一、绿色包装材料的研制开发是“绿色包装”最终得以实现的关键。
重复使用和可再生性是绿色包装材料的关键。瑞典等国家的聚酯PET饮料瓶和PC奶瓶的重复再用达20次以上;荷兰与美国公司对PET容器进行100%回收再生利用。
绿色包装材料通常有两种。一是可食性包装材料。澳大利亚昆士兰土豆片容器公司,研制出一种可食用的盛装炸土豆片的容器,其中添加了酸、辣、咸味以及熏味、酱味、鸡味等不同风味,使得容器的味道并不亚于土豆片的味道。在日本,利用从壳类中提取出来的脱乙酰壳多糖,制造出一种可食用性包装,用它包装的快餐面、调味品等可直接放入锅内烹调。
二是可降解材料。可降解塑料包装材料结束使用寿命之后,可在自然环境中分裂降解和还原,最终以无毒形式重新进入生态环境。用土豆淀粉和纤维混合制作的网兜盛水果,可减少大量水果包装废弃物对环境的破坏。
■图-玻璃包装设计
二、要想设计出能被项目客户接受的具有实用价值的绿色包装,必须要对各种常见软包装材料的基本物理、化学、机械、生物等方面的特性有足够了解。
软包装领域有代表性的包装材料为各种塑料薄膜、金属铝箔,各种印刷和复合过程中用到的油墨、黏合剂以及它们的混合溶剂。
主要薄膜材料种类:LDPE、HDPE、CPP、BOPP、PET、PA、VMBOPP(VM代表镀铝,后同)、VMPET、VMPA等,还有一些是很少单独成膜(成本高或加工困难),但经常作为复合薄膜的某个构成成分而出现,如(m)LLDPE、EVA、EVOH、PVDC、PVA、某些特殊的黏合树脂等。
金属箔类:目前只有铝材具有可被延展成箔片状的特性。
油墨种类:按溶剂种类可分为苯溶型、醇溶型和水溶型,另外还有紫外线干燥的UV油墨。
薄膜方面,在常规软包装材料里,LDPE、LLDPE、EVA具有很好的可热封性,此外,HDPE和CPP可热封,所以在选择热封层时主要考虑这些材料,另外,这些材料的成本也具有很大的竞争力;PP类材料耐热性好,可作蒸煮包装用,但不耐寒;PE、PP类材料阻气性很差,但有一定阻水性,机械强度一般,成本低廉,加工方式多样且成熟,是最通用的塑料包装材料;双向拉伸类薄膜(BOPP、BOPET、BOPA)不具备热封性,延伸率低,但定型性好,一般用在外层作保护层或作为镀铝基材;PA机械强度高,特别是耐戳穿强度,有一定阻气性,但易吸水变形及造成阻气性下降,且成本高;PET机械强度高,光学特性极好。另外这些材料的印刷性能均不太好,需要在印前经过电晕或其他能提高其表面性能的方法处理才可以进行印刷加工。
不单独成膜的材料里,(m)LLDPE和EVA很多时候是用来改变PE或PP等材料的加工特性、机械性能和热封性能而添加的,也可以作为复合薄膜材料的某个具有明确目的单独层使用;EVOH和PVDC一直以高阻隔性而著称,因而经常是以单独阻隔层的形式出现在多层复合薄膜的内部,PVDC还经常以乳液的形式被涂布加工在各类薄膜表面以提高其阻隔性,称为K膜;PVA也是一种阻隔性很好的材料,且具有很好的环保性,也经常以乳液涂布的方式加工,但国内还不太普及。
油墨方面,软包装领域最常用的印刷方式是凹印和柔印,这两种印刷方式的油墨均为具有一定流动性的液体墨。为适应加工过程的需要,一般在实际使用过程中需要同其他溶剂混合。这就引申出了苯溶型、醇溶型和水溶型等一系列以油墨溶剂为区分要素的油墨种类。苯类为主体(含酮、酯、醇等)的混合溶剂作为一种优秀的有机溶剂,十分适合凹印和柔印的印刷工艺,也是使用最成熟的溶剂,在印刷干燥性控制、油墨黏结强度和色彩还原性方面均能达到令人满意的效果,而不足之处则是对人体有严重危害,且气味刺鼻,令人难以忍受。醇溶性油墨则是为了弥补苯溶性油墨在环保性方面的不足而开发的,目前也已相当成功,国内的油墨大公司提供的醇溶性油墨基本能满足正常印刷工艺和印刷质量的要求,但醇性油墨对环境和人体还是有一定损害。水性油墨是一种最环保的油墨,在国内目前更多的用于柔印领域,凹印领域也在逐渐提倡使用,但水性油墨在干燥性、黏结强度和色彩还原性方面还有待提高。
黏合剂方面,由于现在各种结构的复合薄膜逐渐流行起来,黏合剂的使用也趋于普及,且种类趋于多样化,但目前最常用的是双组分聚氨酯(PU)黏合剂,优点是使用量少,复合强度高,适用面广,耐温性、耐溶剂性好以及稳定性好等;缺点是复合工序加工完毕后需要在特殊的环境下熟化一段时间,影响了效率并提高了成本。一般使用酯类为主的溶剂,有一定的环保性问题。另外,非主流的单组分氯丁胶黏合剂和双组分的丙烯酸酯黏合剂在国内也有一定的市场。黏合剂方面的环保化趋势是提倡使用水溶性黏合剂或无溶剂黏合剂,当前水溶性黏合剂不如水性油墨普及和深入人心,但以美国罗门哈斯公司为主的业内相关团体正在其国内大力推广这项有利环保的产品,并且预测国内的水性黏合剂市场在未来几年内会有飞速增长的态势。无溶剂黏合剂则受制于设备的低普及率、有待进一步成熟完善的加工工艺及自身高昂的成本价格,目前在国内的市场份额不大,但因其有利于环保,预测将有发展的趋势。
在创意软包装设计中要体现绿色包装的理念,就必须遵循绿色包装的设计原则,即“3R1D”原则再加上两点拓展性原则。最完善彻底的绿色创意包装设计原则,也是大多数非专业人士都想得到的环保化设计原则。
■图-学生包装作品
三、金属包装材料的生态设计
金属包装生命周期全过程,即采矿、冶炼、轧制钢(铝)板到制作包装、使用、废弃等,对资源及能源的消耗均很大,对环境尤其是大气会造成污染。因此,必须大力推行清洁生产,改进落后的生产工艺,推行科学的生产管理,使金属材料生产对人体及环境的损害减至最小。
■图-学生包装作品
金属包装生态化设计,是在设计阶段就从改善包装材料的环境协调性和降低环境负载出发,对材料资源(资源容量)、材料成分、工艺、结构和性能、循环使用、生态平衡(环境容量)等诸环节综合考虑,使材料的生产有利于降低环境负载,有利于废弃物循环再生,不仅使后期处理难度变小,而且使效益提高。当前的金属包装材料生态设计的方向是追求功能性、安全性、经济性和低环境负载性。金属包装材料节省资源、能源,降低环境负载最经济的途径是材料可循环再生性和包装轻量化,所以目前研究的重点是可循环金属成分和组织设计、包装专用化选材设计、包装容器轻量化和结构合理化设计以及生产清洁化设计等。
1.可循环再生金属成分和组织设计。金属成分的可循环再生设计的要求是不使用循环再生过程中难以除去的元素,尽可能不使用枯竭性元素,不使用有毒元素,不采用在循环再生过程中难以分离的某些元素等。
2.金属包装专用化选材设计。金属包装专用化选材设计主要针对包装用钢铁材料。欧美发达国家不仅开发专用马口铁,而且钢桶包装原材料钢板也为企业量身定制,使材料厚度、含碳量、硬度、镀锌层厚度更加符合制桶、制罐工业的需要,材料性能要求可不需太高,适合包装制作即可,材料尺寸按需要裁定,边角废料几乎为零,从而使钢桶等金属包装的质量、成本均为最佳,也符合适度包装及包装减量化原则。
3.金属包装容器轻量化和结构合理化设计。这项设计的目的是使金属包装材料的厚度符合绿色包装要求,去除包装冗余结构和使包装结构符合使用方便性要求和利于回收处理。有两种途径:一是材料薄型化。例如我国一直采用1.5~1.2mm厚的薄钢板制造200升钢桶,使钢桶可重复使用多次,但由于每次使用前都必须对旧桶翻新清洗和脱漆,因此产生了大量的有毒有害液体、气体,污染了环境。而国外一些发达国家率先采用0.8~1.0mm超薄型的钢板制造200升钢桶,使用后直接回收再生利用,不许再次使用,从而杜绝了环境污染,又有利于包装轻量化,降低了包装成本。二是改进及完善结构设计。例如闭口钢桶结构,在用户使用中普遍存在着残留物的问题,不仅造成内容物的很大浪费,而且这些残余物还可能对环境造成污染;留有残余物的钢桶对回收利用也造成麻烦,如果翻新利用,则清洗钢桶会带来更多的污染。一些发达国家从环保出发对钢桶结构进行改进,研制了几种不留残余物结构,如沟槽引流结构、流线拱顶型不留残余物钢桶结构等。
4.金属包装材料清洁化生产设计。金属包装材料的清洁化生产就是尽量使金属材料的加工过程消耗较低的资源和能源,排放较少的三废,并且在废弃之后易于回收再生。金属材料的清洁化生产,尤其是工艺流程的重大革新对于降低材料生产的环境负荷有极其重要的意义。金属包装材料的清洁化生产具体应包括生产工艺新技术的应用、生产过程的废弃物管理与三废的综合治理等,主要是要降低吨钢能耗比,降低钢铁比,保护环境和节省资源。
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