高信敬、劉弘仁 / 工研院材化所
2023年日本機能性材料與Nanotech展於2月初在日本東京Big Sight舉行，計有3萬多人到場觀展。本文將針對此次大展，篩選與高分子新材料發展動向相關之重點特色新資訊做一扼要之介紹，期能對相關業界有所助益。
奈米複合材料技術(Toray)
Toray展出兩種奈米合膠工程材料，包括：①.高剛高韌環動尼龍高分子奈米合膠複合材、②.PC/PBT共連續相奈米合膠(如圖二左)。傳統纖維補強複合材具有高強度/高剛性特色，唯韌性(Toughness)卻大幅下降，Toray據此發展出高剛高韌環動尼龍高分子奈米合膠複合材。該環動高分子由PEG為分子鏈軸心，四周注入Cyclodextrin的環狀分子鏈圈，形成環動高分子Polyrotaxane。環動高分子聚輪烷還能夠將吸收衝擊的能量輸入轉換成分子運動，Ring環能夠沿著軸自由移動並且繞軸自由旋轉，這導致提升聚輪烷的大量內部自由體積因而展現高剛韌功效！環動高分子Nano-alloy微結構如圖二(右上)所示：環動高分子聚輪烷能夠將吸收衝擊的能量輸入轉換成分子運動，Ring環能夠沿著軸自由移動並且繞軸自由旋轉，據此提升聚輪烷的大量內部自由體積，因而展現高剛韌功效。此外，Toray創新設計出Ring環官能化的Polyrotaxane圖二(右下)，據此再與Nylon6研製超高Tough環動高分子Nano-alloy，後續再添加GF補強研製Nano-alloy Composite，可展現出高剛性/高韌性的兩全其美特色，且適用於熱塑/熱固高分子基材的高剛韌改質。應用領域包括輕量化EV汽車防撞外板件與避震彈簧/碳纖補強輪圈，運動器材/安全器具等產品。另外，Toray也推出PC/PBT共連續相奈米合膠，展現高剛高韌等平衡的特色，目前已量產化應用於汽車防撞結構等部件。(如圖三)
圖二、Toray奈米合膠複合材(左)、環動高分子聚輪烷(右上)及官能化Polyrotaxane反應機制(右下)
圖三、PC/PBT共連續相奈米合膠微結構，比傳統微米分散合膠有更好特性，已量產應用到100萬輛以上汽車防撞結構件
超臨界水解聚合/化學回收技術(Toray)
Toray透過超臨界水來解鏈rPET，據此化學回收技術可得EG/TPA單體，進一步可再聚合成PET，其減碳效益比石油基PET約可降低40%。(圖四左)
膜利用於Bio-process製程技術(Toray)
Toray透過機能膜技術開發生質己二酸單體製程，利用非可食Biomass透過膜利用糖化Process，及膜利用精製己二酸單體技術，據此研製出全球首創減碳生物製程之尼龍66用非可食生質己二酸單體製程技術。(圖四右)
奈米多層膜技術(Toray)
Toray透過奈米多層阻氣Barrier注入於CPP/OPP之間，據此研製出高阻氣奈米微結構OPP包材Film，比傳統OPP Film阻氣提升3倍，耐熱提升25℃，具減碳4成的效益(圖五左)。另透過全有機奈米積層膜(至少1,000層奈米堆疊)技術，開發具金屬質感之隔熱/電磁波-LiDAR光達-毫米波雷達等可穿透之次世代Mobility用奈米積層膜，可應用到自動駕駛用透明機能膜部件產品。(圖五右)
圖五、Toray的高阻氣奈米微結構多層OPP包材Film(左)；次世代Mobility用奈米積層膜技術(右)
Toray對廢塑料之物理及化學回收再利用，及推廣Biomass材料的減碳循環經濟社會的實現佈局如圖六所示；左為Toray減碳循環經濟社會的實現佈局，右上為Toray全Biomass PET減碳纖維材料之推動佈局。綜觀Toray此次參展，透過綜合開發材料減碳回收、化學回收、生物技術和二氧化碳利用新技術，及綠色和奈米技術的融合等，展現顯著減少二氧化碳排放績效，因而榮獲此次Nanotech 2023的助力綠色轉型之GX(Green Transformation Award)大賞---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。