工研院材化所獲證專利快訊─防火聚氨酯發泡材料及其製法/無機高分子材料、其形成方法、及所形成之無機高分子塗膜/感測晶片

 

刊登日期:2017/10/5
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■ 防火聚氨酯發泡材料及其製法
主要技術特徵
本發明提供一種防火聚氨酯發泡材料,其製法主要係將含羥基之無機難燃劑分別加入多異氰酸酯與多元醇各自進行預混,再將所得之兩預混物混合發泡成型而得。較佳者,可使用不同粒徑大小之無機難燃劑,以提升難燃劑之添加量,同時增進泡體之防火性。

功效特點與產業效益
本發明係有關於聚氨酯(Polyurethane; PU)發泡技術,且特別是有關於一種低密度防火聚氨酯發泡材料及其製法。目前的防火建材主要分為三種,分別是無機纖維板、無機纖維棉與有機難燃泡體。其中無機纖維板雖然具有防火性,但相對的重量較重,且形狀固定應用不便,阻隔高溫效果也較差;無機纖維棉雖具有極佳的防火性與隔熱性,但本身並無機械強度;而一般的有機防火泡材如酚醛泡,重量雖輕,隔熱性亦佳,但防火性差,受火後容易收縮,在短時間內泡體完全氣化沒有保護效果。添加無機難燃劑的聚氨酯發泡材料融合了有機與無機材料的優點,具有有機材料的易加工性、質輕與高隔熱性,又擁有無機材料的防火效果,可謂極佳的防火材料。然而,在習知技術中無機難燃劑僅是物理性地摻混在聚氨酯中,防火效果有限。再者,無機難燃劑之添加量亦有其限制,以1 μm氫氧化鋁為例,在可施工前提下最高添加量僅能達36.5%,若欲提高無機難燃劑的添加量,則會導致黏度上升而無法施工。

習知技術所揭示之聚氨酯泡體製作方法,僅將難燃劑添加於多元醇液體中,待其均勻分散後再與無添加物的多異氰酸酯混合並發泡成型,此種作法由於粉體僅存在於多元醇中,因溶液有限,其難燃劑含量無法提高,防火效能亦同。

另一方面,將難燃劑、多異氰酸酯、多元醇同時混合,此法由於多異氰酸酯與多元醇一接觸即開始反應導致硬化並發泡,其混合時間勢必不能太久,因此無法在短時間容納大量的難燃劑。

本發明提供一種防火聚氨酯發泡材料之製法,包括:預混合一多異氰酸酯與一含羥基之無機難燃劑,形成第一預混物,其中多異氰酸酯與含羥基之無機難燃劑反應形成化學鍵結;預混合一多元醇、一發泡劑及含羥基之無機難燃劑,形成第二預混物;以及,混合第一預混物與第二預混物進行發泡,得到一防火聚氨酯發泡材料。本發明亦提供一種防火聚氨酯發泡材料,包括:一聚氨酯,以及一含羥基之無機難燃劑,其占發泡材料總重之50~80重量%,且含羥基之無機難燃劑與聚氨酯形成化學鍵結。防火聚氨酯發泡材料之發泡密度約0.05~0.7 g/cm3

申請專利範圍
1. 一種防火聚氨酯發泡材料之製法,包括:預混合一多異氰酸酯與一含羥基之無機難燃劑,形成第一預混物,其中該多異氰酸酯與該含羥基之無機難燃劑反應形成化學鍵結;預混合一多元醇、一發泡劑及該含羥基之無機難燃劑,形成第二預混物;以及混合該第一預混物與第二預混物進行發泡,得到一防火聚氨酯發泡材料。
2. 一種防火聚氨酯發泡材料,包括:一聚氨酯,以及一含羥基之無機難燃劑,其占該發泡材料總重之50~80重量%,且該含羥基之無機難燃劑與該聚氨酯形成化學鍵結;其中該防火聚氨酯發泡材料之發泡密度約0.05~0.7 g/cm3

無機高分子材料、其形成方法及所形成之無機高分子塗膜
主要技術特徵
本發明提供一種無機高分子材料的形成方法,包括:混合10至80重量份之四烷氧基矽烷(Tetraalkoxysilane)及10至80重量份之三烷氧基矽烷(Trialkoxysilane)以形成一混合物;在該混合物中加入5至30重量份之觸媒,在pH值介於0.05至4下進行反應,以形成一無機高分子材料。本發明另一實施例亦提供一種無機高分子材料,及其所形成之無機高分子塗膜。

功效特點與產業效益
本發明係有關於無機高分子材料及其形成方法,且特別是有關於一種以聚合反應形成的無機高分子材料及其形成方法。以溶膠-凝膠(Sol-gel)方法所形成的奈米二氧化矽,因具有良好的耐熱性、耐候性及表面硬度等特性,已廣泛應用於化工、精密鑄造(Precision Casting)、紡織(Textile)、造紙(Paper Making)和電子等工業。

在形成上述二氧化矽材料時,一般係利用具有四反應官能基的矽烷(Tetrasubstitutedsilane)形成。然而,由於四反應官能基的矽烷網狀交聯程度較高,在溶液中多形成奈米叢狀(Cluster)或球狀(Spherical)的結構,故其固含量(Solid Content)不可過高(通常≦20%),否則容易在反應過程就膠化或沉澱。此外,其成膜性較差,故在工業上的應用多以薄塗為主(膜厚約100~500nm)。若要形成大於5 μm之厚膜,往往需導入有機高分子來增加成膜性,而形成有機無機混成(O/I Hybrid)材料。然而,導入有機高分子後,會導致材料的耐候性(Weather Resistance)與表面硬度(Surface Hardness)等性能降低。

申請專利範圍
1. 一種無機高分子材料的形成方法,包括:混合10至30重量份之四烷氧基矽烷(Tetraalkoxysilane)及50至70重量份之三烷氧基矽烷(Trialkoxysilane)以形成一混合物;在該混合物中加入5至30重量份之觸媒,在pH值介於0.05至4下進行反應,以形成一無機高分子材料。
2. 一種無機高分子材料,係由申請專利範圍第1~8項任一項所述之方法所形成,其中該無機高分子材料的無機含量至少70 wt%。
3. 一種無機高分子塗膜,係由如申請專利範圍第9項所述之無機高分子材料經塗佈固化而成者,其中該無機高分子塗膜的表面硬度至少2H。

感測晶片
主要技術特徵
本發明提供之感測晶片,包括:基板;以及多個奈米結構,週期性地排列於基板上,其中每一奈米結構包括:底金屬層,位於基板上;中間介電層,位於底金屬層上;以及頂金屬層,位於中間介電層上;其中底金屬層的面積大於頂金屬層的面積。

功效特點與產業效益
本發明係關於感測晶片,更特別關於其奈米結構的形成方式。在生醫檢測中,無論是食品安全或是癌症篩檢,目前均以酵素免疫檢測法(Enzyme-linked Immunosorbent Assay; ELISA)為主。現行ELISA技術雖具有高靈敏度的優點,但其所用的試劑組(ELISA Kits)昂貴、檢測步驟繁瑣耗時,且需將目標待測物接上生物標籤(如螢光分子)或接上酵素進行呈色反應,而螢光分子不但會干擾目標分子的活動,且大部分螢光分子會有光漂白(Photobleaching)或螢光閃爍(Blinking)的問題,造成ELISA法在低濃度量測時容易產生誤差。

局部化表面電漿共振(Localized Surface Plasmon Resonances; LSPR)原理的晶片可達到免標定與快速檢測的效果,其利用金屬奈米結構的表面電漿共振光譜。由於LSPR對於金屬界面折射率變化很靈敏,可用於偵測吸附在結構表面數十奈米距離內的微量待測物(如抗原或抗體)。在LSPR中,金屬奈米結構的表面電漿共振光譜對環境折射率變化(即△λ/△n)是偵測靈敏度的關鍵因素。此外,當共振光譜的半高寬越窄,光譜的鑑別率(Resolution)越高,亦可提升偵測效果。與現有ELISA技術相比,LSPR技術是一種免螢光標定的檢測方式,可縮短檢測的流程與時間,也不會遇到二次抗體(含螢光分子)接枝的立體空間障礙問題。但目前LSPR晶片和ELISA法相比,其靈敏度尚嫌不足。主要原因除了一般電漿子共振光譜較寬外,對於待測物能否靠近奈米結構上的熱點(Hot Spot)位置以產生有效的光譜偏移也是一大重點。

申請專利範圍
1. 一種感測晶片,包括:一基板;以及多個奈米結構,週期性地排列於該基板上,其中每一該些奈米結構包括:一底金屬層,位於該基板上;一中間介電層,位於該底金屬層上;以及一頂金屬層,位於該中間介電層上;其中該頂金屬層的面積小於該底金屬層的面積,其中不同奈米結構之底金屬層不相連,且不同奈米結構之中間介電層不相連,其中該中間介電層之厚度介於1 nm至小於10 nm之間。

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工研院材化所智權加值推廣室   趙弘儒主任,電話:03-5913737、E-mail: kevin_chao@itri.org.tw


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