未來5~10年，在新能源輕量化汽車、綠能、建築等終端耐候用途的驅動下，耐候塑料用量將會日益升溫。目前工研院材化所率先創新導入耐候新結構Nylon工程塑膠常壓製程共聚材料，其具有優異之耐候、耐久與機械性質，未來有機會應用於戶外需要長期耐候/耐久/耐蝕特性製品，如綠能產業（太電/風電/輕量化EV外板件）等部品，極具發展潛力。
本文將從以下大綱，介紹耐候高分子材料的設計研製與國外耐候工程塑膠的發展現況，以及工研院材化所在耐候工程塑膠的研發做一扼要介紹。
‧前言
‧改善高分子材料耐候性的設計考量點
1. 本質耐候聚合體的分子結構設計
2. 外部添加耐候改質劑的耐候高分子材料之配方設計
(1) 紫外線吸收劑(UVA)
(2) 阻胺類光安定劑(HALS)
‧國外耐候工程塑膠的發展現況
1. DuPont™ Rynite® 540SUV耐候工程塑膠材料
2. FRP太陽能電池模組安裝支架/基座
3. 耐候Nylon工程塑膠（旭化成）
‧工研院材化所研發之耐候耐久性工程塑膠材料
‧結論
【內文精選】
前言
金屬塑膠化訴求輕量化/強韌/耐腐蝕耐久/耐化學/易成型加工製造，且具價格優勢競爭力等利基。據市場調研機構Research and Markets最新資訊揭露，在2015~2020年間，全球工程塑料市場預計將達970億美元，市場複合年增長率將高達7.6%。Markets and Markets的市場報告也指出，2018年全球工程塑料的市場需求量約為1,691萬噸，並以每年8.9%成長率穩定增加。
然而，除了含氟/氯/硫等元素成分的高分子及苯環系超級工程塑膠（LCP、PPS、PES、PSF、PAR、TPI、PAI等）分子結構有較高的鍵結能(Bonding Energy)與凝集能(Cohesive Energy)之外，大部份的高分子材料應用於戶外，極易受長期UV等高能紫外光及濕熱環境影響，而誘發斷鏈裂解而劣化。因此，如何設計與研製高耐候聚合材料已為全球各大化學公司眾所聚焦及關切的研發課題！
改善高分子材料耐候性的設計考量點
2. 外部添加耐候改質劑的耐候高分子材料之配方設計
除了透過設計聚合物材料的本質耐候分子微結構，也可透過添加劑(Additives)配方來提升材料耐候性。抗紫外線安定劑系統主要有紫外線吸收劑(UVA)和阻胺類光安定劑(Hindered Amine Light Stabilizer; HALS)兩大類。
(2) 阻胺類光安定劑(HALS)
HALS的耐候機制如圖二所示。HALS光安定劑具有高度的自由基捕捉能力，並在捕捉後躍遷至穩定態。
圖二、阻胺類光安定劑(HALS)的耐候機制
上述透過外部添加耐候改質劑的耐候高分子材料的配方設計，需注意其與基材(Matrix)的相容性，避免遷移產生而失效！另外，這類耐候改質添加劑的價格昂貴，如何透過有效的分散製程來提升分散性，據此降低添加量也是關鍵議題。
國外耐候工程塑膠的發展現況
1. DuPont™ Rynite® 540SUV耐候工程塑膠材料
透過耐候改質添加劑的配方設計來提升聚酯工程塑膠的耐候性質，代表性商品為DuPont™ Rynite® 540SUV耐候工程塑膠材料，其物性與應用於綠能(Green Energy)太電部品如表一、圖三所示。
工研院材化所研發之耐候耐久性工程塑膠材料
工研院材化所(MCL/ITRI)於科專計畫支持下，目前正開發新結構耐候Nylon工程塑膠材料。本技術創新導入抗UV單體的本質耐候型分子結構設計，開發全球首創耐候Nylon常壓聚合製程技術，克服傳統半芳香族耐溫Nylon工程塑膠的高壓製程之設備投資。本新結構耐候Nylon共聚合物具耐候/耐溫/低吸濕/高韌/高結晶/高性能/好加工等特色，且可透過混煉玻璃纖維補強材來研製高性能GFRTP複合材。圖六照片為材化所自行開發的耐候Nylon中間體與耐候Nylon膠粒，座標圖則為具耐候Nylon材料的熱分析圖，可操控共聚耐候Nylon組成之熔點在220~280˚C。透過玻纖補強研製耐候Nylon複合材經加速耐候老化測試，模擬於戶外20年後，拉力強度優於…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、工研院材化所自製共聚耐候Nylon樣品及熱分析圖
作者：高信敬／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」392期，更多資料請見下方附檔。