水性聚丙烯塗料之技術發展與未來

 

刊登日期:2016/7/5
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聚丙烯是應用多元的五大泛用塑膠之一,其優點包含價格低廉、易加工性、良好的機械性質、抗化學性、產品輕量化,因此於軟性包裝材、建築材、日常用品、家用電器、汽車材料等都能見到聚丙烯的蹤影。近年來,因應環保趨勢和法規要求,開發水性聚丙烯塗料將是不可抵擋的趨勢,除此之外,高附加價值率的水性聚丙烯塗料產品將可能帶動石化產業發展與產業技術升級。本文針對水性聚丙烯塗料的技術發展與未來可能的市場進行介紹。

聚丙烯塗料技術發展沿革
早期聚丙烯塗料基本上是透過與聚丙烯相容之低極性有機溶劑製備而成,隨後因環境保護與生產工作安全考量,高 VOCs 排放的有機溶劑系聚丙烯塗料逐漸被淘汰,取而代之的是水性氯化聚丙烯(Chlorinated PP)塗料,然而,氯化聚丙烯塗料雖然大量降低 VOCs 排放,但其本身含有被視為環境賀爾蒙的氯,仍然會對人體與環境造成威脅,有鑒於此,發展不含氯的水性聚丙烯成為當前首要之務,也是水性聚丙烯發展之主要趨勢。

目前,水性聚丙烯塗料的製備有很多種方式,但是所有的方式都不外乎先將聚丙烯官能化(即對聚丙烯結構修飾)後再進行水中乳化分散,其中,製備水性聚丙烯塗料水中乳化分散的部分,可以依照乳化機制分成物理式和化學式乳化分散兩大類,其乳化分散的機制如圖二(a)及(b)所示。


圖二、(a)物理式與(b)化學式乳化分散機制

物理式乳化分散
物理式乳化分散(Physical-typed Emulsification)實際做法是將熔融狀態下之聚丙烯於水相中以強力機械攪拌或是均質機打成微小的顆粒後,添加界面活性劑、乳化安定劑和中和劑等以穩定水中顆粒,製備出水性聚丙烯塗料。如前述,不管物理式乳化分散或是化學式乳化分散,都會先將聚丙烯做官能化處理,通常進行物理式乳化分散的聚丙烯官能化程度不需要太高,一般是透過自由基接枝反應將極性較高的官能基團/單體接枝於聚丙烯,常見的接枝單體有馬來酸酐或具有羧酸基團的小分子。

化學式乳化分散
化學式乳化分散法(Chemical-typed Emulsification)是對聚丙烯接枝改質後,使其於水中自乳化而形成水性聚丙烯塗料,聚丙烯接枝改質的通則是將可續反應的小分子單體經自由基反應接枝於聚丙烯,再藉由接枝單體的可續反應性將親水性官能基團做更進一步的修飾,合成出具有自乳化能力的自乳化結構聚丙烯,讓原本極為疏水的聚丙烯大幅提升親水能力。爰此,此方法的核心技術在於接枝反應與官能化材料選擇。


圖四、聚丙烯接枝改質之機制

各國技術與市場概況
現階段擁有製備水性聚丙烯塗料能力的公司,基本上都是技術扎實並於相關產業深耕已久的國際大廠。從這些全球大廠的技術開發方向能觀察到塗料發展趨勢,這些訊息一再地顯示水性聚丙烯塗料技術開發之必要與未來龐大的潛在市場需求。當全球大廠正努力開發水性聚丙烯塗料之相關技術的同時,回過頭觀察國內石化產業,技術大多停留在大宗塑膠原料生產階段,不僅……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:蔡佳展、莊雅嵐 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」355期,更多資料請見下方附檔。


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