多功能界面活性劑之研發

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

多功能界面活性劑之研發

計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC94-2622-E-151-012-CC3 執行期間： 94 年 05 月 01 日至 95 年 04 月 30 日 執行單位： 國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系 計畫主持人： 李安成 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫為提升產業技術及人才培育研究計畫，不提供公開查詢 中 華 民 國 95 年 5 月 20 日

國科會補助提升產業技術及人才培育研究計畫成果精簡報告

學門領域：化學工程(E3) 計畫名稱：新型界面活性劑之研發 計畫編號：NSC94-2622-E-151-012-CC3 執行期間：94/05/01~95/04/30 執行單位：國立高雄應用科技大學/化材系 主 持 人：李安成 參與學生： 姓 名 年 級 (大學部、碩 士班、博士 班) 已發表論文或已申請之專利 (含大學部專題研究論文、碩博 士論文) 工作內容 謝星祿 碩士二年級 新型界面活性劑之製 備與性能測試 許今耀 大學部 功能界面活性劑之製備與性能 研究(2004 化學年會) 新型界面活性劑的製 備 林信余、 李郁紫 大學部 新型界面活性劑強化混凝土之 研究(2005 化學年會) 新型界面活性劑在混 凝土強化方面之探討 合作企業簡介 合作企業名稱：銘曄股份有限公司 計畫聯絡人：李俊明 副總經理 資本額：2500 萬元 產品簡介：工業水處理、工業清洗劑 網址： 電話：06-2735858

2 研究摘要(500 字以內)： 本研究成功地以具有正電荷與負電荷之離子型單體，採用逐步聚合的方 式，製備同時帶有陰離子與陽離子之共聚合物；所合成之產物為同時具有兩性 界面活性劑與高分子材料特性與優點的多功能界面活性劑，可應用於水處理之 凝聚劑、混凝土之强塑劑、鋼材與帷幕混凝土間界面接合劑、油/水乳化劑…。 在新型界面活性劑之合成方面，本實驗採用特殊合成方法合成多功能界面 活性劑，此界面活性劑在酸性環境下會展現陽離子界面活性劑之特性；在鹼性 環境下會展現陰離子界面活性劑之特性。亦可依實際應用情形而改變其離子性 來擴大適用之範圍。並與陽離子型聚合物和陰離子型共聚合物在物性上作比 較，配合 FT-IR、 TGA、與偏光顯微鏡，來測試多功能界面活性劑的物性。 在性能測試方面，採用本研究所合成之新型界面活性劑，做為油/水乳化 劑，可成功地將水均勻分散於重油中，其乳化效果不亞於目前常用之乳化劑； 另外，以本研究所合成之新型界面活性劑添加於混凝土中做為強塑劑，對混凝 土之強度的增強效果與目前市售之強塑劑比較，效果有過之而無不及。 就整體而言，本研究已相當成功地製備出一種多功能性的新型界面活性劑，其 可隨著使用環境來調整功能性，可做為乳化劑，亦可做為混凝土之強塑劑；惟 本研究最終目的是為了開發一種能能增強鋼筋/混凝土帷幕間親和力之界面活 性劑，就學理上，本研究所開發之界面活性劑應有此功能，但限於經費不足， 無法從事這方面的測試，此乃本研究缺憾之處，寄望能獲得國科會或廠商再次 的贊助，以順利完成最後的測試，來提高本研究所開發之界面活性劑的商業價 值。

人才培育成果說明： 1.培育參與研究計畫學生(許今耀、林信余、李郁紫)合成技術、產品檢驗技術 (包括 FTIR、TGA、偏光顯微鏡等儀器之操作技術)，以及 FTIR、TGA、 偏光顯微鏡、SEM 圖譜分析) 2.培育參與研究之所有學生如何蒐集研究相關文獻、閱讀論文與上台報告的 能力 3.培育參與研究之所有學生如何架構實驗裝置、如何取得實驗數據、以及在 研究過程遇到問題時，如何查閱相關文獻、如何思維以解決所遭遇之問題 的能力 4.培育參與研究之所有學生如何繕寫論文 技術研發成果說明： 1.新的合成技術:截至目前為止，見之於文獻者，僅限於陽離子單體與非離子 單體，或陰離子單體與非離子單體的共聚合，並無陽離子單體與陰離子單 體共聚合之合成技術被提出；本研究採用特殊之聚合方式，成功地合成陽 離子單體與陰離子單體的共聚合物，並以簡易之等電點法、FTIR 證實產 物確實具有陽離子性與陰離子性 2.多功能界面活性劑:本研究所開發之陰、陽離子共聚合物可隨著使用環境而 改變其離子性，因此具有多項用途 (1)可做為廢水處理之凝聚劑:目前已有陽離子與非離子之共聚合物、陰離 子與非離子之共聚合物成功地應用於廢水處理，利用其離子性中和廢水 中膠體粒子之表面電荷，並以聚合物所形成的網絡捕捉膠體粒子，成功 地做為廢水處理的凝聚劑，惟其必須視廢水之 pH 值而採用陽離子與非

4 使奈米粉體均勻的相關文獻被提出，因此，本研究所開發之產品也應具 有使奈米粉體分散的功能，而經由實驗也確實證實，本研究所開發之產 品能使二氧化鈦奈米粉體(由石原公司提供、本研究團對所製備)均勻分 散於水中。 (4)可做為混凝土之強塑劑:經由實驗證實，在混凝土中添加適量本研究所 開發之產品，能夠有效增加混凝土的緻密性，並提高混凝土的終凝固強 度。 (5)可增強鋼筋/混凝土惟幕間的強度:在學理上，本研究所開發之產品應具 有此項功能，而此項功能也是本研究最重要目標之一；但由於時間的關 係，且因此項試驗須製備許多試驗體，以及採用之試驗儀器是本校土木 系所未具備的設備，必須借重成大貴儀中心的設備，故未能進行此項試 驗，誠為本研究之憾；寄望往後能有經費，能繼續完成此項試驗。 技術特點說明： 1.本研究所採用之合成新型界面活性劑的方法，是本研究團隊所創見，截至 目前為止尚未見之於國內、外期刊，是屬於新產品的開發 2.本研究所開發之多功能界面活性劑，經由實驗證實確實可做為廢水處理之 凝聚劑、碳濾材附著增強劑、水/油乳化之乳化劑、奈米粉體之分散劑、 混凝土之強塑劑 可利用之產業及可開發之產品： 1.廢水處理產業:可做為捕捉廢水中的膠體粒子、重金屬離子 2.清洗產業、金屬表面處理:可做為水/油乳化之乳化劑 3.建築產業:做為混凝土之強塑劑、鋼筋/混凝土帷幕之間附著增強劑 4.奈米粉體相關產業:可做為奈米粉體之分散劑 推廣及運用的價值：如增加產值、增加附加價值或營利、增加投資/設廠、增 加就業人數………等。 1.本研究所開發之新界面活性劑的合成技術，僅須採用簡單之設備，以目前 銘曄股份有限公司現有設備，只須添購一些設備，即可從事生產，並不須 投入大量資金設立新廠或新的生產線，因此，銘曄股份有限公司正在評估

市場需求、成本與利潤估算，對本研究所得到之成果具有高度的肯定與興 趣 2.本研究所開發之合成技術可採全自動化生產線進行生產，並不需要太多人 力資源，故人力成本相當低 3.本研究所開發之新型界面活性劑，具有多種用途，可適用於多種產業，且 各產業需求量大，尤其是廢水處理產業、建築業用量更大，因此，具有高 利潤與高附加價值 4.若能由實驗證實本研究所開發之新型界面活性劑，能增強鋼筋/混凝土帷幕 間的接合力，則全球高地震帶之建築物、橋樑、水庫…等皆需要添加此界 面活性劑，則其商機無窮，相信可為台灣帶來相當大的產業價值與利潤。 附錄 1.純混凝土、添加本研究所開發之界面活性劑混凝土，同齡期之微細結構比 較:圖 1 為純混凝土與添加不同劑量之本研究所開發之界面活性劑，在齡 期 7 天時之 SEM 表面型態比較圖；由圖可明顯發現，在混凝土中添加適 量本研究所開發之界面活性劑，有助於水泥之水化反應的進行，提高混凝 土的緻密性，因而在同齡期下，純混凝土之表面尚存在有大量水化產物 (SEM 圖中之針狀物)，而添加界面活性劑之混凝土已無水化產物存在，而 且由 SEM 的圖形，可以很明顯發現添加界面活性劑之混凝土，其緻密性 提高甚多，從此可證實本研究所開發之界面活性劑，可用做為混凝土的強 塑劑

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(圖 1-3)AETC=5.5 M–5 days-10K

8 (c) 圖 1 齡期 7 天時，混凝土之表面型態 (a)純混凝土 (b)添加 4M 本研究所開發之界面活性劑 (c)添加 5M 本研究所開發之界面活性劑

2.界面活性劑對水泥漿體強度的影響:表 1 所列為純混土與添加 4M 界面活性 劑之混凝土，在不同齡期之抗壓測試數據；由表之實驗數據可明顯發現， 添加 4M 界面活性劑之混凝土在初期(齡期小於 7 天)之抗壓強度小於純混 凝土，這是由於在短時間內界面活性劑於混凝土內之架橋結構尚未形成； 但隨著齡期之增加，架橋作用亦隨之趨於逐漸完整，使得添加 4M 界面活 性劑之混凝土的抗壓強度增強而高於純混凝土。由抗壓強度之實驗數據， 再次證實本研究所開發之界面活性劑，在混凝土中能起架橋作用，而使得 混凝土結構趨於完密增強抗壓強度。 抗壓強度，ton 齡期，天 純混凝土 添加 4M 界面活性劑之混凝土 5 72 70 7 75 66 14 74 72 28 75.5 90 60 80.5 95