趙英捷/工研院材化所
生物可分解塑料發泡技術
2019 Poly-Foam會議以“Together for a Better Environment”作為研討主軸，除了發泡技術及發泡材料的再精進，同時也將環境保護、能源管理與永續能源納入本次的重點主題，實現4R (Reduce、Recycle、Reprocess、Reuse )的理想。聚乳酸(Polylactide; PLA)為目前最被廣泛應用的生物可分解材料，但聚乳酸的結晶度、親水性以及易脆等性質都限制了其在發泡領域的應用。Sulzer公司的Dr. Ulla Trommsdroff發現，聚乳酸需要提升聚乳酸的熔融強度，才能更有效的應用在押出發泡製程，但如果使用擴練劑或分支劑，可能會使其無法應用於食品包裝的應用上。因此，他們延續Hideto Tsuji教授藉由混摻不同立體位相之聚乳酸形成立體複合物，來提升熱性質與熔融強度的特性，藉由立體位相的比例控制，同時更導入星狀結構的聚乳酸來產生物理交聯，提升其熔融強度，如圖七所示。
山東大學的王桂龍教授( Prof. Guilong Wang )則提出了在超臨界流體發泡過程中，超臨界流體會對高分子鏈產生塑化，形成不均勻的結晶而產生不均勻泡孔分佈。Prof. Wang提出利用熱預處理，讓聚乳酸產生較均勻的結晶，利用均勻的高分子結晶，促成泡孔達到均勻的分佈，如圖八所示。
圖八、熱預處理優化聚乳酸泡孔分佈
王教授同時對此製程進行了一系列製程參數優化與泡孔分佈的詳細分析，了解溫度與退火時間控制的重要。過高的退火溫度反而會影響聚乳酸的結晶，導致結晶區域傾向生成Lamellar結構的結晶，Lamellar結構的結晶需要較高的活化能才能達到重排，因此反而會影響泡孔的生成。最佳的製程條件為90℃持續退火15分鐘，結晶度可從1.9%提升至29.8%，達到最佳的結晶重排。同時發泡後能達到較平均的泡孔尺寸與泡孔密度，如圖九所示。
圖九、聚乳酸退火預處理發泡製程
環保發泡劑
漢威聯合國際公司(Honeywell International, Inc.)過去一直持續地投入在化學發泡劑的研究與產品開發，在不同世代的化學發泡劑中，漢威公司皆有具代表性的產品。然而近年全球暖化以及環境問題備受重視，氯氟烴( Chlorofluorocarbons; CFCs )、氫氯氟烴( Hydrochlorofluorocarbons; HCFCs )及氫氟碳化合物( Hydrofluorocarbons; HFCs )等雖然具有高效率且低成本之優勢，但CFCs會造成臭氧層的消耗及全球暖化的問題，雖然後來發展出對臭氧層較友善的HCFCs及HFCs，但全球暖化的問題仍然無法解決(如圖十)。漢威公司做為氟碳技術的發明企業也積極的投入新一代環境友善發泡劑的開發。HCFCs及HFCs目前仍在中國廣泛使用，但中國當局規劃將逐步淘汰，並在2026年底時達到HCFCs零使用量(圖十一)。CO2 技術雖已有相當程度的研究成果與市售商品，但如因應高發泡倍率之需求，CO2 因為高導熱率的效應，仍然無法滿足高發泡倍率之需求。然而，較適用之碳氫化合物( Hydrocarbons; HCs )由於其易燃性會導致安全問題並造成更嚴重後果之易燃特性而不能被廣泛使用。因此，促成漢威公司積極地開發第四代的氫氟烯烴( Hydrofluoroolefins; HFOs )的發泡劑產品Solstice® GBA及Solstice® LBA，HFO的臭氧消耗潛勢( Ozone-Depletion Potential; ODP )為零，且全球變暖潛能值( Global-Warming Potential; GWP ) ≦ 1，甚至低於---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十、氟碳化合物應用於發泡劑的發展演進