一次性塑膠餐具之痛

一次性餐具給人們的生活帶來了便利，尤其是隨著外賣行業的發展，人們消費一次性餐具的數量激增。我國的網路外賣平臺以某團、某餓為主，有環保組織對其消耗的一次性餐具量進行了統計，發現平均每單外賣會消耗3.27個一次性塑膠餐具，那麼這些平臺每天將消耗近8000萬個，這還不包括其他平臺和傳統餐飲門店的消耗量。從世界範圍來看，全球每年消耗約160億個一次性咖啡杯，每天丟棄10億根塑膠吸管，如此巨大的消耗量使得每年約有800萬噸的塑膠廢物流入海洋，這些塑膠垃圾保守估計也需要450年才能降解。

• 竹纖維和甘蔗渣編織成一次性餐具

圖1. （A）來自於石油的一次性餐具製造示意圖；

（B）使用甘蔗渣和竹纖維生產可生物降解的餐具示意圖。美國東北大學祝紅麗課題組將短的甘蔗渣纖維與長的竹纖維進行混紡，兩種纖維物理纏繞形成高度交織的網狀結構，隨後通過冷壓成型和熱壓乾燥工藝製備出了一次性餐具，完全可以替代塑膠和傳統紙質餐具。

• 60天就能降解一半

圖2.（A-B）不同放大倍數下混合纖維的光學顯微圖像；

（C-F）不同放大倍數下餐具表面的SEM圖像；

（G）與塑膠餐具

（H）相比，混合纖維餐具的生物降解性能。

     通過電鏡，研究者發現經過熱壓纖維中的木質素熔融以及纖維素之間的氫鍵作用使得纖維之間緊密結合在一起，形成3D網路，提高了產品的耐水性和強度。為了研究餐具的生物降解性，研究者將它們埋在土壤中，定期檢查形態和重量的變化。發現埋入20天后，餐具表面出現黃色真菌，30-45天后開始變形，60天后完全失去形狀並逐漸消失。而且杯子在放置60天后的重量從7.99 g降低到4.18 g，幾乎降解了一半。相反，作為對比的聚苯乙烯（PS）塑膠餐具埋入60天后其外觀和形狀沒有任何變化。

• Pb含量只有標準的1/8

圖3. 混合纖維餐具的重金屬含量和耐水，耐油性性研究。

（A）餐具中重金屬含量對比；

（B-C）餐具的耐油性；

（D-E）餐具的接觸角和吸水率。

       既然作為餐具來用，首先就要保證其安全性，尤其是重金屬，如Pb和As含量不能超標。根據歐洲食品接觸材料法規（EC）第1935/2004號和中國國家食品安全標準（食品接觸紙和紙板材料及其製品）GB 4806.8-2016,23,24的規定Pb和As的含量應分別低於3.0 mg/kg和1.0 mg/kg。研究者採用電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）對混合纖維餐具中的Pb、As含量進行分析，發現Pb含量為0.3633 mg/kg，只有標準值的1/8，未檢測到As的存在。作為餐具來說，耐油性和耐水性也非常關鍵。混合纖維餐具對水的接觸角達到127°，二次纖維成型紙漿SFMP和濾紙對水的接觸角為0°，商用蔗渣餐具為93°，混合纖維材質表現出優秀的疏水性。不僅如此，混合纖維餐具的吸水性只有59.4％，而市售蔗渣餐具為77.5％，濾紙149.2％，SFMP更是達到310％，如此低的吸水性是由於混合纖維高的疏水性和緻密結構造成的。為了評價餐具耐油性，研究者根據紙漿和造紙工業技術協會（TAPPI）559 pm-96的標準進行了分析，發現混合纖維餐具的耐油脂性為6級，遠高於SFMP（1級），商用蔗渣餐具（4級）和濾紙（1級），表現出優異的耐油性能。

• 承受自身重量380倍的負荷依然堅挺

圖4.混合纖維餐具機械性能研究。

        研究者對比了混合纖維與PS餐具的機械性能，發現抗張強度為35.0 MPa，比PS塑膠杯（15.6 MPa）高至少2倍，楊氏模量為3.25 GPa，遠高於PS塑膠杯的1.40 GPa。一個7.9克的混合纖維紙杯可以承受3千克的重量而依然能保持形狀不變，這個載荷足足是其自身重量的380倍。二氧化碳排放量比塑膠低97%研究者對混合纖維餐具生產過程中排放的二氧化碳量進行了估算。據報導，生產1公斤發泡PS塑膠的二氧化碳排放量為7.36公斤；根據歐洲紙箱紙板製造商協會（Pro-Carton）的統計，生產1公斤模壓紙漿產品的排放量為0.22公斤。因此，模壓混合纖維餐具的CO2排放比PS餐具低97％，比傳一次性紙質和PLA塑膠餐具還低65％。成本接近PS餐具材料除了性能好，還得便宜才是王道。通過對比Plastics Insight-Market Intelligence網站的統計資料，研究者發現混合纖維餐具的成本為2,333美元/噸，只有PLA的一半（4,750美元/噸），與PS餐具接近（2,177美元/噸）。

• 結語：一種幾乎沒有缺點的混合纖維餐具

圖5. 混合纖維餐具與其它材質餐具的優勢對比。

        為了解決日益嚴重的“白色污染”問題，美國東北大學祝紅麗課題組將竹纖維和甘蔗渣纖維進行混紡→冷壓→熱壓處理，製備出一種可以快速降解的餐具，只需要60天就能降解48%；餐具中的Pb含量為0.3633 mg/kg，僅為標準的1/8；具有優異的耐水和耐油性；抗張強度為35.0 MPa，楊氏模量為3.25 GPa，遠高於PS塑膠杯；生產1公斤產品CO2排放量為0.22公斤，比PS餐具低97％，成本僅為2,333美元/噸，與PS餐具接近（2,177美元/噸）。

        從安全性、氣味、CO2排放、成本、生物降解、豐度和可加工性七個方面進行對比分析，不難看出與其它材料相比，這種混合纖維材料製成的餐具在各個方面都堪稱完美，如果實現量產，全世界“白色污染”難題的解決就指日可待了。

來源：高分子科學前沿

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