PET 包装材料的绿色环保性浅析

温浩宇，阳培翔，高灵强，吴波，曾龙龙

( 四川宜宾普拉斯包装材料有限公司，四川 宜宾 644007)

PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），是由用精对苯二甲酸、间苯二甲酸、乙二醇及其它添加剂等原料缩聚而得的一种高分子材料。据悉，PET 是饮料和硬质食品包装中最常用的塑料。全球每使用约2 700 万tPET，其中大部分（约2 300 万t）用于制造瓶子[1]。随着近几年来国家对环保的重视，人民群众环保意识的增强。市场上对PET 包装是否环保提出了质疑。大众通常都认为凡是塑料，一旦废弃不用，就会成为“ 白色垃圾” 污染环境。[2,3]而其他材质的包装材料就真的一点也不会污染环境吗？以购物袋为例: 英国的环保部门在2006 年对各种“ 环保” 购物袋与普通塑料袋对比做了一个全生命周期分析，发现纸袋的对环境的负面影响更大。经研究发现塑料袋使用三次才等于使用一次纸袋的对环境的负面影响。这个反常识的主要原因在于同样容量下，尤其是大容量情况下，纸袋的重量比普通塑料袋要大，所以在所有的步骤中会导致更高的运输成本以及在填埋时可能会产生更多的温室气体。在纸以及棉布的生产中也不见得比塑料制品更加环保[4]。那判断一种包装材料是否绿色环保的原则是什么呢？

国际上对绿色包装材料定义是“3R1D 原则”，即包装减量化（Reduce）、可重复利用（Reuse）、可回收再生（Recycle）、可降解腐化（Degradable）[5]。PET 作为目前用量最广泛的透明高分子材料之一，其满足绿色包装的3R1D 原则，可称之为绿色包装。

1 PET 包装轻量化

包装轻量化是指，在满足保护，方便、销售、提供信息功能的条件下，使用材料尽可能少的适度。英国食品饮料市场分析专家佳纳地亚咨询公司2013 年6月发表报告指出，在食品包装方面, 将在降低成本和解决日益增长的环境问题为重点进行创新。根据佳纳地亚咨询公司新出炉的报告预测，许多食品市场在过去一年的大众消费中普遍更加注重包装成本减少。这往往将最终归于可持续性发展的目的，如减少包装材料的使用，就相当于降低成本。越来越多的创新的重点放在减少成本, 包装轻量化( 降低材料重量的应用)[6]。

PET 塑胶材料比起传统的马口铁包装盒/ 罐来说，显然在重量上就轻了不少。再加上近几年来随着注塑生产工艺、设备及模具等的发展，不少PET 包装制品的壁厚变得更薄了，这势必带来了重量再一次减少。所以说PET 包装制品是符合轻量化这一原则的。很多轻量化的发展涉及用塑料PET 容器取代食品包装用的玻璃容器。如在德国，斯堪迪克食品公司已转向启用PET 瓶替代玻璃瓶为该公司的Svansoe 牌水果罐头系列产品的包装容器了[6]。

2 PET 包装材料的回收利用

可重复利用的含义是，包装材料制品的再填充利用或者包装材料转用途再利用。

有人说得好“ 世界上没有真正意义上的垃圾，只有放错了地方的宝物”。2016 年全球回收的塑料瓶不到销量的一半，大部分塑料瓶被投入垃圾填埋场或海洋。因此，对废弃PET 瓶及其他制品进行有效的回收，高效实现再生资源化是当前多学科发展的未来方向之一，也是解决固体废弃物污染、缓解资源能源紧缺的核心手段和重要途径。当前，废弃PET 回收利用的主要方法是物理回收法，随着科技的进步，废弃PET 的回收利用率将会越来越高，有报道称，2030 年rPET占PET 总需求的55%[6]。目前这方面做得较好的主要有杜邦、伊斯曼等。近几年，我国在废弃PET 回收利用方面也发展迅速，如广西梧州润龙，目前已建年产15 万t 成食品级回收PET 瓶级切片装置一套。

此外，用回收的PET 瓶进行熔融纺丝的方式，不仅是较好的PET 回收方式，其中更是蕴藏无限商机。我们们可以来看看以下事例[7]：德国PET 废瓶回收成为“ 中国毛衣”，德国市场上每年流动800 多万个PET 瓶子。垃圾回收公司收取这些瓶子，压成团或粉碎成片，然后以相对来说相当高的价格出售给中国。根据相关人士计算，能装16 L 饮料的瓶子可以做成一件毛衣。回收的PET 瓶子远赴中国，变成合成粗呢毛衣后，再返回德国，衣锦荣归。在中国工厂里，这些PET 原料被按色分类，切成碎片熔而化之。加工后，PET 瓶子以纺织品的形式返回德国，在德国销售。这里体现的价值创造是巨大的：一件合成粗呢毛衣价格在50～100 欧元之间，而所用材料只相当于32 欧分。

3 可作为化学单体的再生生产原料

回收再生的含义是：包装材料经过回收之后再加工，得以新生，形成新的材料而使资源得到重复利用。

废旧的PET 包装材料，可通过一些列的化学处理后，可生产出众多的化学单体，可作为生产聚酯或合成其它化工产品的原料而重新焕发生机。化学处理方法法一般有水解法、醇解法、氨解法等[8]。美国家能源实验室的Beckham 课题组[9]对废弃PET 二元醇醇解法进行了系统性的研究，结果表明，废弃PET 在二元醇作用下可以生成纯度较高的PET 低聚体，然后将该低聚体与具备生物特性的酸性活性多官能度单体进行反应，生成低聚物多元醇，实现了废弃 PET 的高附加值再生资源化。列如日本神户制钢公司开发了以超临界水为媒介降解废弃PET 装置，使超临界水高效降解废弃PET 工业化成为可能。该装置的原理是，先将废弃PET 加热熔融，然后在反应釜中与超临界水混合反应，并在固液分离器中分离生成产物，得对苯二甲酸单体和乙二醇，再用它们来重新聚合可用于涤纶纤维原料的生产[9]。如我国杭州杭州泰富纺织化纤有限公司，目前利用废旧PET 再生来生产涤纶短纤维，年产涤纶短纤维3 万t。

4 绿色生物质聚酯（降解）包装新材料

降解材料的定义是：在特定的时间内，不可回收利用的包装材料废弃物能够通过分解回归自然。

目前，随着对石油资源的持续开采，全球有限的石油资源终将面临耗尽的一天，要想真正的实现聚酯材料的绿色环保及可持续化，开展生物质聚酯新包装材料的研究是势在必行的。目前，已实现了乙二醇原料的生物质化生产。生物质合成乙二醇的技术要点主要在乙烯的制作上，与石油基乙烯相比, 这种生物基乙烯的合成原料丰富、工艺简单、能耗低、污染小，而且反应条件也比较温和，这是运用生物质资源路线乙二醇合成技术的最大特点和最突出的优点。2016 年全世界乙二醇的消费量达到2 600 万t，预计2020 年增加至3 100 万t，市场需求量十分巨大[10]。我国乙二醇的消费量占世界总量的一半以上。“ 十三五” 国家战略性新兴产业发展规划中明确提出要实现生物化工醇的工业生产。中国化纤工业协会在产业发展30 年路线图中提出以生物质原料替代化石原料生产乙二醇，计划在2030 年前实现100 万t 生物质基乙二醇产能。在此基础上以生物质单体（如丁二酸、丁二醇、四氢呋喃酸等）聚合得到的生物质可降解聚酯材料以经悄然出现在了包装市场，用该类材料生产的包装产品可以实现在堆肥条件下的完全降解，这意味着聚酯包装的更加绿色环保。目前国内，在生物质可降解聚酯方面较为领先的生产企业有山东兰典、新疆蓝山屯河及珠海金发万通等。山东兰典生物质聚酯生产技术采用中国科学院天津工业生物技术研究所和湖南长岭石化研究院以及清华大学化学系专利技术，形成产品琥珀酸（SA）50 万t/ 年（商品量3.5 万t/ 年），1,4 丁二醇（BDO）23 万t/ 年，聚琥珀酸丁二醇酯（PBS）30万t/ 年。本项目最大的市场就是以生物法炼制琥珀酸，再进一步聚合生成PBS（可降解塑料）；该公司投产后将成为国内首条以非粮作物为原料生物法生产有机酸的产业化示范生产线，同时实现生物基材料聚琥珀酸丁二醇酯的规模化生产，为生物基材料代替石油化学品衍生物做出有益的探索及贡献[11]。

5 结论

综上，可以看出PET 聚酯包装材料不仅不是“ 白色污染”，而且在某种意义上说应是绿色的环保包装材料。PET 包装材料的绿色环保性就在于其的高校回收利用与可再生化上。然而目前对PET 包装材料的处理仅仅限于对其的回收阶段上，重复利用率与再生资源转化率低，是制约其绿色环保循环利用的瓶颈。笔者认为，为了能让PET 包装材料今后高效的实现绿色环保循环利用应着重做好以下两方面的工作：

一是实现真正有效的回收利用：对于消费者来说，选择购买用PET 包装的产品时就应该被告知其已经选择了一种可回收的包装。如今，PET 包装在完成初次保存内含物的使命之后，可将其回收再加工成干净的原材料。2030 年rPET 占PET 总需求的55%。有消息称，这对于用于瓶到瓶过程的食品级rPET 来说尤其明显[12]。据估计，欧洲生产的PET 托盘的平均回收含量为50%，这一趋势将继续扩大下去[13]。

但实现这一模式，首先取决于对PET 包装废弃物的分类，然而在我国垃圾实现分类，目前还做得相当不好，故PET 在国内的回收并未真正的推广，大多情况下是随同其他垃圾一起不是被填满就是一起被付之一炬。其次，对于回收PET 材料的使用，政府相关部门也应出台相关的正面支持政策，以鼓励回收PET 的使用。为了实现此目标，必须在地方和国家的职能部门帮助下，实施构思良好、协调一致的收集计划。如在英国可口可乐欧洲合作伙伴(CCEP) 近日公布了其英国市场的可持续包装战略，将把瓶身中的再生塑料(rPET) 含量增加至50%。该公司于2017 年7 月12 日宣布称其将与当地的企业进行合作，确保所有的塑料垃圾都被回收。为配合这一战略，可口可乐将启动一项耗资数百万英镑的活动，激励更多人参与到回收活动当中去[6]。最后，必须建立一个关于可回收性和产品设计的共同方法，借鉴国外相关回收政策及方法，建立回收材料认证，增加回收材料的可信性和可追溯性，将确保rPET 的最佳利用，如在美国，“ 每瓶回收”的倡议取得了良好的进展，当地的饮料分销商正在推动回收信息[14]。

二是实现PET 包装材料高效再生化

实现PET 包装材料的高效再生化，不仅可以解决废弃PET 材料的回收利用，而且还能通过转化生成的新化学产品提高价值，创造新的经济效益。废弃PET材料再生化主要是通过化学回收方法将其进行降解制备新型的高纯度化工原料来实现的。前面提到的，可由其生产出众多的化学单体，可作为生产聚酯或合成其它化工产品的原料，如再生的乙二醇、PTA 及丁二醇等，利用这些原料不仅可以生产出全新的PET 材料，更可利用特殊的单体（丁二酸、丁二醇等）合成出可降解的新型绿色环保聚酯材料，如PBS。这一过程可大大提高废弃PET 材料的再生资源化利用率。然而目前面临的最大问题是，废弃PET 的有效转化率还较低，特别是在国内，如由废弃PET 再生乙二醇，直接生成的乙二醇中含有的杂质较多，常常需要提纯到90% 以上才能作为工业原料使用[15]。而提纯的过程不仅繁复，且这一过程的生产成本也较高。因此，未来提高转化及提纯工艺的研究，是PET 高效再生化的主要研究方向。

相信随着科学技术的不断进步，PET 包装材料的回收利用率和再生转化率会越来越高，使得这种绿色环保的材料焕发出勃勃生机。