從PPS-35看高分子加工及複材發展(上)

 

刊登日期:2019/10/21
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陳秉彥/工研院材化所
 
Polymer Processing Society為1985年由美國艾克隆大學(University of Akron)所創立,是世界重要高分子領域之機構,致力於國際各界學者對於高分子加工及材料之研究的交流及分享。多年來已舉辦多次大型國際研討會,今年為第35屆International Conference of The Polymer Processing Society在土耳其舉辦。PPS會議內容十分多元,包含吹膜、押出、抽絲、發泡、高分子複合物、橡膠彈性體、3D列印、生質高分子等等,共涵蓋16個主題及6個特殊座談會(圖一),超過400場演講,供各界學者一同交流。
 
除了多家業界廠商參展外,並廣邀各界學者進行演說。在眾多議題中,材料的循環經濟被多位學者提及。在能源及原料日漸短缺的情況下,原料的永續取得及材料的長效使用成為近期研究的趨勢。另外,對於材料的回收及再利用已成為開發新材料需考量的議題。在太陽能發展中,有機太陽能電池系統已有技術做到可微小化且轉印於紙張上,也有纖維型的太陽能電池已被開發。在有機半導體材料的選擇上則已導入具共軛性的天然染料,如indigo及β-carotene等化合物,增加對環境的友善。再藉由太陽能產生氫氣,導入CO2轉化為可用燃料(如:甲烷)的能源傳遞路徑。另外,當生質廢物及回收料作為新一代複合材的主體或補強材時,可以大幅降低非再生原料的需求。例如天然纖維(如亞麻、黃麻及棉花等)補強的石化塑料已逐漸應用於汽車部件、家具及民生用品。然而,發展再生的生質複合材料時需面臨材料間的黏著性、材料改質、混摻方法及適當加工條件等問題,其中解決生質材料與石化塑料相容性問題為一重點。以下內容則針對PPS-35研討會中各領域之近期研究做介紹。
 
研討會精摘
1. Organic and bio-organic systems for solar energy conversion and CO2 recycling
近年來,隨著人類科技發展對於環境變遷的議題在各方面發酵,生物可分解及生物相容的材料在有機光電方面的應用及研究也日漸重要。試圖將”可消耗電子”導入”消費性電子”的市場中將成為未來趨勢。有機半導體由於高分子的柔軟性及可撓曲性在未來的有機電子市場將佔有一席之地。Prof. Sariciftci闡述目前已有一套在一般環境下,透過三道轉印程序的有機太陽能電池製程(圖二、圖三),加快太陽能電池的產出。或將太陽能電池加工成纖維狀以達到輕量及可穿戴等特性(圖四)。然而,隨著有機太陽能電池在未來可能大量進入人類生活中,最終同樣面臨廢棄問題。
 
圖二、太陽能電池的印刷製程
圖二、太陽能電池的印刷製程
 
所以生物可分解的基材(Substrate)及有機半導體層(Organic Semiconductor)需求將增加。圖五及圖六則分別列出可應用於基材及有機半導體層的高分子及化合物。特別Indigo (13)及其衍生物具有高度共平面性,在可見光波段(450~730 nm)具強烈吸收且能隙(Band Gap)僅有1.7-1.8 eV,適合作為太陽能電池中的有機半導體層材料。
  
2. Biobased materials from sustainable resources
為了降低對石化原料的依賴,生質殘料或廢棄回收塑料可以重新導入複合材的應用中達到特定特性,應用於汽車工業、建築產業及運動用品。而生質殘料或廢棄回收料與其他材料的複合相容性,對於材料的介面特性及機械特性有相當大的影響,也成為此類研究的一大挑戰。而相較於傳統補強材,如玻璃纖維及碳纖維等,”生質纖維(Biofiber)”作為石化塑料補強材,在材料生命週期終端時的較容易分解而與石化塑料分離,使石化塑料更容易回收及再使用。而相較於玻璃纖維(Glass Fiber)及礦物纖維(Mineral Fiber),生質纖維則具有低密度、低造價及環境友善等優勢。生質纖維普遍來自原有天然纖維、農林業殘料及工業副產物(圖七)。另外---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖七、再生且永續之纖維及填料
圖七、再生且永續之纖維及填料
 

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