莊貴貽、邱國展／工研院材料與化工研究所
現今對於熱固樹脂廢棄物尚未開發出有效的回收技術，通常只能透過掩埋和焚燒來處理，會產生環境污染和資源損耗問題。同時受到全球因資源再生和環境保護意識提高，各國勢必得發展相關的回收技術來面對。本篇針對目前國際可回收熱固樹脂技術作分析介紹，同時分享工研院材化所開發的循環熱固樹脂技術與其應用。
【內文精選】
國內熱固樹脂產業現況
熱固性樹脂具有強度高、耐酸鹼、抗腐蝕等優點，目前常用在複合產業中，其用量為全部70%以上。複合材料具有質輕、耐用的特質，隨著國內業界升級及轉型之需，其研發應用日臻成熟，已成為材料工業之主流。目前國內複合材料產品主要可分為四大類：①以玻璃纖維強化熱固性不飽和聚酯樹脂為主的傳統性FRSP (GF/UP)；②以玻璃纖維為主強化各種熱塑性樹脂的FRTP (GF/TP)；③以碳纖為主強化環氧樹脂的運動器材CFRP (CF/Epoxy)；④電子級玻璃布強化環氧樹脂的CCL (Cloth/Epoxy)。纖維補強熱固性塑膠在國內主要以應用於運動器材、電路板中的CCL產量最大。國內複合材料相關產業鏈從原材料、半成品、加工製程至應用之上/中/下游完整，年產值約新台幣3,000億元，相關技術與成果在國際上已有一席之位，對於國內產業高值化發展具有顯著貢獻。然而複材產業的成長伴隨著廢棄物增量及處理壓力，根據產業公會和環保署統計，國內約有≧30萬噸/年之熱固樹脂纖維廢棄物，已成為業者共通性的問題。
熱固樹脂廢棄物處理現況
由於熱固樹脂本身具有硬化完成後無法回復之特性，目前產業界大部份以清運掩埋、焚化方式處理，但已面臨場地之限制，或焚化爐無法處理之困境。因此，協助熱固樹脂相關產業解決廢棄物流向為國際當務之急。以下為目前國際針對熱固複合材料廢棄物處理方式之整理。
2. 國內纖維熱固樹脂材料廢棄物
國內目前處理PCB和複材廢棄物現況如表一所示。在廢棄電路板方面，國內業者在將貴重金屬回收後，往往因技術和成本考量，對於廢樹脂和玻纖只能燃燒和掩埋為主處理，因此資源再利用率≦30%；另外在複材方面，也是遭遇相同問題，雖然回收碳纖具有高價值效益，但高溫裂解後的碳纖強度會減弱(<80%)，影響其後段應用，同時樹脂也無法再利用。
可回收熱固樹脂技術發展
由於一般的熱固型樹脂在硬化時，單體會與硬化劑產生高強度的鍵結，不易受到化學和高溫而產生斷裂（如圖二），使目前廢棄熱固樹脂不易被回收。目前在文獻上設計可回收熱固型樹脂方式主要有三種，分別為：可斷裂高分子(Cleavable Polymer)、可塑型高分子(Malleable Polymer)和溫度可逆高分子(Thermal Reversible Polymer)，以下將針對這三種方法來探討和介紹。
圖九、材料修復測試圖
工研院材化所開發可循環熱固樹脂技術
工研院材料與化工研究所透過合成設計不同的溫度可逆高分子結構，調整其可逆所需能量和溫度，應用到電路板絕緣材料和碳纖複材上。材化所開發之循環熱固樹脂（如圖十一）是透過合成含有不同結構Furan官能基化合物與另一有雙鍵之化合物（如醯亞胺等）進行Diels-Alder反應，最終形成溫度可逆網狀共價高分子…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十一、工研院材化所開發可逆溫度可調整之熱固樹脂
★本文節錄自《工業材料雜誌》408期，更多資料請見下方附檔。