无机粉体改性塑料环境友好材料存在问题及发展方向

1 控制无机粉体改性埋料的增重问题是国际性技术难题

无机粉体密度高，是合成树脂的2 倍到4 倍， 影响材料最终密度的是无机粉体的真实密度，无机粉体与塑料共混后，其堆积密度不起作用，如轻质碳酸钙的堆积密度只有重质碳酸钙的一半，但重质碳酸钙与轻质碳酸钙填充的塑料密度相差不大。如何有效地控制塑料填充体系的密度，使其增加幅度小，这是国际性技术难题，当然通过发泡或降低材料的压实度可以降低密度，但在某些领域应用时其力学性能和使用性能往往无法保证。

2 醋酸浸泡液蒸发残渣超标，影响其在熟食品包装中的应用

卫生标准中规定用4％醋酸在60℃下浸泡2h，其浸泡液的蒸发残渣不得超过30mg/L。要想在30％以上高填充时满足此要求是有一定难度的。作者利用稀土配合物复合光敏剂对无机粉体进行处理，开发生产的含30％碳酸钙光钙型环境友好PP 餐炊具的醋酸浸泡液的蒸发残渣低于30mg/L，这可能是因为稀土配合物对无机粉体有较强的配位功能，减缓了醋酸对无机粉体的浸透能力。

随着无机粉体表面处理技术的提高，在一定程度上可以解决高填充塑料的醋酸浸泡液蒸发残渣超标问题，但作者认为醋酸浸泡液蒸发残渣并不会对人体产生直接的危害，建议卫生部门放宽这一卫生指标，这将有利于无机粉体改性塑料环境友好塑料材料在食品包装领域的应用。

3 色泽深和透明度低制约着在高档包装中应用

由于无机粉末的折射率与几乎所有通用塑料的折射率不同，加入无机粉体将影响塑料基材的透明度和色泽。虽然目前已发现某些矿型的无机粉体对塑料的遮盖力相对较小，生产的燃料制品透明度较好，但毕竟量小，无法满足市场的需要，这制约了无机粉体改性塑料在高档包装中应用。

希望人们的审美观逐步适应环境协调发展的需要，不要对包装材料的透明度和色泽过于奢求。

4 无机粉体虽然不能转化为二氧化碳，但无机粉体的环境协调性高于淀粉

淀粉或无机粉体在塑料中都是以分散相的形式分散在塑料连续相中， 在环境条件作用下淀粉或无机粉体从塑料高分子中脱出，淀粉或无机粉体的脱出或降解并不会直接促使塑料高分子降解，仅仅是增加了塑料与环境的接触面积，因此可以说在增加与环境同化的机会方面淀粉和无机粉体的效果是等同的。

淀粉可转化为二氧化碳和水，是可降解的，而无机粉体不能降解，因此人们认为淀粉比无机粉体环境协调性好，但利用产品生命周期分析(LCA) 原理对淀粉和无机粉体进行系统分析可知：淀粉来源于太阳光的光合作用，要利用土地和肥料等养分，淀粉从塑料中脱出要么进入水体产生富营养化，要么转化为二氧化碳进入大气层增加温室效应；无机粉体从塑料中脱出不会转化为二氧化钙和水，而是以无机粉体本身回归自然，不会对环境产生明显的不利影响。

利用有自主知识产权的生物活性剂对无机粉体进行表面包覆处理，通过ASTM G21 的生物降解性能实验发现，用常规方法处理的无机粉体改性塑料，其ASTM 生物降解性能为2 级，生物活性剂处理的无机粉体改性塑料的ASTM 生物降解性能为3 级，含15％淀粉降解PE 膜的ASTM生物降解性能为3级。

按原中国塑料工程学会降解研究会起草的“降解塑料自然土壤掩埋坑”试验方法进行掩埋试验，测定其失重率，其实验结果如表1。

表1 无机粉体表面改性PE膜在土壤中的失重率

从表1 可知，通过生物活性剂处理的无机粉体改性塑料比用常规方法处理的无机粉体改性塑料在自然土壤中的失重率明显提高，说明生物活性剂可促进无机粉体在环境条件的作用下从塑料中脱出。

PE 及无机粉体均不易被微生物侵蚀，故降解速度较慢，在配方中添加生物活性剂可以明显提高PE 膜的生物降解性，与含15％淀粉的PE 膜的生物降解性能相当。

5 无机粉体改性塑料环境友好材料的发展重点

随着填充改性技术的发展，无机粉体不仅可以改善塑料材料的强度、刚性、尺寸稳定性及耐热性等性能，而且可以提高或赋予塑料材料阻燃、防菌、防静电、防辐射、导电、磁性等性能，塑料填充改性具有许多其它改性方法不可替代的优点。

法不可替代的优点。

5.1“开发性价比高”的无机粉体改性塑料是发展重点

通过自身的科研，较系统研究了无机粉体改性塑料环友好材料的综合性能，证实了无机粉体改性塑料环境友好材料是一类经济性、功能性和环境协调性有机统一的材料。倡导加快推进无机粉体改性塑料环境友好材料研究和产业化进程的目的是要引导行业开发具有良好价格性能比的无机粉体改性塑料，因为良好价格性能比的材料是实现可持续发展的保障，是最大的环保，也是可以实现最大环境协调性的材料。

通过对无机粉体的特殊表面处理，实现无机粉体对聚合物基体的增韧增强功能是开发好的价格性能比的无机粉体改性塑料的前题，如于建教授提出的界面诱导与调控理论和应用技术，采用偶联剂和助偶联剂使高聚物和无机粉体形成了新的过渡层，可使含碳酸钙50％的聚烯烃复合材料的缺口冲击强度提高数倍；欧玉春研究员提出核一壳结构刚性粒子增韧技术；黄锐教授提出纳米无机粒子在聚合物中分散的“沙袋效应”模型，为纳米无机粉体的表面处理技术和应用提供了理论依据；陈庆华高工提出的生物活性剂处理无机粉体应用于一次性包装材料，实现了光钙型环境友好材料通过HJBZ12 包装制品的光一生物降解性能检测；章文贡教授提出无机粉体表面原位组合化学改性技术(CCM/IP—S)是提高无机粉体改性塑料综合性能的最佳方法之一，目前已逐步构建起无机微粉体表面原位组合化学改性的系统框架；

如何开发长寿命的无机粉体改性塑料环境友好材料，实现好的价格性能比，关键要根据不同的使用要求在尽量减少高分子材料和有机功能助剂的前提下，挖掘无机粉体的潜在功能和复配及表面处理效果增加其功能，降低其成本，这需要全行业的共同努力，同时必须充分利用相关学科的高新技术。

5.2 光钙型多功能环境友好塑料是狭义上的无机粉体改性塑料环境友好塑料

为了实现粉体改性塑料环境友好材料在废弃后能尽快与土壤同化， 同时符合HJBZ12-2000包装制品的标准，必须对无机粉体改性塑料环境友好材料进行技术处理，作者提出了“光钙型多功能环境友好塑料”的研究思路并进行了产业开发，在国内多家企业实现了产业化，在制订DB343/35-1999 可降解聚乙烯薄膜、袋的福建省强制性地方标准中增列了“光降解可焚烧塑料”这一新品种，成为降解塑料的一类新产品， 经2004 年“第三届塑料与环保学术研讨会”决定，已成立了“光钙型环境友好聚乙烯塑料”的国标制订及申报筹备组。虽然就目前所处的技术水平来说，“光钙型多功能环境友好塑料”还不能彻底解决“白色污染”问题，也不能像某些生产降解塑料的企业所宣传的那样包治“白色污染”，但无机粉体改性塑料环境友好材料的提出和产业化将开辟塑料工业与环境协调发展的新纪元，它不同于只考虑价格和性能的传统塑料材料，又与光降解、生物降解、光一生物降解塑料有着本质的区别。