劉弘仁 / 工研院材化所
氣候危機迫在眉睫，當低碳環保成為塑膠包裝消費市場的普世價值，促使人們重新思考包裝中使用的材料和物質。全世界每年有約7,800萬公噸的塑膠包裝材料生產，其中約有14%能進入回收體系，最後僅僅只有170萬噸(約2%)能回到原來的塑膠包裝應用體系中。如今循環經濟逐漸成為顯學，具備重新再利用潛力之「單一化材質」包材，近幾年成為當紅的開發方向。Smithers市場報告推測到2028年市場將超過800億美元(約3,000萬噸)，包括單一化的PE、PP、PVC及RCF。本文將針對單一化包裝的沿革及相關技術開發作一簡單介紹。
【內文精選】
異質多層包材 vs.單一材質循環包材
現階段大部分塑膠包材常由多種相異材質積層/共擠而成(如塑膠、鋁箔片等)，各層材質提供薄膜不同用途，如氧氣/水氣阻隔、抗穿刺、印刷性、結構強度、抗摔及熱封性等；但異質多層複合包材廢棄後無法回收/分類，或僅能做一次性的低階回用(塊材、地磚、步道等)，所以大多是以焚化或掩埋處理。為了解決這個問題，傳統會將包材分成兩大類：可回收的(Recyclable)及可堆肥的(Compostable)。將包裝材料回收再利用或可降解化，建立循環型包裝成為如今趨勢，而由於水平回收(Horizontal Recycling)(圖六)觀念的興起，可回收的循環包裝會比降解/堆肥型的包裝更受趨勢青睞。
圖六、水平回收的定義及流程
因應法規要求及循環經濟趨勢，如今包裝的設計會將回收適合度(Collection)、分選適合度(Sortability)及再生適合度(Recyclibility)列入考量。CEFLEX(Circular Economy for Flexible Packaging歐洲軟包裝回收經濟組織，由歐洲一百八十多家軟包裝供應鏈公司所組成)定義整體軟性包裝材料中，單一材質(包含以原材料為主體的共聚物)須達到大於90 wt%，其他非單一材質之添加每一項重量占比須小於5%，方可稱作單一材質包材(Mono-material Packaging)。按國家/地區分類的可回收廢物流中的軟包裝數據顯示(圖七)，可回收流中軟包裝的最大比例是單一材料薄膜，主要是Mono-PE和Mono-PP，因為這些材料是最容易回收的材料，也是CEFLEX設計軟包裝的首選；而不同國家的多材料結構比例不同，紙基、鋁箔基、可生物降解和可堆肥結構的數量較少，也符合前文所述之趨勢方向。又因為多層包材大多具有PE的低溫熱封層，所以相較於其他材料而言，PE/PP之單一包材將是最大的主流趨勢。而由於目前單一材質定義中仍保有了10 wt%的其他材質空間，也讓金屬化蒸鍍、以SiOx來提升阻氣或其他特性，成為可行之手段。
圖七、四個歐洲國家回收流的材質分類
單一材料包裝優勢
① 提高可回收性：
透過使用單一材料，包裝可以有效回收，從而消除對能源密集流程的需求，減少了與廢棄物處理相關的環境影響。這種類型的包裝通常於生產過程所需的能源和資源較少，使其成為多層包裝更永續的替代品。
② 經濟優勢：
單一材料包裝更具有經濟效益。製造商可以從降低的材料成本中受益，因為只需要投資單一材料而不是多個組件。節省的成本將轉而有利於消費者，使產品在市場上更實惠、更有吸引力。
國際技術開發趨勢
1. interpack 2023展會觀察
在德國杜塞道夫舉辦、三年一度的interpack 2023國際包裝展中，各國廠商展出符合循環包裝趨勢的新技術，其中包含大量的單一化包裝技術宣示。與允許使用多種材料以獲得最佳結果的傳統包裝不同，單一材料包裝限縮了選擇範圍，必須尋找環保且具有保護性的包裝材料及應用技術，這是製造商面臨的重大障礙。特別是由於材質改成了PE或PP為主的單一材質，許多原先其他材料可提供的性能需要靠PE/PP材質單獨提供，對材料的機械物性要求因此進一步提高。或是通常需要不同的材料來滿足特定需求之創意包裝設計，單一材料包裝也限制了設計師製作包裝的彈性，這亦是挑戰之一。
2. BOPE技術
全PE類型的單一化包材，常會在中間貼合一層BOPE膜(Bi-axial Orientation Polyethylene，雙向拉伸聚乙烯膜)，以作為結構強度層。相較於傳統吹膜PE (Blown Film)，BOPE膜具有更高的強度(約2.5倍)、更高的穿刺強度(約2.3倍)、兩倍的衝擊強度、更好的透明性及尺寸安定性，且可較PE吹膜減薄一半，就成本考量或包材減薄而言都很有優勢 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》449期，更多資料請見下方附檔。