第三章 實驗方法與材料
3.4 有機溶劑浸透高分子聚合物之質傳模式
到有機溶劑之面積(18.08 cm2)。
當有機溶劑浸透手套達到穩定狀態時，dC=0；由 Eq. 3.4.2 得到 ASTM F739 標準試驗方法之穩定浸透速率計算公式：
因此，擴散係數 D 可由 Eq. 3.4.1 及 Eq. 3.4.3 推導得到下式：
利用 Eq.3.4.4 及測試實驗採樣分析之有機溶劑穩定浸透濃度 C
可求得穩定狀況之擴散係數。
Eq.3.4.3 A
C J
=Q
×( )
( )
[ A Q C C L ] Eq3.4.4
D
ρ−×
= ×
第四章 結果與討論
4.1 實驗之穩定浸透速率
圖 4.1 至圖 4.4 均為典型的浸透測試結果，利用 Eq. 2.2.1 得到 之浸透速率，在開始時隨著時間緩慢增加，約經過四小時後達到穩 定狀態。依據 ASTM F739 之分類，實驗所使用之有機溶劑在 nitrile 的浸透行為應屬 A 模式。同時，實驗中發現手套試驗前後，厚度之 增加量低於 5 %，且比重未有顯著改變；因此手套接觸此有機溶劑 應未產生材質上的化學變化。
有機溶劑對不同厚度之平均穩定浸透濃度及平均穩定浸透速率 列於表 4.1，結果顯示苯浸透厚度 0.21 mm、0.36 mm、0.65 mm 及 0.83 mm 之手套，其穩定浸透速率分別為 2375.59、817.37、749.17 及 259.52 ug/cm2/min。Vahdat (1991)在 25℃之條件下，利用 ASTM F739 試驗苯浸透厚度 0.58 mm 之 nitrile 手套，所得到的穩定浸透速
苯、甲苯、苯乙烯及乙基苯之分子量依序為苯 78.11，甲苯 82.14，苯乙烯 104.15 及乙基苯 106.18，比較其浸透厚度 0.36 mm 手 套之穩定浸透速率，其中以苯最大為 859.97 ug/cm2/min，乙基苯 30.09 ug/cm2/min 最小；結果顯示穩定浸透速率與有機溶劑之分子量 成反比。Vahdat (1991)利用 ASTM F739 浸透測試腔，以開放式迴路 及氮氣當作採集介質，在 25℃之條件下探討苯、甲苯及 1,1,1-三氯 乙烷浸透 nitrile 手套之穩定浸透速率，其結果亦有相同之趨勢。
圖 4.1 苯浸透 Nitrile 手套之浸透速率
圖 4.3 苯乙烯浸透 Nitrile 手套之浸透速率
表 4.1 有機溶劑浸透 Nitrile 手套(25℃) Ethyl benzene
0.81 10.75 1555.72 1.61
4.2 有機溶劑於聚合物中之擴散係數
利用穩定狀態之浸透濃度及第三章所建立之質傳模式，以 Eq.
3.4.4 得到苯、甲苯、苯乙烯及乙基苯在 nitrile 手套之擴散係數(10-6 cm2/s)分別為 0.735±0.242、0.257±0.088、0.021±0.007 與 0.020±0.005。
Vahdat (1991) 利用與本研究相同之實驗條件，得到苯及甲苯浸透 Nitrile 手套之擴散係數(10-6 cm2/s)分別為 0.063±0.043、0.046±0.031、
0.038±0.035 及 0.040±0.036。其中苯乙烯及乙基苯之擴散係數與本研 究質傳模式所得到之結果頗為接近，而苯及甲苯之擴散係數則約小
而假設化學物質在聚合物之溶解度係數 H 為常數，此初始邊 界條件對於有機溶劑之液態浸透可能並不存在。
此外，因為利用 Crank 模式計算穩定擴散係數，需藉由累積浸 透曲線得到延滯時間 tl，值得注意的是化學物質累積浸透量會受到 分析之偵測極限(Limit Detection Level, LDL)影響，可能高估延滯時 間而產生誤差。本研究所建立之質傳模式的優點即在於其不易受儀 器偵測極限所影響；同時，本浸透實驗之最小偵測極限(如表 3.1 所 示)，將可盡量減少累積浸透量對 Crank 模式所造成之偏差。
將本研究之實驗數據利用 Ziegel (1969)經驗公式 D=L2/7.199t1/2
(Eq. 2.3.1)，所得到的苯、甲苯、苯乙烯及乙基苯在 nitrile 手套之擴 散係數(10-6 cm2/s)分別為 0.065±0.037、0.041±0.027、0.031±0.028 及 0.032±0.029；其與利用 Crank 模式所求得之擴散係數極為接近，但 卻與本研究所建立之質傳模式所求出之擴散係數有所差異。
4.3 穩定擴散係數與有機溶劑物化性質之相關性 數僅0.179 (p-value>0.05)，與其他物化性質相比而言頗低。Southern 及Thomas (1967)透過浸入實驗及動力學分析，發現化學物質浸透天然
Tsai及Que Hee (1996)利用ASTM F739浸透測試腔探討二甲苯異 構物浸透聚合物手套之擴散係數，結果顯示在Nitrile手套中之擴散係
(r=-0.858，p=0.119)。因此將本研究之擴散係數進行統計分析，發現 擴散係數與黏滯係數及Kow之相關係數為0.585 (p-value<0.05)。Lin及 Que Hee (1998a)利用ASTM F739測試腔探討馬拉松商業配方浸透 nitrile 手 套 之 擴 散 係 數 ， 其 指 出 擴 散 係 數 與 分 子 量 之 相 關 式 為
0.221(參見表4.4)；將其與利用Eq. 4.3.1及Eq. 4.3.2所得到之預測值相 比較。結果如圖4.5及圖4.6，發現Vahdat實驗之擴散係數與利用Eq.
4.3.1及 Eq. 4.3.2 預 測 模 式 所 求 之 擴 散 係 數 相 關 性 分 別 為 0.737 與 0.686，因此，Eq. 4.3.1可以適當的推估有機溶劑在nitrile手套之穩定 擴散係數。
表4.2 質傳模式推導之擴散係數比較
Solvent Benzene Toluene Styrene Ethyl benzene Da 0.735±0.242 0.257±0.088 0.021±0.007 0.020±0.005 Db 0.412 0.253
Dc 0.063±0.043 0.046±0.031 0.038±0.035 0.040±0.036 Dd 0.065±0.037 0.041±0.027 0.031±0.028 0.032±0.029
Diffusion Coefficient @25ºC：Mean ±SD (10-6 cm2/s)
a: estimating by the modeling equation D= (J×L)/ (ρ-C)
b: from Vahdat, J. of Applied Polymer Science, 42, 3165-3171, 1991.
c: calculated by the equation D=L2/6tl from Crank , 1975.
d: calculated by the equation D=L2/7.199t1/2 from Ziegel , 1969.
37
表 4.3 擴散係數與有機溶劑物化性質之相關性
Variable Correlation r p-value MW D=2.785-0.027MW -0.885 <0.05
WS D=0.044-0.00044WS 0.880 <0.05 Log Kow D=6.808-2.243LogKow -0.813 <0.05 SG D=7.556-8.177SG -0.426 <0.05 H D=0.0028-1.528H 0.363 <0.05 VIS D=0.162-0.39VIS 0.179 >0.05 MW, VIS, H* D=1024.46MW-13.27VIS4.56H-3.77 0.970 <0.05 VIS, LogKow LnD=17.982VIS/LogKow-4.458 0.585 <0.05
MW D=1022.42×MW-11.86 -0.926 <0.05
*: Stepwise
Properties are @25℃ and abbreviations are as follows. MW, molecular weight; WS, water solubility in mg/L (LaGregaet et al., 1994); Kow, octanol-water partition coefficient (LaGregaet et al., 1994); SG, specific gravity in Kg/L; H, Henry’s Constant (LaGregaet et al., 1994); VIS, viscosity in centipoises (Perry Chemical Engineers’ Handbook).
38
表 4.4 Vaddat (1991)研究之擴散係數
MW WS H SG LogKow VIS D Benzene 78.11 1780 0.23 0.88 2.73 0.38 0.412
Toluene 92.14 515 0.27 0.87 2.95 0.56 0.253 1,1,1-trichlorothane 133.42 4400 0.69 1.33 2.51 0.81 0.221
Data from Nader Vahdat, 1991, J. Appl. Polym. Sci. 42:3165-3171.
39
圖 4.5 擴散係數實驗值(Vahdat, 1991)與預測模式之比較(一)
圖 4.6 擴散係數實驗值(Vahdat, 1991)與預測模式之比較(二)
D=1024.46MW-13.27VIS4.56H-3.77 r=0.737
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Experimental D
Modeling D
D=1022.42MW-11.86 r=0.686 0
0.5 1 1.5 2
0 0.5 1 1.5 2
Experimental D
Modeling D
第五章 結論與建議
14.79~37.06 ug/cm2/min；乙基苯的穩定浸透速率為 9.94~35.85 ug/cm2/min，結果顯示穩定浸透速率與手套之厚度成反比。(二) 苯、甲苯、苯乙烯及乙基苯之分子量依序為苯 78.11，甲苯 82.14，苯乙烯 104.15 及乙基苯 106.18，比較其浸透厚度 0.36 mm 手套之穩定浸透速率，其中以苯最大為 859.97 ug/cm2/min，乙 基苯 30.09 ug/cm2/min 最小；結果顯示穩定浸透速率與有機溶 劑之分子量成反比。
(三) 根據本研究建立之質傳模式得到苯、甲苯、苯乙烯及乙基苯在 nitrile 手套之穩定擴散係數(10-6 cm2/min)分別為 0.735±0.242、
0.257±0.088、0.021±0.007 與 0.020±0.005；與文獻數據相近。
(四) 本研究之擴散係數模式乃利用浸透達到穩定狀態之實驗數據，
24.46 -13.27 4.56 -3.77
5.2 未來研究方向
(一)所得到之擴散係數與其他模式之間的差異，仍需經由數學分析與 實驗測試作深入之探討。
(二)本研究未來可針對同一族之有機溶劑進行浸透測試，探討有機溶 劑之鍵結條件是否為浸透手套之影響因子。
( 三) 目 前 本 研 究 雖 只 針 對 nitrile 防護手套 ，未 來 將 測 試 PVC、
neoprene、naturnal rubber 等材質防護手套，以建立更完整之擴散 係數預測模式。
(
四)將利用質傳模式以探討未達穩定狀態前之浸透現象，而可完整 評估使用有機溶劑防護手套時雙手之暴露濃度。參考文獻
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