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第2 章

高值材化

第 2 章 高值材化

一、精密化學材料應用與開發技術

（一）技術研發目標 化工產業一向扮演台灣經濟發展的支柱，提供關鍵材料，支援光電/電子/綠能產業、紡

織產業、運輸/運動器材產業、建築材料產業等台灣強項產業之發展茁壯，2012 年台灣化工產業產值已達新台幣 4.2 兆元，其產值占台灣總體製造業近 25%，由於大宗石化產業易受景氣循環影響，且近年面臨中東、中國大陸及新興國家等石化產業崛起之競爭，隨著國內

環保要求日益嚴苛，國際法規對化學品規範越趨嚴謹，加上國光石化計畫中止，台灣化工

產業已無法再藉由擴大經濟規模來提升競爭力，更要面臨美國以油頁岩、中東以低成本的

天然氣為原料，生產之低價石化產品的強烈競爭。然而 2012 年美歐就業情況仍然持續低迷，美國財政與貿易雙赤字持續惡化、美元匯率走勢疲軟及通膨壓力、中國大陸經濟降溫、

日本經濟停滯不前、歐洲國家債信危機等因素影響下，整體景氣復甦出現疑慮，全球經濟

景氣再次面臨緊縮。為了降低產業景氣起伏及國際大宗產品競爭激烈的衝擊，台灣化工產

業應朝向整合上中下游創新材料、或功能性產品來建構價值鏈，促使整體產業發展朝向差

異化、高值化之優勢競爭力來發展，並結合國內電子及光電產業創新加值服務與品牌開發

自主關鍵化學材料，藉由民生化工基礎材料與技術，開拓光電、環保與新能源材料，提升

產業產品價值，來進一步強化台灣優勢產業用精密特化品之自主供應能量。

目前以台灣產業結構變化而言，精密化學材料技術及應用的開發，需與化工產業進行

高度整合，並聚焦在產業技術創新及開創二大重點主軸之落實。積極規劃投入項目，系統

化地拓展不同產業的應用需求與落實。因此本技術研發重點以「精密化工與機能性化學

品」、「奈米改質與機能性複合材料研製與應用」、「高性能高分子材料研製與應用」等技術

為主軸，以兼顧快速落實產業效益與產業升級轉型之目標。2013 年度目標重點說明分述如下。

在「精密化工與機能性化學品及材料技術」方面，繼建立高導電一維超細奈米碳管(CNT, Carbon Nanotube)之合成、純化、改質，以及其於透明導電薄膜(Transparent Conductive Thin Film)應用製程技術(面電阻≤ 300Ω/□、光透過率≥ 87%、圖案化蝕刻線寬≤ 30 µm)之後；擬發展另一令人期待之新興奈米等級的 2D 碳材料石墨烯(Graphene)製程。2013 年擬建立經濟化石墨烯材料製程技術，並同步開發介面處理、分析以及應用評估之系統技術，

達到控制石墨烯層數≤ 10、表面積≥ 300 m2/g 及製備≥ 5%石墨烯/環氧樹脂母料，開拓石墨烯材料於複合材料(導電、機械補強、導熱)及塗料等應用領域，以提升現有產品之功能與附加價值。隨著新興綠能產業關鍵元件發光二極體(LED, Light-Emitting Diode)應用於平面顯示器(FPD, Flat Panel Display)背光板及照明市場日益擴大之際，因應藍寶石基材需求，研發高純度(純度≥ 99.995%、金屬雜質含量≤ 0.005%、α晶相)氧化鋁原料之化工分離純化製程技術。2013 年 LED 所使用發光材料之純化與包覆技術，藉由原材料雜質去除與材料表面無機包覆層的設計，減少雜質對光轉換的干擾及環境對材料的影響，可提升發光元件之壽

命與穩定性，達到量子效率(QE, Quantum Efficiency) ≥ 70%，放光衰減率≤ 15%的技術目標。本領域期能開拓新素材及其相關應用技術，能廣泛應用於電子資訊、光電及民生化工

產業所需之功能性材料，創新國內產業產品功能與附加價值，以及材料之自主供給的能力。

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肆、民生福祉領域

在「奈米改質與機能性複合材料研製與應用技術」方面，因應極端氣候、節能減碳及

綠色環境友善之趨勢需求，包括建築、結構維護、運輸、光電產品的表面塗裝及保護，現

有之合成樹脂塗料技術已無法滿足相關應用產業需求。將著重於機能性合成樹脂、塗料油

墨特化品等民生化工及光電產業的之關鍵材料，例如非氟系無機耐久耐候材料及 3D 立體圖案化之噴印導電功能墨水應用研究，並朝向高值化機能性環保樹脂及節能隔熱材料之方面

應用研究，開發適合台灣亞熱帶之高溫、高濕、高汙染環境，以及具國際市場競爭的創新

產品。在取代氟系之無機耐久耐候材料方面，是以無機矽-氧(Si-O)等高鍵能結構作為材料主結構，研製高耐久耐候、可彎曲之建築/運輸工具用無機樹脂。目前已開發出耐候 10 年以上之高無機混成(Hybrid)樹脂，未來將持續提升耐候能力之 20 年以上，並加上高防汙之機能性，超越高耐候、高單價的氟碳樹脂，解決氟碳樹脂重塗性及防汙性不佳之缺點，以超

越高耐候材料與運輸工具塗料中來自日本、美國等塗料大公司之技術競爭。在 3D 立體圖案特化品與應用技術方面，於 2013-2014 年著眼開發兼具節能、省材、省時且具 3D 立體圖案化及細線化導電線路之噴印導電功能墨水，主要應用在無線射頻辨識系統(RFID, Radio Frequency Identification)、液晶顯示器(LCD, Liquid Crystal Display)、LED、通訊、觸控面板等光電資訊產業，以噴印方式印製

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第2 章

高值材化

在「精密化學材料技術及應用開發技術」方面，研發重點在於化工產品高值化應用，

以精密化工與奈米粉體製程技術、奈米改質與機能性複合材料技術，以及高性能高分子材

料研製與應用三大技術為主軸，朝向應用於各種高值化光電產業產品領域、開拓環保、光

電與民生等相關產業新興市場，期在國內創造先進機能性化學品技術開發平台，並擴大技

術應用領域與市場，同時兼顧台灣之節能與環保等需求。各階段技術發展藍圖見圖 2-4-2-1。

資料來源：工研院材化所整理，2013 年 9 月。

圖 2-4-2-1 精密化學材料應用與開發技術發展藍圖

在「精密化工與機能性化學品及材料技術」方面，擬發展新興 2D 碳奈米材料石墨烯製程，2013 年研發石墨烯經濟化合成、純化及改質分散製程與其在導熱、機械補強之複合材料應用技術；2015 年後將朝向結構化碳材之摻雜技術開發，控制其電化學與觸媒機能特性，開發輕薄、隨身之感測智慧元件，創造生活優質化與健康維護。在綠能無機材料研發方面，

2013 年以發展具熱穩定性發光材料之熔融結晶製程技術，於 2014 年將發展兼具熱穩定性與環境安定性發光材料之複合型態無機材料製程應用技術，協助國內化工業者發展差異化

產品。彌補國內於關鍵性材料基礎原料的斷鏈，強化產業供應鏈的完整度，擴大材料應用

範圍與價值。

在「奈米改質與機能性複合材料研製與應用技術」方面，因應高值化之機能性耐久、

環保、節能材料開發需求，2013-2014 年著重在高無機成分且具柔軟、防汙之混成材料研製，建立高耐候防汙之無機材料，達到耐久性超過 20 年以上，且防汙性優異(水接觸角>100 度)之效果，達到省材料、省人工與省能源之目標。同時開發耐化與高彎曲 3D 堆疊Solid Line 導電墨水材料，具銀含量≥ 20%之導電墨水；噴印堆疊線路導電度≤ 25 mΩ/□與線寬≤ 100 µm，線高 1-3 µm 之噴印導線，應用在 RFID 上。2015-2017 年則是建立環保零VOC 及無毒高防蝕之樹脂合成與添加劑合成技術，未來研究開發 VOC 含量小於 5 g/L 樹脂合成及塗料應用，以及耐蝕加速試驗超過 2,000 小時之環保無毒保護塗料，應用於建築、

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肆、民生福祉領域

工業維護、交通工具等領域建立領先國際之技術，以及同時開發水性快乾及室溫低耗能自

交聯樹脂、高功能混成油墨特化品，以≥ 45%的高樹脂固含量且具室溫自交聯特性(25℃)之低 VOC (≤ 0.5%)油墨促成各式民生用品包裝、圖像文字與織物等印刷產業能夠符合環保與節能製程的需求，使台灣樹脂與塗料技術，具國際競爭力。

在「高性能高分子材料研製與應用技術」方面，於 2013-2014 年將先建立精密團塊共聚物型分散劑設計與合成技術、核殼型導電添加劑設計與合成技術、高阻氣奈米多層透明

膜材系統化製程技術；以此為基礎於 2015-2017 年再逐步建立高性能高分子型精密團塊共聚物技術、機能性多功能核殼型改質添加劑技術，以及可摺式軟性光電元件產品用超高阻

氣構裝阻絕保護透明膜材技術。應用產品則包括奈米粉體分散劑，高性能熱塑性彈性體，

自組裝超分子(Self-assembly Supramolecule)微結構智慧型高分子(Smart Polymer)材料，各種難燃/增韌/導熱/導電/抗靜電/加工流變改質等機能性改質添加劑，和可摺式軟性光電元/組件 (Flexible Opotoelectronics Devices) 產品如有機發光二極體 (OLED, Organic Light-Emitting Diode)、有機太陽光電(OPV, Organic Photovoltaic)等產品用超高阻氣構裝材(Ultra-High Gas Barrier Packaging Materials)之高階光電元件產品等領域。

（三）產業效益 台灣石化產業之產業鏈結構與上下游分工完整石化業發展已久，業者累積豐富的生產

設備與去瓶頸化之操作能量，且台灣比歐、美等國家有更發達的電子、光電、綠能等下游

應用端產業，為了配合政府推動六大新興產業政策，下游應用端對高值化精密化學關鍵材

料有迫切需求，因此藉由精密化學材料技術及應用開發，預期可協助相關業者提升高值化

精密化學材料新產品開發所需的基礎技術能量，將賦予石化產業中下游所衍生產品如橡塑

膠、合成樹脂、複合化材料等功能與特性，提高其附加價值，並配合光電、能源、環保等

相關產業共同開拓高階新材料建構價值鏈，以強化台灣產業之國際競爭力。

石墨烯材料是近幾年才投入市場的新興材料，於 2008 年石墨烯的銷售僅約 20 萬美元(主要供應商為 XG Sciences、Angstron Materials 及 Verbeck Materials)，但其優異且不亞於奈米碳管的特性，加上各國政府與大公司已投入大筆經費於石墨烯的生產與商業化開

發，Lux Research 預測其在 2015 年的石墨烯銷售將大幅成長達 5,900 萬美元。多層石墨烯的應用領域與多層奈米碳管相似，預期短期內將可導入市場應用，而 2D 的結構特性及其相較於碳管可能具有更低成本的潛力，在複合材料、阻隔層塗佈(Barrier Coating)、儲能材料及導熱材料將較奈米碳管更具應用優勢。此外，石墨烯的應用將可進一步結合台灣塑橡

膠與塗料產業的深厚基礎，搭配台灣發展電子、顯示器、照明乃至於運動器材等利基產業，

具有相當大的市場潛力。而開發高穩定性 LED 發光材料製程技術，應用於高功率、長壽命之 LED 照明與顯示元件。依美國能源部(DOE)報告全球 LED 發光材料市場約新台幣 120億元，而台灣 LED 元件產業規模達新台幣 1,400 億元，占全球 28%，居世界首位。預期此技術之開發將可促成相關國內化工材料業者投入發光材料領域，透過發展高性能、差異化

之 LED 發光材料，可提高國內 LED 產品的附加價值與提升產業競爭力。

在無機化學鍵結結構機能性塗膜材料與應用方面，無機耐候耐久材料，可應用於建築/結構維護/交通運輸工具等產品上，其國內市場需求值超過新台幣 100 億元以上(約台灣 25%塗料市場值)，以交通工具如船舶塗料為例，由於國內造船市場每年約新台幣 500 億元，在

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第2 章

高值材化

遊艇製造上甚至有遊艇王國的美號，但國內船舶塗料一直依賴國外大廠如挪威 Jotun 公司等，尤其是船舶外殼塗料技術更是掌握於國外大廠，無機樹脂塗料，將提供船舶塗料高值

化之耐久性，並提供防汙功能提升船舶航行效率，提升造船產業與塗料特化品之競爭力，

創造高值化與提升國際競爭力。同時研製 3D Solid Line 堆疊導電噴印材料可應用在 ICT 等產品的導電線路細線化與曲面印刷需求，預期在油墨材料方面可創造新台幣 1 億元以上產值，相關產業影響達 10 億元以上。另外在零 VOC 樹脂及隔熱節能材料與技術開發，不僅影響建材等產業形象、符合世界潮流趨勢，具有環境保護與減碳、零汙染減碳之效益，也

是台灣產業產品進入全球主要市場主要關鍵性技術。

至於，建立新型精密團塊共聚物型分散劑設計與合成技術，可衍生應用到染敏太陽電

池用奈米粉體添加劑之高度分散性訴求，與輕量化汽車及運動休閒器材用熱塑彈性體橡膠

材料等產品，預期可創造新台幣 50 億元以上之年產值(依 2012 年太陽電池及汽車/運動休閒塑件器材相關主力廠商財報統計，太陽電池產值約 1,000 多億元，而汽車/運動休閒塑件器材等產值共 700 多億元，預期取代各 2%及 5%來估算)。而抗靜電核殼保護型導電複合微粒技術可衍生應用到 IC 晶片抗靜電保護收納包裝材、各種電子/光電元件用抗靜電包裝材，預期可帶動材料業年產值達新台幣 15 億元以上。在開發軟電用高阻氣奈米多層構裝阻絕保護膜材，可衍生應用到次世代可摺式軟性光電元/組件，如有機太陽光電元件、OLED、電子書(E-paper)等可摺式軟性光電元件產品，預期可帶動 30 億元以上之材料年產值(依 2012年電子書/太陽電池相關主力廠商財報統計，電子書/太陽電池等產值共新台幣 1,500 多億元，預期取代 5%來估算)。

二、奈米材料及製程發展技術

（一）技術研發目標 自 2003 年啟動第一期「奈米國家型科技計畫」以來，台灣在奈米科技已有相當豐碩的

成果展現；而如何將各項技術及研究成果有效轉化，創造可觀的產業效益，更成為評估奈

米技術產業化的重要指標，期盼利用奈米技術平台，為台灣產業創造新的發展機會。奈米

材料開發及製程技術的發展為驅動奈米產業化的根本，且與當前行政院推動六大新興產業

中之生物科技、綠色能源、精緻農業及醫療照護等均有密切關聯，本文將著重於奈米碳材、

奈米微孔材料、奈米環境觸媒，奈米產氫觸媒(Hydrogen Generation Catalyst)等分項技術的發展及其應用產品的開發。

在「高導熱(High Thermal Conductivity)高強度奈米碳材開發」方面，美日德等先進國家，精碳/石墨素材早已廣泛運用於如軸封、半導體晶圓坩鍋、光學等級玻璃支撐架、化工產業換熱器，以及潤滑、支撐、止漏等領域。但國內由於缺乏完整的精碳/石墨產業鏈，致使業者每年須從歐美等地進口大量精碳/石墨素材，經國內機械廠二次加工後，再售予後端顧客。本項技術的研發目標乃在促成精碳/石墨素材的國產化，以國內煉鋼廠(中鋼)之煤焦瀝青或石油公司(中油、台塑)之石油瀝青為原料，經多種化學及熱處理程序，將等方向性瀝青(IP, Isotropic Pitch)轉變成高度順向性、光學異方向性排列的異向性瀝青(AP, Anisotropic Pitch)，並開發高導熱碳平板或薄膜產品，結合國內電子廠商(如宏碁、華碩、鴻海、仁寶等)運用於電子產品散熱領域。本技術短期目標為掌握各種精碳/石墨產品的上游前驅體原料精

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肆、民生福祉領域

煉技術與量產技術；中長期目標則為開發高導熱碳材及人工石墨產品。目前已成立「台灣

精碳產業聯盟」，為國內第一個精碳/石墨聯盟與產業交流平台，未來將跨入國際精碳/石墨領域。

在「奈米共生透析微孔技術開發」方面，由於國內外彈性體產業的發展，多以實心材

料為重點，這類的產品如汽機車輪胎、運動鞋底等產品，強調具備物理機械強度、可撓曲

性能，以及變形後的彈性回復等功能。除此之外，若是強調輕量化及防震，或是保冷保溫，

則是以密閉式微孔材料技術做為主要技術平台，突顯密閉式微孔的阻斷功能，諸如潛水衣、

游泳用的浮板等皆屬相關產品。本技術所開發之細緻化微孔技術則是將微孔結構的孔壁打

開，研發目標以開放式微孔材料做為技術發展主軸，藉由連通式孔隙與高親水膠體之高保

濕微孔的透析特性，發展環保精緻農業植栽與人體美妝、醫療保濕薄膜材料；添加奈米複

合金屬氧化物，利用其紫外線阻斷、熱射線反射及低聚熱等特性，發展熱輻射溫控系統，

延長室外硬體與設備的使用壽命，亦可做為各式車體、機體、裝備與建築物之彩色節能保

溫材料，減低能源消耗及環境汙染。

在「奈米環境觸媒材料開發」方面，技術目標係以溶-凝膠製程為核心技術，研製奈米結晶態微粒溶膠，包括貴金屬、過渡金屬及其氧化物，配合有機-無機混成溶膠技術，以奈米結晶過渡金屬氧化物為多孔材料，摻雜奈米貴金屬或過渡金屬，開發低溫廢氣處理觸媒

及常溫奈米觸媒(Nano Catalyst)，並降低現用環境觸媒中貴金屬的用量，維持環境觸媒的效率，降低環境觸媒生產的成本。同時開發 CO2 分解加氫光觸媒(CO2 Decomposition and Hydrogenation Photocatalysis)，用於甲酸及甲醇製備；開發可見光光觸媒(Visible Light Photocatalyst)，用於常溫奈米觸媒塗料。

在「奈米產氫觸媒及應用系統開發」方面，雖然美國油頁岩的成功開發，能源短缺問

題看似獲得暫時的紓解，但後續替代能源及潔淨能源的開發依然是全球各界投入的重點。

其中燃料電池(Fuel Cell)具有高效率、低碳排放等特色，是全球各大車廠及電力系統廠競相開發的先進技術。Toyota 與 BMW 兩大車廠在 2013 年 1 月 21 日達成協議，將合作開發氫能車，Toyota 聲明預計在 2015 年發表原型車，相關車型將於 2020 年上市。此協議預期能實質地加快氫能車的實現，可見各大車廠對於未來氫能車的發展仍抱持著樂觀並積極的態

度。在台灣已經有產學界合作之氫能機車的試運轉，相信在解決安全及價格等關鍵問題後，

就能夠將氫能車實際運轉。此一技術最關鍵的瓶頸在於氫氣的儲存技術及電池堆的設計。

高壓氫氣瓶的安全性問題，讓開發商及使用者望之卻步，而現階段的低壓儲氫罐雖可降低

安全疑慮，但可儲存的能量密度卻無法滿足大部分的應用需求。利用觸媒奈米化技術開發

非貴金屬系列的產氫觸媒，利用觸媒流床的設計，大幅提升化學產氫觸媒的性能，尤其是

可達到高流量氫氣的產出，滿足燃料電池發電之需求。此方法產生的氫氣具有即產即用的

特性，無須隨時攜帶壓縮氫氣瓶，可提升一般民眾的使用意願，讓氫能電池系統成功導入

人們的生活中，降低對石化能源的依賴，並降低碳的排放量。

（二）技術發展藍圖 奈米材料及製程技術的發展藍圖，見圖 2-4-2-2。在「高導熱高強度奈米碳材開發」技

術方面，初期採用化學及熱處理程序技術，將原本等方向性瀝青(IP)轉變成高度順向性、光學異方向性排列的異向性瀝青(AP)，並成型為高導熱碳平板或薄膜產品，結合國內電子產業運用於電子散熱領域；同時開發石油系介相碳微球(PBMCMB, Petroleum-based Meso

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第2 章

高值材化

Carbon Micro Beads)為原料，運用於鋰電子二次電池負極材料。該材料應用領域廣泛，例如電子、半導體、化工、機械等產業之軸封、坩鍋、支撐架、換熱器，以及潤滑、支撐、

止漏等高附加價值碳材產品。

工業應用如環保汙水處理發泡材、固液二相瀝乾分離製程用滾輪、晶圓代工用研磨器

材、溫室農業及醫療美妝用親水材料、環保節能之機能性微孔材料，相關技術仍亟待建立。

在「奈米共生透析微孔技術開發」方面，主要藉由導入功能性複合奈米粒子及微泡膠體成

型技術，開發各式微孔複材。利用乳化技術致力於微孔材料孔隙均一性的提升，並利用高

分子鏈的改質增加其親水透析特性，同時利用添加金屬氧化物提高其在深色澤之低聚熱效

果，或是添加多重奈米難燃劑作為符合環保訴求的耐燃應用。目前已完成具備低聚熱及高

透析之微孔材料，未來將以奈米技術賦予環保耐燃特性，並提升表面物性，應用領域涵蓋

晶圓研磨、飛機高鐵用內裝、人造皮革產業及 3C 精密電子等高附加價值產出物。

在「奈米環境觸媒材料開發」方面，採用溶-凝膠技術開發低溫廢氣處理觸媒及常溫奈米觸媒塗料，以研製奈米晶態微粒溶膠，包括貴金屬、過渡金屬及氧化物，配合有機-無機混成溶膠技術，以奈米結晶過渡金屬氧化物為多孔材料，摻雜奈米貴金屬或過渡金屬，開

發奈米環境觸媒及空氣淨化新產品，用於工業廢氣處理、汽機車廢氣處理及空氣清淨塗料，

提升環境空氣品質。本技術將以奈米金屬溶膠材料研製，降低廢氣處理觸媒反應溫度，在

環境溫度下吸附及分解環境中有害氣體，開發常溫分解轉化觸媒塗料，可用於空氣淨化；

其中光觸媒應用，除以空氣淨化為目標，進而開發光觸媒 CO2 捕集與再生能源；並應用光觸媒光電化學能力，進行光變色與電變色等智慧型鍍膜玻璃產品開發。

在「奈米產氫觸媒及應用系統開發」方面，利用非貴重金屬鐵鈷鎳觸媒，搭配高比表

面積之基材製備出高性能的觸媒流床，利用流床型態的設計，開發各種流量之產氫系統，

並將系統精進至自動化產氫的功能。自動化之產氫系統與燃料電池系統進行串接，目前已

可提供至少 5 kW 燃料電池系統供電所需之氫氣。未來將應用到可移動式載具之電力系統，規劃可應用至水面或水下載具，初期供應載具的一般用電，期望能夠達到全電力載具的

目標。

資料來源：中科院五所整理，2013 年 9 月。

圖 2-4-2-2 奈米材料及製程發展技術發展藍圖

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肆、民生福祉領域

（三）產業效益 在「高導熱高強度奈米碳材開發」方面，本技術應用領域包含高溫軸承、高溫載具、

放電加工電極、高溫軸用密封材料與高溫零件等。除了中碳公司生產鋰離子二池電池負極

材料－介相碳微球(MCMB, Meso Carbon Micro Beads)、中國橡膠公司生產輪胎添加劑碳黑、向尚公司生產石油焦與酚醛樹脂之幫浦軸封之外，其餘如遠東碳素、中央碳素、精工

碳素等廠商皆由國外進口碳石墨素材，進行二次機械加工後再販售，高品質碳基礎原料(精製瀝青)大抵亦從國外進口，因此國內尚不具備完整的碳/石墨產業，中科院期能扮演此一產業科技火車頭的角色，已於 2013 年 2 月 6 日假張榮發基金會成立「台灣精碳產業協會」，整合國內廠商如台灣中油、中鋼、中碳、向尚、鴻業、金工中心等，同心齊力將實驗室級

碳材技術推向市場產品端。其中高導熱碳材可取代傳統鋁、銅金屬散熱器，應用於 3C 產品與高功率 LED 的散熱系統，符合工業產品輕量化及節能發展趨勢。而高密度、高強度人工石墨材料可用以製作高附加價值關鍵零組件，依 Profound 之產業調查資訊，預期將可創造新台幣 20 億元以上的年產值。

在「奈米共生透析微孔技術開發」方面，本技術應用領域包含光電、半導體、面板等

新興電子工業研磨器材、環保農業植栽材料、醫療美妝緩解透析材料、高色澤之省電節能

建材用機能塗料、符合新世代環保耐燃規格之複合材料等高附加價值產業。應用高彩度低

聚熱性奈米自冷卻彈性微孔複材熱管理技術，可協助國內業界應用於建築、車輛、環境的

節能減碳產品，提高產品多樣性與價值，並符合政府提倡之減碳政策。利用親水高保濕微

孔的透析功能，可作為溫室農業植栽與美妝、醫療保濕薄膜材料；藉由符合環保規格之抑

制燃燒技術開發，可獲得更大的產業效益。本技術之產業應用面極為廣泛，依據 Frost & Sullivan 的調查，由於奈米高分子複材技術的不斷創新，全世界相關產值每年可以增加10%。依據 2012 高分子聯合會議之產業報告，國內相關產值約新台幣 3 億元。

在「奈米環境觸媒開發」方面，開發空氣淨化新產品，提升環境空氣品質。包括開發

CO2分解加氫光觸媒，用於甲酸及甲醇製備；開發可見光光觸媒，用於常溫奈米觸媒塗料，預估年產值可達新台幣 3 億元。另一方面，奈米觸媒材料技術之建置，將用於工業廢氣處理及汽機車廢氣處理，可大幅改善空氣品質，減低能源消耗，具體提升台灣產業競爭力及

產業價值。

在「奈米產氫觸媒及應用系統開發」方面，本技術開發之產氫模組所需的產氫原料屬

固態的穩定化合物，在運輸及存放的安全性遠高於氫氣瓶，能夠降低使用上的風險；完成

產氫反應後的產物為亞硼酸鈉，可藉由純化的方式回收再利用，促成能源重複使用。本技

術開發之化學產氫的燃料電池供電系統，已通過海水反應的驗證，可直接取用海水進行產

氫反應，將可大幅提升重量能量密度。若應用於台灣的水面或水下載具，其環保及靜音的

特性，將可大幅提升遊艇之品質及品牌形象。目前國內業界已有數家廠商投入甲醇、天然

氣、固態氫等氫能的開發，預計本技術之開發可為產業界帶來先進的技術能量。

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第2 章

高值材化

三、高值化學品應用與開發技術

（一）技術研發目標 隨著台灣經濟起飛後，多以電子業及化學工業為產業發展主軸，國內化學工業市場產

值至 2015 年預估可達約新台幣 4 兆元，全球排名第九位，亦為台灣第二大產業，在全球化競爭下國內化學工業已開始轉型，朝向高值化的精密與特用化學品邁進，目前僅占台灣總

市場產值的 5%(約新台幣 1,750 億元)，事實上高值化學品現已蔚為各先進國化學工業的主力，雖然樣多量小，但其具有技術密集度高、功能效益高、附加利潤高、產業關聯性高等

特性，產品與民生、軍事用途息息相關，重要性與日俱增，極適宜國內產業發展。目前均

一性功能性高分子微球(Microsphere)，主要應用於液晶顯示器(LCD, Liquid Crystal Display)面板及照明產業、半導體所使用的異方性導電膠(ACF, Anisotropic Conductive Film)產業上。隨著全球對於聚甲基丙稀酸甲酯材料(PMMA, Polymethylmethacrylate)微球的需求量大增，以目前國內市場而言需求產值量約占 50%，加上日後新興產業 LED 照明對導光膜產業的需求，所占比率應超過 60%以上，其它相關應用尚有塗料、油墨，化妝品產業之防曬和彩妝產品，以及生醫產業之標靶性藥物釋放，故本技術擬開發單佈型 PMMA 真圓微球、導電粒子、異方性導電膠等製備技術。而微膠囊化學品技術開發之相變材料(PCM, Phase Change Material)微膠囊(Microcapsule)，主要可應用控溫填充材之添加，增加其應用端之溫度緩衝效果，如建材、電池、電子用品及紡織品等填充應用，並可重覆循環使用，而美

日等國已在軍事、纖維紡織品、熱能傳遞、塗料和太陽能等領域利用皆有產業化之產品，

且亦同時重視綠色能源趨勢，本技術在日常衣、住、行皆有高度應用的產品，並達到低耗

能高效能之功能。由於國內化工傳統產業亟需轉型，為避免陷入產業落後的窘境，開發功

能微粒/微膠囊及其應用確有其必要性與急迫性。

目前均一粒徑高分子微球應用為擴散粒子，並藉由添加來達到勻光效果的擴散板

(Diffuser)材料，應用在 LCD 面板、液晶內部間隔體(Spacer)，以及驅動 IC 部分與 LCD 基板上細小線路的接合，主要是藉由異方性導電膠來達成，主要組成包括可熱硬化的絕緣樹

脂材料及導電微粒子材料。近年來，台灣化學相關產業尚完全無法自主的材枓，其中關鍵

性原料(單分散粒子)及異方性導電膠的原料(導電粒子)等兩項均仰賴日本、韓國進口，部分低階 3C 產品之導電粒子則仰賴中國大陸進口，生醫領域上使用之關鍵微囊技術，則掌握於歐美、日先進國家手上。本技術藉由合成、粒徑控制、鍍膜、配方、塗佈等，開發具均一

性、導電性、透明性、水溶性、分散性、塗佈性之 PMMA 導電粒子或擴散粒子，應用於半導體之異方性導電膠或 LCD 之擴散膜上。

相變材料微膠囊產業化應用之商品主要為建築物塗料及電動車電池模組保溫材等，其

中經開發之塗料利用相變材料能伴隨溫度變化吸收或釋放熱能之特性，居家建築物塗佈後

可增加居住舒適性，並降低嚴酷氣候導致之空調用電負載，節能之電費經估計五年內即可

回收本塗料之成本，且有效達到減碳之效果；另外在電池組(Battery Pack)應用上(如電動車、不斷電系統)，相變材料或其微膠囊填充可避免瞬間高電流輸出所產生之過熱現象，而造成功率降低或過熱產生之危害；許多精密電子室及須避免高溫之儲存庫房皆有其使用之

必要。加上塗佈極為方便，亦可用於各式電子用品外殼或食品保溫箱等。因應綠色節能建

材趨勢，本技術所開發之微膠囊包覆相變材料搭配環保水性塗料，符合台灣塗料產業界之

262

肆、民生福祉領域

成品規格與需求，可提升其附加價值，且業界研發投資門檻低，對塗料傳產業將可增加其

市場競爭力。

（二）技術發展藍圖 高值化學品應用與開發技術發展藍圖見圖 2-4-1-3。微粒部分目前已完成 4、5、7、8、

10 µm 均一粒徑 PMMA 共聚高分子微球製備技術，以 PMMA 微球為主軸之共聚物開發各種尺寸粒徑之高分子真圓球狀微球均可達單佈性，粒徑分布係數(Cv, Coefficient of Particle Size Distribution)

263

第2 章

高值材化

資料來源：中科院四所整理，2013 年 9 月。

圖 2-4-2-3 高值化學品應用與開發技術發展藍圖

（三）產業效益 近年 LED 照明產業、高性能半導體元件、3C 產品產業、生醫材料發展迅速。其中對

LED 照明產業品質的要求也日益提高，相關產業紛紛投入微粒的技術開發，在 LED 照明產業上，針對可提升視覺效果的光學膜作改善，需加上一層擴散膜，因此以噴塗方式形成的

擴散膜係透過與基材樹脂的折射率、擴散粒子的粒徑大小、分布、形狀、添加量及控制不

同擴散粒子的微粒密度，可以達到不同的擴散特性，調整不同區域的透光率；在半導體元

件應用上，消耗性電子產品產業因元件微小化，對於導電粒子需求量不斷的提高；在生醫

產業上，因標靶性藥物、釋放性藥物的發明，逐漸重視微粒/微囊化學品。目前擴散及導電粒子相關的發明專利大部分掌握在日商積水化學(SEKISUI)、韓國三星(Samsung)、LG 手上，台灣每年進口皆在新台幣 15 億元以上。目前全球最大單佈型 PMMA 微球產能為日本住友化學，總產能為 10.5 萬公噸/年，占全球產值的五分之一；國內長興、奇美等公司皆積極開發中。本技術所之單分散粒子及異方性導電膠經開發完成後，將可漸進取代進口需求，

壓低進口單價，節省外匯並可避免技術壟斷，增高產業自主性與競爭力，建立上游原料、

中游製程與下游應用產品的產業鏈，提升 LCD 及半導體產業競爭能量，預估未來年產值將達新台幣 10 億元以上。

相變材料微膠囊開發技術部分，國外商品生產方面有美、日、德、中國大陸等皆已對

此一領域開發超過十年，美國 All Cell 公司已開發出相變材料微膠囊應用於構裝電池組；而德國 BASF 及美國 Microtek 公司亦積極開發相變材料微膠囊及其懸浮乳液，且已有商品上市，並應用於節能溫控建材或塗料，塗佈後之建築物可降低嚴酷氣候導致之空調用電負載，

節能之電費經估計五年即可將使用本塗料之成本回收，且有效達到減碳之效果，兼具環保

與高值化效益；美國 Outlast 公司亦開發相變材料微膠囊填充之戶外用衣物，但因單價太高導致市場接受度較低。目前國內台蠟公司已針對該現有有機石臘材料進行篩選，紡織產業

綜合研究所及普大皮革股份有限公司所開發之保溫材微膠囊技術亦進行開發與評估，應用

對象為保暖織物開發；而本技術所規劃應用對象則為節能建材塗料及電動車鋰電池組吸熱

264

肆、民生福祉領域

之溫控層開發應用，開發標的物為多用途環保塗料、石膏板及電池電器之溫控層組等開發，

但應用載具在節能建材及其它精密電器控溫塗佈則較缺乏整合。因此若能積極輔導國內化

工傳統產業，進行垂直整合並推動策略聯盟，可增加產品附加價值及加速市場占有率之提

升。開發此應用技術，可用於建築領域之節能溫控建材/塗料；在汽車領域可用於調溫內裝及座椅、電動車鋰電池模組構裝材料等；在儲能領域可用於儲熱/冰系統、太陽能供暖，在日常生活皆有高度應用，並達到低耗能高效能之功能，加上因應綠色能源環保趨勢，可提

高民眾接受度，增加產品附加價值及提高市占率，未來應用產品產值則會隨著節能建築與

電器散熱之需求成長而快速上升，衍生產品產值估算約達新台幣 50 億元。

四、健康生活產業環安開發技術

（一）技術研發目標 隨著民生經濟成長與都市化發展，民眾更為關心生活環境的問題與重視健康生活的訴

求，特別是影響存在於居住環境的不良因子所引發對健康和生活品質的層面。

一般探討室內健康生活時，普遍聚焦於聲響、照明、溫度、通風、水資源等五大面向，

其中溫度與通風泛指空氣品質的各類議題，例如濕度、風速、粉塵、有害氣體之抑制等，

所涉及之系統架構最為複雜；同時，由於建築耗能占全球整體耗能 30%以上，因此上述指標所衍生之技術與產業，也同時成為各國推動節能減碳的重點，並創造「生活產業」的發

展機會。目前國際發展主軸圍繞運用智慧感測網控與高效率機電整合科技，並利用智慧環

控技術降低不利於健康之病態建築(Sick Building)對民眾健康的危害。在服務導向的產業型態轉型趨勢及「以人為本」考量下，「健康生活產業環安開發技術」現階段及未來推動規劃，

以提高建築材料及空調元件於安全與環境品質的附加價值，促進庶民經濟發展，提高生活

品質。同時，配合智慧綠建築的發展需求，將以更經濟有效的方式維護民眾健康，以淨化

室內環境、增進建築能源使用效率為技術投入重點訴求。

現代人約有 80-90%的活動時間待在建築室內，其中 55%的時間在家裏，35%在工作場所，因此室內空氣品質(IAQ, Indoor Air Quality)與人體健康影響的關聯性日益增加。病態建築症候群(SBS, Sick Building Syndrome)造成的身體不適包括紅眼、流鼻涕、喉嚨痛、疲倦、頭痛、噁心、頭暈、皮膚搔癢等病症。根據世界衛生組織(World Health Organization，簡稱 WHO)的估算，每年全球與室內空氣汙染直接相關的死亡人數約 280 萬，占全球死亡人數的 2.7%，遠高於室外空氣汙染的相關死亡人數。

因此，健康生活產業環安技術研發，重點為發展室內環境品質與建築能源優化系統之

生活科技，以淨化室內環境、增進生活品質為建築能源與環境控制訴求，提升使用者生產

力與健康，並強化綠建築於環境品質的智慧化效益。除可提升生活之健康、舒適、居家安

全與環境品質外，並結合高值材化與 ICT 技術，營造宜居的生活環境並帶動智慧服務系統化的健康生活產業市場。

（二）技術發展藍圖 現階段(2013-2017 年)的發展規劃，在於強化雲端智慧綠建築服務平台，淨化室內空氣

品質、除濕及開發環境滅菌技術為主軸，以掌握新興之綠建築與健康生活產業商機。各階

段技術發展藍圖，見圖 2-4-2-4。

265

第2 章

高值材化

在智慧綠建築平台方面，目前全球產業已擺脫過去從單一設備提升效率的觀點，進入

雲端化、高度系統整合和虛擬化的新思維，也就是所謂的雲端化智慧綠建築平台。類似概

念的平台已在台灣和美國能源部同步開發中，是未來該項產業發展的重大方向。其內容整

合多項技術如巨量資料處理、異質資訊的儲存分析與判斷加值、線上友善化圖形介面、連

結國家資料庫、高度整合各軟體及追求系統整合控制等內容。

綜上所述，當巨量異質資料經過分析處理後，便會連結國家級資料庫，例如統計資料

及該平台所具備之各類建築雲端資料庫(BCL, Building Component Library)，再利用媒合演算機制，將使用者所輸入之需求條件，進行 B2B 或 B2C 的資訊媒合，完成數位化產品與服務的電子商務服務循環，包括智慧綠建築相關的設計服務、各式產品交易，例如材料、零

組件、單一設備或次系統之軟硬體整合開發等，為一種虛擬企業形式，是連結廠商能量與

拓展節能系統/服務/設備出口的新管道。

小型系統整合與驗測及中型系統整合與驗測則是以系統化建築能源模擬(Energy Simulation)和建築資訊模型(BIM, Building Information Model)的結合作為基礎，應用於建物/節能系統/再生能源整合設計/分析/驗測的網路服務平台。因此不論在建築物的觀念設計階段，建築師或供應鏈可以配合廠商透過設備/建材數據庫、樣板模型庫(Baseline Model Library)，進行各種流程的串聯，也可在既有建物改善時，藉由該平台選用最具成本效益的節能設備/設計，事前掌握節能預估總量和節省經費的預測值，可達到全程最低成本的全系統評估方案。

至於中型系統管理與控制，則是有別於上述所提之整合式驗測，進一步依據驗測結果

進行預測式系統控制，此技術對於未來任何建築物銜接具有雙向溝通能力的智慧電網，以

及因應智慧電網中隨時變動的再生能源比例日益提升，是非常關鍵的技術趨勢。該技術在

過程中，除採用驗測結果進行系統最佳化與最節能化的控制以外，同時還可視業主需求，

依據需量進行各別設備的卸載。最後，這個系統的終極目標是可以整合雲端資訊進行加值

分析，例如未來大量且快速進出的異質資訊分析，包括影像、語音、文字等的綜合解讀與

除錯，最後化身成為智慧聯網(IoT, Internet of Things)的資訊之一，最終達到智慧控制如空調、燈光、門禁、家電、影音、娛樂、設備等，達到建築的安全、便利、健康、舒適與節

能智慧化目標。

在室內空氣品質技術平台方面，係針對空調換氣問題提供解決方案。在抗菌材料上，

本技術投入高價奈米銀抗菌材料開發，解決奈米銀殺菌速度不夠快，且易氧化變色致產品

外觀不佳等問題。目前利用乙二胺四乙酸(EDTA, Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)螯合高價銀離子，抗菌活性可維持 90 天以上，殺菌速度達奈米銀的 30 倍，有潛力應用於塗料、紡織品、化妝品、醫療等需要抗菌功能的產品，取代奈米銀的抗菌市場。

此外，針對台灣大氣中的臭氧、一氧化碳、微塵等空氣汙染物經常高於室內空氣品質

建議值的問題，以及室內甲醛、揮發性有機物等汙染，將開發常溫下可分解臭氧、一氧化

碳、甲醛等的環境觸媒，並結合全熱交換器與空調濾網，達成淨化室內空氣品質，氣態汙

染物去除率大於 80%的目標。目前實驗室開發的臭氧分解觸媒，在相對濕度 90%的高濕環境，停留時間 0.005 秒的條件下，分解臭氧的效率達 99%，極具產品化潛力。

另外，美國空調協會 2008 年首先提出，當空調降溫與除濕的功能採取分離式設計時，整體的能源效率可提高 30-60%。本研究開發高能源效率的電滲透除濕技術，以突破傳統除

266

肆、民生福祉領域

濕技術能源效率太差的瓶頸。目前實驗室已開發出結合偏極交流電(Biased AC)與有機金屬骨架(MOF, Metal Organic Framework)設計之電滲透除濕膜，能源效率可達 10 kg/kWh，目前正投入提高電極親水性、擴大除濕膜孔徑及表面帶電性、降低裁量組抗等研究，以提高

除濕速度。

資料來源：工研院綠能所整理，2013 年 9 月。

圖 2-4-2-4 健康生活產業環安開發技術發展藍圖

（三）產業效益 本研究之技術成果，主要可應用在建築空調產業及民生抗菌產品，空調設備的全球市

場需求約新台幣 1.0 兆元/年，台灣僅占 1.9%，且以內銷及代工生產為主，產業附加價值不高。此外，根據工研院 IEK 報告，全球抗菌產品的市場需求約新台幣 1.9 兆元/年，而抗菌劑本身約占約 110 億元/年，其中奈米銀的年產量約 405 公噸，但台灣的產量占比微乎其微。本研究所開發之高價奈米銀、環境觸媒、微波殺菌、電滲透除濕、智慧環控等技術，估計

可產出抗菌材料、健康空調系統、微波殺菌設備、電滲透空調除濕機、下世代智慧商辦

與居家等相關產品，提高產業附加價值與國際競爭力，增進內外銷之年產值約達新台幣

210 億元。

總體而言，健康生活產業環安技術的發展，將以政府推動高值材化方向為策略主軸，

結合綠能科技，因應智慧環控技術與綠建築之室內健康與環境指標，切入台灣產業轉型的

價值鏈，帶動健康生活市場與幸福有感的庶民經濟。

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