節能永續溶劑新應用 成大游聲盛團隊有效提升 3D 列印速率
文、圖／張怡婷
成大團隊發現將深共熔溶劑作為 RAFT 聚合技術的溶劑使用，可提升聚合速率
國立成功大學化學工程系助理教授游聲盛團隊發現，將「深共熔溶劑」作為「可逆加成斷裂鏈轉移（RAFT）」聚合技術的溶劑使用，不僅能夠促使聚合速率提升至原先的 3-4 倍以上，不用特殊紫外光照射，在一般可見光環境下也能有效引發反應，該溶劑還具有提高氧氣耐受性的作用，即使暴露在大氣中也能成功聚合。成大團隊的新發現，不僅實踐節能、永續的理念，更有助於簡化該聚合反應，對於後續高分子材料合成、3D 列印應用等方面，具有極高應用價值。
成大化工系游聲盛助理教授
「一切都是意外的發現！」游聲盛指出，在 2020 年底，他請實驗室學生使用深共熔溶劑進行「可逆加成斷裂鏈轉移 RAFT」聚合反應，本來只是想利用其環保、成本低的特性來進行實驗，沒想到尚未進行加熱、照紫外光等步驟，就已經聚合完成，讓游聲盛非常訝異，於是便請學生重複進行該實驗，測試與排除各種可能性，慢慢證實該溶劑確實能有效提升高分子材料的聚合反應速率。
成大團隊該項新發現在 2021 年 10 月登上高分子領域之學門指標性期刊《大分子》（Macromolecules）。游聲盛指出，《大分子》為美國化學學會（ACS）底下期刊，是全球最著名且最具業界影響力的高分子類別期刊，除了歷史悠久外，該期刊對於研究內容的創新性及研究深度都有相當高的要求。
游聲盛（前排左2）與實驗室學生合影
溶劑主要功能是用來溶解反應試劑，使反應體系具有良好的流動性。傳統上進行「可逆加成斷裂鏈轉移 RAFT」聚合反應時，通常使用高毒性的有機溶劑如二甲基甲醯胺、二甲基亞碸等做為溶劑，且需要在紫外光、無氧的嚴苛條件環境下，反應超過 20 小時以上，才會有顯著材料生成。
「深共熔溶劑（deep-eutectic solvent, DES）」為離子溶劑的一種，由不同種鹽類混合共熔而成，成大團隊主要使用四丁基氯化銨（TBACI）和乙二醇（ethylene glycol）進行合成。深共熔溶劑具導電性，與有機溶劑相比，具有合成簡易、低揮發性與不可燃性特色，且價格便宜、無毒且具生物分解性，不易汙染環境，兼具永續、節能的特質。除了成大團隊所使用的組合成分外，深共熔溶劑可由多種不同原料組成，在毒性、功能性上比傳統的有機溶劑都來得更加多元！
游聲盛指出，一般若想提升化學反應速率，會從改變實驗單體本身或是化學途徑出發，很少會意識到溶劑對整體反應會產生什麼影響。這次的嶄新發現將提供科學家全新思考方式，或許不起眼的「介質」，也可能成為實驗室的研究主角。
團隊新發現將有效提升光固化 3D 列印速率
提升反應速率後，後續可應用在「光固化 3D 列印」技術上。光固化 3D 列印為 3D 列印技術的一種，主要利用液態樹脂作為原料，再以特定形狀的光照射面板或雷射光束到列印平台上，受到照射的樹脂會硬化成型，層層列印、升起後堆疊成型，最終產出成品。傳統光固化 3D 列印技術，因為聚合反應速度較慢，因此列印速度一直無法有效突破，若是透過加速聚合速率，自然列印速度就能提升。
成大團隊嘗試利用深共熔溶劑可導電的特性，透過 3D 列印後，將成品做成穿戴式感測裝置，像一片薄膜或是 OK 繃的形式，只要穿戴在身上，遭受變形，就能產生不同的電流訊號。游聲盛指出，假設想測試運動員今日與昨日打球姿勢是否相同，可以直接將這個穿戴式感測裝置貼在運動員手腕或是關節上，當他打球、揮拍時，提供的電阻電流訊號，就能知道與之前的動作是否一致，相對肉眼偵測來得省力且準確許多。
游聲盛所帶領的實驗室主要進行高分子聚合反應探討以及各種 3D 列印墨水的應用開發，從化學實驗、材料設計、3D 列印技術，甚至跨域至機械固力及結構設計等專業，期望未來可以發展出更加簡化、無毒且環保永續的高分子聚合反應，進而應用到 3D 列印層面，創造出更多像穿戴式感測裝置、隔熱材料等真正能夠進行應用的成品，將科學的力量回饋予社會。
維護單位:
新聞中心
更新日期:
2022-07-21