臺灣博碩士論文加值系統

聚乳酸添加蒙脫土的研究已經發展了許多年，但是卻無法準確的了解其中的奧秘，只能夠依不同的情況來給予不同的解釋。
本研究針對聚乳酸添加二種蒙脫土，產生不同形式的奈米複合材料：即完全剝離型與插層型的奈米複材來進行熱性質與結晶結構上的探討，由於此二系列的聚乳酸奈米蒙脫土材料於升溫過程中會產生多重熔融峰的行為，因此特別針對各種產生多重熔融峰行為的樣品深入探討其熔融峰之溫度，熱量，生成條件，原因及構造。
從DSC實驗所得的結果發現此多重熔融峰是為二個高低溫熔化峰所組成的，而二者的熔化熱比例，與發生會與添加的蒙脫土及結晶條件有關，即添加插層型的蒙脫土會比添加剝離型的蒙脫土與純的聚乳酸更容易產生高溫熔化峰的結晶型態，而本實驗更能製備出只出現單獨且不同溫度的熔化峰並進行大角度X-ray分析與小角度X-ray分析來判斷其結晶型態。
綜合所得的結果得到一結論，發現多重熔融峰之高低溫熔化峰結晶型態分別為聚乳酸結晶結構上的α晶型與β晶型結晶結構。

Polylactic acid (PLA) has been increasingly popular in recent years because it is biodegradable, compostable, reproducible from renewable resources, and nontoxic to both the human body and the environment. Among many research efforts to modify the polymer, addition of organically modified montmorillonite clay has been one of the focuses. Interesting crystallization behavior has been reported in the literature. In this thesis, two types of commercially available organo-clays with different miscibility with PLA matrix were employed, leading to a fully exfoliated (high miscibility) and an intercalated (low miscibility) nanocomposite morphologies. The dynamic crystallization behaviors under various cooling rates, as well as quiescent crystallization, were studied with DSC. The crystal structural were characterized with both the wide angle X-ray diffraction (WAXD) and the small angle X-ray scattering (SAXS). The crystalline was found to contain both the α-form and the β-form, which also caused double melting behavior during melting. The ratio between these two crystal types could be controlled by the conditions of crystallization process.

中文摘要 I
ABSTRACT III
目錄 IIV
表目錄 XI
圖目錄 XIIIV
第一章 緒論 1
1.2 研究方法與目的 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 可生物分解性高分子 4
2.2 聚乳酸 6
2.2.1聚乳酸介紹 6
2.2.2 聚乳酸的製備 7
2.2.3聚乳酸的分解 8
2.2.4 聚乳酸的結晶 13
2.2.5 聚乳酸的多重熔融峰結晶行為 15
2.2.6 stereocomplex-type Polylactides (SC-PLA)的結晶型態 17
2.3 蒙脫土簡介與發展 22
2.4 奈米複合材料 25
2.4.1 奈米複合材料之介紹 25
2.4.2 奈米複合材料之製備 26
2.4.3 聚乳酸蒙脫土複合材料之發展 31
第三章 原理與理論分析 39
3.1 聚乳酸的光學活性 39
3.2 結晶性質與分子量的影響 41
3.2.1 結晶度 41
3.2.2 分子量 42
3.3 高分子聚合物的結晶動力學 42
3.3.1 結晶動力學的發展 42
3.3.2 高分子結晶行為的控制因素 44
3.4. 成核理論 46
3.5 多峰熔融行為(multiple endotherm behaviors) 52
3.6 X-ray粉末繞射儀之原理與範圍 55
3.6.1 X-ray的產生 55
3.6.2 X-ray繞射原理 56
3.6.3 X-ray繞射的應用與用途 57
3.6.4 小角度X-ray散射(Small angle X-ray scatting；SAXS) 57
3.7 晶格常數之計算 61
3.7.1 晶格平面的標示 61
第四章 實驗方法與步驟 72
4.1 實驗藥品與材料 72
4-2. 實驗儀器 75
4.3 實驗步驟 76
4.3.1 聚乳酸/蒙脫土奈米複合材料的製備 76
4.3.2 DSC測試步驟 77
4.3.3 POM測試步驟 78
4.3.4 XRD測試樣品製備與測試 79
第五章 結果與討論 82
5.1 XRD部分 82
5.2. DSC 基本圖形 85
5.2.1.第一次的升溫 85
5.2.2 200℃持溫的討論 86
5.2.3 熔融後的降溫過程 86
5.2.4 第二次升溫過程 87
5.3 降溫速率對結晶性質的影響(未產生再排列的情況下) 92
5.3.1 添加Cloisite 15A系統 92
5.3.1.1 0.5℃/分降溫速率系統 92
5.3.1.2 1℃/分降溫速率系統 116
5.3.1.3 不同降溫速率對聚乳酸添加Cloisite 15A系列 122
的熱學性質影響 122
5.3.2 添加Cloisite30B系統 129
5.3.2.1 0.5℃/分降溫速率系統 129
5.3.2.2 1℃/分降溫速率系統 135
5.3.3.3 不同降溫速率對聚乳酸添加Cloisite30B系列的熱學性質影響 141
5.3.3不同種類蒙脫土於0.5℃/分與1℃/分降溫系統之結果討論 147
5.3.3.1 對於高低溫度熔化峰的影響 147
5.3.3.2 對總體結晶度的影響 148
5.4 降溫速率對結晶性質的影響(產生再排列的情況下) 153
5.4.1 升溫過程中的結晶行為探討 153
5.4.2 添加Cloisite 15A系統 154
5.4.2.1 5℃/分降溫速率系統 154
5.4.2.2 於10℃/分降溫速率系統下 161
5.4.2.3不同降溫速率對聚乳酸添加Cloisite15A系列的熱學性質影響 166
5.4.3 添加Cloisite 30B系統 175
5.4.3.1 5℃/分降溫速率系統 175
5.4.3.2 10℃/分降溫速率系統下 180
5.4.3.3 不同降溫速率對聚乳酸添加Cloisite30B系列的熱學性質影響 185
5.4.4不同種類蒙脫土於5℃/分與10℃/分降溫系統之結果討論 192
5.4.4.1 對於高低溫度熔化峰的影響 192
5.4.4.2 對總體結晶度的影響 193
5.5 持溫結晶系統結晶環境下的熱學性質 197
5.5.1 持溫溫度的選定及時間長短的設定 197
5.5.2 聚乳酸添加Cloisite 15A於持溫結晶系統下的DSC熱學性質 200
5.5.3 聚乳酸添加Cloisite 30B於持溫結晶系統下的DSC熱學性質 205
5.5.4 聚乳酸添加不同蒙脫土於持溫結晶系統下的結果討論 209
5.5.5 不同系統下蒙脫土的影響 213
5.5.5.1 添加Cloisite15A系統 213
5.5.5.2 添加Cloisite30B系統 214
5.6 雙重熔融峰的討論 222
5.6.1 WAXS部分 222
5.6.2 WAXS與DSC共同推論的結果 233
5.6.3 升溫速率的影響 234
5.6.4 SAXS部分 240
5.7 偏光顯微鏡之實驗結果 248
第六章 結論 257
參考文獻 260
附錄 267

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