解決全球電子廢棄物危機：清大化工團隊開發出可回收的聚醯亞胺綠色材料
攝影：北美智權／唐銘偉
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吳碧娥╱北美智權報 編輯部
聚醯亞胺（Polyimide，PI）被譽稱爲「21世紀最具潛力的工程塑膠」與「黃金薄膜」，是目前世界上最好的薄膜類絕緣材料，被廣泛應用在手機、平板或穿戴裝置等各類電子產品，每年爲科技市場創造3,000億的價值，但功能強大的它卻成爲環境保護極大的阻礙。由於聚醯亞胺PI材料太穩定，具有非常好的熱穩定性、優異的機械特性，以及非常好的光學特性及化學穩定性，造成回收上的困難，成爲聚醯亞胺的市場痛點。
爲了兼顧環境保護，又能更繼續保有聚醯亞胺的優點與特色，清華大學化學工程學系周鶴修教授團隊積極着手研發全新的PI材料，稱之爲Recyclable Polyimide（簡稱r-PI材料），也就是可回收的聚醯亞胺綠色材料。
近年電子產品技術的快速創新，推動了電氣電子產品的持續需求。聚醯亞胺是高性能塑膠，其非黏性和低摩擦特性，特別適用於航空航太、電子、汽車和電信等各種行業的應用。電氣和電子產品是聚醯亞胺最大的應用市場，2023年全球消費性電子產業的收入爲7,191億美元，預計2027年全球電氣和電子產品產量將成長 5.9%，達到約9,046億美元，2023年至2027年間預計每年成長2.17%。第二大應用是航太市場，2022年全球航空航太生產收入達4,660億美元，其中法國是多家全球航空航太零件和飛機制造商的所在地，在歐洲航太市場佔有率爲28.83%，使法國成爲聚醯亞胺在歐洲的最大消費國[1]。
綠色材料：可回收的聚醯亞胺
原本市面上的聚醯亞胺都是不可以回收的，對環境造成重大的負擔，每年產生的聚醯亞胺薄膜廢棄物高達9萬噸、製造出133萬噸的二氧化碳。透過周鶴修教授團隊的分子設計，讓聚醯亞胺具備可回收的特性，這項技術開發了一系列RPI單體，容易與二酐、二胺單體聚合，即可將現今不可回收的PI轉變成可回收的r-PI材料，並可兼熱穩定性與化學穩定性，兼顧目前ESG的發展與要求。
清華大學化工系周鶴修教授團隊劉怡馨博士指出，目前市售PI單體相關產品，僅日本Air Water 、和歌山精工、宇部、住友、美國陶氏杜邦等少數幾家具備規模化供貨能力；至於PI漿料、CPI膜的市場份額，基本上是被韓國科隆工業（Kolon）、美國SKC、日本住友化學、宇部興產株式會社（UBE）、鍾淵，美國杜邦（DuPont）所瓜分。現在市售的PI單體、PI漿料與CPI膜技術，雖具有熱穩定、化學穩定的特性，但是均爲化學性質上不可回收之PI，回收方法僅能用物理研磨形成粉末作爲添加劑使用，但在使用上限制大，並非真正的回收利用，因此市場上尚未有兼具熱穩定、化學穩定性且可回收、可再利用之PI。而清大周鶴修教授成立的衍生新創公司泛研科技，致力於開發綠色與環境友善相關技術，提供可完全回收再利用之聚醯亞胺高分子樹脂，以r-PI材料可取代現今無法回收的傳統材質，廣泛應用於消費電子產品。
國立清華大學化學工程系劉怡馨博士；圖片來源：財團法人生物技術開發中心提供
r-PI材料的研發與應用
劉怡馨指出，r-PI材料已符合市售規格，能兼容於現有製程，且回收後的性能維持率高達98%，包括熱穩定性、耐化學性、機械性能、光學特性，可直接進入市場應用。r-PI目前廣泛運用在電子跟電機這兩大領域，像是半導體的封裝、復材、航空、航太以及汽車產業，其中軟板應用是佔最大宗，約佔70%。這項r-PI回收技術已經在臺灣以及美國申請專利，在日本、韓國、中國以及歐洲等地也正在專利申請當中。
現階段r-PI技術已在實驗場域進行回收的測試，預計未來在製程的生產過程中，把邊角的餘料進行回收以降低生產成本，並將這樣的應用大規模推廣至軟板、還有軟性面板，協助企業打造綠色的供應鏈。劉怡馨強調，只要善用綠色材料，經濟與環保並不相沖突，期待臺灣成爲國際綠色環保尖兵。聚醯亞胺每年創造新臺幣3,000億的科技市場，透過r-PI綠色材料的推廣實現了100%可再生供應鏈、符合國際ESG趨勢，在確保高效能的同時減少對地球的負擔，提供一個更環保永續的未來。
聚醯亞胺於醫療器材的應用
目前聚醯亞胺已經被應用在醫療器材領域，像是一次性的聚醯亞胺微孔管材，因具備柔韌性和可推性、易處理性，以及耐酸鹼的化學惰性，可以應用在心血管導管、非血管導管、泌尿外科檢索裝置，或是球囊血管成形術和支架輸送；另一種典型的應用是穿戴式醫療感測器，是利用聚醯亞胺的生物相容性、耐彎折、電絕緣和耐頻繁高溫高壓滅菌的特性，使用在穿戴式裝備上。
劉怡馨強調，爲解決電子廢棄物危機、邁向循環經濟，回收再利用成爲國際焦點，包括r-PI技術的綠色材料，將成爲跨界應用的新契機。
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備註：
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經濟日報財經組記者
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