宏觀世界看塑膠-認識泛用塑膠
宏觀世界看塑膠
在現今的市面上充滿著各種琳瑯滿目的材料，在生活周遭當中，映入眼簾中，多數都是令人眼花撩亂的塑膠產品，尤其是其物美價廉且多變性、多樣化、可塑性等的用途，令人難以抗拒。人類文明的發展史中，從遠古時期的石器時代、銅器時代到開始使用各式鋼鐵產品的鐵器時代，歷經了數千年的演變，直到20 世紀中葉時期，地球上的人類在短短幾十年內，就改變了材料大量應用的習慣，開始使用上了「高分子塑膠」材料，其實我們早已不知不覺地邁入歷史空前的「塑膠時代」，這種重大且迅速的改變，主要起源於石油與化學工業的高速發展。
千變萬化的高分子工藝
塑膠材料是化學工業的鑽研和整合的成果，首先是從原油中的輕油裂解、分離、純化及製造各種單體原料的石化工業製程，再經由化學合成和材料各種加工技藝的推波助瀾，開發並製造現今各種不同種類的塑膠產品，在整體上不僅輕巧耐用，而且物美價廉，已經成為人類生活當中不可或缺的一部分；人類應用塑膠材料產品的習慣程度，隨著生活水準的提高，更是提升應用塑膠材料的各種要求，在耐用性、耐燃性、耐電穿擊強度、剛性需求、防火等級等等，因此近年來地球上人類對於塑膠材料的需求量每年都持續增長。
隨著高分子化學工藝的發展下，在各大品牌公司的研究下，持續發明運用不同單體原料，合成並製造多樣化的高分子材料，如彈性體（Elastomer，橡膠）、纖維材料（Fiber）、塑膠（Plastics）等幾個大類，每種高分子材料，各有獨特的性質；將兩種以上不同類型的材料或同大類型材料但不同類型的高分子鏈材料，依據高分子化學工藝，相互利用其優點來摻混加工合成，並產生另一種加乘性質的新材料，這是高分子化學工藝的奧妙，譬如： ABS 泛用塑膠（Universal Plastics）、PA尼龍-工程塑膠（Engineering plastics）、纖維補強塑膠（Fiber-reinforced plastics，簡稱FRP）和摻混複雜（如碳黑、白煙、塑化劑、安定劑、抗氧化劑、交聯劑、耐燃劑、防火劑、抗ＵＶ劑等配方）的添加劑或橡膠等，經過專業的加工程序，可開發出因應各種特殊性質和用途的需求材料。
高分子材料的聚合反應
關於泛用塑膠材料，雖然其單體原料簡單（如下圖所示），但是千變萬化的聚合條件和單體原料組合，可以製造各種性質的相似材料，如聚乙烯（PE）又區分為兩種聚乙烯：高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）這樣多樣化的產品。雖然了解塑膠材料的來龍去脈，但從其輕油的裂解、分離、提純及到聚合等階段，從塑膠材料經過各種不同的加工製程到產品，這些各個工段的領域絕對是專業的範疇，而塑膠產品跟人類幾乎已到如影隨行的地步，至少需要認識生活周邊塑膠產品的真面貌，這是塑膠製品的基本常識。
泛用塑膠聚合示意圖
聚對苯二甲酸乙二酯（PET）聚合示意圖
了解生活中常見的塑膠材料
目前常用、常見的塑膠材料種類，實則是五花八門，更是不勝枚舉；從國際生產塑膠總量統計的前四名， 並以其整體使用量排序：
- 第一、聚乙烯（Polyethylene ，簡稱PE）
- 第二、聚丙烯（Polypropoylene ，簡稱PP）
- 第三、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride ，簡稱PVC）
- 第四、聚苯乙烯（Polystyrene ，簡稱PS）
這四種塑膠，是國際通稱的泛用塑膠（Universal Plastics）。然而在另一種常見的材料是聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate ，簡稱PET），這是全世界幾乎家家戶戶每天都會使用的PET塑膠（寶特瓶或聚酯透明膜）和聚酯纖維。這五種塑膠分別是一種具有高分子量（一萬以上或百萬單位以下的分子量）直線型的有機材料，且都是具有熱可塑性質， 故通稱為「熱塑性塑膠」（Thermoplastics）。
這些塑膠材料常溫時為固體，加工時經加熱軟化至熔融，並能如流體一樣的流動加壓注入特定的模具內，待經過冷卻後即成型固體型狀，此「熱塑性塑膠」產品邊料或廢料均可回收再重複加工應用。市面上的「熱塑性塑膠」產品底部均會烙印帶有數字的國際通用塑膠編號（如下圖），表示它可供回收再利用的材質分類：
共分為六種常用塑膠，外加一種其它，共有七大類的區別，而前面所談的五大常用塑膠的真實面目為何？簡要介紹如下。
國際通用回收塑膠辨識標誌與號碼
聚對苯二甲酸乙二酯（PET）
1950 年代杜邦生產堅韌的聚酯薄膜（Mylar film），當時主要是為了要應用在太空的研究材料、影音記錄磁帶、X 光或照相底片等；在1976 年則廣泛應用於飲料的瓶子，也就是俗稱的「寶特瓶」。
因為它的剛性、韌性極佳，質量輕（不到玻璃的十分之一），耐摔耐撞、化學穩定性佳、攜帶容易方便，生產時能量消耗少，屬於價廉物美的容器材料，到現今全球在其用量之大，幾乎達到被濫用的階段，世界各國也在環保議題與ESG永續的議題下，各國政府與企業相互努，在永續上盡一份努力，而在台灣也有專屬的義工團體做回收管道，在廢棄物中順利地將已扔作垃圾的「寶特瓶」回收，透過國內的合成纖維大廠將回收「寶特瓶」再利用，製造PET纖維（同化學分子鏈組成，只是分子量屬較低些的聚酯纖維），並成功地推廣應用於織物的產品，並獲得國際社會的肯定，也成功的推廣到國際足球運動員身上的運動衣，單一件衣服的產成，從原本的布料加工到車縫，從打包裝箱到上架運送，每一個關卡無不充滿了碳足跡，汙染了天空，也破壞了海洋，這幾年出現越來越多的海洋廢棄物，從纖維布料到膜狀塑膠，成堆的塑膠垃圾讓海汙染一發不可收拾。失控的海洋廢棄物，今天是海龜的墳場，明天有可能就會吞噬我們的家園。而在回收環保議題下，經由100%回收聚酯製成，將廢棄的P.E.T寶特瓶(聚對苯二甲酸乙二酯)回收並加工製成織品，以下是如何將寶特瓶轉換成衣服的全過程大公開 :
- Step1：收集寶特瓶，去除外標籤、消毒乾燥，然後用破碎機及押出機壓切成塑料顆粒
- Step2：經料管加熱塑料顆粒並透過押出設備機器形成一條條紗線
- Step3：將紗線織成織品
這種回收回來的再製產品的材料，其衣物面料的排水性及快乾特性極佳。最近幾年「寶特瓶」PET 材質也被應用於建材上， 2010~2011 年在台北市舉辦的國際花卉博覽會場流行館「遠東環生方舟」，就是使用「寶特瓶」在世界建築史上的另一項重大應用。
聚乙烯（PE）
可分為多種分子量和不同側鏈程度的PE，提供PE 的熔點、軟硬度、透明度等物理性質。超高分子量PE（漁網、工業布膜、降落傘等用纖維）；高密度PE（牛奶瓶、布丁盒、化學藥品容器等）；中密度PE、低密度PE（塑膠袋、簡易包裝盒、食品冷藏保鮮盒等）、直鏈低密度PE 、超低密度PE（包裝膜、保鮮膜等）；架橋型PE（保護墊、瑜珈墊、飲料密封瓶蓋墊片、吸波材等）；乙烯共聚物等各種軟、硬、彈性、剛性不同的乙烯聚合物，均由聚合條件和原料可以調整而成。
聚氯乙烯（PVC）
應用在非食品接觸的用途，如各式軟硬水管、醫療用管件、家電電線、合成皮（汽車、家具沙發、皮包、皮帶、鞋面、雨衣、透明桌墊等）、塑膠地磚等。PVC 本身製造價格便宜、加工方便、難燃性佳等優點，再配合塑化劑（Plasticizer）的不同比例摻混，可調整其製品的柔軟程度；或添加石粉、礦纖、二硫化鉬等無機粉末，以增加其剛性和耐磨擦性等應用，亦同時具有其他塑膠材質的優點，故現今PVC的用途甚為廣泛。
聚丙烯（PP）
主要用於蓄電池外殼、瓶罐、吸管等產品。PP與PE兩者的分子鏈結構極為相似，多項的物理性能及機械性能比PE佳，例如︰PP熔點可高達130~140℃，因此可以使用蒸氣消毒或製成微波加熱專用的容器。多數常見的吸管和飲料杯均是由PP材料所製成；甚至有一些國家的國家通行貨幣，即是使用加工PP膜來取代傳統紙鈔，其耐油、耐油優點，可大幅增強使用的耐用年限與降低人為長期使用的損壞程度。
澳大利亞的通行貨幣（PP 紙）
其它各國的通行貨幣（塑膠紙）
聚苯乙烯（PS）
PS 吸水性極低，且其尺寸安定性佳、質輕、透明；未發泡的PS主要應用於玩具、攪拌棒、免洗餐具杯子與一些家電的外殼等；發泡型PS（EPS，俗稱保麗龍），是在製程中添加發泡劑進行20~100 倍不等倍率來發泡，用於包裝家電、資訊產品、蛋糕的緩衝包裝材，或具絕熱的冰品容器、熱飲的杯子、免洗餐具等，因為處理廢棄保麗龍，僅有高溫焚化一途，世界許多先進國家，以環境污染等理由，已開始明訂禁用免洗餐具用途的保麗龍，但因為保麗龍其耐用佳、耐候性好、浮力佳等優點，在漁產的養殖應用還是很廣泛。
PVC需要添加塑化劑
在上述的五大塑膠材料，除了PVC材料以外，均屬單純的高分子材料，單純依據其物理及化學特性來應用在不同產業，製程當中可無需藉助任何添加物即可製成我們所需的產品。只有PVC需要添加許多添加物，如必要摻入的塑化劑，其塑化劑的用量（約5~30%）調整不同軟硬度的用途，也需視產品在應用的環境考量，加入安定劑來延長使用年限等。
PVC 製程中加入的塑化劑種類非常多，工業界通稱塑化劑為DOP，主要的像是i-2-ethylhexyl phthalate（簡稱DEHP），一些用柔性PVC 合成皮做的物品，譬如全新的沙發、鞋子、皮包或雨衣等，我們經常會聞到一股強烈的塑膠味道，其實這就是塑化劑DEHP的氣味。
PVC 具有其他塑膠材質的優點，故現今PVC的用途極其廣泛。但是現有的PVC成品是經由各種複雜的配方（塑化劑、安定劑、無機添加劑、顏料等）加工而成的塑膠產品，然而這些添加物的混摻，沒有任何化學鍵結，添加物易隨著時間而容易遷移（Migration）至產品表面，尤其應該留意DEHP塑化劑的毒性；雖然無法測得塑化劑溶出量是否會超過「每日容許攝取量」（Tolerable Daily Intake），因此含DEHP塑化劑的塑膠絕對不可以與食物或是人體長時間接觸，在接觸相關的PVC產品後需立即洗淨雙手，並免誤食塑化劑造成殘留人體體內當中。
PVC使用後無法直接回收再利用，再加上該材質因材料所含的有機氯（Organochlorine），經高溫（焚化）處理PVC之過程，經過熱裂解後的PVC會產生劇毒性的戴奧辛（2,3,7,8 - tetrachlorodibenzo-p-dioxin，簡稱 dioxin），已證實對生物體會造成健康的危害，近年來各國已逐漸限制含有機氯的高分子材料（PVC、氯平橡膠、氯化臘等含有機氯材料）的應用，在歐盟國家，也是明訂電子產品的RoHS無鉛、無鹵規範。
軟性PVC所含的塑化劑的比例較硬質PVC來的高，其所含的塑化劑將會隨產品的日常使用，尤其是廢棄PVC產品，在風吹日曬中，將逐漸逸散至空氣，或溶入地下水或河流中。塑化劑DEHP因為是屬於環境賀爾蒙的一種，若累積過多將會造成環境危害，如果超過「每日容許攝取量」（Tolerable Daily Intake），更會造成接觸生物的傷害，而這也是目前社會最關心的廢棄物處理與環保議題。
使用塑膠應注意的事項
上述常見、用的五大類塑膠材料，雖然好用、耐用、用途廣泛、價廉物美等各項優點，相當值得珍惜使用；但也需請提醒大眾避免誤用塑膠材料，造成危險，釀成環境的永久傷害與破壞，因為它們的幾個缺點是永遠無法改變的，有幾項應特別注意，譬如：
- 一、低熔點的熱塑性塑膠，容易受熱變形或熔融（除了HDPE 和PP 可用蒸氣消毒外），應該避免在高溫度（60~80℃以上）環境使用。
- 二、易燃的有機材料，絕對不可直接與火源接觸，因塑膠是屬於氧指數低的材料，屬於極易引燃，（PVC雖屬難燃材料），受高熱時均會起火燃燒，產生大量黑煙（碳化氣體），尤其PVC更會產生劇毒性的世紀之毒-戴奧辛。
- 三、避免接觸有機溶劑（PET、PS、PVC等溶於丙酮、甲苯等有機溶劑）或油脂等，因為這些材料它們均是直鏈型（未交聯）的有機高分子，因而遇到較小的分子材料時會被溶解。
台灣的塑膠材料工藝已是國際領先的強國，雖然台灣並沒有石油這樣的天然資源，卻擁有穩定的塑膠材料、原料來源和產品應用技術，尤其在開發跨領域材料的應用技術，台灣具有開發新產品的獨特環境和競爭優勢，也在其塑膠領域具有數十年的開發應用，在研發與生產上葉合佑公司絕對有其優勢
