PET 包裝材料的綠色環(huán)保性淺析

溫浩宇，陽培翔，高靈強(qiáng)，吳波，曾龍龍

( 四川宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644007)

PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯），是由用精對苯二甲酸、間苯二甲酸、乙二醇及其它添加劑等原料縮聚而得的一種高分子材料。據(jù)悉，PET 是飲料和硬質(zhì)食品包裝中最常用的塑料。全球每使用約2 700 萬tPET，其中大部分（約2 300 萬t）用于制造瓶子[1]。隨著近幾年來國家對環(huán)保的重視，人民群眾環(huán)保意識的增強(qiáng)。市場上對PET 包裝是否環(huán)保提出了質(zhì)疑。大眾通常都認(rèn)為凡是塑料，一旦廢棄不用，就會成為“ 白色垃圾” 污染環(huán)境。[2,3]而其他材質(zhì)的包裝材料就真的一點(diǎn)也不會污染環(huán)境嗎？以購物袋為例: 英國的環(huán)保部門在2006 年對各種“ 環(huán)保” 購物袋與普通塑料袋對比做了一個(gè)全生命周期分析，發(fā)現(xiàn)紙袋的對環(huán)境的負(fù)面影響更大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)塑料袋使用三次才等于使用一次紙袋的對環(huán)境的負(fù)面影響。這個(gè)反常識的主要原因在于同樣容量下，尤其是大容量情況下，紙袋的重量比普通塑料袋要大，所以在所有的步驟中會導(dǎo)致更高的運(yùn)輸成本以及在填埋時(shí)可能會產(chǎn)生更多的溫室氣體。在紙以及棉布的生產(chǎn)中也不見得比塑料制品更加環(huán)保[4]。那判斷一種包裝材料是否綠色環(huán)保的原則是什么呢？

國際上對綠色包裝材料定義是“3R1D 原則”，即包裝減量化（Reduce）、可重復(fù)利用（Reuse）、可回收再生（Recycle）、可降解腐化（Degradable）[5]。PET 作為目前用量最廣泛的透明高分子材料之一，其滿足綠色包裝的3R1D 原則，可稱之為綠色包裝。

1 PET 包裝輕量化

包裝輕量化是指，在滿足保護(hù)，方便、銷售、提供信息功能的條件下，使用材料盡可能少的適度。英國食品飲料市場分析專家佳納地亞咨詢公司2013 年6月發(fā)表報(bào)告指出，在食品包裝方面, 將在降低成本和解決日益增長的環(huán)境問題為重點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新。根據(jù)佳納地亞咨詢公司新出爐的報(bào)告預(yù)測，許多食品市場在過去一年的大眾消費(fèi)中普遍更加注重包裝成本減少。這往往將最終歸于可持續(xù)性發(fā)展的目的，如減少包裝材料的使用，就相當(dāng)于降低成本。越來越多的創(chuàng)新的重點(diǎn)放在減少成本, 包裝輕量化( 降低材料重量的應(yīng)用)[6]。

PET 塑膠材料比起傳統(tǒng)的馬口鐵包裝盒/ 罐來說，顯然在重量上就輕了不少。再加上近幾年來隨著注塑生產(chǎn)工藝、設(shè)備及模具等的發(fā)展，不少PET 包裝制品的壁厚變得更薄了，這勢必帶來了重量再一次減少。所以說PET 包裝制品是符合輕量化這一原則的。很多輕量化的發(fā)展涉及用塑料PET 容器取代食品包裝用的玻璃容器。如在德國，斯堪迪克食品公司已轉(zhuǎn)向啟用PET 瓶替代玻璃瓶為該公司的Svansoe 牌水果罐頭系列產(chǎn)品的包裝容器了[6]。

2 PET 包裝材料的回收利用

可重復(fù)利用的含義是，包裝材料制品的再填充利用或者包裝材料轉(zhuǎn)用途再利用。

有人說得好“ 世界上沒有真正意義上的垃圾，只有放錯(cuò)了地方的寶物”。2016 年全球回收的塑料瓶不到銷量的一半，大部分塑料瓶被投入垃圾填埋場或海洋。因此，對廢棄PET 瓶及其他制品進(jìn)行有效的回收，高效實(shí)現(xiàn)再生資源化是當(dāng)前多學(xué)科發(fā)展的未來方向之一，也是解決固體廢棄物污染、緩解資源能源緊缺的核心手段和重要途徑。當(dāng)前，廢棄PET 回收利用的主要方法是物理回收法，隨著科技的進(jìn)步，廢棄PET 的回收利用率將會越來越高，有報(bào)道稱，2030 年rPET占PET 總需求的55%[6]。目前這方面做得較好的主要有杜邦、伊斯曼等。近幾年，我國在廢棄PET 回收利用方面也發(fā)展迅速，如廣西梧州潤龍，目前已建年產(chǎn)15 萬t 成食品級回收PET 瓶級切片裝置一套。

此外，用回收的PET 瓶進(jìn)行熔融紡絲的方式，不僅是較好的PET 回收方式，其中更是蘊(yùn)藏?zé)o限商機(jī)。我們們可以來看看以下事例[7]：德國PET 廢瓶回收成為“ 中國毛衣”，德國市場上每年流動800 多萬個(gè)PET 瓶子。垃圾回收公司收取這些瓶子，壓成團(tuán)或粉碎成片，然后以相對來說相當(dāng)高的價(jià)格出售給中國。根據(jù)相關(guān)人士計(jì)算，能裝16 L 飲料的瓶子可以做成一件毛衣。回收的PET 瓶子遠(yuǎn)赴中國，變成合成粗呢毛衣后，再返回德國，衣錦榮歸。在中國工廠里，這些PET 原料被按色分類，切成碎片熔而化之。加工后，PET 瓶子以紡織品的形式返回德國，在德國銷售。這里體現(xiàn)的價(jià)值創(chuàng)造是巨大的：一件合成粗呢毛衣價(jià)格在50～100 歐元之間，而所用材料只相當(dāng)于32 歐分。

3 可作為化學(xué)單體的再生生產(chǎn)原料

回收再生的含義是：包裝材料經(jīng)過回收之后再加工，得以新生，形成新的材料而使資源得到重復(fù)利用。

廢舊的PET 包裝材料，可通過一些列的化學(xué)處理后，可生產(chǎn)出眾多的化學(xué)單體，可作為生產(chǎn)聚酯或合成其它化工產(chǎn)品的原料而重新煥發(fā)生機(jī)。化學(xué)處理方法法一般有水解法、醇解法、氨解法等[8]。美國家能源實(shí)驗(yàn)室的Beckham 課題組[9]對廢棄PET 二元醇醇解法進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，結(jié)果表明，廢棄PET 在二元醇作用下可以生成純度較高的PET 低聚體，然后將該低聚體與具備生物特性的酸性活性多官能度單體進(jìn)行反應(yīng)，生成低聚物多元醇，實(shí)現(xiàn)了廢棄 PET 的高附加值再生資源化。列如日本神戶制鋼公司開發(fā)了以超臨界水為媒介降解廢棄PET 裝置，使超臨界水高效降解廢棄PET 工業(yè)化成為可能。該裝置的原理是，先將廢棄PET 加熱熔融，然后在反應(yīng)釜中與超臨界水混合反應(yīng)，并在固液分離器中分離生成產(chǎn)物，得對苯二甲酸單體和乙二醇，再用它們來重新聚合可用于滌綸纖維原料的生產(chǎn)[9]。如我國杭州杭州泰富紡織化纖有限公司，目前利用廢舊PET 再生來生產(chǎn)滌綸短纖維，年產(chǎn)滌綸短纖維3 萬t。

4 綠色生物質(zhì)聚酯（降解）包裝新材料

降解材料的定義是：在特定的時(shí)間內(nèi)，不可回收利用的包裝材料廢棄物能夠通過分解回歸自然。

目前，隨著對石油資源的持續(xù)開采，全球有限的石油資源終將面臨耗盡的一天，要想真正的實(shí)現(xiàn)聚酯材料的綠色環(huán)保及可持續(xù)化，開展生物質(zhì)聚酯新包裝材料的研究是勢在必行的。目前，已實(shí)現(xiàn)了乙二醇原料的生物質(zhì)化生產(chǎn)。生物質(zhì)合成乙二醇的技術(shù)要點(diǎn)主要在乙烯的制作上，與石油基乙烯相比, 這種生物基乙烯的合成原料豐富、工藝簡單、能耗低、污染小，而且反應(yīng)條件也比較溫和，這是運(yùn)用生物質(zhì)資源路線乙二醇合成技術(shù)的最大特點(diǎn)和最突出的優(yōu)點(diǎn)。2016 年全世界乙二醇的消費(fèi)量達(dá)到2 600 萬t，預(yù)計(jì)2020 年增加至3 100 萬t，市場需求量十分巨大[10]。我國乙二醇的消費(fèi)量占世界總量的一半以上。“ 十三五” 國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中明確提出要實(shí)現(xiàn)生物化工醇的工業(yè)生產(chǎn)。中國化纖工業(yè)協(xié)會在產(chǎn)業(yè)發(fā)展30 年路線圖中提出以生物質(zhì)原料替代化石原料生產(chǎn)乙二醇，計(jì)劃在2030 年前實(shí)現(xiàn)100 萬t 生物質(zhì)基乙二醇產(chǎn)能。在此基礎(chǔ)上以生物質(zhì)單體（如丁二酸、丁二醇、四氫呋喃酸等）聚合得到的生物質(zhì)可降解聚酯材料以經(jīng)悄然出現(xiàn)在了包裝市場，用該類材料生產(chǎn)的包裝產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)在堆肥條件下的完全降解，這意味著聚酯包裝的更加綠色環(huán)保。目前國內(nèi)，在生物質(zhì)可降解聚酯方面較為領(lǐng)先的生產(chǎn)企業(yè)有山東蘭典、新疆藍(lán)山屯河及珠海金發(fā)萬通等。山東蘭典生物質(zhì)聚酯生產(chǎn)技術(shù)采用中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所和湖南長嶺石化研究院以及清華大學(xué)化學(xué)系專利技術(shù)，形成產(chǎn)品琥珀酸（SA）50 萬t/ 年（商品量3.5 萬t/ 年），1,4 丁二醇（BDO）23 萬t/ 年，聚琥珀酸丁二醇酯（PBS）30萬t/ 年。本項(xiàng)目最大的市場就是以生物法煉制琥珀酸，再進(jìn)一步聚合生成PBS（可降解塑料）；該公司投產(chǎn)后將成為國內(nèi)首條以非糧作物為原料生物法生產(chǎn)有機(jī)酸的產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物基材料聚琥珀酸丁二醇酯的規(guī)模化生產(chǎn)，為生物基材料代替石油化學(xué)品衍生物做出有益的探索及貢獻(xiàn)[11]。

5 結(jié)論

綜上，可以看出PET 聚酯包裝材料不僅不是“ 白色污染”，而且在某種意義上說應(yīng)是綠色的環(huán)保包裝材料。PET 包裝材料的綠色環(huán)保性就在于其的高校回收利用與可再生化上。然而目前對PET 包裝材料的處理僅僅限于對其的回收階段上，重復(fù)利用率與再生資源轉(zhuǎn)化率低，是制約其綠色環(huán)保循環(huán)利用的瓶頸。筆者認(rèn)為，為了能讓PET 包裝材料今后高效的實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保循環(huán)利用應(yīng)著重做好以下兩方面的工作：

一是實(shí)現(xiàn)真正有效的回收利用：對于消費(fèi)者來說，選擇購買用PET 包裝的產(chǎn)品時(shí)就應(yīng)該被告知其已經(jīng)選擇了一種可回收的包裝。如今，PET 包裝在完成初次保存內(nèi)含物的使命之后，可將其回收再加工成干凈的原材料。2030 年rPET 占PET 總需求的55%。有消息稱，這對于用于瓶到瓶過程的食品級rPET 來說尤其明顯[12]。據(jù)估計(jì)，歐洲生產(chǎn)的PET 托盤的平均回收含量為50%，這一趨勢將繼續(xù)擴(kuò)大下去[13]。

但實(shí)現(xiàn)這一模式，首先取決于對PET 包裝廢棄物的分類，然而在我國垃圾實(shí)現(xiàn)分類，目前還做得相當(dāng)不好，故PET 在國內(nèi)的回收并未真正的推廣，大多情況下是隨同其他垃圾一起不是被填滿就是一起被付之一炬。其次，對于回收PET 材料的使用，政府相關(guān)部門也應(yīng)出臺相關(guān)的正面支持政策，以鼓勵回收PET 的使用。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，必須在地方和國家的職能部門幫助下，實(shí)施構(gòu)思良好、協(xié)調(diào)一致的收集計(jì)劃。如在英國可口可樂歐洲合作伙伴(CCEP) 近日公布了其英國市場的可持續(xù)包裝戰(zhàn)略，將把瓶身中的再生塑料(rPET) 含量增加至50%。該公司于2017 年7 月12 日宣布稱其將與當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)進(jìn)行合作，確保所有的塑料垃圾都被回收。為配合這一戰(zhàn)略，可口可樂將啟動一項(xiàng)耗資數(shù)百萬英鎊的活動，激勵更多人參與到回收活動當(dāng)中去[6]。最后，必須建立一個(gè)關(guān)于可回收性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的共同方法，借鑒國外相關(guān)回收政策及方法，建立回收材料認(rèn)證，增加回收材料的可信性和可追溯性，將確保rPET 的最佳利用，如在美國，“ 每瓶回收”的倡議取得了良好的進(jìn)展，當(dāng)?shù)氐娘嬃戏咒N商正在推動回收信息[14]。

二是實(shí)現(xiàn)PET 包裝材料高效再生化

實(shí)現(xiàn)PET 包裝材料的高效再生化，不僅可以解決廢棄PET 材料的回收利用，而且還能通過轉(zhuǎn)化生成的新化學(xué)產(chǎn)品提高價(jià)值，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)效益。廢棄PET材料再生化主要是通過化學(xué)回收方法將其進(jìn)行降解制備新型的高純度化工原料來實(shí)現(xiàn)的。前面提到的，可由其生產(chǎn)出眾多的化學(xué)單體，可作為生產(chǎn)聚酯或合成其它化工產(chǎn)品的原料，如再生的乙二醇、PTA 及丁二醇等，利用這些原料不僅可以生產(chǎn)出全新的PET 材料，更可利用特殊的單體（丁二酸、丁二醇等）合成出可降解的新型綠色環(huán)保聚酯材料，如PBS。這一過程可大大提高廢棄PET 材料的再生資源化利用率。然而目前面臨的最大問題是，廢棄PET 的有效轉(zhuǎn)化率還較低，特別是在國內(nèi)，如由廢棄PET 再生乙二醇，直接生成的乙二醇中含有的雜質(zhì)較多，常常需要提純到90% 以上才能作為工業(yè)原料使用[15]。而提純的過程不僅繁復(fù)，且這一過程的生產(chǎn)成本也較高。因此，未來提高轉(zhuǎn)化及提純工藝的研究，是PET 高效再生化的主要研究方向。

相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PET 包裝材料的回收利用率和再生轉(zhuǎn)化率會越來越高，使得這種綠色環(huán)保的材料煥發(fā)出勃勃生機(jī)。