電子產品包裝的生態設計研究

■ 文/杭州海康威視數字技術股份有限公司 張浩

電子產業作為高新技術產業的代表，正在快速發展，為現代人們的生活帶來了前所未有的體驗。中國是電子產品消費大國，也是全球電子制造的主要生產基地之一，同時手機、電腦、家電、精密儀器設備等出口規模也在不斷增加。目前電子產品的應用已經滲入到國防、經濟和社會的各個領域。相應的帶動了包裝產業迅速發展，為包裝設計行業提供了一個巨大的市場前景，也為包裝企業轉型發展帶來了巨大的機遇。

電子產品的各種功能化設計與使用在為人類創造了現代便利生活方式和生活環境的同時，因為產品包裝設計的不合理、包裝選材不當和過度包裝，加快了資源、能源的消耗，引發了系列的環境問題[1]。在國家走可持續發展道路的策略引導下，人們環保意識逐漸提高，包裝綠色生態設計被推上了重要位置。生態包裝是綠色包裝發展的高級階段，包裝生態設計（Eco-design）在包裝設計中強化了生態環境因素的重要性，統籌思考包裝生命周期的各個階段的資源能耗，力求包裝在生命周期的每個階段都符合綠色生態的要求，降低對環境的影響

[2]。對電子產品包裝進行生態設計研究對我國的生態建設有著重大意義，同時也有助于促進社會經濟的可持續發展。

一、電子產品包裝現狀

電子產品的定義是以電能為工作基礎的相關產品。電子產品的發展歷史可以追溯到19世紀30年代，電報的誕生使電子產品出現在大眾視野中，然后電話、電子管、集成電路的發明，促使電子產品向著高效能低消耗、高精度、高穩定、智能化的方向快速發展[3]。目前電子產品品類功能越來越多樣化，按照用途可分為消費電子、家用電器、辦公用品、網絡設備和安防監控等類別。同時現代人們對新技術信體驗需求的提升也促使電子產品結構更多樣化復雜化，內部零部件也更多更精密，因此各種各樣的電子產品對包裝的要求也更加的嚴格。

包裝作為電子產品在運輸和儲存過程的基石，其主要作用是保護電子產品避免因惡劣天氣和跌落振動而造成損壞。現如今的電子產品產品包裝存在對包裝材料選材不當、者結構設計不合理、生產工藝不環保、運輸成本高以及回收體系不完善等缺點，造成資源不必要的浪費以及破環人與自然和諧相處的原則。因此，現如今市場上的電子產品包裝需要設計師和包裝相關企業擔負起責任，將目光擴散至包裝的整個生命周期，遵循包裝減量化理念，更加重視綠色生態設計，一切從保護生態環境出發，進行包裝設計。

二、電子產品包裝生態設計的必要性

包裝工業是我國國民經濟發展和社會發展的重要支撐，據科爾尼公司預測，2020年中國包裝行業市場規模將突破1.3萬億，約占亞太市場的55%的份額[4]。電子產品包裝規模在包裝工業中占有領先地位，因此電子信息工業全球范圍內的快速發展在促進社會進步經濟發展的同時，也給我國的生態環境帶來了巨大壓力，數據顯示，我國每年的產生的包裝垃圾約占城市生活垃圾的1/3，不但消耗更多的資源，同時也會對空氣、水源、土壤等造成污染[5]。

包裝垃圾的產生最主要的原因是包裝設計和生產的問題，許多企業為了促進銷售，吸引消費者眼球，包裝設計耗材多、裝潢過分華麗，不僅浪費資源也不利于回收，此外包裝制造企業的生產工藝過于老舊，污染嚴重，對生態環境造成了極大影響。想要實現現代包裝的可持續發展，就要遵循“減量化”、“可回收”、“可循環”的原則，從源頭上降低包裝消耗，同時從包裝的整個生命周期減少對環境的影響。

電子產品包裝的生態化設計，除了是現代包裝可持續發展策略的必然要求，也是實現相關包裝產業轉型升級的強大動力。能夠促進提高企業包裝研發人員的積極性，設計出創新型包裝，提高企業的包裝技術水平。此外，我國的包裝產業也在大力開展海外市場，包裝生態設計可以幫助企業攻克國際綠色貿易壁壘，提高我國包裝產品在國際市場的地位，進一步推動我國經濟的全球化發展[6]。總而言之，包裝的生態設計對我國的經濟、社會和生態等方面的持續性發展都有重要意義，而且以生態持續為核心，實現三者之間的有效協調和平衡是關鍵。

三、電子產品包裝生態設計途徑

生態設計也被稱為“綠色設計”、“可持續設計”、“環境友好設計”或“生命周期設計”等[7]。包裝的生態設計應貫穿包裝的整個生命周期，遵循可持續發展原則，在材料和結構減量化設計、生產制造、運輸銷售和回收利用等一切過程中，都遵循減少資源消耗、減少垃圾生成量、最大程度的降低對自然環境的負面影響[8]。目前生態設計除了強調“3R1D”做到減量化、再利用和再循環，新時代高新科技的發展，也賦予了生態設計新內涵，朝著“安全智能”方向拓展[9]。包裝生態設計活動的具體操作主要從兩個方面考慮，一是從維護生態環境角度考慮，減少資源消耗、實現可持續發展戰略；二是從商業角度考慮，提高技術、降低包裝成本、減少潛在的責任風險。

（一）包裝材料減量化設計

包裝減量化是綠色生態包裝設計的核心重要組成部分，也是實現包裝可持續發展最有效的辦法之一。目前我國絕大多數減量化包裝都是從材料利用率方面開展，在滿足包裝基本功能條件下，盡可能的減少包裝材料的使用量[10]。電子產品包裝材料的減量化設計可以從選用綠色環保材料和減少耗材兩方面入手。電子產品包裝主要分為內包裝和外包裝，根據產品對內外包裝性能的需求不同，選材也有差異。

外包裝材料一般要求強度高，具有優異的保護性能，常選用木質材料和紙質材料。其中，天然木質材料消耗大量森林資源已經不符合綠色環保的要求，漸漸被熱壓等特殊工序處理后制造的人造板代替，如疊瓦紙板、定向麥秸板（OSSB）。紙質包材因價格低、可降解、易回收等優點，成為電子產品包裝使用最廣泛的材料之一。常用的紙質外包裝為瓦楞紙板，開發輕量、薄壁、強度高的瓦楞紙板是電子產品外包裝減量化的研究重點，隨著技術的不斷進步，瓦楞紙板的類型也不斷更新，如由蜂窩紙板制備的蜂窩紙箱，與強度相同的瓦楞紙箱相比，所用原料僅為后者的2/3，極大的節約了資源[11]。

與對外包裝材料的性能要求不同，電子產品內包裝材料需要提供固定和良好的緩沖作用。選材可分為發泡塑料、氣泡薄膜、紙漿和植物纖維發泡材料幾大類。其中，發泡塑料因為優異的成型性、壓縮回彈性和質量輕被廣泛應用于電子產品的內部包材。但常用的發泡塑料如發泡聚苯乙烯（EPS）難以生物降解并在高溫下可釋放雙酚類有毒物質，引起“白色污染”，嚴重影響生態環境和人類健康，發泡聚丙烯（EPP）雖符合環保要求但原料不易得造價高。因此，內包裝得減量化設計對包材的要求是不僅做到可降解可回收，也要資源豐富成本低同時具備輕量化的特點。楊鵬等以秸稈等農林廢棄物為基材，利用生物原位成型技術成功制備出ECO生物質板，該新材料不僅具有較好的緩沖性能，也可以防水阻燃，并且易于生物降解。與其他可降解材料相比，具有價格低廉、可推廣性強等優點，是一種具有廣泛應用前景的新型緩沖包裝材料[12]。一些企業也積極承擔起責任，引領創新潮流，如戴爾公司在革新包材方面取到了很大進展，以秸稈竹子和蘑菇等為原料制備的包裝替代傳統泡沫包裝，到2015年戴爾公司已經有70%的筆記本包裝采用可持續新包裝，預計2020年實現包裝100%可回收或可降解的目標[13]。

總而言之，包材減量化是包裝生態化設計第一步也是舉足輕重的一步，主要圍繞資源豐富、零廢棄、低成本、質輕薄壁、零廢棄、可循環可回收開展工作，將為維護生態環境，促進社會經濟發展做出重大貢獻。

（二）包裝結構減量化設計

包裝減量化理念的本質是包裝物量的減少，但其實施途徑不應僅局限于減少包裝材料的使用，包裝結構的減量化設計對包裝生態化發展同樣重要。電子產品包裝結構的減量化設計應考慮包裝成本與內裝產品的價值成正比，造型簡單化、包裝層數減少化、包裝體積減小化，提高資源利用率的同時方便堆積降低運輸成本。

造成電子產品包裝體積龐大的主要原因有兩種：一是外包裝體積是產品體積的一倍甚至多倍；二是外包裝內增加多層隔板或者大量空隙使包裝的整體體積變大。因此，結構設計師要盡量避免重復結構設計，從而避免因為多層包裝而引起的體積過大現象[14]。同時，結構設計可以從選材上改進，選擇壁薄性能佳的綠色生態包裝材料來減少整體包裝的體積。如用量子尺寸的納米材料代替傳統污染大的塑料材料，不僅可以減小包材厚度，也具有防靜電、防電磁等優良性能，給予電子產品更好的保護。

包裝結構減量化設計除了降低包裝體積外，也要從注重包裝容器造型設計的簡約實用。為了促進銷售許多包裝設計者不滿足千篇一律的包裝形狀，往往通過改變包裝結構的折疊線或者延長壁板進行異形設計，同時增加各種顏色油墨的用量，不僅消耗更多的包材，也增加了環境壓力，與生態包裝理念背道而馳。與此相反，一體成型的包裝結構被廣泛研究，并逐步取代模切組合紙容器，一體成型包裝通過穿插、折疊等方式成型，結構簡單同時可以借用計算機技術輔助生產[14]。如圖1所示，陽光印網公司研發了一種新型無膠封箱，減少了難以降解的膠帶使用量，不僅安全牢靠，而且封箱時間縮短了60%，開啟時間縮短了80%，顯著的提高包裝效率。此外，該包裝結構近乎100%回收再利用，從源頭上減少了資源浪費[15]。

圖1 陽光寶盒U型鎖扣環保箱封口示意圖

（三）創新生產工藝設計

生態包裝對包裝生產工藝的要求是清潔生產，降低成本。清潔生產通過避免使用有毒材料，提高原料利用率，減少“三廢”排放等工藝技術，預防和削減產品在整個生命周期內對環境產生負面影響[16]。我國傳統的包裝生產工藝有著規模小、技術低、耗能高、污染大的特點，生產模式比較粗放，達不到綠色生產的要求[17]。創新驅動發展，隨著“中國制造 2025”、“互聯網 +”、“創新驅動發展戰略”等戰略的實施，包裝工業快速轉型，踏上智能制造之路。目前許多包裝相關上下游企業生產工藝的創新設計主要圍繞“智能制造”開展，例如華章科技作為造紙行業的綜合服務商，以工業自動化為基礎，打造最全面的清潔生產服務模式，致力于造紙企業提供基于智能制造、清潔生產、項目總包的服務。其通過智能設備處理造紙過程中產生的廢水、廢氣、廢渣，并將固態廢棄物做成垃圾衍生燃料，不僅可以改善區域的生態環境也可以促進資源的循環利用[18]。

此外，有些包裝企業采用高新技術，對生產設備進行合理改造，重點發展智能化、柔性化包裝成套裝備以及包裝機器人、包裝機械手、包裝運輸機器人等智能裝備[19]，實現包裝機器自動化、包裝生產線流程化數字化，促使構建包裝“無人工廠”，從商業角度體現了生產工藝的生態設計，提高生產效率，同時可以節約大量人力成本，也減少了潛在的責任風險。目前已經有許多知名包裝企業投入大量資金進行智能化建設，大大節省了包裝成本，如海科和大族冠華利用數字激光切割技術，實現了模切刀版的智能換型和切割過程的高度智能化[20]，紙包裝企業如浙江大勝達、上海龍利得等已經投入大量資金建造智能工廠，引領創新包裝生產走向高技術、環保化新航道[21]。

（四）高效運輸體系設計

運輸包裝生態化設計并不意味著用簡陋的包裝形式或者摒棄集裝箱、托盤等設備，而是應該通過優化設計，提高運輸包裝空間利用率，降低能量的消耗，減少運輸工具尾氣的排放，實現生態保護的目的[22]。并且充分與互聯網、物聯網、人工智能等先進信息技術相結合，構建共享體系減少耗材，同時使管理者快捷的獲知產品在運輸或倉儲過程中的信息，降低物流管理成本。

托盤和包裝箱是物流運輸包裝的基本形式，以托盤為例，要實現運輸包裝的生態化設計，首先要實現托盤設計的標準化，根據需求設計系列化尺寸大小。標準化的托盤方便產品包裝的有序堆碼，節省碼放時間和空間占比，同時有效的簡化了物流的裝卸、周轉作業，提高整個物流體系的效率，全方位降低物流費用[23]。托盤的標準化管理也有助于推進托盤共享體系的建立，減少寶貴的森林資源的消耗，提高資源配制，進一步減少物流成本。目前在國外，托盤的共享應用是以大型托盤供應商為主導的共享租賃為主。國內如華潤集團已經實現供應商、配送倉庫和終端門店之間全環節帶板運輸，大大提高了工作效率[24]。

除了建立標準化運輸包裝共享體系，將物流運輸包裝智能化也是一種包裝生態化新思路。采用自動標識與數據采集（Auto Identification and Data Collection，AIDC）技術，可以隨時記錄包裝的運輸狀態、環境變化以及物流作業狀態等，實現流程自動化，使管理者能有效執行優化管理，提高供應鏈效率、降低人力資源的使用[25]。

（五）回收再利用設計

包裝的整個生命周期主要分為原材料提取與加工、包裝制造和運輸、包裝的使用和維護、包裝廢物處置四個階段，其中最后一個階段的工作對市場經濟以及生態環境都有不可小覷的影響。傳統的包裝利用模式是“資源—產品—污染排放”的粗放型發展模式，而循環經濟下，其模式轉變為“資源—產品—廢棄物—再生資源”的可持續發展模式。回收再利用體系設計的目的是讓生命周期結束的“包裝廢物”經過處理后變成“再生資源”，通過包裝的循環利用降低原材料的使用量與污染物排放量以降低對環境的影響[26]。

目前我國包裝的綠色回收利用體系仍不健全，包裝企業作為循環經濟的執行者，應主動承擔起責任，構建一個比較規范的回收體系。回收的主要意圖是資源循環再利用，因此包裝企業可以重點研究廢棄包裝的循環利用技術，并與上下游企業、社區回收站和城區集散中心建立密切合作關系網，實現包裝廢棄物的一級回收，確保再利用的安全性以及環保性[26]。此外，包裝標準是衡量包裝行業發展的重要指標，政府相關部門要有計劃有條理的出臺與綠色相結合的包裝標準，用標準化手段解決包裝污染、過度包裝等問題，引導包裝企業建立完善的回收體系，同時也可以設立綠色包裝專享基金，扶植支持包裝生態化建設，在鼓勵包裝企業重視回收再利用技術創新的同時，倡導有條件的企業合作建立系統科學的包裝廢棄物回收利用網絡。

四、結論與發展趨勢

隨著電子產品行業的迅速發展，也帶動著與其緊密相關的電子產品包裝設計行業的同步發展。與此同時，我國電子產品包裝出現與可持續發展戰略不和諧的現象，給生態環境帶來了巨大壓力，因此電子產品包裝生態設計顯得尤為重要。包裝的生態設計是從包材加工的能源消耗及可再生性、包裝的持續使用性、包裝加工及使用的污染度以及加工運輸成本概算等多方面進行綜合考慮，在包裝全生命周期都貫徹綠色理念，結合信息科技新技術用最少的生態成本獲得社會經濟的最大產出，尋求一種人與自然及資源和諧相處的最佳模式。

未來電子產品包裝的生態化發展，除了大力研發可生物降解的綠色新材料之外，也應提高自主研發和技術創新能力，降低材料和技術成本，將智能技術更合理的“嫁接”在電子產品包裝中。此外，在垃圾分類新政策背景下，設計更多使用較少輔料或者不用輔料的包裝結構，方便回收循環利用。相信通過人們的共同努力，我國包裝會真正向著綠色、環保方向前進，而不是口號上的實現綠色生態包裝。