聚酯反應押出低碳改質再製技術：材料世界網

黃思瑜、黃冠燁 / 工研院材化所

低碳風潮吹起，全球130個國家宣示2050年前達到淨零排放，國際品牌大廠亦競相公布綠色轉型路徑，強調使用再生料、產品單一材質設計以及發展低碳綠色製程。其中，低熔點聚酯材料為紡織業及製鞋業關鍵需求材料，以達成全聚酯衣、聚酯鞋之開發目標。市售低熔點聚酯以批次式溶劑共聚而成，此方法可彈性調控共聚單體結構，但製程易受桶槽規格限制且反應極為耗時。工研院開發連續式聚酯低碳改質技術，製程僅需5~15分鐘，能彈性調整材料結構及製程參數，為低碳綠色製程具發展潛力的技術之一。

【內文精選】

聚酯材料於運動鞋/服飾之應用

聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate; PET)具備優異的拉伸強度、高韌性、耐磨性等特性，用以製成纖維，相較於純棉纖維，其強度高、壽命長、不易皺折、不易縮水、不易引起過敏且不發霉，可廣泛應用於日常生活，如服飾、鞋、寢具等。紡織業常稱PET纖維為聚酯纖維(Polyester或Poly)，因此後續將以聚酯通稱PET材料。

低熔點聚酯需求及應用種類

全聚酯衣與全聚酯鞋之發展關鍵，除了聚酯(PET)和聚酯彈性體(TPEE)材料須因應不同應用領域及加工方式選擇不同規格外，如何開發聚酯系接著材料取代傳統TPU材料為另一決勝關鍵，因此國際間競相開發具低溫黏著特性之低熔點聚酯(Low Melting Point Polyester)材料。起初低熔點聚酯應用聚焦於「消失線(Fusible Yarns)」工藝，以低熔點聚酯熱熔膠絲編織於聚酯織物或是鞋面作為接著，減少膠使用量以達成輕量化，並透過編織手法設計達到透氣效果。

工研院聚酯反應押出低碳改質再製技術

工研院深耕熔融反應押出製程技術，以低碳連續式製程開發聚酯低熔點改質技術，其反應押出製程時間極短，僅數分鐘，且極低溶劑使用，成為綠色製程轉型的新寵兒。反應押出是以單或雙螺桿押出機作為反應器，在押出機中進行高分子改質或聚合等化學反應。由於可分區控制溫度、具備功能性多變的螺塊幾何、反應物進料位置可變等操作彈性，能依據化學反應需求，機動調整設備的配置。且因無溶劑使用，所以無溶劑回收的問題，同時副產物含量低，可視狀況省去純化的程序。

工研院針對聚酯低熔點改質技術開發，以連續式反應押出製程，導入開環聚合反應進行聚酯軟鏈段結構修飾。有別於現行低熔點聚酯反應採先單體酯化再進行縮合鏈增長的機制，屬於Bottom-up的方法，本技術以Top-down聚合方式為特點，取得台灣專利(證書號：I760875)。主要的技術概念是在連續式熔融製程中，以多元醇在金屬觸媒的催化下進行醇解，接續注入內酯或內醯胺進行開環聚合反應，接上軟鏈段，達成聚酯低熔點改質。

根據終端產品應用需求，如熱熔絲、膜材、熱熔膠條等，可靈活調整改質結構。透過篩選二元醇、三元醇、多元醇分子量及結構，能調整材料熔融強度及結晶行為，並篩選環狀單體結構，如內酯或內醯胺及其衍生物，達到破壞結晶或是提供彈性結構；同步導入多官能反應基團建立結構分支，降低材料結晶性。改質之反應物如觸媒、多元醇及內酯或內醯胺皆以液態灌注設備注入反應押出系統中，依據材料黏度規格挑選灌注系統。一般而言，鈦觸媒容易遇到空氣中的水氣而水解為二氧化鈦固體，會導致液態幫浦阻塞，本技術透過鈦觸媒螯合配方設計，於一般環境長時間穩定，適用於液態灌注。雙螺桿押出機之反應區塊由前到後分別為熔融段、醇解段、開環聚合段以及最後脫除小分子之脫揮段，皆能根據材料性質及反應之即時黏度變化，實時(Real-time)調整進料狀況。此外，可依據材料改質結構需求，彈性調整反應物入料位置/順序、反應滯留時間、反應剪切強度等。反應押出系統及周邊進料設計如圖六所示。