賦予塑膠新生命，我們可以怎麼做? - 立雍科技實業有限公司｜膠合棧板｜紙棧板｜木棧板

财团法人塑胶工业技术发展中心何承翰塑胶为高分子材料应用的其中一种，此种材质具有质地轻、韧性强、价格低廉…等优势，因此于二次大战后广受人们使用。此种材质于开发初期人们只着重于追求坚韧耐用之性能，因此这些塑胶在大自然中不易分解。过往人们也由于对于塑胶不够熟悉状况下，造成大多透过焚烧或掩埋方式处理，这些方式都将造成生态环境重大危害。当人类意识到此问题后，便发展出许多方式来解决它，在本文将用深入浅出方式向大家介绍这些手法。首先我们将透过塑胶是什么?它为何不易自然分解?及不当处理塑胶造成的危害…等议题带大家了解什么是塑胶。当我们对塑胶有了初步认识后，将透过探讨目前有哪些处理手法可使塑胶赋与新的生命之议题，让大家认识塑胶的处理方式。最后我们便可学习到若用对方式，将可使塑胶具有循环经济之价值。关键词 : 永续材质图书馆、热塑性塑胶、热固性塑胶、物理性回收、化学性回收 ■ 塑胶是什么?[1] 人们俗称的塑胶也就是高分子材料的一种应用。利用化学合成法将单体分子聚合在一起，当分子量大于10,000 g/mol时即称之为高分子材料。此种材质具有质地轻、韧性强、价格低廉、耐用…等特性，因此在二次大战后开始有了爆发性的成长，人们大量开发成各式塑胶使用。塑胶可依受热后特性不同区分成热固及热塑两类。这两种塑胶，其结构如图1所示。图1 高分子之分子结构[1] 热固性塑胶(Thermosetting)为一种在高温下受热固化成形之材质。此种材料成形后结构属于交联结构，如网状的形状，其特性不易以再受热塑化，故称热固。热塑性塑胶(Thermoplastic)则是在高温下塑化，并在经冷却后固化成形之材质。此种材料结构往往属于线状结构，如线条的形状，其特性易再利用加热方式塑化成型，故称热塑。这两种塑胶基于受热后特性不同，进而影响回收性，就一般回收而言热塑性塑胶会较热固性塑胶易于回收。 ■ 塑胶为何不易自然分解?[1] 塑胶之所以不易在大自然中分解，原因是分子间有一引力抓着彼此即称为键结能。若我们要把塑胶分解就必须将此键结打断。而键结可依其强弱，分为主要及次要两种。主要键结又名化学键，通常由共价键所构成，此种键结如同火车车厢间的连接器，构成塑胶分子的主要链结之结构。次要键结又名物理键，通常由凡德瓦尔键所构成，此种键结如同当两条平行的火车乘客与乘客间手牵在一起之力量，当塑胶分子彼此靠近时便会团聚再一起，构成次要支链键结。这两种键结组成了塑胶强而有力的结构，造就了塑胶强韧及耐用的原因，但也因此造就了塑胶不易在自然环境中分解之特性。若要使塑胶在大自然中自然分解，往往需经过数百年甚至数千年之久，塑胶才会在大自然环境中分解。这也就是当我们不当处理时，将造成环境危害的主要原因之一。 ■ 不当处理塑胶造成的危害塑胶过往多透过掩埋、焚烧等方式进行处理，这些方式都会造成海洋、土壤及空气等污染，最后进而造成地球生态遭受严重危害。在环保议题推动下，世界各国也逐渐推出限塑、减塑，甚至禁塑…等政策，以减少塑胶带给人类危害。而塑胶工业近年来已开始由过往的线性生产转为循环生产的模式。所谓的循环生产乃是产品不再以原料、生产、使用到废弃的线性化流程，而是转为将废弃后的塑胶透过回收循环再造，赐予产品新生命的循环生产模式。如图2所示，为线性化及循环生产流程图。图2线性生产及循环生产流程图 ■那我们又当如何处理呢? 为了达到循环目标，我们该如何做呢?目前塑胶大致上可用3种处理方式，接着我们将针对这些处理方式介绍。 1. 机械法[2,3] 机械法又称物理性回收，为最常见的方式。此法透过分类、粉碎、清洗、造粒、改质等方式将热塑性塑胶再做成塑胶粒使用。优点在于手法简单、技术成熟，但同时具有a.塑胶种类繁多，分类须仰赖许多人力b.塑胶造粒过程容易断链裂解造成物性下降…等缺点。为了解决这些缺点，近年来也有业者开发自动筛选机减少人工分选作业人力，并透过改质技术解决塑胶断链物性下降…等问题[3]。其机械法处理流程如图3所示。图3 机械法处理流程塑胶中心永续材质图书馆(驻)中也收集了一些在产业应用的案例，如华美光学海废太阳眼镜(样品编号1-051-B01)、SKB黑琵钢笔(样品编号1-066-B01)…等。图4 塑胶机械法再生商品 2. 热裂解法热裂解为化学性回收之一环，此法可透过粉碎、无氧裂解、冷凝、油水分离、蒸馏、冷凝等过程，将热固或热塑性塑胶变成裂解燃油(40%)、气体燃料(20%)、碳黑(20%)及水(20%)等产物再利用[4]。其热裂解法处理流程如图5所示。图5热裂解法处理流程图[5] 无氧裂解过程中，又可依温度区间的不同，分为低温(300-500℃)停留时间较长，产生碳黑；中温(500~600℃)停留时间短，产生液体裂解油；高温(600-800℃)停留时间长，产生气体燃料等不同阶段。根据文献指出此技术产生的裂解油成分含C5-C9(轻脑油)及C10-C16(煤油) 两者比例约可高至 80% 以上，其余20%则为C16-C26(重石油脑)为主[4]。此种回收法在具有a.可将裂解油、气体燃料做为燃料使用b.可回收热塑及热固两种塑胶之优点，但同时具有a.裂解油尚有法规限制，无法直接于国内贩售b.碳黑因品质不够稳定尚无法大量取代轮胎、潜水衣…等橡胶领域添加用料使用之缺点。为了解决此问题目前产业界也有一些相对应对策如下a.将产生的裂解油及气体燃料作为汽电共生厂之燃料使用b.碳黑透过多方寻找适合应用之客户进行销售。目前永续材质图书馆(驻)也展出一些国内业界有在应用的案例，如环拓科技透过热裂解将其橡胶分解成热裂解油(样品编号7-013-T31)及碳黑(样品编号7-012-T31)等。图6 橡胶热裂解法再生商品 3. 化学法[6] 化学回收又称化学性回收，为一种发展中的技术之统称，此种手法依石化制程分成纯化(purification)、分解(decomposition)和石化原料还原(feedstock recycling)等作法。化学法好处是可以处理一些其它方法较难处理之塑胶，如复合薄膜、降解塑胶、高分子纤维复合材……等。其化学回收处理流程如图7所示。图7化学回收法处理流程图。 [6] 纯化(purification) 为利用溶剂将塑胶进行溶解，以去除其添加剂及杂质，最后纯化后的分子可重新聚合成塑胶。此种手法较适合处理透过加成聚合而来的塑胶，如PVC、PS、PE及PP等。分解(decomposition)为将塑胶透过化学之手法如甲醇分解、糖酵分解、水分解…等方法将塑胶解聚成寡体(oilgomer)或单体(monomer)，最后再将寡体或单体聚合成塑胶。此种手法较适合处理缩合聚合而来的塑胶，如PC、PET、PA及PU等。在国内如远东集团也于2020年利用化学回收法(分解&纯化)成功将废衣物纤维摇身一变成了化学原料，尔后可再透过重新投入产线便可再制成为新的衣物[7]。图8 塑胶化学法(分解&纯化)再生品[7] 石化原料还原(feedstock recycling)与上述的热裂解法类似，只是此法透过无氧热裂解技术将塑胶先还原成石化液体油或气体等石化原料，最后再经由重新聚合，将这些石化原料再造塑胶或其它再生石化商品。在国外也有这类的应用，如LyondellBasell成功利用石化原料还原(feedstock recycling)之手法，成功将塑胶垃圾透过热裂解技术裂解成裂解油，接着透过气化将其分离出C2及C3气体，最终透过聚合将其分别再制成PE及PP之塑胶使用[10]。其化学法 (石化原料还原)处理流程如图9所示。图9化学法(石化原料还原)处理流程[10] 就以上这些化学法来说，化学法具有可将塑胶再造成如新料一样的优点，但就制造而言，目前成本还相当高，因此为了改善其制造成本，目前有许多大厂如远东[8]、BASF[9]、台塑[10]、LyondellBasell[10]等国内外大厂都在努力进行这系列研究及开发，甚至已经进入小规模试量产，以降低其制造成本。 ■ 总结针对以上介绍之塑胶处理方式，我们从中可知其各有其优缺点，因此为了使塑胶可妥善被使用，我们应该针对不同塑胶产品，找到其最有价值的处理模式，这样才可同时满足兼顾环保及经济发展之需求。 ■ 备注财团法人塑胶工业技术发展中心在经济部中小企业处支持下成立「永续材质图书馆」实体馆及线上平台(https://sml.pidc.org.tw/index_tw.php)，并于2021年正式对外开放。馆内收集塑胶、纤维、橡胶、金属、矿物、天然及其它等七大类材质。并透过提供企业媒合、材质咨询、设计及打样…等多项服务，以促进国内永续材质循环经济发展。资料来源: 1. WilliamD.,Callister Jr. ,Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc., 2001, 5th ed. Ch2&4. 2. INSIDE 2019【绿色观点】报导塑胶回收做球衣还是发电好？三分钟带你看懂全球各种塑胶再利用技术https://www.inside.com.tw/article/16843-what-should-we-do-about-recycled-plastic 3. 陈良哲、黄冠烨?废塑胶循环再生复合材”工业材料杂志383期2018。 4. 杨仁泊、刘耀仁?台湾热裂解处理废塑胶再利用制油技术介绍?工业污染防治141期2017 5. 经济部工业局工业废弃物处理与资源化资讯网-技术资料废塑胶资源化技术（三）热裂解技术 https://riw.tgpf.org.tw/Tech/more?id=68 6. BPF British Plastics Federation Report ?Chemical Recycling 101? https://www.bpf.co.uk/plastipedia/chemical-recycling-101.aspx 7. 天下2021吴静芳报导?「黑衣最难处理」全世界旧衣回收解方，藏在70年台湾化纤大厂? http://news.fenc.com/news_detail.aspx?lang=zh&id=5299 8. BASF官方网站2018新闻稿 ?巴斯夫首度利用化学回收塑胶制造产品?https://www.basf.com/tw/zh/who-we-are/sustainability/management-and-instruments/circular-economy/chemcycling.html 9. 钜亨网2021林薏茹报导?台化回收废弃蚵绳再利用再生尼龙料厂明年底前产能翻倍? https://news.cnyes.com/news/id/4632885 10. Start-up of LyondellBasell’s MoReTec plant underlines ambitious plastic waste targets – cefic.org https://cefic.org/a-solution-provider-for-sustainability/chemical-recycling-making-plastics-circular/chemical-recycling-via-conversion-to-feedstock/start-up-of-lyondellbasells-moretec-plant-underlines-ambitious-plastic-waste-targets