吳信忠、蘇俊瑋 / 工研院材化所
因應國際上淨零碳排趨勢，國內之研發單位、實驗室、企業與廠商皆針對材料、製程與應用產品進行對應之技術開發。其中，在材料相關技術領域，材料與樹脂相關之研發單位與廠商著手於廢氣或邊料回收再利用、生質材料與應用產品拆解回用等相關技術開發。上述技術所衍生之部分聚合物材料系統，在特性上對於軟性電子之應用格外具備優勢，本文針對國際與國內廠商之材料商品，或其衍生之技術產品進行陳述，了解這些材料技術在未來對於軟性電子相關產品之應用潛力。
【內文精選】
聚氨酯衍生材料與原料
聚氨酯(Polyurethane; PU)主要包含熱塑型(Thermoplastic)與熱固型(Thermosetting)兩類，取決於所使用之原料單體的官能基數。一般來說，由於化學結構上之軟硬鏈段交替結構，使聚氨酯除了具備聚合物特有之撓曲性(Flexible)，亦兼具可拉伸性(Stretchable)。軟性電子在智慧穿戴之應用上，需要可拉伸之材料(Stretchable Material)，因此聚氨酯或其衍生物在軟性電子上的應用整合格外受到矚目。
1. 科思創(Covestro)
科思創在聚合物之生產上，是全球最大生產公司之一，產品應用於汽車、電子和電器、建築與醫療等。其中，在多元醇之生產上，以二氧化碳作為原料合成多元醇之研究或技術已陸續被提出，科思創亦具備此技術。特別的是，針對此項技術，科思創開發一低反應能並可含20%二氧化碳之多元醇產品Cardyon®（圖二）。此多元醇所衍生之熱塑性聚氨酯(ThermoplasticPolyurethane; TPU)可應用於鞋材、工業用管線或織物纖維，顯示出在軟性電子之智慧織物有應用機會。
圖二、科思創開發之元醇產品Cardyon®
聚碳酸酯材料與其衍生物
聚碳酸酯(Polycarbonate; PC)為熱塑性之聚合物，是常用之工程塑料，在適當條件下亦可達到光學級之規格，可使用光氣法或酯交換法進行合成。其中，酯交換法所使用之碳酸酯單體材料，如碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate; DMC)、碳酸乙烯酯(Ethylene Carbonate; EC)與碳酸二苯酯(Diphenyl Carbonate; DPC)，可利用二氧化碳作為反應物進行合成。同時，學術上亦有使用二氧化碳作為反應物聚合形成聚碳酸酯之文獻發表。由此可見，聚碳酸酯材料與其衍生物之相關技術，在減碳技術上為工業界與研發單位之共同發展方向。
1. 財團法人塑膠工業技術發展中心(PIDC)
塑膠中心曾與工研院進行合作，將工研院以二氧化碳轉化合成之聚碳酸酯二醇作為原料，製作成熱塑性聚氨酯之塑膠粒，開發出二氧化碳聚碳酸酯型熱塑性聚氨酯材料(CO2 Based on PCDL-TPU)，並以此塑膠粒進行加工，進行鞋大底之材料成型驗證，規劃導入運動鞋材料之應用。然而，雖然此技術可有效將溫室氣體進行利用，但此材料或其衍生物在製程成本上普遍較石化原物料高，因此需要國內或國際政策之配合，加速導入產業界。
2. 奇美實業(Chimei)
奇美在2022年5月啟動碳捕捉再利用(Carbon Capture and Utilization; CCU)計畫，與工研院合作利用二氧化碳合成之碳酸酯化合物，搭配新型催化劑與反應技術，與雙酚A (Bisphenol A)反應得到固碳PC(圖六)。以雙酚A合成之聚碳酸酯為工業上之重要材料，可成型製作各種塑膠製品。
圖六、奇美實業與工研院合作開發之固碳PC
工研院材化所技術發展
工研院材料與化工研究所成功以二氧化碳進行碳酸酯衍生物之合成，並進一步衍生二氧化碳轉換之多元醇、聚氨酯或聚碳酸酯等材料技術，目前此些技術之產業化推動日益顯著。除了聚合物材料與樹脂產業之相關材料技術，在光電相關產業，工研院材化所在無光罩材料與其製程技術、液晶面板以及太陽能模組之拆解與材料再利用等技術，亦正積極投入資源與人力進行相關之技術開發。
另外值得注意的是，除了材料與其製程，工研院材化所目前亦針對人工智慧(Artificial Intelligence; AI)相關技術能量進行累積，透過材料化學結構、製程參數、物理特性與應用載具特性之資料庫累積，以機器學習(Machine Learning)建立演算模型(Model)，串聯化學結構、製程、物性與應用特性之關聯性，再透過使用者平台之建立，加速材料、製程與應用廠商之技術開發時程。在軟性混合電子之相關技術開發中，材化所已開發建立材料篩選平台技術之模版，透過導線、封裝與基板之資料庫建立，將資料庫之材料資訊與應用特性透過機器學習之演算建立關係模型，使用者可透過此平台進行所需材料之搜尋，或是材料優化與開發方向之特性建議，藉此縮短整體之開發時程，亦可透過平台建立之技術經驗，針對廠商需求進行客製化之平台建構---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》428期，更多資料請見下方附檔。