江星
（嘉庚創新實驗室，福建廈門361104）
摘要：傳統塑料吸管引發的環境問題日益嚴峻，促使尋找替代品成為社會廣泛關注焦點，在此背景下，具備獨特環保特性的可降解材料逐漸進入大眾視野。這類材料可在自然環境或特定條件如微生物作用、光解、水解等情況下快速分解為無害物質，有效減少對環境的污染，將其應用于一次性吸管，不僅能解決傳統塑料吸管難以降解的難題、降低環境污染，還能推動資源循環利用，助力可持續發展進程。隨著消費者環保意識不斷提升，對環保產品的需求持續增長，可降解吸管憑借巨大的市場潛力，有望成為未來餐飲行業的重要選擇。由此可見，研究可降解材料在一次性吸管中的應用意義深遠，既是解決當下環境問題的有效舉措，也是推動行業轉型升級、實現可持續發展的關鍵路徑。文章基于業內可降解材料吸管的技術研究與生產現狀，對聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯、聚乳酸等生物可降解材料在吸管生產研究中的發展與應用進行總結綜述。
關鍵詞：吸管；聚乳酸；可降解材料
傳統塑料吸管憑借其便捷性成為日常生活和餐飲行業的常用物品，深受消費者青睞，但這份便利背后卻暗藏著嚴峻的環境危機。作為由難以降解的聚乙烯或聚丙烯材料制成的產品，塑料吸管在自然環境中分解耗時長達數十年甚至上百年，給土壤、水源和生態系統帶來持續性污染風險；加之其體積小、重量輕的特點，在風力和水流作用下極易進入自然環境，不僅成為海洋垃圾的主要來源，還會造成海洋生物誤食、纏繞等傷害，嚴重威脅海洋生態平衡。與此同時，塑料吸管從生產、使用到廢棄的整個生命周期，都在大量消耗石油資源，不僅加劇對化石燃料的依賴，更會增加溫室氣體排放，進一步惡化全球氣候變化態勢。面對日益嚴峻的塑料污染問題，2020年末國家發改委及相關環保部門出臺治理塑料污染的意見，明確禁止不可降解一次性塑料吸管的使用，這一政策推動可降解材料吸管的研發應用成為業內亟待攻克的新課題。
1 可降解材料吸管技術現狀
可降解材料是指在自然環境或特定條件下，能夠被微生物分解、光解、水解等機制作用，逐漸降解為無毒無害的小分子物質，并最終回歸自然環境的材料。這類材料在使用過程中對環境友好，不會造成長期的污染問題。市場中近年來已經啟用紙質吸管、改性降解塑料吸管來作為傳統吸管的替代品。不過實際應用過程中，紙質吸管由于吸水性過強以及不耐高溫熱水長時間浸泡，最終沒有廣泛應用開來。而改性降解塑料吸管，在韌性、耐熱度方面有所欠缺，同時成本較高，也無法大面積推廣。
當前主流的可降解材料類型主要包括聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯（PBAT）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等（如下頁表1所示）。在眾多可降解材料中，PLA憑借其卓越的光澤度、出色的阻隔性能、良好的生物相容性以及顯著的生物可降解性，在可降解吸管的研究應用領域中占據了一席之地。但是，這不是說PLA材料就沒有缺點和局限性，其固有的耐熱性差、韌性不足以及缺乏足夠的柔性和彈性，特別是熱軟化溫度不足70℃,導致其耐高溫性能較差，容易在接觸熱液體時出現變脆的問題，這些性能缺陷很大程度上限制了其在吸管領域中的推廣應用。
在解決可降解吸管材料相關問題時，業內聚焦多種生物可降解材料特性，PBAT即聚對苯二甲酸己二酸丁二醇酯因分子結構兼具柔性與剛性而擁有優異柔韌性，但單獨使用存在強度不足的問題；PBS也就是聚丁二酸丁二醇酯在耐熱性和柔韌性方面表現良好，卻存在剛度欠缺的情況；另一類聚羥基脂肪酸酯共聚物（PHA）雖具備良好柔韌性、熱穩定性和加工性能，然而高昂成本限制了其大規模應用。為實現大批量生產并突破PLA單一材料局限，吸管制造商常采用共混或復合改性技術，把高韌性的PBAT、PBS等生物可降解材料與PLA按一定比例混合，該策略不僅能提升PLA的韌性，還有可能加快PBAT等材料的降解速度，不過PLA與PBAT等材料之間的不相容性成為阻礙。為攻克這一難題，增強它們之間的相容性以制備出力學性能更優的共混物成為業內研究重點，有團隊嘗試在PLA/PBAT共混體系中添加3%~5%的甲基丙烯酸縮水甘油酯作為該試劑的增溶劑，取得一定的成效，如可以提升共混物的強度，增幅能上升25%左右，為制備性能更優的可降解吸管材料提供了新方向。
2 可降解材料在吸管生產應用方面的研究進展分析
2.1 PBAT改性PLA吸管研究進展
國內研究團隊開展的一項研究，嘗試通過共混技術將PLA與PBAT按不同比例結合，同時在配比過程中引入硅烷偶聯劑、擴鏈劑及潤滑劑等添加劑，以此優化最終產品性能。研究采用的工藝步驟是在高速混合機中以400rpm的轉速混合原料6~8min，再通過雙螺桿擠出機在200℃下擠出，螺桿轉速設定為250rpm；擠出后的材料經過成型加工等流程最終制成改性PLA可彎吸管，該吸管獨特的螺紋設計包含10組牙組，插入端設計為45°斜口，能有效提升用戶體驗。
此外，拉伸強度測試結果直觀呈現出PBAT含量對改性PLA材料力學性能的影響趨勢，在具體研究中，如果材料里面不斷添加PBAT，那么改性PLA之后的整體拉伸強度也會有一個明顯的變化，具體是呈現減弱的趨勢。通過觀察測試數據，研究人員發現一旦該材料的拉伸強度＜55MPa時，吸管自身的強度、延展性都會有所降低，如在牽引測試的時候，吸管就會發生撕裂。根據這個測試結果看出吸管的強度還需要優化，要維持其拉伸強度在55MPa以上，就必須要考慮控制其質量分數在40%以內，從而實現材料柔韌性與強度的合理平衡。在提升改性PLA材料韌性方面，適量添加PBAT有著顯著效果，能夠有效解決PLA吸管易開裂的常見問題，不過當PBAT質量分數低于10%時，不僅無法增強韌性，反而會使PLA吸管韌性降低，導致使用過程中出現斷裂、螺紋爛牙等狀況；但是，從另一方面來看，PBAT含量在增加了以后，吸管的韌性也會有一定程度的強化，斷裂情況會減少。也就是PBAT質量分數處于10%~20%區間時，PLA吸管各項性能達到最佳平衡狀態，此時沖擊開裂率＜2%、斷裂率＜3%，完全符合PLA吸管的實際使用要求。
2.2淀粉基改性PLA吸管研究進展
天然淀粉與上述的各類可降解材料比較，憑借其廣泛的來源、經濟的價格以及優異的生物分解性，也成為業內研究的對象。為融合淀粉的優勢與PLA、PBAT等高分子材料的性能，改性淀粉被巧妙地引入這些生物降解材料的共混體系中，用于降低成本的同時，加速PBAT的生物降解過程。
某企業就以生物降解樹脂生產出“GP60系列”材料。GP60生物降解樹脂是以生物基PLA為基材，按照不同應用的設計配方支撐，具有優異的流動性、韌性及良好成型性能在工業堆肥或自然環境下，被微生物逐步降解為小分子，并最終轉化為二氧化碳和水。可用于替代傳統的PP、PE、PS等高分子材料用于一次性餐具、吸管、食品包裝等制造，解決一次性塑料制品對環境造成的白色污染問題。
第一，研究人員先用GP60制成的厚度為1mm的測試樣品，在土壤填埋條件下對樣品進行崩解測試，測試情況如圖1所示，從圖1可看出，在70天后，樣品基本已在土壤中完成降解。
第二，研究人員對GP60樹脂降解性能測試，GP60材料樣品按照《可堆肥塑料技術要求》（GB/T28206—2011/ISO17088:2008）進行生物降解第三方實驗室測試，在100天就達到相對分解率90%。如下頁表2所示生物分解率測試結果如圖2所示，生物分解率曲線。其測試結果均滿足標準要求。
第三，研究人員對GP60進行食品接觸測試，按照中國、美國（FDA）和歐盟（EU）相關食品接觸標準通過第三方實驗室測試，性能滿足要求，依據《食品安全國家標準食品接觸用塑料材料及制品》（GB4806.7—2023），具體測試數據如表3所示。
圖2生物分解率曲線
第四，應用實例。吸管制品：GP60材質一次性降解吸管已獲得中國工業生產許可證并進入批量生產，常溫吸管適用飲品范圍為-10~50℃,高溫吸管適用飲品溫度范圍為-10~85℃；注塑制品：GP60材質一次性刀叉碗碟等餐具制品已能實現注塑工藝的批量化生產，根據品類可分為常溫-10~50℃和耐高溫-10~100℃的兩種，滿足應用需求。如圖3所示。
2.3 PBAT與PBS改性PLA吸管研究進展
河北某研究團隊提出一種創新的PLA吸管改性制備方法，該方法通過巧妙融合PBAT與PBS等生物可降解材料來提升PLA吸管綜合性能，具體配方按質量份數計：PBAT占比25.0%~50.0%、PLA占比20.0%~50.0%，同時加入10.0%~25.0%的改性玉米秸稈粉以及0.3%~2.5%的添加劑以進一步優化材料性能，其中引入玉米秸稈粉主要是為降低生產成本，不過直接混合容易造成PLA基體與PBAT、改性玉米秸稈粉之間相容性和分散性不佳的問題。為解決這一難題研究團隊采用多元醇表面活性劑對玉米秸稈粉進行特殊處理，有效改善了玉米秸稈粉在復合材料中的分散狀態并增強了界面結合力，斷條的問題有所減少，吸管的拉伸強度也有了改善。
3 結語
在全球環保意識持續攀升的大環境下，可降解材料在一次性吸管領域的應用研究不僅彰顯出巨大的環保價值，更揭示出未來消費品市場朝著綠色、可持續方向轉型的必然走向。依托材料科學的持續創新以及生產工藝的不斷改進，可降解吸管正逐步攻克傳統塑料吸管造成的環境污染難題，朝著環保性更強、耐用性更佳、使用更便捷且品類更多樣化的方向穩步發展。隨著市場和消費者對環保產品的認知逐步加深，再加上國內大力治理塑料污染，未來可降解吸管的市場需求極有可能持續增長，這一趨勢勢必會吸引更多企業投身于可降解材料的研發與應用，進而推動行業技術的快速革新以及產業的升級轉型。
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