全球發泡技術發展與趨勢

 

刊登日期:2017/6/12
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吳晉安/工研院材化所

由美國Foam Update Group舉辦的Poly-Foam Conference是國際交流發泡加工技術的重要研討會。有別於以往會議地點選在上海舉行,今年的會議地點選在德國的法蘭克福,也因此吸引了許多在發泡領域知名的歐美學者與國際知名大廠參與。今年的研討會主題包含:生物可分解塑料與生質塑料發泡技術、射出發泡技術、新型纖維複合材料發泡技術、彈性體發泡技術、Active Foams、無蒸氣式新型珠粒發泡技術、環保化學發泡劑與商業化微孔PP與TPU發泡板(Microcellular PP and TPU Foams)等。茲整理部分研討會重點如下,提供有興趣的讀者參考。

生物可分解塑料與生質塑料發泡技術
本次會議以”make it beautiful”作為研討主軸,除了發泡技術的再精進,同時也將環境保護與永續能源納入本次的重點主題。發泡加工除了可輕量化也具有塑料用量減少之效果,同時應用在運輸工具上可降低油耗,而應用在建材上則具有隔熱與降低能耗等優點,在溫室效應日漸加劇與石化原料短缺的今日,發泡技術被視為具有節能減碳的意義,而材料的選擇也逐漸選用環保可再利用或可分解之塑料。例如Sealed Air公司的Dr. Chee Keong Yap (Executive Director R&D)便發表他們以Braskem USA所生產的生物基塑料PE為原料,並成功克服連續製程上的困難後建立此材料的連續發泡技術(Renewable PE Foam Process,如圖一),同時聲稱發泡體押出速率達可商業化規模,並已開發不同密度與厚度規格的Bio-based PE發泡板材與片材,不同規格之生物基PE發泡體如圖二~四所示。

圖四、不同規格之生物基PE發泡體微結構
圖四、不同規格之生物基PE發泡體微結構

相同密度的Bio-based PE與傳統Petroleum PE發泡片材在物性表現上相同,但Sealed Air在加工製程上額外添加特殊成核劑配方來進一步提升發泡體的Compression Strength (25 % Higher)與降低泡孔大小,生物基PE發泡體之物性比較如表一。另外也透過國際第三方認證機構Scientific Certification Systems(SCS)分析Bio-based PE Foam的生物基含量,高達99 %,相信在後端應用上可作為新發泡體材料的選擇。

表一、生物基PE發泡體物理性質比較表一、生物基PE發泡體物理性質比較

德國拜羅伊特大學(Universität Bayreuth)的 V. Altstädt 教授則發表聚乳酸(PLA)與經過反應押出改質後的發泡型態與物理性質的變化。聚乳酸為目前全球產能與使用量最大的生物可分解塑料,但在本質上有低結晶速度、低熔融強度(加工窗口狹窄)與不耐衝擊性等缺點,因此不利於進行發泡加工。作者將聚乳酸分別與多官能基環氧樹脂(mEP)及Dicumylperoxide(DCUP)進行擴鏈改質,發現未改質聚乳酸的分子量為130,400 g/mol,且在175℃下的熔融強度約為0.06 N,但經過兩種不同擴鏈劑改質後,分子量皆提高至200,000 g/mol以上,特別是DCUP可有效提高聚乳酸的熔融強度(>0.18 N)。將模頭溫度控制在140℃進行CO2物理發泡實驗,改質聚乳酸皆可順利發泡,其泡孔大小與密度分別為100~150 μm與32~49 kg/m3,但此溫度已接近聚乳酸熔點(~155℃),故未經改質的聚乳酸較難在此溫度發泡(圖五)。作者也探討多種過氧化物(TBTH、DHBP與TMCH)對於聚乳酸發泡行為的影響(圖六)。聚乳酸發泡體的抗壓縮強度、密度與泡孔大小有關,由於熔融強度提升,在發泡過程中會產生Scaling Effects,因此可有效降低泡孔大小,並同時提高抗壓縮強度(圖七)。

圖五、聚乳酸改質前後的分子量、熔融強度與發泡行為

圖五、聚乳酸改質前後的分子量、熔融強度與發泡行為

生物可分解之發泡珠粒開發
BASF的Dr. Bangaru Sampath則發表他們開發的生物可分解材料發泡粒子-Ecovio® EA。在1960年代BASF已成功生產---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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