HDPE｜塑木的塑膠基材
塑木用 HDPE 當基材，關鍵在溫度：HDPE 在 120～130℃ 就熔化，擠出可以在 200℃ 以下完成，木粉不會焦掉。但 HDPE 和木粉天生黏不在一起，要靠耦合劑搭橋。
塑木（木塑複合材料，WPC）是把塑膠加熱熔化，和木粉混在一起擠出成型。熔化的塑膠是基材，冷卻後把木粉包住；木粉是填充物，本身不熔化。這篇講 HDPE 為什麼適合當基材，又要補上什麼才站得住。
為什麼寫這篇
「塑木是用什麼塑膠做的？」常被問到，答案也常被簡化成一句：「HDPE 很環保、好回收。」
這句沒錯，但沒說到重點。一種塑膠能不能當塑木的基材，先看它能不能在木粉焦掉之前熔化，再看它能不能跟木粉黏在一起。這兩件事講清楚了，看到任何一種塑膠寫進塑木配方，都能自己判斷說不說得通。
HDPE 是什麼
每天喝的公升裝牛奶瓶，瓶底的回收標誌多半是 2 號：HDPE（高密度聚乙烯）。
圖｜公升裝牛奶瓶多半是 HDPE，瓶底標示 2 號
定義：聚乙烯裡密度最高的一類
HDPE 是由乙烯聚合而成的聚乙烯（PE）。聚乙烯依密度分類，密度 0.941 g/cm³ 以上的，稱為高密度聚乙烯；塑膠袋、保鮮膜用的低密度聚乙烯（LDPE），密度約在 0.91～0.94 之間。
同樣是聚乙烯，密度差在分子的形狀。HDPE 的分子鏈支鏈少、接近直線，排列得緊密，結晶度可達約 80 %；LDPE 支鏈多，結晶度約 35 %。結晶多，HDPE 就比 LDPE 硬、強度高，外觀也不透明。
特性：和塑木有關的幾項
| 性質 | 典型值 | 對塑木的意義 |
|---|---|---|
| 密度 | 0.941 g/cm³ 以上 | 比水輕 |
| 熔點 | 約 120～130℃ | 低於木粉開始劣化的溫度 |
| 吸水率（浸水 24 小時） | 約 0.01～0.03 % | 幾乎不吸水；塑木的吸水來自木粉 |
| 抗彎彈性模數 | 約 1.2 GPa | 偏軟；塑木的剛性要靠木粉撐起來 |
| 線膨脹係數 | 約 110～120 μm/m·℃ | 熱脹冷縮大；加了木粉才降下來，戶外塑木地板的上限是 50 μm/m·℃ |
| 熱變形溫度（0.45 MPa） | 約 76℃ | 受熱變軟，長期受力會潛變 |
典型值依樹脂等級而不同，這裡取的是一般參考值。
其餘幾項性質：
- 分子只有碳和氫，不含氯
- 耐酸鹼，常溫下沒有溶劑能溶解它
- 非極性，表面像蠟，很難用黏膠黏合
- 熱塑性：加熱熔化、冷卻成形，可以反覆加工，廢料能回收再用
- 有韌性：比 PS、PVC 不容易脆裂，低溫下也是
判準：HDPE 本身偏軟、熱脹大，塑木的剛性與尺寸穩定，主要靠木粉撐起來。
塑木為什麼用 HDPE 當基材？
溫度：在木粉焦掉之前熔化
木粉本身不熔化，只會在高溫下劣化。所以塑膠的熔點與加工溫度，都得落在木粉受得了的範圍之內。
| 材料 | 溫度 |
|---|---|
| HDPE | 熔點約 120～130℃ |
| 塑木擠出 | 一般控制在 200℃ 以內 |
| 木粉 | 約 200～220℃ 開始熱劣化，超過即焦化、變色 |
| PET | 熔點約 250～260℃ |
圖｜HDPE 的熔點到木粉開始劣化之間，留有七十度以上的加工空間；PS 的擠出溫度與木粉開始劣化的溫度重疊；PET 的熔點落在木粉耐熱上限之外
HDPE 從熔化到木粉開始劣化，中間有七十度以上的空間，擠出溫度可以穩穩控制在木粉受得了的範圍內。PET 則相反：要讓它熔化，得熱到木粉會焦掉的溫度，見〈PET、HDPE都可經濟回收，為何塑木不用PET?〉。
判準：塑膠要能在木粉焦掉之前熔化，才當得了塑木的基材。
不含氯
PVC（聚氯乙烯）的分子裡有氯。受熱時會脫去氯化氫，加工必須加熱穩定劑來抑制，氯化氫也會腐蝕設備；燃燒時，氯是戴奧辛生成的來源之一。
HDPE 只有碳和氫，完全燃燒的產物是二氧化碳和水，不會產生氯化氫。
圖｜聚乙烯只有碳和氫；聚氯乙烯多了一個氯
回收料好取得
HDPE 是 2 號塑膠，牛奶瓶、清潔劑瓶都是，回收分類成熟，是少數經濟上可回收再利用的塑膠之一，另見〈真能回收再利用的二種塑膠〉。塑木可以用回收 HDPE 當原料。
▲ HDPE 本身不耐紫外線
HDPE 長期日曬，會因光氧化而變脆。戶外用的塑木，要在配方裡加紫外線吸收劑、光安定劑與抗氧化劑。塑木的耐候性是配方給的，不是 HDPE 天生就有。
HDPE 還有兩個性質，決定了塑木怎麼用：
- 熱脹冷縮比木材大——鋪設時要留伸縮間隙，見〈塑木地板的卡扣工法：怎麼控制板往哪個方向伸縮〉
- 長期受力會潛變——塑木能當地板，靠木粉撐起剛性，骨架每隔一段就撐住它；不能當梁柱這類結構材，見〈預組式鋁製欄杆｜塑木欄杆〉
HDPE 和木粉黏不在一起：要靠耦合劑
木粉表面布滿氫氧基（–OH），是極性、親水的；HDPE 是非極性、親油的。兩者互斥，界面留下空隙。受力時，應力從塑膠傳不到木粉，材料容易從界面裂開。
解法是加耦合劑。常用的是馬來酸酐接枝聚乙烯（MAPE）：一端的馬來酸酐可以和木粉的氫氧基反應，另一端的聚乙烯鏈和 HDPE 分子纏在一起，在兩者之間搭橋。
圖｜左：沒有耦合劑，界面互斥、留下空隙；右：耦合劑一端接木粉，一端與 PE 分子鏈纏結
ℹ 耦合劑的作用不只是化學鍵
一般的解釋是耦合劑和木粉產生化學鍵結。研究也發現，改善的效果不全然來自化學鍵結：耦合劑讓塑膠更能潤濕木粉表面、木粉分散得更均勻，同樣是關鍵。
判準：HDPE 要靠耦合劑，才能和木粉結合成一體。
其他塑膠呢？
| 塑膠 | 能否當基材 | 說明 |
|---|---|---|
| PP | 可以，常見 | 熔點約 165℃，同樣在木粉劣化溫度之下 |
| PVC | 可以，需穩定劑 | 含氯，加熱會分解出氯化氫（也就是鹽酸的氣體），刺激眼睛與呼吸道、腐蝕機器 |
| PET | 不行 | 熔點約 250～260℃，高於木粉劣化溫度，見〈PET、HDPE都可經濟回收，為何塑木不用PET?〉 |
| PS | 可以，但少用 | 沒有熔點，擠出約 200～240℃，與木粉開始劣化的溫度重疊；質地脆，要加 SMA 相容劑，少用於戶外地板。不含木粉的 PS 板材屬於仿木，見〈PS仿木 vs. PE塑木〉 |
塑木與仿木的差別，另見〈塑木複材與塑膠仿木的差別〉。
延伸閱讀
- PET、HDPE都可經濟回收，為何塑木不用PET?——PET 要熔化，得熱到木粉會焦掉的溫度
- PS仿木 vs. PE塑木——不含木粉的塑膠板，是仿木不是塑木
- 真能回收再利用的二種塑膠——寶特瓶與牛奶瓶，各有各的去處
附註：本文的依據與性質
• HDPE 定義、密度與熔點——HDPE 以密度 ≥ 0.941 g/cm³ 定義；中、高密度聚乙烯熔點一般為 120～130℃；結晶度由 LDPE 約 35 % 到 HDPE 約 80 %，與密度近乎線性相關。Polyethylene（Wikipedia）。為一般物性參考值，個別樹脂等級會有差異。
• HDPE 典型值——吸水率、抗彎彈性模數、線膨脹係數、熱變形溫度，取自兩份 HDPE 技術資料：INEOS〈Typical Engineering Properties of High Density Polyethylene〉（線膨脹係數 12×10⁻⁵ cm/cm·℃、24 小時吸水率 0.03 %）；Laminated Plastics〈Technical Data Sheet: High Density Polyethylene〉（ASTM D790 抗彎彈性模數 174,000 psi ≈ 1.2 GPa、ASTM D696 線膨脹係數 6×10⁻⁵ in/in·°F ≈ 108 μm/m·℃、ASTM D570 24 小時吸水率 < 0.01 %、ASTM D648 熱變形溫度 76℃）。均為廠商典型值，非規格值。
• 戶外塑木地板線膨脹係數上限——EN 15534-4:2014 表 8，≤ 50×10⁻⁶ K⁻¹（即 50 μm/m·℃）。
• 木質纖維的熱劣化溫度——Mitaľová, Z., Mitaľ, D., & Berladir, K. (2024). A Concise Review of the Components and Properties of Wood–Plastic Composites. Polymers, 16(11), 1556. doi:10.3390/polym16111556。文中指出木材熱穩定性限制塑木加工溫度約 200～220℃。
• 塑木擠出溫度——Hatch, M. C. (2008). Processing, mechanical, and environmental performance of engineering polymer wood plastic composites（碩士論文，Washington State University）。PDF。
• PET、PP 熔點——與〈PET、HDPE都可經濟回收，為何塑木不用PET?〉同一組取值，為一般物性參考值。
• PS 擠出溫度與斷裂伸長率——INEOS Styrolution 技術資料：Styrolution PS 158K（一般用途 PS）擠出溫度不超過 240℃、ISO 527 斷裂應變 3 %；Styrolution PS 485N（耐衝擊 PS）片材擠出熔體溫度 200～240℃、斷裂應變 35 %。為廠商典型值，非規格值。
• PS 為什麼沒有熔點——熔點是結晶融化的溫度。一般用途 PS 為無規立構，苯環方向隨機，分子鏈無法規則排列，不會結晶，因此沒有熔點，只有約 90℃ 的玻璃轉移溫度，高於此溫度後逐漸軟化。苯環規則交替排列的對排 PS（syndiotactic PS）可以結晶，熔點約 270℃，屬工程塑膠，與一般用途 PS 不同。Polystyrene（Wikipedia）
• PS 加木粉——SMA 即苯乙烯－馬來酸酐共聚物，作用與 HDPE 用的 MAPE 相同：苯乙烯段與 PS 相容，馬來酸酐接木粉（此為依分子結構所作的原理說明）。Poletto, M., Dettenborn, J., Zeni, M., & Zattera, A. J. (2011). Characterization of composites based on expanded polystyrene wastes and wood flour. Waste Management, 31(4), 779–784. doi:10.1016/j.wasman.2010.10.027。以回收 EPS 加木粉，SMA 為相容劑；木粉比例提高，力學性能下降，加 SMA 後改善。本文僅取得摘要，未取得全文。
• PVC 熱分解與氯化氫——Yu, J., Sun, L., Ma, C., Qiao, Y., & Yao, H. (2016). Thermal degradation of PVC: A review. Waste Management, 48, 300–314. doi:10.1016/j.wasman.2015.11.041。本文僅取得摘要，未取得全文。氯化氫對人體的影響（刺激眼、鼻、喉與呼吸道）見美國 NIOSH〈Pocket Guide to Chemical Hazards: Hydrogen chloride〉。
• PVC 與戴奧辛——Zhang, M., Buekens, A., Jiang, X., & Li, X. (2015). Dioxins and polyvinylchloride in combustion and fires. Waste Management & Research, 33(7), 630–643. doi:10.1177/0734242X15590651。本文僅取得摘要，未取得全文。
• HDPE 光氧化與安定劑——Fairbrother, A. et al. (2019). Temperature and light intensity effects on photodegradation of high-density polyethylene. Polymer Degradation and Stability, 165, 153–160. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2019.05.002；Gugumus, F. (1990). Photo-oxidation and Stabilization of Polyethylene. In G. Scott (Ed.), Mechanisms of Polymer Degradation and Stabilisation. Springer. doi:10.1007/978-94-011-3838-3_6。兩篇均僅取得摘要，未取得全文。
• 耦合劑機制——Hao, X. et al. (2021). Interfacial adhesion mechanisms of ultra-highly filled wood fiber/polyethylene composites using maleic anhydride grafted polyethylene as a compatibilizer. Materials & Design, 212, 110182. doi:10.1016/j.matdes.2021.110182。該研究以高填充木纖維／PE 複材為對象，指出力學改善與接枝量並非正相關，潤濕與分散同樣重要。本文僅取得摘要，未取得全文。
• 韌性、熱脹、潛變——為 HDPE 的一般材料性質，定性陳述。