天然可生物降解的包装材料一般包含以土豆、玉米、小麦、糠麸、大米等的淀粉和纤维素制成的多聚糖和乳清、酪蛋白、麦麸、大豆、胶原质等蛋白质,甚至可以使用食品工业的残渣。
这个市场广泛采用淀粉为原料是因为其价格便宜,而且,但淀粉被制成热塑性塑料后,其二氧化碳和氧气隔绝性能优异,而且加工性良好。
更好的防水性能
以淀粉为原料的主要问题是其容易吸水。为了达到更好的防水效果,需要与其它天然或是合成的可降解聚合物混合,或者添加不同来源的添加剂。
通过改性和添加剂的作用,这些混合物质具有更高或是更低的水汽敏感度和气密性。热塑性淀粉含有70%-90%的淀粉,但是其中40%-60%的淀粉却是许多混合物,添加剂的使用提高了原料的成本。因而,这方面的研究主要是减少添加剂的用量,例如使用新的纳米组分而不是淀粉或是改性粘土颗粒。
例如纸张或是卡纸等未经改性的纤维素材料具有较差的气密性和防潮性能,因而除非是干货,一般很少用来作为外包装材料。改性的纤维素和纤维素衍生物材料,主要是聚碳酸酯等聚合物用于这一方面还是有些昂贵。
产品多样
聚乳酸(PLA)是人工合成的可生物降解包装材料的范例。PLA由乳酸单体聚合而成,在不同的食品包装领域提供不同的性能。
PLA可以制成结晶或是透明的形态,可以吹膜、注塑以及涂层,既可以单独使用也可以与其它天然原料制成的聚合物混合使用。例如,PLA经常与淀粉混合以提高降解性能、降低成本。
第三类的可生物降解包装材料用微生物制成,包括多羟基链烷酸酯(PHAs),而聚羟基丁酸酯(PHB)最为普遍。PHAs目前的价格仍比较高,但是从技术角度来看,用途会非常广泛,吹塑、注塑、拉膜、涂层都可以。也可以与热塑性淀粉等可生物降解材料混合。PHAs用于食品包装有个有趣的特性那就是水汽透过率非常低,与低密度聚乙烯接近。
生物聚合物的市场
根据IBAW的统计,可生物降解包装材料是个特殊的小市场,2001年的数字显示欧盟可生物降解产品的消费量为2.5-3万吨,而传统聚合物的用量高达3500万吨。塑料包装协会预计2010年传统聚合物的用量将达到5500万吨,IBAW预计可生物降解产品的用量届时会达到50-100万吨。可生物降解材料最终可能会占据10%的市场份额。
这一乐观的估计是基于可生物降解产品不断改善性能 做出的,其中包括防水性、气密性、透明度、印刷性能、加工性能等。