PRISMATIK® 專利光學塗層 台灣之光｜國家級實驗室 ITRI 紡織研究所Ｘ清華創辦人 共同開發

一、為什麼需要 PRISMATIK®：紫外線與防曬機制速寫

在討論 PRISMATIK® 之前，我們先把問題講清楚： UV 究竟是怎麼被阻擋的？物理性防曬與化學性防曬，各自的極限在哪裡？

1. 物理性防曬：白色粉體構成的「微型反射鏡陣列」

典型的物理性防曬，主要依賴二氧化鈦 (TiO₂) 與 氧化鋅 (ZnO) 這兩種白色金屬氧化物。它們以奈米或微米級粒子散佈在塗層中， 透過反射、散射與折射將紫外線偏轉出肌膚表面。 粒徑越穩定、折射率越高，紫外線屏蔽效果越好。

• TiO₂：對 UVB 與短波 UVA 有極佳屏蔽能力，但在長波 UVA 端較弱。
• ZnO：可覆蓋 UVB 到長波 UVA，是寬頻物理防曬最佳核心成分之一。

2. 化學性防曬：把紫外線「吃下來，變成熱」

化學性防曬則是利用一群具有共軛雙鍵結構的有機分子，吸收特定波段的紫外線， 再將能量轉換成熱能或無害的低能量光子釋放，常見成分包括：

• Salicylates：吸收 UVB (280–320 nm)，多作為輔助防曬。
• Cinnamates：阻隔 UVB (290–320 nm)，防護力中等。
• Benzophenones：涵蓋 UVB 與部分 UVA，卻可能帶來過敏與環境爭議。
• Anthranilates：偏向 UVA 吸收。

這類分子能做到質地輕盈、不泛白，卻也因「必須接觸並部分滲入皮膚」而存在 敏感性、刺激性與長期安全性疑慮。

3. PRISMATIK® 想解決的，其實是「兩種防曬的矛盾」

對敏感肌、醫美術後族群與長時間戶外族群來說，最理想的狀態是：

• 像物理防曬一樣穩定、安全、不滲入肌膚；
• 又像化學防曬一樣輕薄、不厚重、不死白；
• 還要能兼具高 UPF、長效耐水洗、降溫與美膚光選擇性。

PRISMATIK® 的設計思路，就是把這些需求全部放進同一個方程式裡，透過多層奈米光學塗層來解。

二、PRISMATIK® 多孔性奈米陶瓷塗層概要與實測數據

1. 基材與結構定位

PRISMATIK® 最早部署在傘布系統上，主要搭配： 100% Polyester、320T Pongee 高密度聚酯布。 在此基材上，我們形成一層多孔性奈米陶瓷複合塗層，同時肩負防曬、防水與光譜篩選的任務。

2. 代表性實測性能

• UPF 值：1018 (UPF > 1000 等級)。
• 紫外線穿透率：約 0.09%（280–400 nm）。
• 可見光透過率：約 80%（400–780 nm）。

換句話說，PRISMATIK® 能在幾乎完全封鎖 UV 的同時， 保留高比例可見光，讓傘下保持明亮、自然，而不是傳統黑膠那種「安全但陰鬱」的體驗。

3. 與工研院的合作方向

在既有塗層基礎上，PRISMATIK® 後續研發方向包括：

• 降溫塗層系統：將配方延伸至 POE、PVC 等透明基材， 開發「透明降溫傘」與高透光遮陽膜。
• 單一波長篩選塗層：例如針對 693 nm 紅光波段進行選擇性增強， 以支援美膚光波、醫療或園藝專用布料。

三、PRISMATIK® 的材料設計：從奈米陶瓷到多機能添加系統

1. 多孔性奈米陶瓷骨架：PRISMATIK® 的「載體」

PRISMATIK® 的核心是一個由多孔性奈米陶瓷構成的三維網絡， 以 mesoporous 結構（中孔尺度）提供：

• 高比表面積 → 可固定大量 UV 吸收劑與穩定劑；
• 可調控孔徑 → 影響光散射路徑與折射行為；
• 優異的熱穩定性 → 支撐長時間日照與多次水洗。

2. 有機／無機 UV 阻隔組合

在這個陶瓷骨架中，我們導入一系列無色紫外線吸收劑與光安定系統，包含：

• 如 Eusorb UV-988 類型之高效無色 UV 吸收劑，特別適用於聚碳酸酯與聚酯系統；
• 多種異噁唑、三嗪與 benzotriazole 類 UV 吸收分子，用以涵蓋 UVB 與 UVA 波段；
• 光安定劑 (HALS, Hindered Amine Light Stabilizers)， 例如 Bis-(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebacate 系統，用於捕捉自由基、延長塗層壽命。

3. 無機奈米粒子：ZnO、TiO₂ 與玉石粉的光學與機械貢獻

PRISMATIK® 亦整合多種無機奈米粒子，作為物理性防曬與機械性質的關鍵組件：

• 納米氧化鋅 (ZnO)：提供寬頻 UV 阻隔與潛在抗菌加值。
• 納米二氧化鈦 (TiO₂)：提升 UVB/短波 UVA 屏蔽、增強光散射。
• 納米玉石粉與微孔木質素：協助調控熱傳導特性與微觀散射行為。

4. 防水與耐水洗系統

為了讓抗 UV 性能在多次水洗後仍能維持，PRISMATIK® 採用水性氨基酸改性聚氨酯、防水交聯系統， 並搭配：

• 聚醚二醇、TDI 三聚體固化劑與二羥甲基丙酸等組成的聚氨酯網絡；
• 水性氟碳／有機矽型防水劑，降低表面能，使水滴以高接觸角形成水珠滾落；
• 疏水性奈米 SiO₂，構築自清潔與抗污機制。

實驗結果顯示，即使經過多次水洗，涤綸「皮膚衣」與傘布仍能維持高度 UV 阻隔能力， 有效避免傳統防曬整理「洗幾次就失效」的問題。

四、多層光學結構：UV 阻隔、IR 降溫與可見光美膚波段篩透

1. 三層結構設計概念

綜合現有文獻與實驗資料，我們將 PRISMATIK® 發展為一套 底層－中間功能層－頂層保護層的多層奈米複合塗層：

• 底層（Adhesion Layer）： 以溶膠–凝膠技術在聚酯表面形成 50–100 nm 級矽氧化物或矽改性層， 同時提升附著力與表面能。
• 中間功能層（Functional Layer）： 集中 UV 阻隔、IR 降溫與可見光光譜調控，是整套系統的光學核心。
• 頂層保護層（Topcoat）： 採用低溫 UV 固化樹脂，內含 UV 吸收劑、防刮組分與防水劑，提供耐候與自清潔機能。

2. UV 阻隔模組：99.9% 以上遮蔽率

在中間功能層中，PRISMATIK® 結合：

• 約 5 wt% 的表面改性納米 TiO₂（20–30 nm）；
• 約 3 wt% 的改性納米 ZnO（30–50 nm）；
• 多組有機 UV 吸收劑與 HALS 光安定系統。

實測顯示，UV 280–400 nm 波段阻隔率可達 99% 以上， 並能在多次折疊、開闔與水洗後維持高強度阻隔。

3. IR 降溫模組：讓傘下不再「蒸籠式悶熱」

為了抑制日照帶來的熱負荷，我們在配方中導入：

• 3–5 wt% 的 ITO（氧化銦錫）或 AZO（鋁摻雜氧化鋅）奈米粒子（40–60 nm）；
• 2–3 wt% 的鈰鎢青銅粉或類似結構奈米材料。

這些材料能選擇性反射或吸收近紅外線，使傘面溫升顯著降低， 實驗中常見傘下體感溫度較環境降低數度的效果。

4. 可見光美膚波段增強：把「好光」留下來

與傳統黑膠傘不同，PRISMATIK® 並非單純把光全部擋掉，而是希望： 把對肌膚有害的波段削弱，把有益或舒適的波段留下來。

因此，我們在中間層加入極低含量（0.5–2 wt%）的：

• 銀奈米顆粒（調控局部表面等離子共振）；或
• 稀土摻雜螢光粉（例如 YAG:Ce），將高能紫外光轉換為橙紅光輸出。

經過光譜測量，可見光 400–780 nm 保持約 80% 高透光， 而 580–620 nm 區間的橙紅光能量相對增強，形成所謂的 「美膚光」窗帶──在高防護的前提下，仍保留柔和、討喜的膚色光感。

五、從實驗室到量產：塗佈製程與成本優化策略

1. 前處理與奈米分散

為了讓塗層在 320T 聚酯傘布與服飾材質上表現一致，PRISMATIK® 採用以下流程：

• 以異丙醇／水或中性清潔配方去除表面油污；
• 使用等離子體處理提升表面能與附著力；
• 各奈米粒子分別進行高速攪拌與超聲分散，以確保粒徑穩定、避免聚集。

2. 樹脂體系與塗液調製

基底體系以氟改性丙烯酸樹脂 + 聚氨酯分散體為主， 加入去離子水、異丙醇與丙二醇甲醚調整黏度，逐步引入各 UV/IR/可見光功能分散液， 最後添加防水劑、疏水納米 SiO₂、交聯劑與消泡劑，調整 pH 至 7.5–8.5 後靜置脫泡。

3. 傘布與服飾的塗佈工藝

• 傘布：浸漬或刮刀塗佈，預乾燥 80–90°C 2–3 分鐘， 之後在 130–150°C 進行 3–5 分鐘熱固化，確保塗層緊密而不損害布料強度。
• 服飾：採噴霧或泡沫塗佈，多次薄層覆蓋， 於 120–140°C 進行 2–4 分鐘低溫固化，以保留柔軟手感。

4. 成本與生產效率

在材料優化與計量精算後，PRISMATIK® 的實際塗層成本可控制於： 每碼布料約 7–8 元新台幣，遠低於 15 元的成本天花板， 讓高性能光學塗層得以被大規模導入日常傘具與服飾，而不是只存在於實驗室樣品。

六、在傘與服飾上的應用：安全性、膚感與使用情境

1. 與傳統防曬產品的互補關係

PRISMATIK® 的定位並不是取代所有防曬品，而是： 在衣物與美膚傘層級，先幫肌膚擋掉大部分有害光線， 再讓防曬產品專注於暴露區域與局部補強。

對於：

• 嬰幼兒與敏感肌膚：可減少頻繁塗抹多成分化學防曬的需求；
• 醫美術後族群：提供一層穩定、非接觸式的外部屏障；
• 長時間通勤與戶外活動者：在「傘＋服飾」層就大幅降低 UV 負荷。

2. 使用者體感：不只是數字，而是傘下的空氣感

從使用者回饋與實測結果來看，PRISMATIK® 帶來的體感可以用幾個關鍵字描述：

• 光：傘下不是全黑，而是柔和、乾淨的亮度；
• 溫度：長時間日照下，傘面溫升與傘下體感明顯低於一般深色黑膠傘；
• 膚感：少了紫外線直射的刺痛與緊繃，肌膚在日照後仍維持相對穩定狀態。

七、研發藍圖與未來方向

PRISMATIK® 目前已經在 JADEDROP 美膚傘與部分服飾上全面佈署， 下一階段的研發重點，將聚焦在：

• 更高比例生物基材料與可回收樹脂系統，降低整體碳足跡；
• 針對不同地區日照光譜，客製化光學窗帶與降溫配置；
• 與醫學、皮膚科與環境科學團隊合作，進一步量化「美膚光」對皮膚與心情的正向影響；
• 讓 PRISMATIK® 從傘與服飾，延伸到車用遮陽、建築遮蔭與戶外裝備。

對 JADEDROP 而言，每一次展開傘面，都是一次光學塗層在真實世界中的實驗； 而每一把被長期使用的美膚傘，都是對 PRISMATIK® 實驗室最直接的肯定。

八、Reference

• Eusorb UV-988 技術資料表，Eutec Chemical Co., Ltd. 高效無色紫外線吸收劑於聚碳酸酯與聚酯工程塑料之應用報告。
• 關於物理性與化學性防曬機制之綜論，參見防曬相關教科書與 Journal of Photochemistry and Photobiology 系列論文。
• 多孔性奈米陶瓷與無機奈米粒子於紡織品光學功能整理之研究， 參考《Progress in Organic Coatings》、《Surface and Coatings Technology》、 《涂料工業》等期刊與技術報告。
• PRISMATIK® 專利與內部測試報告，JADEDROP 美膚傘材料開發實驗室 × 工研院 聯合研發資料。