臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究Novolac熱塑性酚醛樹脂的不同分子量及不同硬化劑含量，在各種加熱固化溫度下能夠具有的各種物性及熱性質。在研究試驗中採用草酸（有機酸催化劑）取代一般的Novolac酚醛樹脂成型材料使用的鹽酸（無機酸催化劑），藉由苯酚與甲醛莫耳比例的改變，製備出4種不同分子量的Novolac熱塑性酚醛樹脂，以及採取其中的一種分子量樹脂，添加5種不同含量的硬化劑（hexamine、六甲烯基四胺），混拌調配出各種不同物性的Novolac酚醛樹脂。

從酚醛樹脂的基礎物性測試（流動度、膠化時間、軟化點）、樹脂結構鑑定分析（FT-IR、GPC）、熱性質分析（TGA、DSC），以及研磨工具結構強度（抗折強度、衝擊強度）等各項的樹脂物性強度測試中，研究酚醛樹脂分子量及硬化劑量的改變，對於Novolac酚醛樹脂產生的物性變化及影響。從酚醛樹脂物性及研磨工具強度測試結果，可以觀察到分子量比較高的樹脂或12wt%硬化劑含量的酚醛樹脂在180℃及190℃熱固化溫度下具有比較高的樹脂強韌性質及耐熱性質，而且觀察到4 wt%、20 wt%硬化劑量酚醛樹脂在190℃、200℃熱固化溫度下容易呈現出脆裂性質。因此可藉由本研究試驗結果，做為Novolac熱塑性酚醛樹脂粉體材料的應用參考資料。

In this thesis, novolac-type phenolic resins with various molecular weights and with various concentrations of hardener under different curing temperatures were prepared. Instead of the generally used inorganic acid catalyst (hydrochloric acid) for phenolic resin that used for molding material, organic acid catalyst (oxalic acid) was used in the synthesis of our phenolic resins. The physical and thermal properties of the resultant phenolic resins were also examined. Phenolic resins with various molecular weights were obtained by changing the phenol/ formaldehyde molar ratio in the synthesis process. In addition, various amounts of hardener (hexamethylene-tetramine) were mixed with the phenolic resin to study the effect of hardener on the various properties of phenolic resins.

Fundamental properties as flow length, gel time and softening temperature of the phenolic resins with various molecular weights and concentrations of hardener were measured. Also, structure of these phenolic resins was identified through FTIR and GPC measurements. Thermal properties of these phenolic resins were investigated through TGA and DSC measurements. Finally, various grinding tools were prepared from these phenolic resins using various curing temperatures. The mechanical properties as flexural and impact strengths of the grinding tools were also examined. The above-mentioned measurements can evaluate the effects of molecular weight, hardener concentration and curing temperature on the physical and thermal properties of these phenolic resins. As a result, high physical property and good heat-resistant phenolic resin was obtained by increasing the molecular weight or by incorporating 12 wt% hardener and curing the phenolic resin at 180℃ or 190℃. On the other hand, fragile phenolic resin was obtained by incorporating 4 or 20 wt% hardener and curing the phenolic resin at 190℃ or 200℃. Results of this thesis provide valuable information for application of the powdery novolac-type phenolic resins.

中文摘要------------------------------------- I
英文摘要------------------------------------- II
謝 誌------------------------------------- IV
目 錄------------------------------------- VI
圖 目 錄------------------------------------- X
表 目 錄------------------------------------- XIII
附 錄------------------------------------- XV

第一章--------------------------------------- 1
1.1 ----------------------------------------- 1
1.2 研究動機與目的--------------------------- 3
1.2.1 研究----------------------------------- 3
1.2.2 研究目的------------------------------- 3
1.3 研究方法--------------------------------- 5
1.4 研究目標與預期成果----------------------- 7
1.4.1 研究目標------------------------------- 7
1.4.2 預期研究成果--------------------------- 8
第二章 理論基礎與文獻回顧-------------------- 11
2.1 Novolac酚醛樹脂合成原理------------------ 11
2.2 Novolac酚醛樹脂合成製造------------------ 14
2.3 Novolac酚醛樹脂合成使用的原料------------ 17
2.3.1 酚類化合物----------------------------- 17
2.3.2 醛類化合物----------------------------- 19
2.3.3 催化劑種類----------------------------- 20
2.4 影響Novolac酚醛樹脂合成的因素------------ 22
2.4.1 酚與醛結構的影響----------------------- 22
2.4.2 酚環上取代基的影響--------------------- 23
2.4.3 酚與醛莫耳比例的影響------------------- 24
2.4.4 催化劑性質的影響----------------------- 26
2.4.5 反應介質pH的影響----------------------- 27
2.5 Novolac酚醛樹脂的固化機制---------------- 28
2.5.1 Novolac酚醛樹脂的固化反應-------------- 28
2.5.2 影響Novolac酚醛樹脂固化的因素---------- 31
2.6 Novolac酚醛樹脂的物性條件---------------- 33
2.6.1 Novolac酚醛樹脂的基礎物性-------------- 33
2.6.2 Novolac酚醛樹脂的物性要求指標---------- 36
2.7 樹脂粘結型研磨工具概要------------------- 37
2.7.1 研磨工具的基本構成--------------------- 37
2.7.2 人造剛玉磨料材料----------------------- 38
2.7.3 研磨工具的磨削作用--------------------- 40
第三章 實驗步驟與測試------------------------ 45
3.1 實驗作業流程----------------------------- 45
3.2 Novolac酚醛樹脂的製備-------------------- 47
3.2.1 酚醛樹脂製備的使用原料----------------- 47
3.2.2 酚醛樹脂合成反應的裝置設備------------- 49
3.2.3 酚醛樹脂的製備方法--------------------- 49
3.2.4 酚醛樹脂製備的操作程序----------------- 50
3.3 Novolac酚醛樹脂測試分析------------------ 53
3.3.1 樹脂膠化時間測試----------------------- 55
3.3.2 樹脂流動度測試------------------------- 55
3.3.3 樹脂軟化點測試------------------------- 55
3.3.4 紅外線光譜分析（FTIR）測試------------- 56
3.3.5 凝膠滲透層析（GPC）測試---------------- 57
3.3.6 熱重量分析（TGA）測試------------------ 57
3.3.7 微差掃描熱量分析（DSC）測試------------ 58
3.4 酚醛樹脂及研磨工具測試片製作------------- 60
3.4.1 測試片製作的使用原料------------------- 60
3.4.2 測試片製作設計------------------------- 62
3.4.3 測試片製作條件------------------------- 63
3.4.4 測試片製作編號------------------------- 63
3.4.5 測試片製作設備------------------------- 64
3.5 酚醛樹脂及研磨工具物性強度測試----------- 65
3.5.1 抗折強度測試--------------------------- 65
3.5.2 耐衝擊強度測試------------------------- 66
第四章 結果與討論---------------------------- 69
4.1 酚醛樹脂結構鑑定分析--------------------- 70
4.1.1 紅外線吸收光譜分析（FT-IR）------------ 70
4.1.2 凝膠滲透層析測試（GPC）---------------- 80
4.2 酚醛樹脂基礎物性測試--------------------- 88
4.2.1 酚醛樹脂流動度測試--------------------- 88
4.2.2 酚醛樹脂膠化時間測試------------------- 89
4.2.3 酚醛樹脂軟化點測試--------------------- 91
4.3 酚醛樹脂熱性質分析----------------------- 96
4.3.1 熱重量測試分析（TGA）------------------ 96
4.3.2 微差掃瞄量熱分析（DSC）---------------- 106
4.4 酚醛樹脂物性強度測試--------------------- 116
4.4.1 分子量對於酚醛樹脂強度的改變----------- 116
4.4.2 硬化劑量對於酚醛樹脂強度的改變--------- 122
4.5 研磨工具物性強度測試--------------------- 128
4.5.1 分子量對於研磨工具強度的影響----------- 129
4.5.2 硬化劑量對於研磨工具強度的影響--------- 138
第五章 研究結論------------------------------ 145
參考文獻------------------------------------- 149
附 錄------------------------------------- 155
作者簡介------------------------------------- 163

1. 倪禮忠、陳麒編著，聚合物基複合材料，上海，華東理工大學
出版社，2007年，PP122-139。
2. 黃志雄、彭永利、秦岩、梅啟林編著，熱固性樹脂複合材料及其應用，北京，化學工業出版社，2007年，PP51-58。
3. 黃發榮、焦楊聲，酚醛樹脂及其應用，北京，化學工業出版社，2007年，PP214-225。
4. 鄒文俊主編，有機磨具製造，北京，中國標準出版社，2001年，PP5-9、PP97-124、PP192-225。
5. 唐路林、李乃寧、吳培熙編著，高性能酚醛樹脂及其應用技術，北京，化學工業出版社，2008年，PP24-28、PP58-62。
6. 蔡信行 主編，聚合物化學，台北，新文京開發出版有限公司，
民國93年，PP257-261。
7. 顧宜，複合材料，台北，新文京開發出版有限公司，民國91年，PP177-184。
8. 洪純仁編譯，酚醛樹脂，台南，復文書局，1998年，PP2-84、PP145-151。
9. 王澄霞、魏明通編著，有機化學，台北，三民書局印行，民國
73年，PP71-73。
10. 曹正文、黃炳炘、呂卦南編著，有機化學，台北，新文京開發出版有限公司，民國94年，PP95-96。
11. 凌繩、王秀芬、吳友平，聚合物材料，北京，中國輕工業出版社，2007年，PP32-34。
12. 昆盟化學工業股份有限公司，酚醛樹脂合成製造作業標準書。
13. 賴耿陽編譯，塑膠大全，台南，復文書局，1986年，PP33-39。
14. 李繼強著作，塑膠概論，台北，三民書局，1982年，PP141-149。
15. 林建中 編譯，化學程序工業（下冊），台北，徐氏基金會出版，民國64年，PP344-347。
16. 楊木火著作，聚合物合成與物性加工實驗手冊，台北，高立圖書有限公司，2003年，PP81-103。
17. 王宗櫚、謝達華、何國賢編著，聚合物合成與鑑定法，台南，
台灣復文興業股份有限公司。
18. 齊人鵬編著，研磨材料，中國砂輪公司印行，民國73年，P87-99。
19. 王德泉、陳豔，砂輪特性與磨削加工，北京，中國標準出版社，2001年，PP27-30、PP91-92、PP111-114。
20. 唐文聰編譯，精密機械加工原理，台北，全華科技圖書有限公司，2004年，PP3.2-3.32。
21. 賴耿陽編著，精密加工新技術全集，台南，復漢出版社印行，
民國90年，PP130-150。
22. 昆盟化學工業股份有限公司，酚醛樹脂檢驗管理作業標準書。
23. 薛敬和編譯，高分子化學，台北，高立圖書有限公司，民國76年，PP149-179、PP277-279。
24. 簡仁德、楊子毅、張柳春編譯，材料科學與工程，台北，學銘圖書有限公司，2005年，PP98-122。
25. 范樂陽編著，塑膠檢驗法，台北，專上圖書有限公司，民國80年。
26. 陳陵援、吳慧眼編著，儀器分析，台北，三民書局印行，2006年，PP99-124、PP289-303。
27. 劉興鑑、陳育舜、孫逸民、趙敏勳、謝明學編著，儀器分析，
台北，全威圖書有限公司，民國2007年，PP87-91、PP167-208。
28. 潘文群主編，高分子材料分析與測試，北京，化學工業出版社，2005年，PP56-63、PP120-126、PP132-138、PP159-165。
29. 王加龍、孫燕清、?麗華編著，塑料測試工，北京，化學工業出版社，2006年，PP65-95、PP209-213。
30. 張銳主編，現代材料分析方法，北京，化學工業出版社，2007年，PP27-46、PP109-147、PP171-189。
31. 劉建平、鄭玉斌主編，高分子科學與材料工程實驗，北京，化學工業出版社，2005年，PP12-15、PP54-57、PP125-128。
32. 翁瑞裕編譯，紅外線光譜分析法，台北，高立圖書有限公司，
民國90年，PP54-64。
33. Rosaleen J. Anderson, David J. Bendell, Paul W. Groundwater, “Organic Spectroscopic Analysis”, U K, The Royal Society of Chemistry, 2004, pp24-50.
34. 林建中 編著，高分子加工學，台北，文京圖書有限公司，民國88年，PP33-35。
35. 陳劉旺、丁金超編著，高分子加工，台北，高立圖書有限公司，民國80年，PP31-44。
36. 林敬二、林宗義審譯，儀器分析、第四版（上冊），台北，美亞書版股份有限公司，1994年，PP252-288。
37. Vishu Shah, ”Handbook of Plastic Testing Technology 2nd “, JOHN WILEY & SONS INC, New York, 1998. pp10-30, pp50-73.
38. T.Hatakeyama, F.X.Quinn, “Thermal Analysis Second Edition”, JOHN WILEY & SONS INC, New York, 1999. pp5-20,pp126-130.
39. Malcolm P. Stevens, “Polymer Chemistry：an introduction. Third Edition“ Oxford University press INC, New York, 1999. pp395-408.
40. Charles E, Carraher Jr, “Seymour/Carraher’s Polymer Chemistry. Sixth Edition”, Marcel Dekker INC, New York, 2003. pp232-234.
41. Christopher Hall, “Polymer Materials”, JOHN WILEY & SONS INC, New York, 1991. pp69-72.
42. L.S.Bark, N.S.Allen, “Analysis of Polymer Systems”, Applied science publisher. Ltd, Lon Don, 1982. pp64-65, pp261-265.
43. Douglas A. Skoog, James J. Leary, “Principles of Instrumental analysis. Fourth Edition”, Florida, Saunders College Publishing,1992. pp568-577.
44. 郭廣德，酚醛樹脂發泡材料之隔熱性能研究，中央大學機械工程研究所碩士論文，2000年。
45. 胡筱珊，環氧樹脂/氧化鋁有機無機奈米級複合材料之研究，中國文化大學材料科學與奈米科技研究所碩士論文2004年。
46. 江 威，酚醛樹脂 /蒙脫土奈米複合材料的製備及物性研究，成功大學化學工程研究所碩士論文，2005年。
47. 林俊德，高性能黏結材料用Novolac熱塑性酚醛樹脂製備及性質研究，萬能科技大學材料科技研究所專題研究報告，2009年。
48. Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinfoced and Reinfoced Plastics and Electrical Insulating Materials Designation：ASTM D790, 2003.
49. Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of plastics, Designation：ASTM D256, 2005.
50. Shipp, Devon A.; Solomon, David H. Functionality in phenol formaldehyde step-growth polymerization ,Polymer Volume: 38, Issue: 16, August, 1997, pp.4229-4232.
51. Kim,Seong Jin; Jang,Ho Friction and wear of friction materials containing two different phenolic resins reinforced with aramid pulp, Tribology International Volume: 33, Issue: 7, July, 2000, pp. 477-484 .
52. Nair, C.p. Reghunadhan, Advances in addition-cure phenolic resins , Progress in Polymer Science Volume:29,Issue:5, May, 2004, pp. 401-498.
53. Wu,Hew-Der; Ma,Chen-Chi M; Chu,Peter P. Hydrogen bonding in the novolac type phenolic resin blended with phenoxy resin, Polymer Volume: 38, Issue: 21, October, 1997, pp. 5419-5429.
54. Reghunadhan Nair, C.P.; Bindu R.L.; Ninan,K.N. Thermal characteristics of addition-cure phenolic resins, Polymer Degradation and Stability Volume:73, Issue:2, 2001,pp.251-257.
55. Hung,Albert.Y.c;Wang,Feng-Yih; Ma,Chen-Chu ;Wu,Hew-Der. Thermodynamic properties affect the molecular motion of novolac type phenolic resin blended with polyamide, European Polymer Journal,Volume:39, Issue:2,February,2003,pp.225-231.