工業材料雜誌十一月號推出「綠色高分子循環材料」及「光電產業資源循環」兩大技術專題：材料世界網

循環材料設計與再應用
近年來循環經濟在全球掀起熱潮，各國皆致力在經濟成長與環境衝擊間取得平衡，最終為達到全內循環的目標，讓環境及產業皆能永續經營與發展。如何使循環經濟跳脫過去以環保概念為訴求的窠臼，真正成為商業價值鏈，是目前亟需突破的重點。為使產品能進入循環經濟鏈，產品的重新設計開發、使用可回收材料則為重要的第一步。

本期「綠色高分子循環材料」技術專題分別由二大主題切入：第一個主題為材料設計開發面，介紹具有熱可再塑性之動態交聯彈性體材料(TPV)，主要用於取代過去熱固型橡膠系統，具有節能、可回收及可再製等優勢。文中針對動態交聯彈性體產業發展現況，基礎原理及技術開發重點進行簡單扼要的說明。第二主題則探討回收材料的高值化應用，材料於回收後會因熱、機械等處理方式造成材料性能的下降，文中將說明透過不同的手段使其具有原材料的性質或賦予獨特的特性，讓回收材料最終能回到原物料供應鏈系統；另外也會談到如何利用再加工方式賦予回收材料有更高值化的應用，將可提高循環材料在產品中的被使用率與回收意願。過去台灣在回收體系做了相當多的努力，後續可透過材料的新設計與技術導入，使材料在循環系統中發揮最高的價值與應用性，達到減少廢棄物及能耗的目的，創造有別於現有模式的經濟鏈與商業模式。

熱塑性彈性體(TPEs)是一種同時具有軟/硬鏈段的聚合物，結合塑/橡膠的優點，展現有如硫化橡膠的機械特性，並保有塑膠的易加工性。「動態交聯熱塑性彈性體與技術平台」一文針對TPE家族中之熱塑性動態交聯彈性體(Thermoplastic Vulcanizates; TPVs)的全球產業現況、基本學理與相反轉行為、微相形態與材料性能之間關聯性、技術平台建構以及目前已開發之TPV種類與性質進行報導。開發TPV材料是一門耗時且複雜的學問，必須同時兼顧橡/塑膠原料的性質與製程參數等，亟需整合一TPV專用的研究開發平台，以利協助業界提高其產能。工研院已建立動態交聯熱塑性彈性體的開發平台，透過自行研發之動態交聯反應關鍵技術，並搭配自行建構之連續式雙螺桿反應押出製程，可協助提升我國在彈性體上的研發能量，同時建立完整產業價值鏈。

台灣目前僅有少數幾家廠商生產EPDM/PP動態交鏈材料。發展此材料受限於進口EPDM橡膠原料無法掌握，而其他特殊功能規格的動態交鏈材料多數亦來自國外進口，製造門檻與價格較高且交期較長。國內終端製品業者著實需要能提供此類產品的上游材料公司，以加速投入研發材料性能與價格有競爭優勢之環保熱塑動態交鏈材料，取代傳統熱固橡膠。「環保熱塑性聚氨酯基動態交鏈材料開發」一文介紹利用雙螺桿押出機開發環境友善之熱塑性聚氨酯基動態交鏈材料，並探討材料在不同組成比例下之基本機械性質、相容性與分散型態之變化關係。實驗結果顯示，羧化丁腈橡膠(XNBR)完成架橋反應所需時間約1分鐘；動態機械分析儀測試結果TPU摻混XNBR呈現單一特徵峰；而從SEM照片可觀測到橡膠微粒均勻分布於TPU中；機械性質方面可發現，TPU摻混10 wt% XNBR展現最佳耐磨性，其磨耗量約從155 mg下降至46 mg。預期可應用於鞋材、汽車內裝材、電線電纜、3C產品等領域。

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應用於各種容器、薄膜、纖維與包裝產品，另外少部分則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。「再生PET之混煉改質與發泡技術」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。工研院研究團隊開發新型的PET混煉改質技術，也成功建立批次式超臨界發泡製程與連續式化學或物理發泡製程，除可應用於PET回收材的改質，使其具有可發泡性質；同時，高熔融強度PET更能作為特殊添加物，與一般無法發泡的瓶級、纖維級商品料或回收料進行不同比例的合膠混煉，進行發泡加工。此技術有助於消化目前產能過剩的PET酯粒，使原本價格低廉的酯粒材料能有高值化應用的機會，應用於綠色隔熱建材、船舶、輕量化運輸工具、風能發電葉片芯材與高耐熱食品容器等產品。

循環經濟是建立在物質不斷循環、利用上的經濟發展模式，形成「資源、產品、再生資源」的循環利用，達成零廢棄的目標，根本解決經濟發展與環境衝擊的矛盾。高分子材料帶給人們極高的方便性，但使用過後的高分子廢棄物卻造成環境很大傷害，形成所謂的「白色污染」。雖然廢棄塑膠已進行有效分類與回收再利用，但仍有許多複雜的廢棄混合高分子材料無法有效回收利用。「廢塑膠循環再生複合材料」介紹廢棄塑膠回收分選機制以及產業應用。由工研院所開發之再生塑膠粒經改質後形成再生相容助劑，在複材系統中能發揮與市售產品相似的功能，除可去化廢棄的塑膠，經過再生純化改質製程後能使複材系統的相容性更好、價值提升並降低PP複材系統的成本。也可根據調整，應用在更多高附加價值的產品，與國內相關產業合作，將目前無法回收之容器廢料進行回收再製，賦予再生材料功能化、高值化，有效減少廢棄物產量，建立永續發展的循環型社會。

光電產業的城市礦山：廢棄走向循環的未來
2016年台灣光電產業總產值約600億美元，占全球10%，隨著光電產品大量製造，光電產品廢棄物也大量產生；2016年全球光電產業廢棄物高達4,980噸，其中稀貴金屬達300公噸，價值200億美元。歐盟(WEEE)於2016年將電子廢棄物回收目標訂為銷售電子設備之45%（回收率），2018年預計將再提升至65%，顯示全球趨勢與台灣產業面對資源循環利用之迫切性與必要性。台灣欠缺具經濟開發價值之金屬礦產資源，但在廢棄資源回收體系上，早已堪稱世界級模範生。特別是在電路板、電腦、電子用品、照明暨汽機車等相關產業及終端廢棄資源處理方面，回收率極高。但許多回收資源並未有效再精製提升為高階材料，反而出口成為國外高階材料之低階、低價原料供應者，回收過程之環境成本卻由台灣承受。若可扭轉此生態，強化國內廢棄資源提取品質，結合材料設計與配方技術，使廢棄處理回收跨入資源高值循環，並滿足原需求產業，對台灣整體競爭力將有莫大助益。

近年來光電產業是臺灣重點發展產業之一，消費者受惠於發光二極體、液晶顯示器以及太陽能發電等便利的發明與生活。隨著科技發展，人們越來越仰賴3C產品，光電產品使用量逐年上升，隨之產生的廢棄物也相對增加；若無有效妥善回收處理的方法，不但浪費許多能再利用的資源，更會對環境造成嚴重污染。「臺灣光電產業物質流佈與循環概況」針對臺灣光電產業中的LED、LCD、PV三種產業進行物質流佈的探討分析，並介紹此三種產業的循環利用策略。我國目前積極研發有關循環再生技術，若技術成熟回收提煉出產品中有價金屬，將會有可觀的經濟效益，對環境的污染也隨之降低。未來宜速建立光電產業物質流資料庫與循環利用體系，掌握並確保各類金屬之存量、流向，減少產業風險及穩固產業料源，以利循環再生。此外，國內光電產品若能成立自有品牌，並結合再生產業聯結研發再生產品，開拓新興市場與海外投資，必能提高國內光電產業附加價值，再創另一高峰。

台灣正積極發展太陽光電產業，有著國家政策的輔助，台灣太陽光電板安裝量將會迅速成長，若無法有效解決未來大量的太陽能廢板，將對環境與人類造成影響。因此解決我國太陽光電廢棄物並從中提取出有價金屬再利用，回到生產太陽光電設施源頭，達成搖籃到搖籃的目的將成為重要的課題。「光電廢棄物資源循環技術發展現況及趨勢」主要介紹並彙整太陽光電的回收技術，以太陽能板安裝量大國進行太陽能板相關回收方法與法規探討，比較台灣現況與國外成功回收案例，發想出一套在台灣有效回收並回用至產業鏈之太陽光電廢板技術。建議將太陽光電廢棄物納入國內廢清法規中，分為退役太陽能板與太陽光電腳料兩種回收處理；政府也需協助太陽能板回收相關機制與配套措施，讓生產者對太陽光電設備的回收與資源循環負起責任，保障每一片太陽能板的流向與廢棄後的回收責任歸屬；並透過專業人士來輔導協助生產者與資源回收再生業者提升技術，藉由補助誘因使用再生資源。

將循環經濟看成資源策略、環境策略和發展模式，是正確的觀念；而且發展循環經濟本身就是一種重要的環境保護措施，顯示循環經濟對於資源節約和環境保護均十分重要。台灣最重要之照明光源廢棄處理公司―中台資源科技分享「台灣光電廢棄與資源化產業發展現況—以中台資源為例」一文，指出中台資源廢電路板回收處理的特色，就是將廢棄物處理後得到銅粉產品及玻璃纖維再製為混凝土摻料，大幅提升資源化比例，幾乎達零廢棄目標。但要發展循環經濟，也要從更源頭的產品、商業模式與產業鏈的重新設計做起，讓所有資源在封閉的循環中持續應用，才是根本的解決之道。

近年來傳統發電的原物料來源逐漸短缺，同時由於發電過程中對環境產生的不良影響，甚至排放殘餘廢料造成汙染（包含最高端的核能發電）等問題，世界各國無不著手專注開發Natural Energy，期能發展出取用於大自然的既有能量來供發電使用。綠能發電除了不浪費資源，更有助於大自然環境中的有價物質循環再利用，在此永續趨勢下，遂開創出太陽光發電、風力（含離岸）發電、水力（含海水漲退潮汐）發電、生質能發電、地熱發電等近代興起的能源產業。日本成立「新能源•產業技術總合開發機構」(NEDO)，太陽光電產業資源循環就是其致力的一項發展。「日本光電產業資源循環技術近程發展」一文簡介了日本政府如何透過能源政策宏觀布局，成立專屬研究機構並與產業合作，有效利用太陽光發電模組與設備循環再生的做法，值得國內發展借鏡。

主題專欄
「循環經濟下化學工業的新思維與台灣產業的轉型(上)」一文指出，全球的材料與化學製品生產廠商目前從三種符合循環經濟宗旨的方法，來達到降低生產成本、避免原料價格劇烈波動風險與提升產品價值的目的，分別是能/資源使用效能最適化、發展與使用非礦源原料、化學品價值以效能計價。台灣多數工業區已進行能/資源的初步整合，深度循環需注入法令與新型態商業模式等因素來達成。PEF、PHA、生物可分解材料與可堆肥的一次式食品塑膠包材為全球非礦源原料發展下，台灣具有發展機會的材料產品。「製造者負責回收處理廢棄物」與「化學品租賃」的模式在全球化學工業產業鏈中逐漸興起，化學品製造商未來將被賦予承擔更多的社會責任，但也因此有機會開創連結化學品服務的相關商機。

隨著經濟成長與醫療科技水平的進步，台灣整體人口結構快速趨向高齡化，使得需求長期照顧的人數也同步高速增加。其中長照所需之衛生產品，如成人紙尿褲及看護墊等，需求量極大。此類產品的吸水層材料絕大部分都使用高分子吸收體或其複合物，直接造成廢棄物處理污染環境的問題。「材料多尺度模擬設計平台驅動新環保材料開發—超吸水性可降解纖維素材料」透過材料多尺度模擬設計平台來驅動新環保材料開發，以取代原先的高分子吸收體。從材料的分子結構設計、微/介觀結構設計與關鍵性質預測，使改質纖維素材料富有超吸水性機能，並可在堆肥環境中降解，以達到降低對環境污染的目的。

「以冷凍鑄造法合成具多階層孔洞結構之多功能仿生複合材料」一文介紹以冷凍鑄造技術合成仿生多功能孔洞材料，其具多階層連續孔洞和生物相容性，可應用於油水分離、生醫骨材、重金屬吸附等領域。研究團隊以矽藻土為陶瓷粉體製備奈微米多階層孔洞材料，具有高油水分離效率。以台灣鯛魚鱗獲取氫氧基磷灰石製備之多孔材料，不具細胞毒性且利於骨細胞生長。亦可用於重金屬汙水處理，可在短時間內移除超過99%的鉛離子。冷凍鑄造技術成本低、環保且可合成多功能孔洞結構材料，極具產業應用潛力與前瞻性。

我國當前規劃擴大太陽光電系統設置量作為提升再生能源占比之主要發展策略，然可能面臨未來電網不穩定及影響電力品質與安全等問題。「區域再生能源系統應用與發展—以太陽光電系統為例(下)」從系統應用觀察，在量的擴增以後，系統應用的演變逐漸重視質的提升，不僅強化系統品質與可靠度，更重視產生電力的穩定性。因此，本研究分析異業技術整合下的區域再生能源系統應用，透過太陽光電系統整合儲能、微電網之實證案例，探討發展時機與市場導入方式，以推展區域再生能源系統應用，順應分散式能源之發展趨勢。

材料補給站「破冰之旅！從大馬台商的企業參訪中思索如何具體落實政府新南向政策」一文，熱騰騰分享甫舉行的馬來西亞柔佛州台商與工研院團隊在新山的交流會議。文中同時專訪劉惟祥僑務委員與台商商會蘇春生會長，談台商實際遇到的挑戰，並提出新南向政策的相關建議。工研院透過創新研發技術推動新南向產業服務，積極深化連結協助新南向台商升級發展，未來期能扮演更多關鍵的角色，具體落實政府南向政策。

熱門專利組合本月推出工研院材化所在「綠色高分子循環材料」、「循環技術」兩大類八項優質專利組合。「綠色高分子循環材料」專利組合精選生質發泡材料、聚酯彈性體材料應用、易回收高分子材料、熱塑性彈性體材料應用；「循環技術」專利組合包括有機固體廢棄物處理技術、貴金屬回收技術、固液氣三相分離技術、廢水有價金屬回收技術。材化所技術豐富多元，歡迎業界挖寶與材化所智權加值推廣室（03-5913737）聯繫洽談。