引言

什么是生物塑料？塑料制造商如何利用它們來改善其產(chǎn)品的環(huán)境影響？面對如此多的新興綠色技術(shù)，生產(chǎn)商和消費(fèi)者需要區(qū)分洗綠和真正的進(jìn)步。此外，如果一項(xiàng)新的發(fā)展被認(rèn)為對環(huán)境有利，那么塑料供應(yīng)鏈的所有階段，尤其是加工廠，就必須學(xué)習(xí)如何在不損害其工藝或產(chǎn)品的情況下采用新技術(shù)。 

術(shù)語”生物塑料”或”生物聚合物”實(shí)際上可以指兩種類型的材料。生物基塑料是由可再生原料生產(chǎn)的，如甘蔗或玉米。生物降解塑料可以通過微生物或酶的分解過程完全分解，產(chǎn)生對環(huán)境無害的天然副產(chǎn)品，如氣體（CO2、N2）、水、生物質(zhì)和無機(jī)鹽。生物降解也可以應(yīng)用于某些類型的化石燃料塑料，如聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和聚己內(nèi)酯（PCL）。值得注意的是，并非所有的生物基塑料都是可生物降解的，反之亦然。

使用生物基塑料的制造

生物基塑料很有吸引力，因?yàn)樗鼈兛梢跃哂信c傳統(tǒng)塑料相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特性。因此，它們通常被用于需要高耐久性和高強(qiáng)度的產(chǎn)品。用生物基塑料取代化石燃料塑料材料，可以減少我們對不可再生資源的消耗，并且從長遠(yuǎn)來看更具有可持續(xù)性。然而，生物基塑料有可能帶來與傳統(tǒng)化石燃料塑料一樣的可持續(xù)處置挑戰(zhàn)。另一個挑戰(zhàn)是生命周期的可持續(xù)性分析，以及最 大限度地減少生物基成分耕作過程中的水和燃料使用。研究新型生物塑料的研究人員必須在保持高效生產(chǎn)和高質(zhì)量產(chǎn)品的同時平衡這些可持續(xù)性要求。當(dāng)新的生物基塑料配方被開發(fā)出來時，制造商需要進(jìn)行嚴(yán)格的測試，以確保他們的最 終產(chǎn)品滿足客戶的性能和可加工性期望，并且成本與化石燃料來源的塑料相當(dāng)。為此，必須對材料強(qiáng)度、耐久性、粘度、熱穩(wěn)定性、相變和其他質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行量化。

生物塑料的材料分析

在任何塑料原料中，材料分析對于優(yōu)化加工條件和最 終使用性能至關(guān)重要。新的生物塑料配方需要更嚴(yán)格的測試，以確保其符合用戶標(biāo)準(zhǔn)，同時最 大限度地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性。以下材料分析技術(shù)在塑料開發(fā)中已經(jīng)很常見，但對于成功的生物塑料創(chuàng)新來說更為關(guān)鍵。熱分析測量溫度的變化如何影響材料的特性。熱分析儀器通常測量熱流、重量損失、尺寸變化或機(jī)械性能與溫度的關(guān)系。表征熱性能對于生物塑料材料的選擇和優(yōu)化至關(guān)重要，它可以回答以下問題。

• 這種材料在加熱加工時（包括成型或擠壓）會有什么表現(xiàn)？

• 如果在運(yùn)輸或使用過程中被加熱或冷卻，該塑料是否能保持其穩(wěn)定性？

• 該材料將如何分解？我們能否優(yōu)化可生物降解塑料的材料？

生物塑料最常見的熱分析儀器是差示掃描量熱儀（DSC），它測量熱穩(wěn)定性和相變， 以分析塑料在不同條件下的行為。生物塑料開發(fā)商使用熱重分析儀（TGA）進(jìn)行精確的成分測定，包括揮發(fā)性或溶劑含量和填料含量（殘留物）。TGA還測量分解溫度以及分解產(chǎn)物，這對設(shè)計(jì)可持續(xù)的生物降解塑料至關(guān)重要。機(jī)械分析包括各種技術(shù)來描述材料的機(jī)械性能或確定結(jié)構(gòu)對力的反應(yīng)。生物塑料制造商使用動態(tài)機(jī)械分析（DMA）來測量儲能模量、損耗模量、tan、delta和玻璃化轉(zhuǎn)變（Tg）；這些測量有助于預(yù)測塑料材料在設(shè)定溫度下對力和變形的反應(yīng)。

材料強(qiáng)度（用楊氏模量、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、斷裂伸長率、疲勞和耐久性來測量）對于預(yù)測最 終產(chǎn)品的行為至關(guān)重要，可以在機(jī)械測試負(fù)載框架上有效測量。

流變學(xué)是對材料的流動和變形的研究。流變儀測量生物塑料的粘度，這對優(yōu)化加工性能至關(guān)重要，特別是通過擠壓和吹塑。流變學(xué)還支持在開發(fā)新混合物時分析塑料的均勻性和耐久性。

這些材料測量有助于生物塑料生產(chǎn)的每一步，從評估特定原料的質(zhì)量到測試最 終產(chǎn)品的特性。隨著新的生物塑料配方的開發(fā)，制造商將需要系統(tǒng)化的方法來加入新的混合物，同時保持效率，滿足客戶的期望，并使可持續(xù)性最 大化。