全球運動鞋年銷40億雙，產(chǎn)生150萬噸的鞋廢料，逾7成無法回收再利用。臺灣工研院研發(fā)出全球首創(chuàng)“全循環(huán)單一聚酯材料低碳鞋”技術，以創(chuàng)新聚酯彈性體材料“rTPEE-G”，結合中大底一體化射出成型、鞋面一體化編織技術與回收再制性驗證，讓最難以回收的中底與大底以及整雙鞋，得以循環(huán)再利用。
隨著人們的健康意識提升，運動鞋銷量大好，帶動每年高達800億美元的產(chǎn)值。龐大產(chǎn)值的背后，運動鞋產(chǎn)生的廢料也相當可觀。鞋面材質(zhì)雖然較易回收，但中底與大底大多采用以交聯(lián)過程所制得的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）發(fā)泡體與橡膠材料，雖然目前已有可回收的熱塑性聚氨酯（TPU）中底發(fā)泡材料，但由于中、大底使用膠粘劑牢牢粘合，分離不易，更增加回收難度。
根據(jù)運動品牌大廠Ｎike調(diào)查，大多數(shù)的鞋廢料僅能以焚燒處理，因此每雙鞋由制造到最后廢棄的平均碳排放量高達13.6kgCO2e（公斤二氧化碳當量），年復一年的累積，成為環(huán)境的致命傷。近年品牌鞋廠在可持續(xù)發(fā)展的浪潮下，積極尋求低碳排與可回收方案。臺灣工研院也積極投入供應鏈的減碳創(chuàng)新。
臺灣工研院長期耕耘材料聚合技術，從制衣、汽車零件到制鞋材料，對于上游聚酯單體的特性十分熟悉，憑借多年的材料專業(yè)，開發(fā)出“全循環(huán)單一聚酯材料低碳鞋”技術，其新材料具有高性能、可回收再制、采用再生與生物基原料、低碳等優(yōu)點，其研發(fā)歷程分為三大階段。
工研院獨家創(chuàng)新 低碳聚酯彈性體
首先是新型彈性體材料成功開發(fā)。工研院運用寶特瓶回收片，以醇解技術獲得PBT或PET寡聚物，輔以生物基原料如蓖麻油等，提煉單體（PTMEG、Bio-PO3G）再進行共聚反應，最后開發(fā)出高分子量的低碳聚酯材料“rTPEE-G”。接著，以rTPEE-G單一材料為基礎，進一步開發(fā)出不同硬度與性能的聚酯材料，以滿足全鞋不同部位的性能要求。例如制成紗線用于編織鞋面，配合編織結構設計使鞋面同時具有包覆性佳且彈性舒適的特點；足弓部分的平衡片則以高硬度rTPEE-G射出制成，具強大支撐力；中底采用超臨界發(fā)泡技術，可兼顧高回彈、舒適與支撐；大底則透過混煉過程開發(fā)出高耐磨、高防滑的聚酯材料并配合射出加工制成。
一體化射出發(fā)泡過程 進一步輕量化減碳
第二階段是加工制程的創(chuàng)新，分為中大底及鞋面兩大部分。工研院研發(fā)的無熔膠一體化射出成型發(fā)泡技術，以rTPEE-G制作中大底，將材料熔融后同時導入超臨界CO2或氮氣，并在射出的同時在模具內(nèi)發(fā)泡形成特定中底形狀；因采用CO2作為發(fā)泡劑，并未增加碳排，更加環(huán)保。與傳統(tǒng)EVA的模壓發(fā)泡過程相較，具有加工更快、精度更高、鞋體輕量化的優(yōu)點，因此碳排量極低，估計每雙鞋將可低于2kgCO2e，較全球運動鞋平均碳排量減少8成，比起當前全球碳排最低的鞋款還要減碳。
全鞋設計上則采用減法原則，透過簡化設計以降低不必要的鞋重量，在鞋面部分，同樣使用rTPEE-G制成的彈性紗線，并與保特瓶回收紗rPET配合一體成型編織技術，可調(diào)控不同的編織密度及強度，具有彈性與透氣性。
第三階段是廢鞋回收再制技術。以上述兩項創(chuàng)新制程為基礎，工研院更進一步著手開發(fā)全鞋老化后的回收再制流程，完成循環(huán)經(jīng)濟的最后一里路。由創(chuàng)新材料rTPEE-G制成的全循環(huán)低碳鞋，因采用單一材料，老化后可直接回收破碎，重新加工制成鞋款、鞋部件或瑜珈墊等運動用品，近期可望制成本土特色的夾腳拖問市。
3項核心專利入手 商業(yè)化進程在望
臺灣工研院材料與化工研究所經(jīng)理吳晉安坦言，研發(fā)過程曾遇到不少瓶頸，例如在上游材料的解聚過程即投入近一年的時間，須控制各種復雜的變因，包括解聚劑的選擇及用量、反應觸媒應採用何種系統(tǒng)及反應時間；另外，在共聚制程中單體的選擇對于材料的黏彈特性變化，也花費大量時間探索。此外，一體成型的射出發(fā)泡過程，也曾遇到品質(zhì)不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，必須一再嘗試，確認材料流變性能與中、大底模具設計等，才能生成最適當?shù)闹械准按蟮住?
如今克服萬難，成功研發(fā)出“全循環(huán)單一聚酯材料低碳鞋”，并獲得全球百大科技研發(fā)獎（R&D 100 Awards）入圍的肯定，從材料、制鞋流程及回收應用，形成一個完整的循環(huán)，技術已趨于成熟，2022年更獲得3項核心專利。未來將與鞋廠及供應鏈攜手，推動商業(yè)化，無論是提供創(chuàng)新材料或成立自有品牌均大有可為。
|
