深耕混合分散基礎技術 Input- Needs 業界 Output--Database

Presentation on theme: "深耕混合分散基礎技術 Input- Needs 業界 Output--Database"— Presentation transcript:

0 推動深耕技術之幾項想法 a.加強對產學實務面之認識 b.增強動手做之能力 2.研究面﹝老師﹞ a.加強應用科技研究與國內產業之長期深度結合
1.人才培育面﹝學生﹞ a.加強對產學實務面之認識 b.增強動手做之能力 2.研究面﹝老師﹞ a.加強應用科技研究與國內產業之長期深度結合 b.協助技職院校回歸本位

1 深耕混合分散基礎技術 Input- Needs 業界 Output--Database
建立資料庫服務平台，取得分散系統參數，解決材料/製程設計問題，加速材料創新 Output--Database 模擬平台 粉體/分散劑 (累計177筆) 資料庫服務平台 ◎ 分散系統參數 快速預測材料物性 膠體/微粒分散模擬 混合分散安定模擬/應用系統 Anchoring force Surface energy Solubility parameter Interfacial tension 分散劑/溶劑/材料 製程條件 工基技術 持續精進 檢測平台 資料庫 搜尋系統 快速搜尋檢測設備 設備資料庫 選用較適化製程設備 Input- （連結應用載具） 提供服務 Membership Needs 業界 異質金屬陶瓷 機能微粒 異質高分子 (載具) Misibility ↓ (由表面能控制粒徑 及薄膜成長) ↓ (靜電排斥) ↓ (立體障礙) : solubility parameter (溶解度參數) V r: segment molar volume 1

2 技術精進－設計模擬工具(混合分散安定模擬/應用) 預測高分子/小分子/溶劑的熱學、 光學、電氣、化學等50餘種物性
材料物性快速預測（QSPR） 1. 2. ITRI-MSU(莫斯科大學) Research Project ITRI-JSOL (Japan) cooperation Project (method of Prof.A.Askadskii) (method of Dr.Jozef Bicerano) For theoretical calculations the QSPR method QSPR method (Method: Based on coherence indexes) ( Method : semi-empirical approach ) 預測高分子/小分子/溶劑的熱學、 光學、電氣、化學等50餘種物性 精進強化預測高分子 材料之機械、加工物性 Chemical structure of materials Macroscopic properties QSPR (Quantitative Structure-Property Relationship) 輸入化學結構，可預測表面能、溶解度參數等分散參數，及熱學、光學、電氣等70餘種材料物性 整合QSPR分散參數的學理應用， 連結應用載具，可快速篩選彼此相容的材料

3 技術精進－混合分散檢測平台建構

4 技術精進－混合分散檢測平台建構 ↓ 量測範圍: 高濃度分散液粒徑分析(3D-DLS) 表面能/表面特性分析 (IGC) Data Bank
Inverse Gas Chromatography 標準溶劑氣體 待測粉體 3D-DLS 光散射 Data Bank Surface energy Work of adhesion Work cohesion 量測範圍: 量測濃度 : 0.1 ppm – 30wt% 黏度範圍 : <10,000 cps 穿透度: 50% (視樣品而定) 奈米粒子尺寸 : 1 – 1000nm 溫度穩定量測 : ℃ 時間穩定量測 : 10-6 ~ 106 sec 合作協助 U. Mass 徐教授 Al2O3粉體混合分散 表面能 量測 粉體表面能 分散劑吸附力 粉體均勻性 粉體表面酸鹼質 Ag TiO2 CaCO3 Lignin Al2O3-U. Mass

5 (高階PP/粉體複材)混合分散技術-資料庫應用
此應用資料庫可加速熱塑性塑膠/ 粉體複材之創新設計開發 附加價值可提高 2倍以上 Target : PP database (各廠商不同型號的PP溶解度參數….) Izod impact strength >15 kg-cm/cm Database Output　 Molecular Simulation Processing condition examination (Rheology) Relationship between mechanism and rheology CaCO3 database Izod impact strength ＝ 10kg-cm/cm agglomeratioin (>1um) Izod impact strength ＝ 20 kg-cm/cm (各廠商不同型號的CaCO3溶解度參數….) agglomeration (~500nm) Total dispersion (~80nm) Izod impact strength ＝ 12 kg-cm/cm 材料設計 製程設計（可藉由流變尋找最佳製程參數）

6 重要成果衍生運用-聚丙烯新複材研發試煉 終端產品 原材料端 聚烯複材電器3C組件、節能運輸工具、民生家電等高值化創新應用。
項次 PP PP/CaCO3 ITRI (PP/CaCO3) 粉體尺寸 N/A 5~20μm < 150nm 聚集度 Degree of agglomerates (＞5um) > 80% < 10% 剛硬性Flexural modulus (kg/cm2) 13300 24500 20000 柔韌性Izod Impact strength (kg-cm/cm) 4 2.7 20 價格 (NTD/kg) 30~40 40~50 80~150 應用 家庭用耗材 家具/桌椅/外殼 車用材料/高階行李箱 聚烯複材電器3C組件、節能運輸工具、民生家電等高值化創新應用。 車用PP複材每年需求達375萬噸，佔全球產量8% 初期載具為袋包箱， 每年出口值約新台幣20億元 (source: ITIS) 軟體模擬 終端產品 原材料端 環保棧板 碳酸鈣粉體 聚丙烯複材 資料庫 聚丙烯PP 行李箱 6

7 附 件

8 分散設備data base--奈米研磨分散 (Bead Mill)
降低鋯珠使用量 高效率研磨分散/省能/低磨耗 漿料/鋯珠自動分離 →量產連續操作 Advanced (30~100nm粉體) AIMEX Kotobuki Present (Taiwan) (100~300nm粉體) 流場設計 葉片設計 離心分離 連續操作 Traditional (300nm~μm粉體) 分散效率(紊流強度、高黏度操作) 導電碳材/陶瓷粉 局部提供較為溫和的力量提供分散 40-60% 60-80% Beads Ratio 30m 100m 200m 300m >500m Beads Size Driving Force Primary particles dispersion needed 鈦酸鋇/高階色料/碳酸鈣……

9 重要成果衍生運用-聚丙烯新複材研發試煉 (例1)
項次 PP PP/CaCO3 ITRI (PP/CaCO3) 粉體尺寸 N/A 5~20μm < 150nm 聚集度 Degree of agglomerates (＞5um) > 80% < 10% 剛硬性Flexural modulus (kg/cm2) 13300 24500 20000 柔韌性Izod Impact strength (kg-cm/cm) 4 2.7 20 價格 (NTD/kg) 30~40 40~50 80~150 應用 家庭用耗材 家具/桌椅/外殼 車用材料/高階行李箱 聚烯複材電器3C組件、節能運輸工具、民生家電等高值化創新應用。 (台塑、萬國、亞靖等) 車用PP複材每年需求達375萬噸，佔全球產量8% 初期載具為袋包箱， 每年出口值約新台幣20億元 (source: ITIS) 軟體模擬 終端產品 原材料端 環保棧板 – 興煒/華孚 碳酸鈣粉體 – 台塑 聚丙烯複材 資料庫 聚丙烯PP – 李長榮化工/台聚 行李箱 – 光斌/萬國 9

10 重要產出-生質複合材料混合分散技術佈建 (例2)
透過(1)木質素/多元醇溶解度參數的篩選/設計 (2)分散設備/製程開發 木質素表面可包覆或吸附多元醇，進而均勻分散於多元醇中 高值PU發泡市場(隔熱包溫材、隔間裝潢材、結構建材等)，附加價值提高2~4倍 (60200元/m2) 混合分散高值生質複合材料兼具環保與低成本等優點 (降低成本20~80NT/kg) FY102計畫目標生質比例16.7wt%，壓縮強度6.2kgf/cm2 (Benchmark:日本福州大學) FY103計畫目標生質比例25wt% (生質標章)，壓縮強度6.6kgf/cm2 (等同石化原料)

11 生質複合材料混合分散-重要成果衍生運用 (例2)
項次 傳統PU發泡 木質素PU發泡 生質比例 0% >16% 原料種類/成本 石化多元醇 60~120 NT/Kg 木質素/多元醇 45~75 NT/Kg 壓縮強度 2.5~5.8 Kgf/cm2 2.5~8.0 Kgf/cm2 附加價值 20 NT/Kg 35 NT/Kg 應用 結構建材/隔熱材/隔間裝潢 成本25% 強度38% 附加價值75% “環保、高性能、低成本” 開發木質素PU發泡生質複材 溶解度參數設計/分散製程調控 影響國內產值高達60億以上 隔熱/保溫材符合產品規格： (1)發泡倍率≧20倍， (2)壓縮強度≧2.50 Kgf/cm2 (3)熱傳導係數≦0.03 w/m.k 軟體模擬 木質素 -中華造紙 冷凍庫板 –中盛科技 終端產品 原材料端 成本; 25%環保; 物性 ; 耐燃 木質素PU發泡 資料庫 隔熱浪板 – 金萬成 PU用白料 – 久聯化工 11

12 異質金屬陶瓷(奈米陶瓷漿體)-重要成果衍生運用 (例3)
項次 傳統陶瓷被動元件 薄型化陶瓷被動元件 粉體需求 >200nm BaTiO3 NT 400/kg <200nm BaTiO3 NT 5000/kg 陶瓷漿體 40wt% NT 180/kg NT 2000/kg 元件厚度 0.33mm (50 layer) 0.15mm (80 Layer) 單次元件量 1250顆 NT 0.1/per 5000顆 NT 1/pec 應用 傳統PC, NB, 行動電話及家電 手持智慧行動裝置, UltraBook 10倍 產品單價 提升 多功化被動元件應用於智慧通訊產品 陶瓷粉體微細化 & 薄層化製程。 微細化製備 & 奈米陶瓷漿體混合分散 (厚度小於1m) 國內欠缺高階被動元件供應，先進智慧通訊裝置競爭力弱 對應產值高達千億以上 國際合作 電子產業 原材料端 陶瓷生胚 -旺矽電子 內埋薄型化陶瓷被動元件 – 達方電 超薄陶瓷積層 CMP silica; Murata(6 year) to Local(2 year); 工基業科伊必艾電子材料公司投入”高值化金屬微細粉體技術研發計畫” 水熱法形成tetragonal單晶, 介電常數高~4000, 均勻性好50~70nm; 量產無問題, 日本--界化學(6 Ton/year, 大陸--山東國陶. Solvent:C2H5OH/甲苯/binder 學界合作 微細陶瓷粉體– 伊必艾電子材料 陶瓷保護元件 – 功德電子 12