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循環經濟有賴產銷提升經濟效益
塑橡膠機械市場趨勢成型
[作者 陳念舜]   2021年07月20日 星期二 瀏覽人次: [799]

因應國際循環經濟潮流,「限塑」政策當道,如何在防疫期間外送餐盒、酒精噴霧瓶用量劇增之下,還能提高廢棄塑料再生率,已成為塑橡膠產業重大議題。最大挑戰便在於分類不易,導致終端回收再利用的經濟效益不佳,還須從上游材料研發到中下游設備製造、加工等領域全面革新,始能塑造形成完整循環生態系。


目前全球塑橡膠產業除了在產業發展及產品銷售趨勢的材料開發上,配合產品需求外,更注重該如何降低環境負荷、減少初級塑膠用量,進而回收再利用?甚至是將廢棄塑膠材料視為礦物來源之一,發掘出新價值,從而減少使用新料。因此誕生的新觀念是(Redefine),也就是重新定義產品、消費者使用習慣;進而重新設計(Redesign)產品,方便回收再創新價值。


即業者除了生產製造要讓市場接受的產品之外,還要顧及回收概念,不怕因此經過合適拆解分類,再進入後端製程而增加成本。例如處理電子材料廢棄物的最大困難,便在於須經合理拆解、分類後回收再利用;還要有各國共識推動法規和補助,以防受阻於現今逆全球化潮流。反觀一次性耗材,則因為量大容易處理,回收相對容易落實,可用於低強度、功能的外觀件。



圖1 : 如何在外送餐盒、酒精噴霧瓶用量劇增之下,還能提高廢棄塑料再生率,已成為塑橡膠產業重大議題。(source:ichef.bbci.co.uk)
圖1 : 如何在外送餐盒、酒精噴霧瓶用量劇增之下,還能提高廢棄塑料再生率,已成為塑橡膠產業重大議題。(source:ichef.bbci.co.uk)

然而目前雖已有許多國內外廠商紛紛投入革新製程、設備、技術,並引進智慧製造概念,卻難免在建構整體循環體系上遭遇困難。主因即在於實際回收塑膠材料再利用時,又可分為廠內/外循環不同,其中在製造端的內循環變數較大,已經廢棄再回收的材料,也可能因為被污染或物性改變、降低,若想要回復到可再利用的情況,即與材料、設備等技術直接相關。


現已有台灣相關業者預見這波「循環經濟(circular economy)趨勢,紛紛利用自身強大的智慧製造優勢脫穎而出。包含經由彈性、高效、客製化,以及低耗能、友善環境的創新能力改造塑橡膠產業生態;進而結合如塑膠工業中心(PIDC)等法人單位,投入從原材料供應到高階產品開發設計、製造、回收等流程,以滿足客戶對於最新的循環經濟和永續企業要求。


塑膠中心推動創新材料再利用 延伸產品生命週期與價值

塑膠中心指出,從技術上來看現今回收塑料(Plenty of potential for recycling)完全沒有問題,也帶來龐大潛力,內部循環已是業界常態,使用純級原塑料生產的工序,無浪費的工廠已司空見慣。對於消費後產生的廢物,還有日趨成熟再利用的策略,以再製塑料技術來替代原始材料生產的產品亦越來越普遍。


其中生質材料在近幾年來已成為業界關注的熱門話題,又可分為生物基(Bio based)、生物可分解(Biodegradable)領域,後者特色在於最終只能分解成為水和CO2,而非原本未存在過大自然的人工或合成物質,可應用於苗圃和園藝的地面覆蓋膜、育苗盆、堆肥袋等相關產品,使用後毋須回收,不會對環境造成額外負擔;另為了儘量減少高分子聚合物的塑膠材料用量,也有業者開始添加天然物質或其他元素。



圖2 : 聚乳酸材料(PLA)在台灣常被應用於一次性包材的常溫包裝飲料與雞蛋盒、保鮮膜、生鮮盤等保質期較短的消費品(source:sc01.alicdn.com)
圖2 : 聚乳酸材料(PLA)在台灣常被應用於一次性包材的常溫包裝飲料與雞蛋盒、保鮮膜、生鮮盤等保質期較短的消費品(source:sc01.alicdn.com)

而且有可供使用者、消費者遵循的國際規範,例如生物分解材料驗證法規ISO-14855等,帶來主要成長動能。台灣在這方面起步相對雖晚,但考量最終無論是否可被生物分解塑膠,都須要能納入循環系統,所以塑膠中心現也建立台灣唯一可完整檢測生物可分解塑膠的物性、分解率的實驗室。


其中聚乳酸材料(PLA)因為硬、脆的特性又不耐高溫,所以在台灣常被應用於一次性包材長達10年以上,如常溫包裝飲料(65%)與雞蛋盒、保鮮膜、生鮮盤等保質期較短的消費品;又有良好生物相容性,可廣泛應用於醫療材料的管材、輸送帶及膜袋等(20%);透明性佳,被大量應用於淋膜、器皿與包裝材料(15%)。


未來還應逐步朝向兼具功能性和成本效益的包裝產品發展,包含在新鮮蔬果、冷凍食品、蛋糕與零食的軟包裝;以及因為PLA抗紫外線、低可燃性與低煙霧形成的特性,近年來也被引進織品、寢具、汽車踏墊等高值化領域;利基應用的3C電子外殼、3D列印線材、縫線及骨板/釘等醫材。


防疫宅經濟化危機為商機 聚焦耐微波快速蒸煮食品包材發展

隨著近來變種疫情升溫,防疫宅經濟帶動外食商機,也帶動業者更聚焦耐微波快速蒸煮食品包材發展。據統計台灣聚酯產量雖達到全世界10%,但多為不耐熱低價之包裝產品,無法符合高階「微波復熱」食品包裝需求,導致產能過剩,限制台灣技術高值化研發及產業轉型發展。


例如傳統超商微波食品生產過程,皆須先烹飪食材成熟後,再經過分裝、密封膜、運送過程,容易增加二次污染的高風險;且因底部餐盒使用耐高溫PP包材的物理阻隔特性較低,保存期限一過當天就要銷毀,造成不必要的浪費。


所以塑膠中心也尋求與業界合作,先在經過重新設計,熱處理過後的高結晶C-PET包材放入食材後,改變其配方、製程,提高耐微波加熱的高水氣與氧氣阻隔率比達PP材質的25倍;以及可自動排氣結構設計密封膜,進行高溫高壓加熱、殺菌等連續式自動化生產流程,避免在加入熱水後融化變形。


塑膠中心進一步指出,通常未經熱處理過的PET保特瓶結晶度約在10%以下,承受熱變形溫度較低。惟經由回火處理(Annealing)過後,結晶度將隨著溫度遞增,待結晶度達20.4~23.4%的耐微波產品,可承受高溫約為120~140℃,產生白霧顏色程度也會更多。


現與兩家業者分別合作的CPET材質試驗,包含熱真空成型板材製程、熱膠道射出粒子成型製程,其除了皆通過溶出試驗安全標準,隨著國內外薄壁射出成型技術更純熟,得以於成型一次性微波餐盒容器時,不必因為浪費裁切邊料,再重新粉碎造料,即可100%用料生產;未來經過調整配方,產出耐衝擊的高結晶度PET,還可透過自動販賣機銷售。


雖然受限於成本考量,目前超商引進PET材質餐盒的意願不高,反而是日本市場開始能逐步接受以高結晶度CPET餐碗/盤取代美耐皿材質,不會因為材料不純而溶出三聚氰胺、酚及甲醛。塑膠中心指出,其採用的熱塑性聚酯二次結晶控制技術過去因急速冷卻PET來不及結晶,導致分子鏈無定向,具透明性,常用於保特瓶、食品包材、面板光學膜等各式押出膜板產業。


再經過一段時間調整結晶區溫度以控制結晶度,使得可耐熱性隨之上升,得以接受高溫殺菌製程,符合工程塑膠產品要求,直到150~155℃時結晶度達到高峰。未來即可要求市面上現有CPET結晶度至少約25%以上才微波,其隔熱性也比金屬材質佳、耐磨耗,又不像玻璃易碎、陶瓷過重,若是比重較高的餐具,讓消費者感到微沉手感,反而更提高購買與使用意願。



圖3 : 塑膠中心正尋求與業界合作,透過重新設計高結晶C-PET包材,提高耐微波加熱的高水氣與氧氣阻隔率;以及可自動排氣結構設計密封膜,進行連續式自動化生產流程。(source:塑膠工業中心)
圖3 : 塑膠中心正尋求與業界合作,透過重新設計高結晶C-PET包材,提高耐微波加熱的高水氣與氧氣阻隔率;以及可自動排氣結構設計密封膜,進行連續式自動化生產流程。(source:塑膠工業中心)

值得一提的是,如今超商為免密封膜於微波加熱過程中產生大量水蒸汽而爆破,所以必須先撕開密封膜,導致不便攜帶或增加人工二次汙染風險。雖有業者開始設計額外排氣裝置,在密封膜上預留排汽切口再貼膠帶,卻造成外型容易變形、不美觀及製程繁雜。


未來塑膠中心希望協助業者開發「耐微波自動調壓密封膜」連續性製程,熱封層無須加工就直接上機,消費者能不必撕開封膜或戳洞,就能排除蒸汽,使得產品外觀平整;排氣孔小又均勻、阻隔性佳,再經過印刷、局部塗膠遮蔽不易見;並符合相關材質分析、溶出實驗、微波加熱等安全法規。


富強鑫從設備製造端出發 致力降低回收門檻

富強鑫精密工業公司(FCS)執行長王俊賢指出,循環經濟和限塑政策密切相關,對於材料、設備製造廠商帶來的挑戰可能還大於機會,尤其是對於部份塑膠袋、吸管等一次性拋棄產品而言,雖然有效抑制污染物數量,卻也同時造成金屬、玻璃、漁具等污染物上升,因此他認為:「限塑不應該是目的,而是保護環境的手段之一。」


機會則從可替代性材料來思考,透過製程革新讓塑膠更符合環保概念,將業界充斥許多一次性產品的塑膠材料,如食品包材、保特瓶等產品能完全分解,或透過回收循環再利用,以延長使用壽命,減少浪費及汙染環境,推動資源永續發展。進而將塑膠化為環保助力,如電動車要求輕量化趨勢和原本就很完善的回收制度,用來取代玻璃、金屬板材和木質棧板,改以回收塑料生產,亦有助於成為保護資源、永續發展的助力,而非環保阻力。


富強鑫也針對如PET保特瓶這類目前塑膠業用量最多產品,訴求可以在使用過後,經粉碎、分類、清洗/分離、篩選過程,成為可當二次料使用的淨片,例如PET捲片材料,即可分別用於壓製(Stamping)成非直接接觸的水果包材、抽絲(Filament yarn)成運動衣的長纖環保紗等。


但他坦言,現今循環經濟要在製造端落實,主要面臨兩大關鍵課題:首先是在回收時,還須留意不同材質的特性,例如在防疫期間的噴霧罐等消毒器材需求大增,卻因為包含玻璃珠、金屬彈簧等材質,而難以被完全回收,所以必須從製造端解決,促使塑膠替代玻璃、金屬材質,更容易落實回收。


其次是使用回生料的困難處,主要在於材料本身經回收過後變得不均勻,加上每批回生料的熔點、密度、黏度都不同,應用難度會比原始材料更高。所以對於塑膠加工機製造廠商而言,勢必要開發相應智慧製造技術,改善回收料在成型過程中不穩定特性,提高品質,才能提高客戶使用回生料生產意願。


富強鑫技研體系經理林宗彥進一步表示,富強鑫的企業使命就是「Shape a better world」,身為塑橡膠產業的一員,正致力於協助客戶以更環保、更有效率的方式生產塑膠產品,藉以節省能源、提升良率、減少塑料浪費。


因應目前循環經濟問題主要集中於二次回收料來源不一致,材料的本體黏度變異性大,該如何實現射出成型生產及品質穩定?林宗彥指出,富強鑫所開發的「熔體變異適應控制系統」,則能在射出機偵測到因二次料造成熔體黏度變化時,機台將根據黏度變異的範圍自行調整、設定成型參數,讓成品維持允收的品質標準。


此外,由於富強鑫的主要客群多屬汽機車零組件和包裝產業,近年來也面對環保議題在交通領域最為人熟知的就是電動車產業興起,輕量化零組(配)件技術應用而生,富強鑫也為此成功發展了「PC Glazing(類玻璃成型)」、「MuCell 微發泡成型(減重/增強/降噪/隔溫)」、「碳長纖成型(強化塑件)」等技術,以替代玻璃與金屬在汽機車產業的應用需求。


林宗彥舉「MuCell微發泡成型」技術為例,其首先採取物理發泡原理,而非過去普遍使用添加物而成的化學發泡,便初步免除了發泡劑造成的污染問題;其次是MuCell可廣泛應用於一般熱塑性塑膠,?加塑件的可回收性;除了可幫塑件減重,還具有尺寸安定、抗翹曲、抗收縮、隔熱、降噪等優勢,製程上也能降低射出壓力、鎖模力及保壓時間,間接達到節能效果。



圖4 : 富強鑫「MuCell微發泡成型」技術可廣泛應用於一般熱塑性塑膠,?加塑件的可回收性,也能在製程上間接達到節能效果。(source:富強鑫)
圖4 : 富強鑫「MuCell微發泡成型」技術可廣泛應用於一般熱塑性塑膠,?加塑件的可回收性,也能在製程上間接達到節能效果。(source:富強鑫)

現今運動鞋為了符合款式多樣化需求,業者便透過專業的製造經驗,採用物理發泡技術作為鞋中底材料,以提供良好的觸感、支撐性和緩衝性,具有減震、高彈性、輕量化、低形變、耐久舒適等功能,同時客製化出不同顏色。


總結

然而,無論是從材料或製造端解決來提升經濟效益,形塑循環經濟生態系。尤其是在防疫期間大量外送餐點,反而增加塑膠使用量,必須加速導入綠色設計、節能製造,使用生質或回收材料。最終還是要教育消費者能接收回生材料物性下降、潔淨度恐不如新料,卻是利用高階先進技術生產出來觀念,能讓市場接受,製造端才會源源不絕生產,形成良性循環。


**刊頭圖(source:domf5oio6qrcr.cloudfront.net)


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