金属防锈包装材料是具有防止或延缓金属锈蚀功能，用于金属制品加工和贮运过程中的暂时性防护包装材料。金属防锈防护包装材料主要包括气相防锈纸、气相防锈塑料薄膜、复合纸、铝塑复合膜、普通塑料膜和多层共挤/复合膜六类，其中气相防锈纸、气相防锈塑料薄膜、铝塑复合膜和普通塑料膜四类生产应用更为广泛。以气相防锈纸、气相防锈塑料薄膜为代表的气相防锈包装材料在防锈功能性、效果可靠性等方面更具优势，是国际金属防锈包装材料未来研究、开发和应用的主要发展方向。
随着全球范围内倡导节约资源、降低消耗、发展低碳经济，我国也提出了绿色包装的发展战略，即能够重复利用、回收再生或降解，且在产品整个生命周期中对人体及环境不造成公害的适当包装。气相防锈包装材料作为功能性金属防锈包装材料的代表，应充分考虑资源利用、能源消耗、人身安全、回收再利用和废弃物处理等问题，进行产品的绿色设计，对推动包装工业走可持续发展道路具有积极意义。
一、气相防锈机理与特点
气相防锈技术即气相缓蚀剂（简称VCI或VPI）技术，其机理是载体材料（如纸或塑料薄膜）中的气相缓蚀剂以适宜的蒸汽压持续稳定地挥发出缓蚀剂气体，这种气体通过与金属离子反应，在金属表面形成钝化膜、改变金属表面的酸碱环境或在金属表面形成憎水膜等形式钝化金属表面，从而起到防止或延缓金属锈蚀发生的作用。
气相缓蚀剂以气体分子形式持续释放，其蒸气在密闭空间内始终处于饱和状态，无孔不入，任何外形、结构金属制品均可获得长期、稳定的防锈效果。这种全新的防锈机理与传统的防锈方法相比，具有以下优点：
1、与防锈油脂技术相比，气相缓蚀剂分子可渗透到结构复杂的防锈油脂不易涂敷的角落空间，使防锈无死角；
2、气相缓蚀剂持续稳定挥发，可满足10年以上的长期防锈封存要求；
3、气相防锈技术能实现无油化清洁包装，省却包装前的涂油及启封后的清洗等工序，避免环境污染，简化后处理工序；
4、与真空包装、干燥包装或充氮包装相比，气相防锈对载体材料阻隔性和密封性要求低，对包装设备无特殊要求，操作简单，工作效率高，便于实施；
5、气相防锈包装材料无破损的情况下，可进行二次或多次使用（如气相防锈自封袋、气相防锈塑料袋、气相防锈罩等），降低包装成本，节约资源。由于气相防锈技术优势明显，因而气相防锈包装材料在钢铁、装备制造、汽车及配件、电子电器、航天航空及军事装备等行业得到广泛的应用，并取得良好防锈效果。
二、气相防锈包装材料的种类
气相防锈包装材料是将气相缓蚀剂通过一定的方式添加到载体材料（如纸、塑料或其他材料）中制得的一种腐蚀防护用新材料。根据载体材料的种类，主要分为气相防锈纸、气相防锈塑料薄膜两大系列产品。
1、气相防锈纸系列
气相防锈纸是最早也是世界范围内应用最为广泛的气相防锈包装材料。该类产品是将防锈原纸作为基材，浸涂于配制好的气相缓蚀剂溶液中，经烘干而制得。随着气相缓蚀剂技术的不断发展，气相防锈纸也从早期的军事领域，推广到工业领域。为满足各应用行业对包装强度的要求，气相防锈纸在结构上做出多样化设计，有效改善纸质基材强度低的不足，其中纸塑复合型气相防锈纸，是目前我国冶金行业钢卷、钢板防锈防护包装应用最广泛的包装材料，年用量超过5万吨。纸塑复合型气相防锈纸主要采用以下三种结构：
PA结构：气相缓蚀剂+平纹防锈原纸+聚乙烯薄膜；
PD结构：气相缓蚀剂+平纹防锈原纸+聚乙烯薄膜+塑料编织布+聚乙烯薄膜；
WB结构：气相缓蚀剂+皱纹防锈原纸+塑料扁丝+聚乙烯薄膜。
2、气相防锈塑料薄膜系列
气相防锈塑料薄膜产生于上世纪五六十年代，是将缓蚀剂以一定方式加到塑料薄膜中而形成的一种防锈包装材料。早期主要以涂敷型防锈膜为主要代表，随着加工工艺的革新，目前成熟的气相防锈塑料薄膜产品是经挤出吹塑加工而成，即VCI以微粉形式加入到与之相容性良好的高分子树脂中，经挤出造粒制成VCI塑料母粒（见图1），藉此母粒添加到聚烯烃树脂中，再经挤出吹塑制成薄膜。
上世纪九十年代末，我国拥有了气相防锈塑料薄膜制造的自主知识产权，打破了国际上的技术垄断，实现了气相防锈塑料薄膜的国产化，使该材料得到迅速普及应用。
随着应用领域的不断扩展,对气相防锈塑料薄膜的性能要求也呈多功能化。按功能和结构可分为如下主要型式：
普通型：气相缓蚀剂微粉均匀分散在塑料薄膜中形成的产品，结构简单，用量最大；
抗静电型：在普通型防锈薄膜中加入抗静电剂而形成的具有抗静电功能的塑料薄膜，主要用于有抗静电要求的电子、电器产品和设备防锈包装；
增强型：通过复合高强材料而制成的具有高强度（如拉伸强度、戳穿强度、撕裂强度等）的复合材料，广泛应用于重型金属制品防锈包装；
高阻隔型：通过多层共挤或复合而制成的具有高阻隔性能的薄膜，如铝塑复合型防锈膜等，该类材料具有低透湿度、低透气性等特点，尤其适用于高精密、高附加值产品的长期封存防锈；
收缩型：遇热可收缩的防锈薄膜，主要用于金属件的紧固包装；
降解型：分为半降解和全降解型，材料废弃后在一定自然环境下能降解，对环境无公害；
拉伸型：具有超高伸长率，耐穿刺，具有自粘性，可用于金属部件的贴体紧密缠绕包装。气相防锈塑料薄膜具有很多纸类产品所不具备的特点，如透明、美观、可封焊、防水、耐油、可回收再利用，环保等，广泛应用于机电、汽配和武器装备等领域。
三、气相防锈包装材料的绿色设计
绿色设计是指在产品整个生命周期内，着重考虑产品对自然资源、环境的影响，将可拆除性、可回收性、可重复利用性等要素融入到产品设计的各个环节中去。在满足环境要求的同时，兼顾产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。近年来，欧盟、日、美等发达国家陆续出台了对部分材料的安全性要求（如REACH、ROHS、TRGS），使防锈包装材料绿色设计也成为必需。
参考观研天下发布《2018年中国环保包装材料市场分析报告-行业运营态势与投资前景研究》
根据气相防锈包装材料的使用方式和要求，结合其材料构成和制造技术，其绿色设计的主要内容包括缓蚀剂的绿色设计、载体材料的绿色设计、制造工艺绿色设计和回收再利用绿色设计。具体如下。
（1）缓蚀剂的绿色设计
产品的安全性能是绿色设计首先需要考虑的问题，气相防锈包装材料在安全性方面的影响主要决定于所采用的VCI种类，所以对缓蚀剂的绿色设计是保证产品安全性的关键。到上世纪末为止，研究发现并可供商业使用的气相缓蚀剂超过200种，主要包括亚硝酸盐类、亚硝胺类、酚类、胺类、铬酸盐类、苯甲酸盐类、咪唑、咪唑啉类和杂环类等。这些缓蚀剂有些具有异味，或对皮肤有刺激性，或对呼吸系统有不良影响，甚至个别还有致癌性，以致一些人对气相缓蚀剂技术本身的安全性产生了疑问。九十年代以来国内外对于VCI的研究集中在安全、高效和通用性方面，即使用安全、对健康无不良影响、防锈效率高、适用于多种金属保护等。研究结果发现了许多新型VCI，如唑类、酯类、有机酸类、有机碱类和食品添加剂类等，这些新型VCI的安全性大幅度提高，甚至许多达到了无毒级水平。VCI技术在安全性方面的发展，使得气相防锈包装材料的绿色设计理念得以实现，从而促进了气相防锈包装材料安全性的提高。现在，许多材料的安全性已达到了欧盟、日、美等一些先进国家的安全要求，如REACH、ROHS、TRGS等。
（2）载体材料的绿色设计
气相防锈包装材料主要包括气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜两大系列，其中气相防锈纸的生产消耗大量的林业资源，且目前用量最大的纸塑复合防锈纸产品由于纸塑分离难度大，难以回收再利用，造成了巨大的资源浪费，而气相防锈塑料薄膜的全塑结构可实现废弃物的100%回收再利用或100%降解，符合环保要求。气相防锈包装材料对载体材料的绿色设计加大了对塑料类材质类的开发力度。
2005年以后，在世界范围内降解材料的研究和开发取得了快速发展，光降解塑料、生物降解塑料、光/生物双降解塑料、水溶性生物降解塑料、其他转因生物降解塑料等材料出现及其生产加工设备的逐步完善，为降解型气相防锈塑料薄膜的开发提供了借鉴基础和条件，如美国、韩国已成功地推出了可降解气相防锈薄膜系列产品，并投入应用。
（3）制造工艺的绿色设计
现在全球都在倡导节约资源、降低消耗、发展低碳经济。气相防锈包装材料的制造工艺绿色设计是实现节约能源资源的有效途径，通过制造工艺创新，提高产品质量，提高生产效率，降低物耗能耗，减少废水、废气对环境的污染。例如气相防锈塑料薄膜与防锈纸加工工艺相比较实现了无废水、废液等污染物排放，大幅降低产品物耗、能耗，其制造过程中能源消耗可降低60%，符合节约资源、能源、环保的倡议和要求。
（4）回收再利用及废弃物处理绿色设计
在回收再利用方面，以气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜为主的气相防锈包装材料均可实现在一定条件下的再利用，但方式不同，对应污染和能耗等方面也大不相同。以复合型气相防锈纸和复合型气相防锈塑料薄膜为例，其回收再利用及废弃物最终处理情况对比见表：
从上表看出，这两类主导气相防锈包装材料在使用之后的回收再利用和废弃物最终处理方面差别较大。
从回收处理管理和实施的角度分析，气相防锈纸的回收方式主要有纸塑分离处理、填埋处理、焚烧处理三种方式。由于分离技术和分离成本的限制，纸塑复合型气相防锈纸废弃物处理有一定难度。目前主要采用的填埋处理或焚烧处理，不仅污染环境，还造成巨大的资源浪费。从二十世纪九十年代末，一些先进国家或地区提出了限制使用纸塑复合材料的要求。气相防锈纸类产品的发展需要更多的关注对环境的影响，采取新的设计方案实现可持续性发展。
气相防锈塑料薄膜类材料与传统的气相防锈纸类制品相比，因其全塑结构，在回收过程中主要采取直接造粒的方式，所需设备和工艺简单，清洁无污染，回收利用率高。因此气相防锈塑料薄膜类材料是气相防锈包装材料绿色设计的方向。
安全、环保、可持续发展型产品已经体现在生产、生活等各个领域，实施绿色包装，对产品进行绿色设计是世界各国努力的方向和关注的重点。作为防锈包装先进技术的代表，气相防锈包装材料的绿色设计应着重从气相防锈塑料薄膜出发，选用安全、高效的气相缓蚀剂，选择可回收再利用或可降解的载体材料，采用创新的制造工艺，对废弃物进行有效的回收再利用，实现绿色包装的设计目标。
随着全球范围内倡导节约资源、降低消耗、发展低碳经济，我国也提出了绿色包装的发展战略，即能够重复利用、回收再生或降解，且在产品整个生命周期中对人体及环境不造成公害的适当包装。气相防锈包装材料作为功能性金属防锈包装材料的代表，应充分考虑资源利用、能源消耗、人身安全、回收再利用和废弃物处理等问题，进行产品的绿色设计，对推动包装工业走可持续发展道路具有积极意义。
一、气相防锈机理与特点
气相防锈技术即气相缓蚀剂（简称VCI或VPI）技术，其机理是载体材料（如纸或塑料薄膜）中的气相缓蚀剂以适宜的蒸汽压持续稳定地挥发出缓蚀剂气体，这种气体通过与金属离子反应，在金属表面形成钝化膜、改变金属表面的酸碱环境或在金属表面形成憎水膜等形式钝化金属表面，从而起到防止或延缓金属锈蚀发生的作用。
气相缓蚀剂以气体分子形式持续释放，其蒸气在密闭空间内始终处于饱和状态，无孔不入，任何外形、结构金属制品均可获得长期、稳定的防锈效果。这种全新的防锈机理与传统的防锈方法相比，具有以下优点：
1、与防锈油脂技术相比，气相缓蚀剂分子可渗透到结构复杂的防锈油脂不易涂敷的角落空间，使防锈无死角；
2、气相缓蚀剂持续稳定挥发，可满足10年以上的长期防锈封存要求；
3、气相防锈技术能实现无油化清洁包装，省却包装前的涂油及启封后的清洗等工序，避免环境污染，简化后处理工序；
4、与真空包装、干燥包装或充氮包装相比，气相防锈对载体材料阻隔性和密封性要求低，对包装设备无特殊要求，操作简单，工作效率高，便于实施；
5、气相防锈包装材料无破损的情况下，可进行二次或多次使用（如气相防锈自封袋、气相防锈塑料袋、气相防锈罩等），降低包装成本，节约资源。由于气相防锈技术优势明显，因而气相防锈包装材料在钢铁、装备制造、汽车及配件、电子电器、航天航空及军事装备等行业得到广泛的应用，并取得良好防锈效果。
二、气相防锈包装材料的种类
气相防锈包装材料是将气相缓蚀剂通过一定的方式添加到载体材料（如纸、塑料或其他材料）中制得的一种腐蚀防护用新材料。根据载体材料的种类，主要分为气相防锈纸、气相防锈塑料薄膜两大系列产品。
1、气相防锈纸系列
气相防锈纸是最早也是世界范围内应用最为广泛的气相防锈包装材料。该类产品是将防锈原纸作为基材，浸涂于配制好的气相缓蚀剂溶液中，经烘干而制得。随着气相缓蚀剂技术的不断发展，气相防锈纸也从早期的军事领域，推广到工业领域。为满足各应用行业对包装强度的要求，气相防锈纸在结构上做出多样化设计，有效改善纸质基材强度低的不足，其中纸塑复合型气相防锈纸，是目前我国冶金行业钢卷、钢板防锈防护包装应用最广泛的包装材料，年用量超过5万吨。纸塑复合型气相防锈纸主要采用以下三种结构：
PA结构：气相缓蚀剂+平纹防锈原纸+聚乙烯薄膜；
PD结构：气相缓蚀剂+平纹防锈原纸+聚乙烯薄膜+塑料编织布+聚乙烯薄膜；
WB结构：气相缓蚀剂+皱纹防锈原纸+塑料扁丝+聚乙烯薄膜。
2、气相防锈塑料薄膜系列
气相防锈塑料薄膜产生于上世纪五六十年代，是将缓蚀剂以一定方式加到塑料薄膜中而形成的一种防锈包装材料。早期主要以涂敷型防锈膜为主要代表，随着加工工艺的革新，目前成熟的气相防锈塑料薄膜产品是经挤出吹塑加工而成，即VCI以微粉形式加入到与之相容性良好的高分子树脂中，经挤出造粒制成VCI塑料母粒（见图1），藉此母粒添加到聚烯烃树脂中，再经挤出吹塑制成薄膜。
图表：VCI塑料母粒
图表来源：公开资料整理
上世纪九十年代末，我国拥有了气相防锈塑料薄膜制造的自主知识产权，打破了国际上的技术垄断，实现了气相防锈塑料薄膜的国产化，使该材料得到迅速普及应用。
随着应用领域的不断扩展,对气相防锈塑料薄膜的性能要求也呈多功能化。按功能和结构可分为如下主要型式：
普通型：气相缓蚀剂微粉均匀分散在塑料薄膜中形成的产品，结构简单，用量最大；
抗静电型：在普通型防锈薄膜中加入抗静电剂而形成的具有抗静电功能的塑料薄膜，主要用于有抗静电要求的电子、电器产品和设备防锈包装；
增强型：通过复合高强材料而制成的具有高强度（如拉伸强度、戳穿强度、撕裂强度等）的复合材料，广泛应用于重型金属制品防锈包装；
高阻隔型：通过多层共挤或复合而制成的具有高阻隔性能的薄膜，如铝塑复合型防锈膜等，该类材料具有低透湿度、低透气性等特点，尤其适用于高精密、高附加值产品的长期封存防锈；
收缩型：遇热可收缩的防锈薄膜，主要用于金属件的紧固包装；
降解型：分为半降解和全降解型，材料废弃后在一定自然环境下能降解，对环境无公害；
拉伸型：具有超高伸长率，耐穿刺，具有自粘性，可用于金属部件的贴体紧密缠绕包装。气相防锈塑料薄膜具有很多纸类产品所不具备的特点，如透明、美观、可封焊、防水、耐油、可回收再利用，环保等，广泛应用于机电、汽配和武器装备等领域。
三、气相防锈包装材料的绿色设计
绿色设计是指在产品整个生命周期内，着重考虑产品对自然资源、环境的影响，将可拆除性、可回收性、可重复利用性等要素融入到产品设计的各个环节中去。在满足环境要求的同时，兼顾产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。近年来，欧盟、日、美等发达国家陆续出台了对部分材料的安全性要求（如REACH、ROHS、TRGS），使防锈包装材料绿色设计也成为必需。
参考观研天下发布《2018年中国环保包装材料市场分析报告-行业运营态势与投资前景研究》
根据气相防锈包装材料的使用方式和要求，结合其材料构成和制造技术，其绿色设计的主要内容包括缓蚀剂的绿色设计、载体材料的绿色设计、制造工艺绿色设计和回收再利用绿色设计。具体如下。
（1）缓蚀剂的绿色设计
产品的安全性能是绿色设计首先需要考虑的问题，气相防锈包装材料在安全性方面的影响主要决定于所采用的VCI种类，所以对缓蚀剂的绿色设计是保证产品安全性的关键。到上世纪末为止，研究发现并可供商业使用的气相缓蚀剂超过200种，主要包括亚硝酸盐类、亚硝胺类、酚类、胺类、铬酸盐类、苯甲酸盐类、咪唑、咪唑啉类和杂环类等。这些缓蚀剂有些具有异味，或对皮肤有刺激性，或对呼吸系统有不良影响，甚至个别还有致癌性，以致一些人对气相缓蚀剂技术本身的安全性产生了疑问。九十年代以来国内外对于VCI的研究集中在安全、高效和通用性方面，即使用安全、对健康无不良影响、防锈效率高、适用于多种金属保护等。研究结果发现了许多新型VCI，如唑类、酯类、有机酸类、有机碱类和食品添加剂类等，这些新型VCI的安全性大幅度提高，甚至许多达到了无毒级水平。VCI技术在安全性方面的发展，使得气相防锈包装材料的绿色设计理念得以实现，从而促进了气相防锈包装材料安全性的提高。现在，许多材料的安全性已达到了欧盟、日、美等一些先进国家的安全要求，如REACH、ROHS、TRGS等。
（2）载体材料的绿色设计
气相防锈包装材料主要包括气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜两大系列，其中气相防锈纸的生产消耗大量的林业资源，且目前用量最大的纸塑复合防锈纸产品由于纸塑分离难度大，难以回收再利用，造成了巨大的资源浪费，而气相防锈塑料薄膜的全塑结构可实现废弃物的100%回收再利用或100%降解，符合环保要求。气相防锈包装材料对载体材料的绿色设计加大了对塑料类材质类的开发力度。
2005年以后，在世界范围内降解材料的研究和开发取得了快速发展，光降解塑料、生物降解塑料、光/生物双降解塑料、水溶性生物降解塑料、其他转因生物降解塑料等材料出现及其生产加工设备的逐步完善，为降解型气相防锈塑料薄膜的开发提供了借鉴基础和条件，如美国、韩国已成功地推出了可降解气相防锈薄膜系列产品，并投入应用。
图表：降解型气相防锈塑料薄膜
图表来源：公开资料整理
（3）制造工艺的绿色设计
现在全球都在倡导节约资源、降低消耗、发展低碳经济。气相防锈包装材料的制造工艺绿色设计是实现节约能源资源的有效途径，通过制造工艺创新，提高产品质量，提高生产效率，降低物耗能耗，减少废水、废气对环境的污染。例如气相防锈塑料薄膜与防锈纸加工工艺相比较实现了无废水、废液等污染物排放，大幅降低产品物耗、能耗，其制造过程中能源消耗可降低60%，符合节约资源、能源、环保的倡议和要求。
图表：气相防锈塑料薄膜挤出吹塑加工
图表来源：公开资料整理
（4）回收再利用及废弃物处理绿色设计
在回收再利用方面，以气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜为主的气相防锈包装材料均可实现在一定条件下的再利用，但方式不同，对应污染和能耗等方面也大不相同。以复合型气相防锈纸和复合型气相防锈塑料薄膜为例，其回收再利用及废弃物最终处理情况对比见表：
图表：复合型气相防锈纸与复合型气相防锈塑料薄膜回收再利用及废弃物最终处理情况对比
图表来源：公开资料整理
从上表看出，这两类主导气相防锈包装材料在使用之后的回收再利用和废弃物最终处理方面差别较大。
从回收处理管理和实施的角度分析，气相防锈纸的回收方式主要有纸塑分离处理、填埋处理、焚烧处理三种方式。由于分离技术和分离成本的限制，纸塑复合型气相防锈纸废弃物处理有一定难度。目前主要采用的填埋处理或焚烧处理，不仅污染环境，还造成巨大的资源浪费。从二十世纪九十年代末，一些先进国家或地区提出了限制使用纸塑复合材料的要求。气相防锈纸类产品的发展需要更多的关注对环境的影响，采取新的设计方案实现可持续性发展。
气相防锈塑料薄膜类材料与传统的气相防锈纸类制品相比，因其全塑结构，在回收过程中主要采取直接造粒的方式，所需设备和工艺简单，清洁无污染，回收利用率高。因此气相防锈塑料薄膜类材料是气相防锈包装材料绿色设计的方向。
安全、环保、可持续发展型产品已经体现在生产、生活等各个领域，实施绿色包装，对产品进行绿色设计是世界各国努力的方向和关注的重点。作为防锈包装先进技术的代表，气相防锈包装材料的绿色设计应着重从气相防锈塑料薄膜出发，选用安全、高效的气相缓蚀剂，选择可回收再利用或可降解的载体材料，采用创新的制造工艺，对废弃物进行有效的回收再利用，实现绿色包装的设计目标。
资料来源：公开资料，观研天下整理，转载请注明出处（ZQ）
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