高值聚烯材料之開發

刊登日期:2016/11/5
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聚烯烴(PO)主體化學結構簡單,基本上是由碳與氫元素所組成,其化學毒性小,不像聚苯乙烯(PS)有可能在使用過程中釋出對人體免疫功能傷害大的芳香環類化合物,如苯乙烯或苯;也不會和聚氯乙烯(PVC)一樣釋出被認為是環境荷爾蒙的氯,對人體健康影響疑慮較小。

聚烯烴熱裂煉油效率高達 7~8成,回收效益十分良好,能有效處理廢棄聚烯烴之環保議題,還能舒緩能源不足之困境。為了滿足新式材料與環保需求,聚烯烴高值化逐漸成為工業發展主軸。除此之外,具特定功能之高附加價值商品,亦可提升國內相關產業技術並創造更多利潤空間。本文將介紹工研院正積極開發的兩種高值聚烯材料,分別為功能型聚烯熱熔膠和碳纖維高分子複合材料。
 
功能型聚烯熱熔膠
1. 聚烯烴熱熔膠市場分析
熱熔膠因無溶劑使用,在全球環保意識高漲的局勢下,熱熔膠的消費量每年呈現穩定成長。2014年全球熱熔膠市場約有 39.8億美元的市場規模,至 2016年約有 50.3億美元產值,預估在 2012年至 2019年間以 5.1%的年均複合成長率穩定上升,市場潛力龐大。目前熱熔膠所使用的原料以聚氨酯、聚烯烴類、乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)類等為主,市場分布比重如圖一所示。



圖一、各類熱熔膠市場占比
 
3.  反應押出改質在聚烯烴熱熔膠之應用
從上述的探討中,影響膠材在開放時間及貼合強度之最主要的因素為分子量大小及其分布、長支鏈結構、交聯結構、分子間作用力大小等。熱熔膠在貼合應用上,由於環境、基材、加工方式、設備的差異,對膠材物理性質要求也有所不同,因此,須進行化學結構的設計以調整膠材性質。

聚烯烴材料具有易於加工及穩定性高等特性,可輕易進行化學結構的改變,適合作為熱熔膠之基礎材料,以針對貼合需求進行化學結構的調整。反應押出則提供快速、彈性高、低成本的方式進行聚烯烴材料改質,可調控分子量、產生交聯結構、側支鏈接枝而改變分子的黏度、內聚力、G’及G”等物理特性,以改善膠材的開放時間及貼合強度。
 
碳纖維高分子複合材料
1. 技術沿革
由於國際環保意識崛起,能源消耗是當前重要議題之一,尤其交通相關領域之應用產品朝輕量化發展以減少耗能的趨勢效應最為顯著,其中,碳纖維高分子複合材料(CFRP)具有極高的機械強度/重量比和剛性而扮演關鍵角色。碳纖維高分子複合材料常以碳纖複材稱之,此種材料分為熱固型碳纖複材(CFRTS)和熱塑型碳纖複材(CFRTP)兩大類。

熱固型碳纖複材發展較早,具有高碳纖維含量、高強度比、高耐熱性等特點;熱塑型碳纖複材的碳纖維含量、強度和耐熱性,不及熱固型碳纖複材,但是其成型週期短,生產性能好,且二次加工性佳,輕量化效應比熱固型碳纖複材優異。此外,熱塑型熱碳纖複材可以回收再利用,能夠有效降低生產材料成本並兼顧環保,因此,近年熱塑型碳纖複材市場快速擴張。


圖三、碳纖維高分子複合材料截面結構
 
4. 工研院開發現況
工研院針對碳纖複材展開一系列的研究,從材料科學、物理、化學、介面科學和流變學等角度切入,剖析碳纖複材開發之相關問題,制定研發策略。表三是工研院開發之……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔
 
作者:余建源、蔡佳展 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」359期,更多資料請見下方附檔。

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