Полностью биоразлагаемая пленка — пленочный материал, который при определенных условиях может полностью разлагаться микроорганизмами на воду, углекислый газ и биомассу. Он отличается от «разлагаемого пластика» или «частично разлагаемого пластика». Процесс его разложения не оставляет вредных остатков и является экологически чистым материалом, соответствующим международным стандартам (таким как EN13432, ASTM D6400).
Этот тип пленки обычно изготавливается из натуральных полимеров или модифицированных материалов на биологической основе, таких как полимолочная кислота (PLA), полибутиленадипаттерефталат (PBAT), полимеры на основе крахмала, полигидроксиалканоаты (PHA) и т. д. Ее основная особенность заключается в том, что она может полностью разлагаться в результате метаболизма микроорганизмов в природных средах, таких как компост, почва и океаны, не вызывая загрязнения пластиковыми отходами.
Сырье для полностью биоразлагаемых пленок в основном делится на две категории: природные полимеры и синтетические полимеры биологического происхождения.
Природные полимеры включают кукурузный крахмал, муку маниоки, целлюлозу, хитозан и т. д. Это сырье широко доступно и обладает высокой способностью к возобновлению.
Синтетические полимерные материалы на биологической основе представляют собой в основном полимолочную кислоту (PLA) и PBAT. PLA получают из ферментированных сахаров и являются одним из наиболее широко используемых биоразлагаемых материалов. PBAT — это полностью биоразлагаемый сополимер на основе нефти, который обычно смешивают с PLA или крахмалом для улучшения прочности и мягкости.
Разумное сочетание этих материалов может удовлетворить потребности пленок в упаковке, сельском хозяйстве, экспресс-доставке, электронной коммерции и других областях.
По сравнению с традиционными пластиковыми пленками (такими как полиэтилен, полипропилен, ПВХ и т. д.) полностью биоразлагаемые пленки имеют следующие ключевые отличия:
* Различные воздействия на окружающую среду: Обычные пластики трудно разлагаются в естественной среде и склонны к долговременному загрязнению, тогда как полностью биоразлагаемые пленки могут полностью разлагаться микроорганизмами при разумных условиях.
* Различные пути деградации: Обычные пластики подвержены скорее «физическому разложению» или «окислительному разложению», которое является медленным процессом и может даже занять сотни лет, в то время как полностью биоразлагаемые пленки относятся к «биологическому разложению» и обычно разлагаются в течение от нескольких месяцев до года.
* Различные исходные материалы: Обычные пластмассы в основном производятся из нефти, а биоразлагаемые пленки могут быть частично или полностью получены из возобновляемых растительных ресурсов.
Эти различия делают биоразлагаемые пленки альтернативными для экологически безопасной трансформации.
Хотя биоразлагаемые пленки подчеркивают экологические свойства, они также обладают определенными физическими свойствами, в том числе:
* Прозрачность: Некоторые материалы, такие как PLA, обладают хорошей прозрачностью и подходят для выставочной упаковки.
* Температурная устойчивость: Как правило, термостойкость не так хороша, как у традиционных пластиков, но после модификации его можно использовать при термосварке, обработке паром и в других средах.
* Прочность и пластичность: Такие материалы, как PBAT, обладают хорошей гибкостью и свойствами растяжения и могут быть смешаны с PLA для улучшения общих механических свойств.
* Технологичность: Его можно формовать путем выдувания, литья, экструзии и других методов, подходящих для существующего оборудования по переработке пластмасс и легко способствующих индустриализации.
Хотя эти свойства отличаются от традиционных пластиков, они могут соответствовать основным функциональным требованиям во многих сценариях применения.
Процесс деградации полностью биоразлагаемых пленок в основном зависит от действия микроорганизмов. На эффект его разложения влияют различные факторы окружающей среды, такие как температура, влажность, значение pH, тип и количество микроорганизмов.
* Среда компостирования: Высокая температура, высокая влажность и аэробная среда компостирования наиболее подходят для его разложения, и он обычно разлагается в течение 3–6 месяцев.
* Почвенная среда: Время разложения естественной почвы относительно длительное и может составлять от 6 до 12 месяцев, в зависимости от активности почвы.
* Морская среда: Некоторые материалы также могут разлагаться в морской воде, но более медленными темпами, поэтому не все полностью биоразлагаемые материалы подходят для использования в морских условиях.
После разложения не останется никаких вредных микропластиков или тяжелых металлов, и он практически безвреден для растений, животных и человека.
Полностью биоразлагаемые пленки широко используются во многих отраслях промышленности, особенно в следующих областях, показывая их потенциал замены:
* Пищевая упаковка: используется для пакетов для овощей и фруктов, пакетов для приготовленной еды, пакетов для столовых приборов и т. д., которые могут напрямую контактировать с пищевыми продуктами.
* Сельскохозяйственная мульча: используется для покрытия обрабатываемых земель, повышения температуры почвы и непосредственного вспашки почвы после использования без переработки.
* Промышленная упаковочная пленка: Например, упаковка электронных деталей, пылезащитная пленка, пленка для упаковки поддонов и т. д.
* Экспресс-сумки и сумки для покупок: замените одноразовые полиэтиленовые пакеты, поддержите персонализированную печать и термосварку.
*Медицинские и санитарно-гигиенические товары: используется для одноразовых перчаток, упаковки одежды и т. д. для удобства обращения и переработки.
Область применения продолжает расширяться, что также способствует постоянной оптимизации характеристик материалов и совершенствованию процессов.
Хотя полностью биоразлагаемые пленки обладают экологическим потенциалом, в процессе их продвижения по-прежнему сталкиваются с рядом проблем:
* Высокая стоимость: По сравнению с пластиками на основе нефти стоимость сырья и обработки относительно высока.
* Условия ограниченной деградации: Не все среды могут быстро деградировать, поэтому необходимо руководствоваться разумным использованием.
* Ограниченная осведомленность потребителей: Некоторым конечным пользователям до сих пор неясны принципы и классификация деградации.
* Стандартная система нуждается в доработке: Некоторые «разлагаемые» продукты на рынке содержат смесь рыбьих глаз и жемчуга, поэтому необходимо срочно улучшить систему надзора и сертификации.
Будущие тенденции развития будут сосредоточены на снижении производственных затрат, оптимизации производительности материалов, расширении источников сырья, а также усилении экологического образования и политической поддержки.
На фоне глобального продвижения зеленой и низкоуглеродной трансформации проблема пластикового загрязнения становится все более актуальной. Являясь экологически чистым альтернативным материалом, полностью биоразлагаемая пленка не только выполняет основную функцию упаковки, но также может безопасно разлагаться в естественной среде, что снижает нагрузку на окружающую среду. Понимание его принципов, эффективности и применимых условий поможет правительствам, предприятиям и потребителям сделать более устойчивый выбор, одновременно способствуя экологической трансформации всей производственной цепочки.
Пластиковые изделия уже давно широко используются в упаковке, строительных материалах, предметах первой необходимости и других областях благодаря своей легкости, прочности и низкой стоимости. Однако традиционные пластмассы чрезвычайно трудно разлагаются в естественной среде, они склонны к загрязнению окружающей средой, накоплению микропластика и другим проблемам, которые вызывают глобальные проблемы окружающей среды и здоровья. Являясь новым типом экологически чистого материала, полностью биоразлагаемая пленка постепенно заменяет традиционные пластики в некоторых областях.
Традиционные пластмассы в основном производятся из невозобновляемых ресурсов, таких как нефть, а их переработка зависит от ископаемой энергии, которая приводит к образованию определенного количества выбросов углерода в процессе переработки и синтеза. К распространенным традиционным пластикам относятся полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) и т. д. Эти материалы имеют стабильную структуру и длительный срок службы, но их трудно разложить в окружающей среде.
Сырье для полностью биоразлагаемых пленок в основном получают из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал, сахарный тростник, маниока, молочная кислота и т. д. Среди них обычными представителями являются полимолочная кислота (PLA), полибутиленадипаттерефталат (PBAT) и полимеры, модифицированные крахмалом. Эти материалы могут достичь определенной степени углеродной нейтральности в процессе производства и постепенно снизить зависимость от невозобновляемых ресурсов.
Самая большая проблема традиционных пластиков заключается в том, что цикл разложения чрезвычайно длительный. В естественных условиях для постепенного разложения таких пластиков, как полиэтилен и полипропилен, могут потребоваться сотни лет, и в ходе этого процесса могут выделяться вредные химические вещества, нанося ущерб почве, воде и морским экосистемам.
Условно говоря, полностью биоразлагаемые пленки могут быть разложены на воду, углекислый газ и небольшое количество биомассы в течение 3–6 месяцев в аэробной среде компостирования. Они также могут медленно разлагаться в почве и воде, а конкретная скорость зависит от температуры окружающей среды, влажности и микробной активности. Процесс его разложения не оставляет микропластика и мало влияет на экосистему, поэтому постепенно он получил признание в таких сферах, как упаковка пищевых продуктов и сельскохозяйственные пленки.
Традиционные пластмассы имеют относительно зрелые механические свойства, обладают хорошей прочностью на разрыв, удлинением при разрыве и ударопрочностью и подходят для упаковки и несущих конструкций в различных суровых условиях. В частности, полиэтилен и полипропилен обладают хорошей гибкостью и стабильностью и являются основной силой современной пластиковой упаковки.
Характеристики полностью биоразлагаемых пленок постоянно улучшаются. Материалы PLA жесткие, но хрупкие, а PBAT гибкий, но легко деформируется, поэтому общие характеристики обычно улучшаются за счет компаундирования. Например, смесь PLA PBAT или PLA крахмала может учитывать как прочность, так и мягкость. Хотя общие механические свойства в настоящее время не полностью эквивалентны традиционным пластикам, они обладают базовыми возможностями замены в легкой упаковке и продуктах краткосрочного использования.
Традиционные пластмассы обладают высокой термической стабильностью и имеют широкий диапазон температур обработки. Их можно производить серийно с помощью выдувного формования, литья под давлением, экструзии и других методов, и они широко адаптированы к существующему промышленному оборудованию. Его можно многократно нагревать, плавить и придавать ему форму для легкой переработки.
Термическая стабильность полностью биоразлагаемых пленок относительно ограничена. Например, PLA легко деформируется при высоких температурах, а температура его размягчения составляет около 60°C, что ограничивает его применение в горячей упаковке или высокотемпературной транспортировке. Что касается технологического оборудования, большинство материалов на биологической основе можно обрабатывать с использованием модифицированного традиционного пластикового оборудования, но они более чувствительны к температуре и скорости сдвига, и параметры процесса необходимо целенаправленно регулировать.
Традиционные пластмассы не причиняют немедленного вреда во время использования, но проблемы с утилизацией отходов становятся все более заметными. Большое количество пластиковых отходов не может попасть в эффективную систему переработки и обычно встречается в общественных местах, таких как реки, океаны и дороги, влияя на среду обитания животных и растений. Микропластик также может попасть в организм человека через водоемы, создавая угрозу для здоровья.
Полностью биоразлагаемая пленка подчеркивает, что она может разлагаться естественным путем без переработки после использования и подходит для упаковочных сценариев, которые нелегко перерабатывать централизованно, например, сельскохозяйственные пленки и одноразовые пакеты для пищевых продуктов. Продукты после разложения не остаются надолго в окружающей среде и не содержат добавок тяжелых металлов, что снижает экологическую нагрузку. Однако следует отметить, что они не подходят для смешивания с традиционной системой переработки пластика, поскольку это может привести к загрязнению материала.
Традиционные пластмассы имеют низкую себестоимость единицы продукции благодаря отработанной технологии и большим масштабам производства, особенно на рынке упаковки для массовых грузов. Это также реальный фактор, который затрудняет полную замену в настоящее время.
Стоимость полностью биоразлагаемой пленки в основном зависит от цен на сырье, контроля процесса и размера рынка и обычно более чем на 30% выше, чем у аналогичных традиционных пластиков. Хотя затраты постепенно снижаются по мере технологического прогресса и совершенствования производственной цепочки, крупномасштабное замещение по-прежнему требует множества стимулов, таких как политическое руководство, поддержка рыночных механизмов и осведомленность потребителей.
Область применения традиционных пластмасс охватывает практически все сферы жизни и промышленности: от сумок для покупок в супермаркетах до автозапчастей, от медицинских приборов до строительных изоляционных материалов, демонстрируя широкий спектр универсальности.
Полностью биоразлагаемые пленки в настоящее время в основном используются в продуктах с коротким жизненным циклом, таких как:
* Упаковочные пакеты для пищевых продуктов;
* Свежие продукты и экспресс-упаковка;
* Мешки для мусора, мешки для какашек домашних животных;
* Сельскохозяйственная мульча;
*Медицинская защитная упаковка.
В этих областях предъявляются более высокие требования к разлагаемости пленок, в то время как требования к прочности и долгосрочной устойчивости к атмосферным воздействиям относительно низкие, что делает их основным целевым рынком для разработки биоразлагаемых материалов.
Большинство традиционных пластмасс включены в зрелые системы контроля качества и производственных стандартов различных стран, такие как ISO, ASTM и т. д., с едиными стандартами безопасности.
Полностью биоразлагаемые пленки должны соответствовать определенным системам сертификации биоразлагаемости, таким как:
* Стандарт ЕС EN13432;
* Стандарт США ASTM D6400;
* Внутренний стандарт GB/T 19277 и т. д.
Также необходимо пройти тесты на разложение при компостировании, тесты на экотоксичность и тесты на тяжелые металлы, чтобы доказать его способность к разложению и экологичность в природной среде. Совершенствование системы стандартов поможет рынку развиваться стандартизированным образом и избежать «поддельной деградации» продуктов, которая вводит рынок в заблуждение.
Традиционные пластики и полностью биоразлагаемые пленки различаются по многим характеристикам, каждая из которых имеет свои преимущества. Традиционные пластмассы более совершенны с точки зрения физических свойств, контроля затрат и совместимости с оборудованием; в то время как биоразлагаемые пленки подчеркивают экологическую ценность, возобновляемость и разлагаемость и подходят для конкретных сценариев применения.
При фактическом использовании выбор материалов должен основываться на всесторонней оценке жизненного цикла продукта, возможностей переработки, давления экологической политики и предпочтений потребителей. Ожидается, что с технологическим прогрессом и расширением масштабов промышленности биоматериалов полностью биоразлагаемые пленки возьмут на себя экологическую ответственность в большем количестве сегментов и предоставят больше решений проблемы пластикового загрязнения.
Полностью биоразлагаемые пленки представляют собой тип материала, который может разлагаться на углекислый газ, воду и биомассу под действием микробов в естественной среде. Его основное преимущество заключается в том, что он может быть полностью разложен в течение определенного периода времени без остаточных твердых загрязнителей и избежания проблем с микропластиком. Хотя сам материал потенциально подвержен деградации, на эффект деградации при фактическом использовании по-прежнему влияют многочисленные внешние и внутренние факторы.
Температура окружающей среды является одним из основных внешних факторов, влияющих на эффективность разложения. Микроорганизмы имеют оптимальный диапазон температур при разложении биополимеров, обычно от 30 ℃ до 60 ℃. При более низких температурах микробный метаболизм замедляется, что приводит к замедлению скорости разложения; в то время как слишком высокая температура может препятствовать выживанию некоторых микроорганизмов.
В условиях компостирования температура часто определяется метаболизмом самих микроорганизмов. При переходе в горячую фазу (>50℃) процесс разложения ускоряется, особенно для таких материалов, как полимолочная кислота (PLA). В естественных почвах или водоемах из-за больших колебаний температуры время разложения может значительно продлиться. При оценке материала или фактическом применении цикл деградации следует оценивать в соответствии с конкретной температурой окружающей среды.
Влажность также играет важную роль в деградации полностью биоразлагаемых пленок. Большинство биополимерных материалов легче разлагаются микроорганизмами после гидролиза. Влажная среда способствует передаче и диффузии ферментов, что способствует протеканию ферментативных реакций.
В условиях компостирования считается более целесообразным поддерживать влажность на уровне 40–60%. Слишком низкая влажность будет подавлять размножение микроорганизмов, а слишком высокая может привести к образованию анаэробных зон, что приведет к появлению запаха или неполному разложению. Для пленочных материалов влага также ускоряет лизис поверхности, тем самым увеличивая площадь прикрепления микробов. Таким образом, контроль влажности является важным средством повышения эффективности разложения.
Тип и количество микроорганизмов являются прямыми факторами, влияющими на эффективность разложения. К микроорганизмам, которые разлагают полностью биоразлагаемые материалы, относятся бактерии, грибы, актиномицеты и т. д., некоторые из которых обладают особыми способностями к ферментативному гидролизу таких материалов, как PLA, PBAT или PHA.
В естественной среде микробная популяция сложна, и ее численность сильно варьирует. В некоторых областях могут отсутствовать определенные бактерии разложения, что приводит к низкой эффективности разложения. В системе компостирования эффективность разложения можно искусственно повысить путем контроля видов и количества микроорганизмов. Если конструкция поверхностной структуры материала не способствует прикреплению микроорганизмов, это также может задержать начальную фазу его разложения. Следовательно, понимание и использование характеристик микроорганизмов является ключом к продвижению непрерывной реакции разложения.
Различные типы биоразлагаемых полимеров имеют структурные различия, которые напрямую влияют на механизм и скорость их разложения. Обычная полимолочная кислота (PLA) разлагается медленнее, чем полибутиленадипаттерефталат (PBAT) и полигидроксиалканоат (PHA). Это связано с плотностью разветвлений, кристаллической структурой и гидрофобностью его молекулярной структуры.
Кроме того, в реальные продукты часто добавляют пластификаторы, наполнители, стабилизаторы и другие добавки. Эти компоненты могут ингибировать или ускорять реакцию разложения. Например, добавление натурального крахмала может повысить гидрофильность и ускорить процесс гидролиза, тогда как некоторые антиоксиданты могут замедлить процесс разложения. Следовательно, оптимизация формулы должна сбалансировать снижение производительности при сохранении основных функций.
Толщина и структурная форма материала пленки оказывают непосредственное влияние на эффект деградации. Как правило, чем больше толщина, тем труднее влаге и микроорганизмам проникать глубоко внутрь, что приводит к более медленной скорости разложения. Особенно в двухслойных или многослойных композитных конструкциях средний слой трудно проникнуть быстро, что приводит к образованию слепого пятна деградации.
Напротив, тонкие материалы или конструкции с пористой структурой способствуют проникновению влаги и прикреплению микробов, повышая общую эффективность разложения. Кроме того, скрученная, сложенная или запечатанная упаковка также может ограничивать циркуляцию воздуха и контакт с влагой, тем самым замедляя реакцию разложения. Следовательно, влияние толщины и морфологии материала на поведение при деградации следует полностью учитывать на этапе проектирования продукта.
На активность ферментов в процессе биоразложения влияет pH. При различных условиях pH структура конкретных ферментов будет меняться, что влияет на их каталитическую эффективность. Большинство ферментов, участвующих в гидролизе полиэфиров, активны в средах от слабокислых до нейтральных, а наиболее подходящее значение pH составляет от 5,5 до 7,5.
Если среда слишком кислая или щелочная, некоторые ферменты могут инактивироваться или на поверхности материала могут произойти химические изменения, образующие слой химической пленки, не способствующей разложению. Кроме того, если кислотные побочные продукты, образующиеся в результате длительного процесса разложения, не нейтрализуются вовремя, они также могут изменить местный pH среды. Следовательно, поддержание соответствующего уровня pH помогает поддерживать стабильную работу микробной ферментной системы.
Полностью биоразлагаемые пленки могут разлагаться в аэробной и анаэробной среде, однако пути реакции и продукты различны. В аэробных условиях в результате разложения в основном образуются углекислый газ, вода и следы органических кислот; в анаэробных условиях могут образовываться парниковые газы, такие как метан.
В аэробной среде существует больше видов микробов, скорость разложения выше, а побочные продукты легко подвергаются дальнейшей минерализации. В закрытой среде или на глубокой свалке кислород ограничен, что приводит к замедлению скорости разложения или даже к его прерыванию. Некоторые материалы, такие как PLA, трудно полностью разложить в анаэробной среде. В сценарии применения материала следует выбирать метод обработки в зависимости от пути его разложения, чтобы избежать воздействия на окружающую среду, вызванного неправильным использованием.
Метод использования, место размещения и последующий путь обработки пленки оказывают решающее влияние на ее окончательный эффект деградации. Например, если продукты, используемые в качестве сельскохозяйственной мульчи, не перерабатываются и не обрабатываются вовремя после использования и не подвергаются воздействию естественной почвы, на время их разложения будут влиять колебания окружающей среды.
Если продукт смешивается с обычной системой переработки пластиковых отходов, он может быть сожжен или выброшен на свалку, теряя свою деградационную значимость. Напротив, если его отправить на профессиональное промышленное предприятие по компостированию, биоразложение материала произойдет более эффективно. Таким образом, надежная система классификации вторичной переработки и экологическая осведомленность пользователя являются косвенными факторами, влияющими на окончательную реализацию разложения.
Таким образом, на эффект деградации полностью биоразлагаемой пленки влияет множество факторов, включая температуру окружающей среды, влажность, микробное сообщество, формулу материала, толщину структуры, значение pH, содержание кислорода, а также методы использования и обработки. Факторы не существуют изолированно, а взаимодействуют друг с другом, совместно определяя скорость и основательность деградации.
В процессе исследования и разработки продукта, проектирования и продвижения в качестве основы следует использовать реальную среду применения, а сырье, структурный дизайн и формулу присадки следует разумно выбирать. В то же время политическая поддержка, разработка технических стандартов и осведомленность общественности также будут способствовать более широкому применению разлагаемых пленочных материалов в отрасли защиты окружающей среды.
Учитывая постоянное глобальное внимание к проблеме загрязнения пластиком, экологически чистая упаковка стала важной проблемой, стоящей перед многими отраслями промышленности. Традиционная пластиковая упаковка не разлагается и легко образует остатки в окружающей среде, что создает экологическое бремя на всех этапах производства, использования и утилизации. «Запрет на пластик» на политическом уровне и признание потребителями экологически чистых продуктов способствовали быстрому развитию альтернативных материалов. В этом контексте полностью биоразлагаемые пленки постепенно завоевали широкое внимание и стали применяться в экологически чистой упаковке из-за их способности разлагаться в естественных условиях и не образовывать остатков микропластика.
Полностью биоразлагаемая пленка — это тип упаковочного материала, изготовленного из возобновляемых ресурсов или разлагаемых полимеров, которые при определенных условиях могут разлагаться микроорганизмами на углекислый газ, воду и биомассу. Обычное сырье для этого типа пленки включает полимолочную кислоту (PLA), полибутиленадипатерефталат (PBAT), полигидроксиалканоат (PHA) и т. д., которые обладают определенной механической прочностью, барьерными свойствами и свойствами термосваривания и могут достигать свойств защиты окружающей среды, одновременно выполняя основные функции упаковки. По сравнению с традиционными пластиками на нефтяной основе, этот тип пленки не оставляет токсичных остатков и подходит для упаковки при кратковременном использовании.
Одноразовая пластиковая упаковка стала одним из важных источников твердых городских отходов из-за ее широкого применения в пищевой промышленности, экспресс-доставке, розничной торговле и других сферах. Большое количество пластиковых пакетов, упаковок на вынос, пленочных конвертов и т. д. трудно поддаются переработке или разложению, они остаются в почве, океане и даже попадают в пищевую цепочку в течение длительного времени, создавая значительные экологические риски.
Альтернативой таким проблемам является внедрение полностью биоразлагаемой пленки. После использования он может постепенно разлагаться естественным путем без специальных очистных сооружений. Он подходит для большого количества сценариев, связанных с одноразовым использованием, таких как логистика, продукты питания и сельское хозяйство. Это может уменьшить количество пластиковых остатков из источника и снизить нагрузку на свалки и сжигание.
Пищевая промышленность предъявляет множество требований к упаковочным материалам, таким как чистота, барьерность и герметичность. Полностью биоразлагаемая пленка широко используется в пакетах для фруктов и овощей, пакетах на вынос, пакетах для пищевых продуктов, упаковке чая и других продуктах, поскольку она отвечает основным потребностям упаковки пищевых продуктов и обладает экологически чистыми свойствами.
Пленки PLA обладают определенной прозрачностью и жесткостью, которые подходят для упаковки сухих продуктов или продуктов с низким содержанием влаги, тогда как пленки PBAT обладают хорошей гибкостью и могут использоваться для мягкой упаковки, такой как пакеты на вынос и одноразовые сумки. Благодаря конструкции композитной структуры также можно достичь многофункциональности, такой как термостойкость, водонепроницаемость, маслостойкость и другие характеристики, для удовлетворения различных потребностей в упаковке пищевых продуктов.
Экспресс-индустрия ежедневно производит большое количество пластиковых пакетов, упаковочных пленок и упаковочных пакетов. Традиционные пластмассы широко используются из-за их низкой цены и удобства обработки, но сложность их обработки и экологические риски становятся все более очевидными.
Полностью биоразлагаемые пленки используются в некоторых «зеленых» экспресс-системах для экспресс-пакетов, конвертов, нижней пленки для электронных накладных и т. д. В сочетании с механизмами цифрового отслеживания и переработки этот тип упаковочного материала может использоваться в течение короткого времени и не вызывает вторичного загрязнения после утилизации, что соответствует направлению «зеленого» развития экспресс-индустрии. Некоторые платформы электронной коммерции также пытаются продвигать альтернативные решения для разлагаемых упаковочных пакетов, чтобы улучшить имидж своего устойчивого бренда.
Сельское хозяйство является важной областью использования пластиковых пленок, особенно в пленках для грунта, укрывающих пленках, мешках для рассады и т. д. Традиционные пленки для грунта трудно переработать, а остатки на полях влияют на проницаемость почвы и рост сельскохозяйственных культур.
Использование полностью биоразлагаемых наземных пленок позволяет постепенно разлагаться в почве после сбора урожая, избегая проблемы «белого загрязнения». Разлагаемые пленки на основе PLA или PBAT могут быть спроектированы так, чтобы иметь скорость разложения в зависимости от цикла посадки сельскохозяйственных культур, гарантируя сохранение функций затенения и сохранения тепла во время сельскохозяйственных операций, а также автоматическое разложение после окончания, что значительно снижает нагрузку на ручную переработку.
Хотя полностью биоразлагаемые пленки имеют большой потенциал в области экологически чистой упаковки, они по-прежнему сталкиваются с многочисленными техническими и экономическими проблемами.
С одной стороны, некоторые разлагаемые материалы требуют высокого энергопотребления в процессе производства, что приводит к более высоким затратам, чем традиционные пластмассы; с другой стороны, эффективность разложения в условиях низкой температуры или сухой среды относительно низка, что влияет на эффект их применения в естественной среде. Кроме того, физические свойства продукта, такие как устойчивость к проколу и эффективность термосваривания, по-прежнему сильно отстают от свойств традиционных пленок, и их необходимо постоянно оптимизировать посредством модификации или композитных процессов для удовлетворения разнообразных потребностей в упаковке.
Политика запрета и ограничения использования пластика на национальном уровне является важным фактором содействия применению разлагаемых материалов. Например, Китай и многие страны ЕС последовательно ввели меры по контролю за пластиковой продукцией, предусмотрев, что в пакетах для покупок, экспресс-пакетах, одноразовой посуде и т. д. должны использоваться разлагаемые материалы.
В то же время корпоративные экологические закупки и постановка целей устойчивого развития также постоянно увеличивают долю экологически чистой упаковки. По мере роста осведомленности потребителей об окружающей среде группа, готовая платить определенную надбавку за разлагаемую упаковку, постепенно увеличивается, что еще больше расширяет рыночное пространство. Политические стимулы, промышленное руководство и обратная связь с рынком терминалов представляют собой три основных фактора поддержки разработки полностью биоразлагаемых пленок.
Хотя полностью биоразлагаемые пленки обладают характеристиками саморазложения, система переработки и обработки все еще требует разумного проектирования для практического применения. Некоторые материалы медленно разлагаются в естественных условиях, и если их смешивать с обычными системами переработки пластика, они могут повлиять на общее качество.
Цель деградации может быть достигнута более эффективно за счет создания вспомогательных объектов, таких как секретный сбор, профессиональное компостирование и пиролизная переработка. В то же время сам продукт должен иметь четкую идентификацию, чтобы облегчить идентификацию потребителя и его классификацию. Создание эффективного механизма соединения между прикладной стороной и конечной обработкой является необходимым условием для всестороннего продвижения разлагаемых упаковочных материалов.
Благодаря постоянному развитию технологий экологически чистых материалов полностью биоразлагаемые пленки будут играть все более важную роль в экологически чистой упаковке. Будущие тенденции развития включают в себя:
Диверсификация сырья с использованием более обширных возобновляемых ресурсов, таких как морские водоросли и маниока;
Функциональная интеграция, такая как улучшение барьерных и водонепроницаемых свойств с помощью нанотехнологий;
Снижение затрат и повышение эффективности, снижение производственных затрат за счет крупномасштабного производства;
Совершенствование стандартов сертификации, продвижение единой системы классификации и оценки для отрасли;
Объединение с управлением углеродным следом и включение его в корпоративную систему ESG.
Ожидается, что благодаря совместным усилиям политики, технологий и рынков полностью биоразлагаемые пленки станут незаменимой частью экологически чистой упаковочной системы, обеспечивая эффективную поддержку построения общества, циркулирующего ресурсы.
С широким распространением одноразовых пластиковых изделий во всем мире проблема утилизации пластиковых отходов становится все более серьезной. Традиционные пластиковые пленки стали одним из важных источников загрязнения суши и морской среды из-за их стабильности и трудноразлагаемых свойств. Микрочастицы пластика загрязняют источники воды, влияют на здоровье диких животных и постепенно проникают в пищевую цепочку человека, вызывая широкое внимание всех слоев общества к альтернативным материалам. Полностью биоразлагаемая пленка, как естественно разлагаемый материал, стала способом снижения нагрузки на окружающую среду.
Полностью биоразлагаемая пленка — это пленочный материал, который может полностью разлагаться на воду, углекислый газ и органические вещества микроорганизмами в естественной среде, особенно в почве, компосте или воде. Его сырье обычно включает полимолочную кислоту (PLA), полибутиленадипат/терефталат (PBAT), полигидроксиалканоат (PHA) и т. д. Эти полимеры могут разлагаться естественным путем при определенных условиях и не оставляют остаточных фрагментов пластика в окружающей среде.
Традиционные пластиковые изделия включают полиэтилен, полипропилен, ПЭТ и другие виды. У них короткий срок службы, но длительный цикл деградации. Как только они попадают в природную среду, процесс деградации может длиться сотни лет. При этом они не только разрушают экосистему, но и выделяют токсичные вещества, влияющие на здоровье животных и растений. Пластиковые отходы плавают в водоемах и накапливаются в почве, создавая постоянную угрозу биоразнообразию. Использование полностью биоразлагаемых пленок может снизить такие риски от источника и снизить кумулятивный эффект пластикового загрязнения.
Полностью биоразлагаемые пленки часто используют возобновляемые ресурсы в качестве сырья, такие как кукурузный крахмал, жом сахарного тростника и т. д., которые являются более устойчивыми источниками сырья, чем пластики на основе нефти. Если в производственном процессе оптимизировать использование энергии и технологии обработки, общий уровень выбросов углерода также может быть относительно снижен. Кроме того, некоторые виды сырья могут поглощать углекислый газ в процессе посадки, что помогает сбалансировать углеродный след. Благодаря экологичному производству воздействие всего жизненного цикла продукта на окружающую среду относительно меньше.
Большое количество пластикового загрязнения возникает в результате одноразового использования в повседневной жизни, например, при использовании сумок для покупок, упаковки пищевых продуктов, экспресс-аутсорсинга, сельскохозяйственных пленок и т. д. Для такого краткосрочного использования упаковки подходят полностью биоразлагаемые пленки. Они могут обеспечить базовую прочность упаковки, барьерные свойства и гибкость. После использования они могут естественным образом разлагаться, эффективно заменяя традиционные пластиковые пленки, тем самым уменьшая частоту и количество пластиковых отходов.
Полностью биоразлагаемая пленка может постепенно разлагаться микроорганизмами в подходящих условиях, например, во влажной, теплой, аэробной среде компостирования. Продуктами его разложения являются вода, углекислый газ и следы органических веществ, при этом вредные остатки не образуются. По сравнению с традиционными пластиками он не образует труднообрабатываемых микропластиков и имеет низкий риск вторичного загрязнения почвы и качества воды. Разумно управляя его деградацией в закрытой системе компостирования или в открытой среде, можно добиться благоприятного цикла экосистемы.
Хотя полностью биоразлагаемая пленка может разлагаться естественным путем, ее экологические преимущества будут более очевидными, если ее можно будет комбинировать со специальными установками для компостирования. Создав секретный механизм переработки и рекомендуя потребителям правильно размещать разлагаемую упаковку, можно еще больше повысить эффективность использования ее ресурсов. В некоторых странах и регионах созданы промышленные предприятия по компостированию для единообразной переработки пищевых отходов, садовых отходов и разлагаемых материалов, обеспечивая инфраструктурную поддержку для продвижения и применения таких материалов.
Выбор потребителей при покупке продукции напрямую влияет на рыночный спрос на экологически чистые материалы. Побуждение пользователей к активному использованию полностью биоразлагаемой упаковки посредством научно-популярного образования, маркировки продукции и политических стимулов является эффективным способом сокращения загрязнения пластиком. Например, создание зеленых зон в супермаркетах, начисление баллов за продукты, использующие экологически чистую упаковку, а также добавление «экологически чистых вариантов» на платформах электронной коммерции — все это может способствовать замене материалов в конце потребления.
Во многих странах и регионах правительства последовательно вводят политику ограничения и запрета пластика, например, запрещают ультратонкие пластиковые пакеты, продвигают зеленую упаковку для экспресс-доставки и устанавливают коэффициент замены одноразовой пластиковой посуды. Именно на этом политическом фоне альтернативой стала полностью биоразлагаемая пленка. Посредством налоговых льгот, стандартной сертификации, субсидий на закупки и других средств политика может эффективно способствовать расширению масштабов производства и признания на рынке, дальнейшему снижению затрат на материалы и обработку, а также способствовать ее реализации в большем количестве сценариев.
В пищевой промышленности разлагаемые пленки используются для упаковки овощей и фруктов, чайных пакетиков и запечатывания лотков для пищевых продуктов, что может уменьшить проблему смешивания пластика с пищевыми отходами; в сфере экспресс-доставки сочетание разлагаемых экспресс-пакетов и клеящих материалов для электронных лицевых панелей полезно для управления классификацией деградации в процессе переработки; в сельском хозяйстве разлагаемые мульчирующие пленки позволяют избежать загрязнения почвы остаточными пленками; при упаковке медицинских товаров применение разлагаемых материалов может облегчить выбросы, вызванные сжиганием. Эти практические примеры позволили снизить нагрузку на природную среду в различных аспектах.
Экологически чистая упаковка постепенно становится новым направлением выбора на рынке. Многие владельцы брендов интегрировали концепции защиты окружающей среды в корпоративную ответственность и дизайн продукции, а также запустили серию разлагаемой упаковки, чтобы удовлетворить ожидания потребителей в отношении экологически чистых продуктов. В электронной коммерции, супермаркетах, производстве продуктов питания и других областях количество продуктов, использующих полностью биоразлагаемые пленки, постепенно увеличивается, что побуждает рынок постепенно создавать систему поддержки производственной цепочки для разлагаемых материалов.
Хотя разлагаемые пленки имеют потенциал для защиты окружающей среды, все еще существуют такие проблемы, как высокая стоимость, ограниченные условия разложения и адаптация физических свойств, которые влияют на их более широкое применение. Будущие направления развития могут включать в себя:
Модификация и оптимизация систем материалов, чтобы сделать их более подходящими для различных климатических условий и условий использования;
Продвижение технологий снижения затрат и повышения эффективности, чтобы сделать цены на продукцию более конкурентоспособными на рынке;
Разработка технологии идентифицируемой маркировки для повышения эффективности систем переработки;
Межотраслевое сотрудничество для создания полноценной экосистемы экологически чистой упаковки.
Устойчивое развитие подчеркивает удовлетворение потребностей современных людей без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. Это выдвигает три основных требования к промышленному сырью: возобновляемость ресурсов, безопасность использования и замкнутость жизненного цикла. Полностью биоразлагаемые пленки в основном основаны на возобновляемых ресурсах, таких как кукурузный крахмал, жом и маниока, и обладают определенными характеристиками устойчивых ресурсов. После использования они могут разлагаться микроорганизмами на углекислый газ и воду, что соответствует концепции замкнутого жизненного цикла.
Мировое годовое производство пластмасс превысило 400 миллионов тонн, из которых на одноразовые пластиковые изделия приходится более 40%. Эти материалы имеют чрезвычайно длительные циклы разложения в природе, часто образуя «белое загрязнение» и ставя под угрозу экологическую безопасность. Столкнувшись с растущим давлением на утилизацию отходов, как политики, так и общественное мнение возлагают более высокие надежды на заменители пластика. Именно в этом контексте появились и начали продвигаться полностью биоразлагаемые пленки, а их рыночное пространство постепенно открывается под давлением окружающей среды.
Первые биоразлагаемые материалы имели такие проблемы, как слабые физические свойства, плохая термостойкость и высокие цены, что ограничивало их широкомасштабное применение. В последние годы благодаря постоянной оптимизации технологий синтеза полимеров, таких как полимолочная кислота (PLA), PBAT и PHA, соответствующие свойства были значительно улучшены. Например, новое поколение разлагаемых пленок может достичь более высоких свойств на растяжение, лучшей прозрачности и термосвариваемости, а также соответствовать различным сценариям применения, таким как повседневная упаковка и сельскохозяйственная мульча. Это обеспечивает техническую основу для дальнейшей замены им традиционных пластиков.
Многие страны и регионы последовательно издали правила, ограничивающие или запрещающие одноразовые неразлагаемые пластиковые изделия. Европейский Союз издал «Директиву об одноразовом пластике», Китай предложил график «запрета и ограничения использования пластика», а развивающиеся страны, такие как Индия и Индонезия, также сформулировали соответствующие меры управления. Эта политика обеспечивает политические дивиденды для полностью биоразлагаемых материалов. В то же время механизмы «зеленых» закупок и торговли выбросами углерода также обеспечивают экономические стимулы для компаний, использующих экологически чистые материалы, что поможет рынку начать быстро и постепенно формировать эффект масштаба.
В настоящее время полностью биоразлагаемые пленки изначально применяются в следующих отраслях:
* Пищевая упаковка: используется для одноразовых пакетов для покупок, подносов для еды, запечатывающих пленок и т. д., чтобы уменьшить зависимость от традиционных пластиковых пленок;
* Сельскохозяйственные мульчирующие пленки: замените традиционные полиэтиленовые мульчирующие пленки, эффективно уменьшите остаточное загрязнение пленки и проблемы с вспашкой земли;
* Логистика электронной коммерции: подходит для экологически чистых упаковочных продуктов, таких как разлагаемые экспресс-пакеты и разлагаемые пузырьковые прокладки;
* Упаковка медицинских и бытовых химических продуктов: некоторые упаковочные материалы для реагентов, упаковка влажных салфеток и аутсорсинг продуктов личной гигиены постепенно переходят на экологически чистые материалы;
* Сферы услуг, такие как авиация и элитные отели: способствовать зеленой трансформации в замене одноразовых изделий.
Постепенная реализация этих реальных сценариев показывает, что материал принимается рынком и постепенно увеличивается в объеме.
Тенденции размещения предприятий и построения производственных цепочек
В области разлагаемых материалов многие компании начали формировать совместную работу в сфере добычи и переработки. От поставщиков сырья (таких как компании по переработке кукурузного крахмала), заводов по производству полимеров на биологической основе, компаний, производящих разлагаемые пленки, до брендов, предназначенных для терминалов, и розничных продавцов - постепенно сформировалась предварительная замкнутая цепочка. Например, некоторые компании улучшают свои возможности контроля затрат и скорость реакции рынка, создавая интегрированную промышленную систему сырья, смол, пленочных материалов, упаковки и компостирования. Ожидается, что такая вертикальная интеграция снизит общий порог применения и ускорит процесс индустриализации.
Текущая стоимость производства полностью биоразлагаемых пленок по-прежнему в целом выше, чем стоимость производства пластиков на основе нефти, таких как полиэтилен и полипропилен. К основным причинам относятся такие факторы, как добыча сырья, процесс полимеризации, адаптация оборудования и недостаточная производственная мощность. Однако благодаря крупномасштабной заготовке сырья, итеративной оптимизации процессов, усовершенствованной автоматизации обработки и расширению экологически чистого потребительского спроса есть возможности для снижения себестоимости единицы продукции. Кроме того, если включить расчеты затрат на выбросы углерода или системы экологического налога, экономическая эффективность экологически чистых материалов будет более конкурентоспособной.
Внимание потребителей к проблемам окружающей среды продолжает накаляться. Во многих странах все больше и больше людей готовы платить немного более высокую премию за экологически чистые продукты. Особенно среди молодых групп потребителей, которые при выборе продуктов уделяют больше внимания источнику ингредиентов, упаковочным материалам и экологической ответственности, лежащей в основе продуктов. Полностью биоразлагаемые пленки, являясь формой «зеленой» упаковки, постепенно стали важным проявлением формирования имиджа бренда и корпоративных обязательств по устойчивому развитию.
По мере усиления глобализации экологического законодательства экспортно-ориентированные предприятия сталкиваются со все большим количеством требований по соблюдению экологических требований. «Новый зеленый курс» ЕС, «Механизм регулирования углеродной границы (CBAM)» и другие политические правила могут увеличить экологические затраты в процессе экспорта традиционной пластиковой упаковки. Использование разлагаемых материалов может помочь компаниям соответствовать международным стандартам и получить экологические сертификаты (например, OK compost, TÜV AUSTRIA и т. д.), тем самым расширяя возможности экспорта.
Хотя потенциал рынка продолжает расширяться, разработка полностью биоразлагаемых пленок по-прежнему сталкивается с множеством проблем:
* Сильная экологическая зависимость от деградации: Некоторые материалы могут эффективно разлагаться только в условиях промышленного компостирования, и необходимо построить вспомогательные сооружения;
* Проблемы идентификации и классификации: Потребители и системы переработки испытывают трудности с идентификацией разлагаемых материалов, что влияет на эффективность переработки;
* Несоответствующие стандарты: В разных странах существуют разные определения стандартов деградации, что влияет на экспорт продукции и продвижение единого бренда;
* Баланс производительности и цены: В некоторых сценариях предъявляются высокие требования к характеристикам материала, и процесс замены должен учитывать производительность и стоимость.
Решение этих проблем требует технологических инноваций, политической поддержки и отраслевого сотрудничества.
+86 18101032584
№ 60-1, Восточная дорога Цзичуань, промышленный парк Хайлин, район Хайлин, город Тайчжоу.
Copyright© Taizhou Huangyan Zeyu New Material Technology Co., Ltd. Все права защищены.
Полностью разлагаемое сырье
