聚對苯二甲酸乙二酯(PET)為全世界重要的塑膠原物料之一，因其優異的機械與熱性質而被大量的應用於各種容器、薄膜、纖維與包裝產品，另外則有少部分被應用於電器零部件。我國對於PET廢棄物回收有完整的產業鏈，但因聚酯塑料容易因外在環境而產生水解，其分子量及物性皆有明顯下降而使再生產品的應用範圍受限，故再生PET一般被作為價格較低廉的聚酯纖維使用。
本文將從以下大綱，針對回收PET熔融改質技術及具有高值化之發泡體技術、PET發泡體全球市場與應用領域等進行說明。
‧PET塑料及發泡材料概述
‧國內外研究發展趨勢與領導廠商
‧PET熔融改質技術與發泡製程
【內文精選】
PET塑料及發泡材料概述
隨著科技快速的進步，各種材料已逐漸朝著輕量化且能滿足產品使用性能的方向發展，其中塑料發泡材(Plastic Foam)正是當前趨勢下的主要產物。塑料發泡材是以塑料為基本成分並含有大量氣泡的新型材料，可說是塑料與氣體的複合材料。
熱塑性聚酯工程塑膠為分子主鏈上具有重複酯基的聚合物，它是由多元酸和多元醇經縮合聚合而得。以二元酸和二元醇經縮合聚合可得到線型聚酯，其中最重要的種類是聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate; PET)。其性質上具有高機械強度、耐油性與耐有機溶劑、高隔熱性、電絕緣性佳與可回收等優點，因此應用範圍相當廣泛。
根據調查報告指出，全球PET發泡材市場在2015~2020年間，每年成長幅度達8.1%，且以亞太市場成長最快，預估到2020年時的年產值約為60億台幣。然而，PET發泡的技術工藝極高，主要的困難點是因PET為線型結晶性聚酯材料，且絕大多數中低分子量與分子量分布較窄的商業化PET塑料在熔融態下，分子鏈糾纏度不足導致熔融黏度與熔融強度較低，進行發泡加工時氣泡不易保持形狀而造成破泡。
國內外研究發展趨勢與領導廠商
關於PET發泡材的製備，目前的方法可區分為化學發泡與物理發泡法兩種。物理發泡是將超臨界二氧化碳（圖三）、超臨界N2或瓦斯，以高壓注入PET熔體共混中，接著瞬間釋放壓力來使PET發泡。而依製程方式的不同，則可分為間歇發泡法、模壓發泡法與押出發泡法三種。目前全球主要的製造商有：Armacell International SA、3A Composites、Gurit Holding、Diab Group、BASF SE、常州天盛新材料、Sekisui Plastics、Petro Polymer Shargh與Carbon-Core Corp.等公司。
日本Sekisui Plastics是第一家商業化生產PET發泡片材「Celpet」的公司，因產品質輕、柔軟與具有許多性質優點，故常用於生產輕質零件防碰傷運送托盤、輕質零件集中包裝緩衝材、小型電機零件與LCD（大、小型）、HDD相關零件。後續該公司還推出了再生PET發泡片材(1~3 mm)與耐熱型食品容器等多樣產品，實現了最高220˚C的耐熱性，其發泡倍率可高達13.5倍（比重0.1 g/mL），且橫向/縱向拉伸強度分別為40/25 MPa，圖四為已發售之產品。
圖四、日本Sekisui Plastics的PET發泡材產品
PET熔融改質技術與發泡製程
為提高其聚酯塑料的熔融強度，一般有兩種方式。其一是在聚合端導入多元醇及其酯類衍生物或多元酸等化合物進行共聚合，藉此導入分支結構使分子鏈糾纏程度提高（圖七(a)）。然而，此種方式需另外開設特殊配方的生產線，造成生產成本過高且材料過於昂貴。另外，也可在混煉製程中導入高活性多官能基（官能數≧3）擴鏈劑，與PET進行末端官能基的分支擴鏈，這也是目前工業界最常使用的方法（圖七(b)）。這樣的方式可將PET的固有黏度(Intrinsic Viscosity; IV)從0.7提高至0.95 dL/g，但無法將IV值進一步提高至發泡材所需的高度(IV>1.0 dL/g)。
工研院研究團隊開發新型的PET混煉改質技術，並已取得相關專利。此方法是透過醇類化合物與分子鏈上酯基進行親核取代反應（解聚反應），來導入分支結構與可提供不同功能性的鏈段，並搭配後續的鏈段重組與增黏反應，將IV值提高至1.5 dL/g以上，藉此獲得高熔融強度（熔融強度＝15~65 cN）且可進行發泡加工的PET酯粒（圖七(c)）。值得注意的是…...以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、高熔融強度PET之聚合與混煉改質技術
作者：吳晉安／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」383期，更多資料請見下方附檔。