绿色包装材料的研究进展

绿色包装材料的研究进展
摘要
包装产业作为我国国民经济的主要部门之一,除具有树立企业的产品形象、方便运输流通和居民消费、增强产品美感、激发人类消费欲望等一系列优点外,本身还存在着一次性消耗自然资源,一次性使用遗弃并导致环境污染的负面特征。

本文从几个方面介绍了目前绿色包装材料的研究进展与发展状况，尝试为减少包装污染提出解决途径。

关键词：绿色包装环境保护可降解再生生物科技
一、概述
包装工业的污染主要表现在包装及其制品的生产、储存、消费以及废弃物的污染, 其中最主要的是包装废弃物的污染。

目前全球的固体废弃物年产量为10 亿t, 包装废弃物约占总量的1/3, 对此废弃物的处理70% 以上是通过填埋来处理, 填埋场可谓是“坑满为患”, 带来了严重的环境问题。

而包装材料的选择是决定包装废弃物污染大小的一个重要因素, 对包装材料的研究工作正受到各国政府的重视, 绿色包装材料的研制开发是绿色包装最终得以实现的关键, 开发有利于生态环境的绿色包装材料已是刻不容缓, 选择绿色包装材料, 可使污染程度降到最低, 有利于环境保护, 可以说绿色包装与环境保护密不可分。

二、进展与成果
绿色包装材料是在生命周期全过程中，产生的环境负担最小而再循环利用率最高的材料。

绿色包装材料是绿色包装的核心，它不仅能减少和消除对环境的污染，缓解对生态环境的压力，而且能节约资源，取代某些缺乏或贵重的资源，使废旧资源再资源化，因此引起世界各国高度重视，纷纷投入大量资金和人力进行开发，目前已取得了许多重要成果。

1.可降解包装材料
主要是可降解塑料, 包括生物降解、光降解、生物降解塑料, 日本贸易工业部已将降解塑料列为位于金属材料、无机材料和高分子材料之的的“第四种新材料”。

可降解塑料广泛应用于食品包装、周转箱、杂货箱、工具包装及部分机电产品的外包装箱。

可降解塑料包装材料既具有传统塑料的功能和特性, 又可通过微生物、大型生物或阳光中紫外线的作用, 在自然界中分解和还原, 最终以无毒形式重新进入生态环境中。

不可否认, 采用可降解塑料是解决包装污染问题的有效途径, 但也存在一些问题: (1) 可降解塑料的价格较高, 一般高于通用塑料的3～ 10 倍, 不易推广应用; (2) 性能上不能完全满足使用要求较高的包装材料; (3) 在某些条件下, 降解速度太快或太慢、不易控制。

在美国有许多州规定, 饮料容器、食品包装材料、一次性餐具、购物袋、卫生巾等塑料制品必须使用可降解塑料。

在欧洲, 德国在减少包装物料的数量以及回收包装废弃物方面走在前面, 1996 年, 德国80% 的包装废弃物得以回收, 包括玻璃、纸张、塑料、马口铁和铝,大大缓解了填埋垃圾的压力。

意大利采取了对非降解塑料加重税收的方法来限制其使用, 如对每个非降解塑料购物袋加税119 里拉, 对薄膜塑料加收10% 的销售税。

2.可回收再用或再生的包装材料
包装材料的回收再用、再生利用、能源利用是现阶段发展绿色包装材料最切实可行的一步，是保护环境，促进包装材料再循环使用的一种最积极的废弃物处理方法，也是开发绿色包装材料最重要的思维取向。

1)重复利用材料(制品)。

世界上许多国家重视开发制品重复利用技术，并通过押金回收制度，使啤酒、饮料、酱油、醋等玻璃瓶或聚酯瓶多次重复使用。

如瑞典等国开发出一种灭菌洗涤技术，使PET饮料瓶和PE奶瓶的重复再用达20次以上；荷兰Welman公司与美国Johnson 公司对PET容器进行100%的回收，并且获得FDA批准，可热灌装而不发生降解，且比一般纯净PET或有夹层的PET更便宜，在欧美均可直接用于饮料食品的包装；德国对碳酸酯瓶罐回收后，经水洗和高温灭菌杀毒后，可重复利用100次。

日本重视对250L的钢桶储罐开发翻修整理技术，经翻修、洗涤、烘干、喷漆后，可使储罐多次重复使用。

2)再生利用材料。

再生利用是解决固体废弃物的好方法，在不少国家已成为解决材料来源、缓解环境污染的有效途径。

我国资源不算丰富，因此开发可回收再生的包装材料及相应的再生技术尤其具有重要意义，但再生树脂的成本一般均高于原生树脂，而且质量和用途也不如原生树脂，多用作一些廉价的材料、塑料薄膜、塑料瓶(特别是PET瓶)等。

塑料包装废弃物的再生利用现在已得到了许多工业发达国家大公司的重视，并投入了大量的人力和物力进行塑料废弃物的回收再生技术(包括原料型直接回收再生、物理改性回收再生、化学改性回收再生等技术)的研究，而且再生利用的比例正逐年增长，如聚酯瓶在回收之后，可用物理和化学2种方法进行再生。

物理方法是指直接彻底净化粉碎后回收塑料，不能有任何污染物残留，再直接用于再生生产包装容器，或将聚酯粉碎洗涤后作为夹层材料置于两层原生树脂层中制成一种多层PET包装容器；化学方法是指将回收的PET粉碎洗涤之后，用解聚剂甲醇、
水、乙二醇或二甘醇等在碱性催化剂作用下使PET全部解聚成单体或部分解聚成低聚物，纯化后再将单体或低聚物重新聚合成再生PET树脂包装材料。

对于高发泡聚苯乙烯(EPS)包装材料，日本索尼公司采用了柑桔油溶解法，把回收的EPS在室温下溶解于从柑桔中提取的油之中，使其体积缩小至原来的5%以下，然后再分离出再生的优质聚苯乙烯，实现了EPS百分之百的回收再生。

玻璃和金属包装容器废弃后，一般均是通过回炉熔融或重熔铸锭，作为原材料，重新加以利用。

纸和纸板使用废弃后，则通过碎解、疏解、漂白后，获得新纸浆，生产再生纸。

据统计，在发达国家，杂志刊物已经100%使用再生纸，包装纸制品也80%使用再生纸浆，书籍用再生纸也达到40%。

在英、美、日，再生纸均已成为一个大产业。

3.可食性包装材料
可食性包装材料主要有淀粉、蛋白质、植物纤维和其它天然物质。

它可以食用, 对人体无害。

如美国农业研究局的科研人员开发出的可直接煮食的食品包装材料, 是利用大豆蛋白质、添加酶和其它处理剂, 压制而成的半透明可食性薄膜。

现在可食性包装材料已广泛运用于食品、药品等包装。

4.天然植物纤维包装材料
由木浆和草浆制作的纸材是人们最熟悉、应用最广泛的纤维包装材料，其原料来源广泛，废弃物既可以回收再生纸张，在自然环境中又容易腐化，是应用最多的绿色包装材料。

近年又开发出一些新型的绿色纸包装材料，典型的品种是纸浆模塑和蜂窝纸板制品。

纸浆模塑制品以废纸和植物纤维作原料，在模塑机上由特殊的模具塑造出一定形状的制品，是一种立体造纸技术，其制品被用作取代发泡塑料EPS的制品，广泛应用于餐具、禽蛋托盘、鲜果托盘、工业托盘、食品及其半成品包装、医疗器具包装等。

我国西北农业大学在这一方面进行了大量的研究，研制和开发了果蔬包装内衬、禽蛋托盘、超市托盘、瓦楞芯纸、一次性餐具等系列产品。

其生产工艺已经成熟，已经大量推向市场。

蜂窝纸板由上下两张面纸和六边形的蜂窝芯纸粘合构成，具有纸质轻、强度高、刚度大、缓冲、隔热、隔音性能好的优点，是节木代木和取代EPS作缓冲衬垫的理想环保材料。

特指的天然植物纤维一般是指除树木外的天然生植物如蔗渣、棉秆、谷壳、玉米桔秆、稻草、麦秆等和废纸的纤维，天然生植物是一种来源十分丰富的可再生自然资源。

据调查，我国每年的农作物桔秆在5亿吨以上。

植物桔秆作为包装材料有许多优点，例如良好的缓；中性能，无毒、无臭，通气性能好，使用后能完全自然降解。

近年，利用芦苇、稻草、麦桔、
甘蔗渣、竹林等天然植物纤维开发出了一系列绿色包装制品。

以竹为原料，生产出竹胶板包装箱、丝捆竹板箱，用于机电产品和重型机械的包装；将竹、稻草等植物纤维经高温杀菌后压制成纤维板，再经粉碎，加入填充料、粘合剂等搅拌后挤压成形，可制一次性快餐具，如经发泡膨化处理还可制作缓；中衬垫。

西安建筑大学应用麦桔秆、稻草等天然植物纤维素材料为主要材料，配合安全无毒物质，开发出可完全降解的缓冲包装材料，该产品体积小、质量轻、压缩强度高，有一定柔韧性，在自然界中一个月可全降解为有机肥。

5.转基因植物包装材料
前面已提及，虽然目前利用微生物发酵合成生物降解包装材料的研究和开发工作已取得突破性进展，但仍存在如下问题：生产效率低，熔点和降解起始温差不大，结晶速度慢，加工困难，价格昂贵，实际应用受到限制。

因此培育转基因植物生产脂肪聚酯PHB和PHAs等就成为研究和开发生物降解塑料的热点领域。

随着植物基因工程的迅速发展，针对微生物发酵生产PHB存在价格昂贵等问题，一些大公司相继开展了利用转基因植物作为反应器生产的PHB等包装材料的研制工作。

英国的ICI/Zeneca种子公司确立的长期目标是将细菌生物合成PHB的途径导入合适的作物以利用转基因植物大规模生产PHB/V包装材料：美国Monsanto公司1996年启动了一个重大项目，旨在建立用转基因油菜生产包装材料的技术体系。

Monsanto公司Houmiel等报道，他们利用从真养产碱杆菌(Alacaligeneseutrophus)等微生物中分离的参与PHB生物合成的关键酶基因，构建了一个包含4个目的基因(IlvA446IbklB/ph-Ba、phbBtphbC)的植物表达载体，每个目的基因前融合有编码拟叶绿体转送肽(ctp)和Lesguerella羧化酶启动子(P—Lhr)，目的基因尾部融合有豌豆bcSE9基因的E93’序列终止子(E93’)，其中目的基因phbB使用的上豌豆Bubisco小亚基转送肽。

采用农杆菌介导法将此多基因表达载体导入油菜，转基因植物种子中含有7．7%鲜的PHB。

进一步改变脂肪酸和氨基酸生物合成的中间产物流向，研究小组获得了能够合成积累PHB/V共聚物的转基因油菜，并证明该共聚物的积累并不影响油菜种子中油脂的合成和生产。

据报道，我国也已从真养产碱杆菌中克隆了PHB合成的2个关键酶基因(phbB和phbC)，构建原核载体导入大肠杆菌获得了表达，还成功地将此基因导入马铃薯中。

为了增加PHB产量，他们完成了phbA基因的克隆，并构建了种子特异性表达载体，用以转化油菜，基因产物将定位于油菜籽的按需质体中。

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