聚乳酸在快遞包裝應用中的可行性研究

李夢燁，張媛，朱磊，李蘋

（北京印刷學院 機電工程學院，北京 102600）

聚乳酸在快遞包裝應用中的可行性研究

李夢燁，張媛，朱磊，李蘋

（北京印刷學院 機電工程學院，北京 102600）

快遞包裝物料分為紙包裝和塑料包裝兩大類，其中對環境影響較大的是塑料袋、內部緩沖物、封箱使用的膠帶和編織袋等塑料制品。聚乳酸（PLA）作為公認的環保型包裝材料，具有優良的性能和巨大的市場價值，有望成為取代傳統的石油基樹脂的新一代綠色環保高分子材料，被產業界定為21世紀最有發展前途的新型包裝材料。在此從技術、經濟等方面對PLA是否可以在快遞包裝中替代傳統塑料進行可行性研究，并給出相應的結論。

快遞包裝；可降解塑料；改性聚乳酸材料；綠色環保

快遞業是近年來我國發展最迅速的行業之一[1]，由于網購和電商的崛起，近五年，快遞業的業務量以每年50%的速度高速增長。與此同時，快遞企業為確保物品的安全，滿足快遞運輸條件，使用了大量的包裝材料。根據課題組撰寫的《中國快遞領域綠色包裝發展趨勢報告》，傳統快遞包裝物料分為快遞運單、塑料編織袋、塑料袋、封套、包裝箱、膠帶、內部緩沖物等七大類，其中塑料制品的消耗量驚人，以塑料袋為例，近三年的平均基本數量使用情況約為70億個/年。

1 目前快遞塑料包裝存在的主要問題

1.1 快遞塑料包裝基本不可降解

對環境造成污染的快遞塑料制品主要是塑料袋、內部緩沖物、封箱使用的膠帶和編織袋等塑料制品，這些材料大部分無法循環利用。

塑料袋和編織袋主要是由PE、PP等材料制成。由于我國尚未建立有效的垃圾回收機制，因此廢棄的塑料袋和編織袋，大多被填埋或是焚燒處理。填埋對土地危害較大，而塑料制品焚燒不充分，會產生二噁英等有毒、有害物質，對人體健康危害極大。

內部緩沖物一般是泡沫塑料、充氣塑料袋。它是非顯性的塑料污染源，由于其通常被放置在快件的內部，所以并未引起太多關注。實際上，由于大多數商家或快遞網點為確保商品的安全，在紙盒、紙箱等包裝內填充大量的塑料、泡沫墊。這不僅是過度包裝的問題，不可降解的塑料制品同時也帶來嚴重的環境污染。

封箱使用的膠帶是不可降解、不可回收的，與紙箱一同使用。一般來說，紙箱是可以回收的，但是快遞包裝箱上纏繞數層的膠帶降低了廢品回收商對紙箱的回收量，造成極大浪費和污染。

1.2 快遞塑料包裝可能含有有毒有害物質

市場上的快遞塑料袋雖有全新料生產的包裝袋，但大部分都是混合回料生產。其中存在非法采用醫療垃圾、生活垃圾、化工材料制作的回料生產劣質塑料袋的現象。

由于大多數快遞企業采用的是加盟制的經營模式，基層網點的包裝材料大多都是其自行采購，企業總部很難及時、有效對其進行監管，因此劣質包裝材料的采購一般發生在基層加盟網點。這類劣質包裝材料價格相對便宜，但殘留了大量的塑化劑、阻燃劑等有毒、有害物質，存在刺鼻氣味，對人體和環境都有很大的危害。

1.3 快遞塑料包裝檢驗檢測方法不夠健全

目前，與快遞相關的國標只有GB/T 16606《快遞封裝用品》，標準不完善，相關檢驗檢測機構也不健全。快遞包裝質量安全的衡量沒有一個可以參考的標準。與一般包裝材料不同，快遞包裝已經深入到人們的生活，與人體大量接觸，因此快遞包裝材料的有毒有害物質限量的標準應高于一般物流包裝或產品包裝的標準，同時考慮到經濟性和實際使用情況，也應低于食品包裝的有毒有害物標準。

1.4 快遞塑料包裝減量化設計不到位

大多商家，不論是快遞網點還是電商，出于對商品的保護，采用多層紙箱嵌套，大量緩沖包裝材料填充，多層膠帶纏繞，極大地浪費包裝材料。從包裝減量化的角度來看，電商應從供應鏈管理角度，嚴控上游產品的包裝生產質量，符合當前物流運輸標準，減少物流企業對寄遞物品的再包裝。

2 聚乳酸的生產途徑與改性

PLA是一種具有優良生物降解性、生物相容性和生物可吸收性的綠色環保材料。它被認為是一次性石油基塑料包裝材料的主要替代物。PLA的原料是乳酸，可由富含淀粉、糖類的玉米、木薯、甘蔗、谷物秸稈等物質發酵、聚合而來，如圖1所示。

圖1 PLA的循環過程

2.1 PLA的合成

PLA主要有兩種合成方法：直接縮聚法（PC法）和開環聚合法（ROP法）。

直接縮聚法也稱一步聚合法，就是將乳酸單體直接聚合。它的特點是操作簡單、成本低；但是反應條件要求高，反應時間長、副產物水難以及時排除，產物相對分子質量低，分布寬，沖線性能差[2]。

開環聚合法也叫兩步法，是先將乳酸脫水聚合成丙交酯，然后催化丙交酯開環聚合成聚乳酸。此法可以得到高相對分子質量的聚乳酸，機械強度高，但生產效率相對較低，是目前工業化生產最主要的工藝路線[3]。

2.2 PLA的改性

雖然PLA是目前最具發展前景的一類生物可降解塑料，但其斷裂伸長率低、強度低、脆性大、不耐熱、成本高等缺點，限制了其使用范圍[4]。所以，必須對PLA進行改性，以擴大其使用范圍，滿足市場需求。

PLA的改性方法包括物理改性和化學改性。物理改性主要是通過物理方法降低其成本、增加材料的塑性等，可分為共混改性、增塑改性和復合改性。化學改性主要是通過改變PLA大分子或表面結構來改善其脆性、疏水性、降解速度等，可分為共聚改性和共混改性[5]。

雖然與傳統的石油基樹脂相比，PLA仍有許多不足，但是隨著工藝技術的發展，改性后的PLA已可以和PE、PP、PET等相抗衡，表1是某品牌PLA膜袋與PE膜袋的部分物理性能對比。

3 快遞用包裝袋的技術指標與改性PLA材料性能對比

研究改性后PLA材料能否用于快遞塑料制品，必然要將其相關性能與國標中的技術指標相對比。在GB/T 16606.3-2009《快遞封裝用品 第3部分：包裝袋》中，對塑料薄膜類材料技術指標分為厚度、拉伸強度、斷裂伸長率、直角撕裂力、粘合向拉斷力、抗擺錘沖擊能、透光率和溶劑殘留量等，其中對每一項的檢測方法也有相應的國家標準。

常見的幾種改性PLA材料主要有：PLA/PBAT材料、淀粉填充PLA包裝薄膜、PBS/PLA薄膜等。將這幾種材料的幾種主要性能對比如表2，可以看出，純PLA材料斷裂伸長率低、脆性大；經過改性后的PLA材料，斷裂伸長率有顯著提高，撕裂強度也有改善，是可以滿足國標對快遞塑料薄膜類材料的技術指標的。

4 聚乳酸應用的經濟性

PLA的推廣，亟待解決的就是成本問題。一般情況下，其價格比傳統塑料要高50%～200%。以塑料袋為例，PLA的密度是1.24g/ml，PE和PP的密度是0.9g/ml，達到同樣的強度，PLA袋要比PE或PP塑料袋更厚，需要更多的原料，因此PLA塑料袋比PE或PP塑料貴1倍以上[6]。例如，常見的中等尺寸（38mm×52mm）的快遞袋，普通快遞袋的價格是0.15元/個左右，環保快遞袋的價格為0.5元/個左右，價格上浮3倍左右。

表1 市場上某品牌PLA膜袋與其他PE膜袋部分物理性能參數對照

從全國來看，目前生產PLA塑料的企業數量有限，如表3所示。PLA塑料的市場價格在1.6～1.9萬元/噸，產能也不太大，生產PLA材料的性能也還有提高。

解決環保材料成本問題需要各方共同合作，以國內第一在省級范圍內全面“禁塑”的省份——吉林為例，吉林省作為全國的先行試點示范省份，享受國家相關政策補貼，同時在地方政府、科研院所、企業等各方的共同努力下，長春經開區抓住“禁塑令”提供的發展聚乳酸生物制造產業的戰略機遇，謀劃、設計、建設了全中國、全世界第一個生物基材料產業創新基地，同時通過建立健全生物質原料收儲、生產制造、市場消費、技術創新、政策扶持五大支撐體系來促進以聚乳酸為核心的生物質產業的發展，收到了好的效果。

表2 純PLA及改性后PLA與GB/T 16606.3-2009塑料薄膜類材料技術指標的對比

5 可行性分析

隨著快遞業的迅猛發展，在其給人們的生活帶來極大便捷的同時，用量陡增的快遞包裝也帶來了巨大的環境問題。因此，如何減少快遞包裝垃圾、推動快遞行業綠色化發展就成為全社會亟待解決的問題，而PLA作為最具發展前景的一類生物可降解塑料，無疑成為制作可替代普通塑料袋的環保快遞袋的首選原料。

表3 國內生物降解塑料PLA生產企業及其生產能力[6,7]

由此看來，若在快遞行業推行PLA環保材料，主要應從以下幾點著手：

技術方面，企業可與高校、科研院所等合作繼續加大對改性PLA的研發力度；

經濟方面，應扶持上游關鍵材料的生產，通過規模效應降低上游關鍵材料的成本；

政策方面，公益基金會、企業等應加大對環保包材的宣傳力度，積極引導賣家，設立相應的鼓勵機制，消費者等使用環保包材。

[1] 崔惠，張青.淺析我國快遞商品綠色物流包裝問題[J].物流商論,2016(7)：085-086.

[2] 陳連喜，戴翀，王鈞．一步法合成聚乳酸的研究［J］．化學與生物工程，2005（7）：17-18.

[3] 范兆乾.聚乳酸（PLA）合成與改性的研究進展［J］.河南化工，2011（8）：21-24.

[4] 呂閃閃，曹軍，譚海彥，等．木粉含量對木粉－淀粉／聚乳酸復合材料性能的影響［J］．復合材料學報，2015，32（2）：347-354．

[5] 夏亞棟.綠色包裝材料PLA（聚乳酸）[J].上海包裝，2016（2）：39-41.

[6] 錢伯章.國內聚乳酸的開發和應用進展[J].橡膠資源利用，2012（4）：32-39.

[7] 陸海旭.生物可降解塑料的發展現狀與趨勢[J].化學工業，2016，34（3）：7-14.

Feasibility Study on PLA in Express Packaging Application

LI Meng-ye, ZHANG Yuan, ZHU Lei, LI Ping

Express packaging materials are divided into two major categories of paper packaging and plastic packaging, of which the greater impact on the environment is plastic packaging bags, internal buffer, sealing tape and woven bags and other plastic products. PLA as environmentally friendly packaging material recognized, with excellent performance and great market value, is expected to become a new generation of central green polymer material to replace petroleum resin and it is def i ned as new packaging materials in twenty-f i rst century the most promising by the traditional industry. From the technical, economic and other aspects, the feasibility of PLA in express packaging application instead of traditional plastics is studied, and the corresponding conclusions are given.

express packaging; degradable plastics; modified PLA material; green environmental protection

TQ320.1

A

1400 (2017) 11-0037-05

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.11.002

綠色包裝應用與試點研究（20160001）

李夢燁(1993- )，女(漢族)，河南寶豐人，北京印刷學院碩士研究生，研究方向為物流系統安全與信息化技術。

朱磊(1982- )，男（漢族），安徽六安人，北京印刷學院講師，博士，研究方向為快遞物流技術與綠色包裝，郵箱地址：zhulei@bigc.edu.cn。