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重磅︱《雅式橡塑网》低碳盘点之单一材料篇:市场的春天会在2022到来吗?
来源:雅式橡塑网     作者:张子瑜    日期:2022.01.13

《雅式橡塑网》低碳盘点系列文章简介

 

随着全球环保呼声趋高,以及中国“30/60碳中和/碳达峰”目标的提出,2021年各行各业都在加速探索低碳发展之路。塑料作为现代工业发展最重要的基础材料之一,正随着其广泛的终端应用领域在这轮低碳经济中迎来新的机遇与挑战。近期,《雅式橡塑网》(AdsaleCPRJ.com)推出低碳盘点系列文章,以及行业问卷(见文末),希望听到更多业者的声音,共同助力低碳发展!

 

盘点系列文章发布:

重磅︱《雅式橡塑网》低碳盘点之单一材料篇:市场的春天会在2022到来吗?

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“单一材料篇”要点导读

 

· 软包装单一材料要求单一聚烯烃材质重量比例超过90%;BOPE与MDOPE是重点关注方向;

· 铝塑软管也“单一”:联合利华、葛兰素史克、高露洁等推出HDPE或PET单一材料牙膏管;

· 单一材料同级闭环:需同一种类、同一密度范围的塑料,否则很可能降级使用;

· 未来5年,生鲜食材包装将成单一材料增长最快领域;亚太地区占全球单一材料包装薄膜近一半市场;

· 部分废弃软包装已通过化学回收实现再利用。

 

如今可持续发展呼声日益高涨,各大日化与食品饮料巨头如可口可乐、百事可乐、雀巢、亿滋、联合利华和宝洁等纷纷承诺到2025年或2030年使包装100%可回收、可重复使用或可堆肥。


然而,相比瓶、杯等容易回收的硬包,塑料袋、盖材等软包由于其基材薄膜一般采用多层复合以及表面印刷,回收处理需将不同材料薄膜剥离后再分别处理,传统的PET/MPET/PE、PET/AL/NY/PE等复合结构中因为含有铝箔、镀铝膜等材料作中间层阻隔的包装,几乎很难被回收应用。

 

为破解这一难题,市场上近年有一种呼声较高:单一材料薄膜。然而,久经市场考验已形成“黄金配比和组合”的多层复合材料稳固的市场地位也不是单一材料这个初出茅庐者能轻易抢占去的。

 

设计、配方、工艺、生产线效率、后端场景应用、成本、回收等诸多问题都摆在单一材料面前,有待一一突破!尽管难度很大,高回收价值的单一材料近年仍逐渐成为各大龙头品牌商们的新宠!


单一材料是指100%一种材料吗?

 

单一材料就是100%一种材料吗?不是!

 

根据欧洲软包装循环经济组织(CEFLEX)的《循环经济设计指南》,软包装的单一材料主要指单一的聚烯烃材质,单一聚丙烯(PP)或者单一聚乙烯(PE)材料重量比例超过90%,其他阻隔成分如SiOx、AlOx、镀铝、EVOH最多允许含5%的重量。目前,这一定义得到行业的普遍认同。


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欧洲软包装循环经济组织(CEFLEX)的《循环经济设计指南》中单一材料软包装定义得到行业普遍认同。

 

根据Smithers研究报告分析,目前,单一材料塑料包装薄膜的种类,主要是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和再生纤维素纤维(RCF)。其中市场主流是PE与PP,分别占全球单一材料塑料薄膜市场的份额50%、41.7%。在占比最高的单一材料PE薄膜领域,单向拉伸PE薄膜(MDOPE)与双向拉伸PE薄膜(BOPE)是近年业界较为关注的方向。


“多变一”:不简单!材料与工艺创新配合

 

全球日化巨头相继推出单一材料产品包装。2021年,欧莱雅旗下的Elvive品牌推出了全PE制成的洗发水补充袋装,可以在PE回收系统中回收,且与250ml的普通洗发水瓶相比,减少75%的材料;立白集团与陶氏公司首次在中国日化行业内采用BOPE与PE复合结构的可完全回收利用的洗衣凝珠产品软包装。

 

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欧莱雅推出了全PE制成的洗发水补充袋装。(图片来源:Packaging Europe)

 

“多变一”不仅是材料种类的更换那么简单,“需要打破对材料选择及功能要求的固有模式,通过材料及工艺的配合让单一材料实现包装对印刷性、阻隔性和热封性的需求。”陶氏公司(DOW)包装与特种塑料亚太区技术总监吴昶此前在接受雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)采访时说。

 

材料方面:以陶氏与立白集团2020年推出的全聚乙烯结构洗衣凝珠产品包装为例,原来的软包装并非单一材料,而是PET/PE结构,现在该采用陶氏INNATE™ TF树脂,使用双向拉伸加工工艺,同时和其他聚乙烯产品组合,满足包装速度及热封需求。这样的一个产品设计虽然是单一材料,但是包含多层具有不同性能特点的聚乙烯材料,从而实现了对包装性能和效率的需求。


工艺方面:双向拉伸设备本来并不适用于传统聚乙烯材料的加工。借助陶氏专有的催化剂技术,通过产品结构和分子的设计,让聚乙烯在双拉设备上能够实现较好的拉伸性能,同时还能保证平整度要求。

 

“BOPE薄膜替代BOPA、BOPE薄膜与吹塑PE复合,实现软包装复合结构的全PE化。双向拉伸PE薄膜与吹塑成型的PE薄膜相比,透明性更好,薄膜雾度降低2-4倍,具有优异的机械性能,并且拉伸强度提高2-8倍,在低温下仍能保持良好的韧性和机械强度,可对吹塑PE薄膜轻量化替代,并可减少约40%的使用量。”广东德冠薄膜新材料股份有限公司(Decro)轮值总裁罗轶健接受“雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)”采访时表示。立白全PE洗衣凝珠包装袋采用德冠制造的BOPE薄膜。

 

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立白集团与陶氏公司首次在中国日化行业采用BOPE与PE复合结构。(图片来源:立白集团)

 

广州立白企业集团有限公司(Liby)包装主任工程师王龙呈认为:“BOPE薄膜实现软包装领域单一聚乙烯材质的应用结构,是加工技术的创新,同时也是原材料工艺配方的创新,体现中国通过单一材料替代实现更环保的应用潜力。”

 

破解单一材料阻隔难题!


传统的软包装可采用2-5层不等的结构组合的复合袋/膜,为了实现阻隔性、蔽光性、保鲜性、强度等,中间层通常使用铝箔、镀铝膜、聚酯、尼龙等,这些材质多层复合后大多数很难回收。那么单一化后如何满足阻隔性要求呢?

 

百事亚洲研发中心有限公司(PepsiCo)亚太区食品包装研发总监赵振贤表示,单一材料结构中的中间阻隔层基本分为四类:

 

1.镀铝OPP,因其厚度只有30-50纳米,通常情况下不会影响后续包装的回收,且这是目前较为经济有效的阻隔层解决方案,是未来单一材料中间阻隔层的主要应用方向。

 

2.EVOH共挤薄膜阻隔层,应用于食品、日化品较多,其阻氧性可媲美传统的多材质包装。


3.以聚合物混合为主的涂层可成为阻隔层的一种优化方案,使原有阻隔层进而达到更好的性能,与镀铝阻隔方案相辅相成。


4.国内行业一直在持续推动的透明的AlOx、Silica镀层方案,以满足消费者期望看到内容物的需求。


“此外,PVDC和PVC虽然有较好的阻隔性能和经济性,但由于环保原因,属于被建议退出使用的材料范畴”,赵振贤补充道。


在海外,瑞士包装设备及服务供应商博斯特(BOBST)与陶氏、采尔马特和太阳化学等合作,开发不含EVOH的单一材料MDOPE高阻隔性解决方案。博斯特在2021年9月推出其“第2.0代”高阻隔全聚丙烯复合软包装解决方案,可选择金属化阻隔层或透明氧化铝阻隔层和无溶剂阻隔粘合剂或面涂层。


此外,安姆科也开发了一系列以单一或纯PO材质为基础的复合膜包装产品,运用前沿材料科学使包装的阻隔性提升至媲美铝箔复合膜的效果,且不含铝箔材料。相比于传统的含铝复合膜产品,该包装的碳排放可减少44%,水消耗减少70%,属于100%可持续可回收包装。

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博斯特“第2.0代”高阻隔全聚丙烯复合软包装。(图片来源:BOBST)

 

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安姆科可持续复合膜包装,阻隔性可媲美铝箔复合膜。(图片来源:Amcor安姆科)

 

牙膏、口腔护理:软管也单一

 

不仅是薄膜基材软包,铝塑软管也兴起了“单一”风潮。以联合利华、葛兰素史克、高露洁为代表的口腔护理品牌企业,纷纷推出了采用高密度聚乙烯(HDPE)或PET等单一材料制成的牙膏管,取代原来的铝塑软管,提高牙膏管的回收率。其中,高露洁与初创公司LiquiGlide合作推出一款透明的PET材质牙膏软管。这款牙膏管不仅易于回收,还可减少牙膏残留浪费。

 

2021年5月,全球化妆品包装供应商阿蓓亚(Albéa)首次在口腔护理产品包装上使用单一材料PE的瓶盖,使瓶盖与瓶管的材质一致,整个包装在使用后均可进入现有的HDPE回收系统。

 

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阿蓓亚在口腔护理市场推出首个PE瓶盖。(图片来源:Albéa阿蓓亚)

 

中国在全塑软管方面也获得新进展。2021年8月,广州市瑞高包装工业有限公司单一材料高阻隔全塑HDPE软管获得美国塑料回收协会(APR)复合HDPE关键指导协议和瓶到瓶应用测试认证;三樱包装(江苏)有限公司研发的全塑HDPE软管也已用于牙膏上。

 

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瑞高包装的五大环保系列软管。(图片来源:瑞高包装)

 

冷思考一:单一材料 = 有效回收?

 

单一材料的诞生最大的亮点就是便于回收和再生,然而,在实际发展中,业者也观察到一些新的问题。

 

广州市瑞高包装工业有限公司(Rego)总经理王明生接受“雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)”采访时表示:“单一材料包装应是同一种类、同一密度范围塑料实现回收,从而达到真正的、高效的同级闭环。但如今有很多软包为了‘单一’而‘单一’,虽使用同一材质PE结构,但面层和中间层使用的材料密度差异大,或溶解温度不同,这都有可能导致在回收造粒、熔融过程中材料的性能发生较大改变,达不到原来包装材质的功能性。此外,粘合剂类型、印刷、标签等因素也会影响实际回收性,造粒后易产生污点或黑点,最后只能降级使用。”

 

中国物资再生协会再生塑料分会(CRRA)秘书长王永刚接受“雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)”采访时也表示,现在很多企业进行了单一材料设计,不代表其在实际过程中能被有效回收。有没有配套的回收体系和再生能力,是决定回收有效性的核心。

 

“单一材料包装主要是主体材料的单一,并不一定是整个塑料制品的单一。有些包装虽然把标签制造成跟瓶身一样的材质,但是又在标签上印刷各种颜色,彩印的标签基本不能与主体材料一起回收再生。分拣时两者因密度相近,标签容易掺入到瓶片里,降低瓶片质量,”王永刚补充道,“包装工程师和设计师在设计时应考虑整体包装回收再生的实际工艺。”


冷思考二:应用痛点与市场潜力

 

虽然单一材料包装适合环保趋势,易于回收再利用,但相较于多层材料复合的软袋,单一材质包装难点在于耐热性和阻隔性,在生产过程以及后道工序需要进一步提升。

 

譬如制袋热封时的平整度,能否适应高速包装机;阻水阻氧能否达到产品和用户的包装要求;还有耐高温杀菌、低温冷冻、耐酸耐碱等高功能产品要求的局限性等。

 

“以PE作为面材最难的是制袋,因为MDOPE或BOPE两种材料需要跟底膜(也是PE膜)有一定的温差,才能稳定制袋。这也为制袋热封时带来一定的难度,”江门市华龙膜材股份有限公司(Hualong)营销总监何松柏接受“雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)”采访时指出。在PE功能膜领域上深耕31年的华龙包装2020年在中国率先实现MDOPE膜包装袋商业化应用。

  

“但是,现在这两种材料在制袋速率、热封性、套印精度、阻隔性等方面的工艺难点已逐渐攻克,中国也有不少企业加入研发制造中,并能够稳定生产。”何松柏表示。

 

此外,成本也是业界较为关注的话题。相比起传统PE膜,无论是MDOPE膜还是BOPE膜制造成本都更高。“目前MDOPE与BOPE膜的价格较2020年已下降20%左右。随着生产与应用规模逐步扩大,预计价格还将继续下降,”何松柏认为,“2022年单一材质包装市场有明显增长,2023年将迎来爆发期。”

 

有关单一材料包装薄膜未来几年的发展趋势,有研究机构也做了调研。Smithers发布专题研究报告称:2025年全球单一材料塑料包装薄膜市场规模可能达到2603万吨(709亿美元),年复合增长率达3.9%。未来5年,生鲜食材包装将成为单一材料应用增长最快的领域,零食包装的增长则相对缓慢,其他单一材料的重点应用领域包括冷藏食品、速冻食品、药品以及医疗产品等。

 

从地域来看,亚太、北美和西欧是全球单一材料塑料包装薄膜的三大消费市场。2020年上述三个区域市场占全球单一材料塑料包装薄膜市场的比重分别为48.6%、17.2%和15.5%。由此看出,亚太地区是全球单一材料包装薄膜最重要的市场,占比接近一半!

 

“行业现在对单一材料包装的焦点落在如何扩大应用范围。这是下一步产业链各环节都需要做的事情。单一材料包装是未来大家不得不做的事情,相关的利益方都参与进来,把各自的优势发挥。”王龙呈表示。


总结:单一材料任重道远 化学回收缓解燃眉之急

 

单一材料的高回收利用价值性已经受到包装行业的普遍认可。联合利华、宝洁、高露洁、立白等国际巨头及包装薄膜的生产制造商已经分别在家庭洗涤用品、牙膏软膏等方面应用单一材料包装。

 

然而,单一材料复合包装制造却不简单,除了克服配方和工艺多维度创新,还解决印刷、复合、制袋多方面难点,尤其是制袋难点。针对软包装设计,业界从材料配方进行了各种探索与尝试,包括选择什么样的材料与较常见的PP/PE底膜基材复合,选择添加哪些材料在热封层或在基材涂布,从而增强单一材料阻隔性能的同时不影响回收。


除从设计端采访单一材料外,可降解塑料也是近年软包装可持续发展尝试的一条道路,然而实际应用遇到了一些问题。安姆科软包装亚太区(Amcor)技术&可持续发展研发总监陈俊铮博士接受雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)采访时说:“在软包领域上可降解材料普遍面临一些难点,譬如可降解材料软包装通常货架期较短,且不同的存放环境温度也会对软包装的使用寿命造成影响,常见的问题有包装出现老化、变脆等,从而影响内容物的储存期限。”

 

另一方面,为推动软包循环再利用,化学回收工艺也在积极推进,并取得一定成果。2021年9月,雀巢与墨西哥能源公司Greenback Recycling Technology开展软包装化学回收项目。12月英力士苯领与Plastic Energy合作将废弃软包装再利用为“食品级”质量的塑料。全球化学回收技术仍正处于起步阶段,但随着技术及规模的扩大,该回收技术会逐步成为物理回收有力的补充手段。

 

同时,也有企业将化学回收的再生塑料重新用回软包装,实现闭环。9月软包装产品制造商St. Johns Packaging和Allied Bakeries推出行业第一个使用消费后回收成分的面包袋,聚乙烯面包袋薄膜采用了SABIC经认证的PE树脂的30%PCR成分。这些树脂是通过化学回收技术生产。12月食品巨头亿滋国际与安姆科合作,推出吉百利牛奶巧克力软包装,据称这是全球首款使用化学回收软包装塑料制成的巧克力软包装,原生塑料占原来的30%。

 

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安姆科使用化学回收软包装塑料制成巧克力软包装。(图片来源:Amcor安姆科中国)

 

尽管当前单一材料软包装设计和回收处理技术面临一些难点,但作为一种环保的技术手段,作为现有多层复合材料的替代之一,单一材料软包装仍值得持续关注,无论是前端单一材料的应用推进、再生塑料的闭环利用,还是化学回收的进步,可以看出,业界从产品全生命周期都在考虑软包装的低碳经济路线,相信不久将来,软包装作为一种性能优异、应用广泛的包装形式,在获得低碳绿色加持下,更好地服务各行各业!

 

最后但同样重要的,除低碳盘点系列文章外,《雅式橡塑网》(AdsaleCPRJ.com)还推出2021雅式年度大调查——《双碳政策下塑料行业发展热点与机遇》主题调查问卷,希望听到更多业者的声音,共同探讨低碳发展新契机!

 

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撰稿

 

· 作者:张子瑜 / 雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)编辑

· 编辑:朱柳 / 雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)高级编辑

 

专家审稿

 

· 赵振贤 / 百事亚洲研发中心有限公司(PepsiCo)亚太区食品包装研发总监

· 章辉 / 亨氏(中国)投资有限公司(Kraft Heinz )包装研发经理

· 王永刚 / 中国物资再生协会再生塑料分会(CRRA)秘书长


特别鸣谢

 

· 吴昶 / 陶氏公司(DOW)包装与特种塑料亚太区技术总监

· 罗轶健 / 广东德冠薄膜新材料股份有限公司(Decro)轮值总裁

· 王龙呈 / 广州立白企业集团有限公司(Liby)包装主任工程师

· 王明生 / 广州市瑞高包装工业有限公司(Rego)总经理

· 陈俊铮博士 / 安姆科软包装亚太区(Amcor)技术&可持续发展研发总监

· 何松柏 / 江门市华龙膜材股份有限公司(Hualong)营销总监

 

*以上排名不分先后。

*部分图片及文字来源:CEFLEX、Packaging Europe、BOBST、CHINAPLAS国际橡塑展微信公众号、Smithers、华龙薄膜、立白集团、Amcor安姆科等。

 

 

 


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