高耐候無機有機混成樹脂塗料：材料世界網-專利推廣

■ 技術說明

近十年來全球暖化、綠色環保議題一直是塗料產業所關注的重點，為了讓我們的生態能有更健康、更安全的環境，減少石化原料使用，避免溫室氣體產生與地球氣候異常，所以永續性的塗料一直是各家塗料廠研發的目標。針對永續性塗料的開發，目前朝三個發展方向，第一是減少溫室氣體排放與提供健康環境，如減少VOCs/ 毒性物質排放；第二是提高能源效益，利用塗料節省以達降低能源使用；第三則是提高資源效益，增加材料耐久效果、增加功能性，如壓克力樹脂塗料和水性聚氨酯樹脂塗料等耐久性塗料，以減少塗裝維護次數與塗料的使用。雖說這兩類塗料有著優良的耐水、耐久和耐候性，且在美國、歐洲等先進國家都已經大量使用，亞太地區近年來經濟發展迅速，也造成這兩類耐久塗料占據了主要市場，但壓克力樹脂與氨酯樹脂塗料的耐候效果仍無法滿足下游業者需求。

由於台灣地處亞熱帶，環境特色包含高溫、多雨、日照強，在這樣的環境下塗料表面更容易被破壞，造成塗膜龜裂、粉化與退色。尤其是建築、交通工具等，更期望能夠提高耐候效果，減少維護頻率。目前市場普遍認為氟碳塗料具有良好耐候效果，但單價高且硬度稍微不足，PVDF塗料重塗性不佳，因此發展出另一種耐候塗料—無機耐候塗料。無機的鍵能高可抵抗紫外線破壞，因此耐候效果較佳。但無機含量過高會造成成膜性與加工性變差，一般無機耐候塗料會添加50% 有機材料來增加成膜、柔軟與加工性。由於市售無機混成耐候材料的無機含量僅有50%，雖然硬度可在2H 以上，價格也相較低，但耐候效果仍低於PVDF 與FEVE 氟碳樹脂塗料，無法與氟碳樹脂耐候性競爭。而傳統的有機塗料例如壓克力、聚酯塗料鍵能低，因此耐候性通常在2~5年之間，經由矽改質樹脂塗料耐候性約可提升到7 年左右，但耐候性同樣無法與氟碳塗料相競爭。

工研院材化所開發高無機混成材料技術，利用無機高鍵能、高耐候特性，與高接著、易加工之有機樹脂結合，可開發出高耐候、高接著、多種應用範圍之有機無機混成材料。

■ 技術特徵

金屬建材被破壞的主要原因以腐蝕為主，在非金屬建材的部分以高分子裂解為主。而樹脂為塗料的主要成膜成分，也決定塗料耐候性優劣的主要因素，樹脂一般為有機高分子，以化學鍵結方式連結各元素。常見的有機高分子會以C-C（鍵能約83 Kcal/mol）與C-O（鍵能為85.5 Kcal/mol）等，其鍵能對應的波長分別為346 與334nm（表一）約為UV-A 區域，因此會被日光中的紫外線破壞而造成材料裂解。所以鍵能強的材料特性，才能抵抗高溫、高溼與外力的破壞，才足以提升整體塗料的耐候性。雖然氟碳材料C-F 鍵能為116 Kcal/mol，因此會有較少的光線破壞氟碳塗料，相較之下耐候性較為優異。但氟碳材料主鏈仍為C-C 結構，在長時間使用下氟碳材料仍會裂解，尤其是FEVE材料C-F含量更少，耐候性較PVDF差。

表一、Si-O 及C-F之化學鍵能與臨界波長不在UVA、UVB 波長區域，具較優的耐候性

圖一、工研院材化所專利技術- 高耐候無機有機混成樹脂塗料

由於無機材料Si-O 鍵能可達到109 kcal/mol，吸收波長少於200nm，日光進入大氣層後幾乎無此光線，所以Si-O 為主鏈之混成高分子具有高耐候性效果。工研院材化所利用以矽氧烷、金屬氧烷單體為原料，開發出可成膜矽氧主鏈結構無機高分子材料之耐候材料(Durable Materials of Polysilsesquioxane(PSQ) Modified Organic Resins)。但無機高分子中SiOH 含量過高問題，造成塗料不安定或是固含量過低。本專利技術開發之有機樹脂改質無機高分子，其耐候性可超過傳統有機矽改質樹脂，同時改善純無機高分子固含量過低、不安定等問題。可應用於塗膜材料如金屬、水泥等建材表面，達到長時間保護、不須經常維護之功能，節省人力與材料資源的浪費。

■ 技術規格

表二、工研院材化所之高耐候無機有機混成樹脂塗料耐候性與物性比較