA领域取得了一定的成果。这方面的典型为下述两家企业所合作生产的处于领先地位的PLA：一是海正集团；二是中科院长春应用化学研究院[19]。现如今，在PLA的年生产能力方面，我们中国已经高出10万吨/年。就在建和扩建以及生产而言，PLA在2019年所具备的为诸如广东的星湖集团和华北制药厂以及武汉华丽环保科技有限公司等25家，为PLA产业化发展提供了强大的基础。2020年9月安徽丰原集团50万吨乳酸开工，10年内将建成300万吨规模的PLA方面生产线。在我们国家的哈尔滨市，在接收了杭州中化国际集团的资金情况下，威力达公司和乌德-伊文达-菲瑟尔（Uhde-Inventa-Fischer）公司实现了战略联手合作，共同建造PLA生产基地，这为PLA的产业化开辟了广阔的前景[19]。

2.3.3存在问题

PLA很低的断裂伸长率和较高的模量阻碍了它的应用领域，脆性大、抗冲击性能差、缺乏柔性和弹性，结晶度不高、降解速度不容易控制控制，并且含有很多酯基，亲水性差。可以通过共聚、交联等改变聚合物大分子或表面结构改善其脆性、疏水性及降解速率等，也可以通过与其他材料共混或者添加增塑剂等方法对聚乳酸进行改性。

　2.4 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

在以丁二醇和脂肪族丁二酸当做主要原料的情况下，PBS是能够生产的。除了能够在使用石油化工产品的情况下生产，它的合成原料也可通过淀粉、纤维素、葡萄糖等天然可再生农作物经过微生物发酵途径再生产，从而达到来自大地、回归大地的绿色循环生产。

2.4.1特性

以跟ABS和PP相接近为基本特征，PBS的力学性能比前面的两者更好。得益于其优异的耐热性，无论是在食品餐盒方面，还是在冷热饮的包装方面，都是能够予以应用的。在良好的再加工方面性能之下，PBS能够在对国内的现有的塑料成型的加工的通用的设备充分的加以利用的情况下，实施加工成型操作。就现如今加工方面性能最佳的降解塑料而言，PBS不但能够实施淀粉等的共混的加工，还可以填充碳酸钙。而以价格便宜为基本特征的塑料制品是能够获得的。在跟别的材料予以共混的情况下，PBS是能够在性能方面得以提升的[2]。目前，国内外PBS生产工艺成熟，发展势头良好。PBS已经可用于包装袋、化妆品瓶、餐盒、药品瓶、电子器件包装等。

　2.4.2研究现状

除了能够将原料的成本予以大幅度地减少之外，在对生物发酵工艺生产方面原料予以采用的情况下，PBS可以进一步将成本予以减少。就国内改造所过剩的聚酯设备而言，现如今所起到的为PBS的生产提供新的契机作用。

PBS薄膜具有力学性能、热性能，加热变形的温度通常高于97℃、可降解、具有良好的加工性能以及化学稳定性。日本的昭和公司生产的PBS已被应用于生活的各个领域；德国APACK公司研究的具有良好密封性的PBS薄膜，主要被应用于食品包装；日本的吉田拉公司以PBS为主要原料，研制出一种力学强度和耐用性良好的塑料制品[20]。除了日本昭和公司，德国的BASF、日本的三菱、韩国的SK株式会社、中国的安庆和兴和蓝山屯河等都是世界上主要的PBS生产商。

我国的工业起步比较晚，早期对PBS的研究不是很深入，但我国对生物降解材料的研究与开发非常重视，因此PBS产业发展很快，对PBS的研究已远远超过其他国家。目前我国主要的PBS研究机构有上海有机所、清华大学、中科院理化研究所。近年来，我国的PBS产业发展形势大好，部分产品已经出口售卖，其产量已经远超许多国外企业，但是其还有巨大的研究空间。目前，国际上日本三菱化学与泰国PTT Global Chemical公司合作生产PBS项目，产能为2wt/a，预计2025年产能翻一番；在国内，蓝山屯河化工股份有限公司PBS产能12wt/a；金发科技股份有限公司、营口康辉石化有限公司、金晖兆隆高新科技有限公司等也在大力发展PBS项目[13]。PBS生物降解塑料的发展前景呈现出一片欣欣向荣的景象，在食品包装、餐具、化妆品以及一次性医疗用品、药品瓶等领域得到越来越多的应用。PBS一定会逐步实现工业化生产，应用于生产生活的各个方面。

2.4.3存在问题

PBS对水敏感，在空气中就降解，因此在加工过程中需要注意除水，以降低PBS方面水解的速度值。不过，这样的材料也是有着不少不足之处的。许多国家的研究人员围绕着原始的PBS薄膜实施了相关的改性方面的处理。这之中主要有物理改性和共聚改性以及扩链改性[20]。

3生物降解包装材料的具体应用

　　3.1 食品包装领域

食品包装领域是目前最主要的生物降解包装材料应用领域，主要用于食物软硬包装材料。例如可用PHA、PBS、PLA代替PET的矿泉水瓶、碳酸饮料瓶；可用淀粉基塑料、PLA、PBS代替PP的微波炉餐盒；用淀粉基塑料、PLA、PHA代替PS的碗装泡面盒、快餐盒。PLA目前已经被应用于食品包装及一次性餐具，还可将PLA吹塑成瓶用于包装水、汤和食用油等[21，22]。韩国利用PLA材料作为出口食品的包装的数量逐渐增多。现阶段，淀粉也已经不再只有食用功能，还可以制作成薄膜材料用于包装，生物降解材料目前在糖果、瓶装水、酸奶、烘焙产品、新鲜果蔬及农副产品等包装的领域应用特别广泛[23]。

对于食品包装来说，包装材料的阻隔性能是影响食品保质期的重要因素。普通塑料高分子渗透气体和水分子，选择合适的生物降解材料可以有效阻隔O2和CO2等气体的渗入，从而延长食品保质期和新鲜度。对一些容易被氧化的食品来说食用淀粉基膜是一种极佳选择。对于食品的氧化，起到一定的抑制作用。现在食用淀粉膜已经在肉类食品包装方面得到了较为广泛的应用。李伟等人做过生物降解材料对西蓝花保鲜性能的研究实验，一共分为三组，分别是用PLA薄膜包装、用PE薄膜包装以及无包装，后两组为对照组。实验是20℃±3℃温度下进行的，接近平常的温度，以此来确保实验数据的真实可靠性。研究结果表明：三组实验随着时间越来越长，西兰花的叶绿素、VC含量都减少了，但是用PLA包装组其含量明显比后两组含量高，而且后两组的过氧化物酶活性、对电导率高于PLA包装组。实验结果表明：PLA能保持西兰花的叶绿素、VC和可溶性固形物含量，从而减缓西兰花变黄的速度，并且还能够降低西兰花的过氧化物酶活性，另外，PLA的气体选择透过性有助于高CO2而低O2的贮藏环境最终地形成。这样一来，西兰花货期得以在有机物质的消耗降低的情况下延长[24]。PHA也广泛用于各种食品包装容器、生物降解食品包装薄膜等，但由于诸如PHA的阻隔性能较弱和韧性不够以及成本较高等方面的不足之处使得其实际的应用显得非常受限[25]。

作为包装材料另外一个很重要的性能就是材料的力学性能，我们在上文中提到：假如只是单纯一种生物降解材料，其性能往往存在很大的缺点，不适合直接使用。所以目前主要是将天然高分子材料及化学合成生物降解材料共混，从而来获取具有更好物理机械性能的材料[26]。在借助于超临界CO2的情况下，意大利的Coopbox公司将能够在冷鲜食品包装方面能够使用的PLA发泡餐盒予以制备了出来。而在使用了PLA复合材料的前提条件之下，日本绿色科学联盟有限公司将餐具样品予以制造了出来。目前，已有不少成熟共混材料用于食品包装，他们的安全性能都是通过食品安全规范准则的。

3.2 化妆品包装领域

除了金属和塑料之外，化妆品包装的最常见材料即为有诸多优点的玻璃。玻璃的阻隔性能非常好，耐腐蚀性也很好，但是易碎、质量重；金属具有较好的机械性能和良好的加工性能，但化学稳定性较差，容易被腐蚀；相对来说塑料价格低，又有质轻、易于加工等优点。因此，在化妆品的包装材料方面，玻璃得到的最广泛的应用。目前塑料在化妆品行业的市场份额已经超过70%。传统塑料产品垃圾会给环境造成很大的污染，如果在生产加工过程中再添加一些助剂来优化性能，那么在某种条件下助剂会与化妆品产生化学反应，不仅会污染化妆品，也会对人体造成危害。生物降解包装材料因具有生物降解的特性，研究者们非常看重它们作为化妆品包装方面广阔的发展前景。受限制于本身性质的特殊性，化妆品在包装方面除了要做到对消费者的吸引力必需非常强，在特殊要求方面也应该得到充分地满足。就现如今而言，生物降解材料的应用范围为乳膏、口红等化妆品的刚性包装[27]。

化妆品原料中有很多化学物质，存在不稳定性，因此其包装应该具有较高的稳定性和安全性能。PLA材料来源广，价格较低，加工性能也比较好，是目前在化妆品包装领域应用最多的生物降解材料。因为很多化妆品都是乳液状或者膏状，因此，就PLA而言，若是对其阻隔的性能方面要求是特别高的，则所需要做到的即为对其相应的阻隔方面性能加以改善，比如加入无机添加剂等方法。另外一点就是虽然PLA刚性好，作为化妆品的刚性包装很合适，但是由于其脆性大，因此需要降低其脆性，添加增塑剂可以使PLA的玻璃化温度降低，从而使材料的韧性提高，达到降低脆性的效果。PLA材料的性能改善也可以通过纳米技术来实现。现如今，这已经是研究的热点的。在PLA里面，若是把纳米TiO2和纳米BaSO4以及纳米CaCO3添加进去，是能够做到对材料的力学性能加以改善的。与此同时，这样的材料也可以起到成核剂的作用，以提高聚合的结晶[28]。食品包装相对化妆品包装来说要求更高一些。现如今，在食品包装的领域，纳米材料尚且无法投入使用。不过，上述的纳米复合材料在欧洲FP7 BioBeauty项目方面早已经通过了。该材料可用于化妆品领域的测试[27]，该项目研究表明纳米材料用于化妆品包装是安全的，并且满足相关法规要求。虽然的PLA价格比PHA低很多，而且PLA的生产规模更大，但是PHA在环境中降解的可能性更大，生物降解性能非常好，对降解条件要求很低，在有氧或无氧条件下都可以被降解，这可以缓解化妆品包装回收利用较难的问题，因此也更适用于作化妆品的包装。但是目前关于PHA用作包装时的耐久性和保质期方面的研究工作的资料并不多，因此，对其研究仍在进行之中。可以预料的是：在以后的化妆品方面，PHA必将成为特别理想的包装材料[27]。

关于生物降解材料用于化妆品的研究正在进行中，此类材料的应用可以解决因化妆品成分的特殊性而难以回收利用其包装的问题。对材料改性的方法研究也越来越多，纳米技术是其中之一，纳米技术可以显著的提升材料性能，通过共混等方法也可以，加入的助剂不同，对材料的性能影响也有所不同，可以通过控制量的加入，观察什么时候能够达到最优性能。生物降解材料相对传统塑料而言，对环境的污染显而易见的更小，具有很好的发展前景，同时这与国家政策的支持与人们环保意识的提高也有很大的关系。

　4生物降解包装材料的发展前景

生物降解材料在环境保护方面有很大的意义，对社会也有巨大的价值，是人类社会可持续发展的一种必然选择。因此，生物降解包装材的研究开发是全社会共同的工作与目标。虽然从目前的发展趋势来看，生物降解塑料具有非常光明的发展前景。但同时也面临着巨大的挑战，还存在许多需要解决的问题，如材料的使用性能、降解性能、力学性能、成本等方面的问题。近年来，相关科研人员一直致力于解决上述生物降解包装材料在推广使用过程中的问题。

材料的研究开发工作可能需要将重点放在以下几方面：第一，提高材料的性能，可以通多对降解材料进行改性，如添加增塑剂、引发剂等或者与其他材料共聚或共混的方法，这些都可以改善材料的性能，但是需要保证在不破坏其降解性能的前提下；第二，降低材料的成本，可以通过改善合成工艺，简化合成路线入手，也可以加快推进材料实现大规模生产，形成产业链，扩大应用范围；第三，弄清生物降解包装材料的降解机理，研究降解速度的可控性问题，可以研究新的合成方法合成结构新颖的材料；第四，需要建立一个统一的评估方法来评价生物降解材料的性能，主要包括材料的基本性能和力学性能。

　5结语

当今世界的共同目标是环境保护和资源的可持续发展，人们的环保意识越来越强，充分认识到保护地球就是保护我们自己。建设绿色家园，少用“白色污染”的塑料产品，同时需要不断研究与开发生物降解材料，使其应用于更多的包装领域。开发生物降解包装材料，可以解决传统塑料难以降解的问题，同时又能够在一定程度上缓解目前石油资源短缺的问题，生物降解包装材料是实现塑料包装可持续循环的重要环节，是社会发展的必然要求，是可持续发展战略的重要组成部分。

　致谢

特别感谢我的论文指导老师，老师在我写论文全程包括从选题一直到终稿都给予我细心的指导与帮助，给我指出论文存在的问题，耐心的指导，使我顺利完成论文的书写，非常感谢老师的帮助。感谢专业课老师们的教导，让我有足够的专业基础来完成我的论文，同时也感谢父母和同学的鼓励与帮助，他们的鼓励与帮助让我能够认真的学习，顺利完成学业。最后，感谢这次答辩工作之中付出艰辛劳动的敬业的专家和学者们。

参考文献：

【1】高学文. 生物降解包装材料的技术现状及发展趋势研究[J]. 绿色包装，2016(02): 32-38+46.

【2】陈琦. 淀粉基生物降解塑料的制备及其性能研究[D]. 郑州大学，2019.

【3】刘群，张玉苍. 改性淀粉基生物降解塑料的研究进展[J]. 化工进展，2020，39(08): 3124-3134.

【4】郭斌，韩梓军，薛灿等. 当今世界淀粉塑料行业的发展现状——北美[J]. 塑料科技，2018，46(03): 140-143.