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        禁塑令背景下復合軟包裝材料的降解技術路徑探析
          瀏覽次數:7974  發布時間:2021年02月23日 09:26:41
        [導讀] 一次性塑料禁令提案是作為歐洲塑料戰略的一部分。2019年3月27日,歐洲議會以壓倒性票數表決通過該禁令,同意自2021年起開始大范圍禁用一次性塑料產品,控制塑料垃圾污染。
         河南科技大學包裝工程系
        魏風軍
        一次性塑料禁令提案是作為歐洲塑料戰略的一部分。2019年3月27日,歐洲議會以壓倒性票數表決通過該禁令,同意自2021年起開始大范圍禁用一次性塑料產品,控制塑料垃圾污染。2020年1月19日國家發展改革委及生態環境部聯合發文《關于進一步加強塑料污染治理的意見》,這是自2008年首次提出全國范圍內的限塑令之后12年又一次重提限塑,因此業內人士多稱此次《意見》為新版限塑令。新版限塑令與以往最大的不同,就是第一次明確提出了禁止限制塑料制品的具體要求和既定目標,并把塑料制品這一大類正式作為禁止、限制的主體,同時對其中所包含的各種塑料制品均提出了詳細的要求,從不同地區、不同行業、不同品種3個層面,對塑料制品的生產、銷售、使用都做了更為細致的劃定,層層推進,環環相扣,稱之為“禁塑令”。除了中國,包括歐盟、新西蘭、美國、非洲等都結合自身的實際情況,頒布了“禁塑令”。這對復合軟包裝行業的未來會造成一定沖擊。因此,“禁塑令”的頒布或將倒逼復合軟包裝領域的綠色化升級。本文試就此予以探析。

        01 常見復合軟包裝材料及其工藝
        當前,復合軟包裝是我國食品行業采用的常見包裝形式之一,進入超市,琳瑯滿目的各類食品大多是以復合軟包裝的形式展現,軟包裝在老百姓生活的各個方面扮演著極其重要的角色,與金屬、陶瓷、玻璃等傳統包裝材料比較,塑料軟包裝的輕便性是其他材料無法比擬的;從性能來說,復合軟包裝具有特定的阻隔性、防潮性、加工成型性,這也是其他材料所無法取代的。20世紀70年代末,我國從日本引進復合軟包裝,經過多年的實踐與創新,我國復合軟包裝已經從小到多、從無到有,從單一到多元化發展,到今天為止,我國已經成為復合軟包裝的大國。
        基于各類食品或藥品對于包裝材料的要求有所不同,一般而言,食品或藥品包裝對包裝材料的要求是無毒、無異味、不污染內裝物,具有良好的氣密性、熱封性、防潮性、防紫外線、耐熱等。

        基于上述性能的要求,對于復合軟包裝而言,常見的就有紙/塑復合、塑/塑復合、鋁/塑復合。復合軟包裝的基材有二層、三層、四層或者更多。在實際應用中,根據不同的塑料膜進行組合,以復合的形式可以調控成多種復合軟包裝的結構材料,以實現不同細分市場的軟包裝應用。如CPP/PE、NY/PE、BOPP/PVD/PE等。當前,在上述應用中,復合軟包裝所能采用的基材種類一般有PE、PP、PET、CPP、BOPP、NY、PVDC等。

        復合軟包裝對于食品的應用來說,實際上也是屬于一次性包裝的范疇,用戶在打開包裝享用完食品之后就被廢棄了。目前國內的禁塑令尚未涉及復合軟包裝,但是來自于國外的禁塑令,對大多數涉及到的塑料都有細分要求,因此在未來,中國復合軟包裝企業生產的軟包裝材料,在被食品或者藥品企業流通到國際市場時,便離不開國際禁塑令的要求?;诖?,復合軟包裝材料類企業在考慮禁塑令的要求時,更多的是考慮國外禁塑令的相關要求及沖擊,應提前儲備復合軟包裝的降解技術,以備不時之需。

        PE類塑料膜袋降解測試報告

        02 復合軟包裝材料的降解技術路徑
        當前,復合軟包裝中涉及較多的一般有PE、PP、PET、CPP、BOPP、 NY、PVDC等,禁塑令的頒布使得生物降解塑料的開發與創新成為熱點。大多數全生物降解塑料很難具備復合軟包裝所要求的阻隔性、氣密性以及可高溫加工性。

        目前,降解塑料主要分為3類:光氧降解塑料、生物降解塑料、厭氧微生物降解技術,主要應用于包裝行業、可堆肥、厭氧消化環境等。因此,結合復合軟包裝材料的應用實際、性能要求、加工環境及儲存,從成本及使用的簡易性上,建議復合軟包裝企業采用厭氧微生物降解技術,與軟包裝公司原有復合軟包裝材料技術體系予以整合,更快擁抱生物降解,滿足“禁塑令”的要求。

        洛陽綠之匯塑料降解科技有限公司的AdmPro®厭氧微生物降解母粒是一種有機添加劑,由傳統塑料注入厭氧有機助劑制成,該助劑通過有細菌引起的化學活動把塑料引入生物降解階段,最后只留下自然氣體和生物能量。添加AdmPro®厭氧微生物降解母粒后塑料能夠通過厭氧消化在垃圾堆填區里進行生物降解,支持海洋降解。

        AdmPro®厭氧微生物降解母粒通過一系列的化學和生物程序把塑料引進微生物降解的厭氧環境里(該程序稱為生物同化),允許微生物制造一種生物膜結構來滲透塑料。該生物膜只在無氧/厭氧的情況下形成,即垃圾填埋場和深海環境中;同時有助于擴大分子結構,為微生物制造更大空間并在聚合物鏈上發出吸引其他微生物的化學信號來進食塑料,提升了微生物降解速率。 

        大自然中的厭氧微生物降解時刻在發生,因為過程是相對緩慢的過程所以不容易被察覺,但是,添加了AdmPro®厭氧微生物降解母粒的固體有機物PE(或PP、PET、PVC等)塑料可以大大加快該過程,它讓PE(或PP、PET、PVC等)塑料以更高的速率完成了生物降解過程。讓塑料制品僅產生二氧化碳、沼氣(甲烷)和腐殖質(有機質),這與有機質相同的生物過程和殘留物是相同的。其降解實現過程包括:

        有氧階段:在此階段,酶和分解化學物質充當覆蓋PE(或PP、PET、PVC等)塑料的生物膜的催化劑。在這段時間內,好氧微生物逐漸形成,垃圾中的水分不斷積聚。標準PE(或PP、PET、PVC等)塑料的吸濕能力相對較小,但AdmPro® 厭氧微生物降解母粒會導致進一步溶脹,從而削弱聚合物鍵。這為微生物生長創造了分子空間,開始了需氧降解過程,在此過程中,氧氣轉化為二氧化碳。 

        厭氧,非甲烷化階段:氧濃度充分降低后,開始進行厭氧過程。在初始階段(水解),微生物菌落會吞噬顆粒,并通過酶促過程將大分子聚合物還原為更簡單的單體。AdmPro®厭氧微生物降解母粒導致PE(或PP、PET、PVC等)聚合物鏈的額外溶脹和張開,并增加了群體感應。這進一步激發了微生物以增加其定殖和聚合物鏈的消耗。隨著時間的流逝,發生酸反應,其中簡單的單體被轉化為脂肪酸。在此階段,二氧化碳的產生迅速發生。

        厭氧,產甲烷的非穩態:微生物菌落繼續生長,吞噬了PE(或PP、PET、PVC等)聚合物鏈并創造了越來越大的分子空間。在該階段,將脂肪酸轉化為乙酸,二氧化碳和氫。隨著這一過程的繼續,二氧化碳速率下降,制氫最終停止。
        厭氧,產甲烷的穩態階段:分解的最后階段涉及產甲烷。隨著微生物菌落繼續吞噬掉PE(或PP、PET、PVC等)聚合物的其余表面,乙酸鹽轉化為甲烷和二氧化碳,并消耗了氫氣。這個過程一直持續到剩下的元素是腐殖質為止。這種高營養的土壤為微生物創造并改善了 環境,并增強了分解的最終階段。

        在復合軟包裝降解技術升級方面, AdmPro®厭氧微生物降解母??梢蕴砑拥絇E(或PP、PET、PVC等)等薄膜原料中,實現微生物降解,其不改變原有塑料制品的設備和工藝,是當前復合軟包裝綠色化中較為可靠的降解升級技術。
        上圖以PE為例,在PE膜生產環節加入AdmPro®厭氧微生物降解母粒,經過國際知名檢測機構——天祥集團檢測,其45天生物降解率為7.15%,其不影響PE的性能,不需要改動設備和工藝。

        結束語
        綜上所述,復合軟包裝在食品、藥品中扮演著不可缺少的包裝角色,而禁塑令又要求復合軟包裝在未來呈現可降解的特質,相信未來會有更多可行的降解技術和方案輔助復合軟包裝實現綠色化,我國復合軟包裝也將隨著禁塑令升級綠色化,“綠色化”是破解復合軟包裝一次性白色塑料污染的治本良策。有鑒于此,當前雖然復合軟包裝領域,國內還沒有禁塑的明令要求,但是國際版禁塑令對來自中國食品藥品領域的禁塑令要求,就使得復合軟包裝企業應未雨綢繆,提前謀劃降解技術,這也是來自全球禁塑令的啟示與共識。