文章專區

2011-07-01塑膠時代的必備常識 499 期

Author 作者黃景忠/就讀淡江大學化學系博士班；陳幹男/任教淡江大學化學系

市面上各種琳瑯滿目的材料，令人眼花撩亂的塑膠產品，尤其物美價廉且多樣化的用途，令人難以抗拒。人類文明的發展，從石器、銅器到鐵器時代，歷經數千年的演變，直到20 世紀中葉，似乎地球上的人類卻在短短幾十年內，就改變材料應用的習慣，情有獨鍾地愛上「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」，這種人類重大且迅速的改變，主要起源於石油化學工業的發展。

千變萬化的高分子化學工藝

塑膠材料是化學工業的分工和整合的成果，首先從原油輕油裂解、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加工技藝的推波助瀾，開發製造現今各種塑膠產品，不僅輕巧耐用，而且物美價廉，已經成為人類生活的一部分；人類應用塑膠材料產品的習慣程度，隨著生活水準的提高，更提升應用塑膠材料的要求，因此近年來地球上人類對於塑膠材料的需求量每年有增無減。

隨著高分子化學工藝的發展，陸續發明運用不同單體原料，製造多樣化合成高分子材料，如彈性體（Elastomer，俗稱橡膠）、纖維（Fiber）、塑膠（Plastics）等大類，每種高分子材料，各有獨特的性質；將兩種以上材料相互摻混加工，產生另有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 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、交聯劑等配方）的橡膠等，經過專業的加工程序，因應特殊性質和用途的需求。

至於泛用塑膠材料雖然單體原料簡單（圖一和圖二），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類似材料，如聚乙烯（PE）多樣化的產品。雖然了解塑膠材料的來龍去脈，絕對是專業的範疇，但塑膠產品跟人類幾乎已到如人影隨行的地步，大家至少需要認識生活周邊塑膠產品的真面貌，這是現代人的基本常識。

圖一：泛用塑膠聚合示意圖。

圖二：聚對苯二甲酸乙二酯（PET）聚合示意圖。

了解生活中常用的塑膠材料

目前常用的塑膠材料種類，五花八門不勝枚舉；從國際生產塑膠總量統計前四名，並以使用量排序：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）等四種塑膠，國際通稱泛用塑膠（Universal Plastics）。然而我國產量居世界前茅（第一或第二）的聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate ，簡稱PET），即是國內幾乎家家戶戶天天皆會使用的PET塑膠（寶特瓶或聚酯透明膜）和聚酯纖維。這五種塑膠分別是種具有高分子量（一萬或數萬單位以上）直線型的有機材料，且皆具有熱可塑性質，故均稱「熱塑性塑膠」（Thermoplastics）。

這些塑膠材料常溫時為固體，加工時經加熱軟化或熔融，並能流動加壓注模，冷卻後即為成型固體，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（圖三），表示它可供回收再利用的材質分類：

這五大常用塑膠的真實面目為何？我們就簡要介紹如下，讓讀者了解它們。

圖三：國際通用回收塑膠辨識標誌。

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 ，圖二）應用太空研究材料、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瓶，也就是俗稱的「寶特瓶」。

因為它的硬挺度、韌性極佳，質量輕（僅玻璃瓶的1/9 ~ 1/15），耐撞、化學穩定性佳、攜帶方便，生產時能量消耗少，屬價廉物美料的容器，用量之大幾乎達到被濫用的階段，幸好在台灣有獨創義工團體的回收管道，順利地將廢棄的「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（相同化學組成，只是分子量較低些的聚酯纖維），並成功地推廣應用於織物產品，獲得國際社會的肯定。最近「寶特瓶」PET 材質的也被應用於建材上， 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「寶特瓶」在世界建築史上的另類應用。

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、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、剛性的乙烯聚合物均由聚合條件和原料可以調整。

聚氯乙烯（PVC）

應用在非食品接觸的用途，如水管、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）的摻混，可調整其柔軟性；或添加石粉等無機粉末，以增加剛性和耐磨擦性等，亦同時具有其他塑膠材質的優點，故現今PVC 的用途最為廣泛。

聚丙烯（PP）

主要用於蓄電池外殼、瓶罐、吸管等產品。PP與PE兩者的結構極為相似，若干物理性能及機械性能比PE好，例如︰PP熔點可高達140℃，可以使用蒸氣消毒或製成微波加熱專用的容器。吸管和飲料杯均是由PP 材料所製成；至於澳大利亞的通行貨幣（請見圖四），即是使用加工PP膜來取代傳統紙鈔。

圖四：澳大利亞的通行貨幣（PP 紙）。

聚苯乙烯（PS）

PS 吸水性低，且其尺寸安定性佳、質輕、透明；未發泡PS 主要應用於玩具、攪拌棒與免洗餐具杯子等；發泡型PS（EPS，俗稱保麗龍），係利用添加發泡劑在製程中進行20~100 倍不等倍率發泡，用於包裝家電、資訊產品、蛋糕之緩衝包裝材，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，我國和世界各先進國家，以環境負擔的理由，已禁用免洗餐具用途的保麗龍。

只有PVC需要添加塑化劑

五大塑膠材料，除了PVC 以外，均屬單純的高分子材料，應用其真實的各項性質，無需藉助添加物。只有PVC 需要添加許多添加物，如塑化劑用量（約5~30%）調整不同軟硬度的用途，加入安定劑延長使用年限等。

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 的用途最為廣泛。但是現有的PVC成品是經由複雜配方（塑化劑、安定劑、無機添加劑、顏料等）加工而成的塑膠產品，然而這些添加物的摻混，沒有任何化學鍵結，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。

PVC 使用後無法回收直接再利用，再加上該材質因材料所含的有機氯（Organochlorine），經高溫（焚化）處理PVC 之過程會產生劇毒性的戴奧辛（2 , 3 , 7 , 8 - t e t r a c h l o r o d i b e n z o - p - d i o x i n ，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。

軟性PVC 其所含的塑化劑將會隨產品的使用，尤其廢棄PVC 產品，將逐漸逸散至空氣，或溶入地下水或河流。塑化劑DEHP因為屬環境賀爾蒙的一種，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議題。

使用塑膠應注意的事項

上述常用的五大塑膠材料，雖然好用、耐用、用途廣、價廉物美等優點，相當值得愛惜；也請提醒大眾避免誤用塑膠材料，造成危險，釀成環境的傷害，因為它們的若干缺點無法改變，應特別注意，譬如：

一、低熔點的熱塑性塑膠，容易受熱變形或融熔（除了HDPE 和PP 可用蒸氣消毒外），應該避免在高溫度（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更會產生劇毒性的戴奧辛。

三、避免接觸有機溶劑（PET、PS、PVC等溶於丙酮、甲苯等溶劑）或油脂等，它們均是直鏈型（未交聯）的有機高分子，有可能會有較小的分子材料會被溶解。

我國的塑膠材料工藝已是國際領先的強國，雖然我們並沒有石油資源，卻擁有穩定的塑膠材料原料來源和產品應用技術，尤其開發跨領域材料應用技術，我們具有開發新產品的獨特環境和競爭優勢。在21 世紀「塑膠時代」享受物美價廉的塑膠產品，對於我國長年持續貢獻的科學家、工程師、有眼光的企業家，表達由衷敬佩之意。

參考資料
1. 陳宗應、陳品嫻、陳幹男，〈乙烯聚合物的真情告白〉，《科學月刊》42 卷第3 期 194-200 頁， 2011 年。