环保包装 绿⾊创新
介绍 PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物降解材料的双螺杆挤出⽚材设备

汕头市达诚环保精机科技有限公司

摘要：PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物降解材料作为⼀种环境友好型材料，已在逐渐替代⼀些⽯油基塑料，⽽加⼯设备对于拓宽材料的应⽤具有重要意义。本⽂对现阶段⽣物降解材料的⽚材೿出加⼯特点进⾏阐述，并介绍⽚材೿出设备绿⾊性能及技术创新，最后对市场未来发展的⽅向做出了展望。

关键词：PLA 聚乳酸；淀粉基⽣物降解，双螺杆೿出⽚材设备；

⼀、前⾔：

PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物降解材料是⼀种新型的⽣物基及可再⽣物完全降解材料，使⽤可再⽣的植物资源（如⽟⽶等）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及⼀定的菌种发酵制成⾼纯度的乳酸，再通过化学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，使⽤后能被⾃然界中微⽣物在特定条件下完全降解，最终⽣成⼆氧化碳和⽔，对⼟壤和空⽓不造成污染，并可增加⼟壤肥⼒，回归⼤⾃然，不污染环境，这对保护环境⾮常有利，是公认的环境友好材料。

聚乳酸是⼀种新型聚酯材料，因其性能与现有聚⼄烯等塑料相近，但可被⾃然界中微⽣物完全降解，且具有优良的⽣物相容性，是解决⽩⾊污染问题的重要替代材料，并在快餐盒、快递袋、餐具、购物袋、保湿地膜、保温盒等医疗健康、家纺领域有巨⼤潜⼒。

产品优势：
1.淀粉——原料天然：以天然⽟⽶淀粉为原料，可持续供应，使天然资源重复使⽤，循环不息。
2.降解——安全⽣物降解：原料为天然⾼分⼦化合物，能在⾃然环境下实现降解。
3.环保——绿⾊环保：产品使⽤后在⾃然环境中能快速被微⽣物降解，成为植物养料，真正做到源于⾃然，还于⾃然，有效解决⽩⾊污染带来的环境破坏。
4.健康——⽆毒害性：原料天然，⽣产过程⽆菌⽣产，消毒检验严格，产品降解后不会对⼟壤及空⽓产⽣毒害，⽆⼆次污染的危害。
5.低碳——替代性强：可替代以⽯油为原料的塑料制品和以⽊材为原料的纸制品。
6.国际标准：完全符合“4R+1D”国际环保标准（4R：低消耗、绿⾊材料、可循环利⽤、往复⽣产、1D：降解）。

⼆、原料加⼯特点：

PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物降解材料具有较好的加⼯性能，能适⽤于传统的೿出、注塑、吹塑等加⼯⽅ 法。然⽽，由于聚乳酸独特的分⼦结构，它在加⼯过程中随着温度的升⾼，黏性数将迅速下降，同时引发熔 体强度下降，熔体破裂、松弛，产量降低等问题。这些问题在⼀些需要熔体强度的加⼯过程，如⽚材೿出、 成型加⼯、发泡中，显得尤为突出。因此，如何提⾼聚乳酸的熔体强度，改善其加⼯性能以拓展其应⽤前景， 成为摆在业界前的⼀个新问题。

针对 PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物降解独特的分⼦结构及加⼯特点，国内外业界许多研究所、⼤学、⽣产 企业纷纷投⼊⼤量资⾦，研究及掌握其热性能、结晶性能和熔体流变性能是优化其成型⼯艺和制成品质量的 关键，因此，通过原料添加助剂及⼯艺温度调整优化、精密装备设计制造协同等⼀系列有效解决⽅案⼊⼿。

三、产品加⼯⼯艺：

PLA 聚乳酸\淀粉基的产品加⼯⼯艺如上图，过程如下：将原料共混合后通过双螺杆೿出，模头出⽚， 三辊冷却，定型牵引，成品收卷制成⽚材，再通过⽓压热成型设备或全⾃动吸塑设备成型加⼯后包装。

由于普通 PLA 原料在空⽓中含⽔率⾼的特性，在熔融೿出时，会引起⽔解作⽤，使熔体粘度和分⼦ 量显著下降，导致೿出成型⽚材起泡、变脆，发⻩等异常现象。改善⽅法通常从下⾯三⽅⾯⼊⼿：
1） 通过增加加⼯助剂，能够在加⼯中有效地和聚乳酸分⼦作⽤，形成均匀的物理⽹络结构（避免凝胶的⽣成），以提⾼熔体强度。⼀旦熔体强度得到提⾼，在加⼯过程中就能够有效地阻⽌熔体 破裂，使加⼯过程更为稳定，从⽽提⾼产量。同时，也可以在⼀定程度上提⾼产品的质量。
2） 设备⼯艺选型上，通常采⽤设备主要有单螺杆೿出机，其"⼲燥⼀熔融೿出"的加⼯路线，⼀般需 配套⼲燥系统，第⼆种采⽤真空排⽓双螺杆೿出机直接೿出成型。 由于单螺杆的固有特性，适应于⽣产品种少的专业⼚家要求，不同原料的⽣产条件需配套专⽤ 螺杆结构，才能更好发ഀ效率。⽽双螺杆排⽓೿出⼯艺具有若⼲显著优点，包括节能效果明显、 流程⼯艺简单、可以实现在线配混等等.通过双螺杆专⽤化改造，可以达到理想的排⽓效果和有 效控制 PLA 熔体粘度控制，更能适应⽬前市场需求的柔性化制造。
3） 精密制造设备对温度场的调整⼯艺要求，由于ＰＬＡ聚乳酸\淀粉基的独特的分⼦结构，它在加 ⼯过程中对温度场要求⾼，故对设备应采⽤多点温度加热及冷却，以达到快速调整，精确控制。

达诚公司是⼀家国内先进的塑料加⼯装备供应商，同时，也是⼀家极具社会责任感的公司，⼀向致⼒ 于可降解材料加⼯装备的应⽤和推⼴，早在 1999 年 7 ⽉就开发⽣产出第⼀代可降解⽚材机，2001 年 1 ⽉， 改良型第⼆代 PLA 聚乳酸环保可降解⽚材⾯世，2005 年 4 ⽉，单螺杆 PLA 聚乳酸环保可降解⽚材研制成功， 2007 年 1 ⽉，双螺杆 PLA 聚乳酸环保可降解⽚材研制成功推向市场，并获得国家、省、市多项科学技术奖， 受到业界的好评。产品已销往国外 50 多个城市及国内 30 多个省市等，设备运转性能良好。学习国外尤其是 欧洲的设计理念，融⼊⾼校等科研院所的最新成果，结合达诚⾃身的定位和特⾊，多次与国内外⾼等院校、 研究所、可降解材料⽣产商⼴泛⽽密切的联系，共同研究。凭借着在塑料加⼯装备领域的雄厚技术基础与丰 富经验，充分运⽤公司现有进⼝⾼精尖设备，提⾼零部件加⼯精度，设计优化各类零件结构、加⼯⼯艺，提 升设备整体性能。同时持续加强产学研⼯作，努⼒开发功能更为完善的产品，以满⾜更⼴泛的要求，为可降 解原料的推⼴和应⽤做出更⼤的贡献。

⼴东达诚技术股份有限公司设计制造的 PLA 聚乳酸⽚材೿出设备具有下列特点：
! 适应于 PLA 聚乳酸\淀粉基全⽣物降解的⽚材⽣产，具有产量⾼、能耗低、操作简单；
! 与国内同类设备相⽐，综合节能提⾼ 30－40%以上。
! 采⽤三级真空排⽓技术及油⽓分离技术：
! 采⽤双螺杆优化组合技术，确保产品质量及稳定性；
! ೿出系统采⽤压⼒闭环反馈控制技术、加热冷却的温度场采⽤双 PID 控制技术；
! 整机采⽤ PLC 控制，实现参数设置、数据运算及反馈，实时提供改进措施。

四、加⼯装备的设备绿⾊创新点

如何开发 PLA 聚乳酸\淀粉基⾼效率೿出⽚材设备，通过多⽅论证认为，从五个环节进⾏技术创新， 结构优化，精密制造，实现设备的⾼产量低能耗，打造国内⾼效 PLA 聚乳酸\淀粉基双螺杆೿出⽚材⾼端设 备。 １） 双螺杆组合技术
多年积累的双螺杆构型研发设计经验与先进软件技术进⾏优化结合，特殊的双头螺纹元件以及独 特的螺杆组合，实现输送塑化、混合混炼、剪切分散、均化均质、排⽓脱ഀ、建压೿出等各项功能。特别 是在针对 PLA 材料内部结晶⽔的脱除⽅⾯有极⾼的效率，特殊设计的排⽓⼝不冒料，⾃由通畅，实现低温 ೿出，避免 PLA 的热降解；
２） 真空排⽓技术
多段强制排⽓⾼效、安全的保证 PLA 物料熔融、塑化过程中不⽔解、⽆晶点产⽣。特殊的三级真 空排⽓技术及油⽓分离技术，超⼤抽⽓量，超⾼真空度，⼤⼤减⼩了 PLA 的粘度降低。
３） ⾼强度辊筒内部螺旋流道技术
⾼强度辊筒内部螺旋流道结构设计，配套⽔温控制系统，使辊筒有精准温控和⾼效传热效果；
４） 智能化远程控制技术
通过本公司服务器 IDC 中⼼⼯业数据中⼼和⼯业数据采集与分析软件、远程监控⽹络设备、标准 电机健康检测分析系统、设备能源管理优化系统等，对在客户⼯⼚的达诚设备实现远程监控和对 各种⼯艺数据采集和存储，并进⾏⼯艺数据分析，优化⽣产⼯艺配⽅。
５） 设备制造⼯艺⼯匠精神
零部件选材，制造⼯艺，加⼯精度，热处理及表⾯处理，外观设计等⼯业设计进⾏全⾯考究，确保 设备稳定可靠性，提升挡次。

五、设备绿⾊性能如下：

1) 多组分喂料装置技术，适应于新料、回料、⾊⺟等⽐例的控制；
2) 原料⼲燥技术，机组综合能耗低，节省成本；
3) ⾼扭矩೿出机组，配套扭矩保护器；
4) 配超⼤过滤⾯积熔体过滤器，节省⼤量换⽹作业的时间和⼈⼯消耗；
5) 三辊压光辊筒压合采⽤液压装置，结构紧凑，辅助设施布置⽅便，操作简单；⽔温系统采⽤加热冷却的 温度双 PID 控制技术等；
6) 在线切边、破碎、输送回收系统，特殊的收卷结构设计，实现在线不停机换卷，卸卷装置，节省⼤量的 作业时间和⼈⼯消耗；
7) 在线涂硅系统，提⾼⽚材适应性及保护作⽤，提⾼竞争⼒；
8) ⾼精密双螺杆೿出系统采⽤压⼒闭环反馈控制技术、加热冷却的温度双 PID 控制技术等；
9) 整机采⽤ PLC 控制，实现参数设置、数据运算及反馈、报警等功能的⾃动化控制；
10) 先进双 PID 控制算法技术，对技术数据的实时统计分析，实时提供改进措施，确保⽣产过程始终处于 统计控制状态，以提⾼制品的质量、精度、能耗等性能指标。

六、市场应⽤前景及未来展望：

⽬前由于⼈们对该新兴材料认识不⾜，市场尚未充分开发，需求少，⼤多数企业徘徊观望，企业规模⼩， 产能低，⽣产成本⾼，在市场竞争中，持续能⼒较弱，另⼀⽅⾯，由于产能达不到规模化，使⽤的普及率及 产品的稳定性⼜⽆法满⾜市场所需，影响产业发展。但是，随着国际原油资源的⽇趋紧张，⽯油供给压⼒增 ⼤以及城市垃圾处理、⽩⾊污染等压⼒增加，PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物材料产业的经济性和环保意义⽇渐凸 现，产业发展的内在动⼒不断增强。其次，国内外从“限塑令”到 “禁塑令”环保要求实施，国家相关政策或 ⽴法扶持，加速市场培育，报道称，近期欧盟建议，在 2025 年以前回收 90%的⼀次性塑料饮料瓶, ⽽ PLA 聚乳酸\淀粉基材料绿⾊环保、环境友好、资源节约等特点，正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展 的⼀个新的主导产业。因此，PLA 聚乳酸\淀粉基⽣物材料产业有着⼴阔市场前景。

在⼯业 4.0 和中国制造 2025 浪潮持续涌动的市场环境中，以新⼀代信息通信技术与制造业融合发展为主 要特征的产业变⾰在全球范围内孕育兴起，智能制造已成为制造业发展的主要⽅向。互联⽹+⼯业化的推⼴ 应⽤，促进产品的升级换代，产品⽣产从原料改性、⼯艺优化、设备精密制造，操作模式等智能应⽤，突破 原来模式，通过加⼊智能化单元（包括机械、传感、电⽓和智能化软件，具有记忆、感知、计算和决策功能）， 使得设备操作更加便捷，提⾼产品品质和附加值。能够实现设备健康状态⾃动检测；能够根据制品及原料要 求⾃动管理各种⼯艺参数，实现动态设置和存储；能够监控⽣产运⾏状态并⾃动调整；能够智能优化处理各 种运⾏参数。智能化单元内置了⼈⼯智能算法，具备⼯艺参数学习能⼒，能够通过有限试验样本训练，找到 适合特定产品的设备最优⼯艺参数，各功能装置协同配合，确保产品的质量，降低能耗，突出绿⾊化、智能 化特点。

朝着数字化、⾃动化、智能化挺进，⼒诸打造⾼效节能、智能⾼品质⽚材೿出装备，同时满⾜产品绿 ⾊包装，技术创新，可持续发展⽅向，不断拓展设备应⽤市场，增加产品附加值，以综合的性价⽐优势和过 硬的质量保障与国外企业分庭抗礼，达诚公司为中国制造助⼒升威。