食品和飲料包裝設計中的PET塑料
By M. Maritz , V. Eriksson and V. Barnes
南非開普半島理工大學
*[email protected]
DOI: https://doi.org/10.1017/dsd.2020.83
摘要
本文從兩個概念中汲取了靈感，這兩個概念最初似乎彼此矛盾。 第一種是指塑料的使用對環境和人類健康的影響，而第二種是探討塑料材料的使用率和持續增長。 將對塑料包裝的生產進行審查，以確定適當的干預措施。 本文著眼於南非PET包裝的未來發展，探索當前有助於塑料包裝價值鏈整體發展的文獻和法規。
1.簡介
在過去的二十年中，用戶行為已成為塑料包裝設計不可或缺的一部分。最初，塑料包裝的發明是對消費者對便利性需求的一種負擔得起的回應（Macdonald和Vaughan，2008，第9頁）。自21世紀初以來，塑料的作用發生了變化。現在，塑料包裝必須符合三個用戶類別：塑料包裝必須環保，財務上可行並在社會上適當。關於回收，南非被證明是一個有趣的案例研究，因為其回收系統與歐洲形成直接對比。在2018年，南非在塑料廢物管理最差的國家之一中排名全球第10（d'Ambrières，2019，第15頁）。儘管沒有一個發達國家（例如歐洲）列入該清單，但同一年，南非回收了所有PET瓶的63％，同時收集和回收了所有其他塑料廢物的46.3％。南非在2018年回收的消費後塑料廢料比歐洲多了15.2％，使SA成為機械回收的全球領導者（Plastics SA，2019）。另一個考慮因素是在發展中國家是否可以進行有關塑料廢物管理的廣泛研究。
根據系統的文獻回顧，關於發展中國家如何管理其塑料廢物的文獻似乎很少。南非是僅有的進行廣泛研究並顯示出結論性結果的發展中國家之一。目前，塑料包裝是使用線性模型設計的，該模型基於計劃的淘汰時間（聯合國，2018年，第9頁）。產品生命週期短導致塑料包裝佔世界所有塑料廢物的一半（Schweitzer等人，2018a，第5頁）。因此，在實施長期解決方案的同時，必須對塑料包裝的設計和製造進行審查-提出側重於即時影響的設計變更（聯合國，2018年，第6頁）。 Hammer and Pivo（2017，p.1）認為，如果不認識到當前的發展模式需要改變，就不可能實現可持續發展。繼續使用相同的系統可能會危害地球和經濟的環境結構。為了實現整體發展，設計師必須向前幾代學習（Hammer and Pivo，2017，p.1）。這裡的“整體性”是指塑料包裝行業中的關鍵角色，他們為了創造可持續的未來而共同努力。本文的目的是通過對文獻以及在南非範圍內的政策和報告進行系統的回顧，突出挑戰和機遇。如果考慮系統的所有方面，則只能正確解決塑料包裝行業內的問題。本文將通過對當前文獻和數據的回顧來介紹結果，這些文獻和數據著重於用戶行為，包裝設計，系統設計和可持續發展。儘管將從國際研究和包裝中用戶行為的全球氣候中汲取靈感，但重點將放在南非工業上。
2.研究方法
對於本研究，在南非的背景下，使用了系統的文獻綜述來回顧有關食品和飲料行業中PET塑料的最新發現和討論。當“需要一個主題領域的證據的總體概況來指導未來的研究工作時”（Petticrew and Roberts，2008，p.21），進行系統的文獻綜述是有用的。通過提出一個特定的問題或使用關鍵詞，研究人員可以識別出可以使用的知識體系。有系統的評論詳細說明了編譯中使用的所有決策，包括但不包括文章/來源-這使“讀者可以自己衡量自己的評論過程的質量和潛在的偏見”（Garg等人，2008年，第.253）。對於第一個分析，系統的文獻回顧，進行搜索時使用了以下範圍的關鍵字組合：“南非和PET與包裝和食品”以及“南非和PET與包裝和飲料”。搜索了一系列電子數據庫（表1）。
表1.文獻檢索中包含的數據庫
數據庫的範圍是廣泛的，因為研究PET的領域是多種多樣的。 由於研究主要集中於當前的討論和考慮因素，因此認為2010年以前的期刊文章不適合。 其他納入標準是，最終文章以英文提供，並以全文形式提供。 同行評議被用作排除標準-這是因為同行評議過程是公認的質量指標-儘管它並不總是可靠的。 實際上，Jefferson，Wager和Davidoff建議“估計過程的有效性”幾乎是不可能的，因此，Jefferson等人進行了任何改進。 （2002年，第2789頁）。 表2詳細列出了已識別文獻的範圍和排除範圍。
由於食品和飲料行業中PET塑料的挑戰和機遇也可能被行業直接抓住，因此第二階段的分析已經完成-使用相關組織和行業監管機構發布的行業報告和出版物。 包括行業調查結果和報告的需求表明對現有數據進行了全面，全面的審查。 在國際趨勢和調查結果（作為系統的文獻概述進行討論）的背景下，討論對已識別的期刊文章和行業調查結果的審查。
塑料包裝行業是一個廣闊的領域，相關法律也在不斷發展中。 結合學術文獻，對政策進行了審查，以獲得對背景的整體理解。 在為本文選擇適用的法律和行業文檔時，僅選擇了南非最新的法律和政策版本（因此，貨幣被用作主要的選擇標準）。 提到的所有國際政策都已被用來影響有關環境和塑料包裝的南非政策。 2016年，南非簽署了巴黎協定。 《巴黎協定》是聯合國製定的具有法律約束力的框架。 這是旨在應對氣候變化的國際協調努力。 每個簽署文件的國家都有義務準備，交流和保持連續的國家自主貢獻（通過2015年《巴黎協定》)。
表2.確定的文獻和排除
Plastics SA是代表南非塑料工業整個價值鏈的保護傘主體。 南非環境事務部（DEA）於2016年8月12日發布了一項呼籲工業界（第28節）制定廢物管理計劃的呼籲。 該呼籲適用於造紙，包裝，電氣，電子設備和照明行業的所有行業。 這項呼籲是根據《 2008年國家環境管理：廢物法案》（2008年第59號法案）（環境事務部，2016年）第28（1）和28（5）條提出的。 作為回應，Plastics SA在2018年9月5日發布了《生產者擴展責任制》（EPR）計劃。《 EPR計劃》促進了所有塑料廢料的廢物最小化，再利用，回收和回收（PETCO，2016年）。 這項開發計劃與《巴黎協定》的當前目標完全一致，表明了SA願意並繼續進行研究以朝著可持續的塑料包裝發展。
2019年7月，Plastics SA宣布成立南非聯盟。其主要目標是消除SA環境中的塑料污染。南非聯盟由一群塑料行業角色扮演者組成，他們將在一項倡議上進行合作，以最終終結整個價值鏈中的塑料污染。他們的首要任務是為“一次性”塑料找到可持續的解決方案。他們的主要目標是提高塑料的回收率，並最終與EPR計劃的目標一起促進國家發展計劃（NDP）（Plastics SA，2019）。 NDP由南非社會發展部於2015年發布。NDP的主要目標是為行業創建大綱，其中殘疾人士可以為南非經濟的增長做出貢獻，從而創造就業機會。通過適當的干預和立法，國家發展計劃的目標是：增加人均收入，並將就業率從2010年的1300萬增加到2030年的2400萬（社會發展部，2015年）。
3.文獻概述：面臨的挑戰
帕帕內克（Papanek）1974年出版的《現實世界的設計：人類生態學和社會變革》一書探討了設計師在設計時對社會和環境的義務（Papanek，1995年，第265頁）。自1950年代以來，全球生產的所有塑料中有42％以上用於包裝（Schweitzer等人，2018a，第4頁）。目前，塑料包裝（剛性和柔性）佔整個包裝行業的三分之一（Foster，2019年）。因此，必須對塑料包裝的設計和製造進行審查，以提出側重於即時影響的設計變更，同時實施長期解決方案。用戶必須意識到，塑料是一種可以重複利用的寶貴資源，而不是一次性材料（聯合國，2018年，第6頁）。世界環境與發展委員會（1987，第15頁）將可持續發展定義為“……一種在經濟上可辯護的經濟和社會發展形式，可以滿足當下的需求，同時又不損害子孫後代滿足他人需求的能力。 ”。產品的可持續發展對從搖籃到墳墓的整個價值鏈都具有影響（Lee和Xu，2005，第15頁）。
食品和飲料包裝的生命週期分為五個階段，即：原材料生產，包裝製造，分銷/運輸，消費後處置和回收（Franklin Associates，2014年，第5頁）。通常，進行生命週期分析（LCA）時只考慮幾種包裝和分配方法。因此，無論結果如何，結果都可以在“差”和“少差”之間做出選擇（Schweitzer等人，2018b，第12頁）。到2020年，全球塑料包裝市場規模將達到9980億美元，年增長率為3.5％（Foster，2019）。僅在南非，2017年塑料包裝行業的非正式就業機會估計為52300（Hanekom，2019）。這些統計數據證明，塑料行業在金融和社會經濟中均發揮著不可或缺的作用。為了了解當前系統中浪費最多的地方，需要分析塑料包裝的所有階段（Hanekom，2019年）。這將有助於實現閉環，零碳生產週期（聯合國，2018年，第15頁）。
在活躍的用戶參與下，考慮心理學很重要。格式塔心理學試圖理解為什麼以及如何通過適當的模式和乾預來觸發某些用戶行為（Wagemans等，2012，第1219頁）。格式塔原理適用於用戶行為設計，因為格式塔顯示了消費者期望與設計產品之間的潛意識關係。格式塔原理基於這樣的思想，即消費者將根據以前的經驗對某些產品或形狀做出反應（Chang等，2002，第6頁）。包裝行業內的廢物管理基於用戶的知識。在英國的Who？進行的一項調查中，有94％的受訪者同意減少塑料包裝的數量，有23％的受訪者重申，他們避免購買他們認為“過度包裝”的產品。包裝工業研究理事會的另一項調查證明，有79％的消費者同意塑料是惡性的，產品是“過度包裝的”（Schweitzer等人，2018a，第14頁）。這些研究證明，消費者認為塑料包裝不好，甚至沒有考慮其他材料可能對環境造成的影響。
目前，正在對生物塑料進行研究和測試-以找到石油基塑料的最佳替代品（Risch，2009，第8091頁）。在塑料包裝領域，消費者了解他們所購買的商品及其含義是不可或缺的。術語“可生物降解的”和“基於生物的”包裝通常被誤認為是可以在自然環境中自然迅速分解的東西。大多數可生物降解的塑料只能在焚化廠的高溫下進行生物降解（聯合國，2018年，第8頁）。這將使不了解情況的消費者將“可生物降解”的包裝丟棄到自然環境中。提出了許多替代塑料的建議，但它們也帶來了一系列新的後果。目前可生物降解的塑料是合成一次性塑料包裝的最佳替代品，包括聚乳酸（PLA），聚羥基鏈烷酸酯（PHA）和熱塑性彈性體（TPS）（聯合國，2018年，第15頁）。儘管它們是不錯的選擇，但只能通過工業堆肥或厭氧消化設備進行回收。這意味著PLA，PHA和TPS僅在包裝廢物得到妥善管理的閉環系統中可行，否則它們最終將進入垃圾填埋場和自然環境（聯合國，2018年，第15頁）。這些替代方案只有在對其進行正確管理並擁有正確基礎設施的情況下才可行（Schweitzer et al。，2018a，p.10）。當前大多數生物塑料包裝都沒有規定產品的生物降解性或堆肥性。這可能導致不知情的消費者不計後果地丟棄包裝。這些因素增強了政府實施嚴格的標籤政策，確保消費者受到教育和了解情況的重要性（聯合國，2018年，第8頁）。事實證明，塑料包裝可以延長食品的保質期，進而減少食品浪費。僅舉一個例子；據估計，黃瓜周圍的塑料將其保質期從3天增加到14天（Sonesson等，2009，第16頁）。儘管證明塑料收縮包裝紙可以延長產品的保質期，但這項研究並未提及消費者的行為（Schweitzer等人，2018a，第16頁）。
4.結果與討論
通過系統綜述確定的文獻發現提供了對南非塑料行業的有限觀點。但是，它們顯然代表著科學，技術和設計驅動型研究向環保解決方案的轉變。在2000年至2017年之間，南非進口了約13.7噸塑料，相當於非洲塑料消費量的11.6％（Babayemi等，2019，第10頁）。輕質塑料-在露天垃圾場處置時會進入水體中-PET瓶佔海洋垃圾的比例最大（Babayemi等，2019，第16頁）。不斷研究改進PET的方法，包括用於食品和飲料包裝的方法。這些改變包括在PET容器的表面添加薄膜（包括類金剛石碳）以提高相對於氣體的阻隔性能（Ray等人，2017年，第63頁）。從生產的角度和從環境的角度來看，這種添加所產生的影響並未在研究結果中得到解決，但確實表明，人們越來越需要了解如何改進PET包裝以支持食品和飲料包裝的生命週期。這些研究與探索最大程度降低PET厚度的研究相結合，表明行業對環境問題的意識正在增強（Siracusa等，2014，第152頁）。這些關注必須通過食品以安全和有益健康的狀態到達消費點來平衡。這可能包括包裝物品在運輸和存儲在各種環境中時溫度和光線波動的影響（Aneck-Hahn等人，2018，第260頁）。在南非以及全球範圍內，PET水瓶在炎熱的氣候中提供了便利，並且在沒有其他安全來源可用時可以使用水。其他食品和飲料包裝的例子也是如此。
除了僅探索產品本身之外，文獻還指出了對生產和使用生態系統的回顧。 使用了更全面的方法，例如生命週期評估（LCA）方法，以了解包裝使用方式的影響：審查其生產，使用及其影響。
為了更好地理解這一點，例如，觀察到：分別將低厚度多層膜和PET（聚對苯二甲酸乙二酯）瓶用於食品和飲料包裝就足夠了，這可以降低環境成本。 到食品生產和包裝廠的運輸階段，裝卸...（Siracusa et al。，2014，p.151）
當了解了整個生態系統後，產品設計干預，技術和新發展的潛力-在基於生物的材料等領域-就變得顯而易見。即使塑料比以往任何時候都更可回收，人們也不能認為消費者會對其進行回收。在地方政府層面缺乏消費者知識和適當的廢物管理系統，會造成影響。南非政府實施的立法旨在減少對塑料購物袋的需求，禁止使用較厚的塑料袋，並向較薄的塑料袋（大於30微米的聚乙烯袋）收取費用，這產生了相反的效果。隨著南非對塑料需求的穩定增長，消費者沒有減少使用的袋子數量，而是調整併接受了成本（Dikgang等，2012； Lam等，2018，p.345）。為了在包裝設計中追求可持續性，應研究替代材料，提高消費者的意識，必須對塑料產品進行適當的標籤，並審查包裝設計。食品和飲料的包裝必須被視為單個要素，並且應被視為一個整體。這意味著當考慮一次性水瓶對環境的影響時，至關重要的是分析標籤和PET瓶本身，以及與產品生命週期相關的營銷策略，趨勢和消費者行為（Sherwood等等人，2017）。需要進行設計干預以促進更好的體驗和基礎設施，這將使消費者重新考慮他們對塑料包裝的看法。需要引入一種新的整體方法，其中包括“不僅涉及成本，保質期，安全性和實用性，還涉及環境可持續性的問題”（Siracusa等，2014，第152頁）。在南非，塑料回收行業以經濟原則為基礎。與之形成鮮明對比的是歐洲，歐洲的回收利用基於當地政府實施的環境法規。南非依靠人工和廢物揀選，而在歐洲，整個系統是自動化的（Plastics SA，2018）。表3顯示了創建針對不同國家量身定制的可持續回收系統的重要性（摘自Plastics SA，2019）。
表3. SA和歐盟回收環境的差異
在歐洲，丟棄包裝後，用戶交互停止。消費後的廢物由正規的廢物管理公司收集（聯合國，2018年，第8頁）。在南非，有兩個用戶交互階段；消費者和消費後的互動。消費後的互動由非正式的垃圾收集者和手動分類中心定義。拾荒者代表不合格或找不到工作的個人。這就是NDP適用的地方，南非的人工分類和廢物揀選文化為殘疾人創造了就業機會。拾荒者代表了南非的非正式就業部門。 2017年，所有可回收塑料中的74％來自垃圾填埋場和消費後來源（採摘者）。 2017年收集了+/- 313780噸塑料用於回收，2018年收集了+/- 519370噸塑料進行回收。這表明從2017-2018年增長了6.7％（Plastics SA，2019）。從圖1可以看出，南非的塑料回收利用持續增長，並為揀選者帶來了可觀的經濟收益（改編自Plastics SA，2019; Hanekom，2019）。
圖1. SA塑料包裝的正式和非正式就
黑色塑料容器是根據特定地區或資源定制廢物管理系統的重要性的一個例子。 2015年，歐洲最大的回收公司之一廢物管理公司（Waste Management）確認，由於設備的限制，他們的設備通常無法加工黑色塑料。黑色塑料是許多快速服務餐廳（QSR）的最愛使用，因此，這引起了人們的極大關注（MacKerron，2015年，第21頁）。相比之下，在SA中，廢物揀選文化（非正規就業）提供了完美的解決方案，因為它可以輕鬆分類和回收（Plastics SA，2019）。在Plastics SA發布的EPR計劃中，他們通過使用Ellen Macarthur Foundation循環經濟模型強調了用戶因素在塑料包裝經濟中的重要性。這個模型可以在圖2中看到（改編自Plastics SA，2019; Ellen MacArthur Foundation，2012，p.24）。
圖2將循環經濟分為三個領域：生物圈，人圈和技術圈。人性領域被突出顯示為系統中最重要的方面，顯示了在設計時考慮用戶行為的重要性。
圖2.側重於用戶行為的循環經濟模型
5.結論與展望
通過進行系統的文獻資料和政策回顧，本文分析了南非PET包裝行業的背景。考慮到全球塑料氣候，有明確的立法和行業報告證明SA已追求全球可持續性目標。將廢物收集器納入廢物管理和回收計劃在社會上是合乎需要的，在經濟上可行並且對環境無害。對於食品和飲料行業中PET塑料的未來發展的建議如下：
1.全面考慮PET塑料的生產和設計。
2.設計PET包裝時，請考慮系統的所有方面。
3.利用格式塔原理來了解顯示用戶可以實現的目標所需的必要干預。
4.結合不同設計師的專業知識並交換數據，以開發跨學科界限的可持續產品。
5.研究支持替代材料的方法，並製定由地方政府執行的立法。
6.根據當地市政當局的資源，為其發展工業機會。
7.創建旨在滿足用戶和環境需求的廢物管理系統。
8.確保政府在地方一級實施一致的系統設計。
這些建議包括塑料包裝的所有三個用戶類別：環保、財務上可行和社會適宜性-因此建議了未來塑料包裝的新生命週期途徑。
參考資料
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