從IUPAC APME 2015會議看功能性高分子最新發展

刊登日期:2016/1/27
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莊貴貽/工研院材化所

前言
由國際純化學和應用化學聯合會( IUAPC )所主辦的第11屆 Advanced Polymers via Macromolecular Engineering ( APME 2015 )國際會議於2015年10月中,在橫濱國際和平會議中心舉行,為期5天的會議,每天都有不同主題的演講登場。這次APME所關切的主題大致涵蓋 5個方向;分別為基礎的高分子合成系統( Basic polymer synthesis system )、能源和環境相關材料( Energy and environment related materials )、有機/無機混合材料( Organic/inorganic hybrid materials )、軟硬網狀結構材料及其功能( Soft and hard networked materials and their function )和組織工程( Tissue engineer )。

目前,高分子對於其分子結構排列的合成控制已相當純熟,可藉由不同 的高分子鍛鏈,製備出不同形狀或具有規則排列的高分子材料。此外,對於利用高分子修飾無機物的表面處理也是這場會議的重點,如奈米材料表面改質、二氧化矽 的修飾等。另外,在生醫應用上,目前高分子更是一大熱門,如做為攜帶藥物的奈米容器和檢測工具等。而在能源議題上,如儲氫材料、燃料電池交換膜等,可以藉 由分子的設計來提供一個新型的儲氫材料( Fluorine Polymer ),和改質高分子來提高燃料電池效率。以下將做較詳細的介紹。

主要會議內容
1.  Plenary lecture: Quasi-one-Dimensional materials: Their structure characterization and Growth.
大 會特別邀請首位發現奈米碳管和利用透射電子顯微鏡觀察碳管成長的飯島澄男( Sumio Iijima )教授蒞會,介紹目前碳管的發展和 Quasi-one-Dimensional 材料的生長方式。在演講中飯島教授提到,大家都知道奈米碳管具有較佳的物理和機械特性,但是如何大量製備奈米碳管一直是大家所追求的目標。為了可實際應用 到生活上,日本 Nippon Zeon 公司發展出 Super Growth Method (與 AIST 共同開發出合成單層奈米碳管),2015年底開始可大量製備,可以將過去唯有利用電子顯微鏡才能看到的奈米碳管,放大成肉眼可見,且能用手觸 摸的實體奈米碳管,這對於未來材料市場將是一大突破。

2.  Highly branched macromolecular architectectures via anionic macroinitators
此場演講由來自京都工藝纖維大學的Yashisa Tsukahara 教授所主講,介紹如何藉由 Macromonomers 和 Macroinitiator 製備不同形狀的高分子結構,如圖一所示。

Tsukahara 教授利用線型陰離子 Macroinitiator 與 Monomers 反應,由於 Initiator上有許多活性點可以與單體做交聯聚合,因此,可以形成 Comblike Polymer。此外,也可藉由聚有多支鏈型的高分子再次活性化,而形成 Multibrach Macroinitiator,再與 Poly ( p-methystyrene )聚合,形成圓型或太陽形狀的高分子結構。利用陰離子型 Macroinitiator 跟傳統單體聚合比較起來,可以在末端含有特定的官能基和接上較長鏈的的分支,如能夠與無機物表面進行修飾,可以利用末端有硫醇基的高分子來進行合成金奈米 顆粒(圖二)。如此一來,金奈米顆粒表面就會接上高分子,可以省去表面加工步驟,此外也可控制高分子鏈大小,來決定金奈米顆粒尺寸。


圖二、利用末段有硫醇基的高分子合成金奈粒子TEM圖

3.  Flurenone Polymer: A safe and clean hydrogen storage materials
氫氣是一種具高環保價值的燃料,但如何安全儲存和運輸一直是國際重視的問題。來自早稻田大學的 Hiroyuki Nishide 教授提出一種新型儲氫有機材料,稱作 Fluorenone Polymer 或 Hydrogel。此種儲氫材料是利用電解方式使 Fluorenone 分子產生化學鍵結變化產出氫氣,且具有可逆的效果,可藉由調控化學鍵的變化來決定釋 放氫氣,如圖三所示。此外,從圖四可看出Fluorenone Hydrogel 在室溫大氣下,藉由加熱催化開始在表面會有氫氣的氣泡產生,可應用在氫燃料電池上---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。



 
圖三、Fluorenone Polymer 儲氫材料示意圖

 
圖四、Fluorenone Hydrogel 氫氣釋放

★ 完整內容請見下方附檔。


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