全球特用化學品綠色發展趨勢

 

刊登日期:2019/2/5
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少量多樣生產與應用的特用化學品,受到其上游原物料與下游終端消費產品綠色永續發展的影響,也將朝向綠色創新。本文將從以下大綱,分析原物料與終端產品在綠色發展下為全球特用化學品帶來的創新機會與案例,以說明全球特用化學品綠色發展趨勢。
‧上下游供應鏈影響特用化學產品綠色發展
‧化學原料創新帶動特用化學品綠色創新發展
 1. 應用美國低價的頁岩氣新原料開發綠色特用化學品
 2. 以二氧化碳作為特用化學品原料可以降低碳足跡
 3. 生質來源之化學品在環保低碳與資源可再生使用上具有優勢
 4. 環保規範促使特用化學品朝向不對人體健康產生危害之產品發展
‧食衣住行消費品的使用與製造趨勢引導特用化學品綠色發展
 1. 塑膠包裝回收為食品包裝化學材料帶來綠色創新
 2. 創新客製化製程提供穿著產品用特用化學品綠色發展新機會
 3. 提升居住環境與施工工人健康是特用化學品綠色發展的方向
 4. 能源效率為交通工具用的特用化學品帶來綠色發展新機會
‧IEK View–客製化生產是臺灣特化產品朝向綠色化學發展的機會
 
【內文精選】
上下游供應鏈影響特用化學產品綠色發展
特用化學品(Specialty Chemicals)在化學工業中是一群用量少、品質精、組成複雜、用途特殊且附加價值高的化學品。由於特用化學品所涵蓋的範圍很廣,本文主要探討高分子添加劑、染/顏料、塗料與合成樹脂接著劑之特用化學品的綠色發展趨勢。特用化學產品發展驅動力分析,如圖一所示。
 
圖一、特用化學產品發展驅動力分析
圖一、特用化學產品發展驅動力分析
 
化學原料創新帶動特用化學品綠色創新發展
原料與市場需求的改變帶動特用化學品朝向創新綠色永續的發展方向。
2. 以二氧化碳作為特用化學品原料可以降低碳足跡
(2) 二氧化碳可合成不具備毒性製程物質異氰酸酯的NIPU
傳統PU生產過程應用異氰酸酯(Isocyanate)為原料,其生產過程需要以劇毒光氣(Phosgen)作為原料。而Non-isocyanate PU (NIPU)技術是應用環氧樹脂與二氧化碳合成環碳酸酯,進而在與二胺類原料反應生產聚羥基氨酯(Polyhydroxyurethanes; PHU),不需要使用有製程安全疑慮的異氰酸酯原料。以二氧化碳合成NIPU與傳統PU的路徑差異,如圖三所示。
 
圖三、以二氧化碳合成NIPU與傳統PU的路徑差異
圖三、以二氧化碳合成NIPU與傳統PU的路徑差異
 
PHU樹脂(也常被稱為NIPU)的性質介於PU與環氧樹脂之間,可以在塗料接著劑與泡綿等應用上對PU進行替代。2011年以色列的新創公司Nanotech Industries,Inc. (NTI)推出全球第一支NIPU樣品Green Polyurethane™,並展示此NIPU樣品應用在塗料與泡綿的產品。而塗料與接著劑的大廠像是PPG、Bostik與Momentive等公司,也陸續在全球各展會中展現其應用NIPU所生產的特用化學品。另外原料製造商像是Dow Chemical(現屬DowDuPont集團)與Huntsman目前已在NIPU的製造或應用上進行專利布局。
 
3. 生質來源之化學品在環保低碳與資源可再生使用上具有優勢
(2) 天然廢棄物可轉變成具有潛力的綠色創新材料
天然的廢棄物也可被應用作為特用化學品的原料,同時減少廢棄物並提升產品價值。木質素(Lignin)是造紙業與生質酒精製造的植物原料在發酵後,所產生的事業廢棄物之一,可以被轉化成一種低成本的生質特用化學品原料。若將木質素進行化學處理,將可以應用至可塑劑(Plasticizers)、塗料、樹脂、黏合劑、碳纖維、活性碳和複合材料等領域。目前全球知名研發機構在木質素的綠色特用化學品之研究發展狀況,如表二所整理。
 
在木材造紙的過程中,除了木質素外,還有纖維素(Cellulose)也是另一項未被充分應用的事業廢棄物。若將纖維素奈米化成為奈米纖維素(Nanocellulose),將是一項具有應用潛力的生質特用材料。奈米纖維素具備了質輕、較防彈纖維Kevlar®高剛性、導電、無毒、結晶態透明,且具備阻氣性、抗張強度是不鏽鋼的8倍,可以應用在汽車、濾材、包裝材料與電子材料等領域。
 
除了陸地上植物來源的天然廢棄物可以應用作為綠色的特用化學品,來自海洋的生質資源,像是應用蝦蟹殼所生產的幾丁聚醣(Chitosan),也可以應用於紡織產品中作為抗菌劑,或添加於...…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:陳育誠、邱純慧/工研院產科國際所
★本文節錄自「工業材料雜誌」386期,更多資料請見下方附檔。

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