黃承鈞/工研院材化所
前言
德國K show塑橡膠展覽自1952年起，每三年舉辦一次，2019年為第21屆，展覽規模是業界最大。透過此展，可了解相關廠商近年於塑橡膠材料技術的強項與未來應用產品發展方向。新材料領域、低碳排與可循環再利用是本次展覽廠商的主要議題。各大廠商分別展示，透過新開發產品或創新材料結構設計使塑膠製品易回收再利用，或是具有高功能性塑料應用於新世代的產品開發，符合循環經濟的應用趨勢。
在塑膠回收再製的技術方面，包括PE、PP、PS、ABS、PET與nylon等大宗塑膠材料，從易回收的材料配方與產品結構設計、再製產品應用到機械、溶劑或化學回收皆有相對應的應用領域與相關加工與回收設備展出。各廠商也推出可提高廢棄物可回收性的新型機能添加劑。包括高阻氣EVOH高分子與聚烯烴(PP、PE)的相容劑，使高阻隔性的多層食品包裝回收再製不會降低機械物性。此外，也有機能母粒配方能取代傳統碳黑，使黑色塑膠製品能統過NIR分選，克服碳黑使NIR分選失效的難題。更有廠商推出可將黑色塑料直接分選的設備，更可提升塑膠材料的回收率。
在高功能性的材料中，PPS、PPA與PVDF熱塑性輕量化複合材料與高耐候工程塑料有許多新的應用案例，並逐漸成為一種高功能材料應用趨勢。在運輸應用上，有助於減輕飛機和汽車的重量，進而減少燃料消耗和碳排放，並具有更大的設計自由度。在石油和天然氣行業中，可取代易於腐蝕的金屬管線並大幅降低成本。
在智慧製造的部分，塑膠加工設備廠商展示創新的塑膠工業4.0物聯網( IloT )機台，新一代設備可透過感知器裝置盡可能的將各種的生產參數數位化( Digitalization )並匯集，使整個生產過程，從原料加工至產品的參數皆可追溯與分析，並分析建立生產資料庫，可改善傳統加工師傅依照加工經驗進行參數調整的生產方式，可大幅提升生產效率與品質，減少原料耗損並提升利潤。後端協同機械手臂組裝，成品即可Ready-to-use，可大幅縮短製程時間與減少人力。
除了上述技術外，新興的製造工藝(例如3D列印的鞋材)，CO2或廢棄塑料轉化的泛用高分子(如聚乙烯、聚丙烯)、新結構生質料源的應用、輕量發泡尼龍材料、三明治結構射出成型技術等都與循環材料相關，顯示出市場對於低碳排循環材料的需求強烈，而各大廠也將會持續開發新產品，滿足下游應用端的需求。以下將針對相關的產品與技術做個別的介紹與技術分析。
可回收的單一材質包裝
歐洲於塑膠材料的使用領域中，用於包裝材料的使用量達40%，其中包括難以回收的多層膜結構，造成材料無法回收且會汙染回收塑料，造成回收塑料品質下降。在本次的展覽中，多家廠商紛紛推出單一材質(Mono-materials)或是具有良好回收性的站立包裝( Stand-up Pouch )包裝。站立袋是一種輕便、節省空間的包裝袋，具有許多特別的形狀和配置，應用廣泛。此包裝最大優勢在於大幅減少包裝材料的重量，具有減塑的優點。站立袋的一個關鍵規格是要有良好的挺性，會使用較硬的塑膠材質，如OPET或OPP，再使用PE材料作為熱封層。如有高阻隔的需求，會再加上電鍍鋁層。上述組合的結構包裝材料因材質不同且難以分離，因此無法回收再利用。
單一材質關鍵材料在於使用高度縱向延伸PE膜，縱向延伸倍率可達到10倍以上。這種高拉伸比改變薄膜的形態，非晶結構和晶體結構都沿著機器方向被拉伸。此外，分子結構的排列進一步提高了其密度和半結晶聚合物的結晶性，拉伸程度上升，機械特性也顯著提升，尤其是在拉伸方向上。拉伸還有助於增強薄膜的光學性能和阻隔性能。此外，廠商更可在結構中導入回收料，使得整體包裝的碳足跡進一步下降。這些材料可進一步透過鍍上一層氧化鋁或使用乙烯-乙烯醇共聚物（Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer; EVOH）進一步提升阻氣效果。此外，也有廠商推出PP與PE的相容劑，也可改善PE與PP於回收混摻相容性不佳的問題。日本三菱化學功能性樹脂則是推出BOPP材質取代BOPA尼龍，也是導入單一材質的設計。(表一)
單一材質材料-Recyclable shoes made of TPU
除了包裝材料，德國巴斯夫(BASF)於會場中展出單一材質的概念鞋(圖一)，此雙鞋是由鞋廠Adidas所生產，此球鞋完全使用BASF公司不同牌號的熱塑性聚氨酯材料TPU ( Thermoplastic Polyurethane )材料所組成，包括鞋面、中底、大底等配件。從圖二的鞋面生產流程與最後粉碎回收可了解到，除了---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖一、TPU單一材質編織運動鞋
圖二、TPU單一材質編織運動鞋生產與回收流程