適用材料搜尋資料庫

資料庫建置說明

混合分散技術平台:

混合分散的關鍵問題在於如何找到彼此相容材料(溶解度參數相容匹配)、運用分散安定方法(XDLVO與立體障礙的設計)、設計開發正確的分散劑,解決材料/製程設計問題,加速材料創新。

  • 混合分散資料庫,內容包括「材料與分散劑搜尋資料庫」、「混合分散檢測平台」、「混合分散設備資料庫」及「混合分散模擬與應用平台」。
  • 快速搜尋可使用檢測設備、最適化製程設備的選擇、提供材料及分散劑資料庫與模擬技術。
  • 為建置之線上資料庫查詢系統,提供查詢混合分散材料與分散劑共通性資料庫相關資料。包含「溶劑資料庫」、「高分子材料查詢資料庫」、及「分散劑資料庫」等三個部分。
1. 如何找到彼此相容材料
  研究人員的第一步就是篩選材料,當我們針對案例:PP/CaCO3異質分散應用,對於改質分散劑分子結構與單體之溶解參數預測,進行溶解度參數及互溶性預測工作。
  在相容性計算,可進行溶解度參數及相容性預測。我們將透過溶解度參數來描述高分子和改質分散劑間的相容性。當溶解度參數越相近越相溶。溶解度參數的計算如式下:
其中,Ec為鏈段之結合能,Vr為莫耳體積。
  高分子溶解度參數的理論估算方法,目前所見多為基團貢獻法。基團貢獻法是將高分子分依其組成官能基單元進行分類和切割,在經由實驗或計算上的歸納和統計給予各基團之結合能貢獻值,經過加總後除上單體分子量計算出該高分子的溶解度參數。
  PP/改質碳酸鈣的混合相容性篩選與設計開發,如下圖:利用溶解度參數預測技術,分別對PP高分子與碳酸鈣進行溶解度參數/表面能預測。(連結到溶解度參數相容匹配)

  PP/改質碳酸鈣的混合相容性篩選與設計案例,如下圖:透過模擬與應用資料庫,當 PP與碳酸鈣間溶解度差越小相容性越高。經由設計PP/改質碳酸鈣的溶解度參數趨向接近,取得混合相容性較佳設計資訊。透過「粉體資料庫、分散劑資料庫」之運用,可有效解決材料混合分散技術的問題。

2. 建立分散安定方法(XDLVO與立體障礙的設計)
  XDLVO理論描述膠體(colloid)中懸浮顆粒之間的相互作用力,為混合分散領域的重要理論。XDLVO理論包含van der Waals位能、電雙層(electrical double layer)位能及立體障礙(steric)位能的理論公式。
  材化所佈建「混合分散技術網」(http://dispersion.itri.org.tw)的資料庫中建立此理論公式的計算介面,自行開發之XDLVO軟體,可在網頁上輸入相關材料參數,由XDLVO理論算出分散能障曲線(Energy Barrier Height),觀察能障曲線變化,可推算分散狀況。(連結到XDLVO理論)   下圖為已建立的XDLVO計算介面。輸入適當的參數後,網頁可產生XDLVO理論的計算結果。

  如下圖中的黑線為van der Waals位能隨距離變化的曲線,藍線為電雙層位能,綠線為立體障礙位能曲線,橘線為上述三位能相加。比較這些位能的強度可以發現:當顆粒相互靠近時,電雙層斥力的強度小於van der Waals吸引力。因此單靠電雙層位不能防止顆粒的聚集。但立體障礙的斥力大於van der Waals吸引力。總合位能在顆粒靠近時形成一能障,可以防止聚集。

  當我們針對案例:高電壓/容陶瓷材料分散應用,運用材化所自行開發之XDLVO軟體計算ZrO2之最高能障為pH4~6,以此條件配合低剪切研磨分散系統進行ZrO2之分散。如下圖,因ZrO2在pH4~6時之表面電位最高/離子濃度最小,能障最高,可發現此組合與傳統鹼性分散條件有著明顯去除ZrO2團聚之效益產生。

  實驗驗證ZrO2在pH4~6時之表面電位最高/離子濃度最小,明顯去除ZrO2團聚。(如下圖,粒徑縮小至幾十奈米。)