奈米纖維素最新發展現況

刊登日期:2015/9/30
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連泓原/工研院材化所

奈米纖維素的應用發展
奈米纖維素具有高剛性、高強度、高長徑比等優異特性,被視為理想的複材加強材,而如何提升於樹脂間的相容性與分散性一直是重要的發展技術。American Process公司將疏水木質素包覆(Lignin-coating)奈米纖維分散於 Polystyrene 中,僅添加 0.7% 即可提升 14~18% 的拉伸強度。Georgia Tech 的 Carson Meredith控制 NCC 的進料程序,使 NCC 均勻分散於水性環氧樹脂,添加 5% NCC 含量可提升複材 80%的拉伸強度。Purdue University 的 Shane Peng 利用酯化反應改質 NCC,使其表面具有長碳鏈增加表面疏水性,並且利用溶劑置換、醇類作為相容劑,將NCC 分散於硬化劑中,再與環氧樹脂交聯硬化,其中 NCC 添加量與修飾碳鏈長度影響最終複材的 Tg

Clemson University 的C hristopher L. Kitchens 將 NCC 與海藻素在鈣離子溶液中進行濕紡製造生物複材(Biocomposite),在噴絲頭拉伸比(Jet Stretch)為 4.2下所獲得的 NCC/海藻素纖維,當含有 10%的 NCC 時,韌性(Tenacity)增加 38%、模數增加 123%。除此之外,NCC 亦可應用在 PLA、PE、PMMA、Polycarbonate、LDPE、Polyacrylonitrile 等材料製成複材。

奈米纖維素應用於光電元件的基材也是被積極開發的技術之一,目前可運用於 OLED、OFET、有機太陽能電池、Biosensor等元件。例如 Oji Holdings公司藉由調控不同的前處理方式,並搭配機械研磨法製造不同性質的 NFC,根據應用目標可分成① 製膜用,高透明且纖維表面親水;② 複材加強材用,纖維表面疏水;③ 造紙用,纖維直徑較粗。圖四所示即為 100% NFC 薄膜,具有耐熱、耐溶劑、彎曲性佳、高透明、低 CLTE 及其他優異機械物性,如表三所示,符合可彎曲式電子元件基板的理想條件。

 
圖四、Oji Holdings展示透明奈米纖維素薄膜

在造紙應用方面,Imerys 公司研發一系列  FiberLean™ 的商業化產品,可提高低價填料含量降低造紙成本、保持紙張剛性與光澤、加強纖維與填料黏結強度、降低孔隙度使紙張更平滑,減少水分滲入等。FiberLean™ 產品的製備如圖五所示,在製備 MFC(Micro-Fibrillated Cellulose)的過程中加入礦物質,如高嶺土或碳酸鈣共同研磨,減少原纖化研磨程序消耗的能量,提升 MFC 製造效率,而且最終的纖維素/礦物質複材可以直接應用於造紙、包裝產業。


 
圖五、FiberLean™產品的製備

包裝應用是奈米纖維素的重要應用之一,Grenoble INP 的 Julien Bras 提出可利用 MFC 作為塗層,以奈米孔洞網絡結構固定抗菌劑,達到抗菌劑減少洩漏,延長抗菌效果。此外---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

★完整內容請見下方附檔。


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