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科技專案成果

智能高分子材料,高值問世 熱/光刺激、自我修復雙軸並進
發佈日期:2019-03-12
單位:財團法人塑膠工業技術發展中心
案例年度:2018
簡介:
塑膠工業技術發展中心聚焦多次使用、高強度的「智能膠體塗層」課題,研發出2項智能高分子材料,悉數導入IC封裝、3C電子、自行車到合成皮革等產業。技研成果兼顧一般材料與特殊功能產品的需求,對我國工業發展綠色環保高值化的產品,寫下重要一頁。

特色:

獎項名稱:傳統產業加值貢獻獎
執行單位:財團法人塑膠工業技術發展中心
計畫名稱:刺激響應分子材料開發及應用計畫(3/3)
資料出處:107年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

地球環境在人類經濟發展的高度耗用下,產生氣候變遷與資源漸匱的改變,環保意識與行動也在工業界受到重視與響應。其中,對工業材料的要求逐漸朝向輕量化、綠能設計與可重複使用等特色。
 

我國雖然具備完整的IC 封裝產業鏈、上游化工基礎原料製造的能量,但所需使用的智能材料卻百分百仰賴進口(主要為日本),特別是IC封裝製程缺乏高強度/高功能性的智能膠體技術。
 

但現在,由塑膠中心投入發展的「智能膠體塗層」,以自主式石化原料開發智能熱/光刺激、自我修復高分子材料為主的研究課題,已經為臺灣產業建立智能高分子材料關鍵技術,開啟一扇光明之窗。
 

智能高分子出發,兩項材料見新猷
 

塑膠中心投入開發智能膠體塗層的前因,主要是現有原料的解膠條件,無法符合業界所需。簡單來說,膠體塗層是界面處理技術,在很多行業都用得上。以往的相關技術走向,皆朝向高強度或低強度多次使用發展,獨獨缺乏多次可使用特性的高強度界面處理技術。
 

這回,塑膠中心依循智能型高分子材料的趨勢,研發出「自我修復材料自主技術」。其利用化學分子改質與材料接枝等技術,進行縮和聚合方式,形成具自我修復功能的聚胺酯系統材料。
 

這項研發成果旋即在鞋業和自行車業獲得驗證。例如,本土知名自有品牌鞋業開發出自我修復功能的皮鞋,而國際知名自行車廠商聯合國內本土下游噴塗廠發展出高值的自行車構件,是國內首見、兼顧智能科技與環保再生特質的高端消費商品。
 

另一方面,塑膠中心也抓緊國際熱/光智能型高分子材料的發展趨勢,投入熱/光刺激高分子合成加工技術的自主化。利用微球改質開發,進而運用化學分子結構設計改質技術,藉由歷年科專研發基礎使用物理及運用化學改質技術,延伸開發出的熱/光刺激響應高分子材料。
 

這項定位高值的技術,也成功推廣於IC封裝製程、3C及原料等產業,其中「智能封裝離型膜」、「智能膠」已陸續投入於產線上應用,並帶動在臺傳統溶劑第一大廠的高值化。
 

自修皮鞋

▲ 自修皮鞋
 

實驗反覆除錯,看到坑正面迎戰
 

在開發過程中,塑膠中心的研發團隊從原料著手,進行配方與製程的設計。其中,在熱刺激高分子合成加工技術研發過程,遭遇到困難點。
 

「我們發現不易控制反應放熱、應內聚力不足會產生殘膠現象,而且微球在改質過程也有聚集等現象。」團隊透過反覆地試驗及討論,終於在內聚力與黏著力之間取得平衡,突破了現有技術障礙。這項解開瓶頸的技術,後來獲得國內「微囊熱解膠之製造方法」的發明專利。
 

但在光刺激高分子合成加工技術方面,該團隊面臨的最大挑戰則是聚合的困難。為了克服「內聚力不足」的課題,團隊投入糖醇分子的研究,在「增加與膠體鍵結,提高膠體內聚力、避免殘膠...」過程,反覆實驗除錯。
 

最後成功找出光刺激響應材料的界面貼合強度的解決方案-不但膠體黏著強度高於市場要求,而且產品剝離後不留殘膠。團隊逐一克服研發初始面臨的種種挑戰,於臺美兩國進行專利佈局,取得多項發明專利。
 

3年來,研究團隊走過很多的彎路,即使再困難,大夥們在計畫主持人帶領下總能迎接挑戰。回首在實驗室挑燈夜戰的日子,協同主持人總帶著瀟灑的口氣淡淡說:「有些坑,你看到了,不要繞開,也不應該繞開,應該帶著微笑勇敢地走過去。」堅持創新,對的事,勇敢去做就對了。
 

showroom-智慧材料專區

▲ showroom-智慧材料專區
 

晶元片

▲ 晶元片
 

自我修復技術,產出高值智能材料
 

就廣泛的產業價值角度來看,塑膠中心研發出的自我修復材料,可於常溫25℃下,3秒內修復裂紋;熱刺激高分子材料在150℃下,3分鐘解黏,黏著力趨近於零。
 

這項突破性技術不只協助中堅企業升級轉型,開發高值刺激響應智能材料,由丙二醇甲醚丙烯酸酯單體(OBA)製成的熱刺激智能防水膠與UV 光硬化油墨樹脂,價值更提升7~8倍-亦即原本OBA溶劑每公斤僅值50元,轉型為高值化的智能膠後,每公斤賣價翻升超過15倍,達760元,已實際在國內業者的產線量產。
 

根據塑膠中心的資料,此計畫全程3年,技術成果衍生的功能性產品,提升了7~8倍附加價值,有利於傳產轉型升級。例如,高溫型智能性刺激響應材料高值產品,應用於IC封裝製程。
 

非僅如此,研發團隊還以技術授權暨專利應用方式,協助全球第一大半導體製封裝廠之本土供應商開發「智能封裝離型膜」產品,已應用於IC封裝捲帶式製程。這款供應IC封裝廠的新料源,讓國內IC封裝廠在既有的進口品之外,有本地自主穩定供應的料源選項。而其較原PI貼合膜產品的價格提升3倍,預估帶動影響產值約達5,370萬元。
 

光固化修補材料,載入全臺知名積體電路廠用料庫
 

研發成果之一的UV光固化修補材料導入黃光製程,也有實際應用案例。例如,進入全臺知名積體電路廠的黃光製程載台先期測試,試用結果為對晶圓無汙染,已登入該公司化學安全資料庫,持續運用於黃光製程載台修復耗材。
 

另外,熱刺激智能防水膠與UV 光硬化油墨樹脂,也應用於世界第一大筆記型電腦鍵盤製造商。此技術採用光固化製程,讓印刷製程由兩步法縮減為一步光固化,不但符合製程節能的特性,也增加鍵盤印刷成品的精緻度。日前預估可提升生產速率約30~50%,已實際交貨予戴爾電腦。
 

綜合而言,塑膠中心在智能型高分子材料加工技術的研發課題下,成功促成多項技術跨產業的應用,包括熱刺激智能防水膠、UV光硬化油墨樹脂,以及智能封裝離型膜。這些應用由材料端導入IC封裝、3C電子、自行車到合成皮革等產業,兼顧一般材料與特殊功能產品,形成跨產業多元應用,對我國工業發展綠色環保高值化的產品,寫下重要的一頁。
 

研發團隊合影

▲ 研發團隊合影
 

【專家推薦】
 

我國IC封裝產業及上游之智慧材料與智能膠體技術100%仰賴進口(主要為日本)。因此,本計畫發展自主的石化原料開發智能熱/光刺激、自修復高分子材料,建立智慧型高分子材料關鍵技術,以彌補產業缺口,布局自主產業鏈自主及協助傳統產業轉型升級,其成果如下:
 

1. 高值刺激響應智能材料加工技術,由丙二醇甲醚丙烯酸酯單體(OBA)製成熱刺激智能防水膠與UV光硬化油墨樹脂,價值提升7~8倍(OBA溶劑50元/KG→智能膠760元/KG),達到國內自主應用並跨入國內IC封裝製程供應鏈。
 

2. 智慧型高分子材料加工技術應用平台,協助國內傳統塑膠業者升級轉型,結合國際前瞻的智慧型高分子材料發展趨勢,應用領域涵蓋IC封裝、3C電子、自行車、合成皮革等產業。
 

3. 3年技轉20家次,促成廠商投資3.07億元,產值5.828億元,新增就業人數42人次,協助廠商成功發展智慧型高分子高值產品「熱刺激智能防水膠」、「UV光硬化油墨樹脂」及「智能封裝離型膜」。


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