可回收再用或再生的包裝材料

世界上許多國家重視開發制品重復利用技術,并通過押金回收制度,使啤酒、飲料、醬油、醋等玻璃包裝瓶或聚酯瓶多次重復使用。如瑞典等國開發出一種滅菌洗滌技術,使PET 飲料瓶和PE 奶瓶的重復再用達20 次以上;再生利用是解決固體廢棄物的好方法,也是解決材料來源、緩解環境污染的有效途徑。塑料廢棄物的回收再生技術包括原料型直接回收再生、物理改性回收再生、化學改性回收再生等技術。物理方法是指直接徹底凈化粉碎后回收塑料,再直接用于生產包裝容器,或將聚酯粉碎洗滌后作為夾層材料置于兩層原生樹脂層中,制成一種多層PET 包裝容器;化學方法是指將回收的PET 粉碎洗滌之后,用解聚劑甲醇、水、乙二醇或二甘醇等在堿性催化劑作用下使PET 全部解聚成單體或部分解聚成低聚物,純化后再將單體或低聚物重新聚合成再生PET 樹脂材料。

玻璃和金屬包裝容器廢棄后,一般均是通過回爐熔融或重熔鑄錠,作為原材料,重新加以利用。紙和紙板使用廢棄后,則通過碎解、疏解、漂白后,獲得紙漿,生產再生紙。

    可降解塑料包裝材料

目前,已確認的可完全生物降解聚合物僅有生物合成的脂肪聚酯,如發酵法合成的PHB和PH - BV、淀粉和纖維素等含醚鍵和多羥基的聚合物,以及人工合成的聚酰胺、聚氨酯、含醚鍵的聚合物和PVA 等。在這些高分子材料中,聚氨酯、聚酰胺、聚酯和PVA 都是性能良好的包裝材料,廣泛用作包裝薄膜、包裝容器或捆扎材料。但這些可完全降解的包裝材料品種有限,還遠遠不能滿足眾多包裝技術和包裝保護性能的要求。而PHB、PHBV 和聚醚等因熔點和強度較低,用途不很大。

以淀粉摻合共混型的不完全降解塑料(淀粉+ PE 型) ,又稱生物分裂塑料,是目前研究發展快、產業化成果多并有望繼續降低成本的材料。為了改善淀粉與高聚物的共混相容性,必須對淀粉進行改性處理,改性后的淀粉顆粒表面被烷基等覆蓋,減弱了氫鍵的作用,從而增加了與聚乙烯、聚乙烯醇等高聚物的相容性。

通過加入光敏劑所獲得的光降解材料,如在PE、PP 等中加入合適的光敏劑就可以獲得。瑞典Filltec 公司研制的TPR 綠色包裝材料,由碳酸鈣經過特殊工藝與加入光解劑的聚丙烯復合而成,其成分與雞蛋殼極為相似,對環境幾乎無害,可以熱成型、吹塑成型、注塑成型及擠壓成型等,TPR 光潔平滑,不同厚度的膜在光照下經4 - 18 個月即降解成粉末,現已用于黃油、冰淇淋等包裝。

光降解包裝材料目前還存以下問題: ①光降解速度與光降解聚合物使用性能的矛盾。若光降解速度太快,雖然有利于廢棄塑料的處理,美化環境和減少污染,但是對使用性能和壽命顯然不利。②光降解產物對生態環境的影響。如果經光降解后的產物能繼續發生生物降解,最終成為被微生物吸收的碳或無害物,當然最理想。但實際上,乙烯、丙烯與乙烯基酮的共聚物,經光降解后在土壤或地下水道中的生物降解能力非常小,而光降解產物是否對生態環境有害也是值得研究的問題。

目前進入市場的生物與光雙降解塑料,主要是通過用淀粉或纖維素等可降解的高聚物對通用型聚合物如PE 和PP 等進行共混改性或接枝改性,并且加入可誘導光降解的光敏劑而獲得的,這一領域中的研究與應用十分活躍。聚酮可采用雙氧水、過氧酸等氧化劑進行化學改性,而氧化成為同時含有聚酯和聚酮結構的高聚物,成為既具有生物降解性能,又具有光降解性能的包裝材料。

    可食性包裝材料

可食性包裝材料現已廣泛用于食品、藥品包裝�？墒承园�裝材料的原料主要有淀份、蛋白質、植物纖維和其它天然物質。在以玉米、小麥、土豆、豆類、薯類等農作物為基材制作的可食性包裝材料中,以玉米淀粉改性加工成可食性包裝材料最為典型,且加工技術與實際應用都較成熟。根據其所加入的添加劑、酸堿處理、酶處理或氧化處理的方法不同,可以制成薄膜,也可擠出成型,作小食品的膜衣,還可制成既防水又防油的飲料杯和快餐盒等。用蛋白質制作可食性包裝材料,有動物蛋白質與植物蛋白質之分。動物蛋白質取材于動物皮、骨、軟骨組織等,此類的可食性材料具有非常好的強度、抗水性和透氧性,特別適用于肉類食品的包裝。由大豆等提取的植物蛋白質,可加工成膜進行包裝,具有較好的防潮隔氧性,并具有一定的抗菌性,適合含脂肪食品的包裝,不僅提高保質期,而且保持油性食品的原味。

植物纖維類可食性包裝材料以農副產品如麥麩、豆渣等和海草、海藻等海生植物為主要原料。這一類材料雖然營養價值不高,但多有減肥與保健的作用,如海藻酸鈉,它不為人體所吸收,但卻有降血糖,調理腸胃的作用,并且可使膽固醇排出體外和具有減緩中毒的功效。植物纖維可制成各種容器,連同食物在熱烹后一起食用,或用于包裝方便面調料時,遇熱即化,遇水即溶,可不必拆包。還可制成果蔬的保鮮包裝紙。以海藻酸鈉為主要成份的可食性材料,對脂肪、植物油具有不滲透性,是優良的耐油包裝材料。

可食性包裝材料還可以蝦蟹蚌蠣等可食用貝類的殼為主要原料制成。甲殼素在堿性條件下可從中提取殼聚糖,殼聚糖經改性后具有極好的成膜性,且耐油性好、隔水防潮性好、透明。這一類可食性包裝材料現已廣泛用于水果、面包、冰淇淋等食品的包裝。

    天然植物纖維包裝材料

由木漿和草漿制作的紙材是應用最廣泛的纖維包裝材料。近年又開發出一些新型的綠色紙包裝制品,典型的品種是紙漿模塑和蜂窩紙板制品。紙漿模塑制品以廢紙和植物纖維作原料,在模塑機上由不同的模具塑造出一定形狀的制品,是一種立體造紙技術,其制品被用作取代發泡塑料EPS 的制品,廣泛應用于餐具、禽蛋托盤、鮮果托盤、工業托盤、食品及醫療器具包裝等。蜂窩紙板由上下兩張面紙和六邊形的蜂窩芯紙粘合構成,具有質輕、強度高、剛度大、緩沖、隔熱、隔音性能好的優點,是節木代木和取代EPS 作緩沖襯墊的理想環保材料。

 特指的天然植物纖維一般是指除樹木以外的天然植物如蔗渣、棉稈、谷殼、玉米秸稈、稻草、麥稈等和廢紙的纖維,天然生植物是一種來源十分豐富的可再生自然資源。近年,利用蘆葦、稻草、麥秸、甘蔗渣、竹子等天然植物纖維開發出了一系列綠色包裝制品。以竹為原料,生產出竹膠板包裝箱、絲捆竹板箱,用于機電產品和重型機械的包裝;將竹、稻草等植物纖維經高溫殺菌后壓制成纖維板,再經粉碎,加入填充料、粘合劑等攪拌后擠壓成形,可制一次性快餐具,如經發泡膨化處理還可制作緩沖襯墊。

    轉基因植物包裝材料

雖然目前利用微生物發酵合成生物降解包裝材料的研究和開發工作已取得突破性進展,但仍存在生產效率低、熔點和降解起始溫差不大、結晶速度慢、加工困難、價格昂貴、實際應用受到限制等問題。因此培育轉基因植物生產脂肪聚酯PHB 和PHAs 等就成為研究和開發生物降解塑料的熱點。

隨著植物基因工程的迅速發展,針對微生物發酵生產PHB 存在價格昂貴等問題,一些大公司相繼開展了利用轉基因植物作為反應器生產的PHB 等包裝材料的研制工作。英國的ICI/ Zeneca 種子公司確立的長期目標是將細菌生物合成PHB 的途徑導入合適的作物,以利用轉基因植物大規模生產PHB/ V 包裝材料; 美國Monsanto 公司1996 年啟動了一個重大項目,旨在建立用轉基因油菜生產包裝材料的技術體系。

據報道,我國也已從真養產堿桿菌中克隆了PHB 合成的兩個關鍵酶基因(phbB 和ph2bC) ,構建原核載體導入大腸桿菌獲得了成功,還成功地將此基因導入馬鈴薯中。為了增加PHB 產量,他們完成了phbA 基因的克隆,并構建了種子特異性表達載體,用以轉化油菜,基因產物將定位于油菜籽的按需質體中。

    輕量化、薄型化、無氟化、高性能化的包裝材料

這是綠色包裝材料發展的一個重要方向,主要是對現有的包裝材料進行開發、深加工,在保證實現包裝三大功能的基礎上,改革過分包裝,發展適度包裝,盡量減少使用包裝材料,降低包裝成本,節約包裝材料資源,減少包裝材料廢棄物的產生量,努力研制開發出輕量化、薄型化、無氟化、高性能化的新型包裝材料。

對用量巨大的緩沖包裝材料,人們正積極尋找取代發泡聚苯乙烯( EPS) 的無氟輕量化的包裝材料,如采用新型的輕質發泡聚酯或發泡PP 作包裝容器,用于食品、化妝品以及電子產品的包裝,對于用來制備緩沖材料的發泡劑,各國紛紛采用新的發泡劑,如二氯甲烷等來替代造成環境污染的氟里昂(CFC) 。

對使用量很大的包裝用紙和紙板,為滿足產品包裝的特殊要求,也通過多種方式向多功能,高性能方向發展。

    納米包裝材料

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸長度范圍或由它們作為基本單元構成的材料,它是納米技術最基本的組成部分。納米包裝材料指分散相尺寸為1～100nm 粉體與其他包裝材料合成或添加,或對傳統包裝材料進行納米化改性后制成的新型包裝材料,也指納米材料中可用于包裝產品的部分,它們可分別稱為納米復合包裝材料、納米改性包裝材料和純納米化包裝材料。就納米復合包裝材料而言,其材料結構體系更加細微,更加分散,會因為納米微粒的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應,使得納米復合包裝材料具有傳統復合包裝材料無法比擬的一些特殊性質,如高強度、高硬度、高韌性、高阻隔性、高電阻率、低熱導率、低彈性模量、低密度、高降解性和高抗菌能力等。

納米改性包裝材料是指通過添加少量表面改性的納米粉料或使用納米涂層做成的包裝材料。利用納米技術對傳統包裝材料進行改性可“量身定制”生產出既滿足特殊包裝功能要求,又具有優異綠色性能的新型納米包裝材料。如用納米粒子添加到塑料中對其進行改性,使塑料變得致密,不僅能提高塑料包裝材料的強度、韌性和防水性,起到補強作用,還能提高塑料包裝品的使用壽命,也能使塑料包裝材料的透明度大大增加,因而可作為特殊用途的高級塑料包裝薄膜。

    綠色包裝輔助材料

包裝輔助材料是指包裝中經常用到的粘合劑、印刷油墨和涂料等。

有機溶劑型油墨在制造與使用過程中,常用汽油、甲苯、二甲苯、煤油、松節油、醇類、芳香族類等有機溶劑調配,它們在干燥時,或在使用過程中,或廢棄后焚燒處置時,均會揮發出有毒的碳氫化合物氣體而污染環境,傷害人身,故目前開發水溶劑性油墨取代有機溶劑性油墨受到各國高度重視。水溶劑性油墨以水為溶劑,連接料由樹脂和水組成,價格便宜,對環境對人身均無害,是一種良好的綠色油墨。隨著水性油墨的進一步完善和印刷設備的改善,原來水性油墨存在的干燥速度慢、光澤度低、易造成紙張伸縮等三大弊端已有明顯改進。

金屬涂裝過程使用的涂料由于多屬油劑溶劑(有機溶劑) ,給生產環境造成嚴重污染,近年來國內外研發出多種新型環保涂料,使鋼桶涂裝生產在綠色化道路上前進一大步。自泳涂料是繼陰、陽極電冰涂料之后開發的一種新型水性(水溶劑) 涂料,它由泳丙酸系乳液與炭黑、助劑等混合而成,其乳液由丙烯酸單體及苯乙烯在引發劑、乳劑存在下共聚而成。其特點是以水做分散劑,不含任何有機溶液,有利于環境保護,配成的槽液性能也穩定,屬于清潔工藝,便于施工操作,也有利于操作工人的健康安全;粘貼涂料是另一類有利環保,取代有機溶劑型液狀涂料的新型涂料,它實質是一種涂有彩色涂料和粘結劑的高分子薄膜,可以很方便的粘貼在金屬桶外表面,耐久性和耐候性均很好,使用操作簡單;近年還開發出粉末涂料,實現了無溶劑的干法涂裝生產,從根本上消除了有害溶劑的飛散,噴過的粉末還可回收再用,因而大大減少和消除了環境污染,而且涂裝質量好,效率高,是金屬包裝和鋼桶涂裝發展的新趨勢。

    綠色包裝材料助劑

無論是綠色包裝的主材料,或是綠色包裝輔助材料,為了提高其使用性能,均需在制作過程中添加對人體和環境無毒無害的助劑,助劑分無機和有機兩大類型。

無機助劑的開發應用

    無機助劑主要有以下幾種:

(1) 價廉色白、加工性能好的碳酸鈣,屬極性活性物質,在有機助劑的協同下,幾乎可以滿足造紙、塑料等行業的要求,作為填充、催干、增強劑,是價格最低的品種。

(2) 常與碳酸鈣協同作用的滑石粉(單斜晶系) ,能提高造紙紙漿的留存率,提高塑料制品的剛性和耐熱性及薄膜散射光的透光率,改善包裝薄膜的性能,提高油墨夜間的保溫性,并可在水性油墨中起流平、防沉作用,甚至是PVC塑料的成核劑。

(3) 作為無機成核劑的高嶺土(又稱高粘土) ,能使聚丙烯塑料形成細微的球晶,除提高機械強度外,還可作為聚乙烯的絕緣材料用于生產6 KV 以上的高壓電纜。在提高造紙紙漿的留存率方面比鈣略優一等,并以白色、灰色、黃色分別加入塑料,經吹塑、擠出、注射、壓延和滾塑,制成不向色彩的包裝制品。

(4) 占地殼中原子含量16. 7 %的硅灰石,具有較好的長徑比(系三斜晶系) ,大多用來替代價格較高的玻璃纖維,常常用其制造耐熱紙板,并作為塑料包裝材料的增強劑,有效提高制品的耐磨性和包裝規格尺寸的穩定性,并能與含鹵阻燃劑用于防火塑料包裝制品及防火液體印刷油墨中。該材料晶體含有OH ,所以能有效地防止油墨中顏料及填料沉淀。由于硅灰石的晶體在紫外線照射下發出熒光或磷光,常被環氧樹脂油墨采用。

(5) 被人們稱作“千層級”的云母是極復雜的硅鹽材料,因晶體常呈假六方片狀,集合體呈柱狀、板狀和磷片狀,除作為造紙、塑料等包裝材料的裝飾性填充劑外,還是典型的增強劑,能有效提高其制品的剛性、耐熱性和規格尺寸的穩定性,促進其散射光的透過率,性能優于其它無機填充劑,并有極高的電氣絕緣性及耐酸堿腐蝕性。

(6) 石英在半硬質聚氯乙烯塑料中作為填充材料,其耐磨性是碳酸鈣的數倍。

(7) 氧化鎂近年來用于印刷油墨,尤其應用于輪轉印刷油墨中,能大大提高印刷圖文的光澤度。

    有機助劑的開發應用

(1) 抗氧劑及輔助抗氧劑。用來改善塑料制品和印刷油墨的抗氧能力,推遲氧化開始的誘導期,延緩和阻止包裝物在儲藏或使用時變質。

(2) 紫外線吸收劑UV - P、UV - 326 、UV- 327 等是幾種光穩定劑,具有吸收天然陽光或熒光源中紫外光部分的能力,能有效防止塑料、油墨等在陽光下的光分解作用。

(3) 偶聯劑(分為硅系和鈦系兩類) 。現已推出第五代偶聯劑──有機硅烷、有機鈦酸酯、有機鋁酸酯、有機鋯酸等,作為塑料、油墨、紙張的填充劑能提高樹脂的支化度和界面粘合力,并明顯減薄包裝印刷油墨圖文的厚度,實現牢固的附著力。

(4) 潤滑抗粘劑。能防止塑料材料和印刷油墨粘臟或粘連。上世紀90 年代后期面世的含有等量陰離子和陽離子的中性分散劑處理顏料和填料是以往所沒有的,該助劑能與很多基料有很好的混溶性(配伍性) 。

(5) 增白劑。一般分解溫度大于190 -235 ℃,而DBS 能耐360 ℃,具有優良的勻染性、滲染性,其最大光譜吸收波長為370NM ,主要用于紙張、塑料、油墨的增白,并能提高一定的包裝外觀白度。