環保包裝 綠⾊創新
介紹 PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物降解材料的雙螺桿擠出⽚材設備

汕頭市達誠環保精機科技有限公司

摘要：PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物降解材料作爲⼀種環境友好型材料，已在逐漸替代⼀些⽯油基塑料，⽽加⼯設備對於拓寬材料的應⽤具有重要意義。本⽂對現階段⽣物降解材料的⽚材೿出加⼯特點進⾏闡述，並介紹⽚材೿出設備綠⾊性能及技術創新，最後對市場未來發展的⽅向做出了展望。

關鍵詞：PLA 聚乳酸；澱粉基⽣物降解，雙螺桿೿出⽚材設備；

⼀、前⾔：

PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物降解材料是⼀種新型的⽣物基及可再⽣物完全降解材料，使⽤可再⽣的植物資源（如⽟⽶等）所提出的澱粉原料製成。澱粉原料經由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及⼀定的菌種發酵製成⾼純度的乳酸，再通過化學合成⽅法合成⼀定分⼦量的聚乳酸。其具有良好的⽣物可降解性，使⽤後能被⾃然界中微⽣物在特定條件下完全降解，最終⽣成⼆氧化碳和⽔，對⼟壤和空⽓不造成汙染，並可增加⼟壤肥⼒，回歸⼤⾃然，不汙染環境，這對保護環境⾮常有利，是公認的環境友好材料。

聚乳酸是⼀種新型聚酯材料，因其性能與現有聚⼄烯等塑料相近，但可被⾃然界中微⽣物完全降解，且具有優良的⽣物相容性，是解決⽩⾊汙染問題的重要替代材料，並在快餐盒、快遞袋、餐具、購物袋、保濕地膜、保溫盒等醫療健康、家紡領域有巨⼤潛⼒。

産品優勢：
1.澱粉——原料天然：以天然⽟⽶澱粉爲原料，可持續供應，使天然資源重複使⽤，循環不息。
2.降解——安全⽣物降解：原料爲天然⾼分⼦化合物，能在⾃然環境下實現降解。
3.環保——綠⾊環保：産品使⽤後在⾃然環境中能快速被微⽣物降解，成爲植物養料，真正做到源於⾃然，還於⾃然，有效解決⽩⾊汙染帶來的環境破壞。
4.健康——⽆毒害性：原料天然，⽣産過程⽆菌⽣産，消毒檢驗嚴格，産品降解後不會對⼟壤及空⽓産⽣毒害，⽆⼆次汙染的危害。
5.低碳——替代性強：可替代以⽯油爲原料的塑料製品和以⽊材爲原料的紙製品。
6.國際標準：完全符合“4R+1D”國際環保標準（4R：低消耗、綠⾊材料、可循環利⽤、往複⽣産、1D：降解）。

⼆、原料加⼯特點：

PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物降解材料具有較好的加⼯性能，能適⽤於傳統的೿出、註塑、吹塑等加⼯⽅ 法。然⽽，由於聚乳酸獨特的分⼦結構，它在加⼯過程中隨着溫度的升⾼，黏性數將迅速下降，同時引發熔 體強度下降，熔體破裂、松弛，産量降低等問題。這些問題在⼀些需要熔體強度的加⼯過程，如⽚材೿出、 成型加⼯、發泡中，顯得尤爲突出。因此，如何提⾼聚乳酸的熔體強度，改善其加⼯性能以拓展其應⽤前景， 成爲擺在業界前的⼀個新問題。

針對 PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物降解獨特的分⼦結構及加⼯特點，國內外業界許多研究所、⼤學、⽣産 企業紛紛投⼊⼤量資⾦，研究及掌握其熱性能、結晶性能和熔體流變性能是優化其成型⼯藝和製成品質量的 關鍵，因此，通過原料添加助劑及⼯藝溫度調整優化、精密裝備設計製造協同等⼀系列有效解決⽅案⼊⼿。

三、産品加⼯⼯藝：

PLA 聚乳酸\澱粉基的産品加⼯⼯藝如上圖，過程如下：將原料共混合後通過雙螺桿೿出，模頭出⽚， 三輥冷卻，定型牽引，成品收卷製成⽚材，再通過⽓壓熱成型設備或全⾃動吸塑設備成型加⼯後包裝。

由於普通 PLA 原料在空⽓中含⽔率⾼的特性，在熔融೿出時，會引起⽔解作⽤，使熔體粘度和分⼦ 量顯著下降，導緻೿出成型⽚材起泡、變脆，發⻩等異常現象。改善⽅法通常從下⾯三⽅⾯⼊⼿：
1） 通過增加加⼯助劑，能夠在加⼯中有效地和聚乳酸分⼦作⽤，形成均勻的物理⽹絡結構（避免凝膠的⽣成），以提⾼熔體強度。⼀旦熔體強度得到提⾼，在加⼯過程中就能夠有效地阻⽌熔體 破裂，使加⼯過程更爲穩定，從⽽提⾼産量。同時，也可以在⼀定程度上提⾼産品的質量。
2） 設備⼯藝選型上，通常采⽤設備主要有單螺桿೿出機，其"⼲燥⼀熔融೿出"的加⼯路線，⼀般需 配套⼲燥系統，第⼆種采⽤真空排⽓雙螺桿೿出機直接೿出成型。 由於單螺桿的固有特性，適應於⽣産品種少的專業⼚家要求，不同原料的⽣産條件需配套專⽤ 螺桿結構，才能更好發ഀ效率。⽽雙螺桿排⽓೿出⼯藝具有若⼲顯著優點，包括節能效果明顯、 流程⼯藝簡單、可以實現在線配混等等.通過雙螺桿專⽤化改造，可以達到理想的排⽓效果和有 效控製 PLA 熔體粘度控製，更能適應⽬前市場需求的柔性化製造。
3） 精密製造設備對溫度場的調整⼯藝要求，由於ＰＬＡ聚乳酸\澱粉基的獨特的分⼦結構，它在加 ⼯過程中對溫度場要求⾼，故對設備應采⽤多點溫度加熱及冷卻，以達到快速調整，精確控製。

達誠公司是⼀家國內先進的塑料加⼯裝備供應商，同時，也是⼀家極具社會責任感的公司，⼀向緻⼒ 於可降解材料加⼯裝備的應⽤和推⼴，早在 1999 年 7 ⽉就開發⽣産出第⼀代可降解⽚材機，2001 年 1 ⽉， 改良型第⼆代 PLA 聚乳酸環保可降解⽚材⾯世，2005 年 4 ⽉，單螺桿 PLA 聚乳酸環保可降解⽚材研製成功， 2007 年 1 ⽉，雙螺桿 PLA 聚乳酸環保可降解⽚材研製成功推向市場，並獲得國家、省、市多項科學技術獎， 受到業界的好評。産品已銷往國外 50 多個城市及國內 30 多個省市等，設備運轉性能良好。學習國外尤其是 歐洲的設計理念，融⼊⾼校等科研院所的最新成果，結合達誠⾃身的定位和特⾊，多次與國內外⾼等院校、 研究所、可降解材料⽣産商⼴泛⽽密切的聯系，共同研究。憑借着在塑料加⼯裝備領域的雄厚技術基礎與豐 富經驗，充分運⽤公司現有進⼝⾼精尖設備，提⾼零部件加⼯精度，設計優化各類零件結構、加⼯⼯藝，提 升設備整體性能。同時持續加強産學研⼯作，努⼒開發功能更爲完善的産品，以滿⾜更⼴泛的要求，爲可降 解原料的推⼴和應⽤做出更⼤的貢獻。

⼴東達誠技術股份有限公司設計製造的 PLA 聚乳酸⽚材೿出設備具有下列特點：
! 適應於 PLA 聚乳酸\澱粉基全⽣物降解的⽚材⽣産，具有産量⾼、能耗低、操作簡單；
! 與國內同類設備相⽐，綜合節能提⾼ 30－40%以上。
! 采⽤三級真空排⽓技術及油⽓分離技術：
! 采⽤雙螺桿優化組合技術，確保産品質量及穩定性；
! ೿出系統采⽤壓⼒閉環反饋控製技術、加熱冷卻的溫度場采⽤雙 PID 控製技術；
! 整機采⽤ PLC 控製，實現參數設置、數據運算及反饋，實時提供改進措施。

四、加⼯裝備的設備綠⾊創新點

如何開發 PLA 聚乳酸\澱粉基⾼效率೿出⽚材設備，通過多⽅論證認爲，從五個環節進⾏技術創新， 結構優化，精密製造，實現設備的⾼産量低能耗，打造國內⾼效 PLA 聚乳酸\澱粉基雙螺桿೿出⽚材⾼端設 備。 １） 雙螺桿組合技術
多年積累的雙螺桿構型研發設計經驗與先進軟件技術進⾏優化結合，特殊的雙頭螺紋元件以及獨 特的螺桿組合，實現輸送塑化、混合混煉、剪切分散、均化均質、排⽓脫ഀ、建壓೿出等各項功能。特別 是在針對 PLA 材料內部結晶⽔的脫除⽅⾯有極⾼的效率，特殊設計的排⽓⼝不冒料，⾃由通暢，實現低溫 ೿出，避免 PLA 的熱降解；
２） 真空排⽓技術
多段強製排⽓⾼效、安全的保證 PLA 物料熔融、塑化過程中不⽔解、⽆晶點産⽣。特殊的三級真 空排⽓技術及油⽓分離技術，超⼤抽⽓量，超⾼真空度，⼤⼤減⼩了 PLA 的粘度降低。
３） ⾼強度輥筒內部螺旋流道技術
⾼強度輥筒內部螺旋流道結構設計，配套⽔溫控製系統，使輥筒有精準溫控和⾼效傳熱效果；
４） 智能化遠程控製技術
通過本公司服務器 IDC 中⼼⼯業數據中⼼和⼯業數據采集與分析軟件、遠程監控⽹絡設備、標準 電機健康檢測分析系統、設備能源管理優化系統等，對在客戶⼯⼚的達誠設備實現遠程監控和對 各種⼯藝數據采集和存儲，並進⾏⼯藝數據分析，優化⽣産⼯藝配⽅。
５） 設備製造⼯藝⼯匠精神
零部件選材，製造⼯藝，加⼯精度，熱處理及表⾯處理，外觀設計等⼯業設計進⾏全⾯考究，確保 設備穩定可靠性，提升擋次。

五、設備綠⾊性能如下：

1) 多組分餵料裝置技術，適應於新料、回料、⾊⺟等⽐例的控製；
2) 原料⼲燥技術，機組綜合能耗低，節省成本；
3) ⾼扭矩೿出機組，配套扭矩保護器；
4) 配超⼤過濾⾯積熔體過濾器，節省⼤量換⽹作業的時間和⼈⼯消耗；
5) 三輥壓光輥筒壓合采⽤液壓裝置，結構緊湊，輔助設施布置⽅便，操作簡單；⽔溫系統采⽤加熱冷卻的 溫度雙 PID 控製技術等；
6) 在線切邊、破碎、輸送回收系統，特殊的收卷結構設計，實現在線不停機換卷，卸卷裝置，節省⼤量的 作業時間和⼈⼯消耗；
7) 在線塗矽系統，提⾼⽚材適應性及保護作⽤，提⾼競爭⼒；
8) ⾼精密雙螺桿೿出系統采⽤壓⼒閉環反饋控製技術、加熱冷卻的溫度雙 PID 控製技術等；
9) 整機采⽤ PLC 控製，實現參數設置、數據運算及反饋、報警等功能的⾃動化控製；
10) 先進雙 PID 控製算法技術，對技術數據的實時統計分析，實時提供改進措施，確保⽣産過程始終處於 統計控製狀態，以提⾼製品的質量、精度、能耗等性能指標。

六、市場應⽤前景及未來展望：

⽬前由於⼈們對該新興材料認識不⾜，市場尚未充分開發，需求少，⼤多數企業徘徊觀望，企業規模⼩， 産能低，⽣産成本⾼，在市場競爭中，持續能⼒較弱，另⼀⽅⾯，由於産能達不到規模化，使⽤的普及率及 産品的穩定性⼜⽆法滿⾜市場所需，影響産業發展。但是，隨着國際原油資源的⽇趨緊張，⽯油供給壓⼒增 ⼤以及城市垃圾處理、⽩⾊汙染等壓⼒增加，PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物材料産業的經濟性和環保意義⽇漸凸 現，産業發展的內在動⼒不斷增強。其次，國內外從“限塑令”到 “禁塑令”環保要求實施，國家相關政策或 ⽴法扶持，加速市場培育，報道稱，近期歐盟建議，在 2025 年以前回收 90%的⼀次性塑料飲料瓶, ⽽ PLA 聚乳酸\澱粉基材料綠⾊環保、環境友好、資源節約等特點，正逐步成爲引領當代世界科技創新和經濟發展 的⼀個新的主導産業。因此，PLA 聚乳酸\澱粉基⽣物材料産業有着⼴闊市場前景。

在⼯業 4.0 和中國製造 2025 浪潮持續湧動的市場環境中，以新⼀代信息通信技術與製造業融合發展爲主 要特征的産業變⾰在全球範圍內孕育興起，智能製造已成爲製造業發展的主要⽅向。互聯⽹+⼯業化的推⼴ 應⽤，促進産品的升級換代，産品⽣産從原料改性、⼯藝優化、設備精密製造，操作模式等智能應⽤，突破 原來模式，通過加⼊智能化單元（包括機械、傳感、電⽓和智能化軟件，具有記憶、感知、計算和決策功能）， 使得設備操作更加便捷，提⾼産品品質和附加值。能夠實現設備健康狀態⾃動檢測；能夠根據製品及原料要 求⾃動管理各種⼯藝參數，實現動態設置和存儲；能夠監控⽣産運⾏狀態並⾃動調整；能夠智能優化處理各 種運⾏參數。智能化單元內置了⼈⼯智能算法，具備⼯藝參數學習能⼒，能夠通過有限試驗樣本訓練，找到 適合特定産品的設備最優⼯藝參數，各功能裝置協同配合，確保産品的質量，降低能耗，突出綠⾊化、智能 化特點。

朝着數字化、⾃動化、智能化挺進，⼒諸打造⾼效節能、智能⾼品質⽚材೿出裝備，同時滿⾜産品綠 ⾊包裝，技術創新，可持續發展⽅向，不斷拓展設備應⽤市場，增加産品附加值，以綜合的性價⽐優勢和過 硬的質量保障與國外企業分庭抗禮，達誠公司爲中國製造助⼒升威。