吳清茂、林思吟、林玉琴、黃耀正 / 工研院材化所
為了回應淨零碳排需求，TFT-LCD製程廢棄物回收再利用技術已陸續建立與落實，目前已有洗邊光阻廢液再生系統重製再生光阻，以及有機溶劑回收系統回收剝離有機溶劑。本文將更進一步揭露剝離濃縮光阻廢液之「光阻低溫活性碳化技術」，其可將廢光阻轉製成活性碳粉末與活性碳玻纖布，以及空氣濾袋與濾芯等產品應用。
【內文精選】
TFT-LCD製程光阻廢棄物種類
現今製造業者減廢的強烈動機之一是為了減少碳排放量，以避免未來需要額外付高昂費用購買碳權。以LCD廠使用的酚醛系正型光阻(Photo Resist)固體廢棄物為例，減廢1噸，預計將減少2.5噸CO2e，減廢效益明顯。因此為了減廢以及避免只能焚化處理，廢棄物轉製再利用技術成了最可行方案，一方面可節省處理成本，還能轉製產品出售。以本文為例即是將廢光阻轉製活性碳(ActivatedCarbon)使用，再應用至濾材等相關產品。LCD業因為規模很大，且為台灣標竿產業之一，很容易成為被檢視ESG成果的對象，因此本文先從LCD廠製程來分析廢光阻來源與減廢技術現況。
TFT-LCD製程概分為前段電極圖案(Array)、中段面板組裝(Cell)、後段模組組裝(Module)等三個部分，其中：Array段是在玻璃基板上製作薄膜電晶體(TFT)，以製成TFT基板；Cell段則是將TFT基板與彩色濾光片(Color Filter)基板進行配向組合，並灌入液晶與封裝，最後再貼上偏光片；Module段則是將驅動IC、背光模組以及液晶Cell進行最後的整合。
圖一表示Array段製程中投入資源與對應廢棄物關聯性，大致可區分為八大步驟。從整個製程來看，首先會在光阻塗佈步驟中投入正型光阻劑與清洗劑，因為早期都是使用旋轉塗佈，光阻利用率低，只有約1/10的光阻會保留在玻璃鍍膜基板上，剩下的9/10光阻會掉落在塗佈槽邊或者落入基板背面。LCD廠為了節約光阻用料，會再使用清洗液將這些浪費的光阻清洗，由此產生「洗邊光阻廢液」，並蒐集於特製儲存桶中，後續再回售給光阻製造商，並透過光阻再生系統回收洗邊溶劑與再生光阻。但是隨著Slot Die塗佈機台導入，現行光阻利用率已超過90%，所以洗邊光阻廢棄物回收量十分有限。另一方面，從圖一製程中，也可以看到在光阻剝離步驟中會使用剝離液將仍附著在玻璃鍍膜基板的光阻膜剝離下來，因此會產生「剝離光阻廢液」，現在LCD廠都已內建剝離液回收系統(Stripper RecycleSystem; SRS)來回收部分有機溶劑，但仍有大量已濃縮的光阻廢液殘留。
圖一、Array段製程中投入資源與對應廢棄物之關聯性
剝離光阻轉製活性碳技術
剝離光阻廢液經過薄膜蒸發塔後，仍有大量的「濃縮光阻廢液」，其組成包含：光阻樹脂(酚醛樹脂、感光劑)、有機溶劑、鹽類、界面活性劑，固含量約為50~60 wt%。目前因為焚化衍生惡臭，因此亟需處理，平均一個LCD廠月產量約為550噸。由於光阻樹脂係由酚醛樹脂、重氮萘醌型感光劑(DNQ)所組成，兩者都是多碳環結構，含碳量高，因此若放在含氧氣氛焚化爐中燃燒，會產生大量CO、CO2，造成大量碳排放量，而這些將轉嫁到LCD廠。基於此，若能將濃縮光阻廢液變成原物料，再轉製成原材料與產品應用，將是最可行的減廢與資源再利用方案之一。
工研院材料與化工研究所目前已開發「光阻低溫活性碳化技術」，可將濃縮光阻廢液配成光阻活性碳原料，再製成活性碳後使用。圖四顯示本技術之光阻轉製活性碳粉末與活性碳纖維布工藝流程。
圖四、光阻轉製活性碳粉末與活性碳纖維布工藝流程
目前市售的活性碳纖維布，係將PAN系纖維布先進行內部纖維束熱融粗化，形成大纖維後，再利用物理活化法，進行碳化與後續水蒸氣活化。正常情形下，碳活化溫度高達800~1,000˚C。為了防止碳化後，纖維變脆，因此只能在大纖維表面形成活性碳層，內部盡量保留原纖維本質，如此才能使活性碳布強度維持，所以精準控制活性碳層比例是很困難的。目前只有日本Toyobo製的PAN系活性碳纖維布比表面積超過1,000 m2/g，但價格高昂(>3,000元台幣/m2)。
材化所開發之含浸製程，運用高強度玻纖布當基材，輔以低成本之廢光阻含浸液當碳源，可在≤400˚C碳化溫度在玻纖布上製作活性碳層，製程簡易。所製的活性碳玻纖布兼具高強度與吸脫附特性，容易車縫剪裁，目前已朝向空氣濾袋、空氣濾芯等產品驗證，應用可期---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》430期，更多資料請見下方附檔。