第第3 3章章 绿色包装材料绿色包装材料深圳大学材料学院深圳大学材料学院深圳大学材料学院3.1 包装与环境概述 3.1.1 3.1.1 包装的作用包装的作用 物品为什么要包装物品为什么要包装? ? 从包装的本身分析，包装具有多种功能，从包装的本身分析，包装具有多种功能，但概括起来，主要的功能可归纳为但概括起来，主要的功能可归纳为3 3种：即种：即保保护功能、方便功能和促销功能护功能、方便功能和促销功能。2深圳大学材料学院 包装的保护功能在于，它能够防止被包包装的保护功能在于，它能够防止被包装物在流动过程中受到质量和数量上的损失，装物在流动过程中受到质量和数量上的损失，并且能够防止危害性的内装物对接触的人、并且能够防止危害性的内装物对接触的人、生物或环境造成危害。生物或环境造成危害。 包装的方便功能要求包装应方便运输、包装的方便功能要求包装应方便运输、存储，易于携带，便于回收复用。存储，易于携带，便于回收复用。 包装的促销功能要求包装能充分地传递包装的促销功能要求包装能充分地传递商品信息吸引消费者的注意力，促进产品商品信息吸引消费者的注意力，促进产品销售。销售。3深圳大学材料学院 3.1.2包装与环境的关系 包装的功能体现了对环境的保护思想；体现了包装的功能体现了对环境的保护思想；体现了包装有利于环境的实质。包装有利于环境的实质。 正是由于有了包装，各种商品才能安全地运送正是由于有了包装，各种商品才能安全地运送到各地，使资源合理分布，从而减少了资源和能到各地，使资源合理分布，从而减少了资源和能源的浪费。源的浪费。 随着商品经济的发展，包装的使用量日趋增随着商品经济的发展，包装的使用量日趋增大，包装对资源和能源的消耗就越多，势必对大，包装对资源和能源的消耗就越多，势必对环境的污染及生态环境的破坏环境的污染及生态环境的破坏4深圳大学材料学院 由于包装产品大多属于一次消费品，从原材料到由于包装产品大多属于一次消费品，从原材料到制品加工成型、消耗乃至废弃的周期一般较短，废制品加工成型、消耗乃至废弃的周期一般较短，废弃物的排放比例大。可以预见，随着包装工业的发弃物的排放比例大。可以预见，随着包装工业的发展，包装废弃物将成为一种新的污染源。展，包装废弃物将成为一种新的污染源。5深圳大学材料学院6深圳大学材料学院7深圳大学材料学院 包装工业对环境的污染及生态环境的破坏包装工业对环境的污染及生态环境的破坏主要包括主要包括: 泡沫塑料使用氟氯烷烃类物质作泡沫塑料使用氟氯烷烃类物质作发泡剂，导致对大气臭氧层的破坏；废弃物发泡剂，导致对大气臭氧层的破坏；废弃物及其焚烧产物对大气、水源、土壤的污染，及其焚烧产物对大气、水源、土壤的污染，释放出释放出CO2对温室效应的加剧；包装废弃物对温室效应的加剧；包装废弃物未能合理回收对自然资源的浪费。未能合理回收对自然资源的浪费。 例如造纸业所需大量木材对森林资源及生例如造纸业所需大量木材对森林资源及生态环境的破坏是较严重的。态环境的破坏是较严重的。8深圳大学材料学院9深圳大学材料学院10深圳大学材料学院生活用纸一年用掉7400多万棵大树据了解，中国1998年就成为全球第二大生活用纸消费市场，仅次于美国。据统计，目前我国人均生活用纸为每年2.6公斤。以13亿人口计，一年消耗的生活纸制品为440万吨。按生产1吨纸需砍伐17棵十年生的大树来算，生产440万吨生活纸制品就要砍伐7400多万棵树！11深圳大学材料学院 3.1.3开发绿色包装材料绿色包装的内涵应包含以下5点:1)生产时节约材料与能源;2)包装应易于重复利用或回收再生;3)包装废弃物可降解腐化;4)包装材料对人体和生物应无毒无害;5)在包装产品的整个生命周期中,均不应对环境产生污染造成公害。12深圳大学材料学院绿色包装是一种理想包装,完全达到它的要求需要一个过程,为了使既能有追求的方向,又有可供操作能分阶段达到的目标,可以按照绿色食品分级标准的办法,制定绿色包装的分级标准如下:A级绿色包装。指废弃物能够循环复用、再生利用或降解腐化,含有毒物质在规定限量范围内的适度包装。AA级绿色包装。指废弃物能够循环复用、再生利用或降解腐化,含有毒物质在规定限量范围内,且在产品整个生命周期中对人体及环境不造成公害的适度包装。上述分级,主要考虑是解决包装使用后的废弃物问题,这是当前世界各国保护环境关注的热点,也是提出发展绿色包装的主要内容;在此基础上进一步解决包装生产过程中的污染,实行清洁生产,这是一个仍需重点解决的问题。13深圳大学材料学院在现代包装工业体系中，纸与纸容器占有非常重要的地位。我国纸包装材料占包装材料总量的40左右，从发展趋势看，纸包装的用量会越来越大。而塑料用做包装材料是现代技术发展的重要标志，原材料源丰富、成本低、性能优良，成为近40年来世界上发展最快、用量最大的包装材料。但是，塑料包装材料用于食品包装存在某些卫生安全方面的问题及包装废弃物对环境污染的问题。3.2绿色包装材料的类型14深圳大学材料学院主要包装材料分布统计结果主要包装材料分布统计结果 包装材料的主体是纸和纸板包装材料的主体是纸和纸板(包括运输箱和可折叠纸盒包括运输箱和可折叠纸盒)，其次是塑料、金属、玻璃、木板及其他容器。随着时间的推其次是塑料、金属、玻璃、木板及其他容器。随着时间的推移，不同包装材料比例可有一些变化。移，不同包装材料比例可有一些变化。15深圳大学材料学院 作为包装材料料，塑料具有很多优点，如自身质量作为包装材料料，塑料具有很多优点，如自身质量轻，使用方便，阻隔性、耐热性、耐腐蚀性好，高强轻，使用方便，阻隔性、耐热性、耐腐蚀性好，高强度、高韧性等，因此塑科在包装材料中占有重要的位度、高韧性等，因此塑科在包装材料中占有重要的位置。也正因为此，塑料包装材料在包装废弃物中所占置。也正因为此，塑料包装材料在包装废弃物中所占比重较大，约为比重较大，约为40左右。左右。1塑料16深圳大学材料学院 塑料主要用于电子产品、食品等产品的包装。但塑塑料主要用于电子产品、食品等产品的包装。但塑料最大的缺点是不易降解。因此，塑料包装材料对环境料最大的缺点是不易降解。因此，塑料包装材料对环境所造成的污染也是各类包装材料中最严重的。比如所造成的污染也是各类包装材料中最严重的。比如EPS泡沫塑料饭盒及其缓冲包装材料给城市带来大量的泡沫塑料饭盒及其缓冲包装材料给城市带来大量的“白白色垃圾色垃圾”仅广州每年有仅广州每年有10万吨的万吨的EPS泡沫饭盒废弃物。泡沫饭盒废弃物。另外，另外， EPS所用的发泡剂所用的发泡剂(氟氯烷烃氟氯烷烃)对大气臭氧层有破对大气臭氧层有破坏作用。坏作用。目前我国塑料用于食品包装的量占塑料总产量的1/4，随着环境保护要是的提高，消费者淘汰落后包装势在必行，塑料材料的改进也是当务之急。17深圳大学材料学院a.轻量、薄型、高性能塑料；为了把塑料包装废弃物的总量减少，各国争相发展高性能材料以减少容器或薄膜的厚度。日本研制出强韧超薄PET薄膜，其厚度为0.5微米，用于精密电子元器件包装。b.无氟化泡沫塑料由于泡沫塑料饭盒及缓冲包装材料用量巨大，人们正在研究开发新型的泡沫塑料发泡剂以取代CFC。如二氧化碳，偶氮类有机化合物如：偶氮二甲酰胺，2，2-偶氮二异丁腈等目前开发的主要绿色塑料包装材料：目前开发的主要绿色塑料包装材料：18深圳大学材料学院c.可复用再生塑料塑料包装材料如果能够重复使用，可以大大减低原材料消耗及对环境的污染。通常塑料回收后用物理方法将塑料粉碎，再用于塑料容器或薄膜的制造。例如PET瓶经粉碎后重新吹制成新瓶，在性能上几乎没有变化。另外，也将塑料分解成低聚物或单体，重新用作原料。或裂解为小分子燃油。所以包装应多采用PET、PP等易于复用和再生的材料。d.可降解塑料由于塑料分子的持殊结构，其降解速度非常缓慢埋藏在土壤中长达400年不降解，给生态环境造成很大的影响。近年来研究开发可降解塑料成为国内外热点：现有的可降解塑科主要包括光降解塑料生物降解塑料生物/光降解塑料水溶性塑料19深圳大学材料学院纸和纸板在包装领域中历史悠久，产量大，用途广，由于它具有资源丰富、印刷性好、生产灵活易于造型，易回收等特性，而且其资源主要成分是天然植物纤维，容易为土壤中的微生物水解成二氧化碳和水，重新在自然界循环。因此，它是广受欢迎的一种包装材料。纸包装也存在一些弱点，如防水、防油、阻气性差，另外生产过程污染大，成本高等，使其应用范围受到一定的限制。2纸20深圳大学材料学院纸包装材料主要有以下几个方面的发展方向：(1)一次性纸制品容器一次性纸制品容器是用180-400g/m2双面白板纸进行淋膜PE或浸蜡处理后制成容器(纸杯、纸盘、纸碗、纸饭盒)。纸容器可以代替各种塑料容器废弃物可以做造纸业的二次纤维这在某种程度上减少了塑料污染。(2)纸包装薄膜研究开发高性能纸包装薄膜来替代食品包装中常用的塑料薄膜，是非常有前景的绿色包装。比如经防潮处理的玻璃纸可以用于食品、化妆品的包装。德国弗朗霍凡尔应用聚合物研究所最近研制成功厚度只有几微米的高强度纸膜，具有抗撕裂、防潮生物分解速度快的特点。21深圳大学材料学院(3)可食性纸制品可食性纸制品包装材料是利用植物淀粉、蛋白质、植物纤维和其他天然物质经过改性和其他方式处理制成薄膜用于食品的内包装，也可以制造饮料杯和快餐盒。比如利用大豆提取植物蛋白质、可以加工成膜进行包装，具打较好的防潮阻氧能力。还可以用虾蟹蚌蛎等贝类为原料，从中提取壳聚糖，经改性后制成耐油性好、防水防潮性好、透明的可食性包装材料。(4)蜂窝夹心纸板蜂窝夹心纸板也是一种EPS替代纸制品，上下两侧纸板粘合，中间为自然蜂窝状纸芯，具有非常好的缓冲性能和机械强度，适于包装贵重易损商品如玻璃仪器或精密仪器等。22深圳大学材料学院3金属包装材料金属容器最大的特点是有较高的机械强度,牢固、耐压、不碎等。化工产品、罐头、高级食品以及一些液体等商品多用金属材料包装。人们比较普遍的使用金属装饮料应该说是在上个世纪80年代以后。罐装饮料的出现提高了人们生活的档次。 金属材料在包装上的应用主要是马口铁制成的三片罐、喷雾罐、瓶盖,铝质易拉罐及铝箔、钢质桶和集装箱等。由于金属材料易回收，容易处理，其废弃物对环境的污染相对塑料和纸制包装品小，因此受到青睐。如美国铝质易拉罐的回收率达75，年回收量达900亿只，而铝罐回收所需能量仅相当于通过矿石冶炼生产铝罐能量的5。23深圳大学材料学院(1)以高强度、低厚度的马口铁代铝制罐提高材料的强度，降低容器壁的厚度，可以较大程度地节约金属材料的用量，降低成本，而且减轻未能回收罐对环境的影响。用来制作三片罐的马口铁厚度减薄至0.13-0.21mm，而其机械强度没有降低，企业可增加收益20左右。由于铝价值高，而且价格不稳定，各国纷纷采用马口铁代替铝生产两片罐作食品和饮料罐。 (2)降低马口铁的镀锡量由于锡价格比较贵，现在多数国家采用低镀锡量马口铁。金属包装材料的发展方向24深圳大学材料学院(3)采用新型焊接工艺马口铁传统上采用锡焊工艺，而锡焊材料中含有较多的铅，对人体有害。据统计,人体中的铅14来自于马口铁的锡焊材料。现在、各国多采用高频电阻焊来焊接马口铁。既减轻污染又可以提高焊接质量。对于继续沿用锡焊的厂家，要求其锡焊材料中的铅含量要降低50。(4)采用铝箔代替塑料、纸由于铝箔的阻隔性好，轻便美观，更重要的是铝箔的回收非常容易，可节约95的能量，对环境几乎没有污染。所以铝箔代替塑料和纸制品包装材料是一个比较好的发展方向。许多食品、化妆品都采用铝箔制成的容器来包装。25深圳大学材料学院4玻璃包装材料这是一种历史悠久的包装材料，也是我国传统的饮料包装容器。玻璃包装容器的主要特点是：玻璃有良好的化学稳定性，无毒、无味；透明、美观、阻隔性好、不透气、原料丰富，价格低廉，并且可以多次周转使用。而且具有耐热、耐压、耐清洗的优点，既可高温杀菌，也可低温贮藏。而且硅酸盐材料对环境的污染小。正是由于其具有诸多优点，因此成为果茶、酸枣汁等许多饮料首选的包装材料。另外，由于回收的碎玻璃重新熔化成型所需的温度耍低于从原材料(石英砂，石灰石，长石，纯碱等)熔制玻璃的温度，可以减少能量消耗，所以玻璃仍然是一种较受欢迎的包装材料。26深圳大学材料学院玻璃包装容器也有着一些缺点：主要是自重大，材料容重比大，易破损，运输费用高，印刷等二次加工性能差。现在玻璃容器的主要发展方向是提高玻璃强度，减小容器壁的厚度，以减小容重比，同时提高回收玻璃瓶的周转次数。我国时有啤酒玻璃瓶爆炸事故，主要是由于玻璃瓶的强度低，经多次周转后强度下降所致。27深圳大学材料学院世界各国都在竞相研制和发展自己的新型包装材料和包装结构设计。瑞典人发明的“绿色包装”利乐砖包装。用这种“绿色包装”来包装的牛奶、果汁、饮料，无需冷藏，在常温下可保鲜六个月，节约了大量因冷藏而耗费的能源。同时，这种纸包装回收后可做成“彩乐板”制作家具、地板、玩具、音响设备等。瑞典人环保意识非常强烈，在森林资源十分丰富的情况下依然“惜林如金”。这一点值得我们学习。3.3绿色包装材料的发展方向2003年1月，美国的Biocope公司率先推出由谷物合成的塑料PLA聚合物材料生产的水杯。它可以不加任何处理与食品垃圾一道扔掉，该杯子可以和食品垃圾一起降解成水、二氧化碳和有机物。28深圳大学材料学院用纸制品、植物纤维替代塑料餐具3.3绿色包装材料的发展方向美国农业部的科学家近期宣称，一种新环保型食品包装材料可望问世。这种新材料完全用粉碎的草莓制成，非常符合环保要求，可能取代传统的聚乙烯塑料而成为食品包装新材料。这种新研制成功的食品包装材料从性能上说与传统产品没有什么区别，用它制成的食品包装薄膜同样能够阻止氧气的渗透，从而达到食品保鲜的效果。在测试中，用这种材料制成的包装膜不仅可以起到保鲜的作用，而且还能够改善香蕉和苹果等水果的味道。在不久的将来，不仅草莓可以用作包装材料，就连胡萝卜、花椰菜等蔬菜也可以用作包装材料。29深圳大学材料学院日本高崎造纸公司用食品工业废弃的苹果渣生产出果渣包装用纸，其制法是：除去果渣中的籽，将其捣成浆状，加入适量的木质纤维即成包装纸。这种纸品使用后容易分解，可焚烧或做堆肥，不污染环境，是理想的食品包装用纸，并且可回收重新造纸。近两年的玉米包装袋，草莓包装袋也相继作为绿色包装出现在市场上！30深圳大学材料学院食品包装材料技术食品和饮料的包装市场很大，全世界包装市场约4000亿美元,食品和饮料包装要占一半以上。国内啤酒、乳制品、饮料包装市场被外资品牌垄断。意大利的萨克米供应了中国90的瓶盖。国内的主要乳品、饮料企业都在使用瑞典利乐以及瑞士sig集团康美包技术生产线。其中排名第一的利乐和排名第二的康美包垄断了国内九成市场份额。正是国外品牌在无菌包装市场的高度垄断，令国内乳品企业的包装成本高居不下。在伊利销售总成本中有40%是包装，而这正是由于中国奶业普遍使用的“利乐包”的价格太高所致。31深圳大学材料学院a消极性包装用户对食品包装的期望是使用方便，能有较长的贮存期。尽管包装技术取得很大进展，但是尚难以发现一种能完全满足用户要求的材料。直到最近，包装材料的开发重点还处在消极的隔绝材料上，也就是说，让此隔绝层将产品与环境分隔开。b积极性包装所谓积极性包装是指通过包装使包装食品与环境互相协调而产生所需的效果。它的作用是耍保持所包装食品的质量并希望有所提高。例如在聚合物上固定柚苷酶，用作葡萄汁包装的内壁涂层，该酶可使果汁中的黄酮水解。黄酮易导致产生苦味。因此，这种包装的饮料就可长期保持甜香味。32深圳大学材料学院c可食性包装现用的许多包装膜都是多层膜，其中含防水层、隔氧层以及为了保持强度，进行印刷等的各层膜，尽管每层都很薄，但很难将它分离也难以回收利用。为了简化包装，提出用可食涂层和薄膜来取代包装中的一些防护层，当然，这类材料并不能完全代替常用的包装。可食性涂层和保鲜膜一般由蛋白质、多糖和多肽类化合物制成。33深圳大学材料学院1减量化包装材料2可复用包装材料加强包装废弃物的回收处理还可以将包装废弃物分为不同种类型：如可直接重复使用(Reuse)的包装；可修复的包装；可再生(Recycle)的废弃物；只能被掩埋、焚化处理的废弃物。3可降解包装材料4可回收再生包装材料3.4绿色包装材料开发与设计原则34深圳大学材料学院35深圳大学材料学院 对于一些新型绿色包装技术的应用与推广，由于推广的初期，有一个认识的问题，其价格要贵一些是预料中的事情，因此必须通过一定的手段来加以保证。也就是要有绿色包装应用体系来保证绿色包装技术的有关工艺、设备和材料的到位与落实，并按一定的程序达到所推广的绿色包装标准。绿色包装应用体系包括绿色材料供应渠道的提供，质量标准的鉴定，使用前后的处理和回收方式的指导等，明确什么样的产品适合于什么样的绿色包装，并能通过绿色包装应用体系使之实现绿色包装的目的。为了达到这样的目的，仍需一定的行政法规和政策作保证。3.5包装材料的法规与政策36深圳大学材料学院包装材料的资源消耗和能源消耗,以及废弃物对环境的污染,这些影响与危害的范围称为泛环境,它们构成了包装材料环境负荷的主要因子。包装材料的环境协调性研究包装材料的环境协调性研究37深圳大学材料学院38深圳大学材料学院39深圳大学材料学院40深圳大学材料学院41深圳大学材料学院42深圳大学材料学院43深圳大学材料学院结束44