高阻隔材料-包装减量减少环境污染的解决方案

2020-09-24宋渊高亹旼张韵

塑料包装 2020年4期

宋渊高亹旼张韵

（可乐丽国际贸易（上海）有限公司）

1. 全球食物短缺及损失浪费

1.1 食物的全球性短缺

联合国粮食及农业组织、国际农业发展基金会、联合国儿童基金会、世界粮食计划署和世界卫生组织等机构于美国当地时间2019 年7 月15日上午联合发布了2019《世界粮食安全和营养状况报告》（以下简称《报告》）。《报告》指出全球食物不足发生率自2015 年之后结束了稳步下降趋势，连续3 年保持在略低于11%的水平上，全球饥饿人口的数量从2016 年的7.97 亿上升到2018 年的8.22 亿[1]，相当于全球每9 人中就有1人正经受着因食物不足而导致的饥饿。

1.2 食物的损失与浪费

据联合国粮农组织（FAO）统计估算，全球约有1/3 的食物被浪费，每年浪费的食物总量高达13 亿吨。倘若被浪费的食物中能有1/4 得以保留，则足以养活目前全球约9 亿的饥饿人口。因此，全球越来越多的国际机构与组织开始倡导减少食物的损失与浪费。

就“食物的损失与浪费”（Food Loss and Waste），各国学者们的看法不一。HLPE（High Level Panel of Experts on Food Security and Nutrition）专家组解释说：食物损失与浪费是指从收获到消费，食物链上所有环节供人类食用的食物量的减少；食物损失是指食物链上，消费前的所有环节供人类食用的食物量的减少；食物浪费是指在消费环节被丢弃的可供人类食用的食物；食物质量损失或浪费是指从收获到消费食物链上所有环节供人类食用的食物因腐坏或破损而造成的质量下降，例如营养流失。可见，有效区分“食物损失”与“食物浪费”将有助于在食物供应链的不同环节有针对性地找出减少食物损失和浪费的方法和措施[2]。

1.3 损失与浪费的原因

在储存环节，不恰当的存储方式或是缺乏冷藏技术是造成食物损失的主要因素。在流通环节，路况、车况及管理、操作（装卸货、搬运）方式均会造成食物的损失。在加工环节，加工设备不足、加工技术落后也是造成食物损失的两大重要因素。在零售环节，一些大型商超对食物外形（大小、色泽）以及保质期有着较高的标准也会导致大量新鲜、安全的食物被浪费。在消费环节，尤其是家庭消费方面，浪费的主要原因是购买或储存过量的食物，同时缺乏保存食物和有效利用食物的知识、方法。国外学者认为，食物包装的大小在瑞典造成了20%~25%的食物浪费。消费者更倾向于购买大包装的食物，但受制于现今小家庭化，独身化思潮的日趋普及，大包装的食物一旦被打开，往往无法在短时间内被消费完，从而导致了不必要的食物浪费。此外，在多数新兴的发展中国家，城市化的快速发展迫使越来越多的人加快工作、生活的节奏。减少购物次数、加大购买数量成为了如今都市人的无奈之选，而少次多量的购买方式极易造成食物囤积，最终导致不必要的浪费。

1.4 损失与浪费的影响

食物的损失和浪费会对环境、资源以及生态造成严重的负面影响。食物的生产需要占用大量的自然资源，而丢弃和浪费食物又会加剧甲烷和温室气体的排放。与此同时，随着食物一同被丢弃的包装也间接对环境造成了巨大的负担。据不完全统计，每年大约有1270 万吨垃圾（其中塑料约800 万吨）进入海洋，即便是在最偏远的南极以北1500 公里的南乔治亚岛。至少有180 种海洋动物，从微小的浮游生物到巨大的鲸鱼，都被发现在食用塑料。在英国捕获的鱼类中，有超过1/3被发现在内脏中存在塑料，包括日常餐桌上常见的食用鱼类以及贻贝和龙虾。包括信天翁在内的多数海洋动物主要依赖嗅觉觅食。据研究表明，一些海鸟和鱼类是被塑料的气味所吸引，即塑料发出的名为二甲基硫醚（DMS）的化学信号。

2. 减少食物浪费的解决方案

2.1 降低运输损耗

近年来随着电商的飞速发展，相较于传统商超，人们更倾向于网络购物的方便与快捷。为降低高速流通环节下货物的运输损耗，国外的包装企业正逐步使用轻量化的塑料软包装来替代玻璃瓶，铁罐以及纸袋等传统包装形式。

包装轻量化作为一种趋势，既可以降低原料和运输成本，还能从源头上减少资源消耗和包装废弃物的数量。

2.2 采用小包装化

“ 2019 天猫食物趋势大赏” 发布了2016~2018《天猫食物行业趋势分析报告》。报告指出，近2 年来食物市场呈现出了一些新趋势，食物小包装化就是其中之一。

仅2018 年小包装的混合型坚果就占据了1/4的零食市场。无独有偶，早在2017 年发布的调味品行业报告《酱油篇-酱油行业4 大发展趋势及行业内企业对比》一文中也有提及，从日本及其他国家快速消费品（FMCG）的发展趋势来看，小包装化趋势不可逆。

小包装化食物盛行的原因归结以下2 点：

小家庭，单身独居人群的规模扩大。国金证券消费研究中心的研究报告指出，我国单身人群已达2.2 亿人。如此庞大的受众群体催生了“1人食”文化的迅速崛起，为空间占用小，便于快速消耗的小包装化食物及其产业的发展奠定了基础。

现代人对生活品质要求的不断提升。小包装化的食物更容易控制摄入量，尤其是零食类食物。消费者不必再面临两难的抉择：一次性吃完对身体产生负担，不健康；吃不完存储起来又容易变质，造成不必要浪费。小包装化的食物能较好地满足现代人对健康生活及生活品质的追求。

精美的小包装，不仅能吸引消费者的眼球，从另一方面也降低了消费门槛，使得更多地域性的品牌有机会被广大消费者所知晓，间接提升了品牌的渗透效应。

2.3 提高阻隔性能

食物变质的原因多种多样，其主要受生物因素（微生物增殖、酶反应）、化学因素（油脂、色素、维生素的氧化）以及物理因素（香味散失、异味吸附、吸湿、干燥等）的影响。而温度、氧气、酶和光的作用也会加速食物的变质。随着采用冷链保鲜、添加遮光材料、抑制酶的活性等手段、技术的不断推广、应用，提高产品的氧气阻隔性也逐渐受到了国内外包材厂商及终端企业的重视。

OTR*单位：cc·20μm/m2·day·atm

2.3.1 阻隔材料及优缺点

可见，金属、铝箔以及玻璃等材料虽然有较高的阻隔性，但相应的生产成本和运输成本较高。而塑料类的包材，不仅轻便易运输，其开启便利性及高气体阻隔性等优点也越来越受到广大消费者的青睐。

2.3.2 乙烯乙烯醇共聚物

日本株式会社可乐丽（KURARAY CO., LTD.）于1972 年首次成功地实现了乙烯乙烯醇共聚物（EVOH）树脂的工业化生产，EVALTM 是EVOH树脂产品的注册商标。EVOH 树脂通过不同的乙烯基和乙烯醇基的聚合比例，达到了让其兼备了聚乙烯醇的卓越气体阻隔性能和聚乙烯优秀的热熔融加工性能。EVOH 树脂因其优异的保香性、透明性、耐油性、耐有机溶剂性和环保性，被广泛应用于各类食品包装、医药包装、农药瓶、汽车油箱、地暖水管、防污墙纸等领域。根据乙烯基mol%的不同，可乐丽将常用的EVALTM 树脂分为M 牌号（24 mol%），L 牌号（27 mol%），F牌号（32 mol%），C 牌号（35 mol%），H 牌号（38 mol%），E 牌号（44 mol%）和G 牌号（48 mol%），共7 种。

2.3.3 阻隔性的影响因素

2.3.3.1 材料的使用厚度

*纵坐标OTR 单位：cc/m2·day·atm；at 20℃，65%RH

可乐丽选取了4 种具有代表性EVALTM 树脂并将其制成薄膜。在20℃，内、外均为65%RH的条件下，每平方米不同厚度EVOH 薄膜1 天·1大气压下的氧气透过量与其厚度成正比。

2.3.3.2 材料的透氧速率

单位：cc·20μm/m2·day·atm

观察上表所列检测数据不难发现，不同材料之间的氧气阻隔性存在着不小的差异性。对比EVAL-E（Et44%）和LDPE，两者在20℃，65%RH条件下的透氧速率相差 5000 倍以上；而同为EVOH 树脂的 EVAL-F（Et32%）和 EVAL-E（Et44%）之间也存在着6 倍以上的差距。因此，根据需求选择合适的材料，在确保性能的前提下能有效减少包材的使用量，降低对环境的负荷。

2.3.3.3 材料的相对湿度

上图为20℃时不同高分子材料在不同相对湿度条件下的氧气透过率。通常情况下，20℃时包装外部环境的相对湿度为65%。在食品包装领域，对于多数情况下作为非直接接触层的EVOH而言，其所处的实际相对湿度范围在65%~90%之间。当相对湿度上升时，以EVOH 为代表的阻隔材料其氧气透过率会随之上升。通过与阻水或疏水效果较好的材料叠加使用，合理优化包装结构，便能有效的保障EVOH 的氧气阻隔性。

3. 降低环境负荷的相应对策

减少食物浪费的同时，构建包材回收再利用的闭环，能有效减少环境污染，降低环境负荷。

对包材进行回收、再利用大体上可以基于生产时回收和消费后回收（PCR，Post-consumer recycling）两个阶段展开。上图是以热成型加工为例，给出的包材循环利用的构想。

3.1 生产时的回收

以PP/EVOH/PP 热成型片材为例，如终端客户对包装透明度无特殊要求时，可适当在共挤生产时添加一定比例的边角料。通过减少主料PP的使用量既控制了总成本，又避免了因边角料废弃而导致的白色污染。据检测分析，使用PP/Reg/EVOH/Reg/PP 的结构相比于传统的PP/EVOH/PP 结构最高可减少约40%（厚度百分比）的新料使用量。

3.2 消费后的回收

为了改善生态环境，中国政府于2017 年7月颁布禁令，从2018 年1 月1 日起禁止从欧美国家进口废塑料。次年1 月31 日，上海市十五届人大二次会议表决通过《上海市生活垃圾管理条例》，该条例于7 月1 日起正式开始实施。此举标志着，在推行20 多年后，“垃圾分类”在申城纳入法治框架：个人混合投放垃圾，最高可罚200元；单位混装混运，最高可罚5 万元。

就如何变废为宝，使废弃包材得以二次利用，可乐丽（欧洲分公司）做了如下研究与试验：

以PP 为主料的废弃包材为试验对象，通过回收清洗、混炼去杂质、进而造粒挤出，得到了3 种不同结构的片材，分别为：R-PP-S monolayer（100%废料/边角料）、R-PP-S（25）+V-PP（75）/PP（25%废料/边角料+75%新料/PP）、R-PP-S（25）+V-PP（75）/EVOH/PP（25%废料/边角料+75%新料/EVOH/PP）。

基于欧盟法规第10/2011 号，可乐丽将异辛烷作为模拟填充物，以检测片材暴露在40℃条件下24 小时后的整体迁移量。测试结果如上表所示，除单层R-PP-S 片材外，其余两组样品的迁移量均低于限值，即均可用来包装食品。但同比迁移量数据并不难发现，使用了含EVOH 阻隔层的回收包装显著降低了限定物质的迁移量。可见，使用EVOH 作为阻隔层，降低因回收包装自身客观原因所导致的迁移风险问题，不失为包材回收领域的创新举措之一。