工業材料雜誌12月號推出超臨界流體製程與機能粉體分散技術及其應用技術專題

 

刊登日期:2016/12/7
  • 字級

超臨界流體製程技術 
The Green Solvent?超臨界流體技術一直被期待的角色之一,就是取代工業上可能造成環境危害的有機、有毒溶劑或產生大規模廢水的製程。其中超臨界二氧化碳因本質上有合適的溫度操作區間,故被廣泛研究;也因二氧化碳無毒無害的特性,讓超臨界二氧化碳的應用技術,在未來尋求綠色環保、循環永續的思考下,被寄予很大的期望。

超臨界流體技術較為成熟的應用領域為萃取技術,超臨界二氧化碳萃取主要的技術特色為低毒性、萃取溫度低等,相較於亦具低毒性特色之水萃取或乙醇萃取,超臨界二氧化碳萃取具有針對油性或特定物質萃取選擇率高的特色,亦不用擔心高溫破壞活性成分。超臨界二氧化碳的高質傳係數,讓它在奈米粉體製備、高分子聚合及藥物微粒化的技術上,亦具有相當良好的應用特色。

超臨界二氧化碳的低表面張力,也讓它在電子元件製程上具有應用特色。工業材料雜誌12月號推出「超臨界流體製程」技術專題,特別邀請產學研各個領域的研究專家與學者,針對超臨界流體技術進行撰文分享,內容包括「超臨界流體萃取天然物中機能活性成分之概況」、「應用超臨界流體技術於原料藥改良之研究」、「超臨界流體技術在電子元件之新應用」、「超臨界流體技術之商業化機會與挑戰」等精彩文章,期望作為讀者的參考,並進而掌握未來研發趨勢與機會。
 
1987年,德國建立世界第一套工業化超臨界流體設備用來去除咖啡豆與茶葉中的咖啡因,使咖啡因含量由原來3%降低為0.2%,且不影響產品香味。目前已成功應用於萃取啤酒花香料與香辛植物,可有效分離純化天然物中的機能活性成分。超臨界流體萃取技術的發展動力來自於環保意識高漲、衛生法規日益嚴格與消費者對健康需求提高,以及對產品品質的要求,被視為一種綠色且可持續發展的重要技術,使其在石油、醫藥、食品、化妝品、香精香料、生物、環保、化工等領域具有不同程度的應用。「超臨界流體萃取天然物中機能活性成分之概況」一文針對超臨界流體萃取技術的應用及其未來展望有詳細的介紹。
 
超臨界流體技術以先進的製程應用於多種領域,例如天然物萃取、藥物活性成分性質的改良、奈米材料製造等。「應用超臨界流體技術於原料藥改良之研究」一文首先針對超臨界流體技術的發展作概略敘述,對此技術應用於藥物活性成分的再結晶與微粒化進行介紹,並列舉超臨界反溶劑法,以及超臨界快速膨脹法的實驗設備,分別敘述實驗的步驟與產品分析的方法,以台大化工系所探討過的兩種藥物活性成分(氫氯苯噻與氯貝酸),說明兩種超臨界流體技術處理後的成果,最後針對目前具有研發前瞻性的高價值共結晶藥物,作可能研究方向之敘述。
 
奈米多層元件在現代半導體產業中被廣泛使用,然薄膜與薄膜之間在製程時往往會產生許多缺陷,使元件的效能大打折扣,也會使產品的價值大幅下降。藉由超臨界流體處理技術,利用超臨界二氧化碳的低黏度、低表面張力及高擴散性,使水分子能輕易進入薄膜內部,進行晶界懸鍵的修補,降低操作電流。隨著操作功耗的降低,元件因為焦耳熱所引起的退化也會被改善。「超臨界流體技術在電子元件之新應用」旨在介紹超臨界處理技術在能源、邏輯電晶體以及記憶體元件之新應用,以擴展超臨界流體技術的應用範疇。
 
超臨界流體是一具有循環經濟發展潛力的技術,已廣泛應用在食品及醫藥領域。由於具高質傳效率,常被應用在萃取、乾燥、清潔、含浸、印染等製程。因對物質溶解度差異大,常用在噴霧沉澱的相變化過程中製造藥物微粒、食品保存/生物活性釋放、化妝品等。在化學反應方面可當反應物、溶劑或抗溶劑。在材料加工方面有高分子或複合材料發泡及生物質處理應用之綠色溶劑角色。「超臨界流體技術之商業化機會與挑戰」一文旨在介紹超臨界流體技術在工業上的廣泛應用及其未來在商業化的機會與挑戰。
 
機能粉體分散技術及其應用 
將分散好的機能粉體導入材料中均勻的分散,即可快速賦予材料機能性,進而提供應用產品之機能特性,因此,粉體分散技術日益受業者重視並積極量產化,以加速推出新材料、新產品。賦予材料機能性除要導入機能粉體外,最重要的是導入的粉體在其材料中必須均勻分散,方可展現其機能。除需依材料擬展現之機能挑選粉體外,尚需於該類粉體中篩選出機能性優、分散性好的粉體,故粉體機能性及粉體特性之鑑定分析技術亦很重要。

粉體分散技術從球磨分散微米粉體應用於一般油墨、塗料之色漿,到珠磨分散次微米/奈米粉體應用於噴印墨水,進而到數奈米之光學材料應用至多尺寸混和分散(微米、次微米及奈米)的導線材料,均需透過粉體篩選、運用界面化學、分散原理、安定機制、相容化原理及研磨分散製程與安定性評估技術。工業材料雜誌12月號推出「機能粉體分散技術及其應用」技術專題,主要包括「分散技術與應用」、「微粉分散用分散劑與應用」、「功能性微粉特性分析—應用於分散技術」、「噴墨用二氧化鈦微粒研磨分散技術」、「奈米材料懸浮液之穩定策略及穩定性測量方法」等精彩內容。
 
分散技術一直是工業上從事粉體材料製程必備項目,選擇適當的分散劑得以配合分散技術的實施又為程序中最為關鍵者。「分散技術與應用」一文基於此一重要性,介紹與選擇分散劑議題相關的分散理論,並藉由數個與分散劑選擇上的實務操作,加以說明影響分散劑選擇性的準則和指標參數。
 
微粉分散用分散劑與應用」一文係依分子結構型態介紹分散劑,並列舉分散劑分散的應用作介紹。工研院材化所針對最困難的奈米銀分散,使用極少量的新型梳狀高分子型分散劑,達成安定分散性並兼具其成膜後之高導電性;另外,設計雙團塊高分子型分散劑分散有機/無機微粉,並在溶媒鏈段設計可和基材交聯的官能基,使分散劑除具分散功能外還兼具附著性。
 
微粒粉體的特性及表面分析是材料應用端分散微粒粉體的關鍵技術,利用分散劑分散微粒粉體並使其達到安定化系統設計,因此,除了微粒粉體的功能性用於篩選、比較微粒粉體的性能之外,微粒粉體的表面分析使其分散安定也相當重要。「功能性微粉特性分析—應用於分散技術」將介紹關於微粒粉體的功能特性分析及其於分散之應用。
 
近年講求環保、效率與個性化的數位印刷產業成長快速。白色噴印墨水對於安定且不沉降性極為要求,其關鍵點在二氧化鈦(TiO2)粉體的分散安定技術。「噴墨用二氧化鈦微粒研磨分散技術」主要探討 TiO2微粒研磨分散技術,從理論機制到實驗試作,目前已批次生產TiO2平均粒徑 185 nm、含量 40wt% 之 UV白色漿料,並可客製化配製為各種應用之 UV噴印白色墨水,提供業界試用及應用,共同建立台灣高值化噴印產業技術。
 
一般認為奈米化後的微細材料能免於沉降的困擾,然而,對於具有高密度的奈米粒子而言,如何在高濃度的情況下製備穩定的奈米材料懸浮液,仍是一個具有相當挑戰性的問題。另外,在配置奈米化材料懸浮液的過程中,如何快速地測量懸浮液的穩定性,以得知配方的穩定效果,也是一個很重要的課題。「奈米材料懸浮液之穩定策略及穩定性測量方法」介紹了幾種高濃度懸浮液的穩定與測量方法以饗讀者,期望透過懸浮液配方及測量方法的改善,能加快讀者在功能性奈米墨水的研發時程,以提升奈米懸浮液在產業上的應用。
 
主題專欄 
技術與生產、市場與行銷一直是企業發展的兩大軸線,由兩者交織而成的平面,正是傳統競爭的舞台。然而今日,代工與供應鏈填平了差距、網路與電商去化了疆界,在這個日趨平坦化的世界裡,以創新火花燃起高值化產業的火炬,是企業照亮前景的關鍵。智慧財產權也由看不見、摸不著的概念,轉而成為實際的軸線,與產品和市場共同打造出立體化的新戰場。本期工業材料雜誌特別邀請眾勤法律事務所楊明勳所長,以及工研院技轉與法律中心王鵬瑜主任,由務實的觀點闡明企業應該如何看待及管理智慧財產權。透過專家的視野,「平坦化地球上的立體戰爭 現代企業智慧財產權的管理與策略」一文期能跳出法律冷硬而不為人所喜的刻板印象,由基礎概念、管理運用、規劃策略等面向,勾勒出智權的形貌,希望能對於相關工作產生新的認知與啟發。
 
目前太陽光電之元件、組件產品製造端方面進入微利狀況,而系統端方面因仍有較高獲利,因此,國內必須加快培植壯大系統廠商,藉由政府擴大內需設置,提升國內系統廠商能量,不僅經營國內系統市場,也厚植拓展海外電廠能量。「太陽光電系統國際化與開發電廠合作模式」一文主要聚焦於太陽光電產業領域,並就當前產業所關切之拓展海外市場、合作開發電廠做法之議題進行研究,透過聯合開發與新型電廠開發的合作模式,研擬可行做法,以推動太陽光電系統國際化,藉以帶動我國太陽光電產業再成長與永續發展。
 
目前全球可塑劑產量超過840萬噸、產值超過 150億美元。鄰苯二甲酸酯類(Phthalates)為目前市面上最廣泛使用的可塑劑,占可塑劑用量 70%(約588萬噸)。然而,Phthalates疑似為環境荷爾蒙,未來,可預期各國對於可塑劑的規範將會越來越嚴格。而國內長期為可塑劑生產重鎮,因此,發展Phthalate-free環保可塑劑將是重要且急迫的。「1,2環己烷二甲酸酯型環保可塑劑觸媒氫化製程技術」一文將針對目前最具潛力之非鄰苯二甲酸酯類可塑劑—環己烷二甲酸酯類可塑劑之發展現況與生產方式作一介紹。
 
磨耗問題在工業應用上普遍存在,機械零件所造成的磨損會造成使用壽命縮短,並對各種工業造成損失。工業應用所使用的材料,材料表面的機械性質會直接影響機械零件的使用壽命,所以藉由對材料表面性質之改善,可以延長機械零件的使用壽命;利用熔射覆膜技術在材料表面製作抗磨耗塗層,可以改善機械零件表面的抗磨耗性質,提高產品的使用壽命。「熔射塗層技術在抗磨耗上之應用」一文主要介紹熔射覆膜技術及其在工業上的應用。
 
凡對以上內容有興趣的讀者,歡迎參閱2016年12月號『工業材料雜誌』或參見材料世界網,並歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員,以獲得最快、最及時的資訊!


分享
為此篇文章評分

延伸閱讀