臺灣博碩士論文加值系統

中 文 摘 要
本研究以無機層狀材料天然黏土CL42做為分散載體，並以奈米碳球(Carbon nanocapsules)作為改質劑其中之一，經過膨潤、改質等步驟，並藉由廣角X光繞射儀（WAXRD）(層間距增加到15.3 A和14.7A)來檢測改質劑與無機層狀材料層間離子進行離子交換後層間距增加來驗證，以及IR確認有機官能基的存在，再將此改質型無機層材加入交聯前酚醛環氧樹脂之單體中，並進行反應製成奈米級複合材料，藉由廣角X光繞射儀(WAXRD) (層間距 PCB-3%=15.19 A、MCB-1%=15.5A、MCB-3%=18.00A 為黏土特徵峰)、穿透式電子顯微鏡(TEM)(結果發現PCB-3% 為插層，MCB-1% 和MCB-3%為團聚)來觀察無機層狀材料在酚醛環氧樹脂中的分散型態，瞭解無機層狀材料分散型態與性能提升的相依性。此外，經由熱重分析儀(TGA)(插層量PCB=33.28%，MCB=24.2%)、動態機械分析儀(DMA)(玻璃轉移溫度溫度 PCB-0.5%=144.5℃，PCB-1%=156.6℃ PCB-3%=141.4℃)的檢測來瞭解複合材料的玻璃轉移溫度(Tg)、熱穩定性及熱裂解溫度(T5d) (熱裂解溫度PCB-0.5%=388.7℃，PCB-1%=372.5℃ PCB-3%=385.4℃)、TMA(熱膨脹係數-CTE，PCB-0.5%=86.4/172.5，PCB-1%=67.9/168.6， PCB-3%=76.0/173.3)量測奈米複材之尺寸安定性，在利用並藉由極限氧指數儀(LOI)( MCB-0.5%=26%，MCB-1%=26%，MCB-3%=27%)、圓錐量熱儀 (Cone calorimeter) (燃燒時間延後至160秒)來測試其難燃性。

Abstract
In this study、the dispersed template of clay were modified by different types of fullerene materials、such as carbon nanocapsules as one of intercalants. The enhanced effects of fire retardant come from clays with barrier and fullerene with free radical capture. Clay were modified by organic compounds and carbon nanocapsules (CNC). The modified clays were characterized by wide-angle X-ray diffraction (WAXD)(d-spacing Increase to 15.3 A and 14.7A)、thermogravimetric analysis (TGA) and fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) to confirm the inclusion of modified agent into clay layers. The dispersion morphology of clay in the novolac cured epoxy resin was analyzed by wide-angle X-ray diffraction (WXRD) (d-spacingPCB-3%=15.19A、MCB-1%=15.5A、MCB-3%=10.00A is clay Characteristic) and transmission electron microscopy (TEM) (result find PCB-3% intercalated，MCB-1% and MCB-3% is Reunion).Thermo-gravimetric analysis (TGA) (Inserts the quantity PCB=33.28%，MCB=24.2%) and dynamic mechanical analysis (DMA) (Tg Temperature PCB-0.5%=144.5℃，PCB-1%=156.6℃ PCB-3%=141.4℃) were used to study the thermal and mechanical properties of modified novolac epoxy. Finally、limiting oxygen index (LOI))(MCB-0.5%=26%，MCB-1%=26%MCB-3%=27%)and cone calorimeterr(HRR) (Combustion time late to 160 sec) test were applied to evaluate the flammability of these nanocomposites of modified novolac epoxy.

中文摘要-I
Abstract-II
謝誌-III
目錄-IV
表目錄-VI
圖目錄-VIII

第一章 緒 論-1
1-1 研究動機-1
1-2 黏土簡介-3
1-2-1 黏土有機化-8
1-3 印刷電路板市場分析-10
1-4 酚醛環氧樹脂簡介-12
1-4-1 酚醛環氧樹脂-12
1-4-2 環氧樹脂-14
1-4-3 環氧樹脂之特性-17
1-5 有機/無機混成奈米複合材料-19
1-5-1 有機/無機混成奈米複合材料製備方法-20
1-5-2無機層狀材料於高分子中的分散型態-22
1-5-3 奈米複合材料的應用範圍-25
1-6 富勒烯碳球介紹-26
1-6-1富勒烯碳球簡史-26
1-6-2 製備方法-27
1-7 高分子材料難燃介紹-30
1-7-1 高分子燃燒原理-30
1-7-2阻燃劑與其阻燃機構-33
1-8 銅箔基板-39
1-9 耐燃文獻回顧-44
第二章 藥品與儀器-46
2-1 藥品-46
2-2 實驗設備-49
2-3 檢測儀器部份-52
第三章 實驗部份-55
3-1 奈米碳球-CNC之官能化-55
3-2 天然黏土有機化-56
3-3 酚醛環氧樹脂奈米複合材料製備-58
第四章 結果與討論-59
4-1 奈米碳球官能化之探討-59
4-2 天然蒙脫土有機化檢測-62
4-2-1層間距的變化-62
4-2-2 熱穩定性與插層量的探討-67
4-3 酚醛環氧樹酯與天然黏土合成之複合材料-70
4-3-1 有機改質型黏土與酚醛環氧樹酯反應性的探討-71
4-3-2 有機奈米複合材料之分散性討論-74
4-3-3 奈米複合材料熱性質分析-80
4-3-4 奈米級複合材料難燃性之研究-90
第五章 結論與未來展望-95
第六章 參考文獻-96

表 目 錄
表1-1 黏土之各種類表-6
表1-2 複合材料具備之特性及相關應用-25
表1-3 銅箔基板一覽表-43
表1-4 耐燃文獻整理表-45
表4-1 CNC與CNC-O 之ID-band/IG-band值-59
表4-2 有機複合材料膠化時間-73
表4-3 複材T5d與殘渣量整理表-85
表4-4 CL42-PI/CNC-O/BEN酚醛環氧樹脂物性整理表-89
表4-5 CL42-MI/CNC-O/BEN酚醛環氧樹脂物性整理表-89
表4-6 奈米複材熱釋放速率整理表-93

圖 目 錄
圖1-1 蒙脫土結構-5
圖1-2 不同天然黏土構造圖-7
圖1-3 改質劑於黏土中之排列方式 (a)monolayers (b)bilayers (c)pseudo layers (d,e)
paraffin-type arrangements12-9
圖1-4 全球PCB 市場產值-11
圖1-5 二羥苯甲烷的三種異構物-13
圖1-6 環氧樹脂與胺類硬化劑之反應機構-16
圖1-7 黏土在高分子中的分散型態-24
圖1-8 富勒烯結構圖-27
圖1-9 磷系高分子形成焦炭層反應式-37
圖1-10 阻燃劑的分類-38
圖1-11 銅箔基板的製作過程-42
圖3-1 奈米碳球官能化流程圖-55
圖3-2 天然黏土有機化流程圖-57
圖3-3 酚醛環氧樹脂//黏土奈米複材之製備流程圖-58
圖4-1 CNC官能化機製圖50-60
圖4-2 CNC與CNC-O之Raman圖譜-61
圖4-3 (A) CNC溶於水 (B) CNC-O溶於水-61
圖4-4 BEN插層示意圖-63
圖4-5 有機改質型黏土之FT-IR-65
圖4-6 CL42純化土，CL42-MI/CNC-O/BEN與CL42-MI/CNC-O/BEN
改質土之X-光繞射圖譜-66
圖4-7 三改質黏土之TGA圖比較-69
圖4-8 環氧樹脂硬化反應機制-70
圖4-9 純的酚醛環氧樹脂與含有CL42-PI/CNC-O/BEN有機黏土之酚醛環氧樹脂複材之XRD圖譜-76
圖4-10 純的酚醛環氧樹脂與含有CL42-MI/CNC-O/BEN有機黏土之酚醛環氧樹脂複材之XRD圖譜-76
圖4-11 CL42-PI/CNC-O/BEN 0.5％ TEM圖像-77
圖4-12 CL42-PI/CNC-O/BEN 1％ TEM圖像-77
圖4-13 CL42-PI/CNC-O/BEN 3％ TEM圖像-78
圖4-14 CL42-MI/CNC-O/BEN 0.5％ TEM圖像-78
圖4-15 CL42-MI/CNC-O/BEN 1％ TEM圖像-79
圖4-16 CL42-MI/CNC-O/BEN 3％ TEM圖像-79
圖4-17 CL42-PI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之 TGA圖譜-83
圖4-18 CL42-MI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之 TGA圖譜-84
圖4-19 CL42-MI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之 DMA圖譜-86
圖4-20 CL42-MI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之 DMA圖譜-86
圖4-21 CL42-PI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之機械強度圖譜-87
圖4-22 CL42-MI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之機械強度圖譜-87
圖4-23 CL42-PI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之 TMA圖譜-88
圖4-24 CL42-MI/CNC-O/BEN改質型黏土/酚醛環氧樹脂複材之 TMA圖譜-88
圖4-25 極限氧指數長條圖-92
圖4-26 熱釋放速率圖-93
圖4-27 酚醛環氧樹脂開環反應之FT-IR圖-94

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