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禁塑令背景下复合软包装材料的降解技术路径探析
  浏览次数:7968  发布时间:2021年02月23日 09:26:41
[导读] 一次性塑料禁令提案是作为欧洲塑料战略的一部分。2019年3月27日,欧洲议会以压倒性票数表决通过该禁令,同意自2021年起开始大范围禁用一次性塑料产品,控制塑料垃圾污染。
 河南科技大学包装工程系
魏风军
一次性塑料禁令提案是作为欧洲塑料战略的一部分。2019年3月27日,欧洲议会以压倒性票数表决通过该禁令,同意自2021年起开始大范围禁用一次性塑料产品,控制塑料垃圾污染。2020年1月19日国家发展改革委及生态环境部联合发文《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,这是自2008年首次提出全国范围内的限塑令之后12年又一次重提限塑,因此业内人士多称此次《意见》为新版限塑令。新版限塑令与以往最大的不同,就是第一次明确提出了禁止限制塑料制品的具体要求和既定目标,并把塑料制品这一大类正式作为禁止、限制的主体,同时对其中所包含的各种塑料制品均提出了详细的要求,从不同地区、不同行业、不同品种3个层面,对塑料制品的生产、销售、使用都做了更为细致的划定,层层推进,环环相扣,称之为“禁塑令”。除了中国,包括欧盟、新西兰、美国、非洲等都结合自身的实际情况,颁布了“禁塑令”。这对复合软包装行业的未来会造成一定冲击。因此,“禁塑令”的颁布或将倒逼复合软包装领域的绿色化升级。本文试就此予以探析。

01 常见复合软包装材料及其工艺
当前,复合软包装是我国食品行业采用的常见包装形式之一,进入超市,琳琅满目的各类食品大多是以复合软包装的形式展现,软包装在老百姓生活的各个方面扮演着极其重要的角色,与金属、陶瓷、玻璃等传统包装材料比较,塑料软包装的轻便性是其他材料无法比拟的;从性能来说,复合软包装具有特定的阻隔性、防潮性、加工成型性,这也是其他材料所无法取代的。20世纪70年代末,我国从日本引进复合软包装,经过多年的实践与创新,我国复合软包装已经从小到多、从无到有,从单一到多元化发展,到今天为止,我国已经成为复合软包装的大国。
基于各类食品或药品对于包装材料的要求有所不同,一般而言,食品或药品包装对包装材料的要求是无毒、无异味、不污染内装物,具有良好的气密性、热封性、防潮性、防紫外线、耐热等。

基于上述性能的要求,对于复合软包装而言,常见的就有纸/塑复合、塑/塑复合、铝/塑复合。复合软包装的基材有二层、三层、四层或者更多。在实际应用中,根据不同的塑料膜进行组合,以复合的形式可以调控成多种复合软包装的结构材料,以实现不同细分市场的软包装应用。如CPP/PE、NY/PE、BOPP/PVD/PE等。当前,在上述应用中,复合软包装所能采用的基材种类一般有PE、PP、PET、CPP、BOPP、NY、PVDC等。

复合软包装对于食品的应用来说,实际上也是属于一次性包装的范畴,用户在打开包装享用完食品之后就被废弃了。目前国内的禁塑令尚未涉及复合软包装,但是来自于国外的禁塑令,对大多数涉及到的塑料都有细分要求,因此在未来,中国复合软包装企业生产的软包装材料,在被食品或者药品企业流通到国际市场时,便离不开国际禁塑令的要求。基于此,复合软包装材料类企业在考虑禁塑令的要求时,更多的是考虑国外禁塑令的相关要求及冲击,应提前储备复合软包装的降解技术,以备不时之需。

PE类塑料膜袋降解测试报告

02 复合软包装材料的降解技术路径
当前,复合软包装中涉及较多的一般有PE、PP、PET、CPP、BOPP、 NY、PVDC等,禁塑令的颁布使得生物降解塑料的开发与创新成为热点。大多数全生物降解塑料很难具备复合软包装所要求的阻隔性、气密性以及可高温加工性。

目前,降解塑料主要分为3类:光氧降解塑料、生物降解塑料、厌氧微生物降解技术,主要应用于包装行业、可堆肥、厌氧消化环境等。因此,结合复合软包装材料的应用实际、性能要求、加工环境及储存,从成本及使用的简易性上,建议复合软包装企业采用厌氧微生物降解技术,与软包装公司原有复合软包装材料技术体系予以整合,更快拥抱生物降解,满足“禁塑令”的要求。

洛阳绿之汇塑料降解科技有限公司的AdmPro®厌氧微生物降解母粒是一种有机添加剂,由传统塑料注入厌氧有机助剂制成,该助剂通过有细菌引起的化学活动把塑料引入生物降解阶段,最后只留下自然气体和生物能量。添加AdmPro®厌氧微生物降解母粒后塑料能够通过厌氧消化在垃圾堆填区里进行生物降解,支持海洋降解。

AdmPro®厌氧微生物降解母粒通过一系列的化学和生物程序把塑料引进微生物降解的厌氧环境里(该程序称为生物同化),允许微生物制造一种生物膜结构来渗透塑料。该生物膜只在无氧/厌氧的情况下形成,即垃圾填埋场和深海环境中;同时有助于扩大分子结构,为微生物制造更大空间并在聚合物链上发出吸引其他微生物的化学信号来进食塑料,提升了微生物降解速率。 

大自然中的厌氧微生物降解时刻在发生,因为过程是相对缓慢的过程所以不容易被察觉,但是,添加了AdmPro®厌氧微生物降解母粒的固体有机物PE(或PP、PET、PVC等)塑料可以大大加快该过程,它让PE(或PP、PET、PVC等)塑料以更高的速率完成了生物降解过程。让塑料制品仅产生二氧化碳、沼气(甲烷)和腐殖质(有机质),这与有机质相同的生物过程和残留物是相同的。其降解实现过程包括:

有氧阶段:在此阶段,酶和分解化学物质充当覆盖PE(或PP、PET、PVC等)塑料的生物膜的催化剂。在这段时间内,好氧微生物逐渐形成,垃圾中的水分不断积聚。标准PE(或PP、PET、PVC等)塑料的吸湿能力相对较小,但AdmPro® 厌氧微生物降解母粒会导致进一步溶胀,从而削弱聚合物键。这为微生物生长创造了分子空间,开始了需氧降解过程,在此过程中,氧气转化为二氧化碳。 

厌氧,非甲烷化阶段:氧浓度充分降低后,开始进行厌氧过程。在初始阶段(水解),微生物菌落会吞噬颗粒,并通过酶促过程将大分子聚合物还原为更简单的单体。AdmPro®厌氧微生物降解母粒导致PE(或PP、PET、PVC等)聚合物链的额外溶胀和张开,并增加了群体感应。这进一步激发了微生物以增加其定殖和聚合物链的消耗。随着时间的流逝,发生酸反应,其中简单的单体被转化为脂肪酸。在此阶段,二氧化碳的产生迅速发生。

厌氧,产甲烷的非稳态:微生物菌落继续生长,吞噬了PE(或PP、PET、PVC等)聚合物链并创造了越来越大的分子空间。在该阶段,将脂肪酸转化为乙酸,二氧化碳和氢。随着这一过程的继续,二氧化碳速率下降,制氢最终停止。
厌氧,产甲烷的稳态阶段:分解的最后阶段涉及产甲烷。随着微生物菌落继续吞噬掉PE(或PP、PET、PVC等)聚合物的其余表面,乙酸盐转化为甲烷和二氧化碳,并消耗了氢气。这个过程一直持续到剩下的元素是腐殖质为止。这种高营养的土壤为微生物创造并改善了 环境,并增强了分解的最终阶段。

在复合软包装降解技术升级方面, AdmPro®厌氧微生物降解母粒可以添加到PE(或PP、PET、PVC等)等薄膜原料中,实现微生物降解,其不改变原有塑料制品的设备和工艺,是当前复合软包装绿色化中较为可靠的降解升级技术。
上图以PE为例,在PE膜生产环节加入AdmPro®厌氧微生物降解母粒,经过国际知名检测机构——天祥集团检测,其45天生物降解率为7.15%,其不影响PE的性能,不需要改动设备和工艺。

结束语
综上所述,复合软包装在食品、药品中扮演着不可缺少的包装角色,而禁塑令又要求复合软包装在未来呈现可降解的特质,相信未来会有更多可行的降解技术和方案辅助复合软包装实现绿色化,我国复合软包装也将随着禁塑令升级绿色化,“绿色化”是破解复合软包装一次性白色塑料污染的治本良策。有鉴于此,当前虽然复合软包装领域,国内还没有禁塑的明令要求,但是国际版禁塑令对来自中国食品药品领域的禁塑令要求,就使得复合软包装企业应未雨绸缪,提前谋划降解技术,这也是来自全球禁塑令的启示与共识。