PHBV是一种可降解的高分子材料

目前被广泛研究的完全生物可降解材料主要包括聚3-羟基丁酸戊酸共聚物（PHBV）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚丁二酸丁二酯（PBS）以及淀粉塑料。PHBV由微生物合成，难于实现大规模工业生产，昂贵的价格限制了其应用范围。PBS的玻璃化转变温度低，可增塑其它生物降解材料以降低玻璃化转变温度和增强柔韧性，但在加工成膜时抗撕裂性极差。热塑性淀粉研究相对成熟，但因种类、来源和加工工艺不同而造成明显的性能差异，质量稳定性难于控制，同时抗水性差是制约其发展的主要问题。PLA具有好的机械性能（高强度和高模量）、透光性能、阻隔性能、耐水性能、印刷性能，多项指标与石油化工塑料的性能相当，是理想的包装用塑料。随着聚乳酸生产规模的扩大和生产工艺的改进，其价格逐渐降低，使利用聚乳酸开发包装材料成为可能。但是，聚乳酸包装材料的价格仍然偏高，而且强度、热稳定性能等仍需进一步改善，其广泛使用必须在上述关键技术上取得突破。在保证聚乳酸包装材料现有使用性能的同时为了进一步提高其力学性能、热稳定性及阻氧与阻湿性等，主要采用共聚和控制聚乳酸的结构以及物理共混法改性两类方法。将丙交酯通过与其它单体或聚合物进行共聚，可调控材料的亲疏水性、结晶性能和生物降解周期等，同时可控制备具有特殊结构（如星形结构、三臂和四臂共聚物等）的新型材料可降低材料的玻璃化转变温度和熔融粘度等。但是，由于这类方法在生产工艺上难于实施和控制并且成本太高，目前主要应用于生物医学材料，在包装材料领域罕被报导。物理共混是经济、简便、易行的材料复合改性方法。采用丙三醇、柠檬酸酯、低分子量聚乙二醇等作为增塑剂，降低了聚乳酸的玻璃化转变温度，提高了材料断裂伸长率和韧性，但弹性模量和拉伸强度明显降低。采用PCL、PBS等生物可降解高分子共混改性聚乳酸，能显著提高断裂伸长率和韧性，但材料其它力学性能降低，而且成本高于纯聚乳酸产品。将天然高分子（如各种纤维、淀粉、大豆蛋白等）填充于聚乳酸，虽然降低了成本，但是材料的机械性能和热性能整体下降，还导致了吸湿性强、质量不稳定、低热稳定性、低透明度等缺点。采用碳酸钙等无机增强剂可明显提高聚乳酸材料的机械性能，但两者间的弱相容性极大损害了材料的柔韧性。聚合物纳米复合材料由于纳米尺度效应而能够产生突出的性能，成为材料科学研究的热点。采用纳米无机纤维和粒子及层状硅酸盐改性聚合物，显示出比常规无机粒子更高的增强效果，还增强了材料的耐热性、阻燃性和气体阻隔性等。但是，聚乳酸与多数无机纳米粒子相容性不高，无机纳米粒子在基质内易自聚集且层状硅酸盐难于被剥离，虽然也能够增强材料但填充量不高并急剧降低了材料的韧性。虽然可以通过表面接枝修饰无机纳米粒子加以解决，但是目前这类方法尚需完善而且很难大规模实施。此外，无机纳米粒子的生物相容性尚需进一步证实，在食品包装材料方面的应用值得商榷。聚乳酸作为包装材料在国外被广泛研究，许多产品也已进入实际应用；国内的聚乳酸包装材料的研究相对滞后，市场化规模有限。目前日本是聚乳酸包装材料最大的研发中心，而聚乳酸包装材料的技术趋势以包装容器与层状产品为主。国外自1992年申请聚乳酸包装应用的第1件专利起共公开了121个专利族并衍生出246个专利，专利申请量于2000年开始持续增长，在2002年达到最高峰后趋于平稳。国内专利申请较晚，数量相对过少，专利数量仅占3%。聚乳酸包装应用专利的主要申请国为日本、芬兰、意大利、德国、美国和英国。日本是主流研发中心，专利数量最多（达107个专利族），表明日本抢占聚乳酸包装材料国际市场的战略动向，而且日本在中国申请的专利也达到总量的33%。聚乳酸包装应用专利的国外申请人以国际大公司为主。日本三菱塑料株式会社的数量最多（专利族达30个），涉及层状板材、片材及薄膜等，日本柯尼卡株式会社位于第二（专利族达18个），主要开发餐盘、食品包装用容器及薄膜、农用肥料袋、垃圾袋、包装带等制品，两公司的研究领域代表了聚乳酸包装材料的最新动态。检索中国专利数据库，聚乳酸包装应用专利的国内申请人只有1个（平湖市比例包装材料有限公司），而国外申请人有7个，均为国际著名大公司。这表明我国企业对聚乳酸包装应用的投入极少，有实力的相关公司还未涉足。DERWENT分类公开聚乳酸包装材料专利主要包括：①B29C－塑料成型或连接、塑性状态物质成型及成型产品的后处理；②B29D－用塑料或塑性状态的物质生产特殊制品；③B29K－关于成型材料与小类B29B、C或D有关的分类；④B32B－层状产品，即由扁平或非扁平的薄层（泡沫状、蜂窝状）构成的各种薄膜、板材等产品；⑤B65D－物体或物料贮存或运输的容器（如袋、桶、瓶、箱盒、罐头、纸板箱、板条箱、圆桶、罐、槽、料仓等）及附件、封口配件、包装元件和包装件；⑥C08G－用碳－碳不饱和键以外的反应得到的聚合物；⑦C08J－加工、配料的工艺过程；⑧C08L－聚合物组合物；⑨D01F－制作人造长丝、线、纤维、鬃或带子，专用于生产碳纤维的设备。聚乳酸包装材料的应用领域在不断扩展，涉及食品保存材料、医用配制品、垃圾收集或清除品、涂料组合物、织物、家居覆盖材料、绳子、电刻等领域。在中国，国内申请人涉及的领域为食品包装用的包装袋、复合膜和容器，国外申请人主要为生物可降解薄膜、层状薄膜袋、拉伸成型的模塑制品、成型制品的方法、聚酯材料制备及电设备的外壳或结构零部件等。整体来看，聚乳酸包装材料的热点集中于B65D、B32B，即包装容器和层状产品（薄膜、板材），预计国外近几年将会在这两大领域中形成较大产业。

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