聚乳酸在快递包装应用中的可行性研究

李梦烨，张媛，朱磊，李苹

（北京印刷学院 机电工程学院，北京 102600）

聚乳酸在快递包装应用中的可行性研究

李梦烨，张媛，朱磊，李苹

（北京印刷学院 机电工程学院，北京 102600）

快递包装物料分为纸包装和塑料包装两大类，其中对环境影响较大的是塑料袋、内部缓冲物、封箱使用的胶带和编织袋等塑料制品。聚乳酸（PLA）作为公认的环保型包装材料，具有优良的性能和巨大的市场价值，有望成为取代传统的石油基树脂的新一代绿色环保高分子材料，被产业界定为21世纪最有发展前途的新型包装材料。在此从技术、经济等方面对PLA是否可以在快递包装中替代传统塑料进行可行性研究，并给出相应的结论。

快递包装；可降解塑料；改性聚乳酸材料；绿色环保

快递业是近年来我国发展最迅速的行业之一[1]，由于网购和电商的崛起，近五年，快递业的业务量以每年50%的速度高速增长。与此同时，快递企业为确保物品的安全，满足快递运输条件，使用了大量的包装材料。根据课题组撰写的《中国快递领域绿色包装发展趋势报告》，传统快递包装物料分为快递运单、塑料编织袋、塑料袋、封套、包装箱、胶带、内部缓冲物等七大类，其中塑料制品的消耗量惊人，以塑料袋为例，近三年的平均基本数量使用情况约为70亿个/年。

1 目前快递塑料包装存在的主要问题

1.1 快递塑料包装基本不可降解

对环境造成污染的快递塑料制品主要是塑料袋、内部缓冲物、封箱使用的胶带和编织袋等塑料制品，这些材料大部分无法循环利用。

塑料袋和编织袋主要是由PE、PP等材料制成。由于我国尚未建立有效的垃圾回收机制，因此废弃的塑料袋和编织袋，大多被填埋或是焚烧处理。填埋对土地危害较大，而塑料制品焚烧不充分，会产生二噁英等有毒、有害物质，对人体健康危害极大。

内部缓冲物一般是泡沫塑料、充气塑料袋。它是非显性的塑料污染源，由于其通常被放置在快件的内部，所以并未引起太多关注。实际上，由于大多数商家或快递网点为确保商品的安全，在纸盒、纸箱等包装内填充大量的塑料、泡沫垫。这不仅是过度包装的问题，不可降解的塑料制品同时也带来严重的环境污染。

封箱使用的胶带是不可降解、不可回收的，与纸箱一同使用。一般来说，纸箱是可以回收的，但是快递包装箱上缠绕数层的胶带降低了废品回收商对纸箱的回收量，造成极大浪费和污染。

1.2 快递塑料包装可能含有有毒有害物质

市场上的快递塑料袋虽有全新料生产的包装袋，但大部分都是混合回料生产。其中存在非法采用医疗垃圾、生活垃圾、化工材料制作的回料生产劣质塑料袋的现象。

由于大多数快递企业采用的是加盟制的经营模式，基层网点的包装材料大多都是其自行采购，企业总部很难及时、有效对其进行监管，因此劣质包装材料的采购一般发生在基层加盟网点。这类劣质包装材料价格相对便宜，但残留了大量的塑化剂、阻燃剂等有毒、有害物质，存在刺鼻气味，对人体和环境都有很大的危害。

1.3 快递塑料包装检验检测方法不够健全

目前，与快递相关的国标只有GB/T 16606《快递封装用品》，标准不完善，相关检验检测机构也不健全。快递包装质量安全的衡量没有一个可以参考的标准。与一般包装材料不同，快递包装已经深入到人们的生活，与人体大量接触，因此快递包装材料的有毒有害物质限量的标准应高于一般物流包装或产品包装的标准，同时考虑到经济性和实际使用情况，也应低于食品包装的有毒有害物标准。

1.4 快递塑料包装减量化设计不到位

大多商家，不论是快递网点还是电商，出于对商品的保护，采用多层纸箱嵌套，大量缓冲包装材料填充，多层胶带缠绕，极大地浪费包装材料。从包装减量化的角度来看，电商应从供应链管理角度，严控上游产品的包装生产质量，符合当前物流运输标准，减少物流企业对寄递物品的再包装。

2 聚乳酸的生产途径与改性

PLA是一种具有优良生物降解性、生物相容性和生物可吸收性的绿色环保材料。它被认为是一次性石油基塑料包装材料的主要替代物。PLA的原料是乳酸，可由富含淀粉、糖类的玉米、木薯、甘蔗、谷物秸秆等物质发酵、聚合而来，如图1所示。

图1 PLA的循环过程

2.1 PLA的合成

PLA主要有两种合成方法：直接缩聚法（PC法）和开环聚合法（ROP法）。

直接缩聚法也称一步聚合法，就是将乳酸单体直接聚合。它的特点是操作简单、成本低；但是反应条件要求高，反应时间长、副产物水难以及时排除，产物相对分子质量低，分布宽，冲线性能差[2]。

开环聚合法也叫两步法，是先将乳酸脱水聚合成丙交酯，然后催化丙交酯开环聚合成聚乳酸。此法可以得到高相对分子质量的聚乳酸，机械强度高，但生产效率相对较低，是目前工业化生产最主要的工艺路线[3]。

2.2 PLA的改性

虽然PLA是目前最具发展前景的一类生物可降解塑料，但其断裂伸长率低、强度低、脆性大、不耐热、成本高等缺点，限制了其使用范围[4]。所以，必须对PLA进行改性，以扩大其使用范围，满足市场需求。

PLA的改性方法包括物理改性和化学改性。物理改性主要是通过物理方法降低其成本、增加材料的塑性等，可分为共混改性、增塑改性和复合改性。化学改性主要是通过改变PLA大分子或表面结构来改善其脆性、疏水性、降解速度等，可分为共聚改性和共混改性[5]。

虽然与传统的石油基树脂相比，PLA仍有许多不足，但是随着工艺技术的发展，改性后的PLA已可以和PE、PP、PET等相抗衡，表1是某品牌PLA膜袋与PE膜袋的部分物理性能对比。

3 快递用包装袋的技术指标与改性PLA材料性能对比

研究改性后PLA材料能否用于快递塑料制品，必然要将其相关性能与国标中的技术指标相对比。在GB/T 16606.3-2009《快递封装用品 第3部分：包装袋》中，对塑料薄膜类材料技术指标分为厚度、拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂力、粘合向拉断力、抗摆锤冲击能、透光率和溶剂残留量等，其中对每一项的检测方法也有相应的国家标准。

常见的几种改性PLA材料主要有：PLA/PBAT材料、淀粉填充PLA包装薄膜、PBS/PLA薄膜等。将这几种材料的几种主要性能对比如表2，可以看出，纯PLA材料断裂伸长率低、脆性大；经过改性后的PLA材料，断裂伸长率有显著提高，撕裂强度也有改善，是可以满足国标对快递塑料薄膜类材料的技术指标的。

4 聚乳酸应用的经济性

PLA的推广，亟待解决的就是成本问题。一般情况下，其价格比传统塑料要高50%～200%。以塑料袋为例，PLA的密度是1.24g/ml，PE和PP的密度是0.9g/ml，达到同样的强度，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塑料贵1倍以上[6]。例如，常见的中等尺寸（38mm×52mm）的快递袋，普通快递袋的价格是0.15元/个左右，环保快递袋的价格为0.5元/个左右，价格上浮3倍左右。

表1 市场上某品牌PLA膜袋与其他PE膜袋部分物理性能参数对照

从全国来看，目前生产PLA塑料的企业数量有限，如表3所示。PLA塑料的市场价格在1.6～1.9万元/吨，产能也不太大，生产PLA材料的性能也还有提高。

解决环保材料成本问题需要各方共同合作，以国内第一在省级范围内全面“禁塑”的省份——吉林为例，吉林省作为全国的先行试点示范省份，享受国家相关政策补贴，同时在地方政府、科研院所、企业等各方的共同努力下，长春经开区抓住“禁塑令”提供的发展聚乳酸生物制造产业的战略机遇，谋划、设计、建设了全中国、全世界第一个生物基材料产业创新基地，同时通过建立健全生物质原料收储、生产制造、市场消费、技术创新、政策扶持五大支撑体系来促进以聚乳酸为核心的生物质产业的发展，收到了好的效果。

表2 纯PLA及改性后PLA与GB/T 16606.3-2009塑料薄膜类材料技术指标的对比

5 可行性分析

随着快递业的迅猛发展，在其给人们的生活带来极大便捷的同时，用量陡增的快递包装也带来了巨大的环境问题。因此，如何减少快递包装垃圾、推动快递行业绿色化发展就成为全社会亟待解决的问题，而PLA作为最具发展前景的一类生物可降解塑料，无疑成为制作可替代普通塑料袋的环保快递袋的首选原料。

表3 国内生物降解塑料PLA生产企业及其生产能力[6,7]

由此看来，若在快递行业推行PLA环保材料，主要应从以下几点着手：

技术方面，企业可与高校、科研院所等合作继续加大对改性PLA的研发力度；

经济方面，应扶持上游关键材料的生产，通过规模效应降低上游关键材料的成本；

政策方面，公益基金会、企业等应加大对环保包材的宣传力度，积极引导卖家，设立相应的鼓励机制，消费者等使用环保包材。

[1] 崔惠，张青.浅析我国快递商品绿色物流包装问题[J].物流商论,2016(7)：085-086.

[2] 陈连喜，戴翀，王钧．一步法合成聚乳酸的研究［J］．化学与生物工程，2005（7）：17-18.

[3] 范兆乾.聚乳酸（PLA）合成与改性的研究进展［J］.河南化工，2011（8）：21-24.

[4] 吕闪闪，曹军，谭海彦，等．木粉含量对木粉－淀粉／聚乳酸复合材料性能的影响［J］．复合材料学报，2015，32（2）：347-354．

[5] 夏亚栋.绿色包装材料PLA（聚乳酸）[J].上海包装，2016（2）：39-41.

[6] 钱伯章.国内聚乳酸的开发和应用进展[J].橡胶资源利用，2012（4）：32-39.

[7] 陆海旭.生物可降解塑料的发展现状与趋势[J].化学工业，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

绿色包装应用与试点研究（20160001）

李梦烨(1993- )，女(汉族)，河南宝丰人，北京印刷学院硕士研究生，研究方向为物流系统安全与信息化技术。

朱磊(1982- )，男（汉族），安徽六安人，北京印刷学院讲师，博士，研究方向为快递物流技术与绿色包装，邮箱地址：zhulei@bigc.edu.cn。