聚乳酸微發泡材料開發中取得階段性進展

　　能源短缺和環境污染是制約中國經濟、社會可持續發展的關鍵問題。石油基聚合物發泡材料的廣泛使用已經在全世界范圍內引發了“白色污染”問題，開發具有環境降解能力的生物基發泡材料，既能減輕人類對石油資源的過分依賴，又能緩解石油基塑料給生態環境帶來的壓力，制備生物基聚合物發泡材料已經引起了國內外學術界和工業界的廣泛興趣。不過，聚乳酸樹脂熔體強度低，通過商品化的通用聚乳酸樹脂來制備性能優異的聚乳酸發泡材料仍存在技術上的難題。2006年以來，日本、荷蘭、美國等國的國際大公司通過新型聚乳酸合成工藝或者通過對通用聚乳酸樹脂改性的方法，成功實現了聚乳酸發泡材料的商業化。

　　2010年以來，翟文濤副研究員和鄭文革研究員帶領的科研小組開展了聚乳酸微發泡材料的研發工作。2010年12月，科研人員突破了通用聚乳酸微發泡的技術難題，在實驗室成功實現了發泡倍率為20-45倍的聚乳酸微發泡粒子(EPLA)的可控制備(中國發明ZL，申請號：201110022246.5)。研究發現，該技術制備條件溫和、生產過程穩定，具有極高的學術和產業化價值。目前，該課題組成功搭建了實驗室中試設備，具備年生產10噸的規模。

　　采用傳統的水蒸氣成型機可以對EPLA進行模壓成型。研究人員發現，僅通過對樹脂配方和成型工藝的優化，就可以在現有成型設備上實現聚EPLA成型體的連續化制備(圖2)。所制備的EPLA成型體的尺寸穩定性好、機械性能優異，所制備的材料已經在拉伸強度和壓縮強度上達到甚至超過同密度聚苯乙烯發泡粒子成型體(EPS)的性能(中國發明ZL，申請號：201110110427.3)。因此，EPLA成型體有望代替EPS成型體，用于制備綠色緩沖包裝材料領域以及餐飲包裝材料等。聚乳酸發泡材料具有環境降解的特點，根據其優勢，EPLA制品可以用于花卉種植業。例如，將花卉種子/植物苗、培養液、合適土壤放入EPLA制備的發泡盒，并埋入土壤;合適的環境促進花卉快速生長，而發泡盒可以在1年左右自然降解，無需任何后處理。目前，荷蘭某公司的EPLA產品已經應用于花卉產業，并取得良好的市場反饋。

　　中科院寧波材料所開發的EPLA另一優勢在于，EPLA模塑成型體具有優異的耐溫性(120度處理22h小時，不會發生明顯收縮)和壓縮性能。本團隊通過熱熔膠粘合的方法制備了以硬質EPLA為芯層，具有三明治結構的結構泡沫材料(中國發明ZL，申請號：201110109327.9)。該材料可以完全生物降解，有望用于汽車綠色內飾包裝材料等領域。

　　一次性餐飲包裝是聚乳酸環境友好塑料的主要應用領域。目前，聚乳酸材料存在耐溫低、質脆、樹脂成本高的問題。研究人員發現，微發泡技術可以顯著改善聚乳酸樹脂的韌性，提高聚乳酸樹脂的耐溫性(從50-55度提高至80-100度)和顯著降低材料的原材料成本(中國發明ZL，申請號：201110110336.X)。因此，通過聚乳酸微發泡片材來制備聚乳酸食品包裝盒對降低材料成本具有現實意義。如圖3所示為寧波材料開發的幅寬為500mm的聚乳酸微發泡片材。通過傳統的聚合物片材吸塑工藝，研究人員成功制備了聚乳酸微發泡餐盒(圖4)。目前，研究團隊正開展聚乳酸微發泡片材穩定化制備研究。

　　聚乳酸微發泡材料的研發和銷售在國際上正處于蓬勃發展階段，目前已經取得不俗的市場銷售和良好的市場認可，發展前景令人期待。中科院寧波材料所研究人員立足于解決基礎科學問題，定位于產品技術開發，已經打通了聚乳酸微發泡材料商業化制備過程中的關鍵步驟。目前，研究團隊已經申請四項中國發明ZL，擬申請三項中國發明ZL和數篇制品實用新型以及制品外觀ZL，具有完全的自主知識產權。研究人員歡迎多方資源介入，促進該技術的成熟，進而從實驗室的中試到公司的商業化開發，將科學技術轉化為現實的生產力。