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「綠色」高分子複合材料

 

「綠色」高分子複合材料

化材系 邱方遒教授、謝蕙璟同學

1990 年代以來,環保意識高漲,石油危機籠罩,世界各國開始積極提倡「綠色科技」,希望透過綠色 / 能產業之開創,能有效降低人類對地球環境的污染,減少石化能源的使用,以達到永續生存發展的目標。環保議題與綠色科技的發展是息息相關的,在材料使用方面,日常生活中食、衣、住、行、育、樂許多觸手可及的用品皆源自高分子材料。此類產品雖然兼具質量輕、成本低、性質佳及易加工等優點,但是其主要成分為耗能的石化原料(乙烯、丙烯、芳香及其衍生物),且這些材料於生產過程中,即釋放出許多污染性氣體,更於使用週期後不易回收再利用,僅能直接掩埋於土壤中或以高溫焚化,非但處理成本高,更導致永久性垃圾及環境汙染問題。因此,近十餘年來,產、官、學界行政與研發人員積極尋求與開發可生物降解,或原料非石化本質的「綠色」高分子材料,期望替代「非環保性」的傳統塑 / 橡膠製品。

 

「綠色」高分子複合材料結合了「綠色化」與「複合化」高分子的概念,為現今高分子研究重點之一。其研究可分為兩個方向:一個為研究以天然纖維 ( natural fibers ) 補強不具生物可降解性的傳統高分子 ( 例如:聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、環氧樹酯等 );另一個則是研究以天然纖維強化生物可降解高分子 ( 例如:聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、塑化澱粉等 ) 的「完全」環保複合材料。綠色高分子製品的特點為:使用完畢掩埋後幾個月內,即必須完全分解成無害的二氧化碳和水,不能對生態環境造成任何負擔。其中用於補強高分子基材的天然纖維包含:植物纖維、動物纖維、礦物纖維與木纖維;其中植物纖維最常被使用,主要成分為纖維素、半纖維素及木質素。依植物來源可分為韌皮纖維 ( 如:亞麻、大麻、黃麻等 )、葉纖維 ( 如:鳳梨、瓊麻、香蕉、麻蕉等 )、種子毛纖維 ( 如:棉花等 ) 與果實纖維 ( 如:絲瓜、椰子殼、木棉等 ) 四大類,不同種類的纖維其成分比例不盡相同,而工業上大部分都採用韌皮纖維和葉纖維這兩種韌性較強的纖維作為補強材。植物纖維的機械強度雖不如合成的玻璃纖維和碳纖維,但因源自於自然界中的植物及農業廢棄物,不僅有容易取得、成本低、質量輕、能量消耗低、機械磨損低、可生物分解的好處,其纖維中空或蜂窩狀的結構,亦可以阻絕熱與聲音的傳遞。

 

近十年來,產、學界對於「綠色」高分子複合材料的研究,已累積不少經驗與成果,並廣泛應用於日常生活中,例如:美國 Flexform 公司將洋麻、大麻加入聚丙烯 ( PP ) 與聚對苯二甲酸乙二酯 ( PET ) 中,製備的複合材料已成功地應用於汽車儀表板、隔音天花板等;美國 Phenix 公司將回收的廢紙(植物纖維)加入高分子材料中,經加工後成為傢俱產品販售;此外,亦可利用聚乙烯醇/澱粉複合材料製成食品托盤,以及速食店用於盛裝冷飲或醬料的容器、7-11 便利商店的咖啡提袋等。這些年本系亦有實驗室致力於「綠色」高分子材料研發工作,並與產業界攜手合作,嘗試將絲瓜纖維、甘蔗渣纖維及亞麻纖維等摻混入聚乳酸與聚丁二酸丁二醇酯等生物可降解高分子中,期望未來能有效利用廢棄物資源,以增進高分子材料的性質,為人類永續生存及美麗台灣盡一份力量。


※參考文獻:A. N. Netravali and S. Chabba, Materialstoday, 22-29, April 2003

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