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工業局助力 化學材料業高值轉型

2019-10-22 12:46經濟日報 陳華焜

我國化材產業的產值預估於2019年可達3兆元,在國際市場具有相當競爭力。化學材料產業包括上游石化基本原料製造業、中游的橡塑膠原料製造業與下游的橡塑膠製品製造業,在產業供應鏈中具有舉足輕重的角色。

我國過去40多年,由政府興建化材上游工廠並鼓勵民間化材中、下游基礎原料業的發展,形成一條緊密的產業鏈,更帶動了下游的塑膠、橡膠、化纖、化工產業的蓬勃發展,是我國經濟發展的重要支柱且提供關鍵材料支援多項重點產業(如汽車產業、光電產業、紡織產業、電子產業與綠能產業等)。以汽車產業為例,每輛汽車的輪胎與內裝使用的橡塑膠材料平均為200公斤,2018年全球車用橡塑膠材料需求為2,000萬公噸且每年以5.6%的成長率逐年遞增,可見其重要性。

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然而,我國化材產業近年來面臨全球氣候變遷與環保意識高漲等衝擊,被大眾認為有消耗資源、製程耗能污染、廢棄物難回收處理等問題,阻礙整體化學材料業的發展,故亟需導入創新與前瞻思維,使產業朝循環、永續、安全、高值化等方向發展。

經濟部工業局自101年迄今,藉由推動業者設立研發中心(16家,投入約330名碩博士研發人力)、籌組關鍵材料研發聯盟(26個聯盟共47家廠商參與,投入總經費約1.16億元)、補助試量產研發計畫(15案次共17家廠商參與,帶動投資201億元)、籌組產品應用研發聯盟(41個聯盟共256家廠商參與,投入總經費約2.15億元)及排除投資障礙(41案次,促成投資1.551億元,增加產值795億元),已成功協助國內化材產業發展綠色創新循環材料(如新光合纖案的可循環高強度熱塑性聚酯彈性體(TPEE)材料、光寶案的3C電子用海洋廢棄塑膠循環再生材料與台南紡織案的熱昇華列印用聚酯超薄膜材料等)。

除了可降低生產造成的環境衝擊與資源耗用、提高資源生產力及創造產業發展新動能外,亦能加速朝「循環經濟」發展,增強國內化材產業的自主研發能力與競爭力,提升產品價值及推動永續發展。

寶島臺灣四面環海,海岸線長約1,730公里,具有各式各樣美麗的生態系。然而,隨著人類不斷的開發與消耗,美麗海岸正面臨嚴峻的考驗。根據天下雜誌報導,全球每年約有800萬噸至1,300萬噸的塑膠垃圾流入大海中。預計至2050年,海洋垃圾將會多過於海洋生物,海洋廢棄物污染已成為全球僅次氣候變遷的第二大災難。

圖示 工業局/提供
圖示 工業局/提供

養殖與捕魚業是臺灣西部沿海歷史最悠久的產業,但漁業雖為沿海居民帶來穩定的收入,但在養殖與撈捕過程中所用的發泡材料如浮標、浮球,造成海洋生態的污染與破壞卻是無法估計。受到洋流與東北季風影響,台灣沿岸每年至少有100噸以上的廢棄發泡材料如保麗龍(學名為高耐衝擊發泡聚苯乙烯)等漂浮在近海或堆積在沙灘上,掩沒了整條海岸線。但巨大質輕保麗龍塊的載運成本遠高於回收利益,因而至今尚無法找出解決方案,成為臺灣海岸環境的棘手問題。

圖示 工業局/提供
圖示 工業局/提供

爰此,工業局藉由「複合材料產業循環推動計畫」投入人力與經費,委託工研院材化所輔導國內環保回收專業廠商-齊輝環保科技與國內知名電腦設備廠-光寶科技進行海洋廢塑膠的循環再生與再利用,針對海廢保麗龍提出積極的解決方案。由齊輝環保科技首先進行海廢保麗龍的減容回收,在縮小保麗龍體積後,藉由工研院自行研發的回收保麗龍純化與改質增韌技術,解決回收保麗龍純度低與物性差的缺點,開發高耐衝擊聚苯乙烯的再生酯粒,將海廢保麗龍蛻變為高價值再生塑料,並進一步將此再生塑料提供給光寶科技製成電腦周邊產品,如鍵盤、滑鼠等,工業局期以「循環經濟模式」為海洋永續發展貢獻心力。

此外,隨著國內纖維複合材料產業蓬勃發展,其廢棄物循環再利用議題也不容忽視。有鑑於此,工業局委託塑膠工業技術發展中心建立纖維強化材料循環再生應用技術,輔導國內業者針對複材廢棄物的樹脂及纖維分離技術進行開發,將回收碳纖維進行循環加工再製,成功將回收碳纖維重新設計應用於「運動滑雪板」,其外觀與性能媲美目前市售產品。此創新技術可延長碳纖維材料生命周期,讓有用資源進入永續循環系統,未來將進一步推升其循環應用價值,朝向汽機車及消費性電子零組件發展,讓有用資材達到零廢棄的目標。

隨著全球人口步入高齡化社會,醫療照護的器材需求也愈來愈高。近年來,醫療級熱塑性聚酯彈性體(Thermoplastic polyester elastomer;TPEE)材料逐漸嶄露頭角,目前已廣泛應用於如醫用導管、輸液袋、人工皮膚、包紮膠膜、藥物載體等。與醫療級PVC材料相比,具有生物相容性佳、能承受高溫蒸煮與紫外線消毒及無塑化劑溶出的疑慮等優勢。

TPEE的應用產品。 工業局/提供
TPEE的應用產品。 工業局/提供

由於TPEE質輕、彈性回復力佳、剛性與柔韌兼具的特性,也可製作成舒適耐用的義肢輔具。除了醫療上的應用,汽車零組件、交通運輸、電子電器材料、工業製品和民生消費品皆是TPEE應用的領域。相對於傳統橡膠製品,其生產過程需硫化及添加許多抗氧化劑,加工製程複雜,回收不易,TPEE同時具有橡膠的彈性及柔軟性和塑膠的剛硬性及易加工性,又具有低能耗、低污染及可回收等環保特性,因此已逐漸取代傳統橡膠材料的使用趨勢。

2016年全球TPEE市場需求已超過23萬噸,年產值達8.452億美元,預估2016年至2025年的複合年增長率將達到4.9%。由於目前聚氨酯(Thermoplastic polyurethane;TPU)彈性體薄膜已逐漸無法滿足產業需求,擁有耐熱性佳、耐候性佳、良好的透濕率、高防水率、低溫衝擊性等特性的TPEE薄膜符合目前膜級彈性體材料市場趨勢,可望逐步取代TPU彈性體薄膜在各領域上的應用。

TPEE薄膜的應用相當廣泛,主要可分為防水透濕膜及音效制震膜兩大類,全球防水透濕薄膜市場預估在2020年將達到17.3億美元。然而膜級TPEE除了是國內缺少的料源,另外在經由押出機製成薄膜時,也容易產生收縮的問題。為了解決上述的困難點,工業局委由法人單位透過技術平台的建立,已開發出高強度及尺寸安定性佳的膜級TPEE,並應用在音效制震膜,取代耐熱性不佳的TPU彈性體材料,讓消費者在使用耳機上,能有更舒適的感受。未來也能透過與國內相關產業的產商合作技轉,使國內業者擁有自主研發生產關鍵材料能力,並形成完整產業上下游供應鏈,減少國內產業對進口產品的依賴。

TPEE薄膜的應用產品。 工業局/提供
TPEE薄膜的應用產品。 工業局/提供

根據聯合國統計,每年有800萬噸的塑膠垃圾流入海洋,越來越多的動物因誤食塑膠廢棄物喪命;而經過自然分解所產生的塑膠微粒進入食物鏈,也已經影響到環境生態乃至人類的生活。因此,塑膠廢棄物成為國際間關注的議題。在今(2019)年三月,於肯亞內羅畢舉辦的聯合國環境大會(UNEA),各國共同聲明將在2030年前大幅削減一次性塑膠製品使用量。目前全球限制一次性塑膠製品的使用可分為:非洲國家採取政府禁止或部分禁止使用的方式,歐洲國家則多以徵稅的方式(對供應商、消費者及零售商等不同的對象進行徵稅)限制使用。如歐盟2019年歐洲議會通過「2021年禁用一次性塑膠產品」,包含塑膠袋、吸管、餐具、保麗龍及棉花棒。

圖示。 工業局/提供
圖示。 工業局/提供

環保署根據「台灣海洋廢棄物治理行動方案」草案,針對購物提袋、塑膠吸管、免洗餐具、一次用外帶塑膠杯等四大類塑膠製品,分別以2020年、2025年、2030年三階段時程,朝著擴大限制、不得免費提供、全面禁用的三階段進程,達到塑膠製品減量目標。

一次性塑膠產品的禁用雖對生產廠商、消費者兩方造成衝擊,但同時也開啟了環保塑膠的新市場。由於我國塑膠膜袋廠商多屬弱勢之中小企業,在環保政策的逐漸加嚴以及原油價格波動導致原料成本不斷攀高下,將加劇其營運困難;有鑑於此,工業局為協助廠商順利轉型,委託工研院材化所開發生物可分解環保塑膠材料技術,並致力研究國際限塑政策的趨勢,提供即時的資訊業者,另努力推廣與開發傳統塑膠材料高值化的應用,冀望能幫助國內業者安然度過國際限塑潮流的陣痛期。

傳統聚酯產業乃民生基礎工業,產品廣泛應用於飲料瓶、包裝、紡織、食品容器、汽車內飾及建築等領域。然而我國傳統聚酯產業近年來面臨勞動力成本高、勞工缺乏、廠商向外轉移及WTO取消配額等挑戰,亟需尋求對策提升競爭力以永續經營。

圖示。 工業局/提共
圖示。 工業局/提共

有鑑於此,工業局藉由「高端新材料試量產研發與驗證推動計畫」投入人力與經費,由台南紡織、謙華科技、誠研科技及工研院材化所組成策略研發聯盟,進行聚酯超薄膜材料試量產研發與熱昇華列印驗證計畫,串聯上游關鍵超薄膜級聚酯粒廠商 (台南紡織)、中游精密薄膜加工及塗佈廠商 (謙華科技)及下游熱昇華印相機製造廠商,開發出厚度更薄、尺寸安定性佳、綠色環保可回收且具低成本優勢的熱昇華印相機色帶用超薄聚酯膜,提升國內傳統聚酯產業的產品國際競爭力,成功推動台灣傳統聚酯產業高端循環轉型。

圖示。 工業局/提供
圖示。 工業局/提供

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