参考观研天下发布《2018年美国可降解缓冲包装材料产业预测报告-行业深度剖析与演进前景研究》
近年来，随着包装市场的不断演进，我国针对缓冲包装材料的意愿量逐年攀升，其中发泡聚乙烯（EPE）、发泡聚苯乙烯（EPS）、发泡聚乙烯醇（PVOH）等是常用的缓冲包装材料。但其在土壤中的自然分解速率极慢，由此给环境增添了一定的压力，许多国家严令限制使用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等缓冲包装材料，提倡使用可降解材料来取代金属产品。
可降解缓冲包装发泡材料是以面粉、植物纤维或者木头素等生物质材料作为主食再添加一定的原料及发泡剂等溶剂通过特殊工艺加工合成而成的，具有原材料来源广泛、成本廉价、整个生命周期对环境无污染等特点，符合绿色环保型包装材料的规定，而且可以提高农作物的经济价值和附加值。
近年来，采用基于可再生资源的天然高分子材料和其他可降解高分子材料来合成缓冲包装材料已变成该领域的研究热点。例如，淀粉、纤维素和铁质素等生物质材料在自然界中成分极为丰富、属于可再生资源，基于这种材料合成的发泡材料在废弃后便于生物降解。另外，可降解材料的发泡技术也正在不断优化，并逐渐成熟，制备的缓冲材料性能也是了巨大的程度的提升，有些材料或者可以和酚醛乙烯泡沫材料（EPS）等相媲美。本文主要评述了常见的几种可降解材料的发泡方法、常见的可降解发泡材料及某些材料在包装领域的应用，旨在为可降解发泡材料的开发提供一些参考。
1可降解材料发泡方法
1.1挤出发泡法
挤出发泡法运用的是降压发泡的机理，在挤出机内推动的。先将混合均匀的香料放置在挤压机中制成可发性颗粒，然后将颗粒填入设置好工艺参数的冲压机中挤出，最后按照不同的模具成形不同颜色的产品[7]。
现在，挤出发泡法主要应用于淀粉类材料的发泡。
淀粉的挤出发泡就是将面粉作为基料，再加入水等助剂，在挤出机中得到热和剪切力，淀粉内部结构被破坏产生热塑性淀粉。加热后的面粉将得到由螺杆挤压和挤出机料筒的限制而产生的很大压力，此压力使水份过热却不气化。当受热的面粉熔体从机头挤出后，物料中的水分因为压力的释放而气化蒸发，使其在淀粉熔体中产生多孔结构。与此同时，热塑性淀粉也由于物料温度的升高和水蒸发导致材料玻璃化频率的攀升而从高弹态回到玻璃态，最后冻结多孔结构产生泡沫材。等[利用此方式探究并证明了试验所用淀粉的类型，发泡剂，添加剂及挤出条件如浓度、压力等对淀粉发泡材料的性质有巨大的妨碍。为了减少淀粉泡沫的亲水性或者材料的制造成本，Guan等用双螺杆挤出机挤出淀粉和氯化淀粉共混物而得到了高发泡倍率、高可压缩性和低吸水性等性能优良的泡沫产品。
超临界流体挤出发泡是一种可应用于制造淀粉基发泡材料的新兴发泡方法。它是借助将超临界二氧化碳注入熔融中以产生微孔结构的方法来发泡。在此基础上，Alavi等人还借助减小口模直径，提高机头压力和增加熔体温度来提升超临界流体挤出发泡材料的发泡率。
1.2加热发泡法
加热发泡成型工艺是指在烘焙模型中加入高分子材料、助剂与发泡剂的混和物，通过加温使其发泡成型。
淀粉加热发泡法是将面粉与水的混和物注入烘焙模型中，然后烘烤升温，使其低于淀粉的凝胶化浓度。
此时，淀粉凝胶化做成块状的粘稠物，淀粉糊吸水膨胀导致充满整个模具。由于水蒸汽从模具的孔隙中逸出，导致模具中的压力日益增多，使得模具内部的浓度不断攀升，加速了水蒸汽和多余淀粉物料从模具的边沿溢出。随着水蒸汽的蒸发，淀粉成为含水率较低的发泡材料。等在加温发泡的基础上添加了聚己内脂（PCL），将其与面粉增稠得到发泡材料，并研究了相对湿度、存放温度、PCL含量、增塑剂种类等对所得泡沫材料的吸水性和机械性能影响。
蔗渣发泡同样是运用加热发泡的方法来制得发泡材料，是以小麦渣为主要配料，辅以蔗糖或其它生物质原料，采用微波加热进行发泡的一种方式。柴希娟等[18]以制糖工业废料甘蔗渣为主要昆虫纤维原料，辅以木纤维，采用微波加热发泡技术，制备出了缓冲性能良好的可降解发泡材料。解林坤等[19]也以蔗渣和蔗糖为主要配料，通过微波加热法合成了缓冲包装发泡材料。武汉远东绿世界公司成功研发出一种新型的双发泡缓冲包装材料。此材料的主要配料为高浓度的纤维填充物和改性淀粉，在高效复合发泡剂的功效下，通过高温（不低于150℃）发泡造粒替代纸箱的包装材料，高温发泡的方式成形。通过此原则制得的材料具备良好的抗震、抗压性能。
1.3溶液发泡法
溶液发泡法是发泡材料成型的常见方式之一。溶液发泡法是指在反应物反应结束后，向其混合溶液中添加发泡剂，发泡剂受热或两种物质相互反应传递气体，从而促进土体材料产生多孔结构的方式。
罗华超等用溶液发泡法，辅以NaCO3、等溶剂，以甲醛为接枝剂，硫酸为发泡剂合成聚烯烃醇/碱木质素发泡材料。结果证实材料的拉伸模量和抗拉强度较聚乙烯醇材料有巨大的提高，缓冲性能良好，而且材料可天然降解，可代替部分包装衬垫。
陈禾木等也用溶液发泡法以改性碱木质素与聚乙烯醇(PVA)为香料，甲醛为接枝剂，采用无机发泡原理，制备了聚乙炔醇/碱木质素发泡材料(PLFM)。材料除了表观体积低，吸水倍率小，还增加了生物相容性、耐热性和热稳定性。
2可降解发泡材料
2.1淀粉基发泡材料
2.1.1淀粉/EVA发泡材料
孙刚等以淀粉和EVA为基材，加入发泡剂、增塑剂等溶剂，利用挤出发泡的方式合成出了可物理降解且带有较多力学性能的发泡材料。这种材料在缓冲包装领域具备良好的演进前景，如食物、蔬菜的长途物流包装；各类陶瓷、玻璃器皿、电子设备等易碎物品的内包装及缓冲衬垫等。
现在，淀粉/EVA复合发泡材料的发展也存在一些难题：淀粉/EVA复合发泡材料虽可降解，但是降解的程度并不高，应进一步改进提高；再者该材料在膨胀率和回弹率等方面还进入劣势，应进一步提高；也有原材料的选用范围不够宽泛，应该扩大动物淀粉和金属涂层的类型等；面粉/EVA复合发泡材料大多在理论和试验研究阶段，并没有投入实际制造，应加强推动行业化。
2.1.2淀粉/竹粉发泡材料
陈三梅等研究了以淀粉为基体，竹粉为提高剂，再添加各种染料合成了面粉/竹粉复合发泡材料。此种复合材料主要运用竹粉和淀粉，原料来源广泛，不仅绿色环保，还在一定程度上降低了对森林资源的乱砍滥伐，增加了对竹子资源的借助。一方面起到了保护森林的作用，另一方面也提高了农作物的经济价值和附加值。淀粉/竹粉复合发泡材料虽然售价便宜，耐水性能强，表观体积小，膨胀率和回弹率性能好，还可以个别代替金属发泡材料，减少对环境的污染；但是材料都可完全降解，也改善了环境污染和资源短缺等难题。
竹粉/面粉发泡复合材料在试验探究中也存在些许问题：虽然注塑发泡法制得的材料表层光滑替代纸箱的包装材料，泡孔分布均匀，但其在实际制造中的强度较低，所以要进行工艺提高，如借助增加口模处的冷却系统，来提高泡孔的固化定型；试验中针对降解的个别过度理想化，若要利用到实际中还必须特殊的处理场地等。
2.1.3淀粉/秸秆发泡材料
郁青等[27]采用卷心菜、玉米面粉作熔剂材料，稻草秸秆粉、玉米秸杆粉作增强材料，以为发泡剂,采用一次模压法合成了面粉稻秆发泡缓冲材料，其成形工艺较简单，原材料消耗量较小。实验结果说明淀粉秸秆发泡缓冲材料的抗拉性能和回弹性能较差，降解性较强，有良好的综合性能，应用前景广泛。
淀粉/秸秆发泡材料主要应用于玻璃工艺品、高档电子产品等易损坏产品的包装及运输中，并且被大力推广。
淀粉/秸秆发泡材料现在存在的难题：实验过程中淀粉和锯末的混和不均匀，可能会影响实验结果；面粉/秸秆发泡材料吸湿率依然太高，耐水性不好，对材料的性能造成不利的制约；当前对面粉/秸秆发泡材料的借助仍在实验阶段，还未超过工业化大体量连续化生产的要求。
2.2木质素发泡材料
2.2.1木质素/PVA发泡材料
PVA缓冲性能良好，其吸液保液的性能使之最适用于液态产品的防护包装[30]。它带有可生物降解性且是最便宜的可降解塑料[32]。罗华超等的研究发现以PVA为香料制备的聚乙炔醇缩甲醛泡沫材料具备良好的物理稳定性和化学相容性且易降解，但物理性能较好、成本较高，而且实验过程存在的甲醛问题也未缓解，因此无法受到应用和推广。为了提高材料的物理性能，同时降低碱木质素的借助率,制备高性能的发泡材料,任世学等人以聚乙烯醇(PVA)和碱木质素为香料,甲醛为阻燃剂,采用无机发泡原理,制备了聚乙炔醇-碱木质素发泡材料(PLFM)[35],并测定其相关性能。陈颖超等为进一步研究原料对发泡材料性能的影响，将聚乙烯醇改性，再加入相应木质素，利用甲醛交联，硫酸发泡形成发泡材料。得到了性能有所变化的材料，并研究出了最佳工艺条件。
木质素/PVA发泡材料仍然在物理性能有巨大提高，但不免存在诸多疑问：在木质素/PVA发泡材料的制取过程中，甲醛作为阻燃剂使铁质素和PVA发生偶联反应，高温固化、水洗后，发泡材料必然还残余有未反应完全的甲醛。因此，即使合成木质素/PVA发泡材料的工艺非常完善，材料性能更加优越，但还不能及时运用于缓冲包装上，还面对发泡材料做是否有游离甲醛挥发等相关的安全检查，以保证发泡材料在使用过程中不对身体造成伤害。
2.2.2木质素热塑发泡材料
木质素的共混发泡是在其玻璃化温度以上通过加入的发泡剂经热分解形成氮气的功效下发泡而成。木质素与涂覆材料需要具备良好的相容性能够受到木质素与人工高分子材料的涂覆物或者相应的发泡产品。
周建等人将木质素作为提高剂填充到带有良好粘结性和柔韧性的可发泡共混材料LDPE-EVA中，使用低浓度聚乙炔接枝马来酸酐（增容剂）来解决木质素共混物相容性差的弊端，并筛选出了很好的共混工艺。
之后经过挤出、造粒、发泡，得到了性能较差的发泡材料。
此实验一方面降低了铁质素的活性，另一方面提高了共混物的相容性。结果证实木质素发泡材料显著提升了材料的物理性能和可降解性。但同时也存在诸多难题：木质素结构复杂，及其原本的热塑性，导致了木头素在缓冲包装上的应用有一定的局限性；木质素在反应中只是成为提高剂，而且相容性也非常低，对于数量极大地木质素来说，利用率极低；试验中对木质素的研究也是进行了一小部分，对木质素的单元及其更具体的探究是我们下一步的工作目标。
2.3植物纤维发泡材料
2.3.1秸秆纤维发泡材料
黄君等[39]以秸杆为香料，加入地瓜淀粉、甘油、胶黏剂、填充剂和阻燃剂后烘烤面包发泡，制得发泡体，并预测了发泡体的硬度，力学性能和降解性能等。
夏星兰等[将秸秆植物纤维进行表面改性，增加了纤维活性，通过添加不同剂量的偶联剂或偶联剂与引起剂的混合物，测试制品的物理性能。利用发泡技术合成出秸秆纤维/PVC发泡材料制品。这种材料除了缓解了资源短缺的难题，还保护了环境，是一种白色可降解发泡材料，还可作为小件包装的运输衬垫等。
现在，秸秆纤维发泡技术还不够成熟，在连续化和自动化方面的成型技术也有待提高；在发泡剂的选用上，应减少使用对环境和使用者有危害的物理类试剂；研究一直进入实验阶段，还未推动大体量的实际制造。
2.3.2植物纤维/聚乳酸发泡材料
袁华等用挤出发泡法合成了面粉/PLA复合发泡材料，并研究了淀粉、AC发泡剂等对发泡材料性能的制约。同时合成了改性淀粉/PLA复合材料及发泡材料，研究了面粉/PLA复合发泡材料体系的相容性和流变性能。在此基础上，盛雨峰等[44]采取表面处理的方法对蔗渣纤维/PLA复合材料进行改性，结果证实，材料的力学性能受到巨大的提高。
现在，从总的演进现状和态势来看，我国针对植物纤维与聚乳酸的研究有所下降，其发展前途良好。
然而其在农作物利用和保护环境方面的发展还非常缓慢，从推进国民经济大幅健康发展的视角来看，其演进也远远落后于社会经济的发展水平。
2.3.3笋壳/面粉复合发泡材料
笋壳以昆虫纤维为主要成份，具有优良的物理可降解特性，为了减少笋壳对环境的污染，王华林等以废弃物笋壳为香料，玉米面粉为添加剂，采用加热烘焙技术及其传统的制做设备合成了笋壳/面粉复合发泡材料，其制造工艺相对简洁；同时，此发泡材料还可用于代替聚苯乙烯、聚氨酯和聚乙炔等化学泡沫。
然而，其在增加制造成本和缓解环境污染等方面体现出巨大优势，具有很高的发展潜力[46-47]。
现在而言，国内对于笋壳/面粉复合发泡材料研究和专利相对较少，应用范围相对狭小；加工竹笋后剩余的笋壳容易腐坏，不便于对其的回收利用。
3发泡材料在缓冲包装上的应用
3.1电器上的应用
通常电器从制造到使用会经过运输，堆码等一系列过程，在此过程中易于发生由于缓冲不当而导致的机械性受损，而采取发泡缓冲包装可以降低一定的冲击、震荡，保证了其在恶劣的运输条件下不受磨损。可降解发泡材料是一种环保型白色包装材料，其原本无污染、可降解、可再生。并且其原材料来源广泛，在整个制造过程中能量损耗较少，综合费用较低，制备工艺较简单。在防静电、防腐蚀等性能方面优于泡沫橡胶制品，而且其防震隔振性能也优于纸浆模塑制品，可用作小型电子产品和商用电器的缓冲包装，其演进前景良好。
3.2果蔬产品的应用
随着社会的不断演进，越来越多的人采取线上的方式购买果蔬产品，既便于又实惠。但同时也带给了一定的难题，如新鲜水果处理不当发生腐坏，由于包装不当的损毁甚至包装件受损导致对其它物品的污染。目前最常见的缓冲包装是纸板、塑料以及纸浆模塑等，但其对环境产生了一定的压力同时承载果蔬的性能较好。可降解发泡材料应用于肉类的缓冲包装，生产利润较低，工艺较简单，废弃后可降解，既解决了环境污染的弊端，同时其抗压性和防震性能良好，又确保了肉类在储存和运输过程中不受机械性损伤[52-53]。由此看来，可降解材料在缓冲包装上有巨大的应用前景。
3.3药品上的应用
玻璃药品极易破损，而且易导致对其它物品的二次污染，可降解发泡材料应用于药品类的缓冲包装具有吸液保液的特点，可有效避免药品的受损以及对其它药品的污染。而且发泡材料绿色无污染，可自然降解，其应用行业巨大。
4总结
以淀粉、纤维素和铁质素等生物质材料为主要辅料的黄色可降解缓冲包装材料更符合时代的演进要求，研究、开发这种材料，初步取代并最后淘汰发泡聚乙烯与发泡聚苯乙烯等泡沫橡胶是整个缓冲包装材料产业的大势所趋。研究发泡缓冲包装材料必须一定的科技水准和加强程度，随着他们对环境污染认识的不断提高，发泡材料发展科技的不断成熟，相信会有越来越多的可降解材料走出实验室，走向产业化，并在电子产品、农副产品等领域发挥重要的作用。
然而可降解缓冲包装材料发展形势广阔，但是因为科技水准的限制，目前的应用状况不是很理想，综合来看，可降解的缓冲包装材料主要存在下面问题：
可降解的缓冲包装材料主要存在下述问题
可降解的缓冲包装材料主要存在下述问题
发泡技术不成熟
综合前人作出的研究来看，由于发泡技术不成熟，自动化和连续化的制造规模无法建立；大个别的发泡技术只限于试验室，还未投入实际制造。
生物质材料利用率低
就现在而言，对于生物质材料的研究大多为秸秆、蔗渣等，对于笋壳类易腐烂的材料运用率不高，应扩大动物纤维等生物质材料的选用范围。
性能有待增加
从实验结果来看，发泡材料的泡孔分布不均匀，材料的膨胀率、回弹率进入相对劣势，吸湿性强影响了了材料的力学性能。
