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塑膠生產、使用與廢棄的問題——以泛用塑膠為例

recycling mark如前所述,透過單體的變化與不同的組合,就可製成各種不同的塑膠,因此塑膠的種類是難以計數的;然而,至今為止,大量使用且有回收辨識碼的塑膠,只有六種;其餘沒有回收辨識碼的塑膠,如果有被政府公告應回收的話,都標示為七號(其他塑膠)。因此底下我們就以這幾種泛用塑膠為例,來認識這些塑膠,並檢視它們在生產製造、使用與廢棄階段的危害。

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PET是「聚對苯二甲酸乙二醇酯」的英文簡稱,為聚酯的一種,寶特瓶的原料,是我們生活周圍最常見的塑膠之一。由於寶特瓶的製造過程與吹玻璃十分相似,所以在瓶子底部若不是一條裁切的直線,而是一個小圓點的話,其材質就極可能是PET。

製造PET時,首先要把來自芳香烴工廠的對二甲苯(PX)變成對苯二甲酸,然後再把對苯二甲酸與衍生自乙烯的乙二醇進行縮合式的聚合反應,就可產生PET。如前所述,對二甲苯具有毒性,會抑制中樞神經系統,造成頭痛、噁心、頭暈、嘔吐、胸悶、意識模糊、四肢無力、步履蹣跚等症狀;但其毒性較苯為低,被國際癌症研究機構(IARC)歸類為第三類致癌物質(即缺乏對人體致癌證據的物質)。

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另外,在進行聚合反應時,必須用重金屬銻當作觸媒,因此PET中會有銻的少量殘留,約200-300ppm。根據研究,PET瓶會溶出少許銻,而且也可能會溶出鄰苯二甲酸酯類的塑化劑;溫度升高,或使用久了以後,這兩種物質的溶出量也會隨之升高。銻會導致頭疼、頭暈、情緒低落。鄰苯二甲酸酯並非PET的塑化劑,因此據推測,其可能是因為某些寶特瓶使用了遭到塑化劑污染的PET再生料之故。另外,軟質PET瓶溶出的銻,會較硬質PET瓶為高。1,2, 3

PET可回收,回收後通常熔融抽絲作成纖維以編織衣物,因此買衣服時,如果標示寫著聚酯纖維,很可能就是PET再生料製成的纖維。國外有將PET寶特瓶回收後再製成寶特瓶,但由於PET在回收處理過程中分子會因高溫而斷裂(其他塑膠也都會),因此其再生料色澤不佳(呈棕黃色),故若要再製成寶特瓶,通常還要再加入70%的新料。從這裡我們可以看到,回收並沒有辦法解決塑膠濫用的問題,還是要從源頭減量著手。4

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聚乙烯(PE)與聚丙烯(PP)是直接由乙烯/丙烯聚合而成的塑膠,由於分子鏈上沒有苯環、沒有氯,也沒有醇、酸等其他官能基,因此相對而言,是最單純、最安全的塑膠。PE與PP是非極性高分子,與鄰苯二甲酸酯類的塑化劑並不相容,而且PE可透過不同的聚合過程,製成支鏈多、結晶度低、較柔軟、透明的低密度聚乙烯(LDPE),或製成支鏈少、結晶度高、較堅硬、不透明的高密度聚乙烯(HDPE),因此一般而言比較不會添加塑化劑,雖然也有其專用的塑化劑,但使用上並不普遍。

PP分子結構為線型,分子鏈上的甲烷基(CH3)雖無極性,但在主鏈上有規則或無規則的分布會影響分子的結晶度,進而影響其力學與熱力學性質。一般其結晶度介於HDPE與LDPE之間,呈不透明或半透明(結晶度的高低會影響材質透明度,結晶度高者較不透明),故其氣體阻隔性接近HDPE,高於LDPE。也因為分子鏈上有甲烷基的存在,PP機械力學性(能包括強度、硬度)都高於PE,耐熱溫度也高於PE。PP耐熱溫度約100℃~130℃,HDPE耐熱溫度約:90℃~110℃,LDPE耐熱溫度約70℃~90℃。

雖然在使用上,PE與PP看來是較安全的塑膠(但別忘了,它們也會有添加劑,比如安定劑、色料等,故並不保證絕對安全),但在生產過程中,對環境也是會有影響。台大教授吳焜裕曾指出,雖然乙烯與丙烯「本身不會致癌,也缺乏毒性資料,但是過去研究已證實它們在體內確實可被代謝為環氧乙烷與環氧丙烷,環氧乙烷被國際衛生組織歸類為人的致癌物,環氧丙烷為動物致癌物質,因此乙烯與丙烯基本上應被列為潛在對人體健康危害物質。」另外,乙烯與丙烯也是易燃、易爆物,危險性高,其中丙烯正是2014年高雄氣爆事件的主角。

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PVC life cyclePVC(聚氯乙烯)是所有泛用塑膠中對環境與健康危害最大的塑膠,因為其生產過程與廢棄燃燒時都會產生世紀之毒戴奧辛,且其單體氯乙烯製造過程會牽涉到許多毒性物質,包括其原料氯氣是神經毒氣,中間體1,2-二氯乙烷(EDC)是可能致癌物,而氯乙烯單體(VCM)本身就是會導致肝癌的人類一級致癌物。另外PVC因為與許多種類的塑化劑相容性佳,可以添加大量塑化劑達到變軟的目的,雖然因此便於加工,卻對使用者帶來極大風險,因為最常使用於PVC的塑化劑種類是鄰苯二甲酸酯類,是會干擾荷爾蒙的毒性物質,而且極易溶出。再者,PVC會添加含鉛、鎘、錫或鋅的重金屬安定劑,風險也不能漠視。因此,這種塑膠不但要減量,而且要淘汰、拒用。要詳細了解PVC的危害,請參考:「您還在使用PVC嗎?」網頁

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PS是聚苯乙烯的英文簡稱,其發泡材料就是俗稱的保麗龍。與PP一般,PS上的苯環在主鏈上的規整性會影響其結晶度,但商業用途的PS均為無規整、不結晶的PS,其質地硬而脆,無色透明,著色性佳,並可以和其他橡膠類型高分子材料共聚合成力學性能更佳的產品,比如和聚丁二烯橡膠共聚合成為耐衝擊聚苯乙烯。PS發泡後,體積膨脹許多倍,分子間距被氣體拉得很開,產生許多空隙,因此不但密度低、質輕,且具隔熱、隔音、吸音、防撞等效果,不但常用於食品容器或工業產品包裝,也常使用於建築材料(中空樓版)中。6

雖然PS用途廣,但其生產過程的污染風險不能漠視。其原料苯是人類致癌物,其和乙烯反應後變成的乙苯,然後再脫氫產生的苯乙烯單體,都是可能致癌物;這些含苯的揮發性有機物,都可能從管線設備的縫隙中逸散出來,彌漫在石化工業園區周遭,威脅勞工與周遭居民健康。

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在使用時,PS會溶出苯乙烯及其寡聚合體,雖然在常溫下溶出量尚低,但隨著溫度增加,這些有毒物質的溶出風險就變得不能忽視,因此不建議使用保麗龍容器來盛裝熱食(如泡麵碗)。另外,如果與食物或飲料的接觸時間長,這些物質的溶出量也會增加。7

PS在廢棄後,若處理不當,對環境的危害相當大。比如當其送到焚化爐燃燒而燃燒不完全時,會產生多環芳香烴(含有多個苯環的碳氫化合物之統稱,其中有許多是致癌物或可能致癌物),如若其發泡材料保麗龍被亂丟在環境中,由於其分子間隙大,互相纏繞的程度較其他塑膠為低,更易因為外力碰撞或陽光照射而碎裂成塑膠碎片而難以清理,同時也很容易吸附環境中的毒性物質(其他種類的塑膠也會有類似問題,只是它們變成塑膠碎片的速度較慢而已)。另外,流落到海域中的PS,會持續溶出苯乙烯及其寡聚合體,污染沙灘與海洋。8

PS可回收,在台灣也有回收管道,只是和PET等塑膠一樣,在回收熱融處理時,其分子鏈會斷裂劣化,加上回收料可能受到其他雜質污染,色澤會不佳,故其再生料常用於電視機或螢幕外殼。

當PS用於建物隔熱或者電子產品時,由於法規有防火要求,所以可能會添加阻燃劑,而目前最常用的是溴化阻燃劑,通常是具持久性、會干擾荷爾蒙的毒性物質,其中有幾種(四溴二苯醚、五溴二苯醚、六溴二苯醚、七溴二苯醚、八溴二苯醚及六溴聯苯)已被斯德哥爾摩納公約要求禁用。含有溴化阻燃劑的塑膠萬一遇到火災,還是會燒起來,只是燒得稍微慢一點,卻會產生更毒的溴化戴奧辛。要解決這問題,必須先檢討法規合理性,比如當PS或其他塑膠用於建材時,只要要求其設計或使用時遠離火源即可,何必要求耐火程度?另外,則是應該尋找更安全無害的阻燃劑來取代溴化阻燃劑。

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目前在市面上看到標示著7號回收辨識碼的塑膠,最常見的是PC與PLA。PC是聚碳酸酯的簡稱。是一種無色、透明(無結晶)、耐熱、抗衝擊的熱可塑性塑膠,性能接近PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯;常用於招牌),但耐衝擊性能與加工性能更好,折射率高,不需要添加劑就具有UL94 V-0級阻燃性能。常用於電子構造零件、電氣機械類外殼、照明用零件等,是光碟片的主要材料,後來被應用到奶瓶、水瓶等用途,而引發疑慮。因為PC的單體雙酚A可能在使用時溶出,尤其當PC奶瓶或水瓶用得愈久,或以鹼性清潔劑清洗瓶身時,越易溶出。雙酚A是種毒性物質,為類雌激素的荷爾蒙干擾素,會影響胎兒與幼兒的腦部發育與行為、影響甲狀腺荷爾蒙、干擾多巴胺激活系統,導致過動、注意力不足容易藥物濫用,同時可能導致乳癌。因此,加拿大與歐盟不少國家陸續禁止PC使用於奶瓶用途。9, 10

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除了使用於食用容器的風險之外,PC的製造風險也很高。PC是由雙酚A與光氣聚合而成的,這兩種單體都有毒。雙酚A的毒性已如前述,而光氣則是非常危險的無色劇毒氣體:吸入會致命,且達到致命濃度時的氣味(乾草味)仍不足以讓人警覺;高濃度時為很強的窒息味。光氣與水接觸會緩慢分解成鹽酸與二氧化碳,因此3-5ppm暴露即會產生刺激作用,造成結膜炎、鼻炎、咽喉炎、氣管炎、流淚、眼瞼痙攣、結膜紅腫及上呼吸道刺激;高劑量暴露會產生肺部毒性。臨床症狀可能會延遲 24-72 小時,包括哽塞、胸悶、呼吸困難、肺水腫、咳嗽、產生泡沬狀血痰、噁心及焦慮。嚴重肺水腫會併發心衰竭。短暫接觸大於 25ppm即會有危險,大於 50ppm時即可能造成死亡。純的光氣氣體對碳鋼沒有腐蝕性;若與蒸氣作用,則會產生二氧化碳和氯化氫,就會有腐蝕性,液體光氣會侵蝕某些塑膠、橡膠和塗料。11

另外,含苯的雙酚A不僅本身不是好東西,其原料之一苯酚,和最源頭的苯,也都有毒。苯酚常溫下為固態結晶,熔點 41 °C,沸點 181°C;加熱時會揮發產生有毒可燃的蒸氣,與空氣混合的氣體具爆炸性; 慢性暴露會傷害中樞神經系統、肝、腎;急性暴露(透過皮膚接觸或吞下)會致命。接觸會導致皮膚或眼睛的嚴重灼傷。

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PLA是另外一種常標示為7號的塑膠,其中文名稱是聚乳酸。PLA是種生物可分解塑膠,玻璃轉移溫度Tg約58~60℃,在生物分解材料中較高,但耐熱性和材料強度還是不足,加工難度大,因此應用端受到限制。早期是開發在醫學上使用,手術縫合線及骨釘等,現在則已較廣泛的應用於一些常見的物品,如:包裝袋、紡織纖維。

PLA原料來源包括:玉米、甜菜、小麥、甘薯等澱粉或醣份,或玉米乾草、麥桿、米桿、甘蔗渣等木質纖維素的農業廢棄物。雖然原料是來自植物,又可生物分解,因此常被視為是取代一般塑膠的安全替代材質;但它會有其他環保疑慮,包括與糧食爭地,以及在種植其原料作物時仍不免會使用到農藥與化肥,而仍與石油脫不了關係。另外,它雖然號稱可生物分解,但在一般的大氣環境中或儲存條件下並不會進行分解,僅在有充足水氣(相對濕度90%以上)、充足氧氣(非密閉環境中)、適當溫度(58~70℃)等條件皆具備之環境下才會快速進行分解反應。因此若PLA被掩埋,或流落到環境中,也是會存在很長一段時間。

PLA雖然也可回收,不過它若與其他塑膠混雜在一起,會影響到其再生料品質。而這在目前民眾分類不夠確實、清潔隊後續細分類也無法完整的情況下,並非罕見現象。所以要避免塑膠濫用造成的問題,最好是透過源頭減量,而非只去尋找較安全的替代材質,卻不改變濫用物質的習性。


參考資料:

  1. "Polyethylene Terephthalate May Yield Endocrine Disruptors",Leonard Sax; Environ Health Perspect. 2010 Apr; 118(4): 445–448.
  2. "PET bottle use patterns and antimony migration into bottled water and soft drinks: the case of British and Nigerian bottles.",Tukur A1, Sharp L, Stern B, Tizaoui C, Benkreira H.; J Environ Monit. 2012 Apr;14(4):1237-47.
  3. "Bottled drinking water: water contamination from bottle materials (glass, hard PET, soft PET), the influence of colour and acidification", Clemens Reimann, Manfred Birke, Peter Filzmoser; Applied Geochemistry, Volume 25, Issue 7, July 2010, Pages 1030–1046.
  4. 〈破解保特瓶回收騙局〉,鐘宇琪,看守台灣季刊V15N4,2013年冬季號。
  5. 〈應如何評估石化業的健康風險〉,吳焜裕,看守台灣季刊V12N3,2010年秋季號。
  6. "Polystyrene" in Wikipedia.
  7. "Leaching of styrene and other aromatic compounds in drinking water from PS bottles", Ahmad M1, Bajahlan AS., J Environ Sci (China). 2007;19(4):421-6.
  8. "Global styrene oligomers monitoring as new chemical contamination from polystyrene plastic marine pollution", Kwon BG, etc., J Hazard Mater. 2015 Dec 30;300:359-67.
  9. 聚碳酸酯,維基百科。
  10. 〈廢光碟片回收處理技術之探討〉,劉敏信、陳文裕。
  11. 光氣,行政院毒災防救管理資訊系統。

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