生物基TPU的未来趋势与展望

2020-08-28

人类自工业革命后开始大量使用石化燃料,开启了以石油为主的工业时代。一般常见的塑料制品皆依赖石化原料进行生产,制造过程所排放到大气的温室气体使得全球暖化与气候变迁逐年加剧。煤炭、石油、天然气等传统石化能源的供应量终将无法满足人类需求,为了解决石化能源短缺以及碳排放造成气候变迁之议题,未来能源与工业原料开始转往类似石化原料有机组成的生物材料发展。
 

生物基材料是什么?

 


(▲图片来源:piqsels)
 

生物基(Bio based)材料是指原料来自于可再生的天然资源 (如玉米、木薯、小麦、马铃薯、纤维素、棕榈油等),通过生物、化学以及物理等方法所制成的生质材料,其产物包括生物基化合物、生物塑料、木塑复合材料等,具有环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。终端应用十分广泛,举凡鞋、包、服饰、日常生活用品、包装材料或一次性餐具、饭店备品等,也可为生物医疗领域所使用。
 
以目前技术而言,100%生物塑料材料仍存在许多技术瓶颈,因此有了生物基(Bio based) 的材料概念,即以天然的生物材料去替代部分的石化原料。比利时检测和认证机构VINCOTTE于2009年开始推出OK Biobased标章,目前仍为欧盟最具权威的生质材料认证标章。VINCOTTE依照DIN ISO 10694(测定总有机碳含量)以及ASTM D6866最新版本(只限于方法B和C)来作为认证依据,适用于中间产品和终端产品原料,至少需含有30%有机碳和20%生质碳。欧盟生物基塑料认证标准将产品的生物碳含量分为四种等级标章:

  • 一颗星:20%-40%生质碳含量

  • 两颗星:40%-60%生质碳含量

  • 三颗星:60%-80%生质碳含量

  • 四颗星:大于80%生质含量 (最高等级)

 

生物基材料在聚氨酯的应用


聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、密封、隔音、加工性能好等特点,主体由异氰酸酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂等原料反应制得,这些原料及中间体来自石油、煤等资源,多半为会释放有害物质的化学品。虽然聚氨酯材料本身已是环保塑料,但需在特定环境下才可降解。因此,以生物基材料替代石油原料生产环保型聚氨酯产品,已逐渐形成趋势。国际化工大厂相继推出各种生物基聚氨酯产品,可用于多种制程如:淋膜、吹膜、吹塑、射出、押出等。
 


(▲Primus Lite II Bio 由 30% 以上的天然植物材料制成,其中包括玉米、天然橡胶和海藻泡沫
图片来源:VIVOBAREFOOT官网)

 

高鼎成功研发含有生物基发酵聚合的聚氨酯产品,带动原料再生与生物基原料应用。高鼎能在不改变配方组成的条件下开发新产品,同时也可根据客户需求调整配方,两者皆可达到近似传统石化原料所制成之产品特性。目前在鞋材、薄膜、止水条等方面皆有相对应的推广产品,如:TB-85AG、NX-65AG、CH-703G等。未来高鼎将持续开发生物基产品,期盼能达到100%生物基含量,以减少石化产业对环境的危害。
 

高鼎推广之生物基聚氨酯产品信息:

产品名称 生物基含量
(%)
硬度
(Shore A/D)
(ASTM D2240)
100%模量
(Kgf/cm²)
(ASTM D412)
拉伸强度
(Kgf/cm²)
(ASTM D412)
断裂伸长率
(%)
(ASTM D412)
用途
TB-85AG > 23 85±2A 70 300 400 薄膜
NX-65AG > 27 68±2 20 250 600 鞋材
CH-703G > 31 70±5A 15 350 1400 止水条、薄膜
 

 

生物基材料特色

  1. 降低石化资源使用

  2. 减少温室气体排放

  3. 相同的产品质量和性能

  4. 为客户提供客制化解决方案

 

生物基含量相关认证标章

  • OK biobased:欧盟生物基塑料认证标章
    依照生质含量区分星级标准。


 

  • DIN-Geprüft BIOBASED:德国生物基塑料认证标章
    一共分成20-50%、50-85%、>85%三个等级


 

  • USDA:美国生物基塑料认证标章
    颁予超过25%生质的产品并标示实际含量,供消费者识别。


 

  • バイオマスプラ:日本生质塑料认证标章
    只要超过25%的生质含量,就可以申请。


 

  • 台湾生质塑料环保标章
    只要超过25%的生质含量,就可以申请。



数据源:
财团法人 塑料工业技术发展中心 科学发展 2014 年 5 月│ 497 期

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