近日，弗吉尼亚理工大学的研究人员开发出一种可规模化的方法，用于制造更坚固、更可持续的纸包装。

 

该校自然资源与环境学院的研究团队采用创新喷涂技术，证实可降解生物塑料能在纸张表面形成耐用的防护膜，这一进展为减少全球对石油基塑料的依赖迈出了重要一步。

 

这项概念验证研究由可持续生物材料副教授、大分子创新研究所附属研究员Young-Teck Kim主导，研究表明，喷涂生物塑料涂层可提升纸包装的强度和阻隔性能，同时保持其可堆肥性。

 

“我们希望证明，基于生物的可持续多层结构能够达到传统塑料包装的性能，同时更易于制造且对环境更友好，” Kim表示，“我们的工艺提升了产品性能，且可直接整合到现有的造纸生产系统中，这意味着行业无需大幅调整即可采用。”

 

该研究由农业与生命科学学院的 Zhiwu Wang 和 Haibo Huang 以及韩国庆熙大学的 Su Jung Hong 等合作伙伴共同开展，成果近期发表在 Progress in Organic Coatings 期刊上，并获得美国农业部国家食品与农业研究所（NIFA）的支持。

 

更清洁、高效的纸张涂层技术

 

在传统包装生产中，纸张通常会覆盖塑料膜以增强耐用性和防水性，但这一工艺会导致材料难以回收。研究团队采用喷涂技术，取代了传统用于聚乳酸（PLA）和聚羟基脂肪酸酯（PHA）等生物塑料的挤出工艺 —— 后者不仅速度慢，且能耗高。通过将喷涂步骤整合到造纸流程中，该方法可减少材料浪费和能源消耗，同时提高涂层的均匀性。

 

“传统塑料涂层工艺会导致涂层厚度不均、材料浪费，还会影响包装性能，” 金教授指出，“我们的喷涂工艺能实现低至 5 微米的均匀涂层，且只需在造纸厂现有流程中增加一个步骤即可整合。”

 

PLA/PHA涂层纸制备流程

 

强度与可持续性的完美结合

 

研究团队发现，将两种生物塑料混合使用可实现优势互补：聚乳酸（PLA）形成致密的表面层，封闭纸张孔隙；而聚羟基脂肪酸酯（PHA）则渗透到纤维结构中，增强内部强度。研究表明，50:50 的混合比例能达到最均衡的效果，显著提升拉伸强度和氧气阻隔性 —— 这两项是影响包装使用寿命和食品保鲜能力的关键因素。

 

 

最终制成的涂层纸不仅保持了可降解性，还具备更优异的机械性能、防水性和热稳定性。与未涂层纸相比，喷涂后的样品强度最高可达两倍，氧气渗透率大幅降低。

 

迈向新一代包装材料

 

尽管初始研究使用有机溶剂来验证喷涂工艺的可行性，但Kim表示，研究团队的下一步目标是开发水性、无溶剂版本的涂层技术，以进一步提升环境安全性和工业应用潜力。

 

“这是一项概念验证研究，我们必须从某个起点测试想法的可行性，” 金教授说，“现在我们已经证实了其有效性，接下来的目标是摆脱有机溶剂，转向更安全、更易于规模化的水性涂层工艺。”

 

这项研究已吸引了一家全球化工企业的关注，该企业有意探索其商业应用。Kim认为，这一创新有望改变包装行业的可持续发展路径。

 

“通过这种方法，我们可以制造出既能保护产品、性能优良，又能安全回归环境的包装材料，” 他表示，“如果我们想摆脱一次性塑料，这正是我们需要的变革。”