为了祖国的环保事业,请减少使用传统一次性包装袋——扫描电镜带你了解全降解包装袋

2022-10-08 13:47:50 复纳科学仪器(上海)有限公司


日常消费者购物中频繁被使用的传统一次性包装袋,因其难以降解及难以回收,导致生态污染日趋严重,传统一次性塑料包装材料正逐步被欧美发达国家列入禁止使用的名录,对可降级及可回收的绿色包装材料研究已经成为包装材料领域的研究热点。


完全可生物降解包装材料(也称全降解包装材料)作为现代社会消费品领域包装解决方案的重要品类,迎来了前所未有的发展机遇,利用扫描电镜等实验用仪器设备对全降解材料分析等细节工作也日趋成为热潮。



国内外许多企业和机构已经开发出了针对不同场景的全降解包装材料,比如食品包装材料、快递包装、发泡缓冲材料等。包装材料在运输,仓储,货架摆放等过程中往往会出现老化现象,影响商品的使用性能以及消费者的印象。因此,对于全降解材料的耐候性测试是非常必要的(耐候性指的是各种材料应用于室外经受气候的考验,如光照、冷热、风雨、细菌等造成的综合破坏,其耐受能力叫耐候性)。


传统的包装袋耐候性测试大多使用实验室制备的材料和实验室仪器设备进行测试,从短期实验结果评价、推算、预测高分子材料长期使用寿命,但在真实环境下进行试验是测定包装材料耐候性最可靠的方法。


全降解包装袋常温常湿性能测试


01

样品

使用全降解共混改性树脂,薄膜级,主要成分为 PBAT、PLA,制备获得 PBAT/PLA 全降解包装袋。


PBAT 属于热塑性生物降解塑料,是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,兼具 PBA 和 PBT 的特性,既有较好的延展性和断裂伸长率,也有较好的耐热性和冲击性能;此外,还具有优良的生物降解性,是生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用最好降解材料之一。


聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸,再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,最终生成二氧化碳和水,不污染环境,这对保护环境非常有利,是公认的环境友好材料。普通塑料的处理方法依然是焚烧火化,造成大量温室气体排入空气中,而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解,产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收,不会排入空气中,不会造成温室效应。

02

样品厚度

2 种,分别为 0.015mm,0.04mm。

03

常温常湿条件

将上述两种不同厚度的 PBAT/PLA 全降解包装袋试样置于常温常湿办公室的遮光包装箱中,试验时间分别为 0天、30天、60天、90天、180天、240天。具体是从 11 月到次年 7 月。

04

力学性能测试项目

拉伸强度(拉伸强度往往是薄膜类包装材料最重要的力学性能和质量评价指标之一)


断裂伸长率(一般来说,断裂伸长率越大,说明材料韧性越好,断裂伸长率越小,说明材料脆性越大)


热封强度我们常用热封强度来表代封口性能,热封强度是热封样条在热封强度检测时的最大值。热封强度是一个重要的指标,它表明了封口所能承受内容物的重量。如果热封强度很小,无法承受运输等过程中内容物的重量,封口就会被破坏)


测试之前,所有样条均在恒温恒湿条件下放置 24 小时,每个测试条件进行 3 次测试取平均值

05

微观形貌观察

使用飞纳台式扫描电镜 Phenom ProX 观察 PBAT/PLA 全降解包装袋的表面微观形貌,选用 5kV 的加速电压


测试结果和分析


1. 常温常湿环境对 PBAT/PLA 全降解包装袋的力学性能有明显的负面影响。


2. 老化试验前后,0.015mm 厚度的 PBAT/PLA 全降解包装袋的拉伸强度优于0.04mm 厚度的全降解包装袋;断裂伸长率、热封强度方面,0.04mm 厚度的全降解包装袋则优于 0.015mm 厚度的全降解包装袋。


图1

图2

图3


图 1:不同厚度 PBAT/PLA 全降解包装袋拉伸强度随时间的变化;


图 2:不同厚度 PBAT/PLA 全降解包装袋断裂伸长率随时间的变化;


图 3:不同厚度 PBAT/PLA 全降解包装袋袋封强度随时间的变化;


2. 老化后包装袋的微观形貌较老化前改变较大


本实验采用进口飞纳台式扫描电子显微镜 Phenom ProX,选取 5kV 的低加速电压成像,减少高电压对样品的损坏,电镜采用高亮度 CeB6 灯丝,可轻松获得PBAT/PLA 全降解包装袋的表面微观图像。

 

老化前,全降解薄膜表面比较平整,突起也较少,但老化后,包装袋的表面形貌出现很大的变化,突起和沟槽变多,表面平整度大幅降低,可推测由于长时间的暴露在常温常湿的环境中,全降解薄膜表面逐渐被空气中的水分和氧气“侵蚀“,形成局部凹陷点,凹陷点具有更大的表面积,进一被氧化降解,逐渐形成连线、连片并蔓延至材料内部,使得全降解材料不光表面变得粗糙,内部也逐渐出现空隙,在宏观上则变现为拉伸强度、断裂伸长率、热封强度等力学性能的下降。


图4 PBAT/PLA 全降解包装袋微观形貌的电镜扫描图片

[ (a) 为老化前,(b) 为老化 180 天后 ]


结合上述结论,为保证包装袋能够更好适应不同温度和湿度的真实环境,在实际使用全降解包装材料用于产品包装时,需要适量添加抗氧化剂、抗腐蚀剂,并注意避免阳光直射和高湿高盐的环境,以及尽量放置在通风阴凉处。


参考文献



郭蕊. 常温常湿环境对 PBAT/PLA 全降解包装袋力学性能的影响.今日印刷,2020. 


参考文献作者单位:深圳市裕同包装科技股份有限公司



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