現(xiàn)代包裝科技之生態(tài)包裝
2011-09-03 文章來源: 印刷知識網(wǎng)
一、生態(tài)包裝的產(chǎn)生和發(fā)展
漫天飛舞的白色垃圾，城市一角堆放的生活廢棄物，嚴重影響了城市的環(huán)境衛(wèi)生，引起了廣泛的關(guān)注，清理廢棄物已經(jīng)不再是環(huán)保部門的責任，而是全人類應該廣泛關(guān)注、深入思考的問題。人口、環(huán)境、資源是影響人類社會發(fā)展的三大要素，現(xiàn)代包裝工業(yè)是涉及人口、環(huán)境、資源 三大要素最密切的工業(yè)部門之一。2005 年 6 月，胡錦濤同志在全國人口、環(huán)境、資源座談會上明確指出：積極開展國際環(huán)境管理體系認證和推行環(huán)境標志產(chǎn)品，對促進對外貿(mào)易和商品包裝的發(fā)展是十分重要的。
現(xiàn)代包裝工業(yè)對人類社會的影響日益加深，特別是20世紀70年代以后，由于世界包裝工業(yè)高速發(fā)展，造成的環(huán)境惡化、資源匱乏、能源短缺等世界性難題，不僅阻礙了世界經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，也危及到了人類的生存安全；城鄉(xiāng)垃圾和包裝廢棄物問題已廣泛引起人們關(guān)注。權(quán)威資料表明：包裝廢棄物的多少與國家工業(yè)發(fā)達、生活水平的高低密切相關(guān)。通常一個國家（地區(qū)）或城市的發(fā)達程度可以用其城市垃圾中包裝廢棄物所占比例表示。
生態(tài)包裝最早在歐洲國家興起，“國際地球之友”荷蘭分部為了推廣荷蘭在包裝運動中取得的成功經(jīng)驗，編寫了有關(guān)商品包裝環(huán)境友好的報告，并由此建立了可持續(xù)包裝行動網(wǎng)（SPAN Europe）。SPAN是由歐洲27個國家55個集團組成的網(wǎng)絡(luò)，組建目的是在各國開展對環(huán)境負效應最小的生態(tài)包裝應用活動。1972年6月5日召開的聯(lián)合國人類環(huán)境會議，由 120 多個國家簽發(fā)的《環(huán)境宣言》引發(fā)了一場世界性的綠色革命，維護生態(tài)的綠色包裝成為主力軍。國際標準化組織ISO、“綠色和平國際”（GP）和“國際品牌聯(lián)盟”（IBF）等國際組織也一貫強調(diào)產(chǎn)品包裝廢棄材料的再生資源利用。生態(tài)包裝的概念正開始轉(zhuǎn)化為實際的環(huán)保產(chǎn)品。據(jù)最新報道，我國環(huán)境標志產(chǎn)品也有 1000多種，2005年產(chǎn)值超過500 億元，包裝企業(yè)正朝著“一多三少”（多產(chǎn)出、 少投入、少消耗、少污染）的方向努力。
綠色包裝標識也逐步被世界各國所采用，綠色包裝標志亦稱環(huán)境標志、生態(tài)標志，是由政府部門或公共、行業(yè)團體組織依據(jù)一定的環(huán)境標準，向有關(guān)廠家頒布證書，證明其產(chǎn)品的生產(chǎn)，使用及處置過程全部符合環(huán)保要求，對環(huán)境無害或危害極少，同時有利于資源的再生和回收利用。1975年，世界上第一個綠色包裝的“綠色”標識在德國問世。世界第一個綠色包裝的“綠點”標識是由綠色箭頭和白色箭頭組成的圓形圖案，上方文字由德文DERGRNEPONKT組成，意為“綠點”。
從此之后，世界各國都相繼制定和實行產(chǎn)品包裝的環(huán)境標識。如加拿大的“楓葉標志”，日本的“愛護地球”，美國的“自然友好”和證書制度，中國的“環(huán)境標志”、歐共體的“歐洲之花”，丹麥、芬蘭、瑞典、挪威等北歐諸國的“白天鵝”等。伴隨著各國環(huán)境標識的制定使用，世界各國的包裝行業(yè)也朝著正規(guī)化、環(huán)保化的方向發(fā)展。一些國家的生態(tài)標志如圖1所示：
二、生態(tài)包裝的概念及設(shè)計
生態(tài)包裝又稱為可持續(xù)包裝，是指為了節(jié)約包裝材料資源、減少包裝廢棄物、可再使用、再循環(huán)的商品包裝，包括對環(huán)境和人體健康無害的包裝材料、具備生物降解性的塑料包裝、可再回收使用的玻璃容器等。它有三個方面的含義：
一是生產(chǎn)制造材料時對環(huán)境資源耗費要少；
二是保證材料在生產(chǎn)使用中要有良好的綜合性能；
三是材料使用完畢廢棄后可以回收再利用或?qū)Νh(huán)境污染要小。
同時生態(tài)包裝的原則我們可概括為4R1D原則：（1）包裝減量化原則（Reduce），即包裝在滿足保護、方便、銷售等功能的條件下，應該用量最少；（2）可重復利用原則（Reuse），即不輕易廢棄可以再利用的制品；（3）可回收再生原則（Recycle），即把廢棄的包裝制品進行回收處理，再利用；（4）產(chǎn)生新價值原則（Recover），即利用焚燒來獲取能源和燃料；（5）可降解化原則（Degradable），即包裝要易于自然降解，且對人體和生物無毒無害。
而在現(xiàn)實中，包裝設(shè)計一般將注意力放在包裝本身，主要考慮包裝對于商品的保護功能、有關(guān)信息的傳達以及商品競爭力的提升。這種做法是不全面的，生態(tài)包裝要求設(shè)計師把目光擴展至包裝的整個生命周期即包裝材料的生產(chǎn)、包裝容器加工、包裝制品的銷售直至回收的各個階段，并對生命周期各階段作統(tǒng)籌的思考，力求包裝在每個生命周期階段都能符合生態(tài)學的要求，以利于可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)包裝設(shè)計的過程如圖2所示：
三、生態(tài)包裝材料
生態(tài)包裝材料是生態(tài)材料領(lǐng)域中的“小字輩”，但涉及的內(nèi)容非常廣泛。它包括天然材料、金屬材料、非金屬材料、高分子材料以及復合材料等。由于包裝材料的生態(tài)循環(huán)周期很短，這引起了材料專家的關(guān)注，一些發(fā)達國家對生態(tài)包裝材料的研究做了大量的工作。
近年來，專家們通過探尋包裝材料引起生態(tài)環(huán)境變化的規(guī)律，開發(fā)能保護生態(tài)環(huán)境的包裝材料，研究可循環(huán)性的塑料包裝材料自分解和降解理論，為研究開發(fā)無污染的包裝材料的生產(chǎn)方法、加工工藝和制造提供了理論依據(jù)。專家提出，要從環(huán)境角度出發(fā)，重新評價和研究已有的包裝材料體系的合理性，以及包裝材料的物化性能和特殊功能。這就要求重新考慮包裝材料的構(gòu)成組分、加工工藝、物化性能和主要用途。
下面介紹幾種有發(fā)展前途的生態(tài)包裝材料及其開發(fā)研究方向。
1．玉米淀粉樹脂——前景看好
這種樹脂是以玉米為原料，經(jīng)過塑化而成。用它制成的包裝材料可以通過燃燒，生化分解和昆蟲吃食等方式處理掉，從而免除白色污染的危害。據(jù)悉，臺灣每噸玉米樹脂生產(chǎn)的塑料數(shù)量已和用塑料粒生產(chǎn)的數(shù)量相差無幾。據(jù)臺灣塑料行業(yè)人士統(tǒng)計，全球每年約生產(chǎn)塑料制品1億噸，其中一次性包裝材料3000萬噸，解決這些材料造成的污染要花費很大的社會成本。如若玉米樹脂能成功取代其中的一部分包裝用塑料，估計每年將有約100億美元的市場。
2．可降解塑料包裝——潛力無限
降解塑料包裝無論在農(nóng)業(yè)、日化、醫(yī)用、食品等領(lǐng)域都具有較大的市場潛力。2000年中國塑料包裝產(chǎn)量為300多萬噸，其中難于回收的一次性塑料包裝占30% 左右，產(chǎn)生的塑料垃圾達100多萬噸，塑料地膜產(chǎn)量40多萬噸，一次性日雜用品僅正宗產(chǎn)品約40多萬噸，產(chǎn)生的塑料垃圾近200萬噸。因此，降解塑料物資前景廣闊深遠。目前，可降解塑料的研究已有一定的成果。
?。?）生物降解塑料 理想的生物降解塑料是一種具有優(yōu)良使用性能、廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解的高分子材料。
紙是生物降解材料，而通常用的合成塑料是非降解高分子材料。生物降解塑料就是兼有紙的可降解性和合成塑料的高性能化的新型高分子材料。生物降解的高分子（大分子）材料，其降解機理已經(jīng)被證實：主要由細菌或其水解酶將高分子量的大分子分解成小分子量的碎片，然后進一步被細菌分解成二氧化碳和水等物質(zhì)?？煞譃槿悾何⑸锂a(chǎn)生的聚酯。屬微生物發(fā)酵型大分子，它是利用微生物產(chǎn)生的酶將自然界中易于生物分解的聚酯類物解聚水解，再分解吸收合成高分子化合物，這些化合物含有微生物聚酯和微生物多糖等。
來自植物的天然高分子（淀粉、纖維素等）。國內(nèi)外開展這種淀粉合成生物降解塑料的研究非?；馃?。美國的瓦那.蘭巴特制藥公司通過操作植物的遺傳基因，部分控制淀粉大分子鏈的支化度，從而制造出以廉價的淀粉為原料的生物降解塑料。
化學合成高分子。利用化學合成的生物降解塑料，如聚己內(nèi)酯（PCL），1975年以來就開始被使用了，只是使用得很有限，據(jù)說埋入土壤12個月后可降解 95%。PCL和淀粉共混料、PCL和PHBV共混料、PCL和尼龍共混料都研制出來了，以蛋白質(zhì)、脲和多糖為基礎(chǔ)的其他生物降解的聚酯也制造出來了。
?。?）化學降解塑料 水溶性塑料包裝薄膜作為一種新穎的綠色包裝材料，在歐美、日本等國被廣泛用于各種產(chǎn)品的包裝，例如農(nóng)藥、化肥、顏料、染料、清潔劑、水處理劑、礦物添加劑、洗滌劑、混凝土添加劑、攝影用化學試劑及園藝護理的化學試劑等。它的主要特點是：降解徹底，降解的最終產(chǎn)物是CO2和H2O，可徹底解決包裝廢棄物的處理問題；使用安全方便，避免使用者直接接觸被包裝物，可用于對人體有害物品的包裝；力學性能好，且可熱封，熱封強度較高；具有防偽功能，能延長優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的壽命周期。
水溶性包裝薄膜的主要原料是低醇解度的聚乙烯醇，利用聚乙烯醇成膜性、水溶性及降解性，添加各種助劑，如表面活性劑、增塑劑、防粘劑等。
水溶性薄膜有較好的包裝特性及環(huán)保特性，因此已受到發(fā)達國家廣泛重視，有非常好的應用前景。例如日本、美國、法國等已大批量生產(chǎn)銷售此類產(chǎn)品，像美國的 W.T.P公司和C.C.I.P公司，法國的GREENSOL公司以及日本的合成化學公司等。國內(nèi)株洲工學院與廣東肇慶方興包裝材料公司在中國包裝總公司科技部的支持下，聯(lián)合研制開發(fā)了水溶性薄膜及生產(chǎn)設(shè)備已通過省部級鑒定，目前已投入生產(chǎn)，其產(chǎn)品正在走向市場。
3．生態(tài)包裝開發(fā)的研究方向
普通包裝材料向生態(tài)包裝材料的轉(zhuǎn)變是意義深刻的技術(shù)革命。目前，納米技術(shù)生物基因技術(shù)也開始應用于生態(tài)包裝中。
納米塑料具有優(yōu)異的物理力學性能，高強度、耐熱性、好的光澤和透明度、高阻隔性、優(yōu)良的加工性能，屬生態(tài)友好型材料，可以用于食品、各種化學原料、有毒物質(zhì)的包裝。
一種利用納米技術(shù)高效催化CO2合成的可降解塑料，已由中國科學研究院廣州化學研究所研制成功。用CO2和環(huán)氧丙烷聚合而成的這種可降解塑料，可替代目前市場上廣泛使用的快餐包裝容器，既解決了CO2所導致的環(huán)境問題，又可避免塑料包裝使用中產(chǎn)生的“白色污染”。
基因技術(shù)也是研究的方向之一，利用先進的基因人工定向設(shè)計拼接技術(shù)，可以讓植物按照人們的設(shè)計要求長出各種形狀、各種色彩的容器（甚至這些容器上還可按預先設(shè)計長出各種花紋和圖案），比如各種奶、果汁、醋的外包裝、各種一次性餐具的外包裝可從一種通過基因剪切再造玉米植株上直接長出來，未來的藥瓶可能是從一種通過基因改造技術(shù)創(chuàng)造的辣椒植株上直接采摘下來。
