梁政 王克儉

（北京化工大學(xué)機電工程學(xué)院成型制造研究中心）

一、什么是綠色包裝?

綠色包裝又可以稱為無公害包裝和環(huán)境之友包裝，指對生態(tài)環(huán)境和人類健康無害，能重復(fù)使用和再生，符合可持續(xù)發(fā)展的包裝。綠色包裝有兩個方面的含義：一個方面是保護環(huán)境，這是綠色包裝的核心；另一個方面是節(jié)約資源。這兩者相輔相成，不可分割。因為節(jié)約資源可降低垃圾的產(chǎn)生量，從而減輕對環(huán)境的污染，所以節(jié)約資源也是從源頭上對環(huán)境進行保護。從這兩方面考慮，凡是能體現(xiàn)保護環(huán)境和節(jié)約資源的包裝我們都可以稱之為綠色包裝。這是從字面意思理解。

從技術(shù)上講，綠色包裝是對生態(tài)環(huán)境和人體健康無害，方便回收，或者易于降解的包裝。這種包裝一般是用植物和相關(guān)礦物質(zhì)為原料研制而成。也就是說，這種包裝產(chǎn)品從原材料選擇、產(chǎn)品生產(chǎn)以及使用的過程中，都應(yīng)該符合環(huán)境保護和節(jié)約資源的要求。具體言之，綠色包裝應(yīng)具有以下的含義：（1）實行包裝減量化，包裝在滿足使用要求的前提下，盡量用更少的原材料，這就是要體現(xiàn)節(jié)約資源的要求；（2）包裝應(yīng)易于重復(fù)利用或易于回收再生，通過多次重復(fù)使用，或通過回收廢棄物，生產(chǎn)再生制品、焚燒利用熱能、堆肥化改善土壤等措施，達到再利用的目的，既不污染環(huán)境，又可充分利用資源；（3）包裝廢棄物可以降解腐化，為了不形成永久的垃圾，不可回收利用的包裝廢棄物要能分解腐化，進而達到改善土壤的目的，世界各工業(yè)國家均重視發(fā)展利用生物或光降解的包裝材料，實行包裝減量化（Reduce）、包裝應(yīng)易于重復(fù)利用（Reuse）、回收再生（Recycle）和包裝廢棄物可以降解腐化（Degradable）就是現(xiàn)在世界公認的發(fā)展綠色包裝的3R 和1D 原則；（4）包裝材料對人體和生物應(yīng)無毒無害，包裝材料中不應(yīng)含有有毒物質(zhì)或有毒物質(zhì)的含量應(yīng)控制在有關(guān)標準以下；（5）在包裝產(chǎn)品的整個生命周期中，均不應(yīng)對環(huán)境產(chǎn)生污染或造成公害，即包裝制品從原材料采集、材料加工、制造產(chǎn)品、產(chǎn)品使用、廢棄物回收再生，直至最終處理的生命全過程均不應(yīng)對人體及環(huán)境造成公害。以上綠色包裝的含義中，前四點應(yīng)是綠色包裝必須具備的要求，最后一點是依據(jù)生命周期評價，用系統(tǒng)工程的觀點，對綠色包裝提出的理想的、最高的要求。綜上所述，綠色包裝就是能夠循環(huán)復(fù)用、再生利用或降解腐化，而且在產(chǎn)品的整個生命周期中對人體及環(huán)境不造成公害的適度包裝。以上便是對綠色包裝比較全面的解釋。由此可見，綠色包裝不單單是指某一方面，它是對我們生活中的所有包裝提出的概念。

二、國內(nèi)外塑料綠色包裝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1. 國外綠色塑料包裝行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)

最新的市場預(yù)測報告顯示：近幾年來及未來幾年后，歐洲食品、飲料塑料包裝用量呈上升態(tài)勢。業(yè)內(nèi)人士分析：歐洲市場食品、飲料塑料包裝銷售額增長速度最快的將是PP 包裝市場，其中熱塑性PP 平均增長率將達10.7%，透明PP 將增長9.5%，其次是PET，年均增長率為9.2%左右，而發(fā)泡PS 和軟質(zhì)PVC 市場增幅最小，甚至可能停止增長。歐洲食品飲料工業(yè)使用塑料包裝材料最多的國家是法國（18.7%），其次為意大利（18%），德國（17.2%）等。隨著人們生活水平的提高，新的包裝技術(shù)、產(chǎn)品和材料不斷涌現(xiàn)。綠色包裝逐漸成為包裝行業(yè)的主流。以下為各國在塑料包裝領(lǐng)域的高端研究成果。

光分解塑料在日本已實現(xiàn)了工業(yè)化或半工業(yè)化，并已用于農(nóng)膜、發(fā)泡托盤、瓶子、包裝材料等。其中熱塑性1,2-聚丁二烯作為農(nóng)用復(fù)合膜已開始了應(yīng)用。

可生物降解塑料在美國已有產(chǎn)品進入市場，例如Dow、Dupont、Eastman 和Monsanto 等公司能生產(chǎn)的生物降解塑料：聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、Biopol、可降解聚酯（由丁二酸、己二酸和對苯二甲酸等合成）、聚酰胺酯熱塑性塑料、Biomax（改性PET）、Easter 共聚酯和氨基酸降解塑料（由天冬氨酸與賴氨酸合成）等。這些可生物降解的塑料，均可在短期內(nèi)被微生物分解。

目前德國建成了中試裝置，由微生物生產(chǎn)生物分解性材料。微生物的體內(nèi)可以產(chǎn)生3-羥基丁酸酯（3-HB），它是一種可作為儲存能量的聚酯。當(dāng)向微生物Alcaligensentrophus 供給丙酸時，即可產(chǎn)生3-HB 與3HV 共聚的聚酯，已提供樣品制成容器。英國的Zeneca 公司生產(chǎn)Biopol，是一種由微生物合成的天然可再循環(huán)的高分子，其化學(xué)名稱為聚羥基丁酸酯共聚戊酸酯，簡稱PHBV。這種類型的生物降解塑料已引起眾多廠商的注意，相繼投入開發(fā)研究。日本東京工業(yè)大學(xué)已研制成不少具有新組成的共聚聚酯。英國（ICI）公司已有了一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置，其中一部分塑料用于洗發(fā)水瓶子制造。

天然物制備分解性塑料，如歐美在聚乙烯樹脂中加入淀粉而制成的裂解性塑料已經(jīng)實用化，并向日本輸出。在意大利，已開發(fā)了以淀粉為主要原料和低分子量石油產(chǎn)品為輔助原料的生物分解性塑料用作薄膜和飼料袋等。

日本四國工業(yè)技術(shù)實驗所成功地開發(fā)了纖維素乙酰殼多糖系生物分解性塑料，其原料利用了自然界的殼多糖，所以在土壤中分解更迅速，其薄膜試驗表明，脫乙酰殼多糖的添加量以10%～20%為佳，經(jīng)濟上也是合算的，并在農(nóng)業(yè)園藝、包裝材料方面獲得了應(yīng)用。

合成高分子制取分解性塑料。美國 Air Product & Chemical 公司于1990 年將聚乙烯醇、增塑劑和添加劑混合后制成顆粒，開始以“Vinex”商品名在美國銷售，主要開發(fā)有機溶劑瓶、沙拉油瓶、水溶性農(nóng)藥包裝材料及丟棄式容器等方面的市場。而價格昂貴的乳酸降解塑料在美國一般用于醫(yī)藥用途上。

塑料包裝的綠色化，自然是根據(jù)塑料本身難降解的特性來尋求突破。所以研究可降解塑料就是塑料包裝綠色化的一個重要方向，在這里我們只列舉了國外有關(guān)降解塑料方面的研究成果。當(dāng)然，對于食品包裝的綠色化還有很多方面例如可食性材料、紙材料等，由于與我們所論述主題無關(guān)，在這里不再贅述。

2. 國內(nèi)綠色塑料包裝行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)

塑料包裝行業(yè)已成為我國塑料工業(yè)中發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。據(jù)我國權(quán)威部門預(yù)測，未來幾年，塑料軟包裝在食品行業(yè)的銷售額將超過包裝工業(yè)銷售額的近50%，預(yù)計軟包裝總的發(fā)展速度要略快于國民經(jīng)濟的發(fā)展速度。由于塑料材料改進后具有優(yōu)異的阻透性、防紫外線性、耐冷凍性、耐熱性等，因此應(yīng)用市場廣闊，尤其是飲料、乳制品行業(yè)有著誘人的商機。塑料在無菌包裝中的應(yīng)用，更是給塑料包裝材料提供了一個發(fā)展空間，同時，塑料包裝材料的改進，也必將推動我國無菌包裝的發(fā)展。

高阻隔、多功能軟塑包裝材料已成為近年國內(nèi)發(fā)展熱點，涌現(xiàn)一批新產(chǎn)品和新技術(shù)，其中包括高阻滲性、多功能保鮮膜、無菌包裝膜等發(fā)展很快；有的復(fù)合薄膜正在向更深層次發(fā)展。制袋、印刷技術(shù)上了一個新臺階，已進入“彩色革命”時代，行業(yè)中已有膠版、凹版、柔版彩色系統(tǒng)，促進了軟塑包裝制品向更深度、更高檔次發(fā)展。

國內(nèi)市場對塑料薄膜需求量將以每年9%速度增長，我國塑料薄膜市場前景十分廣闊。目前我國塑料薄膜產(chǎn)量約占塑料制品總產(chǎn)量的40%，是塑料制品業(yè)中產(chǎn)量增長最快的。我國現(xiàn)有塑料薄膜生產(chǎn)企業(yè)2240 家，產(chǎn)量在5000 噸以上企業(yè)有65 家，1 萬噸以上的企業(yè)有25 家，超過5 萬噸的企業(yè)有5 家。我國生產(chǎn)塑料薄膜所使用的合成樹脂主要有聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚酯等。加工方式為吹塑、雙向延伸、流延等。塑料薄膜的市場約60%多用作包裝材料。市場上主流產(chǎn)品是國產(chǎn)的PE 保鮮膜和PVDC 保鮮膜，具有爭議的PVC 保鮮膜，主要用于一些超市包裝生鮮水果和蔬菜。國內(nèi)PVC 保鮮膜品牌主要是LG、三菱和三榮，三大品牌占據(jù)整個市場的70%至80%，而日韓產(chǎn)品占據(jù)整個市場逾80%。國內(nèi)市場上銷售的家庭用食品保鮮膜大多采用安全的聚乙烯（PE）和聚偏二氯乙烯（PVDC）材料生產(chǎn)。

發(fā)達國家共擠包裝薄膜約占全部軟塑料包裝薄膜的40%，而我國僅占6%左右，顯然兩者比例很不合理。共擠包裝薄膜的發(fā)展，也將改變多功能薄膜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，它適用于飲料、牛奶、鮮肉等食品包裝。PET 是用量最大的食品硬包裝樹脂，而且其市場需求增幅高于食品塑料硬包裝總的增幅。我國是世界上第一大果蔬生產(chǎn)和銷售大國。目前，聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜是新鮮水果蔬菜應(yīng)用最廣的包裝材料。

由以上可看出，塑料在我國食品包裝領(lǐng)域已有了非常廣泛的應(yīng)用，而且呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展態(tài)勢。盡管塑料包裝以其優(yōu)異的性能正逐漸被廣泛應(yīng)用，但是以塑料本身的難降解性，大量使用勢必會造成很大的環(huán)境污染。同樣，我國在可降解塑料等領(lǐng)域研究也取得了很大成果，這為我國綠色包裝發(fā)展以及打破新的貿(mào)易壁壘開辟了道路。

我國可降解塑料的研究開發(fā)起始于20 世紀70 年代中期，起初是對光降解塑料進行研究，隨后有眾多的高等院校、科研院所參與研究光降解、光/生物降解、光/碳酸鈣降解、光/氧/生物降解、完全生物降解、全淀粉塑料、崩壞性生物降解等塑料以及高填充碳酸鈣環(huán)境友好材料等。

國內(nèi)主要研究單位研究情況介紹：

復(fù)旦大學(xué)：成功地開發(fā)出一種可生物降解的聚氨醋復(fù)合塑料。該塑料采用稻草、木屑等植物纖維為添加料經(jīng)液，化后與異氰酸醋反應(yīng)制得。其制品不但具有普通聚氨醋塑料的各種特性，而且其廢棄物經(jīng)一定周期后易被微生物完全分解，也可通過化學(xué)處理降解成單體，再用于聚氨醋合成，實現(xiàn)資源再循環(huán)。該塑料主要用于包裝、日用品等領(lǐng)域的泡沫塑料制品加工，目前己開始批量生產(chǎn)。

同濟大學(xué)：利用玉米淀粉為原料生產(chǎn)乳酸，再經(jīng)過特殊的聚合反應(yīng)生產(chǎn)聚乳酸。由這種生物高分子材料制成的物品，廢棄后可采用堆肥填埋處理在，自然界微生物的作用下徹底分解為水和二氧化碳，并可當(dāng)作有機肥施人農(nóng)田成為植物養(yǎng)料。目前該項目已被列為上海市科教興市重大，產(chǎn)業(yè)化項目，與上海新立工業(yè)微生物科技有限公司共同投資2.35 億元建設(shè)千噸級生產(chǎn)線。

清華大學(xué)：最近首次開發(fā)成功利用Aeromonashydropila 大規(guī)模生產(chǎn)3-羥基丁酸/3-羥基己酸酯共聚物（PHBHHX）的生產(chǎn)技術(shù)，它用作生物醫(yī)學(xué)材料比聚乳酸具有更優(yōu)異的生物相容性。PHBHHX 生產(chǎn)技術(shù)2002 年分別獲北京市科技進步一等獎和國家發(fā)明二等獎。目前該技術(shù)已在廣東江門生物技術(shù)開發(fā)中心和汕頭華逸生物工程公司進行了批量生產(chǎn)，并已有產(chǎn)品出口美國。

天津大學(xué)：采用溶劑（礦物油、植物油）浸漬淀粉細化改性技術(shù)，提高淀粉與聚乙烯的相容性和分散性，制品中淀粉含量大于30%，最高可達50%，在國內(nèi)外均是領(lǐng)先的。

武漢大學(xué)：繼2000 年研制出魔芋可降解塑料包裝膜以來，又將可降解塑料包裝膜的原材料延伸到玉米、馬鈴薯，使該系列可降解塑料包裝膜又增加了新品種，該新型可降解塑料包裝膜以玉米、馬鈴薯為原料，其拉伸強度、柔韌性和透明度等特性與普通塑料膜相同，其造價與普通塑料膜相差不大，并且可食用、可降解，對保護環(huán)境及降低白色污染有顯著效果。

中科院微生物所：目前已開發(fā)出用淀粉糖與丙酸發(fā)酵生產(chǎn)聚3-羥基丁酸/戊酸酯（PHBV）技術(shù)，并與杭州天安有限公司合作建立了一個年產(chǎn)1000 噸PHBV 生產(chǎn)裝置。隨著PHBV 的開發(fā)成功，我國在這一領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)達到了國際先進水平。這標志著我國在生物降解塑料的生產(chǎn)方面邁上了一個新的臺階。

昆明理工大學(xué)：利用我國南方芭蕉芋淀粉資源開發(fā)出芭蕉芋淀粉基微生物降解塑料，可用作耐油和干性包裝材料。

浙江大學(xué)：主要開展淀粉接枝技術(shù)研究，其膜制品的淀粉含量達50%，強度和外觀質(zhì)量均較好，價格適中，生物降解性能正在檢測中，目前正計劃擴大試生產(chǎn)。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)：以干法改性淀粉為主要原料，通過由甘油:乙二醇＝1:2 組成的復(fù)合增塑劑的增塑，添加增強劑PX 和增溶劑EAA，共混后可研制出淀粉基熱塑性生物降解塑料。研究表明，該塑料中改性淀粉為50%-70%，其它添加成分也均可生物降解，具有良好的機械性能。生物降解實驗顯示，其在90 天后降解率達50%以上。四川大學(xué)：采用價格便宜的一縮二乙二醇為原料，經(jīng)一步合成對二氧環(huán)己酮（PDO），再用PDO 作單體和高效的催化體系合成一系列具有完全可生物降解性的聚（對一二氧環(huán)己酮）（PPDO）均聚物、共聚物、淀粉接枝共聚物，用這些聚合物與淀粉共混制得可完全生物降解樹脂，這種樹脂可用于制備一次性使用的塑料制品。

大連理工大學(xué)：研究添加中草藥中揮發(fā)性成分的可降解塑料，經(jīng)過三年使用后用手輕搓就會成為碎末，從而找到了一種新的塑料降解途徑。

中科院廣州化學(xué)研究所：從事二氧化碳降解塑料母粒項目研究，“二氧化碳制取全降解塑料”的新技術(shù)已經(jīng)完成30t/a 的中試試驗，并通過中科院組織的專家驗收。

中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所：也從事二氧化碳降解塑料技術(shù)開發(fā)，其成果已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團公司進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

北京降解塑料研究中心：從事復(fù)合降解塑料合成技術(shù)及專用設(shè)備研究，借鑒光、生物雙降解技術(shù)和科學(xué)原理，在配方及工藝上大膽地取消了添加淀粉和光敏材料的諸多弊病，提高了其力學(xué)性能，達到誘導(dǎo)期可控及充分降解的目的，大幅度地降低了生產(chǎn)成本。

福州師范大學(xué)：開發(fā)可降解、可焚燒塑料材料，通過添加30%以上經(jīng)表面生物活化處理的超細碳酸鈣，不僅可以促進生物降解，而且還可減少光敏劑的應(yīng)用量，降低成本，有利于實現(xiàn)垃圾焚燒及掩埋綜合處理的方式，并可達到減量化、節(jié)省資源的目的。

總之，除合成型光降解、完全生物降解塑料外，我國降解塑料的研究開發(fā)進程與世界相差無幾，技術(shù)水平和世界先進水平接近或相當(dāng)。

三、在綠色包裝中有廣闊應(yīng)用前景的材料XPE

1. XPE 材料

XPE 材料為化學(xué)交聯(lián)聚乙烯發(fā)泡材料，是用低密度聚乙烯樹脂加交聯(lián)劑、發(fā)泡劑和其它改性試劑經(jīng)過低溫擠出高溫連續(xù)發(fā)泡而成，與EPE（物理發(fā)泡聚乙烯，俗稱珍珠棉）相比，抗拉強度更高，泡孔更細。XPE 材質(zhì)相較于其他PE 或者非PE 類的材料在耐用性、抗光照、抗物理撞擊等方面有著出色的表現(xiàn)，XPE 本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，無氣味，彈性好。是制造爬行墊、隔音層、隔熱層、汽車腳墊的優(yōu)選材料。

圖1 XPE 泡材生產(chǎn)工藝流程

2. XPE 材料的性能及環(huán)保特性

（1）XPE 材料的性能

XPE 材料作為一種新型的環(huán)保材料，它在各方面有著優(yōu)良的性能，具體表現(xiàn)如下：

絕熱性--其細微的獨立氣泡結(jié)構(gòu)，可有效降低空氣對流導(dǎo)致的能量交換，適合制作保溫管、保溫板。并且兼具防結(jié)露性，使之極適合用于冰箱、空調(diào)及冷庫等多濕環(huán)境的保溫材料。

吸音性--具有吸音降噪功能，適合用于飛機、鐵路車輛、汽車、電動機等強噪音設(shè)備及環(huán)境中的吸音隔音材料。

成型性--耐熱性強，延展性能好，密度均勻，可實現(xiàn)真空成型及熱成型等較深部位的成型，因而可用于汽車空調(diào)蒸發(fā)柜、汽車熱壓頂棚等內(nèi)飾件及鞋材方面的材料。

緩沖性--材質(zhì)為半硬質(zhì)發(fā)泡體，受強沖擊后也不失原性能，多用于精密儀器，半導(dǎo)體包裝等領(lǐng)域，同時也可利用其易成型性，而用于體育防護用品及休閑用品的制作領(lǐng)域。

此外，XPE 還具有無毒、無味、耐藥品性、耐油、耐酸、耐鹵及其他各類化學(xué)藥品的性能，并非常容易加工，可任意裁切，與多種材料貼合。

（2）XPE 材料的環(huán)保特性

XPE 產(chǎn)品被世界上先進國家稱為無公害產(chǎn)品，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，不造成環(huán)境污染，產(chǎn)品在使用后，易于回收，焚燒時不造成嚴重大氣污染。而且產(chǎn)品使用壽命較長，在長時間的使用過程中也不會對環(huán)境造成危害。所以，XPE 材料的開發(fā)利用以及其在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用本身就是塑料在綠色包裝中的應(yīng)用。

3. XPE 材料在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用前景

根據(jù)XPE 材料其優(yōu)良的性能，其在包裝領(lǐng)域也有很大的應(yīng)用前景，例如利用其高彈性，高韌性，易于二次加工性，可以加工成各種形狀，用于各種易碎材質(zhì)物品的包裝，比如用作陶瓷做的馬桶、玻璃等的外包裝。其高彈性和韌性可以使產(chǎn)品在運輸?shù)倪^程中得到緩沖，避免產(chǎn)品的損傷破碎。而其柔軟的表面可以防止產(chǎn)品在運輸過程中被磕破和刮傷。

還可利用其良好的保溫隔熱性能，用作低溫或高溫物品的包裝。比如雪糕的包裝運輸，其良好的保溫隔熱性能可以延長雪糕的儲存時間。還有需要保溫的食物，都可以用XPE 材料做成箱式包裝來短時間儲存。

XPE 材料還可以用作手機、工具、高檔水杯、化妝品、珠寶玉石等的需要內(nèi)襯的商品的包裝，而這些包裝的共同點就是利用XPE 材料的易于二次加工的特性，可以將符合倍率要求的XPE 泡材，按商品的形狀加工出凹槽，以此來固定商品達到防護的作用。還有各種食物，例如雞蛋、水果等都可以用XPE 材料來進行包裝。其都是利用材料易于加工且有高彈性、高韌性的特點，且無毒無害。

由此可以看出，XPE 材料在包裝領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景，因為其本身為環(huán)保材料無公害，易于回收。燃燒時不會造成環(huán)境污染。且其易于加工的性能就為其在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。