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純水系統常用的高分子材料介紹
2013-12-04

如何了解下列圖示的資訊?

 
 

    

純水或超純水系統使用大量並且不同的高分子材料(polymer materials)

所謂高分子是指"重複聚合單一或多種化合物所構成的大分子量"的材料。

我們接觸的很多天然材料通常是高分子材料組成的,如天然纖維,橡膠、棉花、動植物各類組織等。

除了天然高分子外,人工合成的則有化學纖維、塑膠和橡膠等( nylon / plastics / rubber etc.)。

一般在純水系統中大量採用的,已經形成工業化生產規模的高分子為PTFE / PFA / PE / PP / PS / PES / Cellulose等。

高分子材料的歷史:

—   生物高分子是生命表現的一種形式( Bio-macro-molecule),如纖維,肌肉,DNA,外骨骼,毛髮,皮膚,細胞壁等。

—   所有的生命體都可視為各種生物高分子的組合。

—   而樹木,獸皮,禾草等自然高分子材料是人類最先就地取材的材料來做為各種工具。

—   在歷史的進化當中,草紙,纖維,橡膠,絲綢等從天然高分子加工而來的工藝品一直是人類文明的發展的見證。

—   進入十九世紀開始,人類開始使用改造或改良天然高分子材料。

—   硫化橡膠(vulcanized rubber)和硝化纖維( Celluloid / nitrocellulose)是兩個典型的例子。

—   在二十世紀之後,人工高分子材料進入了快速發展及應用的階段。

—   1907年,Leo Bakeland發明瞭酚醛塑料(bakelite),俗稱膠木,電木。

—   1920Hermann Staudinger提出了高分子的概念並且創造了Makromolekule這個詞。

—   二十世紀二十年代末,聚氯乙烯(PVC/polyvinylchloride)開始大規模使用。

—   二十世紀三十年代初,聚苯乙烯(PS/polystyrene)開始大規模生產。

—   二十世紀三十年代末,尼龍(Nylon/polyamide)開始生產。

—   在經歷了二十世紀的高速發展之後高分子材料對整個世界的工藝產生了重要的影響。

人工高分子亦稱塑膠的化學分類及特性

—   塑膠根據加熱後的情況又可分為熱塑性塑膠(thermal plastic)和熱固性塑膠(thermal setting)

—   加熱後軟化,形成高分子熔體的塑膠稱為熱塑性塑膠,主要在純水系統中常用的熱塑性塑膠有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍(Nylon)、聚碳酸酯(PC/ polycarbonate)、聚氨酯(PU,polyurethane)、聚四氟乙烯(鐵氟龍, PTFE/polytetrafluoroethane)。

—   加熱後固化,形成交聯的不熔結構的塑膠稱為熱固性塑膠:常見的有環氧樹脂(epoxy)、酚醛塑料(phenolics)、三聚氰氨甲醛樹脂(melamine-formaldehyde resin)等。

—   塑膠的加工方法包括注射,擠出,膜壓,熱壓,吹塑等等。

—   一般高分子都以化學結構的簡圖來表示。以聚乙烯為例,其簡圖可表示成 -(CH2-CH2)-n,其中括號內的化學結構式,稱作高分子的重複單位,而 n 代表重複單位的數目,也就是單體的數目,通常又稱作平均聚合度,通常 n 的範圍可以從幾千到幾十萬。

—   如果聚乙烯(PE)重複單位中的一個氫原子被氯原子(-Cl)取代,那麼這一個聚合物就被稱作聚氯乙烯(poly(vinyl chloride),簡稱 PVC。如果是被甲基(-CH3)取代,就形成聚丙烯(polypropylene,簡稱 PP)。如果是被苯基(-C6H5)取代,那就成為聚苯乙烯(polystyrene,簡稱 PS)。

下列為純水系統中常與水接觸的各種塑化材料

l  聚四氟乙烯 PTFE : Poly-tetra-fluoro-ethylene

 
 


                                 

     分子式: (C2F4)n  / 熔點: 327 °C /  密度: 2.20 g/cm³ / 熱塑性塑膠(thermal plastic)

聚四氟乙烯是由部分晶體結構,大分子的氟化碳組合,材質不透明,工作溫度範圍最寬:-200 °C to-260 °C

     聚四氟乙烯幾乎可抵抗所有的化學品腐蝕,具有抗酸抗鹼、抗各種有機溶劑的特點,幾乎不溶於所有的溶劑,表面特性特殊可抵抗各種化學性或物理性的黏附,並且材料的表面光滑性質和電氣絕緣能力均優於其它塑化材料。

     唯一美中不足是其僅可通過燒結成型,塑型成本高並且因製作困難而應用性較低。

     純水系統上的應用: 在超純水系統的終端及動態循環的輸送管線使用上

 

l   可溶性聚四氟乙烯PFA : Poly-fluoro-alkoxy

 
 


      部分晶體結構的氟化碳組成,可用溫度範圍:-200 °C - +250 °C,熱塑性塑膠。

可溶性聚四氟乙烯為半透明,表面抗化學或物理性黏附,其機械性能與化學惰性堪比聚四氟乙烯PTFE

製造可溶性四氟乙烯無需添加催化劑和增塑劑,可形成極其光滑,易清潔的表面,因此非常適用於化學上的痕量分析(trace analysis)實驗上使用的各種容器。

純水系統上的應用: 在超純水系統的終端及動態循環的輸送管線使用上,如管線,閥件,接頭等。

—   聚氯乙烯PVC : Poly-Vinyl Chloride

   

    聚氯乙烯是一種使用一個氯原子取代聚乙烯中的一個氫原子的高分子材料,熱塑性塑膠。

      PVC材質的發明相當早,且多方應用於工業產品中,由於PVC同樣具有其他塑膠材質的優點,且在加工上、可塑性上相當優良,加上價錢便宜,使用量很普遍,但大多在非食品方面,像水管、雨衣、書包、建材、塑膠膜、塑膠盒等等。

      由於PVC瓶透氣性高,不會用來盛裝碳酸飲料,在食品容器上以礦泉水為最大宗,沙拉油瓶亦有部份使用PVC

      PVC膜遇熱收縮度很好,廣泛用於盒外包裝及瓶外標籤上。

純水系統上的應用: 主要使用在原水供水管線上,但如果純度夠高,如uPVCcPVC等,就可使用在純水供水管線上。

—   聚醯胺纖維  PA  poly-amide

聚醯胺纖維,俗稱尼龍 (Nylon),熱塑性塑膠

主要品種有聚醯胺6纖維和聚醯胺66纖維。

聚醯胺6纖維和聚醯胺-66 纖維都具有強度高﹑回彈性好﹑耐疲勞﹑可染性和耐腐蝕﹑耐蟲蛀等優良性能﹐密度低於大多數纖維品種﹐耐磨性能則優於合成纖維其他品種。

兩者的區別在於熔點和軟化點﹐聚醯胺-66 纖維分別為 255260℃和 220℃﹐而聚醯胺-6 纖維分別為 215220℃和 180℃。兩種纖維的缺點是耐光和耐熱性差。

純水系統上的應用: 主要使用在過濾膜上,如RO膜,超過濾膜及為過濾膜上。—   聚乙烯PE : poly-ethylene 

結構其基本結構為 -(CH2-CH2)-n    熱塑性塑膠

    化學性質 : 聚乙烯抗多種有機溶劑,抗多種酸鹼腐蝕,但是不抗氧化性酸,例如硝酸,在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。

    一般常分為高密度聚乙烯(HDPE)與低密度聚乙烯(LDPE)兩種,HDPELDPE熔點高、硬度大,且更耐腐蝕性液體之侵蝕。

    PE對於酸性和鹼性的抵抗力都很優良,目前市面上所見到的塑膠袋及各種半透明或不透明的塑膠瓶幾乎都是PE所製造,像清潔劑、洗髮精、沐浴乳、食用油、農藥…等,大部份以HDPE瓶來盛裝。

    LDPE在現代生活中可謂無所不在,不過不是因為它做成的容器,而是你隨處可見的─塑膠袋。大部份的塑膠袋和塑膠膜是用LDPE做成的。

    聚乙烯在薄膜狀態下可以被認為是透明的,但是在塊狀存在的時候由於其內部存在大量的晶體,會發生強烈的光散射而不透明。

    純水系統上的應用: 主要使用在小型純水系統的管線上及純水儲存上,但如果純度夠高,就可使用在超純水系統供水管線上。

—   聚丙烯 PP Poly-propylenehttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f9/Polypropylen.svg/220px-Polypropylen.svg.png

     聚丙烯的重複單元由三個碳原子組成。其中兩個碳原子在主鏈上,一個碳原子以支鏈的形式存在,屬熱塑性塑膠。

     該材質容器係屬不透明或半透明容器,具備有耐酸鹼、耐化學物質、耐碰撞及耐高溫(-20°C~120°C)等優點,製品可用蒸氣消毒是其特點。

     聚丙烯的結構和聚乙烯接近,因此很多性能也和聚乙烯類似,由於其存在一個甲基構成的側枝,聚丙烯更易在紫外光和熱能作用下氧化降解,但若干物理性能及機械性能比PE好,因此製瓶商常以PE製造瓶身,瓶蓋和把手用有較大硬度與強度的PP來製造,當然也有直接以PP製瓶的,不過比較大的盛器像水桶、垃圾桶、洗衣槽、籮筐、籃子等等多是以PP做成。

     純水系統上的應用: 主要使用在供水管線,接頭以及儲槽,但如果純度夠高,就可以直接使用在純水供水管線上。

—   聚苯乙烯 PS  Poly-styrene

    

     聚苯乙烯是一種無色透明的熱塑性塑膠。具有高於攝氏100度的玻璃轉化溫度,因此經常被用來製作各種需要承受開水的溫度的免洗容器,以及免洗保麗龍餐盒等。

     聚苯乙烯的化學穩定性比較差,溫度超過7595°C會釋放出苯乙烯,易被強酸強鹼腐蝕,可以被多種有機溶劑溶解,如丙酮乙酸乙酯。不抗油脂,受到紫外光照射後易變色。

     聚苯乙烯質地硬而脆,無色透明,可以和多種染料混合產生不同的顏色。

     純水系統上的應用: 主要使用在離子交換樹脂的骨幹材料上,以及合成級超純度活性碳的原料。

—   聚醚碸樹脂PES Poly-ether-sulfones

 
  https://data.epo.org/publication-server/image?imageName=imgb0004&docId=7394713


聚醚碸樹脂(PES)是英國ICI公司在1972年開發的一種綜合性能優異的熱塑性高分子材料,是目前得到應用的為數不多的特種工程塑料之一,屬熱塑性塑膠。

它具有優良的耐熱性能、物理機械性能、絕緣性能等,特別是具有可以在高溫下連續使用和在溫度急劇變化的環境中仍能保持性能穩定等突出優點,在許多領域已經得到廣泛應用。

化學藥品性良好,除氯代烴酮類、酸類以外耐一般有機溶劑。對一般脂肪烴油脂醇類等穩定。

耐蒸氣和過熱水(150-160 )性能好,耐紫外線性能較差,電性能優良,耐燃等級V-O

耐熱性:

熱變型溫度在200220℃,連續使用溫度為180200℃,UL溫度指數為180℃。

耐水解性:

可耐150160℃熱水或蒸氣,在高溫下也不受酸、鹼的侵蝕。

耐化學藥品性:

PES耐汽油、機油、潤滑油等油類和氟里昂等清洗劑,它的耐溶劑開裂性是非晶樹脂中最好的。但是它能夠溶於氯仿、丙酮等極性溶劑中,使用時應加以注意。

純水系統上的應用: 主要使用在純水過濾膜的用途上,如超過濾及微過濾等。

結論:

高分子的發展快速又日新月異,對純水系統發展來說,越純的材質,越耐腐蝕的材質,越耐高溫的材質將是系統品質提升的目標。

 有用的塑膠回收資訊 :塑膠材質回收辨識碼

法規緣起

  環保署為推動資源回收四合一政策,於86年修正公告廢棄物清理法,其中重要的修法理由即規定「應回收之物品或其包裝,應有明顯的標示及必要設施,以利民眾辨識回收」。
  環保署依當時公佈的廢棄物清理法之授權,於86611日公告「應由業者回收之一般 容器上所應標示之回收標誌、應載內容及回收相關規定」。本公告規定塑膠類包裝容器除標示回收標誌外,並規定應標示材質通用符號,亦即
現行法規所稱之塑膠材質回收辨識碼。開啟了我國法令公告強制應回收之塑膠容器應標示材質辨識碼的先河
 

材質辨識碼由來


  我國「塑膠材質回收辨識碼」係引用美國塑膠工業協會Society of the Plastics Industry1988年所發展出來的塑膠辨識碼Resin identification code,目前為世界通用的辨識碼。塑膠辨識符號包含了三個順時針方向的箭頭,形成一個循環狀的三角形,並將編碼包圍於其中(如圖),分別編上17號,代表七類不同的塑膠材質。

1號:聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET),俗稱寶特瓶。

2號:高密度聚乙烯 (High Density Polyethylene,HDPE)

3號:聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC)

4號:低密度聚乙烯 (Low Density Polyethylene,LDPE)

5號:聚丙烯(Polypropylene,PP)

6:聚苯乙烯PolystyrenePS,若是發泡聚苯乙烯即為俗稱之「保麗龍」。

7:其他類OTHERS,如包括美耐皿ABS樹脂聚甲基丙烯酸甲酯(壓克力)、聚碳酸酯PC)、聚乳酸PLA等。

 

材質辨識碼功能


  資源回收品質的提升與再利用率的提高,有賴回收時按不同材質正確的分類;塑膠材質回收辨識碼則有助教育民眾依照回收系統配合分類,並輔助回收系統中回收業者與與處理業者進一步細分類與再利用。因此,塑膠材質回收辨識碼和材質使用上的安全性與耐熱度是無關的。如要瞭解塑膠材質安全性與耐熱能力等資訊,可到行政院衛生署食品藥物管理局所設置之「塑膠食品容器宣導網站」查 閱( http://www.pidc.org.tw/PlasticsPackage/Pages/default.aspx )
 

認識公告應回收塑膠容器


  塑膠包裝材料的使用與現代工商業社會的生活形態息息相關。由於人口的高度成長,並向都市集中,使得如何利用輕便的包裝方式來方便物品的貯存與運輸,以及增加物品的保存期限,變得非常重要。而塑膠包材正好可以滿足這些需求。
  由於塑膠密度低,重量比金屬或玻璃都輕很多,在加工或使用時比較輕便。塑膠有很強的韌性,不像玻璃那麼容易破碎,不像罐頭受到壓力時容易凹陷,也不像紙那樣容易被撕裂。因此成為現代許多商品常用的包裝方式。
  塑膠是由許多所謂的「單體」聚合而成的高分子物質。因不同的結構而各有其特殊的性質。常用於食品包裝容器的塑膠種類很多,包括聚乙烯
polyethylene, PE,聚丙烯polypropylene, PP,聚氯乙烯polyvinyl chloride, PVC,聚苯乙烯polystyrene, PS等,性質皆不盡相同。聚乙烯對苯二甲酸酯Polyethylene TerephthalatePET,本來是用於紡織的原料,近二十年來才跨界大量用於塑膠容器用途。

以下就主要的塑膠材質列表說明使用於常見的應回收容器及回收再利用方式。

(下載「塑膠容器材質、特性常見產品、耐熱溫度及回收辨識碼」)

台灣艾爾加生命科學股份有限公司  孫承儒

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