經濟部產業發展署石化產業高值化推動專案

關鍵化學材料缺口鏈結推動(試量產研發與驗證)

    2010年起全球石化市場與生產受全球氣候變遷和環保問題影響產生重大變化，我國石化產業在國內外的布局面臨重大挑戰(圖十八)。對外面臨新興國家崛起的競爭，對內遭遇環保抗爭、新產能擴增計畫無法推動、國光石化停建與中油五輕關廠的衝擊，短期國內石化原料乙烯之擴充供應將有困難。此外，美國頁岩氣(Shell Gas)商業化開採成功，帶來石化產業之乙烯產品的增加，隨之而來的低廉乙烯價格將排擠以石油腦做為原料進行生產的裂解廠。我國石化產業大部分以石油腦作為原料進行生產，不可避免將面臨國外低價乙烯產品的強力競爭。我國石化產業為追求永續發展，應朝技術升級與高值化產品研發之方向邁進，且要將環保與節能減碳工作視為須解決的重大課題。

    技術升級與石化高值化產品的開發歷程，除需完成實驗室基礎研發及專利策略布局外，尚需進行試量產(Pilot Plant)研發計畫，已建置完備量產建廠資料即完成下游產業之應用評估驗證，始能正式建廠量產。然而，廠商依規模不同投入百~千噸等級的試量產研發計畫，耗時數年數億元且不一定成功，考驗業者的意志力與決心。但唯有如此，才能收集未來正式量產之建廠最佳資訊，並同時進行下游客戶之驗證及產業鏈之布局建構。試量產研發之工作主要包括試量產工程設計研究、試量產工廠設計評估、試量產工廠生產線優化及產品應用市場開發與評估等(圖十九)。若不先經試量產研發，業者就無法獲取量產建廠時所需之程序設計、程序控制與質能平衡等有效參考數據與操作參數，且在產品出海口尚不能完全確定下貿然進行放大量產，失敗機率大且可能處於求售無門的窘境。

我國政府為了建構石化產業高值化發展環境與協助廠商排除投資障礙，擬定研發五步驟推動策略(圖廿)以降低量產化技術開發過程中所面臨的風險性，並委託工研院材化所高分子組輔導國內廠商自行研發、設計與落實高值石化產品產業化，規劃21項國內石化產業斷鏈材料之試量產計畫，補助廠商投入先導性試量產設備建置及產品驗證，亦即補助業者投入試量產研發，以破除石化產業高值化最大障礙，加速業者從實驗室到設廠鏈產的商品化時程，提高產業完成量產技術建置與商品化之可行性與落實程度，促進上游產業之原料轉型，進而鏈結下游產業之應用發展，以利於石化高值化轉型升級推動並供應五加二創新研發產業(綠能科技、亞洲矽谷、智慧機械、生技醫療、國防產業、新農業循環經濟)與六大核心戰略產業(綠能產業、新世代通訊產業、軍民整合國防產業、5G數位轉型與資安產業、生物與醫療產業、民生與戰略物資產業)所需之新材料。 

國內石化業者已有21家(18案)積極響應政府之產業升級轉型與高值化政策申請試量產研發計畫且通過(表四)。以下舉出重點案例茲以說明

1.大尺寸平面電視用導光板試量產研發計畫

如圖廿一所示，新一代光學級壓克力共聚物具有高透光率、耐候性佳、低吸濕及耐化學溶劑特性，可應用於光學膜與光學透鏡等產品，包括：抗反射膜、偏光膜、抗炫光膜、亮度增強膜及數位相機用光學鏡片等。此外，此產品亦可藉由精密加工與光學設計製成高性能顯示器用導光板，解決目前PMMA因吸濕膨脹而無法應用於大尺寸顯示器(55吋以上)導光板的瓶頸。此產品深具國際發展潛力，可與國內的光電產業接軌。後續若正式投產，將成為台灣第一家商業化生產之廠商，得以填補我國新世代光學材料產品空白，把握市場競爭的主動權，積極投入參與高階光學材料的應用層面。同時亦可提升我國壓克力系聚合物的核心競爭力，進而使全球光學產業有革命性的變革。

2.手機與觸控面板用保護面板與光學鏡片材料試量產研發計畫

如圖廿二所示，環狀嵌段共聚物(Cyclic Block Copolymer; CBC)擁有零光學延遲、耐候性佳、高透光率、耐化學溶劑、低吸濕、易加工等特性，可應用於光學膜等應用，包括：補償膜、偏光膜、抗炫光膜、四分之一波長板、抗反射膜、亮度增強膜及低雙折射熱塑性鏡片等。本產品投產後將成為全球第一家商業化生產CBC之廠商，得以填補我國新世代光學材料產品的空白，把握市場競爭的主動權，積極投入參與高階光學材料。

3.車用油封與皮帶材料試量產研發計畫

    氫化丁腈橡膠(HNBR)具有優異化學穩定性、耐磨性、彈性及耐油性，可應用於油封、正時皮帶、化纖、3C、染整滾輪與精密滾輪等。此產品可提供國內3C及染整產業所需精密滾輪之耐溶劑橡膠，提高滾輪壽命。此外，此計畫亦可建立高價值原料(HNBR生膠)國產自主化能力，取代進口，穩定料源，提升橡膠中/下游產業(如：油封與正時皮帶)之國際競爭力。

4.鐵路電配與汽車防塵套材料試量產研發計畫

    如圖廿三所示，熱塑性聚酯彈性體(TPEE)具有突出的機械強度、優良的回彈性和寬廣的使用溫度等綜合性能，在汽車零組件、液壓軟管、電纜電線、電子電器、工業製品、體育用品、生物材料等領域得到了廣泛的應用，其中在汽車工業中的應用最廣，占80%以上。此外，TPEE目前應用在世界各地發展快速，需求量已高達15萬噸/年以上。在全球節能減碳共識之下，汽車輕量化成為各工業先進國家當務之急，塑膠物件於汽車產業應用比例將逐年升高，未來此材料需求量可望水漲船高。該計畫所開發之TPEE為BHBT(硬質段)與PTMEG(軟鏈段)共聚合而成；所需原料為PTA、BDO及PTMEG等三種單體。目前市面上TPEE製成多採用為DMT間歇式或半連續式生產技術；D公司改採PTA連續式生產技術，不但可避免副產物甲醇的生成，而且已連續式生產可兼具最大效益產能及品質穩定。

5.輸送帶用黑煙膠與鞋用黑色母粒材料試量產研發計畫

    以熱裂解技術處理廢橡膠具有節能減碳、資源及能源回收及防止二次公害等優點，為現今廢橡膠處理廠採行最具優勢的技術。利用橡膠熱裂解技術產出之環保碳黑製成的耐磨彈性體具有高分散性、適當硬度、低發熱性及不錯的機械性質，市場潛力無窮，可應用於汽車輪胎、工業製品、電子電器、交通器材、建築建材、包裝材料等領域。橡膠熱裂解技術深具發展潛力，如圖廿四所示，其產品環保碳黑亦可進一步藉由材料配方/混合分散/加工調控工作應用於高性能耐磨彈性體，可與國內中下游廠商接軌。此外，此案有國內首座規模連續性熱裂解設備，投產後將成為全球首屈一指商業化進行橡膠熱裂解並將其回收產品再製成耐磨彈性體之廠商，得以填補我國高性能彈性體材料產品的空白，把握市場競爭的主動權，同時可提升我國石化產業的核心競爭力。

6.手機用軟性印刷電路板材料試量產研發計畫

    隨著智慧型手機與平板電腦的崛起，軟性基板聚亞醯胺(PI)用量大增，帶動上游關鍵材料4,4'-二胺基二苯醚（4,4'－ODA）的成長。全球4,4'－ODA需求量為6,500噸/年，國內500~1,000噸/年。而4,4'－ODA於台灣為斷鏈材料，長期以來仰賴進口，若能掌握4,4'－ODA生產技術將能提升台灣軟性基板之國際競爭力。此案透過觸媒篩選、反應器設計以及反應參數探討，建立高轉化率極高選擇率之縮和反應及還原胺化反應，並設計適當純化製程，以生產高品質4,4'－ODA。

7.高值化TPV動態交聯彈性體試量產研發計畫

    TPV(Thermoplastic Vulcanizates)兼具塑膠之熱塑性/耐熱性與橡膠之彈性/可壓縮性，主要用來取代傳統橡膠的應用，係藉由動態交聯的複雜化學反應與動態混練的非熱力學穩定高分子共混物，雖然製造工藝複雜，進入市場的門檻很高，但所得到性能優良的塑膠/橡膠共混物可以擁有各種良好特性，如高彈性、韌性、耐熱、耐壓縮變形、耐候、耐老化、耐油、耐溶劑、易染色等，可應用於汽車工業、消費用品、電子電器、交通器材、建築建材、包裝材料與運動器等領域之關鍵材料。TPV除了有傳統TPE的柔軟性、彈性、熱塑性、可回收性外，最獨特之處在於擁有傳統橡膠的低壓縮永久型變率(完全交聯的橡膠相)，以及熱塑橡膠的高耐熱性(高結晶的連續相)，都是傳統TPE無法比擬的。在產業應用上，可實現多次加工並被回收和再利用，極大地滿足低耗能加工、多樣化加工、精密加工、可重複加工的要求，是橡膠發展的重要方向，也是解決橡膠加工和橡膠回收再利用的最佳環保途徑。

8.功能性聚酯關鍵中間體CHDM試量產研發計畫

    CHDM為聚酯產品常使用單體，目前全世界供應主要由美國Eastman公司及韓國SK公司寡佔市場，年需求成長率為9~12%，若無新增產能，CHDM供應將出現缺口。本案建立年產能10噸之CHDM試量產工廠，採用DMT為原料，利用二段氫化反應合成CHDM，第一段反應先將DMT進行苯環氫化合成中間物DMCD，第二段反應將DMCD酯基氫化還原成CHDM，其品質與國外業者相當。由於CHDM市場需求日益增加，其合成聚酯產品PETG和PCTG等具有優異的加工性能、抗化性、高透明度，具有高度發展潛力且能進行進口取代，滿足產業鏈缺口。

9.Phthalate-free環保型可塑劑試量產研發計畫

    可塑劑為塑化產業最重要的添加劑，可以減弱塑膠材料內聚合物分子間的作用力，使聚合物分子鏈容易運動以改善塑膠柔軟性質，有改善加工流動性的功用。可塑劑種類繁多，常見的有鄰苯二甲酸酯類、對苯二甲酸酯類、偏苯三甲酸酯類、己二酸酯類、聚酯類和環氧類等。目前全球可塑劑年消費量約840萬噸、市值超過150億美元，其中以鄰苯二甲酸酯(Phthalates)消費量最大，占整體可塑劑70%左右。但隨著全球環保意識的增強，國際環保法規對Phthalate可塑劑使用的限制逐漸加嚴，台灣、歐盟、美國、日本及中國等皆先後在食品包裝、醫療用品、兒童玩具、及其他人體密切接觸的PVC用品上對鄰苯二甲酸酯實施限制，市場對Phthalate-free環保可塑劑的使用需求逐年增加。其中以傳統Phthalate(如：鄰苯二甲酸二異辛酯/DEHP、鄰苯二甲酸二異壬酯/DINP)為原料經氫化製成的環已烷二甲酸酯可塑劑(DINCH-like)為目前最有機會取代傳統Phthalate可塑劑的產品，目前市場需求以年複合成長率接近10%的速度快速增長，未來有機會逐漸取代30%傳統Phthalate可塑劑市場。本案掌握環保型已烷二甲酸酯可塑劑的生產技術，能有效提升我國整體塑化產業的國際競爭力。

10.高性能環保功能性聚烯膠材試量產研發計畫

    膠黏劑的應用市場主要包括建築、施工、民用工程、裝飾工藝、包裝與標籤、木工和細木工製品、紙加工及書本裝訂、纖維加工、交通運輸、製鞋和皮革、消費、自用(零售)、裝配作業及其他等，應用範圍非常廣泛。然而，國內高性能鞋材/紡織/車材/衛材接著用熱熔膠長期仰賴進口，透過掌握自主研製技術，突破依賴國外市場的進口窘境，有助於國內產業鏈往高值化方向發展健全。此外，此膠材與傳統膠材相比，不含溶劑、減少有機廢氣(VOC)排放，符合目前國際綠色節能減碳之環保訴求，加上熱塑性的材料特性並具有可回收、再生利用的特性，對於石化產業轉型為綠色環保之企業形象有正向效應。

11.聚酯超薄膜材料試量產研發計畫

    雙軸延伸PET(BOPET)的用途廣泛，可應用於包裝、印刷基膜、電子產品、顯示器偏光膜、太陽能面板等產品，2016年全球需求量已超出360萬噸，且中國單一國家之需求量已占全球之60%，雖然中國目前亦是全球BOPET最大生產國，多家廠商前仆後繼投入產線建置，目前年產量已達220萬噸，但因為技術之限制，主要集中於低階BOPET包裝膜生產，導致低階產品生產過剩，進入削價競爭之惡性循環，但高端產品產量不足仍需仰賴國外進口，依中國發展之速度可預期未來全球高階BOPET膜的需求量還會持續向上增長。如圖廿五所示，此計畫生產的產品依產業上/中/下游可分為超薄BOPET專用聚酯粒、超薄BOPET膜及新型高速熱昇華印表機色帶三大項，推動熱昇華印表機耗材(色帶)自主化，除了導入國內第一台雙軸超薄膜延伸設備外，亦發展了高潔淨/高熔融強度聚酯材料，可符合超薄膜雙軸延伸加工時前端聚酯材料之需求。

結  論

    由於創新高性能熱塑高分子不容易被設計與合成，透過改質技術提升既有熱塑性高分子之物性，已成為最便捷且符合成本效益的路徑。工研院材化所高分子組於1983年在政府科專支持下，投入建構全台首套W&P ZSK-30雙螺桿壓出機進行高分子改質後，開啓了國內熱塑性高分子改質產業的蓬勃發展，成功輔導國內超過100家次廠商進行60項次以上熱塑性高分子改質技術轉移。近年來亦藉由執行「創新技術開發與跨業整合應用」及「關鍵化學材料缺口鏈結推動(試量產研發與驗證)」落實商業化量產，已實現帶動年產值大於新台幣1,000億元的豐碩成果，引領我國石化產業朝向高值化發展。