绿色包装工程
时间：2008-11-18 21:04:34 来源：互联网 查看：
食品、饮料以及消费品包装业将变得更加绿色环保，很大程度上要归功于沃尔玛。4RCCAEworks
2006年10月份这家零售商巨头宣布，它准备实施一种环保包装记分卡制度（Sustainable Packaging Scorecard ）,这是为了在2013年把包装减少5%而采取的部分措施。从2008年2月份开始公司将利用记分卡的环保衡量标准来评估采用这一体系的六万多家供应商的包装。4RCCAEworks
沃尔玛的记分卡制度是基于所谓“7R包装准则”——移除、减少、重复使用、回收、更新、收益和可读（remove, reduce, reuse, recycle, renew, revenue and read）。从技术的角度上看，记分卡鼓励使用那些减少温室气体排放的包装方法从而在包装设计上更有效率，运输成本更低，并且提供了更多的报废处理选择而不仅仅是垃圾填埋。4RCCAEworks
由于沃尔玛的影响力，记分卡实际上已经开始让包装业更加关注包装的环保性能。“记分卡其实还没有投入使用，但是已经成为鼓励增加环保投 入的强大催化剂，”环保包装联盟主管Anne Johnson称。一些公司已经开始开发新的包装设备，这些包装设备能取得一个好的分数。例如，J&J Packaging公司为一种记分友好的新型吸塑卡包装申请了专利。
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工程师们可以通过提高包装和塑料加工设备来提高环保性能，4RCCAEworks
就像下面这个吹塑薄膜生产线一样。4RCCAEworks
人们可能会情不自禁地把记分卡看作是公司“自我绿化”的一种手段而已，或者怀疑仅仅把包装减少5%是不是太少了。但是沃尔玛毕竟是主动采取的措施，并且这些措施确实是审视了包装的整个生命周期对环境的影响。4RCCAEworks
并不仅仅是沃尔玛采用这种生命周期方法。环保包装联盟也同样从一个广阔的角度来评判环保，考虑到环保包装联盟是GreenBlue组织 的一部分，它这么做就并不令人奇怪，GreenBlue组织是一家非营利性组织，宗旨是推动“摇篮到摇篮（ cradle-to-cradle）”的设计原则。这些设计原则是由McDonough Braungart Design Chemistry 公司提出来的，他们考虑产品对整个环境的影响——从原材料开始到产品生命终结“以及所有中间产物，”Johnson称。具体到包装业，从摇篮到摇篮的方法还把性能、经济和社会效益考虑进去。“如果消费者和包装行业不接受环保技术，那么这些技术就很难发挥作用，”她说。4RCCAEworks
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包装业并不总能从这么广的角度评估环保性能。Johnson称：“就在几年前，就有一种潮流只从包装本身来而不是包装从摇篮到摇篮的影响来评估环保性能。” 4RCCAEworks
这种生命周期的环保方法肯定会横扫整个包装业，带来包装设计和包装材料的大变革。同时这些变革会给设计包装设备的工程师们带来新挑战。“包装材料、包装设计和包装设备必须协调一致，因此包装机械制造商们对环保包装会大有所为，”来自陶氏化学公司的Jeff Wooster称，他负责该公司的食品和特殊包装技术。4RCCAEworks
例如，机械生产商将需要采用新设备来适应新的生物可降解材料。他们还必须努力更好地利用已有的材料。因为包装的生命周期包括生产中的所有步骤，人们呼吁机械制造商们能够提高生产线的效率，减少生产中的能量消耗和温室气体排放量。4RCCAEworks
生物塑料的使用4RCCAEworks
环保包装带来的最大一个变化是生物聚合材料开始作为包装材料被使用。尽管这些生物聚合材料的化学性质迥然不同，但是在一些方面是有共性的。它们大多数是完全由可降解原料制成的，比如玉米或甘蔗。在合适的堆肥环境下它们大多数都是生物可降解的。4RCCAEworks
到目前为止在北美商业化程度最高的生物聚合物是由美国Cargill公司旗下的NatureWorks LLC生产的聚乳酸(PLA)。公司把它应用于短寿命产品的柔性包装，比如新鲜切割蔬果和烘烤的食品。“超市相关产品是我们的突破点，”NatureWork公司的品牌经理David Stanton称。NatureWork PLA由发酵玉米淀粉制成，已经被用于热成型盘和吹塑瓶。Stanton称每年有上百万磅的NatureWorks PLA应用于包装产品，公司正扩充生产设备把它的铭牌产能提高到每年300万磅。4RCCAEworks
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另一个生物高聚合材料新秀来自Telles公司，这是Metabolix公司和Archer Daniels Midland公司的合资公司。这家公司计划明年开一家生产聚羟基脂肪酸（polyhydroxyalkanoates）的生物精炼厂。ADM公司能少量生产这些Mirel聚羟基脂肪酸，第一Mirel级经过开发已经被用于注塑成端帽和罩子，据Metabolix公司业务发展主管Dan Gilliland称。在未来几个月，新级别的产品会被生产出来，可用于薄膜、薄板和热成型材料。Gilliland称他预计明年某个时候用于吹塑瓶级别的产品也会问世。4RCCAEworks
Innovia Films公司开发出另外一个完全不同的堆肥包装材料系列，这是一家大型玻璃纸和特殊薄膜材料制造商。这种材料被称为Nature-Flex，用木浆制成。“它是玻璃纸的衍生品，玻璃纸是最初的包装薄膜，”该公司的北美市场营销主管Malcolm Cohn称。一些NatureFlex材料也具有涂层，涂层可以让这些材料进行热封。Cohn称在北美最有前途的应用是用做可降解的新鲜蔬果果盘的透明包装纸，跟传统的“即拿即付（p ick-and-pay）”式包装相比，这种包装越来越受到青睐。NatureFlex薄膜可以在成型－填充和密封生产线上进行热密封。“它的自我密封强度很高，每英寸可承受大概400克的重量，” Cohn称。带涂层型的材料的熔接力可以让袋子装1磅的东西。 
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NatureWorks PLA已经被用于柔性和4RCCAEworks
硬性包装，比如下面这些吹塑瓶。4RCCAEworks
还有一种与众不同的环保聚合物来自陶氏化学公司。上个月该公司宣布它将与巴西的乙醇生产商Crystalsev公司合作，使用甘蔗而不是石油作为原料来生产聚乙烯。据陶氏化学公司的环保产品部主管Tony Kingsbury称，这种用甘蔗生产的塑料和用石油生产的塑料同属一个家族。“在分子层面他们是相同的，”他说。实际上如果想要把两者区别开来，Kingsbury谑称，“我想你只能进行碳定年测定。”4RCCAEworks
其他一些新老塑料生产商也开始生产生物聚合物一些是可堆肥的，一些是不可堆肥的，包括BASF公司、杜邦公司和Novamont公司。 
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生物聚合物还不具备长期存储产品所需的防护性能，但4RCCAEworks
是他们已经开始应用于新鲜农产品和其他可被快速消费4RCCAEworks
的产品。4RCCAEworks
乍一看生物聚合物的确看起来具有内在的环保优势。因为包装用生物聚合物以农作物而不是石油做原料，这的确大大减少了石油的使用。但是一位生命周期分析员提醒我们，这些农作物原料的生长、收割和运输仍然要消耗石油，只是不像直接以石油做原料生产塑料消耗的多。Metabolix公司的Gilliland宣称传统聚合物的石油消耗的80％到90％来自给料。“因此我们（用农作物做原料生产塑料）消耗的石油也就减少了那么多，”他说。4RCCAEworks
生物学问题4RCCAEworks
因为具有上面那些优势，现在针对生物聚合物的环保性能有大量宣传。不过，这些优势也很容易让人忽视这样一个事实，那就是这些生物材料要想和传统塑料完全进行竞争还有很长的路要走。4RCCAEworks
部分原因在于产能。“光聚乙烯这一项，目前世界上就没有替代聚乙烯足够的基础支撑。像McDonald公司提供的一台大型生物聚合物设备就能让其他地方无树脂可用，” Alcan Packaging公司的研发部门副总裁Mark Kitzis称。4RCCAEworks
然后就是这些生物材料的价格因素。尽管成本的差别跟塑料的种类有关，保守估计生物塑料的成本至少比石油塑料的成本高两到三倍。例如，Cohn承认NatureFlex的成本是通常的聚丙烯的两倍。Gilliland称Mirel的成本是聚乙烯的三倍。4RCCAEworks
不过价格不能决定一切。生物塑料的供应商们相信消费者和各品牌公司最终会给各品牌公司施加压力，来增加生物聚合物包装的价值。正如Cohn所指出的，使用NatureFlex生物聚合物每个包装所增加的成本加起来也不过0.5美分。他说：“对于一件价值3或4美元的产品来说，客户是不会太在意这0.5美分的。”4RCCAEworks
但是包装供应商们对价格的态度却有所不同。“对于一个包装，两美分的成本是很普遍的，如果增加0.5美分的话，这可不是笔小数目，” Sonoco Products公司的全球技术副总裁Jeff Schuetz称。并且他还说Sonoco公司虽然已经为生物塑料在某些领域找到了用武之地，但是公司的客户并不接受，因为价格提高。4RCCAEworks
生物塑料的最终处理方式可能也并不跟目前宣传的那样。生物聚合物堆肥的速度和环境各不相同，不过真正的问题是：是否会被收集起来进行堆肥？Kitzis问道：“你还记得上 次看到能收集废弃包装的工业规模的堆肥厂是在什么时候吗？”在一个连回收基础设施都不足的国家，他的观点不无道理。4RCCAEworks
没有堆肥设施，生物聚合物包装（不管是柔性还是硬性的）最后都会变成固体垃圾。“这些材料只有在特定的环境下才能分解，如果你把它们进行垃圾填埋，那么他们就不会分解，永远留在那儿，” Kitzis称。4RCCAEworks
同时，虽然生物聚合物的确可以被回收而不是被堆肥，这也对回收流提出了挑战。例如，PLA瓶子跟PET瓶子很难区分开来。如果PET回收流中混进了几个百分点的PLA，PET回收的质量就会降低。NatureWorks公司的Stanton称他们公司已经意识到了这个问题，已经在研究更好的分类技术和方法创建单独的PLA回收流。4RCCAEworks
生物塑料还有些技术障碍。Kitzis能列举出一连串这些新材料不如目前使用的石油塑料的地方。这些缺点有防护性能、摩擦系数(COF)，拉伸性能、硬度和密封性。对于要求保存期长的包装，“防护性能差是最大的障碍之一，”Kitzis称。4RCCAEworks
而为了让它们具有在现有包装设备上的“可加工性”，目前的瓶颈是 摩擦系数和刚度差异。“生物聚合物将会有更大的刚度和摩擦系数，” Kitzis说，“他们通常加工起来比较慢。”4RCCAEworks
Sonoco公司的Schuetz也表示同意。“摩擦系数是整个供应链中的一个大问题，对于堆垛的人来说，摩擦系数很重要，哪怕他根本不知道他堆的是什么东西。”对于包装车间来说摩擦系数就更重要了，因为包装机械不得不降低成型－填装和密封生产线的速度以适应生物聚合物的特性。4RCCAEworks
Kitzis和Schuetz并不是说要取消生物聚合物。实际上他们两个都负责研发实验室，这些实验室每天的工作就是评估和开发这些材料。这两位工程师都直率地认为生物聚合物要想符合包装材料的要求还需要进一步的工作。4RCCAEworks
工程挽救措施4RCCAEworks
这就需要工程师的介入了。防护性能的问题可能还难以解决，但是生物聚合物的其他缺陷可以通过修改塑料加工和包装设备来克服。实际上，现在包装线针对不同的石油聚合物也不得不进行修改，两者有相似之处。“我们的这些材料并不是简易替代品，正如聚苯乙烯并不是聚丙烯的简易替代品一样，” Metabolix公司的Gilliland称。4RCCAEworks
一些机械制造商已经开始这样行动了。Norland International公司生产整套制瓶和包装系统，主要是针对装水行业供应。今年早些时候，该公司推出一种专门用于生产PLA瓶的吹塑设备。Norland公司副总裁Bruce Kucera称，为了生产这套Freedom Series PLA设备，公司的工程师们不得不花费“大量的时间和精力”来研究加工PLA的流程。“最重要的是掌握温度，”他说，他进一步解释PLA的加工温度要低于PET，处理时间更短。“根据我们的经验，处理时间比PET要短25％，” Kucera称。为了适应这么短的时间，公司需要升级设备和铸模冷却系统的温度控制系统。4RCCAEworks
ULMA Packaging也是一家设备制造商，为了让生产的设备能处理生物聚合物，这家公司也不得不修改成型－填充和密封设备。“现在客户开始要求我们提供可以处理生物聚合物的设备，”该公司北美地区副总裁和常务董事Bill Chastain称。4RCCAEworks
“标准设备基本上可以处理生物聚合物，但是密封系统需要做一些修改，生物聚合物的密封范围没有通常的聚合物那么大，” Chastain称。需要进行的修改包括覆有聚四氟乙烯的常温熔接棒，在密封系统增加温度传感器以及进行更紧密的温度控制。虽然从技术上来看并不麻烦，不过这些修改的确就是Chastain所说的对现存系统的“主要的样式翻新。”4RCCAEworks
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“如果消费者和包装行业不接受环保技术，那么这些技术就很难发挥作用。”4RCCAEworks
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Chastain相信生物聚合物将带来机械设备的另一个改变，至少对新设备订单来说是这样的。“我想将会有越来越多的设备可以在加工生物聚合物和标准聚合物之间切换，”他说。原因是目前生物聚合物包装还是比较少，因此如果一套设备只能加工生物聚合物的话，利用率会不高。4RCCAEworks
ULMA多年以来一直生产可处理多种材料的包装设备。例如，设备上有两个加封滚轮－每个滚轮对不同的塑料进行优化。Chastain预计会出现类似的装置来处理生物聚合物。4RCCAEworks
更多的设备制造商将可能也沿袭Norland和ULMA公司的做法，因为生物聚合物越来越普及了。毫无疑问在未来几年这种聚合物会更加普及，尤其在沃尔玛的影响下。4RCCAEworks
尽管沃尔玛的计分卡没有明说对生物聚合物的青睐，但看起来却正在促进这种材料的使用。公司拒绝就生物聚合物问题进行采访，但是它通过email声明它鼓励使用这种材料并且称“它比在包装业中的其他任何合成材料都环保。”4RCCAEworks
用得少，浪费得就少4RCCAEworks
即使不使用生物聚合物，还有其他环保措施，方法之一是更加有效率地使用聚合物。尽管这一方法不像生物材料那样受关注，然而它的收效更明显更迅速。“现在对生物聚合物的宣传太多了，我担心这种过度的宣传让我们忽视了现在可以采取的那些改进措施，” Schuetz称。4RCCAEworks
这些措施包括改进包装设计。Kitzis列举了三个改进方法：使产品包装比最大化以减少包装的使用；改进空间利用率以最小化运输商品的环境成本；去掉不必要的包装层。这些方法也体现在沃尔玛的计分卡上。4RCCAEworks
另外一种重要方法是降低包装的规格－最根本的是让包装更薄更轻。“这些措施马上就可以实施，” Kitzis称。“从1.5 mil减到1mil，毫无疑问材料使用会减少33％，”他说。他还称原材料和包装本身的 生产运输中的燃料消耗和绿色气体排放也相应地降低。4RCCAEworks
Schuetz也把降低包装规格看作是一个环保措施，他指出使用力学和物理性质更好的材料使之成为可能。比如陶氏公司现在就供应各种特级的吹塑、热成型和成膜包装材料。4RCCAEworks
Wooster称，在柔性包装领域降低规格的关键因素通常是摩擦系数和防火性能，通过使用树脂添加剂可以保持这两个特性。4RCCAEworks
硬性包装主要依赖拉伸和冲击性能，该性能可以让包装承受较大的顶部载荷或拧紧隔挡物时所施加的压力。Wooster称，根据经验替代树脂可以在保持性能的同时把包装规格或重量减少10％。如果减少得再少的话，重新选用新材料的做法没什么意义了。“10％看起来就像是一个激活码，”他说。相应的性能改变通常只能更大。例如，为了让硬性包装的壁厚减少10％，材料的刚度要增加20％～25％，因为载荷性能等于模量乘以厚度的三次方。4RCCAEworks
尽管降低规格要部分地依赖于树脂的开发，设备制造商也发挥重要作用。Wooster列举了一个膜包装的例子。“卷绕头速度通常是这些生产线的限制因素，”他说。以陶氏公司为例，该公司开发出一种树脂，这种树脂可以在保持防护性能不变的情况下让包装膜的厚度从2毫英寸减为1毫英寸。包装膜通常是按照面积来出售的，因此这种降低规格对薄膜生产商来说是很有吸引力的。Wooster称：“生产相同量的薄膜只要一半的树脂，但是我们需要改进卷绕头技术保证薄膜质量。”4RCCAEworks
Kitzis还从设计工程的角度谈到了环保。例如，他设想设计新系统来让袋子中的东西更快地放置，这样可以省去一些干燥商品包装的顶部空间。在提到需要从生命周期的角度看待包装时，他称如果设备能减少浪费和提高能源利用率，这些设备也就从另一个方面促进了环保。他说， “设备方面的人员将是环保解决方案的重要组成部分。”
