浅谈塑料包装材料的绿色化
塑料是一种新型的高分子材料，在包装领域有着广泛的应用，为保障人身健康安全及符合环境保护要求，塑料包装开始向绿色化进军。
一、塑料包装原辅材料绿色化的内涵
塑料包装原辅绿色化是实现塑料包装可持续发展循环经济，根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的技术。塑料包装原辅料绿色化是实现塑料包装绿色化的源头。绿色化循环经济的发展，对塑料包装原辅料赋予新的含义，研发不但首先必须达到无毒无害安全健康的标准，而且需符合生态健康、节能降耗的可持续发展的绿色化技术。资源短缺的今天，对回收利用也赋予了更高的要求，不但要求利用率高，而且要达到资源的再生循环应用。
其内涵可概括为以下三点：
1.安全健康化。塑料包装材料应无毒无害。
2.生态健康化。塑料包装材料在整个生命周期，即从原材料、成型加工、直至废弃物再生利用的整个制造工程中，直至较终处理的生命周期全过程，均不应对环境产生污染和对生态环境产生破坏，从而洁净人类生存环境。
3.资源利用率较大化。利用可再生的自然资源或以较少的不可再生的塑料原材料通过与可再生的自然资源进行改性、增强、共混等措施研发可降解、可自毁的新型环保塑料包装新材料。废弃物易于回收再生利用，实现资源循环利用率较大化。
二、塑料包装原材料绿色化新技术的进展
近年来，塑料包装原材料绿色化技术的进展为我们展现了广阔的发展空间和努力的方向。塑料包装原料绿色化是实现塑料包装生命周期绿色化的源头，从源头上控制有毒有害物质进入塑料包装行业的产品中，保证产品符合国家各项标准。从有毒胶囊的事件中，有力地的药液包装用复合膜材料。EVA焚烧时只产生CO2和H2O，无公害。日本、美国和德国的一些大制药厂已开始使用EVA基复合膜软包装材料，并在逐渐推广。中国石化巴陵兰塑化公司与有关单位合作开发了在生产和应用中不需添加邻苯二甲酸类增塑剂等有害增塑剂的新的SEBS塑料，实现SEBS塑料的输液管、输液袋的国产化进程。
回料中的不明有毒有害物质，也是导致食品包装用塑料包装材料在卫生性能方面产生问题的常见原因之一，所以应禁止使用废旧塑料加工的回收料及受污染的原料加工食品包装制品。
2.生物基塑料
塑料包装绿色化以保护自然资源为基础，尽可能减少能源和其他自然资源的消耗。生物基塑料减少对石油资源的消耗，减少CO2排放量。进入二十一世纪以来，生物基塑料受到更大关注并得到了进一步发展，到2023年，生物基塑料需求将增加3倍以上达到100多万t。
目前，制作生物基塑料成本高，售价高于石油基塑料，市场上难以得到大面积推广应用。创新创造低成本的制作技术，是发展生物基塑料的关键。提高生物基塑料的性能和功能，挖掘和发挥生物基塑料特有的性能，开发石油基塑料无法达到的应用领域，也是发展生物基塑料的由来措施。我国制作生物基塑料的原料丰富，具有得天独厚的条件。石油资源缺乏，更应加快研发和应用各种生物基塑料的步伐。
2.1非食品类物质的生物基塑料
研发非食品类物质的生物基塑料，解决发展生物塑料与人争粮的问题，越来越引起关注。非食品类物质包括草类、速生树类，或者食物及农作物的加工后的废弃物产生的可再生生物物质等。
日本富士施乐公司开发出了以占材料总重量的40%木质资源纤维素（植物纤维）非食用生物基塑料材料及部件，由此可削减40%的石油资源，注射制品的强度比石油类材料ABS树脂还要高，在全球也属于比较先进的材料技术。英国约克大学耐的科研人员已做出了用桔皮制成商用生物基塑料。日本东京大与学和北海道工业技术中心，率先在全世界开辟了一条以海藻制皂PLA塑料的新途径，他们先用酶将海藻中的纤维素、淀粉等分解使其转化成葡萄糖，然后仿效酿造日本米酒工艺，放入以葡说明了原料实现包装绿色化的重要性。
塑料包装材料的绿色化环境性能应从生命周期全过程进行评价。塑料包装材料在生产过程中造成的环境污染，远远大于废弃后造成的环境污染。因此，为了使塑料包装材料在其生命周期全过程中具有绿色性能，就必须进行清洁生产，建立起从原料投入到废物循环回收利用的闭式生产过程，尽量减少对外排放废物，这样做不仅提高了资源的利用率，而且从根本上杜绝了“三废”的产生，使包装工业生产不对环境造成危害。
绿色化循环经济的发展，对塑料包装原料赋予新的含义，塑料原料的研发不但首先必须达到无毒无害安全健康的标准，而且需符合生态健康、节能降耗的可持续发展的绿色化技术。资源短缺的今天，对回收利用也赋予了更高的要求，不但要求利用率高，而且要达到资源的再生循环利用。
以塑料包装绿色化“潜在需求”为指导，针对性地研发塑料原料。国际的塑料原料制造商都以展示具体的塑料制品实物来表明研发的塑料新原料的应用，而国内一些塑料原料的制造商往往展示其研发的塑料原料的性能，很少有具体应用到某一制品。对于塑料原料用户来说，往往需要了解的是自己开发的塑料包装新7.5升水桶采用何种塑料才能达到要求。
1.安全健康型高分子材料
安全健康型高分子材料是塑料包装卫生性的基础。根据不同的包装制品、使用环境和条件等研发安全健康型高分子材料。安全健康型高分子材料向功能化专用化方向发展，以满足成型加工及使用应用的需求。
随着医疗技术的发展，药液制剂也对包装材料提出了更高的要求。除了安全无毒和对药液稳定性外，还要求包装材料具有柔软、透明、物理机械强度高、耐低温、耐高温消毒、阻隔性好等多种功能，单一品种的高分子材料已难达到这种高功能化的需求。近年来国际上已开始开发以聚烯烃、乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）等材料的基材。EVA由乙烯和乙酸乙烯共聚而成，没有毒性、安全可靠。尤其重要的是EVA在加工过程中不需要加入任何增塑剂和稳定剂，具有高透明度、光泽性，透气性低，尤其对氧气、二氧化碳的透过性低，同时具有优异的柔韧性、低温、耐老化性、热封性等。复合膜加工技术以EVA为基材，其它高分子材料（如聚烯烃、乙丙共聚物、丁烯橡胶、聚酞胺、化EVA等）共混合多层复合可以获得符合不同需求的高功能。
日本工业技术研究院的科技人员用农林作物下脚料，如豆秸等制成可降解的包装薄膜。阿姆斯特丹研发公司Avantium利用YXY技术将碳水化合物转化成生物基塑料，包括一种TPA代替物，用以代替PET。所用原料并不直接构成对食物生产的竞争，可利用各种原料，如谷物、能源作物、木质纤维物质、废液、废纸或农业废物等。
2.2可降解生物基塑料
研发可降解生物基塑料，既减少对石油资源的消耗，更有利于减少“白色污染”、保护生态环境，是生物基塑料应用于薄膜类包装的发展方向。工业发达国家研究完全生物降解塑料已经数年，但至今真正的工业化产品还不多，这其中涉及到许多试验研究和工业生产的难题。绿色化包装材料的开发工作不仅是包装工业的事情，它还需要整个工业协作，不仅是工业企业，而且也需科研院所、高等院校合作。2011年，我国生物基材料总产量约45万t，其中生物分解塑料的产量仅为4~5万t。
在各生物降解塑料技术路线中，淀粉基生物降解塑料、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）技术相对成熟、产业化规模较大，共混效果明显。PLA是一种典型的生物塑料，具有良好的生物相容性和可降解性；生产耗能只相当于传统石油化工产品的20~50%，产生的CO2则为相应的50%。
日本味之素公司和东丽实业公司双方将合作研究使用东丽的膜集成生物处理技术生产PLA工艺，以PLA为原料生产制造尼龙原料1.5戊二胺，新方法生产的尼龙相对石油原料的尼龙在性能、对环境的影响及成本方面将更具竞争力。
德国酸奶品牌ACTIVIA，应用美国NatureWorks公司提供的Ingeo品牌生物塑料，全面完成了从传统塑料杯到聚乳酸(PLA)酸奶杯的大转换。采用这种革新的生产工艺，可使产品的CO2排放量减少58%。
Telles公司新型生物基降解塑料Mirel，是一种PHA聚合物，即PHB（聚羟基丁酸酯）共聚物、添加剂和矿物填料的共混物，从微生物发酵的玉米糖中衍生而来，可热成型、注塑、吹塑，成型制品可在自然土壤和水环境家庭和工业堆肥系统中生物降解。生物降解塑料PHBV，PHBV具有与聚丙烯相似的性质，这种材料在废弃后，即使在潮湿的环境下也是稳定的，但在有微生物的情况下，它将降解为二氧化碳和水。
巴斯夫推出一款Ecoflex和聚乳酸的混合物的可以生物降解的新型塑料EcovioFMulch，可使用普通PE挤塑设备进行加工，采用EcovioFMulch制成的薄膜在10微米(μm)的厚度下就具有优异的抗撕裂性和抗刺穿性，而普通PE薄膜要达到相同的性能至少需要两倍的厚度，废弃薄膜可与自然垃圾一起埋入土中自然降解，从而大幅节约时间和成本。
3.复合降解型石油基塑料
在今后很长一段时期内，石油基塑料在包装薄膜领域内还占主导地位，单一降解型呈现降解周期长的缺陷，复合降解比传统的氧化式生物降解产品具有更高的可控性和预测性，成为降解塑料技术的研发重点。石油基废弃塑料在自然条件下难以自然降解，燃烧又会释放出有害气体，给生态环境造成了难以治理的污染。
英国SymphonyEnvironmentalLtd研发的以PP、PE、PS等聚烯烃为原料制成的制品，加入1%氧化式生物复合降解添加剂，即可达到100%的氧化和生物双降解。降解原理为通过打断高分子内部的碳键的共价键，把分子量变小，分解成碎片，经氧化降解的过程后，较终把塑料转化成水、二氧化碳和生物质，被微生物分解。整个降解过程近乎零污染，对自然生态没有负面影响。加入氧生物降解母料的塑料，可回收后再造，循环使用，不会留下任何有害物质。生物降解过程并不需要一个生物活跃环境来开始分解，在有氧气的情况下，配合阳光，热力，压力等因素，降解过程便能启动。氧生物降解技术比光降解技术也更优越，因它不需要有光的环境下也都会引发分解机制，例如在堆填区，塑料有机会埋没在泥土中受不到阳光直接照射，当使用光降解技术，在此环境下未能发挥到作用，但氧生物技术便可大派用场。加入氧生物降解母料，不会影响塑料在其有效寿命内的特性，例如强度、膜材透明度、可印刷性、热封性和阻气特性等。氧生物降解母料无毒，均可直接接触食物。
随着环保呼声日益高涨，我国在降解塑料发展方面成绩显著，复合降解技术还处于研发过程中。据不完全统计，目前我国从事降解塑料的企业有100多家，已初步形成产学研相结合的开发体系，建成双螺杆降解母料生产线近100条。辽阳石化公全球的特种聚合物材料、服务和解决方案提供商普立万公司以“合作·创新·卓越”为主题，展示高性能特种创新环保材料解决方案。HyGuardTM吸氧系统：较新一代PET包装创新技术，可完全回收，并能为易氧化的食物和饮品提供全面保护，有效控制内容物保质期。UltimateUV抗紫外光剂可阻隔紫外光对PET包装内容物造成负面影响，有效保护内容物不易降解。GeonTMHC医疗级硬质聚氯乙烯材料：可用作医疗设备外壳，提供卓越的化学稳定性，保证设备外壳在长期使用医疗杀菌剂和清洁剂后不受腐蚀。OnColorTMHCPlus色母粒：经认证可满足美国药典第六类的生物相容性要求，可用于多种基础树脂，并可提供透明和不透明的颜色方案。DynaflexTM热塑性弹性体：不含双酚A、不含邻苯二甲酸酯的健康环保材料，应用于水壶等日用品的不同部位，提供舒适柔软的触感、良好的密封性、易清洁的表面、防滑防粘连等特点。SmartBatchTM母粒和OnColorTM颜色方案，为汽车内饰件打造全面的颜色和功能添加剂方案，不仅可使更为环保的免喷涂塑料件与其他部件外观和谐统一，同时使其具有紫外稳定性，提高产品质量。
广州市合诚化学有限公司与国内外科研机构和国家知名企业建立良好的合作伙伴关系，研发创新医疗输液包装材料：内盖PP专用料HS-N418、外盖PP专用料HS-T268、接口PP专用料HS-R530C、大输液瓶PP专用料R530，为国内大输液瓶塑料国产化做出了重要贡献，企业也取得了显著的经济效益，2011年销售额突破15亿元。
三、安全健康化辅料
塑料辅料成为塑料包装制品安全卫生的隐患。辅料使用导致的品质问题已成为塑料包装制品安全卫生指标不合格的重要原因之一。
1.安全健康化绿色化溶剂
目前在软塑包装材料的复合中，较常用的是溶剂型聚氨酯胶，其溶剂是高纯度醋酸乙酯，但有生产供应商使用不纯净的醋酸乙酯，杂质含量多，更有甚者掺入一些甲苯以降低成本，有的司采用高效复合催化剂和特殊酯化工艺自主开发了分别适用于注塑、吹膜的两种PPET生物降解塑料，与常规的PET相比，具有熔融点低的节能特点及弯曲强度高的优点，但其热变形温度保持不变，可用于热收缩膜、片材、瓶的成型加工，填补了国内空白。
4.可食性包装塑料
可食性塑料是以天然可食性物质为原料，如多糖、蛋白质等。可食性塑料包装膜通过不同分子之间相互作用而形成的具有多孔网络结构的塑料薄膜。壳聚糖可食性包装膜、玉米蛋白质包装膜、改性纤维素可食性包装膜及复合型可食包装膜等都属于多孔网络结构的塑料薄膜，可食性塑料薄膜应用于各种即食性食品的内包装，在食品行业具有巨大的市场。
美国科学家较近研发出一种新方法，用乳制品加工和生物燃料生产过程的副产品生产出一种可食性塑料，用此塑料生产食品抗水包装膜具有光滑、透明并且完全可食用并可延长很多食品的保存期限，保护食品不受破坏。
5.降耗环保性能的成型加工塑料原料
塑料原料的性能直接影响成型加工的能耗，根据塑料包装制品的特点及性能功能的技术要求，通过以下两项技术达到降低成型加工的塑化能耗；通过混合改性提高塑料原料熔融指数；选用热焓低的塑料。
食品、饮料、医药医疗类塑料包装容器以薄壁件为主，熔融指数高的塑料原料，成型压力低，射出/挤出功率小；热焓低的塑料原料，塑化所需热能低。为适应节能降耗的科技发展，陶氏化学公司、杜邦公司、巴斯夫、拜尔材料公司、罗地亚、帝斯曼、沙伯基础创新塑料等公司都推出了专用化的节能型的成型塑料原料，达到节能成型加工。例如，陶氏化学公司推出的食品级薄壁成型加工的PP共聚物，注塑成型薄壁容器的PP共聚物，熔融指数由70g/min提高到100g/min，成型周期可缩短10%，能耗可降低33%，并容许厚度可减少4%~8%。帝斯曼公司的AkulonUltraflou高流量PA6，具有独特的链状结构，比普通PA6的螺线量高80%，而机械性能却几乎没有变化，流动性能优于普通PA6，可降低注射压力30%，成型周期缩短25%，加工温度降低720F，成型能耗降低约30%。
企业使用国家明令禁止的以甲苯、二甲苯为溶剂的单组分压敏胶，这给食品包装安全带来了很大危害，日益成为困扰行业食品包装安全问题发展的严峻课题。
2009年8月1日开始实施的推荐性国家标准《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》规定，苯类溶剂残留量不检出，说明我国日益重视添加剂的安全健康性。
2.功能化专用化安全环保型增塑剂
增塑剂是塑料原材料不可缺少的辅助材料，其健康水平直接关系到原材料的健康水平。目前国内使用的80%的增塑剂都是已被国外淘汰的对人体健康有害的价格低廉的DOP、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等增塑剂，塑料原料的健康卫生标准得不到保证，加快淘汰有毒增塑剂和开发推广新型无毒增塑剂已成为一种必然趋势，国内生产企业要下大力气研究新的催化、离工艺，尽快将性价比更高、安全性更可靠、对环境友好的新一代增塑剂产品推向市场。
绿色环保塑料增塑剂。柠檬酸酯类产品作为一种新型绿色环保塑料增塑剂，无毒无味，美国、欧盟等发达国家已先后出台规定，允许柠檬酸酯类产品作为与人体密切相关产品且卫生要求较高的塑料助剂之一，虽然国内已有生产，但由于价格高，不到推广应用。2010年8月，金陵石化公司成功实现新型环保增塑剂DPHP批量生产，改变了多年来国内市场长期依靠国外公司提供的现状，并于2011年12月签订出口销售到韩国合同并顺利出运。2023年3月8日，宁波东来化工有限公司与中科院大连化物所合作研发新型环保增塑剂项目签约，这将是继德国巴斯夫之后，第二家能够生产环保型增塑剂──DINCH（环己烷1，2-二甲酸二异壬基酯）的企业。
朗盛化学品集团根据食品和药品的塑料包装瓶安全健康的发展要求，开发更为安全的符合世界较严格的食品安全法规定的功能化、专用化增塑剂，取代传统的增塑剂。高分子增塑剂Ultramoll以及单分子增塑剂UnimollAGF，不仅可以保证出色的柔韧性能，并具备一定的氧气和水汽的透气性，从而保证果品、蔬菜类食品的长时期新鲜度，可用于要求苛刻的食品包装领域的增塑剂。单分子增塑剂Mesamoll与标准的增塑剂相比，胶凝速度更快，并且能够在低温下加工，从而提高生产率及降低加工成本。常应用于瓶盖内垫。
3.安全健康型着色剂
质量规格不符的着色剂可能带来诸多安全卫生隐患，过量添加也是塑料制品不合格的重要原因之一。欧、美、日等国家和地区对可用于食品接触制品的着色种类和要求等都制定了相应规定，如欧盟AP(89)1决议对塑料着色剂质量有明确指标要求，FDA法规21CFR178.3297部分也对7.5升水桶中允许使用的着色剂及其较高用量做了明确规定。在原料采购中重视原辅材料成分、等级和合格证明等相关信息，从源头降低不合格品产生风险。
Macrolex公司展示了符合美国食品药品管理局严苛要求的安全、可靠的着色剂，是PS、PC、ABS、PMMA以及PET等非晶态聚合物着色的理想选择。朗盛旗下功能化学品业务部（FCC)展示了一系列用于食品包装领域的创新有机染料。
分PolyOne(普立万)公司向市场推出医疗卫生产品用颜料和助剂新系列产品，包括颜料OnColorHC、功能助OnCaoHC和上述两种助剂的母料SmartbatchHC，其组分都符合医疗卫生专用规格指标和指定标准，包括USP(美国药典)、ISO10993标准、FDA、EP5.0等有关规定的要求。HC产品是专门为医疗卫生客户定做的材料，适用于各种医疗设施、药物包装、得药品传统设施和人体植入物。好得利颜料有限公司展示了应用于纯净水包装着色的群青PremierBC及碳酸饮料包装的PremierBC-R，此系列颜料混合于塑料原料中，成型加工过程中不产生任何气味。
四、塑料包装外饰环保化安全健康化
在发展低碳经济、推广绿色化印刷的今天，生产和使用环保化安全健康化油墨日益成为油墨业和印刷业的共识。无论什么类型的外饰都离不开油墨印刷。安全健康的印刷油墨是实现塑料包装外饰安全健康的关键。
目前所有的食品包装特别是凹版印刷的塑料包装都是采用溶剂型油墨印刷。溶剂型油墨是一种有机挥发物，能够导致比CO2更为严重的温室效应，严重污染大气环境。尽管对溶剂残留作了严格要求，但还是存在对健康所产生的伤害和印后剂残留影响食品的气味和食品的安全等问题。包装物上或多或少都存在有机溶剂残留，这些残留的有机溶剂种类很多，有苯、酮、酯、醇等，其中苯类溶剂会在短时间内穿透薄膜使包装里的食品受到二次污染，从而引发白血病等。以康师傅、旺旺、娃哈哈、雀巢为代表的软包装大规模生产企业，今年以来已全面转向使用无苯复合安全健康化油墨。
水基油墨。世界公认的环保型印刷材料，也是目前所有印刷油墨中经美国食品药品协会认可的油墨。目前美国塑胶印刷中有40%采用水性油墨，其他经济发达国家如日本、德国、法国等在塑胶薄膜印刷中使用水性油墨的量也越来越大。英国已经立法禁止溶剂型油墨印刷食品薄膜。塑料凹印油墨生产正受到消防法、劳动安全法、卫生法等法规的制约，因此积很开发和应用符合环保要求的绿色凹印油墨及水性油墨将成为一个必然趋势。水基油墨由于水的表面张力较高，导致油墨难于润湿，干燥缓慢；不适用高磁性环境，在冷冻食品包装上的应用耐受性差，尤其是在高速印刷软包装时的层次效果及颜色的再现性不良等问题。包装薄膜印刷中的油墨水性化，时至今日仍未达到真正的实用阶段，其重要原因是印刷性能和质量仍达不到溶剂性凹版油墨的标准。
醇溶型油墨。采用从VOC名单去除的乙醇等低毒的醇类作溶剂，解决甲苯类油墨对人体和环境的危害问题。目前在发达国家，醇溶型油墨已经全面替代了苯系油墨。我国凹印行业也广泛应用了可醇溶性油墨，并逐渐占据了油墨市场的主要份额。
UV油墨。主要成分为颜料、感光树脂、活性稀释剂、光引发剂和助剂，能够在一定波长的紫外线照射下，发生化学聚合作用瞬间固化。与普通油墨相比，干燥速度更快、用量更少，且稳定性更高，也更安全和环保。国产环保油墨存在的主要问题是：品种少、附着力差、光泽及色彩艳丽差、成膜干燥慢、价格高、套印差，难为市场接纳。
五、服务型研发理念
塑料包装原辅材料研发服务于塑料包装制品。塑料包装制品的规格、功能、性能等越分越细，塑料包装原辅材料也随之而变化，功能化和专用化的原辅材料特点也越来越显得突出，这就要求塑料包装原辅材料研发和制造的理念转型。长期来，国内塑料包装原辅材料有关制造单位，都以通用塑料为主，缺少个性化，重点放在设备制造上，很少研究塑料原料的具体应用，这也是我国塑料原料长期处在国际分工价值链“低端”的主要因数之一。
国际上，塑料原辅材料的研发制造处于地位的企业，主要的力量放在研究应用行业上，内部研发结构按应用行业进行分工，为服务行业的发展提供支持，服务行业想到的，他们首先考虑到，并提供全套的技术支持，取得新的增长点。三菱化学控股株式会社围绕烯烃的应用为中心，开发应用领域，以服务对象分为功能商品部门、卫生保健部门、汽车领域事业发展推进城等部门，各部门由市场部和开发部组成，市场部负责涉及多个事业部门的课题及有关新材料的客户需求，开发部以市场部的信息为基础，促进复合材料及新材料和机能部件等与新一代主题有关的共同开发，通过集团各公司的协同合作，在变化的市场中开展能够创造新价值的业务。
六、结语
塑料包装原辅材料绿色化表明，塑料包装原辅材料绿色化的研发必须以“现实需求”和“潜在需求”绿色化为宗旨，有目的和针对性地创新创造，实现塑料包装技术“中国创造”。摒弃只知研究材料的性能、而不知研究为何种包装制品应用的传统研究方法，树立为特定的塑料包装制品及其成型加工要求而研发专用的塑料包装原辅材料的研发观。将已取得的塑料原辅材料的绿色化技术成果应用于塑料包装绿色化。
