■文/圣何塞州立大學(xué)食品科學(xué)與包裝工程系劉小靜

塑料包裝廢棄物所帶來的環(huán)境影響已是這個時代無法回避的重要問題，減少塑料包裝材料的使用是眾望所歸，發(fā)展可持續(xù)包裝是全世界包裝企業(yè)的共同使命?？沙掷m(xù)包裝是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，目前還沒統(tǒng)一定義，不是簡單意義上的減少包裝材料以及使用更多可循環(huán)回收材料，而是涉及整個包裝系統(tǒng)從原材料、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、使用到廢棄或回收，整個生命周期評估、生態(tài)足跡、碳排放等，最終目標(biāo)是評估并減少包裝對環(huán)境的影響[1-5]。在過去十年，國內(nèi)外在此領(lǐng)域已有不可計數(shù)的論文與研究發(fā)表，但對已實(shí)際應(yīng)用的可持續(xù)包裝介紹不多。本文基于此，對近一兩年在美國與歐洲成功進(jìn)入市場的一部分可持續(xù)性包裝進(jìn)行了調(diào)查與研究，總結(jié)出美國與歐洲包裝行業(yè)在可持續(xù)性包裝發(fā)展方向所采取的一些技術(shù)方法與策略。

一、柔性包裝

柔性包裝指包裝材料與容器可根據(jù)內(nèi)裝產(chǎn)品形狀而變化，如塑料袋，紙袋，復(fù)合袋等。常見包裝材料為聚丙烯PP，聚乙烯PE，以及PP復(fù)合PE，乙烯—乙烯醇共聚物EVOH或金屬鋁材料等。塑料袋在食品包裝中應(yīng)用廣泛，消費(fèi)量巨大，也面臨最大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的塑料包裝材料大多是復(fù)合多層材料，每層材料具有特定功能，如熱封層，承印層，阻隔層等，而目前很多國家回收技術(shù)還不能分離各層不同材料從而影響其回收再利用，這些復(fù)合材料最終廢棄進(jìn)入環(huán)境，給環(huán)境帶大巨大的負(fù)擔(dān)。歐美包裝行業(yè)在這一領(lǐng)域所做的改變?nèi)缦拢?/p>

（一）使用生物基材替代傳統(tǒng)塑料樹脂

瑞士Amcor公司從植物如甘蔗，玉米，土豆等中提取聚合物生產(chǎn)塑料膜用于產(chǎn)品包裝，如圖1所示的咖啡豆包裝袋。新材料與傳統(tǒng)塑料材料具有相同的保護(hù)與隔絕功能，使用相同的成型充填熱封機(jī)器。大多數(shù)生物聚合物仍然需要添加劑或加入其他配方，雖然不能完全自然降解卻能極大減少對石油原材料的使用以及碳排放量。

（二）新技術(shù)使塑料袋可以回收

2019年美國PMMI（包裝和加工技術(shù)協(xié)會）包裝創(chuàng)新獎獲獎產(chǎn)品之一為美國BerryGlobal公司為“Bear Naked”品牌提供的零食包裝袋，如圖2所示。此包裝塑料使用DOW公司可回收再利用增容劑技術(shù)RETAIN?，RETAIN?改善了回收薄膜的光學(xué)特性和可再加工性，從前難以回收的復(fù)合薄膜現(xiàn)在可以納入回收系統(tǒng)，而不影響再生產(chǎn)品的質(zhì)量，如透明度。

圖1 Amcor公司咖啡豆包裝

圖2“Bear Naked”零食包裝

（三）設(shè)計可分離層結(jié)構(gòu)

德國Werner &Mertz與Mondi公司經(jīng)過四年合作2019年秋季在市場中推出完全可回收直立袋，此專利包裝獲得2020年世界之星設(shè)計大獎，如圖3所示。傳統(tǒng)復(fù)合多層材料采用干式復(fù)合、濕式復(fù)合、擠出復(fù)合、共擠復(fù)合等不同加工工藝并印刷于表面層，不能回收。本直立袋改變思路進(jìn)行設(shè)計，圍繞如何能回收利用塑料材料，只選擇單層聚乙烯PE材料制袋，成型后貼上聚乙烯PE材料的印刷標(biāo)簽層，當(dāng)洗滌劑用完后，消費(fèi)者可直接用手撕掉兩面標(biāo)簽，標(biāo)簽材料也可回收。整體包裝85%材料無印刷，可輕易分離印刷層與非印刷層進(jìn)行回收，并比原包裝減少70%材料的使用。

圖3可分離層直立袋

（四）復(fù)合膜各層分別使用可持續(xù)材料

美國TricorBraun Flex公司從2011年開始研制可持續(xù)發(fā)展包裝材料Biotrē?，至2020年已研制出并銷售兩種級別Biotrē?1.0和Biotrē?2.0材料。Biotrē?為多層復(fù)合膜，外層為全木漿紙材料，占整個包裝重量的60%。根據(jù)ASTMD6400測試，本層材料12周內(nèi)會在自然環(huán)境中全部降解。Biotrē?1.0內(nèi)層為特殊添加劑普通塑料，在自然環(huán)境中5—10年后會分解為非常小的微顆粒。Biotrē?2.0內(nèi)層為由甘蔗等植物提取的聚合物制作的新型塑料，這層材料不能降解。目前正在研發(fā)的Biotrē? 3.0目標(biāo)為整個包裝膜100%可降解。

二、包裝容器

包裝容器指用紙、塑料、玻璃、金屬等材料形成的保護(hù)內(nèi)裝產(chǎn)品的容器，廣泛應(yīng)用于化妝品、家庭用品、食品、飲料、洗滌用品等領(lǐng)域。目前全世界最廣泛進(jìn)行回收利用的塑料包裝容器材料是PET（聚對苯二甲酸乙二醇脂）和HDPE（高密度聚乙烯），而其他種類的塑料材料容器通常由于不能回收或沒有回收市場而成為了垃圾。

（一）采用回收塑料制作容器

這是各企業(yè)最早使用的策略，技術(shù)上并不困難，經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。美國FredericFekkai公司在2019年底推出新洗發(fā)水系列包裝，所有容器使用95%回收HDPE制作，即可再循環(huán)使用，也減少了對石油原材料的用量，如圖4所示。歐洲Unilever公司的“LoveBeautyandPlanet”洗手液也使用了同樣的技術(shù)，采用100%回收HDPE制作包裝瓶，如圖5所示。瑞士Amcor公司2020年為品牌Ritual提供的多種維生素瓶，使用100%回收PET塑料樹脂制作，見圖6。采用PCR回收塑料（post-consumer recycled)，每生產(chǎn)100到150立方厘米容器可減少四分之一的碳排放量。

圖4Frederic Fekkai洗發(fā)水

圖6Ritual維生素

（二）采用紙材料替代塑料

紙代替塑料也不是新的概念，目前應(yīng)用越來越多。美國Pulp'sWorks公司為Covergirl開發(fā)的睫毛膏新包裝，用紙漿模替代塑料模，如圖7所示；紙筒包裝的口紅也在市場上可以見到。美國Ecologic公司紙漿模洗衣液瓶早在2014年便進(jìn)入市場，用紙漿模替代塑料容器的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，贏得了包括“美國之星”在內(nèi)的很多包裝大獎。圖8是該公司2019年新產(chǎn)品—潤膚液包裝。美國P&G旗下品牌Tide在2018年11月為網(wǎng)購?fù)瞥龅钠湫掳b—“盒中袋”，見圖9，雖然新包裝的目標(biāo)是為了減輕重量便于運(yùn)輸，但“盒中袋”包裝由于使用更少的塑料已成為眾多塑料包裝容器產(chǎn)品的新選擇，如在美國常見的便攜式熱咖啡包裝，見圖10。瑞士Amcor公司專利技術(shù)Paperly?使用85%可持續(xù)森林紙原料，采用新型的熱塑成型技術(shù)制作新鮮食材魚、肉等托盤，紙包裝材料可回收，可完全取代目前食品塑料托盤并保證食品新鮮，見圖11。此包裝獲得2019年美國DOW全球包裝創(chuàng)新獎金獎。

圖7Covergirl睫毛膏包裝

圖8潤膚液包裝

圖9Tide洗衣液

圖10便攜式咖啡包裝

圖11 Amcor食品紙托盤

（三）使用生物提取樹脂替代傳統(tǒng)塑料樹脂

瑞士TetraPak的REX利樂包，雖然還是多層結(jié)構(gòu)，但所有紙材料來源FSC（森林認(rèn)證）受管理的森林資源，并提供追溯碼；LDPE塑料材料層與瓶蓋材料來自合作伙伴Braskem公司從甘蔗中提取的聚合物，如圖12所示。整個包裝不僅減少碳排放，并且在歐洲與巴西已實(shí)現(xiàn)全部回收再利用。

圖12REX利樂包

（四）加速提高包裝材料回收分離技術(shù)

瑞士Tetra Pak從2012到2018年投資了20M歐元在全歐洲建立了TetraPack利樂包的回收中心。在未來25年Tetra Pak將繼續(xù)與第三方合作，如歐洲Veolia公司，開發(fā)與評估整套包裝材料回收系統(tǒng)，并于2025年前實(shí)現(xiàn)在歐盟內(nèi)所有利樂包的材料，包括瓶蓋、吸管全部可回收，將包裝垃圾減為零。

三、緩沖與運(yùn)輸包裝

運(yùn)輸包裝是為保護(hù)商品數(shù)量、品質(zhì)和便于運(yùn)輸、儲存而進(jìn)行的外層包裝。在網(wǎng)購時代，快遞包裝常用材料為瓦楞紙箱、緩沖泡沫、氣泡布、氣泡塑料袋與膠帶等，除了紙材料可完全回收再利用，許多塑料材料雖然標(biāo)識為可回收，但當(dāng)?shù)鼗厥罩行牟]有回收而成為垃圾。

（一）用紙材料替換塑料

作為世界網(wǎng)購平臺的帶領(lǐng)人，美國Amazon在包裝方面做了很多改革，目的是減少包裝材料的使用，方便消費(fèi)者開啟和替換塑料包裝材料。為替換氣泡塑料袋，美國Henkel公司采用EPIX技術(shù)為Amazon 設(shè)計了新的快遞包裝，如圖13所示。新的快遞袋為100%紙材料，三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外表層紙材料為回收紙，中間層為回收紙漿襯墊。用紙結(jié)構(gòu)代替塑料氣泡結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計巧妙地解決了保護(hù)內(nèi)裝商品問題。經(jīng)過不斷修改設(shè)計與測試，2020年這一新快遞包裝袋已經(jīng)得到應(yīng)用，由于完全可回收，得到消費(fèi)者極大認(rèn)可。

圖13 Amazon新型快遞袋

（二）規(guī)范與減少塑料材料使用

在保證基本功能的前提下盡可能減少包裝材料是另一條思路。Amazon從2008年開始研究與創(chuàng)建新的包裝標(biāo)準(zhǔn)，要求其所有供應(yīng)商取得Amazon包裝證書，提供各類商品正確的包裝模式，不符合其標(biāo)準(zhǔn)的包裝，會被爭收相應(yīng)的費(fèi)用。Amazon的新包裝標(biāo)準(zhǔn)共分為三級，如圖14所示。由下住上，第三級PFP指供應(yīng)商提供的產(chǎn)品包裝尺寸較小，需要用Amazon快遞紙箱進(jìn)行二次包裝后送出；同時產(chǎn)品包裝必須通過ISTA 6運(yùn)輸包裝各項測試；第二級SIOC指供應(yīng)商提供的產(chǎn)品包裝可以直接快遞，不需要Amazon提供快遞箱進(jìn)行二次包裝；同樣，此包裝必須通過ISTA 6運(yùn)輸包裝各項測試；第一級FFP（Frustration-FreePackaging）建立在第二級基礎(chǔ)之上，除滿足第二級所有條件外，此包裝必須100%全部使用可回收循環(huán)材料、便于消費(fèi)者開啟、并最小化包裝材料的使用。所有Amazon供應(yīng)商需要針對不同產(chǎn)品，申請并獲得各級包裝證書。包裝分級是按銷售包裝尺寸來確定，長、寬、高尺寸分別小于152.4毫米、101.6毫米、9.5毫米的銷售包裝屬于第三級，大于此尺寸的包裝需取得一級與二級包裝證書。FFP包裝還有更嚴(yán)格的要求：供應(yīng)商除了采用紙材料，塑料材料只能用PET，HDPE和PP，如果要用其他塑料，必須得到Amazon許可并只能使用HDPE和LDPE。

圖14 Amazon快遞箱證書等級

（三）采用植物為原料替換泡沫塑料

歐洲荷蘭PaperFoam?是世界第一家設(shè)計與制造紙泡沫的公司，他們采用植物淀粉，比如土豆，與植物纖維加水進(jìn)行混合成漿料，通過注射加熱成型加工方式，將混合漿料注射到鋁模保持204度溫度加熱，之后便得到完全可降解的紙泡沫，加工過程如圖15所示。紙泡沫用于雞蛋、電子產(chǎn)品等緩沖托包裝，如圖16所示。紙泡沫與紙漿模塑看上去類似，但它們的生產(chǎn)工藝不同，紙泡沫能提供更好的緩沖保護(hù)。美國Ecovative Design公司從2007年開始開發(fā)用蘑菇為原料制作的緩沖包裝，經(jīng)過十幾年努力，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。他們首先根據(jù)包裝的不同用途制作模具，再將菌絲與麻類材料混合植入到模具中，讓材料生長數(shù)日后干燥，便得到蘑菇緩沖包裝，用于替代塑料泡沫，產(chǎn)品見圖17，其加工過程如圖18所示。

圖15PaperFoam? 加工過程

圖16PaperFoam? 紙泡沫

圖17蘑菇緩沖泡沫

圖18蘑菇緩沖泡沫加工工程

四、標(biāo)簽和膠帶

常用標(biāo)簽與膠帶材料為塑料或紙材料，標(biāo)簽上通常會進(jìn)行油墨印刷。塑料標(biāo)簽與膠帶不可回收，粘合劑與油墨會影響材料再利用，對環(huán)境也會帶來負(fù)面影響。芬蘭UPM公司發(fā)明了專利配方，用可溶于水RW85C粘合劑制作標(biāo)簽，當(dāng)包裝容器進(jìn)行回收環(huán)節(jié)清洗時，標(biāo)簽會自動與瓶體分離，完全不影響塑料瓶體材料的回收。

五、建立包裝塑料材料的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系

塑料具有鮮明的優(yōu)良物理與化學(xué)性能，在包裝材料中占據(jù)著重要位置，其用量僅次于紙材料，要完全取消塑料的使用不現(xiàn)實(shí)。英國KP（Kl?ckner Pentaplast）公司深刻意識到這一矛盾，在2018年推出“塑料積極承諾（PositivePlasticsPledge）”計劃，如圖19所示?！八芰戏e極承諾”計劃核心為包裝塑料建立一個良好的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系，在盡可能使用可持續(xù)發(fā)展材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料材料和盡可能使用回收塑料材料的同時，教育整個社會與消費(fèi)者：不要完全否定使用塑料，而是應(yīng)該更好地分類回收，充分利用塑料的價值。全世界目前僅有14%的塑料包裝被回收，在許多國家，消費(fèi)者并不清楚如何對不同包裝塑料材料進(jìn)行分類與回收，同時區(qū)域回收中心能回收的包裝塑料材料種類不同還非常有限，塑料回收再利用之路還很漫長，這一體系的建立無法由一個企業(yè)來完成，而應(yīng)該由整個社會來參與共建—包裝設(shè)計師、研究學(xué)者、消費(fèi)者、企業(yè)、政府、教育機(jī)構(gòu)、同行、資源回收機(jī)構(gòu)等。圖20為KP公司2019年英國包裝獲獎產(chǎn)品，珠寶型食品容器，透明塑料為100%回收PET制作。

圖19“塑料積極承諾”計劃圖

圖20KP100%回收PET食品容器

六、結(jié)論

本文展示了目前在美國與歐洲市場中已經(jīng)成功應(yīng)用的可持續(xù)性包裝案例。從這些公司成功的包裝案例中可以得出以下結(jié)論：

1.在2019年紛紛推出了可持續(xù)新包裝的公司數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于往年，說明可持續(xù)包裝已經(jīng)加快了腳步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，會越來越多出現(xiàn)在人們的日常生活中；

2.歐美國家已突破植物提取聚合物的關(guān)鍵技術(shù)并有能力進(jìn)行大批量生產(chǎn)生物基包裝材料，目前在做的是降低成本，在更多的產(chǎn)品包裝上進(jìn)行應(yīng)用；

3.可持續(xù)包裝的有效措施：盡可能多使用回收塑料材料再加工；在包裝材料與容器加工過程中減少碳排放；采用從植物中提取的生物基材代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料樹脂；盡可能減少塑料的使用；用紙材料代替塑料；新的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計；普及消費(fèi)者和社會對塑料的認(rèn)知與材料回收教育；加速提高整個塑料包裝材料回收機(jī)制和回收技術(shù)；

4.可持續(xù)包裝發(fā)展實(shí)現(xiàn)全球化必須是多方合作與全社會參與；

5.完全可自然降解的包裝材料在緩沖包裝中已得到應(yīng)用，但在柔性包裝與包裝容器中的應(yīng)用還有難度，離市場化還有距離。