高機能有機微粉體材料技術與應用

 

刊登日期:2020/10/14
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陳意君、高宥榛、陳凱琪/工研院材化所
 
微粉體材料包括高分子粉體、無機粉體、金屬粉體、金屬氧化物、陶瓷粉體以及奈米粉體材料等。有機高分子粉體中壓克力微粉體因具高透明、製作容易、原料便宜、特性容易調控等優點而被廣泛應用於電子/光電組件、油漆塗料、化妝品以及生命科學等範疇。市場預估,2019年壓克力粉體全球市場銷售金額約150億台幣,同時仍以0.5%微幅持續成長。
 
微粉體材料應用
微米級壓克力粉體材料應用中,以顯示面板、LED光罩用的光擴散劑為最大宗,佔壓克力微粉體使用量的60%以上;其次是應用在生命科學/個人照護產品部分,如食品包裝添加材或是防曬霜、粉底等化妝品。此外,壓克力微粒同時被應用於整形美容組織填充劑上,生命科學/個人照護產品佔壓克力粉體使用量的16%左右。其餘應用,如民生化工類使用量約占7%;建築類如塗料、油漆等方面使用量約占12%。就生產基地而言,光擴散相關應用最大生產基地在中國;生命科學/個人照護應用生產基地則以日本、歐洲、中國、韓國及北美等地為主。
 
面板顯示器、LED光電元件應用
2019年全球光擴散劑使用量約為3,800噸,一般擴散面板/膜(圖一)使用的擴散微球價格每公斤約台幣300~500元不等,粒徑以20μm以內為最大宗。光擴散劑另一用途是在LED照明蓋(圖一)部分,此部分需求主要透過擴散劑有效的將LED點光源均勻散射,使耀眼的入射光變成親和人眼的均勻柔光,在勻光的同時擴散劑需保有高透光性,以減少因擴散劑的添加而減少透光率,降低光源效率。相較於一般使用的無機物系列的氧化鈦、硫酸鋇等擴散劑,壓克力光擴散劑具有高透光性、減少整體光線透過率損失,可有效提高清晰度的效果,一般用於光學特性要求較高的領域。
 
圖一、光擴散劑應用包括顯示面板、LED照明等
 圖一、光擴散劑應用包括顯示面板、LED照明等
 
此外,壓克力高分子球(通常是2~10μm)經過金屬電鍍形成導電粒子,再與樹脂混摻製作成膜後就是一般所稱的異方性導電膜(Anisotropic Conductive Film; ACF),如圖二。異方性導電膜主要作用是連接二種不同基材與線路,廣泛用於IC與LCD、FPC與LCD、IC與Film之間的壓合綁定,應用領域包括顯示器、LED、穿戴式電子產品、Solar Cell Bonding等。2019年全球ACF銷售金額約137億台幣,銷售量約1,110千Km。ACF產品取代了傳統高溫焊錫製程,也因為ACF具高精密與低溫連接(<200℃)、高信賴電子組裝等優點,市場預估2020-2023年ACF使用量每年將有2.1%成長率。
 圖二、ACF_COG(Chip On Glass)構裝製程
圖二、ACF_COG(Chip On Glass)構裝製程
 
塗料、抗沾黏等應用
高分子微球製備時透過交聯劑交聯材料因而具有耐化、耐溶劑等性質,圓球狀微粒材料搭配塗料塗覆於載體表面,球狀材料在塗層表面形成凹凸狀而達到散光、消光效果,進而讓塗層具有柔和細膩質感。此外,壓克力微粒聚合物具有優異壓縮回覆性和柔軟性,因其質地柔軟(塗層表面上的柔軟感),可賦予塗膜耐刮擦特性,當添加到塗料/油墨塗料中時,顆粒可防止塗料表面上的刮痕。
 
一般低交聯的壓克力球(圖三(b))材料在受力後容易形變,形變後的回彈率不高,形變後球體只有少量回彈;而圖三(a)球體則在一定受力再將壓力去除後,材料幾乎完全回彈至原來形貌。在耐刮塗料添加粉體選擇上,圖三(a)材料由於具有優異回覆性和柔軟的功能,當添加到塗料/油墨塗料中時,可同時具有軟質與耐刮擦等特性。另外,壓克力微球產品亦廣泛應用於雙軸延伸膜(eg. BOPP)的添加上,主要應用於---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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