全球累计生产的塑料有83亿吨，在过去40年，塑料产量翻了两番有余，但总体回收利用率不足10%——这是联合国环境规划署公布的一份数据。作为塑料生产和消费大国，在“双碳”背景下，我国塑料减量与可回收任务繁重。
获得中国化工学会2022年度技术发明奖一等奖的“新型双向拉伸聚乙烯(BOPE)薄膜专用树脂分子结构调控及工业化”项目，为塑料减量与回收提供了一条新路径。使用该技术生产的高强度BOPE薄膜，可实现塑料包装减薄、减量超40%，还突破了常用复合包装材料无法回收再利用的行业难题。
1月19日，《中国化工报》记者来到中国石化北京化工研究院(以下简称北化院)的实验车间。北化院塑料加工研究所所长高达利向记者展示了他们研发的新型BOPE薄膜及制成的包装材料样品。记者发现，与普通聚乙烯薄膜相比，BOPE薄膜材料更加轻薄又不失强韧，已被应用于大米、零食、宠物粮等多种商品外包装。
国内首创——聚乙烯薄膜拉伸速度达6倍/秒
据高达利介绍，自2009年起，北化院着手研发高强度BOPE薄膜专用料，历经10余年取得技术突破。“目前国内只有中石化的聚乙烯原料能满足6倍/秒的拉伸速度和超过50倍的综合拉伸比，用于生产新型BOPE薄膜。”高达利表示。
他们通过设计聚乙烯树脂的大分子链结构，并调控分子链及聚集态结构取向，实现了聚乙烯树脂大分子链网络的形成和网络的高速重构，解决了现有聚乙烯树脂无法进行高速高倍率双向拉伸、生产高强度高性能聚乙烯薄膜的行业难题，并实现了工业化生产和应用。BOPE薄膜最大的亮点在于其强度显著提升使厚度可以大幅减薄，从而达到减少塑料用量的目的。
高达利向记者介绍，传统聚乙烯薄膜的加工工艺以吹塑法和流延法为主，薄膜中分子链结构取向较小，分子链的强度没有充分发挥。BOPE薄膜采用双向拉伸工艺加工，纵向拉伸倍数可达6倍，横向拉伸倍数可达9倍，综合拉伸比超过50倍。
因此，BOPE薄膜中的聚集态结构得到了充分的取向，凭借取向的分子链和聚集态结构，BOPE薄膜的拉伸强度、抗冲击性、抗穿刺性、耐低温性及光学性能都比现有聚乙烯薄膜大幅提升。他们还首次完成8.2～8.7米大幅宽双向拉伸生产线上的BOPE薄膜工业化连续生产，单位时间产能可达4.5吨/小时，与现有吹膜加工工艺相比，生产效率显著提高。
助力环保——实现塑料包装减量可回收
“这是我们中石化易捷自营品牌的大米，相比原来的塑料包装，现在的包装实现了减薄40%且强度提升。”高达利向记者展示了BOPE薄膜包装成品。他又拿起另一种柔软的日化品包装介绍说：“现有的枕式包装锯齿很尖，特别是母婴用品，容易让女性和婴儿被划伤。BOPE材料较软，手感更好，也更安全。”
高达利表示，BOPE薄膜目前主要应用于日化品、食品包装，同时也在农用和医用领域进行了尝试应用。他们利用BOPE薄膜的高强度、高透明性及抗穿刺抗冲击等优势来提高现有包装材料的性能，以达到减少破包、降低包装厚度、减少塑料用量的目的。
塑料减量，带来的不仅是经济效益，更是环保效益。“塑料领域的环保途径有两种，一种是可降解，另一种就是减量。”高达利说。
BOPE薄膜还能实现可回收。“目前除了农用地膜、棚膜，国内其他一次性塑料薄膜基本没有回收。特别是日化品、食品等的软包装，没有回收体系，分拣难以实现。并且，这些商品的包装袋多为外层采用聚酯或尼龙，内层为聚乙烯，多种材料复合在一起导致无法剥离，难以回收。如果采用单一的聚乙烯材质，垃圾厂里所有的薄膜垃圾，只需机械分拣就可实现回收。”高达利介绍说，欧盟最新环保法规要求，2030年后欧盟使用的商品包装袋必须实现“全部可回收利用”。目前在国内，只有使用BOPE薄膜生产的包装袋符合该法规要求。
期待合力——新型薄膜推广各环节需打通
在高达利看来，BOPE薄膜新材料将给中国包装行业带来变革契机。“从通用塑料薄膜产业看，行业内已多年没有变革较大的产品。通常的产品都是在现有基础上改进，但BOPE薄膜是一种全新产品。”高达利说，“在食品包装领域，我国每年使用的聚乙烯薄膜约600万吨，如果有一半能用BOPE替代，实现减薄40%，那就是百万吨级的塑料减量。这降低了塑料薄膜垃圾的产生量，也相应减少了碳排放。”
据高达利介绍，该技术采用齐格勒—纳塔催化剂，树脂加工性能好，薄膜双拉生产工艺窗口宽，生产线适应性强。“我们采用的通用催化剂比国外常用的茂金属催化剂具有显著成本优势。”高达利表示，今后随着生产规模扩大，BOPE薄膜的成本会进一步下降。
目前BOPE薄膜对于下游企业来说还是一种全新材料，各环节的打通较为艰难。“我们负责生产原料，然后薄膜生产企业负责生产薄膜，包装企业负责印刷制袋，最后再拿给终端用户，产业链流程非常长。”高达利提出，希望产业链各方能协助推广这种新产品。
高达利还表示，BOPE不是单个产品，而是具有不同结构、不同性能的系列树脂产品。未来他们将根据市场需求和技术发展，开发系列牌号，以满足BOPE在包装、医用、农用等不同领域的需求。此外，北化院还在探索双向拉伸聚乳酸(BOPLA)薄膜的开发，以及依托自主技术开发的PBST可降解树脂研制BOPBST薄膜，不断满足包装行业对可降解材料的需求。
