生物基TPU的未來趨勢與展望

August 28,2020

人類自工業革命後開始大量使用石化燃料,開啟了以石油為主的工業時代。一般常見的塑膠製品皆依賴石化原料進行生產,製造過程所排放到大氣的溫室氣體使得全球暖化與氣候變遷逐年加劇。煤炭、石油、天然氣等傳統石化能源的供應量終將無法滿足人類需求,為了解決石化能源短缺以及碳排放造成氣候變遷之議題,未來能源與工業原料開始轉往類似石化原料有機組成的生物材料發展。
 

生物基材料是什麼?

 


(▲圖片來源:piqsels)
 

生物基(Bio based)材料是指原料來自於可再生的天然資源 (如玉米、木薯、小麥、馬鈴薯、纖維素、棕櫚油等),通過生物、化學以及物理等方法所製成的生質材料,其產物包括生物基化合物、生物塑膠、木塑複合材料等,具有環境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。終端應用十分廣泛,舉凡鞋、包、服飾、日常生活用品、包裝材料或一次性餐具、飯店備品等,也可為生物醫療領域所使用。
 
以目前技術而言,100%生物塑膠材料仍存在許多技術瓶頸,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。比利時檢測和認證機構VINCOTTE於2009年開始推出OK Biobased標章,目前仍為歐盟最具權威的生質材料認證標章。VINCOTTE依照DIN ISO 10694(測定總有機碳含量)以及ASTM D6866最新版本(只限於方法B和C)來作為認證依據,適用於中間產品和終端產品原料,至少需含有30%有機碳和20%生質碳。歐盟生物基塑膠認證標準將產品的生物碳含量分為四種等級標章:

  • 一顆星:20%-40% 生物碳含量

  • 兩顆星:40%-60% 生物碳含量

  • 三顆星:60%-80% 生物碳含量

  • 四顆星:大於80% 生物碳含量 (最高等級)

 

生物基材料在聚氨酯的應用


聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、密封、隔音、加工性能好等特點,主體由異氰酸酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、擴鏈劑等原料反應製得,這些原料及中間體來自石油、煤等資源,多半為會釋放有害物質的化學品。雖然聚氨酯材料本身已是環保塑料,但需在特定環境下才可降解。因此,以生物基材料替代石油原料生產環保型聚氨酯產品,已逐漸形成趨勢。國際化工大廠相繼推出各種生物基聚氨酯產品,可用於多種製程如: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製成,其中包括玉米、天然橡膠和海藻泡沫
圖片來源:VIVOBAREFOOT官網)

 

高鼎成功研發含有生物基發酵聚合的聚氨酯產品,帶動原料再生與生物基原料應用。高鼎能在不改變配方組成的條件下開發新產品,同時也可根據客戶需求調整配方,兩者皆可達到近似傳統石化原料所製成之產品特性。目前在鞋材、薄膜、止水條等方面皆有相對應的推廣產品,如:TB-85AG、NX-65AG、CH-703G等。未來高鼎將持續開發生物基產品,期盼能達到100%生物基含量,以減少石化產業對環境的危害。
 

高鼎推廣之生物基聚氨酯產品資訊:
 

產品名稱 生物基含量
(%)
硬度
(Shore A/D)
(ASTM D2240)
100%模量
(Kgf/cm²)
(ASTM D412)
拉伸強度
(Kgf/cm²)
(ASTM D412)
斷裂伸長率
(%)
(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 止水條、薄膜
 

 

生物基材料特色

  1. 降低石化資源使用

  2. 減少溫室氣體排放

  3. 相同的產品質量和性能

  4. 為客戶提供客製化解決方案


生物基含量相關認證標章

  • OK biobased:歐盟生物基塑膠認證標章
    依照生質含量區分星級標準。


     

  • DIN-Geprüft BIOBASED:德國生物基塑膠認證標章
    一共分成20-50%、50-85%、>85%三個等級

 

  • USDA:美國生物基塑膠認證標章
    頒予超過25%生質的產品並標示實際含量,供消費者識別。


 

  • バイオマスプラ:日本生質塑膠認證標章
    只要超過25%的生質含量,就可以申請。


 

  • 台灣生質塑膠環保標章
    只要超過25%的生質含量,就可以申請。



資料來源:
財團法人 塑膠工業技術發展中心 科學發展 2014 年 5 月│ 497 期

 

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