本文译自:《Moulded pulp fibers for disposable food packaging: A state-of-the-art review》

原作者：Katherine E. Semple, Chenli Zhou, Orlando J. Rojas, William Nguegang Nkeuwa, Chunping Dai

关键词：食品包装、可持续、纸浆模塑、竹（纤维）、可再生纤维、热成型

概    述：

本文全面回顾了纸浆模塑的生产及其特性，以及与一次性塑料和生物质塑料食品包装的比较。由于甘蔗、小麦和竹子具有成本低、来源广泛、生长快等优点，它们正在逐渐取代木材成为纤维材料的来源，在非木浆制浆技术和热成型工艺的进步也提高了这些材料的纤维回收率、生产效率和产品质量。而制约这些非木质纤维使用的因素包括较长的生产周期、大量化学物质和能源的消耗、来自生物塑料的竞争，以及存在有毒的全氟和多氟烷基物质 (PFAS)的风险等。不过即使这样，该行业的迅速发展正在逐渐解决这些问题，例如：使用新的干压多层热成型工艺、天然添加剂、定制的纤维组合配方和不含PFAS的原料等。不过，要建立和维持纤维素生物产品的竞争力，还需要引入完善的生命周期评估方法、具备明确可行的绿色废弃物和回收途径。本文最后提出了一些关键的研究领域。

一、介绍

塑料的增长速度几乎超过了所有其他制造材料：从 1950 年的年产量 200 万吨 (MT) 增至 2015 年的 3.22 亿吨（Geyer 等人，2017 年），而塑料包装不仅是最大需求，也是塑料废物的最大来源（图 1）。超过 40% 的工业包装用于包装食品（全球市场价值超过 560 亿美元），其中 40% 的食品包装由塑料制成（Rattanawongkun 等人，2020 年）（图2）。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

根据联合国环境规划署2021年发布的报告，1950~2017年期间全球累计生产约92亿吨塑料。报告预计，到2050年，全球塑料累计产量将增长到340亿吨，年塑料废弃物产生量约为3亿吨。塑料污染问题已成为仅次于气候变化的全球第二大环境焦点问题，给全球可持续发展带来极大挑战。

不能被回收和堆肥的包装对垃圾填埋场产生了巨大的需求（Berthet 等人，2016；第 8, 4252 页；Breslin，1993）和严重的环境（土地、河流和海洋）污染（Barnes 等人，2009；Jambeck 等人，2015）。外卖食品行业的资源使用和浪费规模巨大且不断增长（Molina-Besch，2020）。中国是世界上最大的外卖食品包装生产国和消费国，例如在2019 年每天产生近 35万吨的外卖包装，丢弃了 400 亿个塑料外卖食品盒（Zhou 等，2020），食品包装约占中国制造业和废水污染总量及其用水需求的三分之一（Zhou et al., 2020）。在加拿大，每年会产生300万吨塑料废物，在浪费的资源和能源方面的损失高达 80 亿美元（加拿大政府，2020 年；Walji，2020 年），外卖容器占此类废物的很大一部分。

欧盟的塑料回收率约为 30%（Briard 等，2018），加拿大为 9%，明显低于约15%的全球平均水平。目前，中国废塑料回收与再生利用产能和产量都位居世界第一，从事废塑料回收和再生利用的企业数量超过了1.5万家，相关从业人员规模约为90万人。2021年，我国废塑料的材料化回收量约为1900万吨，回收率达到31%，是全球废塑料平均材料化回收率的近1.74倍，回收利用产能约占全球70%，并且实现了100%本国材料化回收利用。而同期美国、欧盟、日本的本土废塑料的材料化回收率分别只有5.31%、17.18%和12.50%。（来源：中国经济导报 2022年6月14日刊）

阻止有效塑料回收的障碍包括：种类繁多的聚合物、辅助添加剂、填料、表面处理材料和增强材料、着色剂和增塑剂等（Andrady & Neal，2009；Song 等，2009）。另外一些所谓的“绿色”塑料，例如含有辅助添加剂的氧化降解塑料，可以在紫外线 (UV) 光和氧气下降解，让消费者认为它们产生的垃圾很容易生物降解（Hann 等人， 2017），实际上这一类塑料垃圾的降解并不完全，焚烧或熔化会释放小分子生物毒素（例如溴化阻燃剂、纳米添加剂），并且需要对塑料废物进行更复杂的分离（Das 等人，2021 年；Leslie 等人，2016），给废弃物管理带来进一步的复杂性。2017年之前，西方国家丢弃的塑料垃圾70%出口到东亚和太平洋地区，其中89%是一次性塑料食品包装常用的聚合物，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。中国于 2017 年停止了这些进口，马来西亚等其他国家随后也停止了进口。

中国推出了各种政策和激励措施，目标是逐渐向可重复使用/可共享，或者是可堆肥/可回收的植物纤维包装过渡（Zhou 等人，2020）。其中之一是纸浆模塑 — 从19 世纪末发展起来用于回收木浆、纸张和纸板的一个相对“简单”且成熟的制浆行业。在塑料工业出现之前，大量一次性和可生物降解的包装材料、花盆、食品容器和托盘都是纸浆模塑产品，例如最早的一次性食品餐盘和托盘都是由纸浆模塑制成。但是在 20 世纪 70 年代被石油塑料尤其是发泡聚苯乙烯 (XPS) 所取代。这些材料当时被宣传为更清洁、“更现代化”、更便宜、可以大规模生产、加工和材料效率高。现在则相反，由于塑料环境污染问题促进了一次性食品容器市场向纸浆模塑和更新的“可生物降解”生物塑料的过渡。虽然生物塑料被标榜为“绿色”，如植物淀粉和多糖基可降解生物塑料，但是目前所生产的生物塑料中约有一半是不可生物降解的（Rahman & Bhoi，2021），而那些可生物降解的材料则需要在一个严格控制温度、湿度和细菌/真菌堆肥条件的环境中才能降解，材料之间的降解率有很大差异，有些还会在分解过程中会释放生态毒素、纳米颗粒和温室气体 (GHG)（Adhikari 等人，2016 年；Emadian 等人，2017 年；Souza 和 Fernando，2016 年）。此外，生物塑料的来源为专门为特定目的种植和运输的农作物可食用部分（例如玉米粒、土豆、甜菜）中的淀粉和多糖（Madival 等人，2009 年），而纸浆模塑来自不可食用的主要粮食作物的废弃纤维（茎、叶、种子），包括甘蔗、油棕榈、玉米和小麦。

我们可以找到一些关于纸浆模塑产品和及其制造技术的讨论（Dey 等人，2020 年；Didone 等人，2017 年；Zhang 等人，2022 年），但是，他们都没有将包装放在更广泛的背景下进行讨论，也没有关注外卖食品容器的具体制造、添加剂和要求方面的内容。 本文对非木质纤维食品包装的制造、工艺和添加剂以及相关特点进行了全面综述，介绍了与一次性食品包装行业这一重要且不断增长的部分相关的挑战和研究差异。