优化设计促进饮料瓶回收利用

2024-02-26粟颖

再生资源与循环经济 2024年1期

粟颖

（广州市城市管理技术研究中心，广东广州 510170）

1 现状

1946 年,英国发表了第一个制备PET 的专利，20 世纪70 年代美国杜邦公司制成了世界第一个PET瓶[1]。与玻璃瓶、铝罐相比，PET 饮料瓶以其质量轻、透明度高、熔点低、耐高温、耐冲击、无毒无味、运输方便和运输价格便宜等特点[2]，广泛应用于饮用水、碳酸类、茶饮类、果蔬汁类、乳类、功能类等饮料容器。从2014 年到2021 年，我国PET 瓶产能从746 万t 增长至1 270 万t。随着产能快速增长和大量使用，PET 饮料瓶的回收利用成为全球热切关注的问题之一[3]。

1.1 我国回收现状

我国PET 饮料瓶回收率达94%，已形成“生活垃圾分类投放点、专项回收箱、环卫工人—可回收物（资源）回收站点—可回收物（资源）中转站—可回收物分拣中心—再生资源处理企业”的完整PET 饮料瓶回收利用链条。

虽然我国PET 饮料瓶回收率高，但是，我国受行业产业化程度不高、业内企业规模小散乱、工艺技术较落后、回收PET 瓶杂质较多等问题的影响，目前主要以降级利用为主，我国目前超过75%的PET 瓶片只能降级生产再生PET 纤维，而再生PET 纤维作为混合材料无法再次回收利用，仅实现一次再生利用[4]。

1.2 国内外PCR 利用现状

为提高废塑料的回收率和回收品质，欧美等发达国家或地区已加强立法，规定了强制性再生材料含量比例。这些政策促进PCR 需求快速增长的及生产与利用。

我国从国家、省、市等层面印发了塑料污染治理的文件，但是，没有相关文件提出以PET 为主要成分的饮料容器中R-PET 含量要求，在强制使用PCR 塑料的政策上落后于欧美等国家。

目前，除了部分国家或地区从国家层面制定PCR含量目标，多个知名饮料和食品品牌也订立相关目标，减少原生塑料的用量，增加PCR 塑料的使用量。据悉，全球多家知名企业签署艾伦麦克阿瑟基金会（Ellen MacArthur Foundation）《印度塑料公约》，到2025 年，包装中再生塑料的使用量从4%增加到22%；到2025 年，每年对包装中再生材料的总需求超过500 万t[10]。

全球PCR 塑料市场必然呈现增长趋势。我国是塑料制品大国，PCR 塑料市场具有巨大的市场空间。“瓶到瓶”技术是指将PET 瓶加工成食品级R-PET 粒料，然后重新加工成PET 瓶。与石油原料制成的PET 瓶相比，再生PET 瓶可降低59%的二氧化碳排放，减少76%能量消耗，既节约资源，又减少碳排放。“瓶到瓶”的高端利用技术是未来国内外的发展趋势，未来“瓶到瓶”的R-PET 塑料将有很大的市场空间。

“瓶到瓶” 技术对我国PET 回收利用现在是一项高难度的挑战。实际上，我国的高回收率已基本具备“瓶到瓶”再生利用的回收基础[4]。但是，由于“瓶到瓶”的R-PET 塑料需达到食品级要求，为保证纯度稳定，PVC 等杂质的含量就必须稳定控制在3.0×10-5以下。因此，将从PET 饮料瓶设计角度，探讨影响PET 饮料瓶回收利用、可持续发展面临的问题，提出促进PET 瓶回收利用的建议，从设计角度提高PET 饮料瓶回收再生品质、减少分选难度、降低回收利用成本，有助于得到高品质、高纯度PET 饮料瓶片。

表1 部分国家或地区塑料回收相关政策梳理[5-10]

表2 部分品牌PCR 含量比例目标情况[11-13] %

2 存在问题

2.1 瓶身“轻量化”程度有待提升

近年来国际油价不断上涨，PET 原料价格也一路攀升，以PET 水瓶为例，瓶身成本占产品总成本的60%[1]。如何有效利用不可再生的石油资源，减少资源浪费，并保证产业的可持续发展，是国内外的焦点。目前，我国500 mL 的PET 碳酸饮料瓶的瓶重范围24～32 g，部分500 mL 的PET 水瓶的质量约15～20 g。部分PET 饮料瓶瓶身质量较重，瓶壁较厚，我国回收站点的自动化率不高，瓶身不易压扁，不利于回收。

2.2 PET 瓶颜色繁多

制造商通常根据外包装、饮料颜色等因素，选择不同颜色的调色剂，制成颜色繁多的PET 饮料瓶。虽然回收企业可用分选机将有色瓶子筛选出来，但有色PET 饮料瓶会影响回收效率，成色较差的只能混合制成品质、档次较低的母粒，降低PET 瓶片的价值，生产产品应用范围狭窄，市场接受度低且价格便宜[14]。高效分选出浅蓝色PET 饮用水瓶是分选中的难点，分选后的透明PET 瓶经常夹杂一些淡蓝色的饮用水瓶，由于颜色非常浅，肉眼或设备都难以分出。

2.3 回收标志细化程度不够

《包装回收标志》（GB/T 18455—2016）和《塑料包装制品回收标志》（GB/T 16288—2008）要求标明塑料制品材料、助剂以及含PCR 塑料等信息，行业标准《包装容器聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶胚》（BB/T 0060—2012）仅要求标明产品名称、生产企业等信息，中国合成树脂协会团体标准《聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）容器包装产品可回收再生设计指南》（T/CSRA 16—2022）要求瓶盖、标签须做可回收再生设计或不可回收再生设计。但是，这些标准均未明确要求标明PET瓶各部分清洁、回收要求。

因此，我国大部分PET 饮料瓶都没有细化瓶身清洁、瓶标和瓶盖处理等步骤，也没有标明瓶盖、瓶标是否可回收，应投放至哪类收集容器，导致大部分居民在投放前不清楚应如何清洁、处理PET 饮料瓶。缺乏强制性标准的指导作用，不利于得到高质量的PET 饮料瓶片[14]。

2.4 瓶标难去除

PET 饮料瓶处理过程中，为确保回收的PET 饮料瓶片的纯度和高品质，必须将瓶片与标签、瓶盖分离。由于瓶标设计问题，增大了回收的难度和成本。国内PET 饮料瓶瓶标有PVC、PP、PE 和可降解塑料等各种材质，70%的PET 饮料瓶瓶标是PVC 材质[15]。PVC 材质的饮料瓶瓶标成本低，透明度、稳定性好，收缩率适中[15]。PVC 的密度约1.40 g/cm3，PET 的密度约1.35～1.41 g/cm3，两者密度相近，PET 饮料瓶的预处理过程有水洗工序，水选时PVC 会和PET 一起下沉，无法用简单的浮选进行分选，需人工处理。PVC 的混入不仅会严重影响PET 瓶片质量，再生过程中还会产生有毒有害含氯物质，产生致癌因素。

另外，PET 饮料瓶瓶标常用的胶粘剂有溶剂型和水溶型两种，其中溶剂型胶黏剂因成本低而被大量使用，但此类胶粘剂大部分含有机试剂，对环境影响大，难以清除，给后端处理造成困扰，需人工处理，增加成本[2]。

2.5 瓶盖

目前PET 饮料瓶瓶盖的材质大部分为PE 和PP两种，PE 和PP 硬度都比PET 小，材质越软越适合做瓶盖，PET 瓶密封性越好。而PE 硬度比PET、PP 都小，材质更软、价格更低廉、模具更简易，因此应用更广泛，大部分PET 饮料瓶瓶盖材质为PE。瓶盖降低了回收瓶片的纯度和回收再生品的品质，因此，PET 饮料瓶处理过程中，需要在破碎前去除瓶盖，增加了回收利用成本。

2.6 PET 瓶拉手、铝口、橡胶密封垫

《瓶用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）树脂》（GB/T 17931—2018）等标准规定瓶用PET 树脂应无机械杂质，无带有可见黑斑的粒子。少量PET 瓶有拉手、铝口、橡胶密封垫等设计，在一定程度上增加了PET 瓶的回收难度，混合杂质的PET 瓶会影响分选难度、影响杂质含量。

微量的铝会影响PET 瓶的透明性，因此，R-PET中铝含量应低于5.0×10-5。部分PET 瓶子的盖子和塞子有PVC 衬层或PVC 密封，PVC 会影响PET 瓶色泽，因此，PET 回收过程中需要去除PVC。最有效的PVC去除方法是人工分选，人工费用较高[16]。

3 建议

3.1 瓶身“轻量化”

减少资源浪费的最有效方式就是PET 瓶实现“轻量化”。目前，全球多家知名企业正在推进瓶身轻量化的工作。德国克朗斯公司推出了仅6.6 g 的500 mL PET 水瓶，该瓶的顶部选择较小的直径，瓶身下部的壁厚小于0.1 mm，并用氮气稳定，避免运输过程瓶身内陷，克朗斯公司和百利盖公司为该瓶联合开发了仅重1.3 g 的瓶口、瓶盖仅重1.1 g，在螺口、瓶盖、材料分布、外形设计和氮气应用等多方面共同作用下，实现了只有6.6 g 的瓶重[17]。百事可乐北美公司推出的500 mL冰红茶和果汁饮料PET 瓶比原重量减轻了20%，从23.5 g 减轻到18.6 g，估计每年可减少大约2 000 万磅的废塑料[18]。法国西得乐公司推出的X-LITE Still PET水瓶，重量仅为6.5 g[19]，日本饮料业将2 L 的PET 水瓶从65 g 减轻至36 g[20]，KHS 集团推出的55 g 的1 L容量瓶比原重量减轻了10 g[21]。

通过优化瓶身结构设计、适当减轻瓶坯的重量和减少瓶壁厚度、减少加强筋等，实现外观美观、结构牢固、瓶身轻量“三同步”[17]。“轻量化”意味着减少原材料用量，减轻材料成本，减少了运输油耗，从而降低碳排放，同时便于回收站点人工压缩瓶身，从而减少存储空间、更便于运输。

3.2 瓶口“轻量化”

可通过改变瓶口壁厚、直径、高度、螺纹厚度等尺寸实现瓶口“轻量化”，同时需配套更薄、更短、更轻的瓶盖，可口可乐“冰露” PET 水瓶使用了“短瓶口”，克朗斯公司6.6 g 的500 mL PET 水瓶瓶口仅1.3 g，进一步为节约资源做贡献[17]。

3.3 连体瓶盖

通过设计连体盖，将有助于更好地回收PET 饮料瓶，瓶盖连着防盗圈（环），去除瓶盖时方便一起去除防盗圈（环）。目前，许多欧洲PET 饮料瓶制造商正在加快设计“轻量化”连体瓶盖。据悉，贝里国际与可口可乐公司合作在德国、西班牙和英国等欧洲国家推出PET 碳酸饮料瓶轻量化连体瓶盖，阿普拉（Alpla）、西得乐等公司也在抓紧开发连体瓶盖。连体瓶瓶盖能减少饮料瓶瓶盖污染环境，更有助于回收，推动可持续发展[22]。

3.4 颜色

PET 饮料瓶颜色的多样性是导致回收的PET 瓶片品质较低的重要因素之一，增加了分选难度，难以得到高品质、高纯度PET 瓶片[2]。提高PET 瓶片的价值，减少PET 瓶颜色是得到食品级R-PET 的关键。

据悉，为得到更洁净、无色的高品质PET 瓶片，除了乳制品等光敏产品，日本国内禁止生产有色聚酯瓶，根据颜色分类回收PET 饮料瓶[20]。为了促进PET 瓶的高质量循环利用，建议适度参考日本的经验，除果汁、乳制品等容易因光敏或紫外线而变质的产品以外，鼓励饮料和饮料瓶制造商生产无色PET 饮料瓶。在回收环节，根据无色、茶色、其他有色3 种颜色分类投放、收集PET 饮料瓶[20]。再利用时，人工处理环节将减少，处理费用将降低，R-PET 瓶片质量将提高。

3.5 去瓶标化

传统PET 瓶瓶标会展示配料、成分、生产地、保质期等产品的信息，难去除的瓶标增加了回收的难度。为了减少污染，部分企业简化了产品信息，使用无瓶标的PET 瓶，减少回收工序，节约回收利用成本，提高瓶身的回收利用率。无瓶标的PET 瓶有两种形式，一种是商标等产品信息印在瓶身上，例如可口可乐I L OHAS 矿泉水通过浮雕的方式展示产品信息，康师傅冰红茶通过激光打印技术在瓶身打印产品信息。这种方式可避免因标签和瓶身材质不同而增加回收难度，有助于更方便、有效地回收[21]。另一种是整体销售形式，例如以可口可乐无瓶标商品、日本雀巢无瓶标咖啡、日本饮料生产商“伊藤园”为例，按整箱售卖、不直接零售，外包装袋或箱体上印有产品信息[22-23]。

然而，这两种方式目前仍在试水阶段。失去标签后，产品信息被简化、消费者难以分辨真假。第一种方式直接在瓶身打印产品信息，会增加瓶身油墨清除、油墨废水处理工序、增加利用成本，第二种只适合整体销售、不适合零售。

3.6 瓶标、回收标志设计

由于去瓶标化仍在试水阶段，暂时无法大范围推广。因此，减少瓶标污染、提高R-PET 品质的最有效方式就是设计更有利于回收的瓶标和回收标志。日本各地要求投放饮料瓶时要撕掉瓶标、去掉瓶盖、清洁瓶身再投放，以便提高R-PET 瓶片的品质，减少杂质。参考日本经验，为设计更便利的瓶标、完善PET 瓶的回收标志，建议设计容易撕开的瓶标、便于回收的标志和处理步骤，标明各部分材质、投放要求等（如图1、2、3）。

图1 PET 瓶瓶身回收标志细化图示

图2 PET 瓶瓶标回收标志细化图示

图3 PET 瓶瓶标图示

由于国内70%的PET 饮料瓶瓶标是PVC 材质，难以用简单的浮选进行分选，而且瓶盖的材质大部分是PE、PP，容易影响再生PET 瓶片的质量，最好的处理方式是去掉瓶标，建议将瓶标归为其他垃圾，瓶盖根据实际情况可归为可回收物或其他垃圾。图3 的瓶标设计将有助于更好地指导居民操作，减少分选难度，降低回收利用成本，有助于得到高品质、高纯度PET瓶片[14]。