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功能性高分子個人報告 超臨界流體於 高分子加工之應用

功能性高分子個人報告 超臨界流體於 高分子加工之應用. 班級:化材四甲 學號: 49640904 姓名:陳麗文 指導老師:謝慶東 老師. 超臨界流體 supercritical fluids 陳政群 研究員(工研院 環安中心). 常見純物質有氣、固、液三相,於氣 - 液共存時,液 相密度大於氣相密度,當系統溫度及壓力達到某一 特定點時,氣 - 液兩相密度趨於相同,兩相合併為一 均勻相。此一特定點即定義為該物質的臨界點,所 對應的溫度、壓力和密度則分別定義為該純物質的 臨界溫度 (TC) 、臨界壓力 (PC) 和臨界密度 (ρC) 。若

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功能性高分子個人報告 超臨界流體於 高分子加工之應用

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  1. 功能性高分子個人報告超臨界流體於高分子加工之應用功能性高分子個人報告超臨界流體於高分子加工之應用 班級:化材四甲 學號:49640904 姓名:陳麗文 指導老師:謝慶東 老師

  2. 超臨界流體 supercritical fluids陳政群 研究員(工研院 環安中心) 常見純物質有氣、固、液三相,於氣-液共存時,液 相密度大於氣相密度,當系統溫度及壓力達到某一 特定點時,氣-液兩相密度趨於相同,兩相合併為一 均勻相。此一特定點即定義為該物質的臨界點,所 對應的溫度、壓力和密度則分別定義為該純物質的 臨界溫度(TC)、臨界壓力(PC)和臨界密度(ρC)。若 超過此點時,無論壓力如何增加皆無法使之液化, 溫度如何升高亦無法使之返回氣相,我們稱此高於 臨界溫度及臨界壓力的均勻相為超臨界流體。

  3. 水與二氧化碳的相圖如圖一所示。 圖中Supercritical之正方形區塊即為超臨界區, Subcritical為次臨界區,一般物質於此兩區塊之 流體特性大不相同,因此常利用於工業方面之用途。

  4. 表一為典型的超臨界流體三種狀態的物理性質 比較,可以明顯看出超臨界流體之物性均在氣 體與液體之間。具有類似氣體的擴散性及液體 的溶解能力,同時兼具低黏度、低表面張力的 特性,使得超臨界流體能夠滲透進入微孔隙的 物質。因此,用於萃取時萃取速率比液體快而 有效,尤其是溶解能力可隨溫度、壓力、極性 而變化。

  5. 超臨界流體技術的研究方向可以說是五花八門, 基本上都是在取代有機溶劑的使用,其中包括咖 啡因的去除,香辛料之萃取、植物精油、色素及 其機能性成份的萃取分離;藥物或一些特殊分子 之結晶製造;聚合物之塑形溶劑、精密電子零 件、晶片甚至半導體及光纖的清洗;聚合物的化 學合成製造;藥物及特殊化學物質及香味的酵素 合成;以及利用超臨界水氧化處理廢棄物等。

  6. 超臨界流體的應用談駿嵩博士本文發表於2002年11月359期科學發展期刊作者為清華大學化工系教授超臨界流體的應用談駿嵩博士本文發表於2002年11月359期科學發展期刊作者為清華大學化工系教授 摘要 超臨界流體是指操作溫度及壓力超 過其臨界溫度及臨界壓力時的流體。由 於二氧化碳的臨界溫度接近室溫,在分 離或反應後可藉由減壓而輕易地與其他 物質分離,不會產生殘留而造成環保及 安全上的問題,因此超臨界二氧化碳是 綠色溶劑之一,用以取代傳統的有機溶 劑。

  7. 什麼是超臨界流體? 物質通常有大家所熟知的氣、固、液三相, 但當溫度及壓力超過其臨界溫度及臨界壓力時, 就進入所謂的超臨界流體狀態。在未達臨界點 前,常存在明顯氣具、液兩相之間的界面,但到 達臨界點時,此界面即消失不見。有些物質在到 達超臨界流體相時,顏色也會由無色變成其他顏 色,若再經減壓或降溫,又會回復氣、液兩相。 被稱為「超」臨界流體雖然只是溫度及壓力 超過其臨界點所產生的物質,但它確實是具有一 些特性的。

  8. 一般而言,超臨界流體的物理性質是介於氣、 液相之間的。例如,黏度接近於氣體,密度接近於 液體,因密度高,可輸送較氣體更多的超臨界流 體,因黏度低,輸送時所須的功率則較液體為低。 又如,擴散係數高於液體10至100倍,亦即質量傳 遞阻力遠較液體為小,因之在質量傳遞上較液體為 快。此外,超臨界流體有如氣體幾無表面張力,因 此很容易滲入到多孔性組織中。除物理性質外,在 化學性質上亦與氣、液態時有所不同。例如,二氧 化碳在氣體狀態下不具萃取能力,但當進入超臨界 狀態後,二氧化碳變成親有機性,因而具有溶解有 機物的能力,此溶解能力會隨溫度及壓力而有所不 同。

  9. 神奇的綠色溶劑 由於大部分見諸於文獻報導中的超臨界流體 在常壓下均屬氣態,因之在使用後只要減壓即會變 回氣相,而和其他固、液相的物質分離,故容易回 收再使用,亦是使用超臨界流體的優點之一。 在眾多流體中,又以二氧化碳最常受到考量, 因其臨界溫度不過攝氏31.2度,接由於近室溫,此 外,臨界壓力也不算太高,約72.8大氣壓,又不具 毒性,不會自燃,來源廣且價格不高。

  10. 由於二氧化碳亦是溫室氣體之一,國際 上未來很可能會管制其排放量,若能充分利 用二氧化碳,對減量排放也有一定的助益。 由於在室溫下二氧化碳是氣體,若 以超臨 界二氧化碳作為溶劑,在處理後不會有殘留 的問題,因而可符合環保及衛生法規,也因 此稱為綠色溶劑。除二氧化碳外,近年來超 臨界水也在廢水處理及材料製備上受到相當 的重視。因此,本文較偏重說明此二種超臨 界流體的應用。

  11. 一九五○年代,美、蘇等國即進行以超臨界 丙烷去除重油中的柏油精及金屬,如鎳、釩等, 降低後段煉解過程中觸媒中毒的失活程度。但因 涉及成本考量,並未全面實用化。此後,利用超 臨界流體進行分離的方法曾沈寂了一段時間,直 到一九七三及一九七八年第一次和第二次能源危 機後,才又受到工業界的重視。一九七八年後, 歐洲陸續建立起以超臨界二氧化碳作為萃取劑, 以處理食品工廠中數以千萬噸計的產品,例如, 去除咖啡豆中的咖啡因,以及自苦味花中萃取出 可放在啤酒內的成分。

  12. 須說明的是,利用超臨界二氧化碳萃取咖啡 因的技術較使用傳統的三氯乙烯或二氯甲烷化學 溶劑成本為高,但後者會有致癌之虞,而二氧化 碳不會,使研究者得以務實地考量在哪些情形下 可利用超臨界流體的特性而實用化。 很顯然地,由於生活水準提高及時代進步, 消費者對於健康、產品品質、環境及生態保護的 要求也會日益增高,以有機溶劑處理藥物及食 品,將在世界各地逐漸被安全性更高、無毒、對 環境無害的溶劑所取代。這也是超臨界流體萃取技術在醫藥、食品工業上最先商業化的原因。目 前全球商業化工廠約100家,每年成長大約百分 之十。

  13. 要咖啡不要咖啡因 利用超臨界二氧化碳去除咖啡因的製程不止 一個,現就一特定製程,說明如何利用超臨界二 氧化碳,達到去除咖啡因的目的。 此製程分為三個階段,第一階段是利用乾燥 的超臨界二氧化碳,萃取經焙炒過的咖啡豆中的 香味成分,再經減壓後放置於一特定區域。此階 段可看出乾燥的二氧化碳具選擇性,不會萃取咖 啡豆中的咖啡因,經減壓後的二氧化碳,對香味 成分的溶解度會大幅降低,由此可看出壓力對溶 解度的影響。

  14. 第二階段為將減壓的二氧化碳,經壓縮並使 其中帶有定量水分後,再通入裝有咖啡豆的槽 中,此時因二氧化碳含有水,而水具有極性,可 萃取出咖啡因,離開萃取槽後經減壓,將咖啡因 與二氧化碳分離。 第三階段是利用超臨界二氧化碳流體溶解放 置於特定區域中的香味成分,再送回萃取槽,將 香味成分放回咖啡豆中。 此三階段皆顯示超臨界二氧化碳具高滲透 力,可深入咖啡豆內部組織,此乃因低表面張力 之故。另亦顯示改變二氧化碳的物理及化學性 質,以及壓力和溫度是可影響溶解能力及對溶質 的選擇性。

  15. 提高物質的分離與純化 在臨界點附近有一有趣的現象,稱之為分子 團。以二氧化碳為例,在接近二氧化碳臨界點 時,每一溶質分子附近會有上百個二氧化碳分子 向其靠攏,形成一團聚物,因之在溶質附近的密 度較二氧化碳整體密度為高。當逐漸偏離二氧化 碳臨界點時,靠攏的二氧化碳分子數會減少,在 進入超臨界流體區時,溶質分子附近的二氧化碳 分子數目只有幾個而已,此現象可由光譜儀所測 得的波長變動加以證實。

  16. 藉由分子團的形成,也可達到分離純化的目 的。例如,逆滲透法為一較有效去除水溶液中少 量乙醇的方法,由於利用逆滲透法時須加壓,故 可趁加壓時順便在水溶液中加入二氧化碳,當操 作溫度及壓力接近二氧化碳臨界點時,乙醇分子 會被二氧化碳分子所包圍,而不易通過薄膜孔 道。在此情形下,通過薄膜的水溶液中乙醇含量 相對地較未添加二氧化碳的逆滲透法為小。

  17. 晶圓表面清洗 近年來,由於半導體蓬勃的發展,其所生產的電子資訊及通訊產品大幅提升了科技水準及生活品質。許多元件設計都朝更精細、更繁複及高密度方向發展,但伴隨而來的即是如何有效且符合環保要求的晶圓表面清淨,以提升良率及可靠度。 二氧化碳超臨界流體清洗矽晶圓 自洛斯阿拉莫斯(Los Alamos) 國家實驗室轉載 二○○二年七月二日新聞報導

  18. 過去所用的清淨方法,包括使用酸鹼性溶液,雖然相當有效,但也衍生出一些問題,例如須使用大量純水和化學試劑,這會造成產品及環境的污染,以及在處理後須費時的加以乾燥。而在新一代製程中,晶圓具有渠溝或高深寬比結構時,由於液體表面張力大,不易進入結構內部加以清洗且更不易乾燥。過去所用的清淨方法,包括使用酸鹼性溶液,雖然相當有效,但也衍生出一些問題,例如須使用大量純水和化學試劑,這會造成產品及環境的污染,以及在處理後須費時的加以乾燥。而在新一代製程中,晶圓具有渠溝或高深寬比結構時,由於液體表面張力大,不易進入結構內部加以清洗且更不易乾燥。 因此,近年來許多公司,如美國國際商業機器公司(IBM)、惠普公司(HP)、休斯(Hughes) 及日本S R C株式會社等,即利用超臨界流體低黏度、高擴散性、低表面張力等特性,開發出以二氧化碳為清淨劑的製程。雖然目前仍屬開發階段,但已顯示確可克服前述使用水溶液的問題。

  19. 取代臭氧層的殺手 -氟氯碳化合物 除晶圓清淨外,超臨界態及高壓液態的二氧 化碳亦可用來洗滌航空電子與導航元件、取代衣 物乾洗所用的氟氯碳化合物或石油系溶劑、再生 使用過的活性碳,以及處理被重金屬或毒性化學 物污染的土壤、高分子中殘留溶劑及反應物等。

  20. 很顯然地,使用二氧化碳可降低致癌的可能 性及取代被蒙特婁議定書(一九八七年各國在加 拿大蒙特婁市決議將五種氟氯碳化合物及三種海 龍列為管制物,以降低對臭氧層的破壞)禁用的 氟氯碳化合物,且不會如石油系溶劑那麼地會自 燃及具易爆性。 當然,開發任何一製程絕非只單純地利用上面所說的一些特性,其中有許多地方仍需投入相當多的研究,例如,簡化製程並使設備體積縮小、降低操作壓力、在符合環保及衛生要求下加入共溶劑,以提升二氧化碳溶解力、縮短清洗時間、並可連續操作等。

  21. 產製微米及奈米粒子 奈米技術已成為廿一世紀科技與產業發展最主 要驅動力之一,各先進國家無不將其納入優先發展 的範圍。 利用超臨界或次臨界流體亦可製備微米(10- 6米)及奈米(10-9米)粒子,採取的操作方式則 視溶解度而有所不同。若是超臨界流體可以溶解的 溶質,則可利用噴嘴使之瞬間減壓而獲得極大的過 飽和度,以生成固體溶質。

  22. 通常藉由噴嘴尺寸及其前後的溫度和壓力的設 計,可在10-8至10-5秒間即產生大於105的 過飽和度,因而可獲得極微小且分布均勻的顆粒,亦可獲得如圓球或纖維狀的不同的晶形。 快速噴灑方法較傳統機械研磨及溶液結晶 有利之處是:不會有高熱產生,適用於熱敏感 性的物質;所用的流體在常壓下為氣體,故會 有溶劑殘留的問題;由於製程中產生極高的過 飽和度,故可控制粒徑及其分布。此外,在藥 物釋放控制中常須均勻分布的微米圓球體,如 1.0微米的聚乳酸,已證實用快速噴灑法可達 到此一目的。

  23. 十多年前,有人觀察到將壓縮的流體溶於有 機溶劑中,會造成溶劑的膨脹。例如,將55大氣 壓的二氧化碳在攝氏25度時溶於甲苯中,會造成 甲苯體積膨脹至原來的3.5倍。在此情形下,原溶 於甲苯中的有機固體與甲苯間的親和力即會下降 而沈積出來,稱為壓縮流體反溶劑沈積法。用此 法亦可獲得次微米及微米的球形晶體。以製作數 位影音光碟片的高分子環烯共聚物為例,在攝氏 25度及63大氣壓下,藉由二氧化碳作為反溶劑, 此共聚物可自甲苯溶液中以0.1~0.8微米的圓形球 體沈積出來。

  24. 由於超臨界二氧化碳並不會溶解無 機物及金屬,是否可利用超臨界流體獲 得奈米無機物或金屬呢?答案是可以的 。以製造奈米金屬為例,常採用的方法 是微乳液或逆微胞法,由於二氧化碳在 超臨界狀態下具親有機性,以其替代有 機溶劑,藉由還原反應,奈米金屬可在 有限大小的微胞中形成,進而製得奈米 金屬。以銀為例,可藉由硝酸銀水溶液 在超臨界二氧化碳流體中形成微乳液, 再經還原反應而製得5~15奈米的銀顆粒 。 利用超臨界/次臨界流體可製得不同晶形及尺寸的 產品,亦可藉由超臨界流體達到塗布的功能。 轉載自洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室 二○○二年七月二日新聞報導

  25. 良好的有機溶劑替代品 如前所述,超臨界二氧化碳流體可以取代有機溶 劑,因此亦可用來進行化學反應。事實上,包括氫化 、氧化、烷化、酯化、酵素、裂解、高分子等非均相 催化反應均已有所報導。 綜合而言,在超臨界狀態下操作,具有許多優點 。例如,與液相反應相較,由於超臨界流體具有較大 擴散速率,因此在多孔性固體觸媒中及界面間的質傳 阻力相對減少。而與氣相反應相較,因超臨界流體密 度高,可增加在反應器內的停滯時間,故可使用連續 式的操作。

  26. 同時,超臨界流體具有溶解力,某些導致觸媒 中毒的物質會被它帶走,增加觸媒的壽命。 以氫化及氧化反應為例,由於氫和氧不易 溶解於液相中,通常以氣、液、固三相方式操 作,很明顯地,只要多一相存在,便會產生質 量傳送的阻力。若以超臨界流體作為載體,它 會和氫或氧互溶,因此只要流體和固體兩相即 可進行反應,加上超臨界流體較液體溶液更易 將反應物帶到多孔觸媒內的活性位置,反應速 率也可大幅提升。

  27. 就脂肪酸的氫化反應而言,在超臨界丙烷中進行就脂肪酸的氫化反應而言,在超臨界丙烷中進行 反應,反應速率可較三相操作提升400倍之多。 又以甲苯與丙烯的烷化反應生成對異丙基甲苯為 例,在常壓氣相操作下,丙烯裂解量約為40%, 以致觸媒上易結成焦碳而降低活性。若以超臨界 二氧化碳取代常壓氮氣,則丙烯裂解量降低至20 %,產量亦可增加七成左右。

  28. 產製特殊功能的產品 在超臨界狀態下,除了可增加反應速率外, 亦可與前述的快速噴灑方式合併使用,製得在傳 統操作中無法得到的產品。以製造金屬有機物為 例,此類物質在固態時相當穩定,在溶液中則是 很好的觸媒,這是因為它們含有至少一個與金屬 中心鍵結的活性基,如烯基或氫,這些活性基會 在溶液中脫除而成為活性物質。

  29. 這類物質固態時相當穩定,過去不易由液相 中製得,因形成固體前須去除溶劑,也會造成活 性基的移除。但若在超臨界狀態下反應後,立即 將溶液噴灑至常壓,由於過飽和度夠大,加上減 壓過程為吸熱程序,產製過程中停滯時間短且溫 度低,使其不致於分解。實例之一為六羰化鉻與 乙烯的反應,可製得只含一個活性基的金屬有機 物五羰乙基鉻。

  30. 廢水處理與化武銷毀 除了二氧化碳外,近年來超臨界水也逐漸受到 重視。在常溫、常壓下,水因具氫鍵故有極高的介 電常數。但當溫度升高時,氫鍵逐漸變弱,至臨界 溫度以上時,氫鍵不再存在。所以,水也成為一不 具極性的物質,因而可與碳氫化合物充分混合。除 介電常數外,其他一些性質如密度、離子積等也與 液相時的水大不相同。現已運用於商業化的廢水處 理以及化學武器與彈藥的銷毀。

  31. 此法是在超臨界水中進行氧化反應,由於超 臨界水呈酸性且與氧完全互溶,故可有效分 解水中有機物,分解率高達99.99%以上。 超臨界水呈酸性具相當腐蝕力,因而需 慎選能耐高壓、高溫以及耐腐蝕的材質。值 得一提的是,超臨界水不會溶解無機鹽,因 此水中的鈣、鎂等物質會沈積出來,此時的 超臨界水是相當純淨的高壓水蒸氣,故可進 一步地加以利用。

  32. 截長補短、相輔相成 以上說明了如何利用超臨界流體特性,達到分離純化、增進反應速率,以及製備特殊功能產品的目的。當然,超臨界流體的應用,絕非局限於本文所述,可預見的是它的應用會愈來愈廣。只是任何一種方法絕非萬靈丹,因此一定要對超臨界流體基本原理以及其他競爭方法有一定程度的了解,方能做適切的取捨。

  33. 此外,若能截長補短而與其他方法合併用, 也是增進此方法應用的途徑。就超臨界流體 基本原理來說,無論在溶解度、相平衡、輸 送現象、化學反應程序上,仍有許多地方須 加以探討。另外,由於使用超臨界流體時, 通常壓力會高於常壓,因此也得重視操作安 全及材質的選擇。

  34. 超臨界流體應用於高分子技術蔡金津博士本文發表於2003年11月5期化工資訊與商情期刊作者為工研院化工所光電組研究員超臨界流體應用於高分子技術蔡金津博士本文發表於2003年11月5期化工資訊與商情期刊作者為工研院化工所光電組研究員 摘要 超臨界流體應用於高分子加工技術範圍非 常廣,本文介紹製造高分子發泡材料加工技術 與發展,此技術已為國外業界接受,並應用於 泛用發泡製品及輕量化工程塑膠加工製程,具 有龐大之發展性與經濟效益,值得國內研發人 員及製造業者投入發展相關技術與製品。

  35. Abstract Supercritical fluids are extensively applied in polymer processing. This report introduce a technique and develops polymeric foams. This technology is applied by internailonal manufacturers of commercial plastic foams and lightweight engineering plastics. The economic benefits they will provide are huge. Domestic researchers and manufacturers must develop related products and techniques as possible.

  36. 高分子發泡原理 高分子發泡體具有許多優越特性,如質 輕、可壓縮性、可緩衝性、可撓性、絕緣性 、吸音性、吸震性、介電常數、以及提供多 孔性接觸面…等特性,因此在生活與工業應 用上相當廣泛,例如食品包裝、汽車與航太 工業、運動器材、纖維、表面處理、結構材 料、多孔載體、輕高強度複合材料以及生醫 材料…等之應用。

  37. 要製造高分子發泡材料,首先必須將 發泡劑引入高分子內部,再利用相平衡分 離發泡劑,發泡劑散逸之位置即形成多孔 狀的高分子發泡材料,如圖一所示。 圖一 高分子發泡過程 示意圖

  38. 發泡製程可分為化學發泡與物理發泡,其中物理發泡製程可分為化學發泡與物理發泡,其中物理 發泡劑的發泡理論,依進入相分離之不穩定區的 路徑不同而區分為壓力導引相分離(Pressure- Induced Phase Separation, PIPS)、溫度導引相 分離(Temperature–Induced Phase Separation, TIPS)與溶劑導引相分離(Solvent–Induced Phase Separation, SIPS)等三種不同的發泡方 法,其製程特性各有不同,應用上也有各自的優 點。

  39. 發泡方法以壓力導引相分離為最重要的 發泡技術,係將溫度高於其軟化溫度的高分子 材料,與高壓氣體接觸(實際操作上皆是設定 在高分子的融點或玻璃轉化溫度以上),等溶 入高分子內的氣體達平衡之後,再急速洩壓, 即可有效獲得發泡的高分子材料。以此法所製 造之發泡材料,其泡孔可以是封閉型、流道 型、開孔型,甚至可製造微孔高分子粉末。

  40. 在低氣體含量下,由於壓力傳遞幾乎沒 有差異,因此發泡體泡孔直徑一般均在 100μm以下且相均勻,若生產條件控制 得當,可生產10μm以下的微細發泡 (microcellular foam),微細發泡體具 有許多特性與優點,因此PIPS製程格外 受到產學界的重視。

  41. 利用洩壓的機制製造多 孔性高分子材料的方法,可 以使用圖二Pxy相圖說明, 路徑A、B、C表示待發泡之 高分子溶液中發泡劑的含量 依序而遞減,下半部所繪製 的微觀結構示意圖,係假設 如果相分離完成後,高分子 發泡體的結構能馬上被凍 住,而且不發生凝合現象。 圖二 PIPS製造多孔性高分子材料 的路徑示意圖

  42. 當高分子含量低於組成臨界點(Plait point) 時,路徑A於經過降壓之後,高分子豐富的相 (Rich phase)先沉澱出來,因此造成高分子豐富 的相為不連續的相,而發泡劑豐富的相為不連續 的相,待清除發泡劑後可形成通路,適於製造過 濾用薄膜,或是透氣型發泡材料。對於粉體的製 造也可引用此項技術,一般稱之為RESS (Rapid Expansion of Supercritical sdution) 。

  43. 當熔融高分子中的高分子含量增加到達 B路 徑後,降壓將導致熔融高分子溶液直接進入 不穩定區,而發生自發性相分離的現象。此 刻所形成的發泡材微觀結構,將是高分子相 與氣體相各自獨立存在,而且各相彼此獨立 並且具有高度自我連通性。高分子含量在增 加到達 C路徑,降壓與路徑 A相似但結果相 反,產生封閉型氣泡結構之發泡體。

  44. 超臨界流體發泡技術 將超臨界流體技術引入高分子發泡製程最重 要之貢獻者為MIT教授N. P. Suh。1979年Kodak 公司的Gordon Brown提出需求「Kodak公司如何 能使用更少的材料、更低的成本,生產相同尺寸 與機械物性的產品」,N .P . Suh則提出「產品 內若能包含更多的微細泡孔,當直徑小於材料內 部缺陷臨界大小時,機械物性即可大幅提昇,此 大小約為10μm」,其研究者Martini以N2、CO2長 時間含浸PS,再利用TIPS製成發泡體且泡孔非常 小,因而稱為微細發泡體。

  45. 常用之發泡製程其超臨界流體是以CO2及N2 為主體,CO2的臨界壓力為72.8Kg/cm2,臨界溫 度為31.05℃;N2的臨界壓力為33.5Kg/cm2,臨 界溫度為-146.75℃,所有研究均顯示,CO2滲 入高分子內之速度較N2為快,平衡濃度也高出 甚多,因此超臨界發泡技術大部份均以CO2為主 體。以惰性氣體CO2與N2之超臨界流體,作為發 泡劑進行高分子發泡的技術, 具有如下的優點:

  46. 1. PIPS的洩壓速率以近乎音速的速度進行,相 轉換的速度快,有更大的機會躍過亞穩定區 ,直接進行自發性相分離; 2. PIPS相較於TIPS和SIPS,其過飽和度均勻分 布於高分子溶液中,沒有溫度或濃度梯度困 擾,因此可獲得泡徑均勻的發泡體; 3.結合TIPS、SIPS與PIPS三種技術,可利用調 溫、調壓、以及加入輔溶劑等予以調整,因 此可藉多種的操作變數來控制發泡機制而獲 取所需的高分子結構體;

  47. 4.超臨界流體本身不但是高分子發泡體的發泡 劑,更可視為高分子的可塑劑,降低材料玻 璃轉移溫度,提高流動性與降低黏度,以及 降低加工溫度; 5.由於超臨界流體具有低表面張力,因此可迅 速深入高分子孔隙中,且質傳阻力小、飽和 時間短; 6. PIPS洩壓發泡之後便直接乾燥,所以高分子 結構體也不會因蒸發乾燥或是溶劑去除而崩 潰;

  48. 7.由於惰性氣體N2與CO2的無毒性、無殘餘、以及 可在低溫下操作的特性,使得超臨界流體更適於 製作熱敏感性以及生醫材料,此外經由scCO2處 理過的生醫材料,對人體的親和性更佳; 8.超臨界流體的回收容易,可降低對環境的衝擊, 並簡化操作及降低製造成本; 9.以超臨界發泡技術製造高分子發泡材料,由於生 產過程沒有摻雜添加劑,因此使用後之發泡體容 易回收,再製成需要之產品,高分子原料循環使 用程度高,降低直接生產成本以及環境成本。

  49. 超臨界流體發泡技術發展至今,可以 應用於所有高分子材料,如熱塑性、熱固 性、彈性體、交聯型…等高分子,在加工 製程上可適用於模壓、押出、射出、吹瓶 …等製程,應用廣泛。

  50. 押出微細發泡製程 以超臨界流體製造之微細發泡體,具有以下 特色: (1)泡孔直徑非常小、密度非常高,表面質感佳; (2)發泡體比密度可廣泛控制; (3)極佳的耐衝擊強度; (4)優異的toughness、高的比stiffness; (5)高抗張及壓縮強度,高耐疲勞特性,產品壽長; (6)高熱穩定性、低熱傳係數、適用於低溫; (7)低介電常數; (8)可作為製造生醫材料之潔淨製程。

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