可回收的塑料包裝解決方案頂層設(shè)計(jì)
——同材質(zhì)化

李煥 盛承林

（1.上海子源經(jīng)貿(mào)有限公司，2.江蘇精良高分子材料有限公司）

1. 引言

塑料是20世紀(jì)以來人類的重大發(fā)明之一，隨著塑料工業(yè)的興起，人類進(jìn)入了塑料時代。塑料強(qiáng)度高且質(zhì)量低、化學(xué)穩(wěn)定性好、絕緣性能好，同時能起到良好的防護(hù)、減震和保鮮效果，其透光和消音等優(yōu)越性能又進(jìn)一步增加了其實(shí)用性，使其一躍成為電子、家具、交通工具、建筑、包裝等行業(yè)不可或缺的工業(yè)材料。

塑料制造的重要原料是石油，而石油的有限性和不可再生性使得這種資源的耗費(fèi)速度大大提高，結(jié)合當(dāng)今世界的石油儲量和產(chǎn)量，粗略預(yù)計(jì)石油資源將在五十年內(nèi)消耗殆盡。

海洋環(huán)境的塑料污染問題日益嚴(yán)重，引起全球范圍高度重視，并且已經(jīng)到了必須采取措施的時節(jié)。為了減輕進(jìn)而避免廢舊塑料對人類賴以生存的自然環(huán)境的破壞，對廢舊塑料的控制包括循環(huán)利用勢在必行。

2. 塑料行業(yè)產(chǎn)量及回收量現(xiàn)狀

圖1 2012-2017年全國塑料制品產(chǎn)量

在世界各國中，我國的塑料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量位居前列，國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國塑料制品產(chǎn)量在2017年為7515.5萬噸，見圖1（近年塑料制品產(chǎn)量情況）。全球塑料制品愈三億噸。從國內(nèi)地區(qū)分布來看，塑料制品主要集中在浙江、廣東、河南、江蘇、四川、山東、福建、湖北等省份，其中浙江產(chǎn)量居高，達(dá)1035萬t，占全國13.78%[1]，如圖2。

圖2 2017年塑料制品產(chǎn)量前八省份全國占比

據(jù)2018年中國塑料加工工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，從塑料制品分類來看，塑料薄膜產(chǎn)量為1180.36萬噸，日用塑料為559.21萬噸，農(nóng)用薄膜為119.95萬噸[2]。塑料除用于制取各種塑料薄膜以外，還用于制造玩具、工程建材、汽車部件、電子產(chǎn)品等。

然而，上述塑料制品在使用過后卻沒能得到有效分類及回收，大都散落在土壤、空氣和海洋中，形成人們目不忍睹、危害自然平衡的塑料污染，包括塑料微粒帶來的海洋污染。

3. 廢舊塑料現(xiàn)狀及趨勢

3.1 回收概況

2011年我國廢舊塑料累計(jì)總量已近2億噸，2017年廢舊塑料一年回收量為1693萬噸，較2016年1878萬噸同比下降9.9%[3]，見圖3。我國廢舊塑料回收主要來源于生活廢舊塑料，回收率不足20%，雖然如邊角料、下腳料等工業(yè)源廢舊塑料基本可實(shí)現(xiàn)全回收，回收率可達(dá)90%，但大量在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫乃芰现破穮s難于回收。

圖3 2012-2017年廢舊塑料回收量

三年前，我國每年從國外進(jìn)口廢舊塑料約700萬噸，以PET、PE、PVC、PS等品種的破碎料和下腳料為主，PET和PE的進(jìn)口量可占全部進(jìn)口量的三分之二[4]。中國禁止進(jìn)口廢舊塑料之后，給全球塑料市場乃至環(huán)境保護(hù)市場帶來巨大震動甚至叫做變革。

3.2 趨勢

自2017年7月起，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于禁止洋垃圾入境推進(jìn)固體廢物進(jìn)口管理制度改革實(shí)施方案》（國辦發(fā)〔2017〕70號），要求全面禁止“洋垃圾”入境，國內(nèi)廢舊塑料進(jìn)口出現(xiàn)明顯收縮現(xiàn)象。不僅如此，2019年1月31日，上海市人大通過《上海市生活垃圾管理?xiàng)l例》，在全市施行垃圾分類[5]。

作為全球危害，世界各國也紛紛做出行動。2019年1月23日，紐約州州長、民主黨成員安德魯?庫默（Andrew Cuomo）宣布，2019年行政預(yù)算案將包括禁止使用塑料袋以及擴(kuò)大“擠瓶法”（Bottle Bill）的適用范圍[6]；2019年3月6日，印度政府宣布將禁止進(jìn)口塑料垃圾[7]。2019年3月27日，歐洲議會以壓倒性投票結(jié)果（560票贊成，35票反對，28票棄權(quán)）通過一項(xiàng)“禁塑令”——到2021年，歐盟成員國將禁止使用包括一次性塑料餐具、塑料紙棉簽、塑料吸管、塑料攪拌棒在內(nèi)的10種一次性塑料制品[8]。

同時塑料制品廠家也積極加入解決塑料污染的行動中。2019年1月17日，巴斯夫、陶氏、科思創(chuàng)等在內(nèi)的逾20家公司宣布成立了“終結(jié)塑料污染聯(lián)盟”（Alliance to End Plastic Waste）（簡稱AEPW）并承諾共同出資10億美元。接下來，該聯(lián)盟希望再籌集5億美元，在未來五年內(nèi)努力解決塑料污染問題[9]。

4. 處理技術(shù)

塑料制品質(zhì)量較小、體積相對較大，在自然環(huán)境下不易降解，這些特殊性質(zhì)決定了塑料想要進(jìn)行無害化處理的難度較大。當(dāng)今處理廢舊塑料主要有三種方式：焚燒、填埋、回收利用。但是，填埋會占用大量土地，污染地下水資源；焚燒塑料會釋放二噁英等有害物質(zhì)，污染空氣環(huán)境。而廢舊塑料的再利用則更綠色化。廢塑回收利用方法主要有：直接利用法、改性法、裂解法、氣化法等[10]。

4.1 直接利用法

回收的廢舊塑料經(jīng)過分選、清洗、破碎、熔融、造粒后直接成型加工生產(chǎn)再生制品，其主要用于回收塑料生產(chǎn)及加工過程中產(chǎn)生的邊腳料、下腳料等，也用于回收那些易清洗和挑選的一次性廢棄品。該技術(shù)工藝簡便，投入小，成本較低，被回收再生界廣泛應(yīng)用。

4.2 改性法

根據(jù)廢塑料不同類型的特征，選擇添加不同的改性劑，促使廢塑料轉(zhuǎn)化成為具備高附加值的材料。廢塑料經(jīng)過改性后，使機(jī)械性能得到明顯的改良，可以用于制造檔次更高的塑料制品。

4.3 裂解法

在高溫或者催化劑的作用下，廢舊塑料轉(zhuǎn)化為再生油，從而當(dāng)作燃料、化工原料來使用。

圖4 奧地利航空公司空姐手捧由塑料杯熱裂解制得油品

據(jù)《塑料新聞》報道，奧地利能源公司OMVAG的ReOil工廠，采用奧地利航空公司回收的消費(fèi)后塑料杯，利用熱裂解工藝，在300℃的溫度下進(jìn)行熱裂解，該專利技術(shù)將聚合物長鏈裂解為短鏈烴，可將100千克廢舊塑料加工成100升合成原油，如圖4，奧地利航空公司空姐手捧由塑料杯熱裂解制得油品[11]。

4.4 氣化法

利用空氣、氧氣、水蒸氣或等離子體[12]等來充當(dāng)氣化介質(zhì)，可以處理大量廢舊塑料完全轉(zhuǎn)化為相當(dāng)能量的產(chǎn)物，如：CO，H2，CH4等。它們可以用作生產(chǎn)甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品的原料，或者燃燒發(fā)電、供熱。

5. 同材質(zhì)化創(chuàng)新方案

從目前的技術(shù)來看，塑料還不是一個可以完全回收利用的產(chǎn)品。隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的提高，消費(fèi)升級的產(chǎn)生，消費(fèi)者對塑料制品的美觀性、功能性、安全性等方面更加注重。為改善塑料制品性能，塑料在加工成型過程中亦添加發(fā)泡劑、熱穩(wěn)定劑、著色劑、阻燃劑等材料。市場上，改性塑料和復(fù)合材料日益增多，塑料的成分復(fù)雜化、形態(tài)規(guī)格多樣化，甚至同一品種塑料的性質(zhì)差異越來越大，尤其對軟包裝塑料來說十分明顯。軟包裝的回收之所以比硬包裝困難，是因?yàn)橛舶b多由單一材料生產(chǎn)而成，而大多數(shù)軟包裝是經(jīng)過多次加工的多層共擠復(fù)合產(chǎn)品。因此塑料制品廢棄后回收分類難度越來越大。

為此，我們提出塑料包裝應(yīng)用設(shè)計(jì)方案同材質(zhì)化，旨在給出塑料制品生產(chǎn)企業(yè)在開發(fā)初期和生產(chǎn)初期就考慮材料可回收性方案的方向。

5.1 同材質(zhì)化

塑料同材質(zhì)化即在同一產(chǎn)品上所用塑料制品均使用單一的化學(xué)組分相同而物理性質(zhì)可不同的樹脂材料。如圖5，上海虹橋高鐵站某奶茶的包裝，杯材采用PP吸塑拉伸成型，蓋材采用BOPP//CPP復(fù)合材料，吸管是PP，吸管包裝膜用BOPP，在整個產(chǎn)品包裝上做到同材質(zhì)化，易于回收，詳情見表1。

圖5 上海虹橋高鐵站某奶茶的包裝

表1 奶茶包裝同一材質(zhì)應(yīng)用方案

圖6 博祿的重包袋解決方案

圖7 博祿純PE復(fù)合直立袋實(shí)物、直立袋結(jié)構(gòu)圖

同理，博祿在其2019年9月的產(chǎn)品推廣會上也提到，其新牌號的HDPE可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在重包袋上的同材質(zhì)化。FK系列為其LLDPE系列，F(xiàn)B系列為Borstar?雙峰技術(shù)新開發(fā)的HDPE。圖6為博祿在宣講會上提出的重包袋解決方案，圖7為博祿生產(chǎn)的純PE復(fù)合直立袋實(shí)物及結(jié)構(gòu)圖。

但現(xiàn)在市場上同一產(chǎn)品多數(shù)不能做到塑料制品同材質(zhì)化，如可樂瓶等，瓶身采用PET材料，標(biāo)簽正由BOPP大量轉(zhuǎn)為BOPET及BOPETG，但是瓶蓋仍在采用HDPE，不利于回收?？赏ㄟ^對PET聚合物的改性，制成性能與HDPE瓶蓋相似甚至相同的瓶蓋，實(shí)現(xiàn)同材質(zhì)化。

通過對包裝解決方案的頂層設(shè)計(jì)，法律法規(guī)約束，規(guī)范塑料包裝制品的材料選用（及創(chuàng)新），采用單一化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料，從生產(chǎn)源頭抓起，為之后回收分揀工作奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。正如上文所述，高鐵站的食品、飲料包裝，可立法規(guī)定必須使用同材質(zhì)的塑料，這樣就便于高鐵站場所工作人員進(jìn)行廢塑料回收，進(jìn)而為之后的再生利用打下基礎(chǔ)。圖8為高鐵站垃圾回收。

圖8 高鐵站垃圾回收

例如日本及其嚴(yán)苛的垃圾分類政策——生活垃圾一般分為可燃垃圾、不可燃垃圾及資源垃圾（金屬、紙張、玻璃）等三大類，居民根據(jù)當(dāng)?shù)卣囊?guī)定，在每周固定的時間用標(biāo)準(zhǔn)的垃圾袋擺放在固定的地點(diǎn)（圖9）。

圖9 日本垃圾分類手冊（中文版）部分圖

日本廢舊塑料回收處于全球先進(jìn)水平。根據(jù)日本PET瓶回收協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，2017年日本的消費(fèi)者和企業(yè)共回收了同年P(guān)ET瓶產(chǎn)量的92%舊PET瓶，并且84.8%的廢舊塑料實(shí)現(xiàn)了回收利用[13]。假如塑料同材質(zhì)化可使民眾進(jìn)行垃圾分類使更易分辨，不僅節(jié)約了民眾分類垃圾的時間成本，也節(jié)約了廢舊塑料回收再生企業(yè)進(jìn)行再分類的時間成本，廢舊塑料回收效率會更高。

5.2 單一聚合物復(fù)合材料

1975年，N.J.Capiati等[14]首次制備聚乙烯（PE）纖維增強(qiáng)PE復(fù)合材料，提出單聚合物復(fù)合材料（SPCs）的概念。SPCs的基體和增強(qiáng)材料來自同種高分子聚合物，是把兩種或兩種以上化學(xué)組分相同、物理性質(zhì)不同的聚合物復(fù)合在一起的材料，與傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料相比，SPCs的力學(xué)性能和基體與增強(qiáng)材料的界面結(jié)合強(qiáng)度都得到提高。且單聚合物復(fù)合材料（SPCs）具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐沖擊等特點(diǎn)，同時只需簡單熔融即可回收再利用[15]。圖10為某品牌采用PP制造的旅行箱。

圖10 某品牌采用PP材質(zhì)利用SPCs制造的旅行箱

在全球能源回收和再利用意識不斷提高的今天，單聚合物復(fù)合材料已然成為復(fù)合材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

6. 結(jié)語

廢舊塑料是當(dāng)今環(huán)境的重要污染源，同時也具備巨大的資源化潛力，將其再生利用并實(shí)現(xiàn)去污染化已是世界各國各組織共同的愿景及使命。

廢舊塑料回收過程與生產(chǎn)再生塑料的過程是涉及面廣且復(fù)雜艱巨的工作，但我們做好頂層設(shè)計(jì)，做好塑料同材質(zhì)化設(shè)計(jì)，就能奠定廢塑料回收的物質(zhì)基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。