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第084篇｜NCO值
NCO Value


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一句話定義
NCO值（NCO Value）是聚氨酯（Polyurethane）配方設計中，用來表示異氰酸酯（Isocyanate）反應能力的重要參數，通常指每克異氰酸酯中所含NCO官能基的理論反應當量，是計算配方比例與R值（R Value）的核心基礎。


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為什麼重要
PU配方開發裡。


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最常發生的問題之一。


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不是原料選錯。


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而是比例算錯。


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同樣的原料。


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只要NCO計算錯誤。


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可能出現：
    •    固化不足
    •    過度脆化
    •    黏度異常
    •    強度下降
    •    壽命縮短


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因此PU工程師最重要的能力之一。


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就是計算：
NCO。


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因為整個PU世界。


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本質上就是：
NCO與OH的平衡藝術。


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基本原理
異氰酸酯最重要官能基為：
NCO。


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其結構如下：
R{-}N=C=O


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每一個NCO。


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都能與一個OH反應。


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形成：
Urethane Bond。


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因此：
NCO數量
=
反應能力。


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NCO值的本質
NCO值代表：
異氰酸酯能提供多少反應位點。


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換句話說。


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NCO值越高。


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理論交聯能力越強。


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反應速度通常也越快。


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因此NCO值是PU配方設計最重要參數之一。


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NCO當量概念
NCO計算的基礎。


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來自：
Equivalent Weight
當量重。


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NCO官能基分子量為：
14+12+16=42


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因此：
42 g NCO
=
1當量NCO


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這是所有PU計算的基礎。


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NCO含量與NCO值關係
若已知：
NCO Content


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即可計算：
NCO Equivalent Weight


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公式：
EW_{NCO}=\frac{4200}{%NCO}


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其中：
EWNCO = NCO當量重
%NCO = NCO含量


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此公式是PU工程師每天都在使用的公式之一。


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常見NCO含量範圍
MDI系統
類型    NCO含量
Pure MDI    約33.6%
Polymeric MDI    30–32%
Modified MDI    20–30%


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HDI系統
類型    NCO含量
HDI Monomer    約50%
HDI Trimer    20–24%
HDI Biuret    20–23%


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IPDI系統
類型    NCO含量
IPDI    約37.8%


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NCO值與反應能力
理論上：
NCO值越高。


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可提供更多反應位點。


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形成更多：
Urethane Bond。


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因此：
NCO ↑
↓
Crosslink Density ↑


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最終提高：
    •    強度
    •    耐熱性
    •    耐溶劑性


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NCO值與黏度
NCO含量提高時。


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通常分子量較低。


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黏度較低。


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方便加工。


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但反應性提高。


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因此需注意操作時間。


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NCO值與固化速度
異氰酸酯供應量增加時。


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反應機率提高。


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通常：
固化速度加快。


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因此高NCO系統。


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常具有較短：
Pot Life。


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NCO值與R值關係
PU配方設計核心公式：
R=\frac{NCO}{OH}


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其中：
NCO來自NCO值計算。


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OH來自OH值計算。


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因此：
沒有NCO值。


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就無法計算R值。


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重要數據或表格
NCO值對性能影響
NCO增加    影響
交聯密度    ↑
強度    ↑
耐熱性    ↑
耐溶劑性    ↑
柔韌性    ↓
延伸率    ↓


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NCO值控制重點
參數    重要性
配方計算    ★★★★★
R值設計    ★★★★★
固化控制    ★★★★★
強度控制    ★★★★★
耐熱控制    ★★★★☆


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NCO值與軟包裝膠
無溶劑PU中。


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NCO設計直接影響：
    •    初期強度
    •    最終熟化
    •    耐蒸煮性能


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因此軟包裝膠開發極重視NCO控制。


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NCO值與電子材料
電子封裝材料。


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通常要求：
高可靠度。


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因此需精確控制：
NCO與OH平衡。


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避免殘留反應物。


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NCO值與TPU
TPU配方中。


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NCO比例決定：
    •    硬段比例
    •    結晶能力
    •    強度表現


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因此NCO控制極為重要。


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NCO值與水分
NCO會與水反應：
NCO+H_2O\rightarrow CO_2


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產生二氧化碳。


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導致：
    •    氣泡
    •    發泡
    •    缺陷


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因此實際可用NCO量。


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可能低於理論值。


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這也是PU生產必須控制含水率的原因。


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與接著工程的關係
NCO值直接影響：
Cure Speed
固化速度。


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Pot Life
可操作時間。


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Crosslink Density
交聯密度。


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Heat Resistance
耐熱性。


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Solvent Resistance
耐溶劑性。


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Durability
耐久性。


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因此NCO值是PU設計最核心參數之一。


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軟包裝案例
耐蒸煮無溶劑PU。


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通常需提高有效NCO參與率。


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以建立高交聯密度。


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鞋材案例
鞋膠若NCO不足。


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容易產生：
    •    強度不足
    •    耐熱下降
    •    開膠問題


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電子材料案例
電子封裝材料。


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若殘留NCO過高。


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可能導致：
濕熱可靠度下降。


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常見應用
PU接著劑
Polyurethane Adhesive。


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TPU
Thermoplastic Polyurethane。


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PUD
Polyurethane Dispersion。


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Sealant
密封膠。


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PU Foam
聚氨酯泡棉。


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Electronic Materials
電子材料。


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相關名詞
    •    Isocyanate（異氰酸酯）
    •    Polyol（多元醇）
    •    NCO Content（NCO含量）
    •    OH Value（OH值）
    •    R Value（R值）
    •    Free NCO（游離NCO）
    •    Urethane Bond（氨基甲酸酯鍵）
    •    Crosslink Network（交聯網路）


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FAQ
Q1：NCO值與NCO含量一樣嗎？
不完全相同。
NCO含量是分析數據。
NCO值則是實際配方設計使用的反應能力概念。


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Q2：NCO越高越好嗎？
不一定。
過高可能導致脆化、殘留NCO增加及加工困難。


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Q3：PU配方最重要的計算是什麼？
通常是NCO與OH平衡計算。
也就是R值設計。


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APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，NCO值是PU配方設計的起點，也是許多問題的根源。
許多接著強度不足、熟化異常、耐熱不佳或儲存穩定性問題，最終追溯都與NCO計算有關。
因此建立完整的NCO資料庫、掌握不同異氰酸酯的NCO含量與反應特性，是PU工程師最重要的基本功之一。
在PU世界裡，真正決定反應命運的第一個數字，往往就是NCO。


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延伸閱讀
    •    Isocyanate（異氰酸酯）
    •    Polyol（多元醇）
    •    NCO Content（NCO含量）
    •    OH Value（OH值）
    •    R Value（R值）
    •    Free NCO（游離NCO）
    •    Urethane Bond（氨基甲酸酯鍵）
    •    Crosslink Network（交聯網路）


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參考文獻
    1.    Oertel, G. Polyurethane Handbook.
    2.    Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
    3.    Woods, G. The ICI Polyurethanes Book.
    4.    Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
    5.    Journal of Applied Polymer Science.
    6.    Polymer.
    7.    Progress in Polymer Science.
    8.    Reactive and Functional Polymers.