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本系特聘教授謝永堂 開發特殊材料含三級胺基團 CO2快速刺激應答、可逆切換

特聘教授謝永堂 開發特殊材料含三級胺基團 CO2快速刺激應答、可逆切換

 

本系特聘教授-謝永堂老師,日前發表無毒低成本、含有三級胺基團的新型刺激應答型高分子材料,藉由溫度及氣體(通入二氧化碳CO2或氮氣N2)控制,便能改變其親(疏)水性質,可望取代傳統界面活性劑,廣泛應用於工業、民生製造。

 

謝教授所開發的新型高分子材料,主要的分子結構單元含「三級胺基團」,厲害之處不只具「二氧化碳刺激應答」特性,更有「可逆切換」優點,該項技術獨步國內學術圈,且國際同行亦在少數。

此含三級胺基團的特殊高分子材料,對「溫度」與「酸鹼值」也有敏感性(可即時反應),屬於「刺激應答型高分子(stimuli-responsive polymer)」。當加熱至攝氏50度,外觀白色混濁水溶液,通以二氧化碳氣體,只需30秒就轉為澄清透明,若改注入氮氣,約莫1分鐘再度恢復白色混濁型態。

 

特殊高分子材料,攝氏50度下為「疏水(不溶於水,白色混濁懸浮)」,當通以二氧化碳,降低酸鹼值就轉變為「親水(溶於水)」,也就是澄清透明;再度注入氮氣(去除二氧化碳)就是提高酸鹼值,回到疏水狀態。

 

此特殊材料不論疏、親水都呈現穩定狀態,且不若以往改變酸鹼必須添加化學藥劑複雜程序,僅需溫度及氣體(CO2或N2)即可自由來回控制,屬於優良「可切換材料(Switchable Materials)」。

 

而於應用方面,可將此特殊材料「修飾(化學鍵結)」到「奈米顆粒」表面,原本不溶於水的奈米顆粒,當接觸到二氧化碳就會溶解並穩定懸浮,反之若氮氣就再度沉澱,亦可來回開關控制之與後續應用。

 

此外,謝教授也將此特殊材料與俗稱甲殼素的「幾丁聚醣(Chitosan)」進行化學鍵結,兩相結合成為甲殼素衍生物,其水溶液與「正己烷(油相)」原本互不相溶,通以CO2氣體1分鐘就產生乳化效果,在通N2半小時後完全趕走CO2,去除乳化效果又回到油水分離狀態,所以此特殊材料可作為可開關「乳化劑」獲得良好成效。

 

謝教授認為甲殼素衍生物可應用於化妝品或保養品做為乳化劑,不只減少化學成分、減輕肌膚負擔外,還能修補肌膚、抗皺,CO2可開關「乳化劑」效用更能協助保溼及卸妝。甲殼素在生物醫學、美容相關研究應用眾多,諸如加速人體傷口癒合,具良好生物相容性、無生物毒性、修復細胞、減緩過敏性肌膚,也能有效使肌膚含水保溼。

 

謝教授表示,身為化學工程師必須善盡社會責任,因此努力開發「清淨製程」,減少生產汙染、減輕環境負擔,此特殊高分子材料另1項研究特別之處就是以無毒且便宜的CO2加壓、不添加其他物質形成超臨界流體(Supercritical fluids),聚合出此特殊材料,這些成果已收錄於國際著名期刊

 

 

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