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复合软包装材料发展趋势与生命周期评价
时间:2013-05-08   来源: 包装前沿   阅读:4490次

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     一、复合软包装材料国内外发展趋势
     1、国内复合软包装材料发展趋势
     发展环保型复合软包装薄膜。目前,世界公认PET为环保型材料,它可以回收和再利用。由于人民生活水平的提高,超市食品的货架寿命要增加,BOPET的用量也将不断增加,而且有利于回收利用,三层共挤可热封的BOPET薄膜将很快进入市场,满足对软包装贮存期的要求。
     软塑包装膜向专用功能化方向发展。如高阻隔性材料正成为热点开发的软包装材料,常用的有PVDC类材料、尼龙类包装材料、EVOH类材料、无机氧化物涂覆薄膜等,它对食品起到了保质、保鲜、保风味以及延长货架寿命的作用。高阻隔复合材料将不断增加市场容量。将来,加工简单、阻隔氧气、水蒸气性能强、提高货架寿命为优点的高阻隔薄膜,是将来超市食品软包装的主流。多层复合、共混、共聚、蒸镀技术在软包装行业也发展极为迅速。
     通过微孔或改进薄膜配方结构。微孔材料能改善薄膜性能,可改良包装袋内的气调环境。通过使用除氧剂,然后选择性透过薄膜组合的方法,可以达到保鲜目的。
     软包装材料向薄型化发展。薄膜的薄型化是指减薄材料厚度而各项包装性能指标仍然能完全满足包装的要求。主要有三种方法可达到这个目的:一是研制新材料,用PEN作原料,生产的PET强度可提高3.5倍,薄膜的厚度比BOPET减少1/3,就可满足BOPET薄膜的要求。二是采用纳米无机物与高聚物的复合材料制造软包装薄膜。纳米无机物与高聚物复合材料,可以同时提高薄膜的强度和韧性,在软塑包装的薄型化上起到重要作用。与纯同类高聚物制成的薄膜相比,纳米无机物与高聚物复合材料制成薄膜的强度和韧性提高50%。三是采用多层复合包装材料,提高软包装材料的综合性能,减少塑料在软包装上的使用量,减少环境污染和节省资源。
     2、国外复合软包装材料发展趋势
     高阻隔性材料。铝塑复合包装材料的性能优越,却不透明。在塑料薄膜表面沉积薄层无机物(如氧化硅和氧化钛)制成的薄膜,其涂层性能稳定,即使经过高温杀菌后阻气性能也较优越。
     抗菌材料。微生物引起的食物腐败或变质给包装材料提出了很高要求。抗菌包装通常是在包装材料中添加新型无机抗菌剂,从而达到对多种病原菌有抗菌效果。目前应用广泛的是抗菌薄膜,它是在聚烯烃薄膜中加入抗菌剂和增效剂制成的。这种抗菌包装材料对大多数常见微生物如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等都有抗菌效果。
     功能性包装材料。常见的有防锈型、防霉型、保鲜型、纳米型功能材料等。由于人们对高水平生活的要求,保鲜包装得到了迅速发展,现已研制成功的系列保鲜功能材料,为了使用方便通常加工成袋或片材。
     智能包装材料。通常是用光电、温敏、湿敏等功能材料与包装材料复合制成,它可以识别和指示包装空间的温度、湿度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数,有广泛的应用前景。
     除臭薄膜。该类薄膜主要有三种类型。一类是化学除臭型,能除去氮系化合物和硫系化合物,如氨气、二甲胺、硫化氢等臭味。二类主要用于除去硫化氢、甲酸等类臭气,其特点是对高浓度硫化氢除臭效果好。三类是物理除臭型,用活性除臭剂制成,低浓度除臭力好。除臭薄膜用于食品包装,除可以起到保鲜作用外,还主要用于那些各具特殊气味的食品、农产品、水产品的包装,此外在用于医疗材料、卫生材料、日用杂品等包装方面也取得了进展。但除臭薄膜具有选择性,因而使用时要根据臭气成分、浓度、环境湿度等因素加以选择。
     低温封口材料。包装机械要求简单方便、节约能源、提高速度、增加效率以适应现代大批量包装的需要,因此使用低温封口包装材料是必要的条件。低温封口材料对包装内容物不产生热影响,因而特别适于厌热物品的包装,可适用难于热封的基材,简化包装结构、降低成本、节约能源,能实现高速包装。封口耐寒性好,即使在-20℃下封口强度也不降低。
     高速封口材料。常见的为涂有低温热封层HSS,在低温下能够高速封口的包装材料。它比其它材料如EVA、丙烯酸树脂、热封清漆、微量石蜡等优异。因此可用于要求严格限制产生异味影响的包装。其特点是封口速度快,适于高速机械,如用OPP/KOP/HSS包装材料时,制袋机速度可达500个/min。低温层HSS不仅可涂于纸、铝箔表面,还可涂布在OPP、KOP、PET、PVC、PE等各种塑料薄膜表面,一般HSS涂层厚度为几微米左右即可满足要求。
     新型复合纸。其为一种高强度复合纸,白度高、极薄、特柔软,反复折叠后仍能完好如初,而且价格低廉。复合纸是以岩石粉为原料,在高温中制成纤维,浸渍酚醛树脂并渗入白土粉后成型,长期贮存不会发生变脆、发霉、虫蛀等现象,而且可以染印色彩,常制成无尘纸、灭菌纸、防带电纸、抗电磁干扰纸、高透明纸等。
     导电性包装材料。该类材料主要用于对静电敏感产品的防止带电、消除静电等包装,以及精密仪器和导弹的防电磁包装等。
     二、复合软包装材料生命周期评价
     1、生命周期范围
     生命周期评价(LCA)作为一项用于评价产品的环境因素与潜在影响的技术,由四个相互联系的要素组成,即目标和范围界定(GSD)、清单分析(LCI)、影响评价(LCIA)和结果解释。生命周期范围是影响范围界定最主要的因素,一般可根据LCA评价目的选择以下生命周期全过程或部分阶段。
     (1)原材料获取阶段。在产品制造前,处于制造商直接控制范围之外,企业作产品环境影响评价时,一般难以考虑此阶段,但也需获取一些生产制造阶段必须的信息。
     (2)产品制造阶段。即从原材料运入工厂门到产品出厂门,也称为“门到门的阶段”。企业作LCA主要是这一阶段,如实施清洁生产和进行环境管理。
     (3)产品包装运输阶段。包装与产品紧密相关,故评价产品的LCA通常均应将包装考虑在内,如减量化、绿色材料选用均需考虑包装;运输阶段涉及石油消耗和排出废气及光化学烟雾,故产品的LCA也均需考虑此阶段。
     (4)产品的使用或消费阶段。本阶段往往是产品对环境污染和资源消耗较严重的阶段,但对包装材料进行评价时却视情况选择。
     (5)产品回收利用及最终处置阶段。无论是产品回收利用或进行最终处置,均要消耗能源、资源和排出废物,故必须纳入LCA评价。
     2 、生命周期系统边界和清单分析
     在进行数据收集和评价前要对功能单位和系统边界进行界定。在比较评价中,相同的功能单位和系统边界界定可得出公平公正的结果。评价内容在生产阶段若一些辅助材料用量较小,所产生的环境负荷也较小,可以被排除在评价范围之外。
     以纸塑铝复合的利乐包为例,评价内容不涉及包装产品的使用阶段,这主要是由于大多数牛奶包装产品生产线和牛奶灌装线基本同步进行,不存在异地运输情况。最后将产品废弃后的再生利用加入到生命周期之中,即纸塑铝复合包装的回收再生,因此可将利乐包的生命周期评价界定为原材料获取、包装生产、包装运输、包装处置四个阶段,铝塑废物部分按垃圾填埋处置表示,具体见图1(虚线表示不在评价范围之内)。
     图1 利乐包生命周期评价系统边界

     
     界定生命周期系统边界后,则可进行清单分析。LCI是一种定性描述系统内外物质流和能量流的方法,通过对产品生命周期每一过程负荷的种类和大小进行登记列表,从而对产品或服务的整个周期系统内资源、能量投入和废物的排放进行定量分析的过程。LCI的主要程序包括数据收集准备、确认数据的有效性与完整性、联接系统边界、分配流入及排出量和提出LCI的限制条件。
     3、生命周期影响评价和结果分析
     生命周期影响评价是根据清单分析过程中列出的要素对环境影响进行定性和定量分析。LCIA包括对清单分析过程中列出的要素进行分类、运用环境知识对所列要素进行定性和定量分析、识别出系统各环节中的重大环境因素和对识别出的环境因素进行分析和判断。环境影响的类型主要包括直接对生物、人类有害和有毒性;对生活环境的破坏;可再生资源循环体系的破坏;不可再生资源的大量消耗。LCIA把清单分析的结果归到不同的环境影响类型,再根据不同环境影响类型的特征化系数加以量化,来进行分析和判断。
     生命周期影响评价目前主要采用“环境问题法”和“目标距离法”。前者主要着眼于环境影响因子和影响机理,对各种环境干扰因素采用当量因子转换的方法进行数据标准化和对比分析,如瑞典EPS方法、瑞士和荷兰的生态稀缺性方法(生态因子)以及丹麦的EDIP方法等;后者则着眼于影响后果,用某种环境效应的当前水平与目标水平(标准或容量)之间的距离来表征某种环境效应的严重性,其代表方法是瑞士临界体积法。另外,环境指数法(Eco-Indicator)是一个全新的评价方法,它建立了资源消耗、土地使用、气候变化、离子辐照、酸化富营养化和生态毒性的全新环境影响模型,常用的有EI95和EI99。结果解释是LCA最后一个阶段,是将清单分析和影响评估的结果组合在一起,使清单分析结果与确定的目标和范围相一致,以便作出正确的结论和建议。
     谢明辉等采用生命周期评价法研究了牛奶利乐包装和普通塑料袋包装,并对其环境影响进行评价比较。结果表明,纸塑铝复合牛奶包装和塑料牛奶包装采用EI99评价法的全生命周期环境影响值分别为5.225Pt 和4.670Pt,且在原材料获取阶段的环境影响在整个生命周期阶段所占比重均在80%左右。而塑料包装在化石资源消耗方面对环境影响占据整个生命周期环境影响的79%,是纸塑铝复合包装的两倍多。纸塑铝复合包装在化石资源消耗、无机物排放和土地占用方面对环境影响较大,其次是气候变化、酸化和富营养化。考虑到化石资源的不可再生性,从可持续发展角度来看,发展纸塑铝复合包装比发展塑料包装更具有优越性。改善纸塑铝复合包装的环境影响可以通过发展再生技术和提高回收率这两种途径,将铝塑进一步分离成为塑料和铝,这势必大大降低其环境影响,且当其回收率超过43%时,则纸塑铝复合包装的环境影响小于塑料包装。
     三、结束语
     复合软包装材料已渗透到制造领域的每个部分,以后将朝着高性能、多功能、无毒无害、绿色环保、物美价廉、使用方便的方向发展。生命周期评价对复合软包装材料的环境影响作了定量评估,在材料使用和废弃后都产生了一些新的问题。

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