《工業材料》雜誌七月號推出「高反應性奈米複合材料高值化應用」與「聚烯烴交聯材料低碳循環技術」兩大技術專題

 

刊登日期:2025/7/9
  • 字級

從微觀到宏觀―奈米複合材料的跨領域應用 
空氣污染與病原體傳播已成為全球環境治理的重要課題,特別是在新冠疫情爆發後,全球對空氣品質改善與微生物控制的需求更加迫切。奈米複合材料因其高比表面積、多功能整合與優異的催化與抗菌特性,正迅速成為對抗空氣污染與微生物威脅的重要技術平台。其應用涵蓋環境工程、公共衛生、居家清潔、美妝保養乃至醫療領域,展現極高的發展潛力。隨著製程技術持續進步與成本降低,未來奈米複合材料將在推動健康、潔淨與永續生活中扮演更加關鍵的角色。

光觸媒技術以其綠色特性展現高度應用潛力,廣泛用於污染物降解、空氣與水質淨化及能源轉換,已成為環境與能源領域的研究熱點。「氧化物光觸媒技術發展趨勢」回顧氧化物光觸媒技術的演進與應用擴展,深入探討其催化原理與作用機制,並針對奈米結構設計、摻雜改性與異質結構等優化策略進行解析,分別在空氣淨化、水質處理及能源轉換等不同領域之應用展現其成果。隨著人工智能輔助材料設計與新型複合結構開發,光觸媒技術有望克服當前限制,實現更廣泛的可見光響應與高效催化性能,在環境淨化與可持續能源領域發揮更大的潛力,為全球綠色發展提供創新解決方案。
    
抗微生物有機無機複合塗料技術發展現狀」一文報導,抗微生物有機無機複合塗料技術結合了有機塗料的加工便利性與無機材料(如:銀、氧化鋅、二氧化鈦等)的持久抗菌性能,已成為當前功能性塗料研發的核心趨勢。該技術透過微粒分散、表面改質與協同機制設計,能有效提升抗菌、抗病毒與防黴性能,並延長塗層耐久性。目前在醫療設施、公共空間與高接觸表面應用廣泛,尤其在COVID-19疫情後需求迅速增加。然而,挑戰仍包括奈米粒子團聚、活性控制釋放、塗層穩定性及環境安全等問題。未來發展方向將聚焦於低毒性材料替代、綠色製程技術與長效多功能整合,以因應環保與健康需求的雙重挑戰。

隨著都市化與工業化進程加速,環境中氣味污染物日益嚴重,影響人居健康與生活品質。傳統氣味分解技術如活性碳吸附、化學洗滌及生物處理,雖具一定成效,卻存在效率、維護與二次污染等課題。近年來,奈米複合材料因其高比表面積、可調控性及多功能催化活性,成為氣味分解領域的研究與應用新趨勢。「高效氣味分解技術的全球趨勢與前沿突破」綜述全球氣味分解技術發展現況,解析奈米複合材料於甲醛(HCHO)、氨氣(NH3)、硫化氫(H2S)、甲硫醇(CH3SH)等惡臭分子的分解機制、效能與應用案例,並探討其未來發展潛力與風險管理等議題。

環境消毒技術的現況與挑戰―抗病毒奈米複合材料應用與檢測」指出,新冠病毒(SARS-CoV-2)疫情突顯環境消毒是公共衛生中重要的一環。病毒可透過飛沫、氣溶膠或受污染表面傳播,因此開發有效的抗病毒消毒產品成為切斷傳播鏈的重要手段。各國均已加強抗病毒消毒產品的開發與檢測標準,尤其是以抗病毒消毒液為主的材料,廣泛應用於醫療、公共場域與日常環境中。目前常見的抗病毒消毒劑如酒精(70%以上)、次氯酸鈉、過氧化氫與季銨鹽類等,這些消毒劑均能有效破壞病毒包膜與蛋白質結構。然而,隨著病毒變異與產品大量應用,抗病毒材料仍面臨安全性、穩定性與長效性等挑戰。抗病毒消毒材料未來發展趨勢包括:強化長效、低刺激性且具廣效抗病毒的新型材料,例如奈米銀、光觸媒與抗菌塗層等。部分新型材料已開始應用於醫療器材與公共設施表面,此外需提升實地模擬條件下(如乾燥表面、有機物干擾)對消毒效果的驗證,避免僅依實驗室標準條件評估而低估實際應用風險。總結而言,環境消毒技術在後疫情時代仍是防疫核心措施之一,而消毒材料與檢測方法的創新,將是面對未來新興病毒威脅的重要防線。

面對抗生素抗藥性(AMR)日益加劇,醫療照護相關感染(HAIs)已成為全球公共衛生的重要挑戰。傳統清潔與消毒方式因效果短暫且執行困難,效能面臨瓶頸,抗菌材料因而興起,提供持續性、內建式的感染防護方案,並透過釋放抗菌劑、接觸殺菌或表面改質等機制抑制病原菌附著與滋生。此類技術已廣泛應用於醫療器材與環境表面,有效降低感染風險。其中,鈦銀複合材料憑藉其廣效抗菌活性與穩定釋放特性,展現臨床應用潛力。「從科技到健康―奈米複合材料為醫療院所帶來的新契機」分析,彰化基督教醫院與工研院材料與化工研究所合作,將鈦銀複合材料導入空氣過濾與高頻接觸表面塗層,透過臨床實證,可望打造對抗超級細菌的新防線,為醫療感控與抗藥性問題提供創新解方。

創新研發聚烯烴材料低碳循環應用技術,提升廢料價值!
為了達成特定產品應用標的,聚烯烴材料需進一步透過化學交聯手段來改善其物理和化學性能,賦予其例如熱穩定性、電氣絕緣性、力學物性、耐磨性和耐老化性。然而這也導致交聯聚烯烴材料經加工製成產品或消費的過程中,數量龐大的廢棄物更難以回收再利用。目前製造商主要採取焚化或堆置方式處理,面臨大量碳排污染環境、資源浪費和廢棄物處理費用大幅增加等問題。已有許多國際品牌大廠積極推動減碳措施,並承諾製品生產須使用一定比例的回收或永續材料,同時要求其供應鏈合作夥伴也跟進。台灣聚烯烴製品以外銷出口為主,更須思考如何為聚烯烴材料與製品產業環境注入創新技術能量以提升廢料價值、滿足品牌客戶需求,並提高台灣在全球推行「循環經濟」和「淨零碳排」政策下之產業競爭力。

EVA化學交聯發泡廢棄物的回收再利用:光譜分析與流變性能評價」針對化學交聯發泡之乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)廢料開發高效再生技術,透過熱機械反應方式將殘留在化學交聯發泡EVA廢料中的乙酸去除,避免分子鏈過度降解產生二次交聯,以及去除化學交聯發泡後的小分子殘留物,最終開發出EVA再生材料(rEVA)。目前研究建立了脫乙醯化指數(DI)和極性化合物指數(PCI)兩項重要量化指標,應用於評估rEVA品質。比較分析顯示工研院的再生技術明顯優於常溫再生技術和未處理的發泡廢料。另外,經由發泡流變分析,證實開發之rEVA展現出與原始EVA材料相似的優異發泡交聯性能,為EVA化學交聯發泡廢棄物的回收再利用提供了可靠的品質評估方法,促進高品質rEVA再生材料的生產與應用。

交聯聚乙烯(XLPE)材料具備優異的耐熱性、機械性質與電氣絕緣性能,因而廣泛用於電力傳輸及基礎工程領域。然而,XLPE具有交聯網狀結構,使其難以透過熱塑熔融再製應用。如何有效處理廢棄XLPE,建構XLPE循環經濟為重大議題。市場上對於XLPE廢棄物大多以物理回收方式,再製降階產品。「交聯聚烯電線電纜解聚技術」介紹XLPE再製處理相關技術,包含熱裂解技術和超臨界流體回收技術發展,如何有效提升回收及再利用交聯聚乙烯材料;並說明國際企業與工研院的最新技術發展現況,以高效節能減碳的動態再製處理方式,達到再生產品高值化並拓展其應用領域。

塑膠包裝趨勢與低碳聚烯包裝膜材技術」報導,隨著塑膠廣泛應用於各行各業,塑膠廢棄物對環境造成日益嚴峻的挑戰。歐盟2024年底通過的《包裝及包裝廢棄物法規》,於2025年起實施,要求塑膠包裝須遵循最小包裝、回收等級、單一材質化、再生料比例與回收標示等設計準則。此法規不僅提升回收率,也強調「設計即回收」理念,對出口歐洲的產業帶來重大衝擊。軟式積層包裝由多層異材組成,雖具功能性,但回收困難。歐洲CEFLEX聯盟推動以聚乙烯(PE)與聚丙烯(PP)為基礎的單一材質設計,提升回收效率。為實現此目標,工研院開發以高密度聚乙烯(HDPE)為主材料之高性能雙軸延伸聚乙烯(BOPE)材料,解決HDPE在延伸加工中的挑戰,提升其透明度、耐熱性與機械強度,提供本土可回收替代方案,並加速產業轉型邁向循環經濟。

隨著太陽能模組退役潮提前來臨,模組中的塑膠材料(如交聯EVA與多層背板)成為回收產業的關鍵挑戰。傳統處理方式多將其視為障礙物,選擇掩埋或焚燒,造成材料浪費與環境風險。「從困難廢料到碳資產:太陽光電模組塑膠材料的循環經濟創新路徑」一文提出由國立臺南大學與鴻躉股份有限公司合作開發的解方,從前端無污染的PV Circulator模組化室溫拆解技術、機械力化學導向的再製機制,到後端導入數位產品護照(DPP)、生命週期清單(LCI)與區塊鏈追溯架構,實現材料的完全回收、升級再造與數據加值。在材料應用面,進一步分析PCR EVA與再生背板的工業潛力,以及Design for Recycling (DfR)在未來模組設計中的策略角色。綜觀台灣在太陽光電密度、材料工業與國際制度接軌潛力方面具備優勢,有機會藉由創新太陽光電循環經濟路徑成為亞洲區域的再生塑膠材料與環境數據供應中樞。

主題專欄與其他
熔射超高溫陶瓷塗層」一文報導,超高溫陶瓷具有超高熔點、優異的機械性能和高溫下的耐燒蝕特性,此類材料包括硼化物、碳化物、氮化物等。熔射技術所製作的超高溫陶瓷塗層,塗層材料熔點超過3,000˚C,能夠承受超過2,000˚C溫度的運作,並且在使用過程中不喪失功能。隨著塗層在不同的應用環境需求,由於使用環境越來越嚴苛,在極端的使用環境狀況下,無論是新一代的航空與太空飛行器,或是高溫操作下的爐體、發動機的零組件,都需要此類耐超高溫環境的材料。然而,由於目前塊材超高溫陶瓷的加工方式,受到尺寸和形狀限制,使用熔射超高溫陶瓷塗層可以不受尺寸和形狀限制,製作大面積尺寸和複雜形狀的塗層,提供元件在極高溫度下運作的保護。

國內軌道建設過去長期仰賴進口,投入大量成本卻未能帶動國內產業發展及引導業者參與,故關鍵技術自主產製能力遲遲無法掌握,亦未能建立完善之軌道系統檢測驗證機制及規範標準,難以形成產業供應鏈,致使軌道建設形同消費行為而不具投資性質。「捷運基鈑之設計開發及其測試驗證」報導,工研院協助整合國內製造廠商的技術人員,建立複合基鈑輕量化之外型設計及應力分析能力,開發低成本、高性能複合基鈑之相關製程技術,並通過一系列繁複的測試驗證。藉由完整複合基鈑產品模組的開發與實現化,進而拓展業務以及銜接國內軌道發展需求;再者,結合在地優質製造廠商,組成軌道基鈑聯盟,立足台灣,將產品行銷全世界,創造國內外基鈑市場需求商機。

專文篇篇精彩,歡迎賞閱!凡對以上內容有興趣的讀者,歡迎參閱2025年7月號《工業材料》雜誌463期或參見材料世界網,並歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員,以獲得最快、最即時的資訊!


分享