Transcript 旗艦型科技計畫

推動深耕技術之幾項想法
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
P.0
深耕混合分散基礎技術
P.1
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
粉體/分散劑
資 模擬平台 (累計177筆)
料 •快速預測材料物性
庫 •膠體/微粒分散模擬
服 檢測平台
務 快速搜尋檢測設備
平 設備資料庫
台
◎ 分散系統參數
混合分散安定
工基技術 模擬/應用系統
持續精進
資料庫
搜尋系統
• Anchoring force
• Surface energy
• Solubility parameter
• Interfacial tension
•分散劑/溶劑/材料
•製程條件
選用較適化製程設備
Input-
提供服務
（連結應用載具）
異質金屬陶瓷
機能微粒
異質高分子
Misibility
↓
(由表面能控制粒徑
及薄膜成長)
Vr
1   2 2
RT
: solubility parameter
(溶解度參數)
V r: segment molar volume
12 
↓
↓
(靜電排斥) (立體障礙)
Needs
(載具)
Membership
業界
技術精進－設計模擬工具(混合分散安定模擬/應用)
P.2
材料物性快速預測（QSPR）
1.
ITRI-MSU(莫斯科大學)
Research Project 2008-2010
(method of Prof.A.Askadskii)
For theoretical calculations
the QSPR method
( 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
Chemical structure
of materials
2.
ITRI-JSOL (Japan)
cooperation Project 2011-2013
(method of Dr.Jozef Bicerano)
QSPR method
(Method: Based on coherence indexes)
精進強化預測高分子
材料之機械、加工物性
Macroscopic
properties
 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
技術精進－混合分散檢測平台建構
P.3
技術精進－混合分散檢測平台建構
高濃度分散液粒徑分析(3D-DLS)
3D-DLS 光散射
P.4
表面能/表面特性分析 (IGC)
Inverse Gas Chromatography
↓
↓
標準溶劑氣體
待測粉體
Data Bank
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 : 0 - 140℃
時間穩定量測 : 10-6 ~ 106 sec
• Surface energy
• Work of adhesion
• Work cohesion
• 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
(高階PP/粉體複材)混合分散技術-資料庫應用
附加價值可提高 2倍以上
PP database
Target :
Izod impact strength
>15 kg-cm/cm
(各廠商不同型號的
PP溶解度參數….)
P.5
• 透過資料庫應用與分子結構模擬，
快速篩選出PP及改質碳酸鈣的溶
解度參數愈趨近者，可獲得混合相
容性較佳之材料設計
• 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
Database Output
Molecular
Simulation
Processing condition
examination
(Rheology)
CaCO3
database
(各廠商不同型號的
CaCO3溶解度參數….)
 Relaxation time (sec.)
Relationship between mechanism and rheology
0.4
0.3
agglome
ratioin
(>1um)
Izod impact strength
＝ 10kg-cm/cm
PP
PP+CaCO3
Izod impact strength
＝ 20 kg-cm/cm
0.2
agglomeration
(~500nm)
Total
Izod
impact strength 200
100
dispersion
＝ 12 kg-cm/cm
(~80nm)
Screw Speed (rpm)
300
材料設計 製程設計（可藉由流變尋找最佳製程參數）
重要成果衍生運用-聚丙烯新複材研發試煉
P.6
價格 (NTD/kg)
PP
N/A
N/A
13300
4
30~40
PP/CaCO3
5~20μm
> 80%
24500
2.7
40~50
ITRI (PP/CaCO3)
< 150nm
< 10%
20000
20
80~150
應用
家庭用耗材
家具/桌椅/外殼
車用材料/高階行李箱
項次
粉體尺寸
聚集度 Degree of agglomerates (＞5um)
剛硬性Flexural modulus (kg/cm2)
柔韌性Izod Impact strength (kg-cm/cm)
• 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%
環保棧板
• 初期載具為袋包箱， 每
年出口值約新台幣20億元
(source: ITIS)
行李箱
終
端
產
品
軟體模擬
聚丙烯複材
資料庫
原
材 碳酸鈣粉體
料
端
聚丙烯PP
P.7
附
件
分散效率(紊流強度、高黏度操作)
分散設備data base--奈米研磨分散 (Bead Mill)
Advanced
(30~100nm粉體)
AIMEX Kotobuki
•流場設計
•葉片設計
•離心分離
•連續操作
P.8
一次粒徑分散
使用小尺寸鋯珠 (≦30μm)
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
Present (Taiwan)
(100~300nm粉體)
Traditional
(300nm~μm粉體)
導電碳材/陶瓷粉
40-60%
30m
60-80%
100m
200m
Primary particles dispersion needed
鈦酸鋇/高階色料/碳酸鈣……
300m
Beads Ratio
>500m
Beads Size
Driving Force
重要成果衍生運用-聚丙烯新複材研發試煉 (例1)
P.9
價格 (NTD/kg)
PP
N/A
N/A
13300
4
30~40
PP/CaCO3
5~20μm
> 80%
24500
2.7
40~50
ITRI (PP/CaCO3)
< 150nm
< 10%
20000
20
80~150
應用
家庭用耗材
家具/桌椅/外殼
車用材料/高階行李箱
項次
粉體尺寸
聚集度 Degree of agglomerates (＞5um)
剛硬性Flexural modulus (kg/cm2)
柔韌性Izod Impact strength (kg-cm/cm)
• 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)
環保棧板
– 興煒/華孚
行李箱
– 光斌/萬國
終
端
產
品
軟體模擬
聚丙烯複材
資料庫
原
材 碳酸鈣粉體
料 – 台塑
端
聚丙烯PP
– 李長榮化工/台聚
重要產出-生質複合材料混合分散技術佈建 (例2)
P.10
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)
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
結構建材/隔熱材/隔間裝潢
P.11
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：
冷凍庫板
–中盛科技
(1)發泡倍率≧20倍，
(2)壓縮強度≧2.50 Kgf/cm2
終
端
產
品
軟體模擬
木質素PU發泡
原 木質素
材 -中華造紙
料
端
資料庫
(3)熱傳導係數≦0.03 w/m.k
隔熱浪板
– 金萬成
PU用白料
– 久聯化工
異質金屬陶瓷(奈米陶瓷漿體)-重要成果衍生運用 (例3)
項次
薄型化陶瓷被動元件
傳統陶瓷被動元件
粉體需求
>200nm BaTiO3
NT 400/kg
<200nm BaTiO3
NT 5000/kg
陶瓷漿體
40wt%
NT 180/kg
40wt%
NT 2000/kg
元件厚度
單次元件量
應用
0.33mm (50 layer)
1250顆
5000顆
傳統PC, NB, 行動電話及家電
•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
10倍
產品單價
提升
0.15mm (80 Layer)
NT 0.1/per
•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。
P.12
NT 1/pec
手持智慧行動裝置, UltraBook
國際合作
內埋薄型化陶瓷被電
子
動元件 – 達方電
產
業
原
材
超薄陶瓷積層 料
端
陶瓷生胚
-旺矽電子
學界合作
陶瓷保護元件 –
功德電子
微細陶瓷粉體–
伊必艾電子材料