用于购物袋或垃圾袋的柔性一次性塑料薄膜主要由石油基低密度聚乙烯 （LDPE） 制成。然而，这些薄膜会带来大量的碳足迹，并导致环境污染。弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）的一个团队现已开发出一种基于聚丙交酯（PLA）生物塑料的柔性可回收塑料薄膜材料，并为其商业化铺平了道路。他们的努力为研究人员赢得了 2024 年约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫奖。
在可持续塑料方面，回收和脱石起着至关重要的作用。使用后，塑料被理想地分解成其基本成分，用于生产具有相同性能的新塑料。然而，部分材料在生产、使用和再利用的循环中丢失。“为了进一步推进循环经济，这些损失必须由非化石原材料来抵消。然而，这带来了挑战，因为化石塑料通常没有任何具有相同材料特性的生物基对应物，“波茨坦科学园Fraunhofer IAP聚合物合成部门负责人Antje Lieske博士说。“虽然这些特性可以通过各种添加剂得到改善，但这些添加剂会干扰进一步的回收过程。此外，它们可能价格昂贵且对环境有害，最重要的是，它们不是生物基的，“Lieske补充道。
基于PLA的材料与工艺开发
生物聚酯PLA是解决这个问题的一种很有前途的方法：它是生物基的、可生物降解的、易于回收的，在生物塑料方面具有最强的市场潜力之一。由于其高刚度，它非常适合一次性杯子等硬质包装，但不适用于购物袋等柔性一次性包装，后者是一次性塑料垃圾的主要来源之一。Antje Lieske博士与她的同事André Gomoll和Fraunhofer IAP的BenjamínRodríguez博士一起解决了这个问题。
“我们将增塑剂（即所谓的聚醚）直接与聚合物链偶联，使材料长期更具柔韧性。聚醚是无毒的，市售的，也可以由生物基原料生产。到目前为止，增塑剂一直作为添加剂混入PLA中。然而，随着时间的流逝，增塑剂分子会从材料中迁移出来，使PLA再次变硬和变硬。为了防止这种迁移，我们将聚醚锚定在聚合物上。为了实现这一目标，我们合成了基于PLA的嵌段共聚物，其中聚醚链段在两端与PLA链段共价连接，“BenjamínRodríguez博士解释道。
具有巨大潜力的可持续柔性塑料
其结果是一种新型、柔韧的PLA材料，不含迁移增塑剂，并且与LDPE不同，它至少80%是生物基的。“从长远来看，我们也许能够将这一比例提高到几乎100%，”Gomoll解释道。“此外，我们的材料可以通过简单的合成过程从市售的原材料中经济高效地生产。该工艺不需要大批量合成设备，但可以由中型公司作为连续运行的工艺在当地实施。到目前为止，PLA只能在连续的大型工厂中有利可图地生产，这排除了较小的公司作为制造商。最后，新的PLA材料也可以使用传统的加工设备以类似于LDPE的方式加工成塑料薄膜，并且可以化学回收，其能量输入比LDPE少得多，“Gomoll继续说道。
这些独特的材料特性促使Polymer-Group公司将这种材料商业化。2023 年，Polymer-Group 的子公司 SoBiCo GmbH 在 Pferdsfeld（德国西部）投产了一家新型 PLA 嵌段共聚物生产工厂。它每年生产 2,000 吨以Plactid的名义生产新的生物塑料。从长远来看，每年将生产10,000吨新型柔性PLA材料。
新型生物塑料将为提高塑料包装材料的可持续性做出重要贡献。除了软包装薄膜外，这种新材料还可能进入全新的用例，例如在汽车行业、纺织行业和增材制造领域。
