淺析生物塑料工程的技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)展（下）

張友根

(上海浦東新區(qū)，上海 201200)

（接上期）

3 生物塑料制備資源的技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

生物塑料可能會(huì)與人爭(zhēng)糧，會(huì)帶動(dòng)世界糧食價(jià)格上漲。研發(fā)非食品類物質(zhì)的生物基可降解塑料薄膜成型塑料，解決發(fā)展生物塑料與人爭(zhēng)糧的問題，越來越引起關(guān)注。

創(chuàng)新挖掘已知及未知的生物塑料資源，創(chuàng)新生物塑料制造技術(shù)，變廢為寶，節(jié)約石油資源，促進(jìn)石化工材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，形成新的綠色經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

3.1 非食品類物質(zhì)的生物基可降解塑料制備資源的技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

非食品類物質(zhì)包括草類、速生樹類，或者食物及農(nóng)作物的加工后的廢棄物產(chǎn)生的可再生生物物質(zhì)等。歐盟從2015年起，市場(chǎng)上將不允許出現(xiàn)使用糧食作為原材料生產(chǎn)的PHA。日本、美國等國的科學(xué)家已著手用廢木材、野草等制造生物塑料。

海藻制備生物塑料。日本東京大學(xué)和北海道工業(yè)技術(shù)中心，率先在全世界開辟了一條以海藻制PLA塑料的新途徑，他們先用酶將海藻中的纖維素、淀粉等分解使其轉(zhuǎn)化成葡萄糖,然后仿效釀造日本米酒工藝,放入以葡萄糖為主食的乳酸菌,產(chǎn)生獨(dú)立的乳酸，最后再利用白金等金屬做觸媒,結(jié)合成PLA。日本研究人員以兼具動(dòng)物和植物特點(diǎn)的單細(xì)胞真核生物“裸藻”為主要原料，成功生產(chǎn)出塑料。

農(nóng)林廢棄物制備生物塑料。阿姆斯特丹研發(fā)公司Avantium利用YXY技術(shù)將碳水化合物轉(zhuǎn)化成生物基可降解塑料塑料，包括一種TPA代替物，用以代替PET。所用原料并不直接構(gòu)成對(duì)食物生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)，可利用各種原料，如谷物、能源作物、木質(zhì)纖維物質(zhì)、廢液、廢紙或農(nóng)業(yè)廢物等。

柑橘廢棄物制備改生物塑料。西班牙塑料技術(shù)研究所(AIMPLAS)的員工以及學(xué)者通過微生物發(fā)酵和生物聚酯作用提取了重要的原料單體。

檸檬制備生物塑料。由ICIQ集團(tuán)負(fù)責(zé)人、ICREA教授ArjanKleij率領(lǐng)的化學(xué)家團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種用檸檬烯和二氧化碳生產(chǎn)聚碳酸酯的方法，其中檸檬烯和二氧化碳都是豐富的純天然產(chǎn)品，即無環(huán)境污染問題。研究人員不僅成功地生產(chǎn)出更環(huán)保的聚合物，而且還成功地改善了其熱穩(wěn)定性能。這種衍生的聚合物相比于BPA聚碳酸酯具有更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

地溝油制備生物塑料。江蘇潔凈環(huán)境科技有限公司和捷克共和國Nafigate(納菲蓋特)公司近日在京簽訂合作協(xié)議，將捷克布爾諾科技大學(xué)(Brno Universityof Technology)Ivana Marova教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的Hydal技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用化。利用國內(nèi)規(guī)模巨大的地溝油資源生產(chǎn)聚羥基脂肪酸酯(PHA)生物塑料，并加工成利國利民的環(huán)保食品級(jí)包裝材料。1 t地溝油可轉(zhuǎn)化生成0.6 t PHA，與利用地溝油生產(chǎn)生物柴油相比，每噸地溝油產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益提高了1.2萬元左右，并且社會(huì)效益更大。

3.2 動(dòng)物基生物塑料的技術(shù)開發(fā)的創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

BOCO Technology公司利用其專利技術(shù)和制作工藝，從蝦蟹等甲殼類生物貝殼提取一種叫甲殼素納米晶須（CNW）納米級(jí)生物材料。這是一種強(qiáng)度遠(yuǎn)超鋼鐵、重量類似塑料的納米生物材料。微量添加到其他高分子材料中，能極大的提升材料性能，而且在環(huán)保和價(jià)格上具有明顯優(yōu)勢(shì)。為了提高薄膜的阻隔性，現(xiàn)有方式主要是大量使用化學(xué)添加劑和復(fù)雜的擠出工藝，不僅成本高，也帶來一些安全和環(huán)保隱患。只需簡(jiǎn)單地添加0.5%的CNW納米生物晶須，就能立即提升薄膜阻隔性達(dá)4倍。添加0.1%的CNW納米生物晶須到樹脂材料中，就能在其強(qiáng)度和剛度不受到任何影響的情況下，讓韌性提升2～3倍。

3.3 生物塑料綠色制備技術(shù)的創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

創(chuàng)新生物塑料綠色制備技術(shù)，降低制造成本。 常規(guī)工藝生產(chǎn)的生物塑料(PHA)的價(jià)格，大約為普通聚乙烯和聚丙烯的3～10倍，價(jià)格遠(yuǎn)高于其他可降解材料，限制了拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

3.3.1 創(chuàng)新低成本催化劑，提高生物塑料產(chǎn)出率

美國麻省大學(xué)阿姆赫斯特分校PaulJ.Dauenhauer率領(lǐng)的科研小組經(jīng)過了一系列的優(yōu)化改良催化劑，使用分子篩做催化劑，用于促進(jìn)對(duì)二甲苯反應(yīng)、提高產(chǎn)出率。催化劑在高溫生物反應(yīng)器中通過三步反應(yīng)就能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為對(duì)二甲苯。由于催化劑的納米結(jié)構(gòu)對(duì)生物反應(yīng)效果的影響很大，這是一項(xiàng)重大的突破，因?yàn)槠渌a(chǎn)可再生對(duì)二甲苯的方法，要么成本昂貴（例如發(fā)酵），要么反應(yīng)效率低下、產(chǎn)品收率低。該方法還能夠進(jìn)一步優(yōu)化以提高對(duì)二甲苯的產(chǎn)出率并且降低成本，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是創(chuàng)新能源催化中心（CCEI）研究由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)制造生物燃料和化學(xué)品計(jì)劃取得突破性進(jìn)展的一部分。對(duì)二甲苯被用來制造PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）塑料，其用途范圍包括許多產(chǎn)品，如碳酸飲料瓶、食品包裝、合成纖維服裝，甚至汽車零部件。塑料工業(yè)均是以石油為原料生產(chǎn)對(duì)二甲苯；而新方法則能夠以一種可再生的方式以生物質(zhì)為原料制得該化學(xué)品，這種生產(chǎn)生物塑料的新方法，成本低廉，以大多數(shù)的生物質(zhì)為原料均能以75%的高收率獲得對(duì)二甲苯（生物質(zhì)塑料的關(guān)鍵原料）。

3.3.2 優(yōu)選菌種，降低生物塑料制造成本

清華大學(xué)特聘教授陳國強(qiáng)老師領(lǐng)銜一支年輕團(tuán)隊(duì)，找到合適好養(yǎng)的菌種，并用新興的“合成生物學(xué)”技術(shù)，重構(gòu)PHA生產(chǎn)過程，首創(chuàng)的下一代工業(yè)生物技術(shù)平臺(tái)，屬于世界領(lǐng)先的嗜鹽微生物技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總成本比現(xiàn)有技術(shù)降低一半，走在了世界的最前列。2017年12月，清華大學(xué)生命科學(xué)院合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心與兗州區(qū)政府雙方簽約采用清華大學(xué)陳國強(qiáng)教授首創(chuàng)的下一代工業(yè)生物技術(shù)PHA（聚羥基脂肪酸酯）項(xiàng)目，是用可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)產(chǎn)品如玉米淀粉等為原料，通過微生物發(fā)酵過程，生產(chǎn)出可降解的生物塑料產(chǎn)品PHA。該項(xiàng)目具有三大綠色亮點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)無滅菌開放式連續(xù)發(fā)酵的高效率生產(chǎn)，減少滅菌能耗及復(fù)雜操作，大大降低了人力成本；

（2）培養(yǎng)嗜鹽微生物需要高濃度鹽底物培養(yǎng)基，可使用高鹽廢水來替代淡水資源，大大節(jié)約了水資源；

（3）生物反應(yīng)器使用塑料或陶瓷等材料，無需高溫高壓不銹鋼材料，大大降低了生產(chǎn)成本。

3.3.3 創(chuàng)新熱處理工藝，提高PLA的性能

美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校與中國江南大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出一項(xiàng)新技術(shù)，能大幅提高可降解生物塑料PLA的耐熱和耐水性能，降低商業(yè)化生產(chǎn)成本并減少制備污染。PLA由于耐熱和耐水性能差，其應(yīng)用范圍受到限制。研究了熱處理溫度與PLA耐熱和耐水性能之間的關(guān)系。新技術(shù)核心是創(chuàng)新熱處理工藝，將PLA纖維加熱到約200℃后使其緩慢冷卻，通過這種方式使PLA兩種互為鏡像的形式的分子交織絡(luò)合，制取出耐熱耐水性能更高的產(chǎn)品。這種熱處理方法使兩種分子交織絡(luò)合而制取的聚乳酸纖維，其熔點(diǎn)比由一種分子組成的聚乳酸高38℃，在溫度超過120℃的含水環(huán)境里仍能較好地保持結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，使PLA的性能達(dá)到與石油基工程塑料相當(dāng)?shù)某潭?，達(dá)到了紡織工業(yè)的應(yīng)用要求。不需使用有害的溶劑或添加劑比，比現(xiàn)有技術(shù)更簡(jiǎn)單、綠色。

3.3.4 廢生物質(zhì)制備生物塑料，降低生物塑料制備成本

比爾.蓋茨和法國能源巨頭道達(dá)爾公司聯(lián)手投資一個(gè)項(xiàng)目，將廢生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為纖維素糖，也是制造生物塑料的原料，推廣生產(chǎn)生物塑料的新型低成本途徑。該專利方法使用超臨界水，以減少在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為纖維素糖的成本。纖維素糖可以轉(zhuǎn)化為塑料單體，轉(zhuǎn)化速度比其他技術(shù)塊一個(gè)數(shù)量級(jí)。水解過程最大程度降低了有害副產(chǎn)品，并提高了反應(yīng)速度。

3.3.5 重組細(xì)菌基因代碼，拓展生物塑料性能

英國帝人理工學(xué)院7名大學(xué)生利用無害細(xì)菌作為媒介，對(duì)大腸桿菌基因代碼進(jìn)行了重組，并成功用該細(xì)菌作為媒介已成功將填埋場(chǎng)垃圾轉(zhuǎn)換成可降解塑料及生物基塑料。轉(zhuǎn)換而來的新型生物塑料是生產(chǎn)醫(yī)用注射器及其他一次性醫(yī)療器械的理想材料。垃圾在填滿和焚燒的過程中會(huì)釋放有毒有害氣體，嚴(yán)重威脅到人體健康和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，這套轉(zhuǎn)換方案為垃圾除填埋場(chǎng)和焚化爐外提供了更好的歸宿。這套廢棄垃圾處理解決方案是環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展型的，它能夠最大限度地將廢棄物進(jìn)行二次利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

意可曼以世界領(lǐng)先的基因工程菌種構(gòu)造法，以可再生農(nóng)產(chǎn)品為原料，通過生物發(fā)酵直接在微生物體內(nèi)合成，生產(chǎn)出可完全生物降解的與PP相似的生物高分子材料PHA。

3.3.6 創(chuàng)新制備溶劑，生產(chǎn)廉價(jià)優(yōu)質(zhì)生物基環(huán)保塑料

幾十年來，科學(xué)家一直在繼續(xù)尋找可替代PET的以生物為基本原料的方案，而最有前景的是聚乙烯高發(fā)泡體(PEF)。研究人員利用可再生能源，成功研制出PEF的一種主要成分——呋喃二甲酸(FDCA)。不過，這種方法的成本很高。威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的工程師Jim Dumesic及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)該方法的關(guān)鍵是一種名為γ-戊內(nèi)酯(GVL)的溶劑。GVL是一種沒有顏色的液體，可從玉米芯等可再生能源中獲得。當(dāng)Dumesic和同事將GVL和一種有機(jī)酸催化劑添加到水中時(shí)，它們將果糖——一種存在于水果、蔬菜和玉米糖漿中的糖——轉(zhuǎn)變成可作為FDCA前體的有機(jī)化合物。由于GVL的表現(xiàn)如此良好，以至于Dumesic團(tuán)隊(duì)僅需要少量果糖便能生產(chǎn)出大量的純FDCA。新方法解決了塑料生產(chǎn)的三個(gè)問題。首先，它利用的是可再生碳源，而非化石燃料。其次，此前利用可再生能源制造FDCA的嘗試需要使用腐蝕酸以及昂貴的反應(yīng)容器，而新方法不需要這些。第三，科學(xué)家可利用最終產(chǎn)品FDCA作為反應(yīng)催化劑并且循環(huán)使用GVL溶劑。和現(xiàn)有方法相比，這會(huì)降低成本并且節(jié)省能源。

3.4 高性能生物塑料制備的技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

生物基塑料普遍存在親水性差、熱變形溫度低、抗沖擊性差、降解周期難以控制、生產(chǎn)成本高等缺陷。這都促使人們對(duì)生物基可降解塑料進(jìn)行增塑、共聚、共混和復(fù)合等改性展開深入的研究，從而能更好地滿足綠色經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4.1 耐高溫耐水解生物塑料

日本帝人改進(jìn)Biofront系列耐高溫耐水解的幾乎與PET一樣性能的生物塑料，熔點(diǎn)高達(dá)210℃，比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的耐水解性高10倍。Biofront的突出特點(diǎn)之一是其相對(duì)於傳統(tǒng)PLA170℃的熔點(diǎn)而言獲得了大幅改善。

3.4.2 納米纖維仿水晶生物塑料

生物塑料專業(yè)企業(yè)ecomass和尖端納米材料開發(fā)商?hào)|具(株)表示，2018年2月簽訂了旨在開發(fā)納米生物復(fù)合材料的合作協(xié)議書。Ecomass公司從甘蔗等植物中提取的生物作為塑料材料，東具公司利用竹子生產(chǎn)具有強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性的納米纖維（10億分之1 m的物質(zhì)）仿水晶，兩家公司合作開發(fā)納米纖維仿水晶生物塑料、開發(fā)納米生物復(fù)合材料的再生性質(zhì)及量產(chǎn)設(shè)備，一起申請(qǐng)專利，并為尋找應(yīng)用于汽車和智能手機(jī)的合作伙伴公司，共同進(jìn)行營銷。

4 生物塑料制品成型工程的技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

生物塑料制品成型工程技術(shù)基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)創(chuàng)新綠色技術(shù)，主要包括成型原料開發(fā)、成型技術(shù)等二方面。

4.1 生物成型塑料原料開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

注塑、吹膜生物成型塑料原料。遼陽石化采用高效復(fù)合催化劑和特殊酯化工藝自主開發(fā)了分別適用于注塑、吹膜的兩種可生物降解聚酯產(chǎn)品；利用1,2-丙二醇對(duì)常規(guī)PET進(jìn)行改性，自主開發(fā)出PPET新型共聚酯，與常規(guī)PET相比具有熔點(diǎn)低、彎曲強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但其熱變形溫度保持不變，可用于熱收縮膜、片材、瓶的制造。

擠吹薄膜成型生物塑料原料。巴斯夫推出一款Ecoflex和聚乳酸的混合物的可以生物降解的新型塑料Ecovio F Mulch，可使用普通PE擠塑設(shè)備進(jìn)行加工，采用Ecovio F Mulch擠吹薄膜在10 μm的厚度下。就具有優(yōu)異的抗撕裂性和抗刺穿性，而普通PE薄膜要達(dá)到相同的性能至少需要兩倍的厚度，廢棄薄膜可與自然垃圾一起埋入土中自然降解，從而大幅節(jié)約時(shí)間和成本。

多功能成型生物塑料原料。Telles公司商業(yè)化Mirel PHA生物基可降解塑料，是一種PHB（聚羥基丁酸酯）共聚物、添加劑和礦物填料的專有共混物，從微生物發(fā)酵的玉米糖中衍生而來，可熱成型、注塑、吹塑，成型制品可在自然土壤和水環(huán)境家庭和工業(yè)堆肥系統(tǒng)中生物降解。Mirel是一種半結(jié)晶型熱塑性聚酯，生物降解能力的速度和程度主要取決于由其制成的產(chǎn)品的大小和形狀。Mirel可用于薄膜與片材的擠出生產(chǎn)和熱成型，以及注塑和吹塑成型。其中的某些產(chǎn)品品級(jí)還獲得了美國FDA的許可，可用于那些與食品相接觸的場(chǎng)合。高耐熱性能的注射級(jí)Mirel P1001專門用于替代PS類產(chǎn)品；Mirel P1002專門用于替代PP類產(chǎn)品。

中空吹塑成型生物塑料原料。PHBOTTLE研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)的生物聚合物飲料包裝瓶或食品包裝材料，其優(yōu)越的特性如機(jī)械強(qiáng)度、易規(guī)?；庸ぁ⒛退峙c耐蒸汽和水接觸不溶性等，已經(jīng)過反復(fù)的檢驗(yàn)驗(yàn)證，還包括飲料與食品儲(chǔ)存期間新材料包裝的食品穩(wěn)定性、安全性及品質(zhì)。PHBOTTLE研發(fā)團(tuán)隊(duì)的科技人員相信，集生物聚合物廉價(jià)原材料資源、有效降低廢水中有機(jī)污染物排放、減少能源與資源消耗、減緩溫室氣體效應(yīng)和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的“五合一”創(chuàng)新型技術(shù)及生產(chǎn)工藝，必將進(jìn)一步推動(dòng)歐盟乃至世界綠色經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 生物塑料制品成型技術(shù)的創(chuàng)新現(xiàn)狀和進(jìn)展

生物基塑料是半結(jié)晶性質(zhì)的，但是它們的結(jié)晶速度相對(duì)緩慢，即使它們的熔融溫度很低。生物塑料的熔點(diǎn)溫度與降解溫度非常接近，加工窗口很窄，塑化中出現(xiàn)的最大問題是由于過多的熱量、剪切或停留時(shí)間所造成的熱、濕氣和降解。

原料干燥。原料應(yīng)被干燥到水含量0.1%或更低。生物基塑料一般具有較大的吸濕性及濕度敏感性，能夠在5 min之內(nèi)吸收足夠多的水分。生物塑料具有吸濕性，因此必須進(jìn)行干燥，否則會(huì)造成材料的分子量和熔體黏度下降，同時(shí)產(chǎn)生飛邊，并使制品變脆。生物塑料要求低溫干燥。需要在每一個(gè)階段都得到合理的處置，以使之不再吸濕。如果干燥溫度太高，材料將會(huì)軟化并在料斗中凝結(jié)成團(tuán)。但如果溫度太低，干燥會(huì)不徹底。使用料斗干燥、流化床干燥或者紅外線結(jié)晶干燥。

Nordson Corporation推出一種專為加工聚乳酸PLA的專用化塑化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)比通用標(biāo)準(zhǔn)塑化系統(tǒng)更高的生產(chǎn)率和更出色的塑化質(zhì)量，同時(shí)又能抵御PLA的腐蝕和研磨作用。

Nordson的新型Xaloy PLA螺桿和料筒套件基于與PLA生產(chǎn)商合作開發(fā)的技術(shù)，集成了三種關(guān)鍵要素：

（1）PLA螺桿特定幾何形狀及結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高產(chǎn)量，最大限度減小剪切熱，控制熔融溫度；

（2）混煉區(qū)實(shí)現(xiàn)低溫均質(zhì)熔融；

（3）螺桿和料筒材料能夠抵御PLA的輕度腐蝕以及復(fù)合成分導(dǎo)致的磨損。對(duì)于所有PLA應(yīng)用，新型套件系統(tǒng)中的料筒內(nèi)襯Xaloy X-800嵌體，這是一種含有碳化鎢的鎳基合金，比鐵、鐵-鉻和鎳-鈷合金更耐磨，因此耐磨性和耐腐蝕性更強(qiáng)。螺桿由17-4ph不銹鋼制成，表面有Xaloy X-183硬化涂層。

4.2.1 生物塑料制品注射成型加工技術(shù)的創(chuàng)新

嚴(yán)格控制螺桿剪切熱。生物基塑料的熔點(diǎn)或加工溫度與降解溫度非常接近，加工溫度窗口很窄，如PHBV，熔點(diǎn) 154.44℃，但其降解溫度為182.22℃，一旦過熱，就會(huì)造成凝膠、黑斑或者黃變。加工溫度波動(dòng)保持在±2℃。

采用漸變型注射螺桿，以防止剪切熱突變；控制螺桿線速度，控制注射速度，以防止剪切熱過高。機(jī)筒部件內(nèi)，特別零件連接處不能有存料的死角，防止形成熱集中點(diǎn)而引起過熱分解。注塑塑化系統(tǒng)。Xaloy?EasyMelt?螺桿可以針對(duì)特定PLA樹脂等級(jí)量身定制，以提供最佳溫度控制和快速恢復(fù)。如果需要混合，可以添加XaloyZ-Mixer，這對(duì)需要高透明性的應(yīng)用極具價(jià)值。

注射量為機(jī)筒容積的30%～80%。每一次注射都要把所有的熔融料都注射出去。在薄壁產(chǎn)品中，熔融料不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離的流動(dòng)，而如果增加充模壓力來解決，也會(huì)同時(shí)增加剪切，而這可能導(dǎo)致樹脂分解及制品變脆。發(fā)黃。

模具的流道應(yīng)使剪切得到最小化，同時(shí)提供高冷卻能力、低壓、低剪切流道和熱曲線，以抵消樹脂的熱敏性。模具熱流道系統(tǒng)防止泄漏，模具冷卻水應(yīng)該保持在 24℃以防止結(jié)垢。當(dāng)加工高無定型生物基塑料時(shí)，入脫模劑能夠降低制品黏接到金屬表面的幾率。

Nypro公司已經(jīng)開發(fā)了自己的流動(dòng)模擬軟件包，以模擬生物塑料的成型行為，包括收縮和熱變形行為。

注射成型工藝條件參考實(shí)例：

例1：NatureWorks開發(fā)的Ingeo 3251D生物塑料，薄壁制品的成型，熔體流動(dòng)性能為210℃下70～85 g/10min，MFR 為 190℃下 30～40 g/10min。進(jìn)料口溫度21℃左右，熔融溫度為188～210℃。螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)為 100～200 r/min，背壓 0.35～0.7 MPa。計(jì)量段和噴嘴的溫度應(yīng)該在 188～205℃之間。模具溫度24℃左右。

例2：Novamont的 Mater-Bi淀粉基生物塑料，熔體流動(dòng)指數(shù)6～30g/10 min，所用的加工螺桿為恒定錐度、單螺紋螺桿，壓縮比2.5:1，長(zhǎng)徑比25:1。加工螺桿可以使用標(biāo)準(zhǔn)擋圈，其熔融溫度為150～221℃。半結(jié)晶生物聚合物的成型比常見的半結(jié)晶聚合物的慢50%。一般模具溫度為18℃。

例3：Telles生產(chǎn)的Mirel PHA P1003生物塑料，使用單螺紋的常規(guī)漸變螺桿，壓縮比為2～2.5:1，背壓0.35 MPa，螺桿轉(zhuǎn)速50～150 r/min，熔融溫度160℃左右。開始注射時(shí)速度應(yīng)相對(duì)較慢，推薦注射速度為1.27～5.08 cm/s，然后再逐漸加快，直到95%～99%的模具被注滿。注射壓力為 35～91 MPa。為了避免停留時(shí)間過長(zhǎng)，一筒料最多可注射3～4次， 2次當(dāng)然更好。而其成型溫度應(yīng)該控制在49～60℃，以提升結(jié)晶速度。澆口尺寸設(shè)計(jì)為零件厚度的80%。

4.2.2 吹膜成型加工技術(shù)的創(chuàng)新

控制膜泡的穩(wěn)定性。膜泡的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)吹膜質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。淀粉基生物降解塑料的熔體強(qiáng)度一般低于石油基塑料，擠出的膜泡容易造成膜泡外形不穩(wěn)定、表明褶皺等缺陷，降低吹膜質(zhì)量，影響生產(chǎn)率。膜泡的穩(wěn)定性主要取決于熔體強(qiáng)度。原料的熔體強(qiáng)度越大，膜泡的穩(wěn)定性越好。

控制熔體強(qiáng)度。熔體強(qiáng)度對(duì)薄膜的強(qiáng)度性能的影響最大。熔體強(qiáng)度反映聚合物熔體的抗延伸性及抗熔垂性,實(shí)現(xiàn)膜泡穩(wěn)定性的熔體性能的關(guān)鍵指標(biāo)。提高生物塑料的熔體強(qiáng)度，除了降低熔體溫度之外，在吹膜加工中最為有效的就是提高對(duì)熔體的冷卻效果。

吹脹比和牽引比。這兩個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)，對(duì)生物基降解塑料薄膜的縱橫向拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和耐撕裂力等性能有影響。成型工藝中，科學(xué)確定兩者之間的配匹關(guān)系，達(dá)到最佳的縱橫向拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和耐撕裂力強(qiáng)度。

5 結(jié)語

生物塑料是21世紀(jì)的綠色原料，制備資源豐富，應(yīng)用前途無限。目前生物塑料產(chǎn)業(yè)僅僅是開始，制備資源的挖掘、應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新、應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，有待持續(xù)創(chuàng)新創(chuàng)造。

生物塑料在消滅石油基塑料造成“白色污染”，發(fā)揮其它材料不可替代的綠色作用。生物塑料的自降解性能，在醫(yī)療領(lǐng)域造福于全人類。這兩個(gè)領(lǐng)域是生物塑料創(chuàng)新應(yīng)用的重點(diǎn)。