随着全球对可持续包装的需求不断增长，品牌和制造商越来越多地转向既能提供环境效益又能提供卓越性能的生物基材料。在这些材料中，聚羟基脂肪酸酯（PHA）脱颖而出，成为聚乙烯和聚丙烯等传统化石基塑料的有前途的替代品。在本文中，探讨了PHA的独特优势以及如何加速包装行业向生物材料的过渡。

PHA在包装中的独特优势

PHA是通过微生物发酵生产的一类聚酯。生物基PHA使用可再生原料（例如甘蔗）作为发酵过程的可持续糖源。PHA与其他生物基塑料的不同之处在于其多功能性和环保性能。与化石基塑料不同，PHA的碳足迹低，并且在所有环境中均可生物降解和堆肥，使其成为需要遵守不断发展的废物立法和温室气体排放报告的包装的理想选择。

虽然PHA有多种变体，但目前有两种主要形式可用于使塑料包装更具可持续性。有一种柔软的橡胶状PHA，称为无定形PHA(aPHA)，可作为其他聚合物和生物聚合物（包括聚乳酸（PLA）和半结晶PHA(scPHA)）的改性剂。aPHA可用于定制刚性和柔性包装结构的特性，同时保持高水平的生物基含量和可堆肥性。

在用于食品包装和食品餐具的硬质热成型中，将aPHA添加到PLA中将改善纯PLA的机械性能，将冲击强度和韧性提高到满足自动食品包装生产线使用要求的水平，同时仍保持透明度。该混合物还保持了高水平的可认证生物基含量，可以加速PLA的堆肥过程，使包装工程师在设计包装时拥有更广泛的厚度范围，同时与纯PLA相比，抗撕裂扩展性、穿刺韧性和拉伸伸长率均有显著改善。在aPHA以超过30%的水平加入PLA的混合物中，结果表明这些薄膜符合可认证的家庭堆肥条件。使用aPHA吹塑的薄膜可以是透明的也可以是不透明的，是零食包装、农产品袋、冷冻食品袋和其他需要堆肥性的软包装应用的理想选择。

PHA通常是一种半结晶聚合物，适用于需要更高刚度和高热稳定性的应用。scPHA可以单独使用，也可以与aPHA结合使用，以更好地调整机械性能以适应特定的包装或食品服务应用。注塑餐具和吸管是两个例子，它们目前利用了aPHA和scPHA复合物带来的独特机械性能，同时满足了可堆肥性和生物基含量的可持续性标准。

虽然这些将aPHA与PLA混合在一起的初始应用前景光明，但我们在开发生物聚合物混合物方面仍处于起步阶段，这些混合物可为传统包装应用提供有效、可持续的替代品。传统塑料已经问世60多年，为制造商和供应链提供了数十年的时间来优化化石基聚合物的生产和转化为包装。相比之下，scPHA的问世还不到20年，而aPHA的问世也仅在过去2年。新的生物聚合物和生物聚合物混合物正在更频繁地被引入。仅在PHA家族中，就有超过150种结构和特性各异的PHA。这种广度为包装转换器和品牌所有者打开了广阔的设计窗口。

采用PHA的关键驱动因素

随着消费者越来越意识到塑料对环境、气候甚至健康的影响，对包装解决方案的需求也越来越大，这些包装解决方案不仅可堆肥，而且不含PFAS（全氟和多氟烷基物质）和邻苯二甲酸酯等有害化学物质。尤其是PHA，它们不仅获得了美国食品药品管理局的食品接触认证，而且还通过了生态毒性和PFAS特定测试，这是在获得可堆肥性认证时由生物降解产品研究所（BPI）或TÜV Austria等认可的第三方进行的必需测试，从而证明它们不含这些有害化学物质。

随着越来越多的新研究发现环境和人体组织中存在微塑料，人们对其影响的担忧正在迅速增加。增加使用PHA等具有在土壤和海洋环境中水解和生物降解能力的材料，将防止环境中产生更多持久性微塑料。

使堆肥更快、更灵活的愿望也推动了PHA的采用。堆肥是一个多样化的过程，除了指导堆肥现场操作的推荐最佳实践外，没有通用的行业标准，也没有适用于所有地方的单一堆肥技术。材料必须具有适应性，并能够在各种条件下分解。

PHA的灵活性使其非常适合应对这一挑战。通过改变aPHA和scPHA的使用方式，或将aPHA添加到PLA中，包装应用可以针对各种堆肥环境进行设计，有助于创建适用于商业和家庭堆肥系统的解决方案。此外，PHA配方的进步使得开发更厚、更坚固的部件成为可能，这些部件仍可在可认证的堆肥时间内降解，从而解决了可堆肥材料一定易碎或缺乏耐用性的误解。

快速发展的监管和立法环境也发挥着重要作用。在美国，五个州通过了针对包装的生产者责任延伸法（EPR）。日益增长的趋势是允许使用可回收或可堆肥的包装，并降低通过这些途径处理的包装的费用。因此，PHA被用于推动可堆肥食品包装和当前回收基础设施不接受或处理的包装形式的新发展。

由于这些驱动因素，为采用PHA包装和食品餐具创造了机会，因此，第三方对可持续属性（如生物基含量或可堆肥性）的认证既是机遇也是挑战。目前，还没有针对每个新塑料包装或进入市场的物品进行物理可回收性测试的认证。相比之下，每个寻求可堆肥性认证的新包装或产品，都必须根据国际标准进行评估或测试。对于生物基含量或可堆肥性，有许多必需的认证，以验证是否进行了准确、标准化的测试以支持这些声明。

仅在美国，就有几项根据国际测试标准和规范建立的相关认证：

BPI（生物降解产品研究所）工业可堆肥认证；

TÜV Austria可堆肥家居产品、可堆肥工业产品、可生物降解土壤产品和可生物降解海洋产品；

美国农业部生物基产品首选；

OK Biobased表示生物基内容。

对于声称具有生物基成分或可堆肥性的材料，其门槛很高。然而，重要的是要认识到，认证成本对于快速的材料创新以及进入市场的新材料和新应用而言是一个非常现实的挑战。测试每种新配方或包装设计所需的时间和费用相当可观。当用于回收的包装在声明或功效方面不需要同样严格的要求时，意想不到的后果是造成创新速度不平衡。

展望未来

PHA前景广阔，但要充分发挥其潜力，需要所有利益相关者的共同努力。从原材料采购到产品制造，整个供应链的透明度对于建立消费者对PHA包装和食品餐具的性能和可持续性属性的信任至关重要。

行业合作同样重要。材料生产商、加工商、品牌、认证机构和堆肥商必须共同努力，应对技术挑战，优化生产流程，并为PHA开发创新应用。这包括共同努力发展堆肥基础设施和其他基于PHA的产品报废解决方案。

成本竞争力仍是一大障碍，而提高生产效率和实现规模经济的合作努力对于PHA成为主流材料至关重要。这将需要品牌进行大量投资，这些品牌愿意支持这些新材料并支持必要基础设施的发展。正如早期采用先前塑料技术的品牌帮助降低成本并扩大应用范围一样，品牌领导力对于PHA充分发挥其潜力至关重要。

PHA的成功取决于共同的愿景和共同努力的承诺，这样才能从生物塑料的使用中获益，并尽量减少某些传统塑料对环境或安全造成的负面影响。蓬勃发展的PHA市场使所有参与者受益：生产商、品牌所有者和消费者。合作方式加上战略品牌投资将是释放这种有前途的生物材料全部潜力的关键。