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绿色包装及其设计
作者:尹凤福 喻子达 刘振宇
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胶带, 打包带, 铁扎线, 行李扣, 尼龙扎带, ...
随着经济的发展和人们消费水平的提高,包装业已经形成了一个完整的工业体系,并以惊人的速度向前发展。2000年,我国包装工业的产值已经增加到2200亿元以上,预计到2005年,全国包装工业总产值可达3200亿元。据有关资料报导,全球包装行业的工业总产值已达6000~7000亿美元,占全球GDP的2%左右,包装业已排在世界前十大行业之列,因此,产品的包装已经成为人们生活和世界贸易往来不可缺少的一个重要部分。但是,伴随着各类包装工业的迅猛发展,大量产生的包装废弃物,及包装材料和包装生产过程的污染,也变得越来越突出。因此,要求改变当前现状的绿色包装及其设计也就应运而生,绿色包装运动正在从发达国家向全球范围内迅速扩展。

1 绿色包装

绿色包装是指在产品包装的全生命周期内,既能经济地满足包装的功能要求,同时又对生态环境不产生污染,对人体健康不产生危害,能够回收和再利用,满足可持续发展要求的包装物质。在传统包装的产品保护、盛装与划分、信息传达、促销增值等主要功能之外,绿色包装特别强调了环境协调性,当前环境协调性逐渐成为了衡量包装性能好环的一个主要指标,它要求实现包装减量化(Reduce)、重复利用化(Reuse)、循环利用再生化(Recycle) ,即通常的3R原则。此外,还要求包装物对人体和生物无毒无害、废弃后可降解等。

2、绿色包装国际法规

1978年后,欧洲工业发达国家为发展绿色经济,首倡在国际贸易中逐步推行产品包装的“绿色标志”,以保护环境,发展绿色包装工业。凡标有“绿色标志”者,表明该产品包装从生产到使用,从消费至最后回收利用均符合环境保护的要求。一个产品包装只有取得了某国的环境标志,才能获得进入该国市场的“通行证”。1986年以后,欧盟一些国家又相继颁布了《包装废弃物处理法》等有关绿色法规,严格禁止不符合环境要求的包装入境。1991年欧盟发布了《包装/包装废弃物指令》。

1992年6月,联合国在巴西里约热内卢举行联合国环境与发展大会,有116位国家首脑、172个国家8000多名代表参加,在《里约宣言》中明确提出了可持续发展的战略。由此使得绿色包装的立法,又进入了一个崭新的、以强调与环境和谐发展的、适应生态环境的阶段。

在《里约宣言》之后,1994年12月,欧盟又针对进口产品包装的环境与发展的要求,发布了有关包装及包装废物管理的《包装指南》第94/62/EC号指令,指示成员国按要求实施法令。从1998年1月1日起只有符合各项主要规定的包装商品方可在欧盟市场上销售。指令中还包括包装废弃物的回收和再用,生产者和销售者对包装废弃物所产生的环境影响负起责任,实现包装废弃物的有效回收利用和污染预防。这一法令的实行为各国厂商如何处理产品与包装提出了更为明确,也更为严格的要求。

1996年1月起,国际标准化组织ISO先后推出了“ISO14001环境体系”、“ISO14014环境标志”、“ISO14026寿命期评估”等等系列国际标准,对发展绿色经济,规范包装,促进绿色包装发展起到了十分积极的作用。经过几年的实践证明,世界各国厂商已开始慎重考虑包装设计和材料选择,力求在满足包装对产品的保护性、广告性、说明性的同时,增加其环保性能,减少浪费,降低包装成本。与此同时,世界贸易组织(WTO)、“绿色和平国际”(GP)、“国际品牌联盟”(IBF)、各地民间环保组织NGO等等也强调环境与发展、产品/包装废弃材料的回收和再生资源利用。

2003年2月,欧盟公布了欧洲议会和欧盟部长理事会共同批准的《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》( Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment,即RoHS指令)。该指令要求自2006年7月1日起在欧盟市场禁止销售含有铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚和聚溴联苯6种有害物质的电子电气设备,同时对产品包装中的六类有害物质作了限制。

3 绿色包装及设计的原则

绿色包装良好的环境协调性已经得到了社会的广泛认可,但是怎样才能实现绿色包装?合理的包装结构设计是实施绿色包装的重要前提和条件,它对包装的整个生命周期环境影响起着关键性的作用。实际应用中,可按照以下几个方面来考虑:

3.1.通过合理的包装结构设计,提高包装的刚度和强度,节约材料。

包装的基本功能就是实现对产品在运输过程中的保护。因此,包装的结构应避免对产品结构产生不利影响,保证包装具有足够的刚度和强度。合理的包装结构设计不仅可以保护产品,而且还会因为包装强度和刚度提高,降低对二次包装和运输包装的要求,减少包装材料的使用。例如对于箱形薄壁容器,为了防止容器边缘的变形,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;为了减小容器侧壁的翘曲变形,可以采用瓦楞状的结构;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。采用上述结构后,即可满足要求又可减小壁厚,达到节省材料的目的。

DEC公司的研究表明,增加其产品的内部结构强度,可以减少54%的包装材料,降低62%的包装费用。

3.2.通过合理的包装形态设计,节约材料。

包装形态的设计取决于被包装物的形态、产品运输方式等因素,包装的形态与结构是互相制约互相联系的,而不同的包装形状对应的材料利用率也是不同的,合理的形状可有效减少材料的使用,这些形状主要包括球形、立方形和圆柱形。
在各种几何体体积相同的情况下,球形体的表面积最小。换言之,当我们需要用最少的表面材料来包裹最多的物品时,球体就是最佳的选择。根据这个原则,在包装设计时首先考虑到的几何结构包装应该是球体,这样可以最大限度地节约原材料。商品包装中使用球体的实例不胜枚举,例如球形的酒瓶、香水瓶等。

方形包装主要有长方形和立方形,这其中也存在表面积最小的问题。在同样体积的情况下,长方体的表面积要比立方体的表面积大,这说明在方形包装结构中,立方体的结构应作为首选。例如,以香烟包装为例,其包装是典型的方形包装,这种十盒为—条的香烟包装已经是司空见惯了,但仔细分析后就会发现可改进之处。这种沿用了几十年的香烟包装.长度27.5 cm、宽度5 cm,如果将长度缩小为12.5cm,宽度为11 cm(高度为9 cm),这时需要包装材料的表面积为349 cm2,而原包装设计所需要的包装材料面积为430 cm2,两者的面积差为81 cm2,两者对比可知,改进后的包装将节省23.2% 的材料,经济效益是非常明显的。

由于球形包装在储存和运输过程中不易放置,因此在许多场合下,与球形近似的圆柱形包装结构就成为一个折中的选择,例如各种油桶、漆桶、饮料罐等。决定圆柱形包装材料消耗的要素是圆柱的半径和高。计算表明,当圆柱形的高度是半径的2倍时,其表面积最小,也就是说当圆柱形的高度与直径相等时,最节省材料。

3.3 从材料的优化下料出发,实现节省材料

板材下料是许多企业的生产实际问题,不同规格、不同数量零件的合理套裁可提高材料利用率。在由大块包装材料切割分离成小块材料的过程中,不同的材料组合利用工艺,结果是大不同的,这实际上就是最佳的下料问题。合理的板材下料组合,可达到最大的材料利用率。

在生产实际中,不同规格零件的套裁具有成千上万种的排列组合,用人工寻求最佳下料方案往往是费时费力,随着计算机硬件及软件技术的发展,已经出现了能有效地解决各种板材合理套裁问题的软件。这类软件操作简便,只需输入原材料规格及各种零件的尺寸、数量,即可得到优化的下料方案,然后以工艺方案清单和成套下料工艺图纸的形式显示、打印出来。

3.4.避免过度包装。过度包装是指超出产品包装功能要求之外的包装。豪华月饼、保健品和某些药品的过分包装乃至欺骗性包装就是典型的过度包装。当前,这种过度包装现象在礼品、保健品和食品等行业是很严重的,这种浪费严重的奢华包装是与绿色包装相对立的,为了避免过度包装,可从以下几个方面的措施入手。

(1)减少包装物的使用数量。在满足包装功能的前提下,节省资源。其方法可以归纳为两种,即控制单位产品包装容器数量和利用批量包装代替单独包装。

化妆品和牙膏通过采用增大瓶盖的办法,使其可以直接放在货架上展示,从而可省去外面的纸壳包装,这是控制单位产品包装容器数量的一个实例。此外,还可适当增加包装容器的附加壁层,从而避免使用填充物;利用大容器代替小容器使得在包装相同数量的物品时减少包装物的消耗等。

利用批量包装代替单独包装,或直接将商品运送到使用观场又是减少包装物使用数量的一种方法。这方面散装水泥是一个典型例子。据统计,每销售一万吨散装水泥可节约袋纸60吨,造纸用木材330立方米,电力7万度,煤炭111.5吨,减少水泥损失500吨,综合经济效益十分显著。

(2) 尽可能减少材料的使用。在满足一般包装功能和外观要求的条件下,尽量减少材料的使用。香烟包装的例子已经给出了很有说服力的具体数据,减少材料的使用会带来很多益处,首先最直接的就是减少了原材料的成本及加工制造成本,其次减少了装卸和运输的成本,更进一步也减少了包装废弃后的回收再利用和处理成本。许多食品在精美的包装盒外面,特意在包装盒外面增加了一层塑料薄膜,从绿色包装角度而言,这层薄膜对于完成产品的包装功能是不必要的,而且在打开包装后,这层塑料薄膜就成为了垃圾,往住被随意丢弃。

(3) 选择合适品质的包装材料,在满足一般包装功能和外观要求的条件下,应该尽量避免使用不必要的高品质包装材料,摒弃奢华之风。例如在瓦楞纸板满足要求的情况下,尽量避免利用纯白卡纸等高级纸板制作外包装纸箱。因为纸的质量和性质与原料有很大关系,高品质的纸是以纤维长、杂细胞少、灰分含量低的木材作为纸浆原料的,而低品质的纸是以稻草或废纸作为纸浆原料的。

3.5,通过合理的包装结构设计,避免包装物的随意丢弃,避免使用由不同材料组成的多层包装体,以减小不同材料包装物的分离。例如,饮料瓶的瓶体往往可以得到有效回收,而瓶盖往往被人们随意丢弃,无法回收。针对这一问题、饮料瓶的生产厂家改进了瓶子的结构设计,保证瓶盖打开后,仍有拉环连接在瓶体上,从而避免了瓶盖的随意丢弃。

3.6 在产品包装设计时,要尽量考虑到包装的回收,降低回收的难度。例如,英国ICI综合化学公司利用名为Alcaligences eutrophus的微生物,由葡萄糖和丙酸发酵生产出的“生态聚合物”,这种聚合物可以融化、注塑和回收,性能和基于石油的塑料非常近似。而且,废弃后可以完全分解为二氧化碳。

3.7.在包装材料的明显之处,标出各种回收标志及材料名称。完整的回收标志及材料名称,将大大减少人工分离不同材料所需的时间,而且提高了分离的纯度,极大地方便包装材料的回收和利用。在欧盟的WEEE指令中,对机电产品也提出了同样的要求。

4 结语

绿色包装是包装工业的一次环保技术革命,是世界包装工业适应环保潮流的必然趋势。因此,我们要大力实施绿色包装及其设计,选择合理的结构或形状减少包装材料的使用,避免包装物的随意丢弃,标出包装材料的成分及回收标志,并且考虑到包装废弃后的回收和再循环利用,最终实现对产品技术先进、经济环保的绿色包装。

参考文献:
[1] 尹凤福,王正太,刘振宇等. 家电中的六种有害成分及其替代,环境污染与防治(网络版),2004.12
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[5] 汪劲松,段广洪,李方义. 基于产品生命周期的绿色制造技术研究现状与展望,计算机集成制造系统,1999,(5)4:4~9
[6]刘飞,曹华军,何乃军. 绿色制造的研究现状与发展趋势.中国机械工程,2000,11(1-2):105~110(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/3/2007)
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