PET 包裝材料的綠色環保性淺析

溫浩宇，陽培翔，高靈強，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。據悉，PET 是飲料和硬質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保的重視，人民群眾環保意識的增強。市場上對PET 包裝是否環保提出了質疑。大眾通常都認為凡是塑料，一旦廢棄不用，就會成為“ 白色垃圾” 污染環境。[2,3]而其他材質的包裝材料就真的一點也不會污染環境嗎？以購物袋為例: 英國的環保部門在2006 年對各種“ 環保” 購物袋與普通塑料袋對比做了一個全生命周期分析，發現紙袋的對環境的負面影響更大。經研究發現塑料袋使用三次才等于使用一次紙袋的對環境的負面影響。這個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致更高的運輸成本以及在填埋時可能會產生更多的溫室氣體。在紙以及棉布的生產中也不見得比塑料制品更加環保[4]。那判斷一種包裝材料是否綠色環保的原則是什么呢？

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，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月發表報告指出，在食品包裝方面, 將在降低成本和解決日益增長的環境問題為重點進行創新。根據佳納地亞咨詢公司新出爐的報告預測，許多食品市場在過去一年的大眾消費中普遍更加注重包裝成本減少。這往往將最終歸于可持續性發展的目的，如減少包裝材料的使用，就相當于降低成本。越來越多的創新的重點放在減少成本, 包裝輕量化( 降低材料重量的應用)[6]。

PET 塑膠材料比起傳統的馬口鐵包裝盒/ 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工藝、設備及模具等的發展，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向啟用PET 瓶替代玻璃瓶為該公司的Svansoe 牌水果罐頭系列產品的包裝容器了[6]。

2 PET 包裝材料的回收利用

可重復利用的含義是，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 瓶及其他制品進行有效的回收，高效實現再生資源化是當前多學科發展的未來方向之一，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，隨著科技的進步，廢棄PET 的回收利用率將會越來越高，有報道稱，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 回收利用方面也發展迅速，如廣西梧州潤龍，目前已建年產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 瓶進行熔融紡絲的方式，不僅是較好的PET 回收方式，其中更是蘊藏無限商機。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PET 瓶子。垃圾回收公司收取這些瓶子，壓成團或粉碎成片，然后以相對來說相當高的價格出售給中國。根據相關人士計算，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。這里體現的價值創造是巨大的：一件合成粗呢毛衣價格在50～100 歐元之間，而所用材料只相當于32 歐分。

3 可作為化學單體的再生生產原料

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

廢舊的PET 包裝材料，可通過一些列的化學處理后，可生產出眾多的化學單體，可作為生產聚酯或合成其它化工產品的原料而重新煥發生機。化學處理方法法一般有水解法、醇解法、氨解法等[8]。美國家能源實驗室的Beckham 課題組[9]對廢棄PET 二元醇醇解法進行了系統性的研究，結果表明，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行反應，生成低聚物多元醇，實現了廢棄 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，然后在反應釜中與超臨界水混合反應，并在固液分離器中分離生成產物，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[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 再生來生產滌綸短纖維，年產滌綸短纖維3 萬t。

4 綠色生物質聚酯（降解）包裝新材料

降解材料的定義是：在特定的時間內，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，要想真正的實現聚酯材料的綠色環保及可持續化，開展生物質聚酯新包裝材料的研究是勢在必行的。目前，已實現了乙二醇原料的生物質化生產。生物質合成乙二醇的技術要點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，而且反應條件也比較溫和，這是運用生物質資源路線乙二醇合成技術的最大特點和最突出的優點。2016 年全世界乙二醇的消費量達到2 600 萬t，預計2020 年增加至3 100 萬t，市場需求量十分巨大[10]。我國乙二醇的消費量占世界總量的一半以上。“ 十三五” 國家戰略性新興產業發展規劃中明確提出要實現生物化工醇的工業生產。中國化纖工業協會在產業發展30 年路線圖中提出以生物質原料替代化石原料生產乙二醇，計劃在2030 年前實現100 萬t 生物質基乙二醇產能。在此基礎上以生物質單體（如丁二酸、丁二醇、四氫呋喃酸等）聚合得到的生物質可降解聚酯材料以經悄然出現在了包裝市場，用該類材料生產的包裝產品可以實現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保。目前國內，在生物質可降解聚酯方面較為領先的生產企業有山東蘭典、新疆藍山屯河及珠海金發萬通等。山東蘭典生物質聚酯生產技術采用中國科學院天津工業生物技術研究所和湖南長嶺石化研究院以及清華大學化學系專利技術，形成產品琥珀酸（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。本項目最大的市場就是以生物法煉制琥珀酸，再進一步聚合生成PBS（可降解塑料）；該公司投產后將成為國內首條以非糧作物為原料生物法生產有機酸的產業化示范生產線，同時實現生物基材料聚琥珀酸丁二醇酯的規模化生產，為生物基材料代替石油化學品衍生物做出有益的探索及貢獻[11]。

5 結論

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是綠色的環保包裝材料。PET 包裝材料的綠色環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，重復利用率與再生資源轉化率低，是制約其綠色環保循環利用的瓶頸。筆者認為，為了能讓PET 包裝材料今后高效的實現綠色環保循環利用應著重做好以下兩方面的工作：

一是實現真正有效的回收利用：對于消費者來說，選擇購買用PET 包裝的產品時就應該被告知其已經選擇了一種可回收的包裝。如今，PET 包裝在完成初次保存內含物的使命之后，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]。據估計，歐洲生產的PET 托盤的平均回收含量為50%，這一趨勢將繼續擴大下去[13]。

但實現這一模式，首先取決于對PET 包裝廢棄物的分類，然而在我國垃圾實現分類，目前還做得相當不好，故PET 在國內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，政府相關部門也應出臺相關的正面支持政策，以鼓勵回收PET 的使用。為了實現此目標，必須在地方和國家的職能部門幫助下，實施構思良好、協調一致的收集計劃。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包裝戰略，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 日宣布稱其將與當地的企業進行合作，確保所有的塑料垃圾都被回收。為配合這一戰略，可口可樂將啟動一項耗資數百萬英鎊的活動，激勵更多人參與到回收活動當中去[6]。最后，必須建立一個關于可回收性和產品設計的共同方法，借鑒國外相關回收政策及方法，建立回收材料認證，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展，當地的飲料分銷商正在推動回收信息[14]。

二是實現PET 包裝材料高效再生化

實現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，而且還能通過轉化生成的新化學產品提高價值，創造新的經濟效益。廢棄PET材料再生化主要是通過化學回收方法將其進行降解制備新型的高純度化工原料來實現的。前面提到的，可由其生產出眾多的化學單體，可作為生產聚酯或合成其它化工產品的原料，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 的有效轉化率還較低，特別是在國內，如由廢棄PET 再生乙二醇，直接生成的乙二醇中含有的雜質較多，常常需要提純到90% 以上才能作為工業原料使用[15]。而提純的過程不僅繁復，且這一過程的生產成本也較高。因此，未來提高轉化及提純工藝的研究，是PET 高效再生化的主要研究方向。

相信隨著科學技術的不斷進步，PET 包裝材料的回收利用率和再生轉化率會越來越高，使得這種綠色環保的材料煥發出勃勃生機。