尤崇翰、郭凱全 / 工研院材化所
隨著全球朝向減碳的目標前進，各家廠商積極發展塑料循環再利用的技術，減少對於石化原料的依賴。本文首先介紹全球業者以回收PET塑料作為低碳原料，透過化學改質技術，發展多元醇的高值化產品，主要應用於聚氨酯及聚酯樹脂合成；接著對於以回收PET改質而來之多元醇，將其多元醇末端的羥基修飾成特定的反應官能基，發展不同類型的樹脂，如環氧樹脂、丙烯酸樹脂等，為後續低碳多元醇應用開發更廣的方向。
【內文精選】
低碳聚酯化學回收發展
聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate; PET)之聚酯高分子材料具有高強度、良好耐熱性、阻隔性、生產成本低、質量輕和安全性高等優點，被廣泛應用在飲料罐、薄膜及保鮮盒等包裝儲存上。回收之PET屬於單一高分子物質，純度高且容易進行化學改質，具有高回收價值、再利用特性，隨之產生相關PET回收的產業鏈，使PET有完整的去化管道。PET以化學解聚的回收方式是在特定條件下，經化學反應使PET聚合物降解，除了可生成小分子二醇和對苯二甲酸(TA)單體，也可透過對反應的調控，使部分解聚生成寡聚物，所採用的化學降解法主要有醇解(Alcoholysis)、水解(Hydrolysis)、醣解(Glycolysis)三種方式。
近年來，為了提升回收PET改質的多元醇產品價值，研究單位及業者發展出透過二元醇結構的篩選及末端官能基的修飾，如丙烯酸、環氧基及苯乙烯等單體材料，得到不同類型的PET型態之多元醇樹脂。本文將接續介紹以回收PET為原料，藉由不同解聚劑反應成多元醇之後，再經由改質成為各類型高價值材料的技術發展。
低碳聚酯回收再製多元醇高值化應用
1. 水性樹脂之乳化劑技術(Emulsifiter)
(1) 特性與市場概述
水性環氧樹脂(Waterborne Epoxy)指的是環氧樹脂透過乳化劑(Emulsifier)吸附於樹脂表面，包覆樹脂形成微胞方式，乳化分散於作為連續相的水分散媒介中，得到的穩定分散體系。水性環氧樹脂本身保有傳統溶劑型環氧樹脂的特性，包括：耐腐蝕性、耐熱性、高機械強度、高硬度及低收縮性能及高附著性能，特別是在金屬及水泥基材上。另外，水性環氧樹脂與傳統的溶劑型環氧樹脂相比，具有容易稀釋使用、可直接用水清洗、免除有機溶劑易燃的危險性、提高運輸及施工的安全性等優勢，加上近期環保意識提升，使市場上對於水性環氧樹脂產品接受度更高。
(2) 工研院發展近況
工研院材料與化工研究所發展出以回收PET為原料，改質成用於環氧樹脂水性化的乳化劑產品，可運用於水性環氧樹脂配方設計，達到塑料循環利用的低碳高值化效益。此項技術將回收PET透過具親水性的聚乙二醇進行結構改質，並與環氧樹脂反應，得到水性樹脂所使用的低碳乳化劑，如圖四流程圖示意。此乳化劑具有下列的特性：引入了對苯二甲酸結構，有助於提升乳化劑與環氧樹脂的相容性，並提高乳化效果；透過其與環氧樹脂反應，保留末端官能基為環氧基可與硬化劑進行反應，達到快速固化的效果。
圖四、回收PET再製乳化劑示意圖
3. 水性分散劑技術(Dispersing Agent)
(1) 特性與市場概述
分散劑的主要作用是透過吸附於顏料、填料或添加劑等固體粒子的表面上，以減少粒子之間的吸引力，防止在溶液中發生結塊或沉降，並保持長時間穩定分散於連續相的溶劑中。常見的穩定分散原理有兩種：電荷斥力與空間位阻。電荷斥力透過粒子表面帶有等同等的電荷，彼此互相排斥而分開；空間位阻則經由吸附於粒子表面上的分散劑延展所形成的空間障礙，使粒子無法接觸，達到分散的效果。
(2) 工研院發展近況
工研院發展以回收PET作為改質原料，減少石化原料的資源使用，設計高價值的水性分散劑。此項技術設計流程圖呈現於圖十，利用高親水性的二元醇，開發出不易結晶的水性化分散劑，存在於二元醇結構中的孤對電子對(Lone-pair Electrons)可與金屬顆粒產生電荷吸引而吸附於顆粒表面，並透過分散劑產生的空間立障與分子間斥力穩定分散，避免後續金屬粒子發生凝絮現象；此外，分散劑的苯環酯基結構能夠提供與聚酯纖維等高分子的相容性。針對設計之水性分散劑技術，進行金屬顆粒的分散測試，分散劑能有效增加金屬顆粒之間的空間障礙，可提高金屬的濃度及分散穩定度 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十、回收PET之分散劑應用的流程圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》453期，更多資料請見下方附檔。