柔性多层包装的多重难题

在柔性包装行业中，与回收食品包装相关的挑战尤为突出。多层复合材料往往会对机械回收造成障碍，但在许多应用中却不可替代。只有设计出可回收且生态可持续的包装解决方案，才能找到替代方案。

（来源：adobe.Stock/TSUNG-LINWU）

多层复合材料可以高达12层，但通常不可回收。由于材料不能被回收为可重复使用的二次材料以实现更高价值的应用，因而会阻碍材料循环回路的闭合（图1）。

图1 循环经济的缺口：世界范围内，资源所遵循的路径平均只有9%属于循环路径。在每 年进入经济体的928亿吨矿物、化石燃料、金属和生物量中，91%未被回收利用（来源： AltstoffRecyclingAustria,EU；图片供稿：©Hanser）

然而，多层复合材料是一种成熟的包装体系，目前占据了全球包装市场约10%的份额，且具有许多优点。材料可以形成不同组合，这一事实为利用材料形态和相关特性提供了可能的途径。

即使是薄薄的几层材料也能起到阻隔作用，充分保护其内容物。每种材料都有其独特的结构，包括极性、结晶度、触感（聚合物中侧链的重复序列）以及分子量分布，因此具有不同的应用潜力。

通过机械回收来封闭材料循环回路

现在，必须重新思考整个价值链。欧盟的战略目标是在2030年之前，只有可回收或可重复使用的包装才能投入流通，这一目标基本不可动摇。如果要通过机械回收来封闭材料循环回路，则必须找到新的回收解决方案并加以测试。

正在考虑的解决方案之一是使用单一材质而非多种材料。这就提出了一个问题，即：使用单一材质的复合材料是否可以作为特种多层复合材料的替代品。这是因为任何一种材料本身很难起到阻挡不同环境因素的作用。

比如说，如果某种产品需要同时防护水蒸气和氧气，其形态上很快就会表现出某种局限：非极性聚烯烃可以防止水蒸气的侵入，但会被氧气渗透。那么，我们应如何继续为需求广泛的产品（如易氧化的脆皮零食）提供适当的防护呢？

必须进一步开发单一材质方法

单一材质解决方案是每个回收商的梦想，这样，材料能够被回收而不会出现问题。厚度≤100nm的金属氧化物涂层或铝涂层通常不会破坏机械回收。研究还表明，EVOH含量小于5%的聚烯烃复合材料易于回收利用。带有铝（铝层厚度小于5µm）或纸夹层的普通塑料组合中的塑料成分通常不可机械回收。复合饮料纸盒也是如此，通常只能回收纸张。

理论上可回收的组合目前包括以下构成的复合材料

◆PP、PE和PET中的氧化硅（SiOx）或氧化铝（Al2O3）涂层，

◆PP和PE中最高5wt.%的EVOH，

◆PET中最高5wt.%的PA，以及

◆金属化箔，前提是它们不会干扰分拣过程。

在实践中，经济原因在很大程度上阻碍了这些薄膜等级的收集或机械回收。此外，市场上还有许多其它的包装材料仍是不可回收的。

现实中可回收阻隔层解决方案

一项在线平台调查显示，一些制造企业已经为柔性食品包装提供了可回收解决方案，并正在用上述可回收复合材料取代之前使用的多层复合材料：单一PE用于穆兹利、单一PP用于果酱和坚果麦片能量棒、金属化PP用于坚果和种子等，在PP上气相沉积氧化硅材料用于可加热方便包装。此外，还有涂层纸解决方案，如果仅单面涂覆，并且塑料含量低于5%，则可获准按纸张进行回收。

然而，可回收阻隔层解决方案目前的市场渗透率较低（图2）。就单个食品类别而言，如香肠、奶酪片或动物饲料，市场主要由不可回收的多层复合材料主导，因为不存在满足这些产品类别所有要求的其它解决方案（图3）。这些要求包括可加工性、灭菌性，甚至是抗穿刺性。这一领域仍需进一步开发。

图2 需要重新设计：如 果不进行根本性的重新 设计，大约30%的塑 料包装（按重量计算） 无法进行机械回收（来 源：EllenMacArthurFoundation；图片供 稿：©Hanser）

简单地从不可回收的多层复合材料过渡到可回收的组合并不能封闭循环回路（或更准确地说：多个循环回路）。这是因为到目前为止，柔性包装的回收一直受到许多技术难题的阻碍，例如聚合物及其组合的多样性、污染物和残留物、重叠和可分配性以及尺寸分配。作为二次材料回收和再利用的障碍还有：缺乏收集和回收基础设施、缺乏经济可行性、限制性使用许可、可持续性低等系统性问题。

复杂的系统性障碍

在某些情况下，系统性障碍比技术性障碍更为复杂。过去十年来，大量关于可回收柔性多层包装的科学出版物指出，其中挑战之一是价值链的碎片化和缺乏透明度。它由许多参与者组成，分别追求其各自的小规模发展和项目，并拼凑出了一个庞大的潜在解决方案。然而，如果要实现更大的可重复使用材料流，就必须尽可能采用标准化方法和（材料）目标。循环回路仍可以保持较小规模，但必须能在可持续性的各个方面（生态、经济、社会）有所收益。当今，将这一价值链中的所有要素相互关联起来日益重要，因为从可持续性的任何方面来看，没有一个令人信服的案例能支持以机械方式回收现有构成中的柔性多层塑料薄膜。

图3 立式袋：湿饲料用非可机械回收袋的典型构成（来源： ConstantiaFlexibles；图片供稿：©Hanser）

另一个问题出现在生态可持续性层面，如，尽管可能不可回收利用，但是高度专用化的薄质（因而轻巧的）柔性多层包装十分高效，消耗资源很少且碳足迹低。用替代品取代这些材料几乎总是需要更高的资源消耗并产生更大的环境影响。关于塑料薄膜的回收利用，也产生了这样一个问题：如果收集、分类和回收所需的大量工作导致了负面的环境足迹，从生态角度衡量是否合理。

结论

很明显，我们的经济必须走向可循环模式。然而，目的并不在于其本身，而是应该在于降低我们的行动对环境的负面影响，例如，按资源消耗和碳足迹来衡量。在这种情况下，“可回收”并不自然等同于“更可持续”。

本文翻译自KUNSTSTOFFEINTERNATIONAL杂志

作者：Anna-SophiaBauer，ManfredTacker博士