環保低碳聚酯黏著劑開發與應用技術

 

刊登日期:2024/9/5
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許惠晴、林哲增 / 工研院材化所
 
全球黏著劑需求逐年增加,同時為因應綠色環保政策與產業趨勢,如「可回收」、「減碳」、「可生分解」等方向,聚酯類膠材主樹脂成為符合訴求的材料選擇。聚琥珀酸對苯二甲酸乙二酯(PEST)以及熱塑性聚酯彈性體(TPEE),皆為可回收之聚酯類材料,用於聚酯包裝、布料、鞋材等貼合,即可實現單一材質可回收的特性。針對難以實現回收的產品,聚酯類易於生物分解的特性,能提供生命週期結束後的產品另一個優於焚燒的去化管道。除此之外,PEST與TPEE能夠由循環回收料源製造以降低製程碳排,符合各產業近年來所著重強調的減碳趨勢。回收料源提供PEST與TPEE材料結構中所需的芳香族硬鏈段,使材料具有一定的強度與耐用性,再搭配脂肪族軟鏈段的配比上下調控,材料即可展現不同的機械特性以符合需求,甚至可到達膠材主樹脂應用所需的流動、黏彈性規格,可望成為傳統石化來源黏著劑之替代材料。聚酯黏著劑主樹脂與配方值得更延伸的開發,以拓展應用領域,帶動黏著劑市場朝綠色環保的方向邁進。
 
【內文精選】
聚酯膠材產業之綠色環保趨勢
1. 可回收
黏著劑(Adhesive)在民生、輕/重工業、醫材等領域的應用無所不在,創新的膠材更是因應環保趨勢,往循環、可回收的方向開發。舉例來說,歐盟近年來的塑膠政策,以「減量」與「回收再利用」為主要方針,目的在於減少資源消耗以及降低廢棄物污染。
 
2. 淨零減碳
歐盟將於2026年正式實施碳邊境調整機制(Carbon Border Adjustment Mechanism; CBAM),國際品牌大廠紛紛提出產品採用回收或永續材料,並提出減碳的時程與里程碑,於此同時,也開始要求其供應鏈需降低碳排放。碳足跡將成為產業競爭力的關鍵要素,這也表示上游供應的低碳新料源,將成為相關中下游產業優先迫切的需求。使用二次料源而非開採石化新原料,是達成減碳的重要途徑,而對於聚酯材料來說,目前的回收機制以及製程技術成熟度高,現今的聚酯回收利用以PET最為廣泛且產值逐年上升。
 
3. 生物可分解
依據歐盟政策的主要方向,塑膠或聚酯材料的使用、製造應當以二次料或可回收材質與設計為優先原則。然而,論及材料生命週期結束後的去化,「生物分解(Biodegradation)」是十分值得探討的方法。雖然回收再利用能有效地讓物質資源循環、減少新物料使用,實現循環經濟,並對於減碳有直接的貢獻,但仍有許多材料,因為用途、部件組成設計、回收成本效益等因素考量而無法實現回收。例如像是黏著劑,其用於大量的輕量包裝、布料、衛生用品,此類用品在被拋棄後,生物分解將會是優於焚化處理的去化管道。
 
聚酯黏著劑材料、市場及應用
1. 低碳膠材主樹脂 – PEST
工研院材料與化工研究所研究團隊所開發的聚琥珀酸對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Succinate Terephthalate; PEST),為一種由脂肪族(Aliphatic)酯類軟鏈段與芳香族酯類硬鏈段所構成的共聚高分子(Copolymer),其中含對苯二甲酸之芳香族硬段可使用回收PET作為料源(圖三);藉由軟硬鏈段比例調整,PEST已具有作為黏著劑主樹脂之潛力,可作為較低碳的膠材選擇。對苯二甲酸乙二酯使材料帶有剛性,並耐水解;琥珀酸乙二酯在材料結構中則用以調降材料整體的內聚力,使得黏著劑能夠均勻分布在接著基材表面,讓黏著劑對於基材有良好的潤濕性。
 
圖三、回收PET再製共聚酯PEST
圖三、回收PET再製共聚酯PEST
 
2. 熱塑性聚酯彈性體(TPEE)
熱塑性聚酯彈性體(Thermoplastic Polyester Elastomer; TPEE)為符合環境3R (Reduce, Reuse, Recycle)趨勢之高值化材料,此共聚高分子是由短的剛硬鏈段所組成的結晶相以及長的軟鏈段所構成,因特殊的化學結構,使材料同時具有橡膠的彈性、柔軟性以及熱塑性樹脂的剛硬性和易加工性。
 
目前TPEE已廣泛應用於汽車零部件、電子工業配件、3C線材、運動器材和民生消費等領域,代表性的生產廠商與產品包括如:DuPont之Hytrel®、DSM之Arnitel®,SK Chemicals之SKYPEL®、LG Chem之KEYFLEX®、新光合纖之SHINITE®及長春公司。根據Grand View Research估計,TPEE全球市場規模於2023年至2030年間將以年複合成長率5.34%成長,預估2025年產值將達到17.7億美元。圖五為美國TPEE之市場規模與應用分布,取代金屬及熱固性(Thermoset)材料的應用,是TPEE需求量逐年上升的關鍵因素。透過替代聚酯異材質中---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖五、美國TPEE市場規模與應用分布
圖五、美國TPEE市場規模與應用分布
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》453期,更多資料請見下方附檔。

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