偏光板TAC回收與應用技術

 

刊登日期:2017/11/5
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三醋酸纖維素(Cellulose Triacetate或Tri-acetyl Cellulose,簡稱TAC)是由天然纖維素與醋酸酐反應製得的高分子,用於液晶顯示器的偏光板材料。圖一為偏光板構造圖,主要結構為PVA膜加碘的偏光膜和上/下兩層TAC膜,外層再加上保護膜、感壓膠、離型膜。保護膜必須耐刮傷、耐髒汙。而除去離型膜後,感壓膠層可以方便與液晶槽貼合。國內光電廠每年約有數百萬噸的廢棄偏光板產出,其處置方式主要以掩埋或焚化為主,造成環境汙染及資源浪費,若可將廢棄TAC膜進行回收(Recycling),將可減少製造過程中產生的浪費與環境汙染。

偏光板產業現況
據市場分析,2015年偏光板市場規模約為4.4億平方米(圖二),台灣約占0.95億平方米,偏光板上游的主要原材料TAC膜和PVA 膜更是被日本企業牢牢掌控。全球主要偏光板供應商集中於日本、韓國及台灣地區,日本主要是日東電工、住友化學、三立化學;韓國為LG化學;台灣的主要製造廠是力特光電、明基材料與奇美材料。根據全球LCD需求發展情況,預計至2018年,全球偏光板需求將達到5.16億平方米,市場規模接近120億美元(圖三)。

圖三、2014~2018年全球偏光板需求量
圖三、2014~2018年全球偏光板需求量

三醋酸纖維素
TAC是由天然纖維素與醋酸酐經由酯化反應製得的高分子,在反應過程中使用硫酸作為催化劑(圖四)。其中醋酸化程度(Degree of Acetylation)決定醋酸纖維素的特性,通常TAC的醋酸化程度約為59~62%,僅溶於氯仿等有毒溶劑,用於電絕緣薄片、電影膠片、片基等;二醋酸纖維素(Cellulose Diacetate; DAC)的醋酸化程度約為50~58%,溶於丙酮等溶劑,可以生產人造絲、膠捲、香煙過濾嘴;醋酸化程度更低的醋酸纖維素則製為塑膠,用於汽車方向盤、鋼筆桿、玩具等。TAC與DAC都是屬於高透明性的樹脂,但是TAC比DAC具有較高的耐熱性,所以TAC較適合作為偏光板的保護基材。而醋酸纖維素中最大量的應用為香煙過濾嘴。全球的醋酸纖維素主要生產公司有Celanese Acetate、Eastman、Primester及Daicel公司。

圖四、三醋酸纖維素的合成反應圖
圖四、三醋酸纖維素的合成反應圖

偏光板回收流程與應用
1. 回收流程
將廢偏光板中之TAC膜取出,得到的回收TAC先進行純化,再以化學水解法進行水解反應,其步驟如下:
①將回收TAC置於冰醋酸中,加熱冰醋酸溶液至100˚C,使TAC完全溶解於冰醋酸中,而無法溶解的雜質等,將以過濾方式去除。
③加入醋酸鎂進行中和反應,中和硫酸。
⑥產物進行乾燥後,即可得到醋酸纖維素片基。(此為部分節錄資料,完整內容請見下方檔案)

由於TAC在許多溶劑內不溶解,只能溶於氯仿、冰醋酸、二氯甲烷及二甲基乙醯胺等溶劑中,又缺乏可塑性,因而限制其在工業上的應用性。因此在生產工業上,TAC會經過水解程序來降低取代度,使其轉變為DAC,便可溶於丙酮等溶劑。取代度(Degree of Substitution; DS)是纖維素上羥基被其他官能基取代的數目,依取代度的不同,其溶劑也會有所不同。由於纖維素分子鏈中每個葡萄糖單元上只有…...以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:許玉瑩、張德宜/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」371期,更多資料請見下方附檔。


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