張正揚 / 工研院材化所
全球減碳趨勢與碳稅壓力下，積層陶瓷電容(MLCC)面臨低碳轉型的挑戰。傳統黏合劑聚乙烯醇縮丁醛(PVB)因分散性差，製備漿料時需額外添加許多溶劑進行稀釋，除了造成高材料碳排外，後續需花費更多能源烘乾，亦使得製程碳排進一步提升。工研院材料與化工研究所開發出新型低碳環保黏合劑，透過分子設計導入錨定基與安定基，顯著提升陶瓷粉體分散性，降低漿料黏度與溶劑添加量，並有效降低乾燥與脫脂燒除溫度。此新材料除了可取代PVB直接應用於現有產線外，無須額外添加分散劑與塑化劑，兼顧製程穩定與環境友善，可望推動MLCC綠色製造與產業永續，提升產品於國際上之競爭力。
【內文精選】
低碳環保黏合劑解決方案與效益
工業技術研究院材料與化工研究所數位印刷材料研究室（以下簡稱本研究室）提出新型低碳環保黏合劑，透過在黏合劑分子中引入特定的分散官能基，可大幅改善陶瓷粉體的分散性能。傳統PVB黏合劑由於缺乏足夠的分散性，必須大量使用有機溶劑進行稀釋，使MLCC製程能耗與材料碳排居高不下。本研究室將分散劑結構導入黏合劑的分子結構設計中，分散劑結構如圖四所示，其分子設計通常包括兩個關鍵部分：錨定基與安定基。錨定基的作用是透過化學或物理吸附方式與陶瓷粉體表面緊密結合，常見的錨定官能基包括：羧基(-COOH)、磷酸根(-PO4)、硫酸根(-SO4)等，這些官能基對陶瓷粉體表面具有強親和性，能有效吸附於介電陶瓷粉體表面，降低粉體顆粒之間的相互作用力。
圖四、分散劑結構示意圖
本研究室開發之新型低碳環保黏合劑，無須如傳統PVB經過長時間攪拌且能耗高的溶解過程，直接與介電陶瓷粉體添加在一起即可完成充分分散，進一步縮短製程時間與電力能耗，降低產品碳排放。同時藉由精準控制黏合劑玻璃轉移溫度，在維持優異分散性和黏合性條件下，無須添加塑化劑，即可擁有優異的韌性，在裁切製程中不會產生脆裂破損等缺陷，同時具有良好的多層堆疊貼合性，層間可完全緊密堆疊，無空隙或脫層等缺陷。除此之外，針對脫脂製程也進行黏合劑結構優化，相較於PVB系統600˚C以上的燒除溫度，本新型黏合劑的燒除溫度可降至450˚C以下，大幅降低製程能耗與碳排放。本研究室開發之新型低碳環保黏合劑不僅成功降低了生產過程中的溶劑需求，還能在不影響現有設備與產線的前提下，進一步降低能源消耗並提升製程穩定性，成果與效益如圖六所示---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、工研院開發低碳環保黏合劑之成果與效益
★本文節錄自《工業材料雜誌》464期，更多資料請見下方附檔。