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探讨LCA技术的绿色包装设计原则 [复制链接]

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 包装工业是我国国民经济的支柱产业,每年可以创造出3万多亿元的国内产值和数千亿美元的外汇。但是包装工业同其他工业一样,在促进商品繁荣、推动市场经济发展、提高人们生活水平的同时,也给人类健康和自然环境带来了一系列严重的负面效应。2007年,我国包装废弃物垃圾占城市生活垃圾的比重在重量上已经达到15%~20%,在体积上也已经达到30%,包装废弃物年产量达到0.4亿吨。

  要从根本上解决包装工业发展所带来的这些负面效应,就必须从包装设计的源头抓起,实现包装与环境的相容。因此全球掀起了一场声势浩大的绿色环保浪潮,绿色包装应运而生。本文所阐述的绿色包装设计就是建立在“生命周期评价”理论(LCA)基础之上的一种包装设计原则。


一、LCA概述

  LCA(Life Cycle Analysis),即“生命周期评价”方法。它被称为“从摇篮到坟墓”的分析技术,是把产品从原材料提取到最终废弃物的处理的整个过程作为研究对象,进行量化的分析和比较,以评价包装产品的环境性能。这种方法的全面性、系统性和科学性已经得到人们的承认和重视,并作为ISO14000中的一个重要的子系统存在。

  (一)LCA的定义

  目前,对生命周期评价的概念有很多种提法,国际环境毒物学和化学学会、EPA、国际标准化组织和某些大企业均有各自的描述。国际标准化组织(ISO)定义为:LCA是对产品或服务系统在整个生命周期中与其所产生的相应功能直接有关的环境影响,对物质和能源的投入与产出进行汇集和测定的一套系统方法。国际环境毒物学和化学学会(SETAC)定义为:LCA是通过对能源、原材料消耗和废物的鉴定及量化来评估一个产品、过程或活动对环境带来负担的客观方法。我国在GB/T 24040—1999(ISO14040—1997)中定义为:对一个产品系统在全生命过程中的输入、输出以及潜在环境影响的汇编和评价。

  尽管表述不同,但是针对包装工业,归纳起来可以表述为:对一种产品及其包装物在生产工艺、原材料、能源或其他某种人类活动行为的全过程,包括原材料采掘、原材料加工、产品生产、运输销售、产品使用和回收处置的包装制品生命周期全过程,进行资源和环境影响的分析和评价。

  (二)LCA的技术框架

  GB/T 24040—1999(ISO14040—1997)标准将LCA的实施步骤分为目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释4个阶段。

  目的和范围的确定:LCA研究中的第一步,也是关键一步。目标定义要说明开展评价的目的和原因,以及研究结果的预期应用领域;研究范围的界定要保证研究的广度、深度、详尽程度与要求的目标一致。

  清单分析:对所研究的产品、工艺过程或活动在其整个生命周期内的能量和原材料需要量以及对环境的排放进行以数据为基础的客观量化过程。

  生命周期影响评价:对清单阶段数据进行定量或定性的评价,此评价考虑了对生态系统、人体健康和其它方面的影响。影响评价目前还处于概念化阶段,ISO、SETAC和EPA倾向于把影响评价定为一个“三步走”的模型,即影响分类、特征化和量化。

  结果解释:将清单分析和影响评估的结果组合在一起,使清单分析结果与确定的目标和范围相一致,从而作出结论和建议。


 二、基于LCA技术的绿色包装设计原则

  上述的LCA是分析和评价产品包装对资源和环境影响的一种方法,本论文在这种评价方法的基础上,从包装工程师和包装设计师的角度提出了一系列绿色包装设计原则,使得包装制品从设计的源头上就尽可能地减小对资源和环境的影响并考虑相应的环境保护措施。

  (一)绿色包装人才培养

  所谓的绿色包装人才,是指对LCA理论与方法有较深刻的理解,在包装设计及包装制品制造工艺设计中能够始终把无公害包装和环境友好包装(Environmental Friendly Package)作为第一设计原则的包装设计人才。
绿色包装人才的培养就是培养解决包装工业发展与其发展所带来的环境污染、人类健康影响这样一对矛盾的包装设计人才,是寻求包装工业最大化可持续发展的根本途径。

  我国开办包装工程专业的高等院校有60余所之多,每年向社会输送数以千计的包装设计人才。他们设计的包装制品必然会反映出其在高校学习阶段对包装设计的认识和理解,而这些认识和理解从环保角度来讲是否正确就取决于高校的培养模式。因此,在包装工程人才培养中,有必要引入绿色包装人才培养模式这一概念。

  (二)“5R+1D”原则是满足LCA要求的首要保证

  基于LCA理论的环保性、安全性、经济性、可持续性,必须在包装设计的源头把关,而“5R+1D”原则从包装材料选用与加工入手,堪称包装设计的第一原则。

  1.Reduce——实行包装减量化,绿色包装在满足保护、方便、销售等功能的条件下,应是用量最少的适度包装;

  2.Reuse——材料再利用,是指对使用过的全部或部分包装制品进行回收,不轻易放弃可以再次使用的包装制品,从而减少包装产品的生产;

  3.Return——材料可回收,是指把使用过的包装制品回收,重新利用,加工成新的包装制品;

  4.Recyc1e——材料可循环再生,是指对使用过的包装制品进行回收和再加工,使其被用于不同领域;

  5.Refuse——拒绝使用对环境和人体健康造成伤害的材料,是指在包装产品的整个生命周期中,即包装制品从原材料采集、材料加工、制造产品、产品使用、废弃物回收再生,直至最终处理的生命全过程均不应对人体及环境造成公害;

  6.Degradab1e——材料可降解,是指为了不形成永久垃圾,不可回收利用的包装废弃物要自然降解,可以腐化。

  (三)包装材料选用原则

  包装材料生产过程中所使用的各种主、辅材料的来源与性质是影响LCA分析结果的主要因素。在1970年~1992年之间,有超过40%的LCA案例都是以包装材料为研究对象的,主要定量研究了与包装制品、生产过程和服务相关的所有原料需要量、能量的消耗、放射性物质、废弃物等对环境的影响。因此,在具体的生产过程中所采用的原材物料应该是环保的、安全的、经济的、可循环利用或可再生的,选用时应遵循以下原则。

  1.环保性、安全性原则

  塑料、塑基复合材料在采用助剂、黏合剂时应不产生毒副作用,保证操作者的人身健康;

  生产过程中产生的废气、废水、废渣可回收处理,减少对环境的污染;

  黏合剂、涂料等辅助材料应按相关标准,严格控制挥发性苯、甲醇等有害成份的含量;

  食品及医药包装所用材料应符合国家有关规定,并按相关标准严格执行。

  2.经济性原则

  基础主体材料应给出理化性能指标、技术参数、符台的相关标准和使用的范围,以规范材料使用;

  原材料来源应比较广泛、持久且容易获得,保证材料生产连续、稳定;

  材料生产过程中能源和资源的消耗量应相对比较少;

  基础材料进行品种多样化、型号系列化、规格标准化,以满足市场的需求;

  材料应按标准或实际需要制定和划分产品的等级和档次,以满足用户的选择;

  材料应该能应用现代工业技术实现大规模生产;

  对一般原材料进行深加工,使其成为优质、多用途的材料。

  3.可循环再生性原则

  黏合剂、涂料、印刷油墨等的使用不应影响主体材料的回收利用;

  一次性容器用的材料在无回收利用价值时,应可腐化、可降解;

  回收后必须焚烧处理的材料不应含氯、氟等有害刺激性物质,且焚烧后应无残渣或残渣少。

  除上述原则外,在设计和选用材料时提倡尽量使用单一的材料,如果为了满足包装功能条件必须要复合起来使用,那么就应该选择相容性较好的材料。材料之间的相容性好,意味着这些材料可一起回收,能大大减少拆卸分类的工作量,提高效率。例如,金属和塑料之间相容性差,就不能一起回收,必须先分离;布与纸的材料相容性好,可以一起回收处理,因此不必拆卸分离开。

  (四)包装结构设计原则

  对于包装结构的设计来说,LCA理论要求包装工程师和设计师们应该考虑到所设计的结构是否是经济的、美观的、科学的、利于回收和有良好可加工性的。

  1.经济性原则

  包装开启后应具有可再密封性,指不能一次全部使用完而且不方便采用小包装的产品,其包装应该能够重新密闭封合,以保护剩余的产品的性质。

  包装结构力求简单与实用,这样既减少了制造工艺的复杂性,降低了人力、能源和资源的消耗,减少了对环境的负载,又从根本上节省了材料,降低了成本,增加了产品的竞争力。

  2.美观性原则

  包装结构的设计应既考虑到美学因素又注重材料的节约。在保证包装性能的前提下,考虑到美学因素的设计和注重节省材料的设计在材料的用量上往往是十分矛盾的,因为考虑了美学因素可能材料用了较多,但是当注重节省材料时又失去了美感,所以包装工程师和设计师们应该在两者之间寻求一个平衡点,使包装尽量完美。

  3.科学性原则

  设计中应充分利用结构力学的知识,提高材料利用率,降低材料用量。为了满足包装的刚度和强度要求,对于箱形薄壁容器,可以采用在容器边缘局部增加壁厚的结构形式提高容器边缘的刚度,也可以采用瓦楞状的结构增加容器侧壁强度。另外,为了防止或减小容器底部的变形,可将平板形状改为球面或拱形曲面。

  包装材料和结构确定后应经过大量的试验验证,进行反馈并修改,直至其具有足够的强度、刚度和稳定性,在流通过程中能承受住外界各种因素的作用和影响。

  4.可循环再生性原则

  包装结构可拆卸性,指需要复合材料结构形式的包装应设计成可拆卸式结构,这样有利于拆卸后回收利用。例如,可以将利乐包制作成由100%再循环的纸板盒以及盒子内用来盛饮料的袋子组成的结构形式(衬袋盒),主要目的是让人们能够轻易地将纸盒和袋子拆卸开,方便回收利用。

  包装具有可压缩性可折叠型,可以减少体积和运输成本,利于再加工。这样既方便包装生产企业运输制品到客户处,又方便包装废弃后的回收。

  (五)包装印刷工艺绿色化原则

  包装制品的生产工艺对LCA的量化分析结果也有显著的影响。在选择包装印刷工艺时尤其要坚持包装印刷工艺绿色化原则。

  绿色化印刷的技术方向现在主要有3个:柔性版印刷、无水胶印技术和CTP直接制版技术。

  柔性版印刷,主要是满足食品、药品等对环保性能的要求较高的产品的包装印刷。它采用的印刷油墨主要是以无毒的水和乙醇为溶剂的油墨或不含溶剂的UV油墨,这就从根本上解决了有机溶剂等有害气体挥发排放的问题,能改善印刷工作环境并且降低了大气污染。

  无水胶印技术,它是一种新型的印刷方式。由于不需要润版液,这种印刷方式可以保护环境,防止污染,同时配合大豆油油墨和不含挥发性的芳香烃非溶剂型油墨使用,不影响人体健康,也有利于环境保护。从总体印刷效果来讲,其印品质量更高,对提高印品质量、操作方便性和环保等方面比传统胶印更具优势。

  CTP直接制版技术,它通过电脑将RIP后的图文信息直接输出到印版上,可以完全省去中间的软片输出环节,减少了制版中软片的输出、显影、定影和晒版的步骤,从而减少银离子、对苯二酚等有害物质的排放,也减少了曝光时紫外线对人体的伤害和对空气的污染,有利于环境保护。

  (六)包装表面装潢设计原则

  在包装表面装潢设计方面,图案的设计和色彩选择也应该从LCA技术出发,做到图案具有指导性、色彩具有少色性。

  1.图案设计

  在包装外观上,要有明确的环保标志、注明所用材料的名称、是否为可回收、如何分类、环保等必要的相关信息。这样,不仅可以指导消费者按其材料分类投入垃圾桶中,而且方便后期的废弃物处理部门回收、分类及处理。

  2.色彩选择

  包装外观色彩应追求调和、精炼、单纯,强调更多的使用纯色,实质上就是要避免包装上的用色过多的累赘。色彩选择时不能只考虑色彩的美观,还要考虑繁多的色彩会使得印刷工序变得更复杂、印刷成本增高、产品二次回收更不方便等。

  三、结语

  在世界经济高速发展的今天,我们应该清醒的意识到,绿色包装不仅仅是关注包装的废弃物,更应该把注意力放在贯穿产品包装的整个生命周期全过程之中。只有这样做才能更好的保护环境,保护我们人类自身。因此,基于LCA的绿色包装设计是考虑了产品包装从产生到消亡全过程的一种设计原则,是实现包装、环境和人类自身相容,包装工业可持续发展的唯一选择。
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