PET材料的未来趋势分析--包装材料与容器技术回顾与展望

作者:本网编辑 文章来源:PP《现代包装》 发布时间:2013-02-01


图1 rPET(被循环利用的PET材料)本身的属性,便可使其成为一种包装材料,可回收的PET材料依其本身特性也可以作为一种资源,这便意味着收集、再利用已使用过的包装瓶是一个核心问题。

在不到三十年间,PET材料就已经把塑料推向了饮料包装应用领域中的顶峰。但是,这个卓越的成就会是昙花一现吗?在本文中,您将从以下五个问题中寻找到答案。

在短暂的几十年间,PET材料就从不起眼的角落迈入了众目睽睽的聚光灯之下,它使工业界和消费者摒弃了以往针对塑料材料的诸多偏见。一般而言,当提及PET材料和塑料的未来,最经常被问及的问题便是:其原材料是化石能源还是可再生能源?其价格如何?其环境足迹和生物降解的能力又如何?

日益稀缺的石油储量会危及到PET材料的生产吗?

目前,大多数聚合物都是经石油产品转化而生产出来的。伴随着石油资源的日益短缺,PET材料也终将会有销声匿迹的一天。

为了回应如上的预测,我们必须指出如下的两大事实:

塑料制品这个产品大家庭仅占据了4%的石油消耗量。目前,只有0.2%的石油资源被用来生产PET包装制品,这意味着PET材料的生产制造每年需要消耗一千四百万吨石油。

塑料材料是经由各种化学变化而生成的复杂产品,它们的附加值远远大于直接用于交通和能量领域中的石油,而后两类用途却占据了石油总消耗量的85%。自从1973年的第一次石油危机以来,虽然全球能源消费量实现了翻倍,但是在能源构成中石油的比重却大幅降低了。显然,用于交通和能量的能源构成将日益呈现出多样化的特征。其中,可再生资源占有明显的优势。与此同时,波斯湾的石油生产国业已投资于石化工业领域,尤其是利用开采原油获得的气体制成PET材料和HDPE材料。而在此前,这些副产物气体都是被白白烧毁而浪费的。

因此,尽管全球范围内的石油储量正在减少,但我们仍然期望能够更好地利用石油资源以获得附加值更高的产品,比如石化产品。我们要明确,相对于预计开采年限为40年~100年的石油储量,开采年限预计为150年的煤炭也可以用来作为受欢迎的聚合物的生产基础材料。

PET材料与环境兼容吗?

塑料是可回收的,将其回收可帮助节约自然资源。诸如PET、PS和HDPE等塑料材料,拥有与石油可媲美的热值,这便意味着受污染的、不可回收的废物可以被燃烧掉而重新获得应用。

实际上,可回收的PET(rPET)已用其自身的能力证明其可被作为包装材料而应用。例如,在欧洲,旨在整合纯净水、软饮料和果汁包装瓶的生产过程中的可回收PET材料的计划正在与日俱增,而其供应困难的局面亦随之而来。

因此,收集使用过的包装瓶便成为了一个重要的问题。在德国,2009年,PET包装瓶的回收率便达到了98.5%。德国人正在用实际行动证明,百分之百的PET包装瓶目标回收率是有可能实现的。


图2 在相当长的一段时间内,PET材料仍将成为一种针对包装材料的较优选择。

虽然PET材料的废瓶回收系统的成本非常高(需要投资价值为16亿欧元的自动分拣机),但是每瓶0.25欧元的材料回收收益却极为可观。

包装业正在采取诸多行动推动PET材料的可循环发展,比如从创建回收工厂,到使用回收的PET材料进行制瓶。现在,消费者、生产企业和政府都应该意识到,如果我们个人或群体不能送还及回收已使用过的PET瓶,我们则没有理由去抱怨垃圾瓶污染了海洋。

产品生命周期分析(LCA)是计算产品对环境影响的一种科学而全面的综合方法。这种方法可以用来澄清一些针对PET材料的误解。例如,在2010年4月,德国塑料包装组织IK(德国塑料包装行业协会)发布的一份LCA 分析报告显示,单次使用的PET容器与纯净水和软饮料所使用的、可回收的玻璃瓶相比,具备更小的环境足迹。正因为PET材料在环保方面所取得的重大进展,可回收的玻璃瓶第一次失去了位于环保榜首的长期宝座。

由于PET材料是一种相对而言比较年轻的材料,因此同与其构成竞争的包装材料相比,PET材料的产业结构尚未完善,并且尚未有一个统一的声音宣传其健康和环保的好品质。不过,在2010年6月,PET欧洲论坛的创建明确表明了PET材料产业正在逐步走向组织化。

PET材料的价格取决于石油价格吗?

正如许多其它的聚合物一样,石油占据了PET材料成本的50%。然而,PET材料的价格与石油的价格之间并没有很强的联系,因为PET材料的生产过程需要涉及很多媒介成分及工艺步骤。PET材料由30%的乙二醇(MEG)和70%的纯对苯二甲酸(PTA)构成。其中,乙二醇由乙烯气体制成并被广泛用作抗冻剂。美国CMAI咨询公司(美国化工市场联合公司)的分析结果显示,乙二醇材料的供应即将达到过剩水平,欧洲从中东地区的进口量也在增加,因此其利润和价格仍将停留在较低水平之上。

纯对苯二甲酸(PTA)的制作方法为,将原油蒸馏生成石脑油,随后从石脑油中提取二甲苯混合物,再从二甲苯混合物中分离出对二甲苯,最后利用对二甲苯制成PTA。

目前,亚洲PTA材料生产的装机容量非常巨大,已占据了全球装机总容量的70%。全世界共有31个PTA材料供应商,而其中24家落户于亚洲北部,此区域中的竞争激烈程度由此可见一斑。此外,业界对可回收的轻量瓶和可回收树脂的需求,也压低了对纯净原材料的需求。


图3 在过去的三十年内,PET材料作为一种主要的包装材料而发展迅速。PET材料已经成为了水和软包装饮料产品的首选包装材料,而且持续地在全新的细分品类中保持着强劲的增长。

生物塑料会取代PET材料吗?

一般而言,从开发一种全新的材料到成熟应用这种材料,需要一段相当漫长的时间。虽然业界在二十世纪四十年代便已经开发了PET材料,但PET材料真正的大规模商业化生产及应用却始于二十世纪八十年代。

当前,业界中只有极少的技术研发用于支持开发全新的、以化石能源为基础的单体。相反,植物化学领域正在积极开发源于可再生资源的化合物。不过,为了了解生物材料取代目前的聚合物的发展潜力,我们需要至少回答如下的两个问题:

1.一种新材料的预期属性(机械的、屏障属性等)有哪些?

2.可再生资源的来源是什么?

针对第一个问题而言,事实上,业界中极少有关于PET材料被取代的详细论述。比如,PLA材料曾在业界中引发了专业人士的广泛关注,但是正是其较差的机械、温度和阻隔属性限制了PLA材料在水包装市场中的发展。寻找合适的可再生资源,依然需要业界付出巨大的努力。

材料的来源问题是个根本性的问题。因为,伴随着全球人口数量的增长,人类对食物的需求也保持着很强劲的增长态势,水资源由此而变得日益稀缺。仅依靠粮食作物来提供食物并且将其作为生物燃料和生物塑料资源,是一种极度不负责任的做法。二代生物聚合物对此提出了应对方案,并致力于将农业废物和林业副产品加以有效利用。从长远来看,三代生物聚合物也将问世。三代生物聚合物以藻类为原料,而藻类光合作用的速度要比陆生植物快10倍。

2009年年末,欧洲生物塑料协会和欧洲多糖卓越网(EPNOE)联合发布了由荷兰乌特列支大学进行的、关于生物源塑料的详细研究报告。该研究显示,可再生材料在技术层面上能够替代当前的90%的聚合物。然而,最为乐观的预测显示,直至2020年,相对于总量为两亿五千万吨的聚合物而言,只有五百万吨的聚合物取材自生物来源。欧洲多糖卓越网(EPNOE)的总裁帕特里克尼瓦德先生总结道:“预计在不久的将来,生物塑料并不能取代以化石能源为基础的聚合物。其原因为,石油价格低,而来源于生物资源的聚合物的生产成本高且生产能力有限。”

生物降解可以回答所有问题吗?

业界针对塑料的生物降解能力存在着众多见解。一般认为,生物材料都是能够实现生物降解的。其实,这是一个非常错误的说法:因为,某种材料需要符合一些精确的定义(比如欧洲标准EN13432)才可被认定为是能够进行生物降解的材料。比如,PLA材料就是不能进行生物降解的,即其在垃圾填埋地内不可以被分解。事实上,能够实现生物降解的材料不仅可以用可再生的资源制成,也同样可用化石能源资源制成。真正的问题在于,应用可实现生物降解的材料是否是包装的最好选择。如下的五个理由,建议了业界尽量不要使用可实现生物降解的材料:

1.材料的生物降解能力将会对企业负责任的行为产生消极影响,业界关注的将是材料的废物处理而不是循环利用;

2.材料的生物降解能力解决不了其污染海洋的问题。材料的生物降解过程需要很长时间,而其回收再利用所需的时间则会缩短很多;

3.舍弃聚合物的能量,是一个很不明智的行为;

4.利用可实现生物降解的材料进行包装,会引发一个关键的矛盾,即包装的主要功能就是保护产品,而可实现生物降解的包装却存在着将其在降解过程中所分解的物质带入包装内产品的风险;

5.现有的生物降解解决方案,以PET材料为例,与回收再利用过程是不匹配的。

尽管乍一看来,聚合物的生物降解能力颇具吸引力,实际上这也会招致一些不必要的影响,进而影响了聚合物废物回收再利用方案的实际可行性。

结语

在过去的三十年内,PET材料作为一种主要的包装材料而发展迅速。PET材料已经成为了水和软包装饮料产品的首选包装材料,而且持续地在全新的细分品类中保持着强劲的增长。PET材料本身的内在属性及其极具竞争力的价格,解释了PET材料大获成功的原因。

虽然石油正在成为一种稀缺而昂贵的原材料,但是我们仍可预期石油和煤炭等化石资源将成为聚合物生产的主要资源。同时,应用可再生资源生产聚合物的案例将显著增加。rPET(被循环利用的PET材料)本身的属性,便可使其成为一种包装材料,可回收的PET材料依其本身特性也可以作为一种资源,这便意味着收集、再利用已使用过的包装瓶是一个核心问题。因此,在相当长的一段时间内,PET材料仍将成为一种针对包装材料的较优选择。

可回收、循环利用、可再生资源

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