综述：多层柔性包装的分层：一种有前景的组件回收方法

这篇综述系统探讨了多层柔性包装（含聚合物/非聚合物层）的回收挑战，重点介绍了分层技术（delamination）在分离单材料层（如PE/PP/PET/Al）中的应用。文章评述了酸性/碱性处理、可切换亲水溶剂（SHS）、Diels-Alder化学、低共熔溶剂（DES）等方法的工业放大潜力，并指出优化分选技术和开发可逆粘合剂（如含DA键的PU）是未来研究方向。

　　

多层柔性包装的分层技术：开启循环经济新路径

1. 分层技术作为新型回收方案

   多层柔性包装由聚烯烃（PE/PP）、聚酯（PET）、聚酰胺（PA）等聚合物与铝箔（Al）复合而成，传统机械回收因材料不相容性面临挑战。分层技术通过物理/化学/机械手段分离各组分，能保留材料性能，相比直接共混回收（产生性能劣化的聚合物合金）和选择性溶解（仅回收主成分）更具优势。关键技术包括：

   • 酸性处理：甲酸在75°C可高效分离PET/Al（>90%），但对PE效果较差（<60%）

   • 碱性处理：NaOH溶液在55°C可解离PET/PE结构，BASF的Epotal?水性粘合剂使分离效率达69%

   • 机械辅助：微穿孔技术使NaOH渗透速度提升300%

2. 酸性溶液分层

   甲酸凭借短烷基链实现快速扩散，其效率与温度（60-80°C最佳）、浓度（2-4 mol/L）呈正相关。工业示范装置已实现50吨/天的PE/Al分离，铝损失率<3%。硝酸则通过氧化作用降解PU粘合剂，超声辅助可缩短50%处理时间。

3. 碱性溶液分层

   创新方案包括：

   • Sulayr公司的NaOH/KOH混合体系，24-96小时内解离含纸板的多层结构

   • 日本东洋油墨开发的可移除粘合剂，2% NaOH在70°C即可分离PP/PE/PET

   • 阿利坎特大学的微穿孔技术，通过增加溶液接触面积使分离时间缩短40%

4. 可切换亲水溶剂（SHS）

   N,N-二甲基环己胺（DMCHA）在CO₂调控下实现极性转换：

   • 中性状态溶解LDPE（90°C）

   • 质子化后析出聚合物

     对药片泡罩（PVC/PVDC/Al）的回收率达98%，溶剂再生率>96%。生命周期分析显示其环境效益优于甲酸处理和热解。

5. Diels-Alder化学键应用

   将呋喃/马来酰亚胺DA键引入PU粘合剂，通过热可逆反应（105°C触发）实现层间解离：

   • 实验室规模：DMSO中40分钟完成PET/PE分离

   • 中试规模：生产300米PET/LDPE层压膜，回收LDPE分子量降低15%

   • 石墨烯添加使红外辐射响应时间缩短至30秒，DA键重建率达84%

6. 低共熔溶剂（DES）

   百里酚/乙酸（1:1）体系在70°C对PE/Al/纸的分离效果最佳，设计实验（DoE）表明：

   • 碎片尺寸<5mm时分离效率提升200%

   • 穿孔处理使PET/Al分离速度提高150%

7. 其他创新技术

   8.1 智能粘合剂设计

   • 静电可逆粘合剂：壳聚糖/聚丙烯酸在pH<3或>12时解离

   • 酶响应粘合剂：层状双氢氧化物（LDH）封装的角质酶在碱性条件释放，选择性降解酯基PU

   • Fmoc-BHA基PU：10% NaOH溶液触发芳香环消除反应，24小时内完全降解

8.2 溶剂组合策略

• 苯/乙醇/水（30:20:50）在60°C实现PE/Al快速分离（5.85分钟）

• Saperatec公司的微乳液技术（含羧酸/表面活性剂）已建成中试装置

8.3 机械分层

Repetco的超热蒸汽技术（100-190°C，1-12 bar循环）通过热机械应力解离层间结合，无需后续干燥。

1. 技术对比与挑战

   甲酸处理对PET基材料最有效，而DMCHA擅长处理LDPE/Al体系。当前主要瓶颈在于：

   • 复杂废物流的分选（需近红外NIR技术辅助）

   • 溶剂残留影响再生材料食品接触安全性

   • 工业级能量输入优化

2. 未来展望

   分层技术有望将多层包装回收率从不足20%提升至80%以上。重点研发方向应包括：

   • 开发与现有层压工艺兼容的可逆粘合剂

   • 建立闭环回收体系（如BASF-Krones-Tomra联盟）

   • 优化溶剂再生系统降低处理成本

     随着欧盟"SOL-REC2"和"MANDALA"等项目的推进，这项技术或将在5年内实现规模化应用。