摘 要：卷煙包裝的環(huán)保問題已日益引起煙草行業(yè)和消費大眾的關(guān)注，本文闡述了煙膜降解的必要性和提高煙膜光降解性能的可能方法，對煙草行業(yè)消除“白色污染”起到引導(dǎo)作用。

    關(guān)鍵詞：煙膜 光降解 環(huán)保

    一、煙膜降解的必要性

    卷煙作為一種特殊的大眾消費品，在社會生活中占據(jù)了極其重要的位置。隨著生活水平的提高，卷煙不僅在品種和數(shù)量上有了快速發(fā)展，而且卷煙的包裝也變得日益精良和繁雜，廢棄的卷煙包裝材料已經(jīng)成為城市垃圾中的一個重要組成部分。為了適應(yīng)世界環(huán)境保護的潮流，發(fā)達國家已經(jīng)開始可降解卷煙包裝材料的研究和開發(fā)。在歐洲，有關(guān)部門制定了對包裝廢棄物的回收、再生利用的相關(guān)規(guī)定。到 2001 年歐盟各成員國對廢棄包裝物的回收率要達到 50%，再生率要達到25%。在一些發(fā)達國家，使用可降解卷煙包裝材料的卷煙被貼上“綠色標(biāo)志”。在我國對卷煙包裝材料的要求目前尚停留在諸如定量、厚度、抗張強度、伸長率、透濕性等物理指標(biāo)上，基本上還沒有考慮可降解卷煙包裝材料的問題。但是由于塑料膜的分解時間在 200 年以上，而使用期僅為半年至一年，回收丟棄后的廢料既費工費力、難度大，焚燒產(chǎn)生大量的有害氣體，埋入地下又百年不爛，破壞土壤，污染環(huán)境，廢棄于環(huán)境中又造成大量的“白色污染”，因此塑料的處理問題已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點，制定法律法規(guī)和開發(fā)可降解性塑料膜勢在必行。自 1989 年起，丹麥、英、法、美、德、意、日等發(fā)達國家，在限制或禁用非降解塑料包裝的同時，都作出相應(yīng)規(guī)定，制定出實施時間表；歐共體于 1997 年已全部停止使用非降解塑料包裝物；而我國的超市目前已禁止使用不可降解塑料包裝袋。由此可見探討煙膜的環(huán)保問題已是煙草行業(yè)不可回避的問題。

    煙制品包裝應(yīng)用塑料薄膜已有幾十年的歷史：第一代為玻璃紙包裝材料；第二代為雙軸拉伸熱封型聚丙烯(BOPP)、聚氯乙烯(PVC)；第三代為聚偏二氯乙烯(PVDC)涂覆膜。在我國，卷煙外包裝塑料薄膜常用的主要還是聚丙烯薄膜。透明塑料薄膜的可降解產(chǎn)品的開發(fā)難度主要是體現(xiàn)在降解能力與薄膜厚度以及透明度的矛盾上面。目前可降解塑料薄膜技術(shù)發(fā)展比較快[1]，同時商品化產(chǎn)品也比較多。但是卷煙包裝薄膜要求透明度高，無條紋，無砂眼，對水分和香氣具有不滲透性，熱膠著性能強，有一定的抗拉強度，又要有良好的撕開特性。可見煙膜是目前卷煙行業(yè)包裝物中可降解要求較高又較難以突破的難關(guān)，目前在我國卷煙行業(yè)還沒有可降解的透明塑料薄膜。

    二、可降解塑料的降解機理

    可降解塑料的降解機理主要是生物降解和光降解兩種。

    生物降解即是指材料在微生物的作用下發(fā)生降解。它的降解機理是由于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分的特殊因素，在自然環(huán)境中各種細(xì)菌、酶、微生物等作用下逐漸分解成小分子化合物，最后分解成水和二氧化碳等無機物質(zhì)。

    光降解塑料的整個過程是光降解和自由基斷裂氧化反應(yīng)的結(jié)合，稱為 Norrish 反應(yīng)。其原理是聚合物吸收紫外光后發(fā)生光引發(fā)作用，使鍵能減弱，長鏈分裂成低分子量的碎片，在空氣中進一步發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生自由基斷裂反應(yīng)，使聚合物分子鏈斷裂，并被逐步降解成能被生物分解的低分子量化合物，最后成為二氧化碳和水。

    光降解塑料一般按其合成方法的不同分為兩類：一類是共聚合成型，一類是添加光敏劑型。共聚合成光降解塑料是用對紫外光敏感的單位與其它單體共聚而制得的。現(xiàn)在研究得比較深入的是一氧化碳與乙烯以及乙烯基酮與乙烯的共聚物。其實這是改進聚合物分子鏈，引入能在紫外線作用下自動斷裂降解的羧基、羥基或過氧化氯等基團。這種塑料生產(chǎn)的技術(shù)要求和成本都比較高。

    添加光敏劑型塑料降解的機理是在普通塑料中加入了特定的光敏劑，這類光敏劑在自然光照下能有效的吸收陽光中的紫外線，獲得能量后呈激發(fā)狀態(tài)，然后又將能量傳遞或轉(zhuǎn)移給易激發(fā)的基團或化學(xué)鍵，進行光化學(xué)反應(yīng)，因此導(dǎo)致大分子的降解，并不斷形成易被微生物吞食的小分子碎片，由此達到降解的目的。相比之下，添加光敏劑生產(chǎn)光降解塑料比較經(jīng)濟。常見的光敏劑有某些過渡金屬化合物(硬脂酸鐵、乙酰基丙酮鐵、二茂鐵衍生物和鐵的烷基化合物等)、羰基化合物和重金屬有機鹽類。

    三、提高煙膜光降解性能的可能方法

    在生物降解材料中，以目前的技術(shù)(如添加淀粉)很難滿足煙膜的透明度要求。因此，光降解是目前開發(fā)研究可降解卷煙透明塑料薄膜的主要途徑。從技術(shù)成熟度以及成本等方面考慮，添加光敏劑是可行的方法。

    通過專利和文獻檢索，加速聚丙烯薄膜光降解的方法有：

    (一)加入 0.05%～0.5%的硬脂酸銫(Ce3+)作為 UV 光敏劑光降解聚丙烯薄膜Harnden 的研究指出，含有硬脂酸銫(Ce3+)的塑料膜不但能光降解，而且能熱降解。硬脂酸銫(Ce3+)能顯著提高聚乙烯組分在環(huán)境中的降解，有氧存在但沒有紫外線和可見光照射時產(chǎn)生熱降解和氧化；有氧存在和紫外線照射時為光氧化降解；并可生成小分子量的氧化產(chǎn)物如酮、羧酸、醇、酯和醛等。

    (二)加入 0.05%～0.1%的二茂鐵(C₅H₅)₂Fe 作為光敏劑

    塑料制品中加入二茂鐵類光敏劑有助于加速制品在光照條件下的降解，常用的二茂鐵類光敏劑有二茂鐵、短碳鏈取代的二茂鐵、C₇-C₁₁的烷基、烯基、羧酸基、羧酸酯取代的二茂鐵以及硬脂酸鹽與二茂鐵的混合物。

    (三)加入 0.05%～5.0%的細(xì)顆粒晶態(tài)二氧化鈦(8～210nm)加速聚丙烯薄膜的光降解

    開發(fā)研究的關(guān)鍵是光敏劑的配方和篩選。目前使用的光敏劑有過渡金屬化合物、羰基化合物、芳香化合物等等。其中鐵和銅的二硫化代氨基甲酸絡(luò)合物的光敏活性有其最大活性濃度，并且增加它們的濃度可延緩聚合物光降解的開始時間。就是說控制敏化劑在聚合物中的含量，可以使含有此種敏化劑的聚烯烴薄膜在預(yù)定的時間內(nèi)保持穩(wěn)定。另外，此類物質(zhì)還可以增加聚烯烴的熱穩(wěn)定性，這一點比較符合塑料加工成薄膜時的熔融加工工序的需要。具有相同特性的還有二茂鐵。在薄膜中加入 0.05%～0.1%二茂鐵做敏化劑，可以得到較高的光降解速度，大約 5 個星期，其伸長率可降低 50%。但含量在 1%時，在 1 年以上其伸長率無明顯變化。

    我們經(jīng)調(diào)研得知，有些日本、香港、臺灣的聚丙烯薄膜在不明顯影響外觀和透明度的情況下，光降解性能非常好，這些薄膜中可能加入了光敏劑，提示光降解聚丙烯薄膜及其在卷煙包裝上的應(yīng)用將是一個有意義的研究方向。當(dāng)然不僅需要較長的技術(shù)攻關(guān)時間，而且一旦技術(shù)問題解決，要有相應(yīng)的法律法規(guī)出臺才能逐步實行降解煙用聚丙烯薄膜的應(yīng)用。(作者:王理珉 胡群 馮文 王建)    (peter)