国内外 rPET 饮料瓶的发展现状分析

■ 文/严 宇，温嘉琦，高 迅，范冰心，杨洪苏，李志礼

（1.天津科技大学轻工科学与工程学院；2.天津科技大学电子信息与自动化学院）

自20世纪70年代聚酯PET瓶作为饮料包装容器第一次出现在人们的视野里，就广受制造商的喜爱。2016年全球聚酯PET瓶的消耗量达到4 800 亿个，到了2020年PET瓶的年产量达到3 000 万吨，它的消耗量更是超过5 000 亿个[1]。在中国环境科学研究院2020年《我国PET饮料包装回收利用情况研究报告》中，调研到在我国现有回收体系下，全国 PET 饮料瓶回收率可达 94%以上[2]。rPET 在纺织行业已得到了广泛应用，超过80%的rPET 进入再生纤维行业，但近年来再生纤维行业产能过剩问题凸显，PET的多元化及高值化再生成为新趋势。本文主要总结分析各国针对rPET制定瓶的相关法律法规、安全检测方法和现有的生产工艺，为我国rPET高值化再生提供参考。

1 与rPET瓶相关的法律法规

自20世纪70年代聚酯PET瓶出现不久后，欧美等国家就开始关注并研究聚酯PET瓶的回收再生。在美国食品药品监督管理局（FDA）于1994年发出第一份rPET饮料瓶的无异议书后，rPET饮料瓶的发展正式拉开帷幕。经历了近40多年的发展，国外有关rPET瓶的研究已经达到相当高的水平，且相关法律法规已基本完善。而我国由于受到PET瓶的回收再生技术的限制及相关卫生安全问题的困扰，在rPET食品接触材料领域内尚未有完善的相关法律法规。

1.1 美国rPET相关法律法规

FDA在1992年颁布了《食品包装中使用再生PET的考虑要点》，该法案要求相应的企业和生产商，在生产rPET时，须向FDA提交该工厂PET回收再生这一过程的详细流程介绍，即有关PET瓶回收再生过程中消除污染物的详细措施和该生产线与设备的去污效率。

FDA在2006年颁布了《食品包装中使用再生PET的考虑要点》的修订案《食品包装中再生塑料的化学安全须知》[3]，该修订案基于回收的聚酯塑料中的化学有害物质可能会残存在再生聚酯中，可能迁移到与材料直接接触的食品中，确定了用于评估PET回收再生过程中污染物推荐种类数量和挑战测试具体实施方案。

美国加利福尼亚州为解决塑料废弃物危机，出台了AB792号法案。该法案要求该州到2021年，市场在售的PET饮料瓶中必须含有10%的回收PET（10%rPET）。到了2025年回收成分必须达到25%，而到了2030年回收成分则需要达到50%以上。

1.2 欧盟rPET相关法律法规

欧盟在2004年颁布了《包装及包装废料指南》的修订案2004/12/EC，该修订案规定了聚酯材料回收再利用的相关准则，并要求欧盟各成员国建立适合本国国情的包装废弃物回收利用体系及回收再生系统，并完善相应体系与系统的质量评估方法。

欧盟在2008年发布了EC(NO)282/2008指令《欧盟再生塑料包装条例》。该条例规定，食品级聚酯的回收再生过程需要经过欧盟食品安全局(EFSA)审核后，才可进行相应的生产。对于需要审核塑料回收再生工艺的企业，首先需要向EFSA上交审核申请函。该申请函必须证明该企业对塑料包装回收再生过程拥有合适的监管体系，确保再生聚酯材料和聚酯包装符合有关食品安全法。同时，必须证明聚酯材料在回收再生过程中能去除有害污染物，确保再生聚酯材料不会危害人体健康。

2015年10月26日，欧盟发布有关再生聚酯塑料和食品级聚酯塑料废弃物处理条例EC（No.2023/2006）。该条例要求企业在生产再生聚酯瓶时，必须严格按照条例中的标准处理PET回收料中的有害物，从而能够有效地将有害物降低到不对人类健康构成威胁的水平。而在2018年欧盟颁布了《欧洲循环经济中的塑料战略》，它并提出自2025年起，25%的再生聚酯要用于食品级聚酯瓶的生产，同时要求聚酯饮料瓶的回收率至少为90%，到2030年时，欧洲市场上的塑料包装均要实现重复使用或循环再生。

1.3 日本rPET相关法律法规

2012年4月，日本政府颁布了关于食品用具及包装容器中再生聚酯塑料的使用指导指南。该文件对原生材料PET瓶及再生材料PET瓶进行了定义，规定了回收再生塑料的适用范围及再生PET瓶的使用等级，并对PET再生工艺进行分类，同时确定了rPET瓶的安全评估准则。

日本政府在2018年中旬发布了《第4次循环型社会形成推进计划》[4]。该计划针对塑料垃圾危机提出解决方案：努力提高塑料垃圾回收利用率，对塑料回收再生利用技术进行改革与创新，并在提高塑料回收率的基础上构筑稳定再生体系。该计划要求到2030年后，日本国内聚酯饮料瓶、购物袋、餐具等塑料废弃物的排放量降低25%，并能实现聚酯饮料瓶100%的回收[5]。

1.4 其他国家rPET相关法律法规

2007年8月，巴西卫生监督局发布了决议草案No.74《食品级再生PET在南美市场的技术法规》，该技术法规对在食品包装中使用再生聚酯PET规定了一般要求及评估、授权、注册和标签标准。

2020年2月，泰国食品药品监督管理局发布公告称，有关食品接触材料的法规修订案将允许使用再生聚酯材料。为更好地确保再生聚酯的安全性，泰国政府要求聚酯塑料进口商和制造商需提供有关目前用于生产原生PET化学品的信息，以确保原生聚酯材料来源的安全性。

1.5 中国rPET相关法律法规

1990年11月，国家卫生行政办公室发布卫生指令8号《食品用塑料制品及原材料卫生管理办法》。该管理办法规定：对于所有用于食品直接接触的材料和包装，不允许使用任何再生原料。而后国家质量监督总局于2006年7月初颁布了有关食品级塑料制品（如包装容器、餐饮用具）的生产准则，该准则规定了食品级包装的原材料必须符合相应的安全标准，且回收料和污染料不得作为原料。

2018年12月，国家市场监督管理总局颁布了《食品相关产品生产许可实施细则之食品用塑料包装容器工具等制品》，该法案对部分塑料包装容器的内容进行了重新修订，将有关塑料制品中“原料不得使用外购回收料”等相关规定移除。

2020年国家发改委颁布最新禁塑令，该法令提出关于塑料废弃物的回收利用与处理，并强调实施垃圾分类，加大塑料废弃物等可回收物分类收集和处理力度，禁止随意堆放、倾倒造成塑料垃圾污染。

2 食品包装中有害物检测方法

食品包装的质量安全问题一直是各国关注的焦点。在食品包装的工业化制造中，由于各种不同原因，食品包装中可能存在部分有意添加物和非有意添加物。不同于原生PET，rPET作为再生聚酯包装，其所含有害物质的可能性更大，且有害物的来源也更加复杂。因此，建立合适的检测手段，对rPET瓶中的有害物质进行检测就显得十分重要。而不同食品包装中有害物的检测具有普适性。目前对食品包装的检测手段主要有气相色谱质谱联用（GC-MS）、气相色谱氢火焰离子检测（GCFID）、高效液相色谱质谱联用（HPLC-MS）、电感耦合等离子体质谱 （ICP-MS）、超高效液相色谱质谱联用（UPLC-MS）、电感耦合等离子体光学发射光谱（ICP-OES）等。

2.1 有机化合物的检测

Yutaka Abe通过液相—二级质谱联用仪（LC-MS/MS）对日本市售聚酯PET矿泉水瓶中的甲醛和乙醛的残留含量进行检测分析，发现61%样品检测出了甲醛，其质量浓度在2.6 ng/mL~31.4 ng/mL范围内，68%样品检出了乙醛，其质量浓度在5.3 ng/mL~143.5 ng/mL范围内，两者的检出量均符合日本安全法律法规[6]。

Mahdiyeh Otoukesh通过UPLC-MS对市场在售聚酯PET水瓶中的丙烯酸酯类化合物的迁移进行检测。结果发现，乙二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等4种丙烯酸酯类化合物存在于食品模拟物中，且这4种丙烯酸酯类化合物的迁移含量低于欧盟安全法规规定的SML值（50 ng/g）[7]。

李丽怡通过高效液相色谱仪（HPLC）对PET水瓶中的两种光稳定剂含量和迁移量进行检测，发现聚酯塑料水瓶中的两种化合物的检测含量低于国标和欧盟安全标准规定的限值，且它们的迁移受食品模拟液的种类，迁移时间，迁移温度的影响[8]。

王杰通过高效液相色谱—紫外检测仪（HPLC-UV）对不同市售聚酯PET水瓶中的小分子化合物双酚A的含量和迁移量进行检测与分析。结果显示，其中5种聚酯PET水瓶检出了少量的双酚A，而双酚A的残留量和迁移量均符合国家安全标准[9]。

2.2 微量金属的检测

Cristina Bach通过GC-MS和ICP-MS分别研究了阳光照射对PET瓶中化学物质和微量金属迁移量的影响。结果显示，化学物质和微量金属迁移量受水的类型和二氧化碳含量影响[10]。

Eri Kishi使用电感耦合等离子体光学发射仪（ICPOES）和ICP-MS对日本市售聚酯PET饮料瓶进行微量元素的检测。共检测出5种主要化学元素：锗、钛、锑、磷、钴，且这些化学元素的含量远低于日本卫生烯烃和苯乙烯塑料协会（JHOPA）所规定的限值[11]。

3 rPET饮料瓶的生产工艺

国际上，从“瓶”到“瓶”的PET回收再生技术已经相当成熟，尤其是美国和欧盟。目前rPET瓶的生产工艺主要有3种，分别为物理法回收再生工艺、化学法回收再生工艺和半化学法回收再生工艺。

3.1 物理法回收再生工艺

物理法回收再生技术又称为机械法回收再生技术，该工艺的技术原理是通过机械设备对经过分离、破碎、干燥的PET瓶片进行净化[12]，除去PET瓶片中残存的化学污染物和杂质颗粒。而后进行造粒、增黏、脱醛、注胚、吹瓶，得到rPET瓶，具体工艺流程如图1所示。物理法回收再生工艺主要有两种方式：第一种是将回收的PET瓶切片粉碎，通过PET瓶片、PET瓶盖、PET瓶标3种产品材质密度不同，去除瓶盖和瓶标，并对分离（溶剂分离、泡沫分离）的PET瓶片进行清洗干燥，而后进行造粒、注胚、吹瓶；第二种是直接通过设备去除PET回收瓶上的瓶盖和标签，再对瓶子进行切片粉碎、清洗、干燥，而后进行造粒、注胚、吹瓶。目前，物理法较为成熟，国外生产商也往往采用物理法，如法国达能集团旗下品牌依云推出的100% rPET矿泉水瓶，威立雅华菲生产的“AAA”rPET食品级切片，西帕和Erema联合开发的XTREME Renew聚酯回收再生系统生产的rPET瓶胚。尽管物理法广受生产商的喜爱，但它也有缺点：由物理法生产的rPET切片和粒子的特征黏度远低于原生饮料瓶所需要的黏度，因此还需对rPET切片进行增黏才能达到瓶级黏度的标准。

图1 物理法回收再生工艺流程图

3.2 化学法回收再生工艺

化学法回收再生工艺是将回收的PET瓶粉碎、洗涤、干燥，用化学试剂直接解聚PET瓶片，使PET瓶片解聚成原料小分子（对苯二甲酸和乙二醇）或者是分子量较低的中间单体分子[13]。通过一些化学试剂对这些单体、小分子进行纯化，除去附着在分子链上的有机污染物，再聚合成新的聚酯PET材料，而后进行造粒、结晶、脱醛、注胚、吹瓶等。化学法具体工艺流程图，如图2所示。其主要工艺方法有水解（包括碱性水解[14]、中性水解和酸性水解[15]）、醇解[16]（一元醇解法、二元醇解法）、糖解[17]等。目前有部分公司采用化学法，如可口可乐公司推出的10% rPET的饮料瓶，而2021年可口可乐将会把饮料瓶中rPET的含量提高到25%。化学法实现了低品质瓶到高品质瓶的工艺技术，但在PET瓶片的解聚和聚合中会添加部分化学试剂，从而产生化学污水。

图2 化学法回收再生工艺

3.3 半化学法回收再生工艺

半化学法回收再生工艺又被称为物理—化学法，即将部分物理法和部分化学法相结合。由该法生产可得到与化学法生产相同质量的rPET食品级切片，且该工艺的化学污染小于化学法产生的污染。但该法生产成本较高，且聚酯原料的损耗也比前两种工艺多，其损耗率可达5%。半化学法回收再生工艺流程主要由4部分组成：

（1）原料处理，即剔除有色瓶和不干胶瓶，对PET瓶进行粉碎、清洗、漂洗、干燥。

（2）化学去污，即加入碱性化学物质除去回收聚酯中残存的化学有害物，以及聚酯生产的原料乙二醇和对苯二甲酸。

（3）深度清洁，即在一定温度条件下、连续清洗、加热、干燥，除去产生的挥发性污染物。

（4）注胚吹瓶，即将聚酯PET结晶、固相缩聚，以提高聚酯的物理性能，再将rPET食品级切片进行注胚、吹瓶得到rPET饮料瓶。

4 结论与展望

rPET瓶作为PET瓶级回收利用的高价值方案，符合当今的循环经济。但由于rPET瓶中有害物质的复杂性与不确定性，目前只有十几个国家的法律允许使用rPET瓶。不可否认的是，随着rPET瓶生产工艺的不断革新和相关安全检测方法的不断进步，各国rPET瓶的相关法规也会逐渐得到完善，rPET瓶也将被广泛使用，从而将真正实现不可再生资源的循环利用。