100%纤维素基薄膜与涂层技术——一种可扩展的化石基包装替代方案
芬兰开发的一种新型纤维素基材料平台，能够应对日益严格的监管要求和行业压力，既可用于替代包装中的塑料，也可减少塑料用量，包括满足新兴标准，如将纤维基材料中的塑料含量限制在5%以下（重量百分比）。
该技术可制造出透明、高性能的薄膜和涂层，其功能与塑料相当，同时支持工业规模生产，并可在多种环境中实现简化回收或生物降解。
芬兰VTT技术研究中心和LUT大学通过F3——未来生物基材料薄膜项目，开发出了完全基于纤维素的薄膜和涂层材料，使包装行业能够在满足性能和加工要求的同时，减少和替代塑料。这些材料兼具塑料般的功能性和设计的最终性能：薄膜本身具有生物降解性，而涂层则设计为既可在纤维基系统中回收利用，又可在需要时具有生物降解性。
该技术使纤维素能够作为聚合物而非纤维进行加工，从而生产出透明薄膜，其机械性能和阻隔性能可与塑料相媲美。这一技术发展的背景是，包括《欧盟包装和包装废弃物法规》（PPWR）在内的相关法规对可回收性、材料成分和生命周期影响的要求日益严格。
“塑料薄膜是最广泛使用的包装形式之一，但也是最难回收的材料之一，并且是持久性环境污染的主要来源”，VTT研究教授、F3项目主要协调人之一Ali Harlin说道。“同时，我们正在与制造商合作，帮助他们满足不断变化的监管要求，同时保持产品的保护性、保质期和工艺效率。纤维素材料为包装领域开辟了新的可持续解决方案。”
F3材料平台旨在与现有的转化技术相集成，并根据应用情况融入当前的回收流程或生物降解途径。与许多生物基替代品不同，它避免了功能性和终端处理之间常见的权衡关系。
该项目基于纤维素溶解与再生技术的进步，能够生产出具有高透明度、机械强度和阻隔性能的薄膜。该技术已通过热成型等传统工艺实现加工兼容性，有利于与现有工业基础设施的集成。
“纤维素薄膜和涂层已被证明具有在各种包装转换工艺中加工的特性，这凸显了它们未来的潜力”，LUT大学包装技术教授兼该校子项目负责人Ville Leminen说道。
“在功能性和可持续性之间找到正确的平衡对于包装的未来至关重要。通过F3项目，我们开发出了完全无塑料的阻隔涂层，在不损害生态的前提下实现高性能，从而弥合了这一差距。利用我们的离线涂层生产线，我们现在已能够将这些解决方案商业化应用于纸张和板材，满足严苛的食品包装需求”，Colombier Finland的区域总监Carl-Erik Guttormsen说道。
展望未来，该平台可能开辟出超越塑料替代的全新路径。这种材料可支持多种功能应用，包括阻隔涂层、抗菌或抗氧化性能，以及对湿度、气体成分或pH值等环境因素有响应的智能包装。随着包装技术向主动化和智能化发展，这些功能正变得越来越重要。
“这些平台在价值链中的采用对于当前向完全可再生和可回收技术的转型至关重要。我们认为化学是实现这一转型的关键推动因素”， Kemira公司发现与创新部门的高级首席科学家Mats Berg说道。
F3项目于2026年3月完成，已证明了在多个应用领域实现纤维素基薄膜和涂层的中试规模生产的可行性。对于薄膜而言，研究结果表明其具有作为独立透明包装材料的潜力，并且本身具备可生物降解性。对于涂层，该技术可形成高性能阻隔层，支持纤维基包装系统的可回收性，同时在需要时提供可生物降解性能。该项目由科研机构、行业合作伙伴及资助机构共同参与，重点推动技术从实验室研发向规模化生产的发展。
“关键挑战不在于是否存在替代材料，而在于如何以符合工业要求的方式加工这些材料”，VTT高级科学家Vinay Kumar表示。“现在所展示的是一个面向未来的材料平台，它提供了塑料的替代品，将可持续性与融入现有制造和回收系统的能力相结合。我们相信，未来可以与产业合作伙伴共同进一步开发这一技术。”
“从行业角度来看，可扩展性和系统兼容性是关键因素”，Metsä Board开发经理Riku Talja表示。“与当前加工技术和回收基础设施相契合的解决方案，更有可能从试点阶段的创新过渡到工业应用。”
下一阶段将致力于推动该技术向商业化应用发展，初期应用场景包括干粮包装、烘焙食品以及需要透明阻隔层的纤维基包装。这些薄膜在23°C和50%相对湿度条件下，氧阻隔性能（氧气透过率OTR低于1 cc/m²/d）与传统塑料相当；而涂层则可在可回收的纤维基包装系统中实现氧气阻隔（OTR低于0.2 cc/m²/d）和油脂阻隔（KIT 12）功能。
未来的开发将聚焦于潮湿条件下的阻隔性能，以及在单一材料系统中集成多种功能。数字化，包括传感器赋能或互联包装，预计也将在未来的应用中发挥作用。
除了包装领域，该材料平台在医用材料、电子和功能性涂层等领域也具有潜在应用，这反映了纤维素作为一种可再生且多功能的聚合物在未来材料体系中的更广泛作用。
这一发展与VTT的战略使命相一致，即加速可持续增长、革新产业，并支持企业推广有助于绿色转型的新技术。