林顯光／工研院材化所
壓克力是高分子界裡，結構最多變、應用也最廣的一種高分子，相關的應用包含民生、電子、光電等領域。壓克力高分子在工研院材料所成立之初，就被列為重點開發項目，迄今服務國內廠商達數十家。本文說明材化所開發之各種壓克力高分子的應用，包括乾膜光阻、液態綠漆、液態光阻、彩色光阻、紫外光解膠切割膠帶、生質光阻，以及用於偏光片/保護膜的感壓膠、光學透明黏著膠等。面對新材料需求不斷出現，壓克力高分子亦將繼續以其千變萬化的獨特面貌，一一突破並滿足各種工業需求的挑戰。
【內文精選】
前 言
工研院材料所（材化所前身）自民國73年起就致力於各種光、電用高分子材料的開發，可說是我國最早也最全面開發光電高分子材料的單位。當時執行計畫的部門是特殊高分子實驗室，在實驗室主任劉仲明博士的帶領下，陸續投入用於印刷電路板、半導體、平面顯示器、發光二極體及太陽電池等產業的各種高分子材料研發，並以技轉、授權、試量產或新創公司的模式，服務國內的廠商達數百家。其中，壓克力是應用最多的高分子之一。
壓克力高分子的多變結構
2. 不飽和壓克力單體
圖一是含有各種單官能基的不飽和壓克力單體，可粗分為丙烯酸(Acrylate)及甲基丙烯酸(Methacrylate)兩大類。丙烯酸類單體具有較快的反應性，但反應後高分子的Tg（玻璃轉移溫度）較低，可以依不同需求設計其軟硬度。我們可以選擇不同的單體組合，調控其高分子的Tg，例如短鏈段側基較硬，長鏈段側基較軟，如此可以調整壓克力高分子的Tg從-79˚C至100˚C以上。此外，單體的極性差異也很多，通常帶有極性基的單體，具有較好的親水性，例如MAA的羧基、HEMA的羥基、ACMO的嗎啉基(Morpholine)、VP的醯胺基等，可以調整壓克力高分子的水溶性或吸水性。
圖一、單官能基壓克力單體
壓克力高分子的廣泛應用
接下來說明工研院材料與化工研究所開發的各種壓克力高分子之應用。
1. 乾膜光阻
乾膜光阻(Dry Film Photoresist)是印刷電路板(PCB)製造過程中，用於銅導線蝕刻的一種電子材料，它具有感光硬化性，可以在紫外線曝光(UV Exposure)前，對顯影液(Developing Solution)有溶解性，但在紫外線曝光後，轉變成不溶解於顯影液，所以可以在銅導線上形成圖案，裸露出的銅面，再經過蝕刻液（例如氯化銅水溶液）蝕刻後，就可以得到精細的銅導線。
乾膜光阻的組成包含壓克力高分子(Binder)、光起始劑、多官能基壓克力單體、熱聚合抑制劑、染料及密著促進劑等。此感光性組成物是塗佈在聚酯(PET)膜上，再貼附聚乙烯(PE)膜，收卷成三明治結構。高分子上的羧基可以使光阻在顯影時，溶於1%碳酸鈉水溶液，且經過蝕刻後，在剝膜(Stripping)製程中，可以被強鹼（例如1~3% NaOH）移除。兩種帶有烷基的壓克力單體，可以經由烷基的長短，來控制壓克力高分子的軟硬度，需要符合收卷、熱壓合(Lamination)至銅面、顯影形成微胞等物性要求。材化所於乾膜光阻的合成、配方及成捲塗佈等技術依序轉移給國內長興化工、大東樹脂及台硝等公司。
4. 彩色光阻
彩色光阻(Color Resist)是液晶顯示器(LCD)的結構中，製造彩色濾光片(Color Filters)的彩色塗料。彩色光阻的色彩飽和度，決定了LCD的彩色畫質。彩色光阻的組成包含壓克力高分子、光起始劑、多官能基壓克力單體、熱聚合抑制劑、熱交聯劑、顏料及密著促進劑等。其中所用的壓克力高分子結構如圖五所示，聚合單體組成包含帶有羧基的壓克力單體、至少兩種帶有烷基的單體、帶有苯環的壓克力單體（例如甲基丙烯酸苯甲酯）、帶有羥基的單體（例如甲基丙烯酸羥乙酯）等。其中羧基是用於鹼水顯影（例如四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀水溶液）；苯環的導入可提高耐熱性並增加與顏料的相容性；羥基則是用於將Binder與熱交聯劑進行交聯，進而形成網狀結構。
圖五、用於彩色光阻的壓克力高分子
彩色的來源是採用了多種色系的顏料，包含紅、綠、藍、黃、紫及黑等有機顏料，為了達到CIE色度圖面積的極大值，通常綠色是由綠色及黃色顏料進行調色；紅色是由紅色及黃色顏料進行調色；藍色是由藍色及紫色顏料進行調色。這些有機顏料都需要添加分散劑(Dispersants)的保護，並經由奈米研磨機充分地研磨至小於100奈米。材化所在彩色光阻的Binder合成、感光配方及研磨等技術依序轉移給國內南亞電子、長興化工及永光化學等公司。
7. 用於偏光片/保護膜的感壓膠(PSA for Protective Film/Polarizer)
偏光片是液晶顯示器中的重要材料，它位於液晶顯示器外側，貼附於上下玻璃面的多層薄膜，其結構包含PET保護膜/TAC（三醋酸纖維素）膜/PVA偏光子/TAC膜/高黏性壓克力感壓膠/離型膜。其中PET保護膜是經由一層低黏性的壓克力感壓膠，貼附於TAC膜上，與離型膜上的高黏性壓克力感壓膠成分類似，不同處在於二者的交聯程度不同。
這兩種壓克力感壓膠的組成包含黏著性壓克力高分子、熱交聯劑、熱反應觸媒等。其中所用的黏著性壓克力高分子結構如圖九所示，聚合單體組成主要是由丙烯酸丁酯及帶有羥基的壓克力單體…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》405期，更多資料請見下方附檔。