#石墨烯改性#抗菌材料#降解PLA材料
2020年1月，国家发展改革委和生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，其中指出，到2020年底，全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管，这意味着传统聚烯烃类不可降解吸管都面临着被停用的局面。目前，市场上利用聚乳酸（PLA）、聚己二酸／对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等材料制成的生物可降解吸管在耐热性、力学强度、加工性能等方面还存在诸多不足，且价格较高。据有关报道，仅2019年，中国的吸管使用量达到了460亿根（吸管的成本为0.03元/根），如果采用PLA等生物基原料，成本将增加到0.1元/根。因此，如何提高生物可降解吸管的使用性能和降低成本一直是研究开发的热点。
生产技术现状
目前，市场上传统吸管的替代品主要分2类：一类是纸吸管，另一类是改性降解塑料吸管。纸吸管在使用过程中存在的主要问题是吸水性太好，不耐长时间的较热液体浸泡。改性降解塑料吸管在使用过程中存在耐热性不好、韧性不足、刚度不够、价格过高等诸多问题。
在PLA，PBAT，PBS，PHA等众多可降解材料中，PLA因具有优异的光泽度及阻隔性能、良好的生物相容性、生物可降解性等特点，被广泛应用于可降解吸管领域；但PLA的缺点也较为突出，其耐热性差和韧性不足，缺乏柔性和弹性，热软化温度在70℃以下，制成产品后降解容易变脆，无法在较热液体中使用。PBAT因分子链段兼具长链脂肪烃的柔性和芳环的刚性，使其具有优异的柔韧性，但强度不足。PBS耐热性、柔韧性等较好，但刚度不够。PHA共聚物具有较好的柔韧性、热稳定性及加工性能，但价格过高。
为了避免PLA作为单一可降解原料存在的不足、厂商一般将高韧性的PBAT和PBS等生物可降解材料进行配比，与PLA材料复合改性，用于吸管生产。将高韧性的PBAT和PBS等与PLA进行共混，不仅可以提高PLA的韧性，还能同时加快PBAT的分解速率。但PBAT与PLA两者存在不相容的问题，因此如何提高两者之间的相容性，从而制备力学性能更好的共混物至关重要。
研究进展
1、PBAT改性PLA吸管
研究发现，添加PBAT可以有效提高改性PLA材料的韧性，解决PLA吸管开裂问题。当PBAT质量分数小于10％时，PLA吸管的韧性降低，出现了吸管断裂烂牙现象。PBAT含量越高，吸管的韧性越好，冲击开裂率越小，螺纹断裂率也越小。当PBAT质量分数为10%~20%时，PLA吸管的冲击开裂率符合小于2%指标，断裂率符合小于3%的指标，满足PLA吸管使用要求，弯管成型率符合大于98%的指标，满足大批量生产要求。但当PBAT含量过高时，PLA吸管破膜率指标合格率下降，当PBAT质量分数超过20%时，因韧性太大，造成挤压的螺纹发生回弹现象，无法定型，PLA吸管合格率低于指标要求。
2、PHA改性PLA吸管
PHA是一种高结晶性和高聚合度的生物质聚合物，将其与PLA共混可以改善PLA的结晶性，提高PLA的抗撕裂性能和抗冲击性能。陈亚精将PHA粉末按照质量分数30%~50%与PLA粉末（质量分数50%~70%）混合均匀并干燥，制成PLA/PHA混合物；然后在PLA/PHA混合物中，分别添加质量分数0.5%~2%水滑石粉、质量分数0.1%~2.5%聚酯稳定剂和质量分数0.1%~2.5%成核剂；将以上混合物充分混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出并水冷切粒、干燥，制成母粒。通过该母粒制得的PLA吸管耐热温度高于90℃，韧性好、可生物全降解，解决了目前普遍存在的一次性可降解吸管不耐热、韧性不好和不能完全降解的问题。
3、PBAT和PBS改性PLA吸管
贾雷等公开了一种利用PBAT和PBS等生物可降解材料对PLA进行改性、制备改性PLA可降解吸管的方法。该方法的原料以质量份计包括：25~50份PBAT、20~50份PLA、10~25份改性玉米秸秆粉以及0.3~2.5份添加剂。添加一定量的玉米秸秆是为了降低可降解复合材料的成本，但PLA基体和PBAT与改性玉米秸秆粉之间存在相容性以及分散性不好的问题，因此要采用多元醇表面活性剂对玉米秸秆粉进行改性，从而解决管材加工挤出过程中存在断条、不连续、不顺畅等问题，同时也提高了产品的冲击性能和拉伸性能。
４、淀粉基改性PLA吸管
与PBS，PLA，PBAT等生物可降解材料相比，天然淀粉具有来源广泛、价格便宜、易于被微生物所分解等优点，成为生物可降解材料的开发对象。将改性淀粉与PLA及PBAT共混，既可降低成本，又可有效加快PBAT的生物降解速率。但由于天然淀粉热塑性差，故需要预先对淀粉进行改性，提高淀粉的加工性能和力学性能。
前景展望
目前，可降解塑料产业仍处于发展初期，被广泛应用的可降解材料包括PLA，PBAT，PBS，PHA等。其中，PLA和PBAT是可降解塑料领域主流产品。由于两者的特性不同，PLA主要应用于可降解吸管，PBAT主要应用于可降解塑料袋。PLA产能主要集中于海外，我国PLA产业仍处于起步阶段，已建并投产的PLA生产线并不多，且多数规模较小。较PLA而言，PBAT技术壁垒相对较低，产业较为成熟，国内拥有PBAT产能的企业较多。
现在可降解材料在吸管方面的应用研究主要集中在PLA，PBAT2种组分共混的生物可降解吸管产品，PBAT，PBS，PHA，PCL，PLA多组分共混的生物可降解吸管产品，以及淀粉基、生物质纤维素与PLA共混的生物可降解吸管产品；另外，原料配方要兼顾到吸管的耐热性、力学性能、加工性能、生产成本等因素。未来随着“禁塑令”政策的推行、原料价格降低、技术进步、产能扩大、生产成本降低，可降解吸管的推广应用将加快。
（一）公司背景介绍
深圳环能石墨烯科技有限公司是由深圳前海石墨烯研究院发起设立，专注于石墨烯改性树脂材料解决方案供应商，已完全拥有石墨烯功能性材料的自主知识产权和核心设计合成能力。公司产品具有低成本、高阻隔、高强度、高抗生物特性等优势，且适用于注塑、吹塑、喷涂、吹膜、流延等多种生产工艺，使用方法简单易得，特别在石墨烯抗菌材料应用研发方面，已取得一系列重大研发成果，非常适合应用于白色家电类产品、厨房家电产品、厨房用具、大众日常生活用品等。
深圳市前海科创石墨烯新技术研究院（SGI），是深圳市政府为加强新材料技术转化战略性设立的新型研发机构
深圳石墨烯研究院面向老百姓高质量生活的需求和民营企业的创新需求，以市场为导向，已经打造了4大重点实验室、2个中试基地、成立了以石墨烯专有技术孵化推广的2个平台公司，6家项目公司，40余项产品；设立了中小企业联盟，上市公司、科研机构及基金共达400余家加入企业联盟，举办科技交流活动65场次，累计参加人数8000多人，平均每周200多人次交流，已为数千家企业提供技术解决方案服务。
自主研发和应用场景控制能力是深圳石墨烯研究院的核心竞争力，重点把握技术中试和商业中试两个核心，全面整合新材料产业的创新技术、应用技术和产业资源。
（二）公司自主研发的产品及应用领域
石墨烯抗菌母粒材料在家电行业具体应用产品包括：生活电器（空气净化器、加湿器、送风机、料理机、豆浆机、榨汁机等）、日用电器（清扫机器人、洗地机、吸尘器等）、家用电器（空调、冰箱、洗衣机、微波炉等），厨卫用品（餐具、菜板等）、电器开关等PP/PE/ABS/PC/PS 等塑料材料上添加我们抗菌母粒使用。
（三）产品技术优势：
1、安全环保无du（食品接触级材料）：石墨烯抗菌材料是利用纳米刀等多重协同纯物理灭菌原理，可完全破坏并阻隔细菌生长，无任何化学毒性，与高分子材料充分融合在一起，无材料脱落或迁移现象，材料安全性和稳定性高。相关产品已通过欧盟食品级的检测认证(EU) 2020/1245，可完全用于食品接触级产品。可广泛应用于生活电器和厨卫小家电等对食品接触级材料严格要求的产品上。
2、抗菌抗病du广谱性。不仅对常见的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色nianzhu菌可达到99.9%以上抗菌效果，同时对冠状病du、流感病du、鼠伤寒沙门氏菌、宋氏志贺氏菌、单增李斯特氏菌等非常见细菌病du均有99%以上抗菌抗病du效果。可广泛应用于生活电器、厨卫家电、家用电器等塑料材料上使用。
3、杀菌时效性快。经相关专业权威的机构检测，杀菌时效性可达10分钟内。可广泛应用于对杀菌时效性有特殊要求的产品上。
4、防霉效果好。可达到防霉zuigao等级“0”级，有效抑制霉菌滋生，可广泛应用于冰箱等对防霉有特殊要求的产品上。
5、为企业降本增效效果显著。相比目前市场常见的银系抗菌剂，抗菌材料成本节省1500-2000元/吨，降本达30%-50%。
6、差异化产品宣传新卖点。相比目前市场上同类产品普遍使用的银系抗菌剂，替换应用石墨烯抗菌新材料更显得独树一帜，容易吸引消费者眼球。
如有需要咨询请联系深圳石墨烯研究院纪生
2020年1月，国家发展改革委和生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，其中指出，到2020年底，全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管，这意味着传统聚烯烃类不可降解吸管都面临着被停用的局面。目前，市场上利用聚乳酸（PLA）、聚己二酸／对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等材料制成的生物可降解吸管在耐热性、力学强度、加工性能等方面还存在诸多不足，且价格较高。据有关报道，仅2019年，中国的吸管使用量达到了460亿根（吸管的成本为0.03元/根），如果采用PLA等生物基原料，成本将增加到0.1元/根。因此，如何提高生物可降解吸管的使用性能和降低成本一直是研究开发的热点。
生产技术现状
目前，市场上传统吸管的替代品主要分2类：一类是纸吸管，另一类是改性降解塑料吸管。纸吸管在使用过程中存在的主要问题是吸水性太好，不耐长时间的较热液体浸泡。改性降解塑料吸管在使用过程中存在耐热性不好、韧性不足、刚度不够、价格过高等诸多问题。
在PLA，PBAT，PBS，PHA等众多可降解材料中，PLA因具有优异的光泽度及阻隔性能、良好的生物相容性、生物可降解性等特点，被广泛应用于可降解吸管领域；但PLA的缺点也较为突出，其耐热性差和韧性不足，缺乏柔性和弹性，热软化温度在70℃以下，制成产品后降解容易变脆，无法在较热液体中使用。PBAT因分子链段兼具长链脂肪烃的柔性和芳环的刚性，使其具有优异的柔韧性，但强度不足。PBS耐热性、柔韧性等较好，但刚度不够。PHA共聚物具有较好的柔韧性、热稳定性及加工性能，但价格过高。
为了避免PLA作为单一可降解原料存在的不足、厂商一般将高韧性的PBAT和PBS等生物可降解材料进行配比，与PLA材料复合改性，用于吸管生产。将高韧性的PBAT和PBS等与PLA进行共混，不仅可以提高PLA的韧性，还能同时加快PBAT的分解速率。但PBAT与PLA两者存在不相容的问题，因此如何提高两者之间的相容性，从而制备力学性能更好的共混物至关重要。
研究进展
1、PBAT改性PLA吸管
研究发现，添加PBAT可以有效提高改性PLA材料的韧性，解决PLA吸管开裂问题。当PBAT质量分数小于10％时，PLA吸管的韧性降低，出现了吸管断裂烂牙现象。PBAT含量越高，吸管的韧性越好，冲击开裂率越小，螺纹断裂率也越小。当PBAT质量分数为10%~20%时，PLA吸管的冲击开裂率符合小于2%指标，断裂率符合小于3%的指标，满足PLA吸管使用要求，弯管成型率符合大于98%的指标，满足大批量生产要求。但当PBAT含量过高时，PLA吸管破膜率指标合格率下降，当PBAT质量分数超过20%时，因韧性太大，造成挤压的螺纹发生回弹现象，无法定型，PLA吸管合格率低于指标要求。
2、PHA改性PLA吸管
PHA是一种高结晶性和高聚合度的生物质聚合物，将其与PLA共混可以改善PLA的结晶性，提高PLA的抗撕裂性能和抗冲击性能。陈亚精将PHA粉末按照质量分数30%~50%与PLA粉末（质量分数50%~70%）混合均匀并干燥，制成PLA/PHA混合物；然后在PLA/PHA混合物中，分别添加质量分数0.5%~2%水滑石粉、质量分数0.1%~2.5%聚酯稳定剂和质量分数0.1%~2.5%成核剂；将以上混合物充分混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出并水冷切粒、干燥，制成母粒。通过该母粒制得的PLA吸管耐热温度高于90℃，韧性好、可生物全降解，解决了目前普遍存在的一次性可降解吸管不耐热、韧性不好和不能完全降解的问题。
3、PBAT和PBS改性PLA吸管
贾雷等公开了一种利用PBAT和PBS等生物可降解材料对PLA进行改性、制备改性PLA可降解吸管的方法。该方法的原料以质量份计包括：25~50份PBAT、20~50份PLA、10~25份改性玉米秸秆粉以及0.3~2.5份添加剂。添加一定量的玉米秸秆是为了降低可降解复合材料的成本，但PLA基体和PBAT与改性玉米秸秆粉之间存在相容性以及分散性不好的问题，因此要采用多元醇表面活性剂对玉米秸秆粉进行改性，从而解决管材加工挤出过程中存在断条、不连续、不顺畅等问题，同时也提高了产品的冲击性能和拉伸性能。
４、淀粉基改性PLA吸管
与PBS，PLA，PBAT等生物可降解材料相比，天然淀粉具有来源广泛、价格便宜、易于被微生物所分解等优点，成为生物可降解材料的开发对象。将改性淀粉与PLA及PBAT共混，既可降低成本，又可有效加快PBAT的生物降解速率。但由于天然淀粉热塑性差，故需要预先对淀粉进行改性，提高淀粉的加工性能和力学性能。
前景展望
目前，可降解塑料产业仍处于发展初期，被广泛应用的可降解材料包括PLA，PBAT，PBS，PHA等。其中，PLA和PBAT是可降解塑料领域主流产品。由于两者的特性不同，PLA主要应用于可降解吸管，PBAT主要应用于可降解塑料袋。PLA产能主要集中于海外，我国PLA产业仍处于起步阶段，已建并投产的PLA生产线并不多，且多数规模较小。较PLA而言，PBAT技术壁垒相对较低，产业较为成熟，国内拥有PBAT产能的企业较多。
现在可降解材料在吸管方面的应用研究主要集中在PLA，PBAT2种组分共混的生物可降解吸管产品，PBAT，PBS，PHA，PCL，PLA多组分共混的生物可降解吸管产品，以及淀粉基、生物质纤维素与PLA共混的生物可降解吸管产品；另外，原料配方要兼顾到吸管的耐热性、力学性能、加工性能、生产成本等因素。未来随着“禁塑令”政策的推行、原料价格降低、技术进步、产能扩大、生产成本降低，可降解吸管的推广应用将加快。
（一）公司背景介绍
深圳环能石墨烯科技有限公司是由深圳前海石墨烯研究院发起设立，专注于石墨烯改性树脂材料解决方案供应商，已完全拥有石墨烯功能性材料的自主知识产权和核心设计合成能力。公司产品具有低成本、高阻隔、高强度、高抗生物特性等优势，且适用于注塑、吹塑、喷涂、吹膜、流延等多种生产工艺，使用方法简单易得，特别在石墨烯抗菌材料应用研发方面，已取得一系列重大研发成果，非常适合应用于白色家电类产品、厨房家电产品、厨房用具、大众日常生活用品等。
深圳市前海科创石墨烯新技术研究院（SGI），是深圳市政府为加强新材料技术转化战略性设立的新型研发机构
深圳石墨烯研究院面向老百姓高质量生活的需求和民营企业的创新需求，以市场为导向，已经打造了4大重点实验室、2个中试基地、成立了以石墨烯专有技术孵化推广的2个平台公司，6家项目公司，40余项产品；设立了中小企业联盟，上市公司、科研机构及基金共达400余家加入企业联盟，举办科技交流活动65场次，累计参加人数8000多人，平均每周200多人次交流，已为数千家企业提供技术解决方案服务。
自主研发和应用场景控制能力是深圳石墨烯研究院的核心竞争力，重点把握技术中试和商业中试两个核心，全面整合新材料产业的创新技术、应用技术和产业资源。
（二）公司自主研发的产品及应用领域
石墨烯抗菌母粒材料在家电行业具体应用产品包括：生活电器（空气净化器、加湿器、送风机、料理机、豆浆机、榨汁机等）、日用电器（清扫机器人、洗地机、吸尘器等）、家用电器（空调、冰箱、洗衣机、微波炉等），厨卫用品（餐具、菜板等）、电器开关等PP/PE/ABS/PC/PS 等塑料材料上添加我们抗菌母粒使用。
（三）产品技术优势：
1、安全环保无du（食品接触级材料）：石墨烯抗菌材料是利用纳米刀等多重协同纯物理灭菌原理，可完全破坏并阻隔细菌生长，无任何化学毒性，与高分子材料充分融合在一起，无材料脱落或迁移现象，材料安全性和稳定性高。相关产品已通过欧盟食品级的检测认证(EU) 2020/1245，可完全用于食品接触级产品。可广泛应用于生活电器和厨卫小家电等对食品接触级材料严格要求的产品上。
2、抗菌抗病du广谱性。不仅对常见的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色nianzhu菌可达到99.9%以上抗菌效果，同时对冠状病du、流感病du、鼠伤寒沙门氏菌、宋氏志贺氏菌、单增李斯特氏菌等非常见细菌病du均有99%以上抗菌抗病du效果。可广泛应用于生活电器、厨卫家电、家用电器等塑料材料上使用。
3、杀菌时效性快。经相关专业权威的机构检测，杀菌时效性可达10分钟内。可广泛应用于对杀菌时效性有特殊要求的产品上。
4、防霉效果好。可达到防霉zuigao等级“0”级，有效抑制霉菌滋生，可广泛应用于冰箱等对防霉有特殊要求的产品上。
5、为企业降本增效效果显著。相比目前市场常见的银系抗菌剂，抗菌材料成本节省1500-2000元/吨，降本达30%-50%。
6、差异化产品宣传新卖点。相比目前市场上同类产品普遍使用的银系抗菌剂，替换应用石墨烯抗菌新材料更显得独树一帜，容易吸引消费者眼球。
如有需要咨询请联系深圳石墨烯研究院纪生
