李夢燁，張媛，朱磊，李蘋

（北京印刷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，北京 102600）

聚乳酸在快遞包裝應(yīng)用中的可行性研究

李夢燁，張媛，朱磊，李蘋

（北京印刷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，北京 102600）

快遞包裝物料分為紙包裝和塑料包裝兩大類，其中對環(huán)境影響較大的是塑料袋、內(nèi)部緩沖物、封箱使用的膠帶和編織袋等塑料制品。聚乳酸（PLA）作為公認(rèn)的環(huán)保型包裝材料，具有優(yōu)良的性能和巨大的市場價值，有望成為取代傳統(tǒng)的石油基樹脂的新一代綠色環(huán)保高分子材料，被產(chǎn)業(yè)界定為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的新型包裝材料。在此從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面對PLA是否可以在快遞包裝中替代傳統(tǒng)塑料進(jìn)行可行性研究，并給出相應(yīng)的結(jié)論。

快遞包裝；可降解塑料；改性聚乳酸材料；綠色環(huán)保

快遞業(yè)是近年來我國發(fā)展最迅速的行業(yè)之一[1]，由于網(wǎng)購和電商的崛起，近五年，快遞業(yè)的業(yè)務(wù)量以每年50%的速度高速增長。與此同時，快遞企業(yè)為確保物品的安全，滿足快遞運(yùn)輸條件，使用了大量的包裝材料。根據(jù)課題組撰寫的《中國快遞領(lǐng)域綠色包裝發(fā)展趨勢報告》，傳統(tǒng)快遞包裝物料分為快遞運(yùn)單、塑料編織袋、塑料袋、封套、包裝箱、膠帶、內(nèi)部緩沖物等七大類，其中塑料制品的消耗量驚人，以塑料袋為例，近三年的平均基本數(shù)量使用情況約為70億個/年。

1 目前快遞塑料包裝存在的主要問題

1.1 快遞塑料包裝基本不可降解

對環(huán)境造成污染的快遞塑料制品主要是塑料袋、內(nèi)部緩沖物、封箱使用的膠帶和編織袋等塑料制品，這些材料大部分無法循環(huán)利用。

塑料袋和編織袋主要是由PE、PP等材料制成。由于我國尚未建立有效的垃圾回收機(jī)制，因此廢棄的塑料袋和編織袋，大多被填埋或是焚燒處理。填埋對土地危害較大，而塑料制品焚燒不充分，會產(chǎn)生二噁英等有毒、有害物質(zhì)，對人體健康危害極大。

內(nèi)部緩沖物一般是泡沫塑料、充氣塑料袋。它是非顯性的塑料污染源，由于其通常被放置在快件的內(nèi)部，所以并未引起太多關(guān)注。實(shí)際上，由于大多數(shù)商家或快遞網(wǎng)點(diǎn)為確保商品的安全，在紙盒、紙箱等包裝內(nèi)填充大量的塑料、泡沫墊。這不僅是過度包裝的問題，不可降解的塑料制品同時也帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。

封箱使用的膠帶是不可降解、不可回收的，與紙箱一同使用。一般來說，紙箱是可以回收的，但是快遞包裝箱上纏繞數(shù)層的膠帶降低了廢品回收商對紙箱的回收量，造成極大浪費(fèi)和污染。

1.2 快遞塑料包裝可能含有有毒有害物質(zhì)

市場上的快遞塑料袋雖有全新料生產(chǎn)的包裝袋，但大部分都是混合回料生產(chǎn)。其中存在非法采用醫(yī)療垃圾、生活垃圾、化工材料制作的回料生產(chǎn)劣質(zhì)塑料袋的現(xiàn)象。

由于大多數(shù)快遞企業(yè)采用的是加盟制的經(jīng)營模式，基層網(wǎng)點(diǎn)的包裝材料大多都是其自行采購，企業(yè)總部很難及時、有效對其進(jìn)行監(jiān)管，因此劣質(zhì)包裝材料的采購一般發(fā)生在基層加盟網(wǎng)點(diǎn)。這類劣質(zhì)包裝材料價格相對便宜，但殘留了大量的塑化劑、阻燃劑等有毒、有害物質(zhì)，存在刺鼻氣味，對人體和環(huán)境都有很大的危害。

1.3 快遞塑料包裝檢驗(yàn)檢測方法不夠健全

目前，與快遞相關(guān)的國標(biāo)只有GB/T 16606《快遞封裝用品》，標(biāo)準(zhǔn)不完善，相關(guān)檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)也不健全?？爝f包裝質(zhì)量安全的衡量沒有一個可以參考的標(biāo)準(zhǔn)。與一般包裝材料不同，快遞包裝已經(jīng)深入到人們的生活，與人體大量接觸，因此快遞包裝材料的有毒有害物質(zhì)限量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于一般物流包裝或產(chǎn)品包裝的標(biāo)準(zhǔn)，同時考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)際使用情況，也應(yīng)低于食品包裝的有毒有害物標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 快遞塑料包裝減量化設(shè)計不到位

大多商家，不論是快遞網(wǎng)點(diǎn)還是電商，出于對商品的保護(hù)，采用多層紙箱嵌套，大量緩沖包裝材料填充，多層膠帶纏繞，極大地浪費(fèi)包裝材料。從包裝減量化的角度來看，電商應(yīng)從供應(yīng)鏈管理角度，嚴(yán)控上游產(chǎn)品的包裝生產(chǎn)質(zhì)量，符合當(dāng)前物流運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，減少物流企業(yè)對寄遞物品的再包裝。

2 聚乳酸的生產(chǎn)途徑與改性

PLA是一種具有優(yōu)良生物降解性、生物相容性和生物可吸收性的綠色環(huán)保材料。它被認(rèn)為是一次性石油基塑料包裝材料的主要替代物。PLA的原料是乳酸，可由富含淀粉、糖類的玉米、木薯、甘蔗、谷物秸稈等物質(zhì)發(fā)酵、聚合而來，如圖1所示。

圖1 PLA的循環(huán)過程

2.1 PLA的合成

PLA主要有兩種合成方法：直接縮聚法（PC法）和開環(huán)聚合法（ROP法）。

直接縮聚法也稱一步聚合法，就是將乳酸單體直接聚合。它的特點(diǎn)是操作簡單、成本低；但是反應(yīng)條件要求高，反應(yīng)時間長、副產(chǎn)物水難以及時排除，產(chǎn)物相對分子質(zhì)量低，分布寬，沖線性能差[2]。

開環(huán)聚合法也叫兩步法，是先將乳酸脫水聚合成丙交酯，然后催化丙交酯開環(huán)聚合成聚乳酸。此法可以得到高相對分子質(zhì)量的聚乳酸，機(jī)械強(qiáng)度高，但生產(chǎn)效率相對較低，是目前工業(yè)化生產(chǎn)最主要的工藝路線[3]。

2.2 PLA的改性

雖然PLA是目前最具發(fā)展前景的一類生物可降解塑料，但其斷裂伸長率低、強(qiáng)度低、脆性大、不耐熱、成本高等缺點(diǎn)，限制了其使用范圍[4]。所以，必須對PLA進(jìn)行改性，以擴(kuò)大其使用范圍，滿足市場需求。

PLA的改性方法包括物理改性和化學(xué)改性。物理改性主要是通過物理方法降低其成本、增加材料的塑性等，可分為共混改性、增塑改性和復(fù)合改性?；瘜W(xué)改性主要是通過改變PLA大分子或表面結(jié)構(gòu)來改善其脆性、疏水性、降解速度等，可分為共聚改性和共混改性[5]。

雖然與傳統(tǒng)的石油基樹脂相比，PLA仍有許多不足，但是隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，改性后的PLA已可以和PE、PP、PET等相抗衡，表1是某品牌PLA膜袋與PE膜袋的部分物理性能對比。

3 快遞用包裝袋的技術(shù)指標(biāo)與改性PLA材料性能對比

研究改性后PLA材料能否用于快遞塑料制品，必然要將其相關(guān)性能與國標(biāo)中的技術(shù)指標(biāo)相對比。在GB/T 16606.3-2009《快遞封裝用品 第3部分：包裝袋》中，對塑料薄膜類材料技術(shù)指標(biāo)分為厚度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、直角撕裂力、粘合向拉斷力、抗擺錘沖擊能、透光率和溶劑殘留量等，其中對每一項(xiàng)的檢測方法也有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

常見的幾種改性PLA材料主要有：PLA/PBAT材料、淀粉填充PLA包裝薄膜、PBS/PLA薄膜等。將這幾種材料的幾種主要性能對比如表2，可以看出，純PLA材料斷裂伸長率低、脆性大；經(jīng)過改性后的PLA材料，斷裂伸長率有顯著提高，撕裂強(qiáng)度也有改善，是可以滿足國標(biāo)對快遞塑料薄膜類材料的技術(shù)指標(biāo)的。

4 聚乳酸應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性

PLA的推廣，亟待解決的就是成本問題。一般情況下，其價格比傳統(tǒng)塑料要高50%～200%。以塑料袋為例，PLA的密度是1.24g/ml，PE和PP的密度是0.9g/ml，達(dá)到同樣的強(qiáng)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塑料貴1倍以上[6]。例如，常見的中等尺寸（38mm×52mm）的快遞袋，普通快遞袋的價格是0.15元/個左右，環(huán)?？爝f袋的價格為0.5元/個左右，價格上浮3倍左右。

表1 市場上某品牌PLA膜袋與其他PE膜袋部分物理性能參數(shù)對照

從全國來看，目前生產(chǎn)PLA塑料的企業(yè)數(shù)量有限，如表3所示。PLA塑料的市場價格在1.6～1.9萬元/噸，產(chǎn)能也不太大，生產(chǎn)PLA材料的性能也還有提高。

解決環(huán)保材料成本問題需要各方共同合作，以國內(nèi)第一在省級范圍內(nèi)全面“禁塑”的省份——吉林為例，吉林省作為全國的先行試點(diǎn)示范省份，享受國家相關(guān)政策補(bǔ)貼，同時在地方政府、科研院所、企業(yè)等各方的共同努力下，長春經(jīng)開區(qū)抓住“禁塑令”提供的發(fā)展聚乳酸生物制造產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略機(jī)遇，謀劃、設(shè)計、建設(shè)了全中國、全世界第一個生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地，同時通過建立健全生物質(zhì)原料收儲、生產(chǎn)制造、市場消費(fèi)、技術(shù)創(chuàng)新、政策扶持五大支撐體系來促進(jìn)以聚乳酸為核心的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，收到了好的效果。

表2 純PLA及改性后PLA與GB/T 16606.3-2009塑料薄膜類材料技術(shù)指標(biāo)的對比

5 可行性分析

隨著快遞業(yè)的迅猛發(fā)展，在其給人們的生活帶來極大便捷的同時，用量陡增的快遞包裝也帶來了巨大的環(huán)境問題。因此，如何減少快遞包裝垃圾、推動快遞行業(yè)綠色化發(fā)展就成為全社會亟待解決的問題，而PLA作為最具發(fā)展前景的一類生物可降解塑料，無疑成為制作可替代普通塑料袋的環(huán)?？爝f袋的首選原料。

表3 國內(nèi)生物降解塑料PLA生產(chǎn)企業(yè)及其生產(chǎn)能力[6,7]

由此看來，若在快遞行業(yè)推行PLA環(huán)保材料，主要應(yīng)從以下幾點(diǎn)著手：

技術(shù)方面，企業(yè)可與高校、科研院所等合作繼續(xù)加大對改性PLA的研發(fā)力度；

經(jīng)濟(jì)方面，應(yīng)扶持上游關(guān)鍵材料的生產(chǎn)，通過規(guī)模效應(yīng)降低上游關(guān)鍵材料的成本；

政策方面，公益基金會、企業(yè)等應(yīng)加大對環(huán)保包材的宣傳力度，積極引導(dǎo)賣家，設(shè)立相應(yīng)的鼓勵機(jī)制，消費(fèi)者等使用環(huán)保包材。

[1] 崔惠，張青.淺析我國快遞商品綠色物流包裝問題[J].物流商論,2016(7)：085-086.

[2] 陳連喜，戴翀，王鈞．一步法合成聚乳酸的研究［J］．化學(xué)與生物工程，2005（7）：17-18.

[3] 范兆乾.聚乳酸（PLA）合成與改性的研究進(jìn)展［J］.河南化工，2011（8）：21-24.

[4] 呂閃閃，曹軍，譚海彥，等．木粉含量對木粉－淀粉／聚乳酸復(fù)合材料性能的影響［J］．復(fù)合材料學(xué)報，2015，32（2）：347-354．

[5] 夏亞棟.綠色包裝材料PLA（聚乳酸）[J].上海包裝，2016（2）：39-41.

[6] 錢伯章.國內(nèi)聚乳酸的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展[J].橡膠資源利用，2012（4）：32-39.

[7] 陸海旭.生物可降解塑料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].化學(xué)工業(yè)，2016，34（3）：7-14.

Feasibility Study on PLA in Express Packaging Application

LI Meng-ye, ZHANG Yuan, ZHU Lei, LI Ping

Express packaging materials are divided into two major categories of paper packaging and plastic packaging, of which the greater impact on the environment is plastic packaging bags, internal buffer, sealing tape and woven bags and other plastic products. PLA as environmentally friendly packaging material recognized, with excellent performance and great market value, is expected to become a new generation of central green polymer material to replace petroleum resin and it is def i ned as new packaging materials in twenty-f i rst century the most promising by the traditional industry. From the technical, economic and other aspects, the feasibility of PLA in express packaging application instead of traditional plastics is studied, and the corresponding conclusions are given.

express packaging; degradable plastics; modified PLA material; green environmental protection

TQ320.1

A

1400 (2017) 11-0037-05

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.11.002

綠色包裝應(yīng)用與試點(diǎn)研究（20160001）

李夢燁(1993- )，女(漢族)，河南寶豐人，北京印刷學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)槲锪飨到y(tǒng)安全與信息化技術(shù)。

朱磊(1982- )，男（漢族），安徽六安人，北京印刷學(xué)院講師，博士，研究方向?yàn)榭爝f物流技術(shù)與綠色包裝，郵箱地址：zhulei@bigc.edu.cn。