陶強(qiáng)，吳雄杰，朱東波，程勁松，高龍美，儲(chǔ)雨，鄭品，許磊

淀粉基塑料購(gòu)物袋性能表征研究

陶強(qiáng)1,2，吳雄杰1,2，朱東波1,2，程勁松1,2，高龍美1,2，儲(chǔ)雨1,2，鄭品1,2，許磊1,2

（1.安徽省功能高分子材料分析研究有限公司，安徽 桐城，231400；2.國(guó)家高分子材料質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（安徽），安徽 桐城，231400）

通過對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋的理化性能表征，了解淀粉基塑料購(gòu)物袋使用特性，為改善淀粉基塑料購(gòu)物袋使用性能提供一些理論依據(jù)。采用熱重分析（TG）、熱機(jī)械分析（TMA）等手段對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋的淀粉含量及耐熱性能進(jìn)行分析，借助電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋的力學(xué)性能進(jìn)行分析，以及利用霉菌培養(yǎng)、總遷移行為探究等方法對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋霉變程度、衛(wèi)生性能進(jìn)行分析。樣品A、B、C淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15.72%、23.97%、30.36%，耐熱性能比傳統(tǒng)PE塑料袋要低；淀粉基塑料購(gòu)物袋的拉伸強(qiáng)度隨淀粉含量的增大而減小，斷裂伸長(zhǎng)率隨淀粉含量的增加而增加，總遷移量結(jié)果隨淀粉含量增加而增大，但經(jīng)三氯甲烷處理后均低于限量要求；淀粉基塑料購(gòu)物袋不適宜盛裝酸性和低乙醇類食品。通過對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋深入研究，發(fā)現(xiàn)淀粉基塑料購(gòu)物袋在力學(xué)性能、總遷移量、霉變程度存在缺陷，望研究者們可以從這幾個(gè)方向入手，改善淀粉基塑料購(gòu)物袋的理化性能。

淀粉基塑料購(gòu)物袋；淀粉含量；耐熱性能；力學(xué)性能；霉變程度；總遷移量

我國(guó)是包裝材料制造大國(guó)，塑料包裝材料在整個(gè)包裝產(chǎn)業(yè)中占比近三分之一，2019年我國(guó)塑料加工制品高達(dá)8 184萬t[1]，到2020年我國(guó)合成樹脂總產(chǎn)量增加至10 355萬t，已逐漸成為世界塑料生產(chǎn)第一大國(guó)[2]。其中，塑料包裝材料因具有可塑性強(qiáng)、質(zhì)量輕、成本低等特點(diǎn)，被廣泛使用在食品包裝領(lǐng)域中[3-4]。聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酯（PET）這些傳統(tǒng)塑料被丟棄后很難在短時(shí)間內(nèi)降解，造成嚴(yán)重的“白色污染”。生物基塑料具備2個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：生物基塑料利用生物質(zhì)的可再生性，節(jié)約化石資源，并具有獨(dú)特的碳中和潛力；大部分生物基塑料具有可生物降解特性，能夠解決“白色污染”問題。隨著各國(guó)“禁塑政策”的實(shí)施與人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，生物基塑料替代傳統(tǒng)塑料已是大勢(shì)所趨[5]。在眾多生物基材料中，淀粉是除纖維素外的第二大可再生原料，淀粉基生物降解塑料因其來源廣泛、成本低廉、安全無毒成為近些年降解材料研究的熱點(diǎn)[6]。截止到目前，淀粉基塑料經(jīng)歷了三代的演變，從第一代的填充型淀粉塑料到第二代的共混型淀粉塑料以及第三代的全淀粉型塑料。這3類淀粉基塑料的演變特征主要是淀粉含量的逐漸增加以及生物降解性能不斷提升[7]。

研究人員通常將淀粉與聚酯或天然高分子材料等共混制備淀粉基可生物降解材料，目的是改善淀粉單體的機(jī)械強(qiáng)度、降低其吸水性以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍[8-10]。在“雙碳政策”、“綠色包裝政策”的引導(dǎo)下，淀粉基塑料的產(chǎn)量和質(zhì)量都取得了較大的提高，淀粉基塑料購(gòu)物袋在食品包裝塑料領(lǐng)域幾乎替代了傳統(tǒng)塑料購(gòu)物袋。2019年我國(guó)將生物基塑料列入鼓勵(lì)類產(chǎn)業(yè)目錄，2022年“安徽省十四五規(guī)劃”中明確表示將大力發(fā)展具有特色優(yōu)勢(shì)的生物基新材料，這一系列的政策表明我國(guó)對(duì)生物基塑料需求保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)勢(shì)頭。據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示[11]，到2022年全球生物基塑料產(chǎn)能約244萬t，歐美是主要的使用市場(chǎng)，而亞洲將是未來生物降解材料使用的主要增長(zhǎng)區(qū)。

淀粉基塑料購(gòu)物袋作為淀粉基塑料衍生產(chǎn)品之一，主要是將淀粉作為填充材料，與PE或PP等材料共混制作塑料購(gòu)物袋[12]，其極大地解決了因傳統(tǒng)塑料難降解造成環(huán)境污染的問題。但淀粉分子間與分子內(nèi)存在較強(qiáng)的氫鍵，不易加工；其分子鏈上存在大量的羥基且分子鏈間極易生成雙螺旋結(jié)構(gòu)，容易吸收水份，對(duì)力學(xué)性能影響較大[13]，所以一般會(huì)加入增塑劑[14-15]、交聯(lián)劑[16-17]、無機(jī)物[18-19]或活性物質(zhì)[20-21]提高復(fù)合膜的性能。當(dāng)?shù)矸刍芰腺?gòu)物袋與食品接觸時(shí)，這些有意或者生產(chǎn)中無意帶入的有毒有害物質(zhì)也會(huì)造成食品安全風(fēng)險(xiǎn)[22]。目前，我國(guó)關(guān)于淀粉基塑料購(gòu)物袋的安全性研究報(bào)道較少，導(dǎo)致市售的產(chǎn)品使用范圍受限，因此，文中主要基于淀粉基塑料購(gòu)物袋為研究對(duì)象，全面探究淀粉基塑料購(gòu)物袋的淀粉含量、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、霉變程度以及總遷移特性，為淀粉基塑料購(gòu)物袋改性提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

主要材料：淀粉基塑料購(gòu)物袋A、B、C（批發(fā)市場(chǎng)隨機(jī)購(gòu)買）；冰乙酸（優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；乙醇（優(yōu)級(jí)純，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；三氯甲烷（優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；實(shí)驗(yàn)用水（艾科浦超純水機(jī)制備的三級(jí)水）。

主要儀器：Pyris 1熱重分析儀，美國(guó)PerkinElmer公司；TAM4000 熱機(jī)械分析儀，美國(guó)PerkinElmer公司；Proline電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)Zwick公司；ES–050熱恒溫水浴鍋，山東博科歐萊博公司；CS101–1EB 電熱鼓風(fēng)干燥箱，重慶英博實(shí)驗(yàn)儀器公司；uni Bloc AuY220電子分析天平，日本島津公司；KK/HWS–100恒溫恒濕試驗(yàn)箱，上?？瓶显囼?yàn)設(shè)備有限公司；YXQ–LS–50SII型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；FW–80型高速萬能粉碎機(jī)，天津泰勒特科技有限公司；SPX–250B–Z型生化培養(yǎng)箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 性能表征

1.2.1 淀粉含量測(cè)定

參考QB/T 2957—2008測(cè)定3種淀粉基塑料購(gòu)物袋的淀粉含量，氮?dú)饬髁繛?0 mL/min，用電子天平稱取適量淀粉標(biāo)樣（精確到0.1 mg）放入熱重分析儀的坩堝內(nèi)，以20 ℃/min的速率勻速?gòu)氖覝厣?05 ℃，恒溫5 min后降至室溫，用熱天平稱量初始質(zhì)量為m，以20 ℃/min的速率勻速?gòu)氖覝厣?00 ℃，記錄外推始點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)質(zhì)量A，外推終點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)質(zhì)量B；淀粉基塑料購(gòu)物袋測(cè)定重復(fù)上面2個(gè)步驟，記錄初始質(zhì)量s1，外推始點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)質(zhì)量A1，外推終點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)質(zhì)量B1，按式（1）計(jì)算出淀粉含量。

1.2.2 耐熱性能測(cè)試

耐熱性能參考美國(guó)材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1525–07進(jìn)行測(cè)試，由于TMA4000位移測(cè)量精度較高（0.000 1 mm），所以采用單層樣品（平均厚度約0.025 mm）進(jìn)行維卡軟化點(diǎn)測(cè)試，具體步驟：將樣裁剪成5 mm×5 mm的正方形薄膜放入夾具上，使用直徑為1.12 mm平頭探針，施加0.05 N的力，采用壓縮模式，以20 ℃/min速率升溫至130 ℃，記錄曲線，以探針下降至0.01 mm處記為維卡軟化點(diǎn)溫度。維卡軟化點(diǎn)溫度指的是無定形聚合物開始變軟時(shí)的溫度，表示塑料在瞬時(shí)高溫下保持形狀的能力，主要表征塑料的耐熱等級(jí)。

1.2.3 力學(xué)性能測(cè)試

使用Proline電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量淀粉基塑料購(gòu)物袋的拉伸強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率，試樣放在溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為60%環(huán)境中調(diào)節(jié)24 h后進(jìn)行測(cè)試。

1.2.4 霉變程度測(cè)試

霉菌測(cè)定主要參考國(guó)標(biāo)GB 4789.15—2016，將放置45 d后的淀粉基塑料購(gòu)物袋冷凍粉碎，稱取0.5 g粉末于50 mL無菌離心管中，加入10 mL無菌生理鹽水，震蕩渦旋1 min。吸取1 mL樣品原液于表面皿內(nèi)，每個(gè)表面皿中加入約20 mL馬鈴薯葡萄糖瓊脂。另外分別取1 mL無菌生理鹽水加入表面皿中，作為空白對(duì)照。瓊脂凝固后，置于28 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d。

1.2.5 總遷移行為研究

對(duì)于已標(biāo)明食品接觸條件的樣品，按照GB/T 31604.1—2015選擇合適的模擬物和浸泡條件，并按GB/T 31604.8—2016中5.5.1進(jìn)行總遷移行為的研究；對(duì)于未標(biāo)明食品接觸條件的樣品，選擇4%乙酸（體積分?jǐn)?shù)）、20%乙醇（體積分?jǐn)?shù)）、95%乙醇（體積分?jǐn)?shù)）等模擬液，70 ℃浸泡2 h條件進(jìn)行總遷移行為的研究；進(jìn)一步對(duì)樣品的蒸發(fā)殘?jiān)碐B/T 31604.8—2016中5.5.2測(cè)定三氯甲烷提取物，最終總遷移量的結(jié)果以三氯甲烷提取物測(cè)定的結(jié)果計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉基塑料購(gòu)物袋表征

2.1.1 熱重分析

文中研究過程中，采用熱重分析儀對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋的淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，如圖1所示是TG–DTG曲線。從圖1熱重分析曲線可以看出，樣品A與B在起始階段沒有發(fā)生重量明顯下降的情況，說明樣品A與B所含水分以及易揮發(fā)的小分子有機(jī)物很少；而樣品C在100 ℃附近質(zhì)量損失率達(dá)到了一個(gè)峰值，但在116 ℃附近曲線開始趨于平緩，造成這一現(xiàn)象的原因可能是樣品C中水分含量較高，隨著溫度的升高，水分開始蒸發(fā)，導(dǎo)致質(zhì)量顯著下降。從第1階段淀粉分解的臺(tái)階看，樣品A、B、C的淀粉含量逐漸增多，但質(zhì)量損失率在351 ℃附近幾乎達(dá)到了最大值，表明淀粉含量的多少對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋的熱穩(wěn)定性沒有影響。根據(jù)式（1）計(jì)算，可以得出樣品A中的淀粉含量為15.72%，樣品B中的淀粉含量為23.97%，樣品C中的淀粉含量為30.36%，結(jié)果見表1。淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算結(jié)果表明隨機(jī)購(gòu)買的淀粉基塑料購(gòu)物袋都符合QB/T 4012—2010的要求（淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥15%）。為了驗(yàn)證樣品C起始段熱重曲線明顯下降的分析結(jié)果，將樣品C按照SH/T 1770—2010測(cè)試其水分含量，計(jì)算的結(jié)果為2.05%，與熱重曲線上得出的結(jié)果基本一致。

2.1.2 耐熱性能分析

考慮到淀粉基塑料購(gòu)物袋可能會(huì)裝入溫度較高的食品，有必要探究其耐熱性能，避免高溫導(dǎo)致購(gòu)物袋發(fā)生熱變形以及有毒有害物質(zhì)遷移到食品中。以傳統(tǒng)PE塑料購(gòu)物袋為對(duì)照組，采用熱機(jī)械分析儀分別測(cè)試樣品A、B、C的軟化點(diǎn)，探究淀粉基塑料購(gòu)物袋的最高使用溫度。

圖2為4組樣品熱穩(wěn)定性能的曲線圖，從圖2中可以看出傳統(tǒng)PE材質(zhì)的購(gòu)物袋維卡軟化點(diǎn)為129.54 ℃，明顯比淀粉基塑料購(gòu)物袋的軟化點(diǎn)高；其次，從圖中曲線趨勢(shì)可以看出PE塑料購(gòu)物袋達(dá)到維卡軟化點(diǎn)時(shí)，隨著溫度的升高位移發(fā)生斷崖式下降，而淀粉基塑料購(gòu)物袋位移則以一定的坡度下降，說明淀粉基塑料袋在受熱時(shí)產(chǎn)生的熱變形過程比較緩慢。從圖中可知，樣品A、B、C維卡軟化點(diǎn)分別為116.75、112.82、122.67 ℃，說明淀粉基塑料袋中摻雜少量淀粉時(shí)會(huì)造成維卡軟化點(diǎn)溫度的下降，當(dāng)?shù)矸蹞诫s量繼續(xù)增加時(shí)，維卡軟化點(diǎn)又開始增大，分析原因可能是淀粉基塑料購(gòu)物袋中摻雜了淀粉顆粒，使其無定形區(qū)域增多[23]，導(dǎo)致樣品A維卡軟化溫度低于PE塑料購(gòu)物袋；隨著淀粉含量增加，PE分子無定形區(qū)域進(jìn)一步增加，樣品B維卡軟化溫度再次出現(xiàn)下降；當(dāng)?shù)矸蹞诫s量達(dá)到30.36%時(shí)，淀粉顆粒較好地包裹在PE分子鏈周圍，阻擋了部分熱量傳導(dǎo)，從而使樣品C維卡軟化溫度升高。最后，從圖2結(jié)果綜合分析可知，雖然淀粉基塑料購(gòu)物袋比傳統(tǒng)PE購(gòu)物袋耐熱性能要差，但足以滿足日常的生活使用。

圖1 4組樣品TG–DTG曲線圖

表1 3組樣品淀粉含量結(jié)果

Tab.1 Results of starch content in 3 groups of samples

圖2 4組樣品的熱機(jī)械分析曲線

2.1.3 拉伸性能分析

PE、A、B、C 4組樣品的拉伸強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率曲線圖見圖3。從圖3中可以看出PE塑料購(gòu)物袋拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于淀粉基塑料購(gòu)物袋，淀粉基塑料購(gòu)物袋拉伸強(qiáng)度隨淀粉含量的增加，其拉伸強(qiáng)度逐漸下降，造成這一現(xiàn)象可能是“海–島結(jié)構(gòu)效應(yīng)”，在外力作用下基體樹脂從填充料淀粉顆粒表面被拉開，導(dǎo)致承受外力表面積減少，所以拉伸強(qiáng)度下降，其次，淀粉與基體樹脂間形成的新界面容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致相分離或離層現(xiàn)象。與淀粉基塑料購(gòu)物袋相比，PE購(gòu)物袋斷裂伸長(zhǎng)率只有345.58%，而樣品A的斷裂伸長(zhǎng)率為425.00%，樣品B、C斷裂伸長(zhǎng)率更是高達(dá)686.64%、784.48%，接近PE購(gòu)物袋的2倍左右，表明了淀粉基塑料購(gòu)物袋在裝入一定質(zhì)量的物品時(shí)容易產(chǎn)生拉伸變形。從拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)分析，說明淀粉基塑料購(gòu)物袋力學(xué)性能要低于PE塑料購(gòu)物袋力學(xué)性能，并且隨著淀粉含量的增加，力學(xué)性能下降明顯。

圖3 4組樣品的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率曲線

2.1.4 霉變程度分析

淀粉基塑料購(gòu)物袋由于其淀粉自身具有高吸濕性、易被微生物污染等因素，所以在長(zhǎng)時(shí)間存放過程中其表面極有可能會(huì)發(fā)生霉變[24]，影響其使用性能。當(dāng)用這類購(gòu)物袋直接裝食品時(shí)，會(huì)間接污染食品，影響人們的身體健康。為了探究淀粉基塑料購(gòu)物袋發(fā)生霉變的風(fēng)險(xiǎn)，將樣品A、B、C在相對(duì)濕度大于80%，溫度為36 ℃條件下放置45 d后測(cè)菌落結(jié)果，并將PE塑料購(gòu)物袋作為對(duì)照組，命名為D，放入相同條件下45 d測(cè)試菌落結(jié)果。

圖4為樣品A、B、C以及對(duì)照組D在相對(duì)濕度大于80%、溫度為36 ℃條件下放置45 d后菌落的測(cè)試結(jié)果圖。從圖4中可知，樣品A、B以及對(duì)照組D在相對(duì)濕度大于80%，溫度為36 ℃條件下放置45 d，表面均未發(fā)現(xiàn)微生物生長(zhǎng)，但在45 d后樣品C上有少量微生物菌群，說明淀粉基塑料購(gòu)物袋在一定環(huán)境條件下有發(fā)生霉變的風(fēng)險(xiǎn)。霉菌在生長(zhǎng)繁殖過程中，可能會(huì)產(chǎn)生微量的毒素，這些霉菌與霉菌毒素會(huì)污染食品[25-26]，所以淀粉基塑料購(gòu)物袋在使用過程中滋生細(xì)菌發(fā)生霉變引起了人們的重視，因此，無論是制造商還是消費(fèi)者在儲(chǔ)存淀粉基塑料購(gòu)物袋時(shí)，要盡量保證環(huán)境的干燥，避免其發(fā)生霉變。

圖4 4組樣品菌落在馬鈴薯葡萄瓊脂平板生長(zhǎng)情況

2.2 淀粉基塑料購(gòu)物袋總遷移行為分析

由于淀粉與PE或PP共混時(shí)相容性較差，為了改善其性能往往會(huì)加入一些添加劑或助劑，這些化學(xué)試劑連同聚合物單體、低聚物、大分子降解產(chǎn)物等在與食品接觸過程中會(huì)遷移到食品中，總遷移量數(shù)值越大，說明遷移到模擬物中有毒有害物質(zhì)越多，對(duì)人們的健康危害越嚴(yán)重。通過對(duì)總遷移量的研究，能夠快速篩選出不合格產(chǎn)品，為監(jiān)督管理部門以及產(chǎn)品質(zhì)量控制提供理論指導(dǎo)。

2.2.1 總遷移量直接檢驗(yàn)結(jié)果分析

圖5為樣品A、B、C總遷移量直接檢驗(yàn)的結(jié)果圖。從圖5中可以看出，樣品A與樣品B總遷移量結(jié)果均未超過限量要求，但樣品C在4%乙酸、20%乙醇2種模擬液中70 ℃條件下浸泡2 h總遷移量結(jié)果都遠(yuǎn)超限量要求。另外，3組樣品的總遷移量結(jié)果表現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)，在4%乙酸模擬液中最大，20%乙醇模擬液中次之，在95%乙醇模擬液中最小，分析原因可能是淀粉能在酸性模擬液中容易發(fā)生糊化，乙酸破壞了淀粉顆粒結(jié)構(gòu)[27-29]，導(dǎo)致總遷移量結(jié)果增大；在低乙醇模擬液中糊化效果較酸性模擬液差，所以總遷移量結(jié)果減小；而在高乙醇含量（體積分?jǐn)?shù)95%）模擬液中，淀粉糊化受阻，進(jìn)一步使總遷移量結(jié)果與4%乙酸、20%乙醇結(jié)果相比急劇減小，甚至低于限量要求。從圖5中還可以看出，隨著樣品淀粉含量的增加，其總遷移量結(jié)果也隨之增大，說明淀粉基塑料購(gòu)物袋中有害物質(zhì)隨淀粉含量的增加遷移到食品中的量也在增多。所以，在保證總遷量符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，適當(dāng)提高淀粉的摻雜量，以滿足降解性能需求。

圖5 3組樣品直接處理后總遷移量的檢驗(yàn)結(jié)果圖

2.2.2 經(jīng)三氯甲烷處理的總遷移量結(jié)果分析

圖6為用三氯甲烷處理后樣品A、B、C總遷移量的檢驗(yàn)結(jié)果圖。從圖6中可知，3組樣品經(jīng)三氯甲烷處理后其總遷移量結(jié)果都滿足限量要求，并且3種模擬液總遷移量結(jié)果都出現(xiàn)了下降，樣品A、B總遷移量結(jié)果下降不明顯，而樣品C在未經(jīng)三氯甲烷處理前總遷移量結(jié)果是不合格的，但在經(jīng)三氯甲烷處理后總遷移量結(jié)果不僅符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且遠(yuǎn)小于限量要求，說明三氯甲烷處理對(duì)低淀粉含量的淀粉基塑料購(gòu)物袋總遷移量的結(jié)果影響較小，對(duì)高淀粉含量的淀粉基塑料購(gòu)物袋總遷移量的結(jié)果影響較大。這也為淀粉基塑料購(gòu)物袋總遷移量標(biāo)準(zhǔn)修訂提供了參考依據(jù)：找到合適的淀粉含量臨界點(diǎn)，低于臨界值，則總遷移量結(jié)果直接計(jì)；高于臨界值，則總遷移量結(jié)果以三氯甲烷處理結(jié)果計(jì)。

圖6 3組樣品三氯甲烷處理后總遷移量的檢驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

通過對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋淀粉含量、耐熱性能、力學(xué)性能、霉變程度等指標(biāo)的全面研究分析可知，樣品A、B、C的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15.72%、23.97%、30.36%，符合QB/T 4012—2010《淀粉基塑料》中淀粉含量的要求；雖然淀粉基塑料袋的耐熱性能要低于傳統(tǒng)PE塑料袋，但其軟化點(diǎn)都在100 ℃以上，可以滿足日常使用的需求；從力學(xué)性能的研究中表明隨著樣品淀粉含量的增加，淀粉基塑料購(gòu)物袋的拉伸強(qiáng)度隨之下降，而斷裂伸長(zhǎng)率則出現(xiàn)了增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此在使用淀粉基塑料購(gòu)物袋時(shí)要避免裝入過重的物品，以防止物品過重導(dǎo)致購(gòu)物袋發(fā)生斷裂或變形；從霉變程度分析中說明淀粉基塑料購(gòu)物袋在潮濕環(huán)境中存在霉變的風(fēng)險(xiǎn)，因此淀粉基塑料購(gòu)物袋儲(chǔ)存時(shí)要放置在陰涼干燥的環(huán)境中，潮濕的環(huán)境可能會(huì)造成其表面發(fā)生霉變。

總遷移行為研究直觀、快速地反映了有毒有害物質(zhì)從淀粉基塑料購(gòu)物袋中遷移到食品中的量值大小，未經(jīng)三氯甲烷處理的樣品C在4%乙酸與20%乙醇模擬物中70 ℃條件下浸泡2 h總遷移量遠(yuǎn)超限量要求，經(jīng)三氯甲烷處理后樣品A、B、C總遷移量結(jié)果均出現(xiàn)下降，其中樣品C下降最為明顯，其結(jié)果已經(jīng)低于限量要求；從總遷移行為的研究結(jié)果變化趨勢(shì)中說明，淀粉基塑料購(gòu)物袋不適宜裝入酸性與低乙醇類食品。

通過對(duì)淀粉基塑料購(gòu)物袋基本理化性能表征研究，可以發(fā)現(xiàn)淀粉基塑料購(gòu)物袋在力學(xué)性能、總遷移量、霉變程度存在缺陷，可能會(huì)限制其使用范圍，因此，研究者們可以從提高斷裂強(qiáng)度、降低斷裂伸長(zhǎng)率、減小總遷移量、降低霉變風(fēng)險(xiǎn)等幾個(gè)方面入手，綜合改善淀粉基塑料購(gòu)物袋的使用局限性，使其既能實(shí)現(xiàn)降解的目的又能滿足與傳統(tǒng)PE塑料袋同樣的使用性能。

[1] 中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì). 中國(guó)塑料加工業(yè)2019年回顧與2020年展望[R]. 北京: 中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì), 2020.

China Plastics Processing Industry Association. 2019 Review and 2020 Prospect on Chinese Plastics Processing Industry[R]. Beijing: China Plastics Processing Industry Association, 2020.

[2] 曲巖松. “十四五”期間中國(guó)合成樹脂工業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J]. 中國(guó)塑料, 2022, 36(3): 140-145.

QU Yan-song. Opportunities and Challenges of China's Synthetic Resin Industry during the 14th Five-Year[J]. China Plastics, 2022, 36(3): 140-145.

[3] 王艷麗, 李玉坤, 支朝暉, 等. 淀粉基食品包裝材料的生命周期評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2021, 21(12): 277-282.

WANG Yan-li, LI Yu-kun, ZHI Chao-hui, et al. Comparative Life Cycle Assessment of Starch-Based Food Packaging Materials[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2021, 21(12): 277-282.

[4] BARNES S J. Understanding Plastics Pollution: The Role of Economic Development and Technological Research[J]. Environmental Pollution, 2019, 249: 812-821.

[5] 郭斌, 韓梓軍, 薛燦, 等. 當(dāng)今世界淀粉塑料行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀——北美[J]. 塑料科技, 2018, 46(3): 140-143.

GUO Bin, HAN Zi-jun, XUE Can, et al. Present Status of Starch Plastics Industry in North America[J]. Plastics Science and Technology, 2018, 46(3): 140-143.

[6] 陳啟杰, 周麗玲, 董徐芳, 等. 淀粉基膜的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 食品與機(jī)械, 2017, 33(3): 211-215.

CHEN Qi-jie, ZHOU Li-ling, DONG Xu-fang, et al. Research Progress on Preparation and Application of Starch-Based Films[J]. Food & Machinery, 2017, 33(3): 211-215.

[7] 金征宇, 王禹, 李曉曉, 等. 淀粉基生物可降解材料的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2019, 19(5): 1-7.

JIN Zheng-yu, WANG Yu, LI Xiao-xiao, et al. Research Progress on Starch-Based Biodegradable Materials[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2019, 19(5): 1-7.

[8] 韓國(guó)程, 郭蕊, 俞朝暉. 淀粉基生物降解薄膜材料的研究進(jìn)展[J]. 生物加工過程, 2019, 17(5): 460-465.

HAN Guo-cheng, GUO Rui, YU Zhao-hui. A Review on Biodegradable Starch-Based Films[J]. Chinese Journal of Bioprocess Engineering, 2019, 17(5): 460-465.

[9] 張曉曉, 黃麗婕, 陳杰, 等. 淀粉基食品包裝膜材料的研究進(jìn)展[J]. 包裝工程, 2018, 39(3): 83-88.

ZHANG Xiao-xiao, HUANG Li-jie, CHEN Jie, et al. Research Progress of Starch-Based Food Packaging Film[J]. Packaging Engineering, 2018, 39(3): 83-88.

[10] 申志翔, 陳復(fù)生, 宋小勇, 等. 淀粉基生物可降解材料的研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè), 2017, 38(11): 290-294.

SHEN Zhi-xiang, CHEN Fu-sheng, SONG Xiao-yong, et al. Research Progress of Biodegradable Starch Based Plastics[J]. The Food Industry, 2017, 38(11): 290-294.

[11] 李祖義. 生物塑料引領(lǐng)塑料產(chǎn)業(yè)新方向[J]. 工業(yè)微生物, 2019, 49(4): 56-63.

LI Zu-yi. Bioplastics Leading New Direction of Plastics Industry[J]. Industrial Microbiology, 2019, 49(4): 56-63.

[12] 何芃, 張欣濤, 黃建智. 淀粉填充聚乙烯塑料的降解性能研究[J]. 福建輕紡, 2013(3): 28-33.

HE Peng, ZHANG Xin-tao, HUANG Jian-zhi. Study on Degradability of Starch Filled Polyethylene Plastics[J]. The Light & Textile Industries of Fujian, 2013(3): 28-33.

[13] 王冬, 東為富. 全降解淀粉基塑料[J]. 塑料包裝, 2020, 30(4): 4-10.

WANG Dong, DONG Wei-fu. Fully Degradable Starch-Based Plastic[J]. Plastics Packaging, 2020, 30(4): 4-10.

[14] TALJA R A, et al. Effect of Various Polyols and Polyol Contents on Physical and Mechanical Properties of Potato Starch-Based Films[J]. Carbohydrate Polymers, 2007, 67(3): 288-295.

[15] ZHANG Ya-chuan, HAN J H. Crystallization of High-Amylose Starch by the Addition of Plasticizers at Low and Intermediate Concentrations[J]. Journal of Food Science, 2010, 75(1): 8-16.

[16] LEE Wan-jin, YOUN Y N, YUN Y H, et al. Physical Properties of Chemically Modified Starch(RS4)/PVA Blend Films—Part 1[J]. Journal of Polymers and the Environment, 2007, 15(1): 35-42.

[17] MATHEW S. Characterisation of Ferulic Acid Incorporated Starch-Chitosan Blend Films[J]. Food Hydrocolloids, 2008, 22(5): 826-835.

[18] NORDQVIST D, HEDENQVIST M S. Properties of Amylopectin/Montmorillonite Composite Films Containing a Coupling Agent[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2007, 104(6): 4160-4167.

[19] XIONG Han-guo, et al. The Structure and Properties of a Starch-Based Biodegradable Film[J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 71(2): 263-268.

[20] MAIZURA M, FAZILAH A, NORZIAH M H, et al. Antibacterial Activity and Mechanical Properties of Partially Hydrolyzed Sago Starch-Alginate Edible Film Containing Lemongrass Oil[J]. Journal of Food Science, 2007, 72(6): 324-330.

[21] VáSCONEZ M B, et al. Antimicrobial Activity and Physical Properties of Chitosan-Tapioca Starch Based Edible Films and Coatings[J]. Food Research International, 2009, 42(7): 762-769.

[22] 魏明華, 杜延超. 關(guān)于降解食品包裝材料及制品檢驗(yàn)研究[J]. 輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2021(3): 68-70.

WEI Ming-hua, DU Yan-chao. Research on Inspection of Degradable Food Packaging Materials and Products[J]. Standard & Quality of Light Industry, 2021(3): 68-70.

[23] 汪鈺文, 李亞娜, 林勤保, 等. 熱塑性淀粉/高密度聚乙烯復(fù)合材料的制備及性能研究[J]. 包裝工程, 2020, 41(21): 62-68.

WANG Yu-wen, LI Ya-na, LIN Qin-bao, et al. Preparation and Properties of Thermoplastic Starch/High Density Polyethylene Composite Materials[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(21): 62-68.

[24] 黃鑫茜, 余穩(wěn)穩(wěn), 胡長(zhǎng)鷹. 淀粉基餐盒的霉變和堆肥菌填埋降解分析[J]. 包裝工程, 2021, 42(17): 39-46.

HUANG Xin-qian, YU Wen-wen, HU Chang-ying. Analysis of Mold Deterioration and Composting Bacteria Bury Degradation of Starch-Based Meal Boxes[J].Packaging Engineering, 2021, 42(17): 39-46.

[25] 侯楠楠, 謝全喜, 王梅, 等. 2019年全國(guó)部分地區(qū)飼料及原料霉菌毒素污染狀況調(diào)查[J]. 廣東飼料, 2020, 29(10): 47-50.

HOU Nan-nan, XIE Quan-xi, WANG Mei, et al. The Status of Mycotoxin Contamination in Feed and Raw Materials in some Regions of the Country in 2019 is Adjusted[J]. Guangdong Feed, 2020, 29(10): 47-50.

[26] 王奇, 王傳明, 劉鵬, 等. 復(fù)合調(diào)味料中霉菌毒素的風(fēng)險(xiǎn)控制[J]. 中國(guó)調(diào)味品, 2021, 46(2): 196-200.

WANG Qi, WANG Chuan-ming, LIU Peng, et al. Risk Control of Mycotoxins in Compound Seasonings[J]. China Condiment, 2021, 46(2): 196-200.

[27] 趙青山, 李冬梅. 醋酸淀粉合成的工藝研究[J]. 山西食品工業(yè), 2004(3): 31-33.

ZHAO Qing-shan, LI Dong-mei. Study on Synthesis Technology of Acetic Acid Starch[J]. Shanxi Food Industry, 2004(3): 31-33.

[28] 嚴(yán)青. 不完全糊化法研究淀粉顆粒的外殼和小體結(jié)構(gòu)[D]. 西安: 陜西科技大學(xué), 2015: 8-11.

YAN Qing. Outer Shells and Blocklets of Starch Granules as Indicated by Insufficient Gelatinization[D]. Xi'an: Shaanxi University of Science & Technology, 2015: 8-11.

[29] 傅曉麗, 王順喜, 龍蕾. 不同因素對(duì)淀粉糊化特性的影響[J]. 飼料工業(yè), 2012, 33(3): 54-57.

FU Xiao-li, WANG Shun-xi, LONG Lei. Effect of Different Factors on the Starch Pasting Properties[J]. Feed Industry, 2012, 33(3): 54-57.

Property Characterization of Starch-based Plastic Shopping Bag

TAO Qiang1,2,WU Xiong-jie1,2, ZHU Dong-bo1,2, CHENG Jin-song1,2, GAO Long-mei1,2,CHU Yu1,2, ZHENG Pin1,2,XU Lei1,2

(1. Anhui Functional Polymer Materials Analytical Research Co., Ltd., Anhui Tongcheng 231400, China; 2. National Center for Quality Inspection and Testing of Polymer Materials (Anhui), Anhui Tongcheng 231400, China)

The work aims to understand the use characteristics of starch-based plastic shopping bag through the characterization on the physical and chemical properties of starch-based plastic shopping bag, so as to provide some theoretical basis for improving the properties of starch-based plastic shopping bag. The starch content and heat resistance of starch-based plastic shopping bag were analyzed by means of thermogravimetric analysis and thermomechanical analysis, and the mechanical properties of starch-based plastic shopping bag were analyzed by electronic universal material testing machine. Then, the mildew degree and hygienic performance of starch-based plastic shopping bag were analyzed by the methods of mold culture and total migration behavior. The starch contents of samples A, B, and C were 15.72%, 23.97%, and 30.36%, respectively, and the heat resistance was lower than that of traditional PE plastic bags. The tensile strength of starch-based plastic shopping bag decreased with the increase of starch content, but the elongation at break and the total migration amount increased with the increase of starch content, which were all lower than the limit requirements after treatment with chloroform. Therefore, starch-based plastic shopping bag was not suitable for acid and low-ethanol food. Through in-depth research on starch-based plastic shopping bag, it is found that starch-based plastic shopping bag has defects in mechanical properties, total migration amount, and degree of mildew. It is hoped that researchers can start from these directions to improve the physical and chemical properties of starch-based plastic shopping bag.

starch-based plastic shopping bag; starch content; heat resistance; mechanical properties; degree of mildew; total migration amount

TB487

A

1001-3563(2022)23-0199-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.23.024

2022?02?28

安慶市科學(xué)技術(shù)局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021Z0006，2021Z0007）

陶強(qiáng)（1990—），男，工程師，主要研究方向?yàn)槭称芳笆称方佑|材料研究。

吳雄杰（1973—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楦叻肿硬牧蠙z測(cè)與分析。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋