بسته بندی پلی اتیلن ترفتالات و پلی پروپیلن

پلی اتیلن ترفتالات و پلی پروپیلن در بسته بندی سازگار با محیط زیست

امروزه در اتحادیه اروپا، با جدیت بر نیاز به توسعه مواد بسته بندی مواد درجه چهار و لبنیات تاکید می شود که ازنظر زیست محیطی پایدارتر هستند. در پاسخ به این نیاز، تحلیل چرخه حیات (LCA) باهدف ارزیابی جایگزینی جعبه‌های فوم پلی استایرن سنتی، پلی پروپیلن (PP) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) با جعبه‌های بسته بندی ساخته شده از کارتن دولایه و پوشش داده شده با بیوپلاستیک مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل LCA نشان می‌دهد که بسته بندی مقوایی پوشش داده شده با بیوپلاستیک، برخلاف بسته بندی بیوپلاستیک حاصل از ذرت و نیشکر، اثرات زیست محیطی کمتری دارد. در بسته بندی لبنیات، یک سناریوی دفع بهبود یافته درنظر گرفته شده است؛ بویژه برای بازیافت. علاوه براین، مواد خامی که به طور کامل یا جزئی قابل بازیافت هستند نیز درنظر گرفته شده اند. اگرچه بسته بندی مقوایی قابلیت بازیافت 100 درصدی دارد اما این رقم در PET و PP به دلیل بازیافت ناکافی و فرایندهای ضدآلودگی به ترتیب 50 و 4 درصد است. با این حال، تاثیر پلاستیک‌های فسیلی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد؛ اگرچه بسته بندی بیوپلاستیک و روکش شده بازهم بهترین انتخاب هستند. برای تایید این نتایج، یک تحلیل تصمیم چندمعیاره انجام شد تا نتایج حاصل از تحلیل چرخه حیات (LCA) را تایید کند.

از دیدگاه پایداری زیست محیطی، بسته بندی مواد غذایی به طور فزاینده‌ای به سبب کاهش اثرات استفاده از پلاستیک‌های فسیلی مورد توجه قرار گرفته است. نمونه قابل توجهی از مواد پرکاربرد در بسته بندی محصولات لبنی پلی استایرن منبسط شده (EPS) است که از منابع فسیلی به دست آمده و دارای ساختار شیمیایی حاوی اتم‌های کربن و هیدروژن در حضور یک حلقه استایرن است. علاوه براین، رسانش پایین و وزن کم آن را به یک ماده عالی برای حفظ لبنیات تبدیل کرده است. از پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی پروپیلن (PP) بیشتر برای نگهداری محصولات درجه چهار مانند میوه و سبزیجات تازه استفاده می شود. این مواد همچنین از منابع فسیلی تولید شده اند که علاوه بر نفوذ ناپذیری گاز و مایع، از مواد غذایی در یک فضای محافظ نگهداری می کنند. مشکل اصلی این مواد تاثیر زیست محیطی بالای آنها و نیاز به جایگزین پایدارتر مطابق با دستورالعمل های اتحادیه اروپا است. در هر دومورد، کارتن دولایه می تواند جایگزین مناسبی باشد. این نوع کارتن از حداقل دو لایه "لاینر" و یک لایه میانی به نام "فلوت" ساخته شده است که ساختار دولایه دارد. این پیکربندی فشرده مقاومت بسته بندی را در برابر آسیب‌های محیطی افزایش می دهد. در مطالعات قبلی، مشاهده شد که کارتن دولایه تولید شده از مواد خام بکر و بازیافتی از عملکرد محیطی بهتری برخوردار هستند. PET معمولا در تولید بطری، فنجان یا ظروف غذا کاربرد دارد. بدیهی است که پلی اتیلن تاثیر بیشتری از سایر مواد ازجمله پلی پروپیلن دارد. از آنجا که تاکنون از کارتن برای بسته بندی محصولات تازه یا لبنیات استفاده نشده است، هیچ گونه تجزیه و تحلیل زیست محیطی به منظور تعیین کمّی اثرات آن با پلاستیک های فسیلی وجود ندارد. به منظور اطمینان از عایق حرارتی محصولات لبنی و نفوذناپذیری گاز و مایع در محصولات تازه، داخل و خارج کارتن با لایه های بیوپلیمری پوشش داده شده است. این لایه ها از دو لایه پلیمری مختلف تشکیل شده اند؛ یکی از بیوپلیمر پلی لاکتیک اسید با ذوب بالا (PLA) و دیگری از پلی بوتیلن سوکسینات کم ذوب-کوآدیپات (PBSA). هدف از این مقاله علمی، ارزیابی محیطی باهدف جایگزینی بسته بندی رایج محصولات لبنی ساخته شده از EPS با مقوای دولایه روکش شده با بیوپلاستیک است. همچنین، یکی دیگر از اهداف آن بررسی امکان جایگزینی PET و PP با مقوای روکش شده و فیلم بیوپلیمری است.

ارزیابی تاثیرات

در شکل زیر اثرات ایجاد شده توسط جعبه‌های روکش شده با پلی استایرن منبسط شده (EPS) و مقوا دولایه ارائه شده است.

شکل 1:

پلی استایرن منبسط شده (EPS) به دلیل اثرات ناشی از استخراج و پالایش نفت، مصرف انرژی و گرمای تولید شده درحین فرایند اکستروژن گرانول عملکرد زیست محیطی شدیدی بر سلامت انسان (HH)، تغییرات آب و هوایی (CC) و منابع (R) دارد. همچنین کارتن دولایه به دلیل فرآوری چوب درختان، کشت نیشکر و ذرت برای تولید فیلم بیوپلاستیک 20 درصد از تمام تاثیرات را شامل می شود؛ به استثنای کیفیت اکوسیستم (EQ). در شکل زیر مقایسه بین PET، PP و کارتن پوشش داده شده نشان داده شده است که چگونگی اثربخشی پوشش کارتن با بیوپلاستیک را بر EQ مشخص می کند.

شکل 2:

PET، به استثنای دسته R (منابع)، عملکرد محیطی پایین تری دارد؛ به ویژه در دسته بندی HH (سلامت انسان).

ارزیابی حساسیت

نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل حساسیت در بسته بندی جعبه ای و سینی به ترتیب در شکل‌های زیر نشان داده شده است.

شکل 3:

شکل 4:

 در حالت اول، اثرات EPS به دلایلی که قبلا گفته شد درنظر گرفته نشده است. در مرحله بعدی امکان کاهش تاثیرات وجود دارد اما تفاوت بین مرحله بعدی و مرحله بهبودیافته تنها در دسته EQ به لطف افزایش نرخ بازیافت مشهود است. در بسته بندی سینی، استفاده از 50 درصد گرانول PET بازیافت شده موجب کاهش قابل توجه تاثیر آن بر تمام دسته‌ها می شود. این یافته ها درمورد PP به دلیل محتوای کم مواد بازیافتی صدق نمی کند. مقوا عملکرد محیطی خوبی را حفظ می کند؛ به استثنای CC که همچنان درمقایسه با PP تاثیرات کمتری دارد.

کلام آخر

در این پژوهش، تحلیل مقایسه‌ای بسته بندی‌های پلاستیکی فسیلی با کارتن دولایه پوشش داده شده با بیوپلیمر زیستی انجام شد. در بسته بندی محصولات لبنی، کارتن دولایه به دلیل منشا بیولوژیکی آن، استفاده کمتر از منابع فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای جایگزین خوبی برای EPS است. با این حال، تولید کارتن و بیوپلیمرها به دلیل کاشت درختان، ذرت و نیشکر تاثیر زیادی بر کیفیت اکوسیستم دارد. بیش از ده سال، مقوا تنها جایگزین سازگار با محیط زیست است که عملکرد آن حتی با تاثیرات بالاتر ازطریق بازیافت و کمپوست سازی افزایش یافته است. در بسته بندی سینی، کارتن روکش شده با 100 درصد مواد بازیافتی عملکرد قابل توجهی بهتری از PET و PP دارد. با این حال، تحلیل حساسیت نشان داد که استفاده از گرانول PET و PP بازیافتی اثرات زیست محیطی را به حداقل می رساند؛ به ویژه پلی اتیلن به دلیل افزودن 50 درصد PET بازیافتی (rPET). با این وجود، کارتن پایدارترین انتخاب در تحلیل حساسیت است. به طور کلی، توجه به افزایش درصد گرانول‌های بازیافتی در تولید سینی های PET و PP که ممکن است جایگزین های مختلفی داشته باشند ضرورت دارد. درحال حاضر، زیرساخت و فناوری برای استفاده انحصاری پلاستیک‌های بازیافتی، به ویژه PP، که میزان استفاده از مواد بازیافتی را محدود می کند وجود ندارد.