臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用溶膠-凝膠法在室溫下合成粒徑約90 nm的中空奈米二氧化矽粒子，並藉由偶合劑及氟化矽烷改質奈米粒子表面，以分別提供光聚合所需的C=C雙鍵及增加粒子表面的疏水性。利用穿透式電子顯微鏡及動態光散射來測量中空二氧化矽奈米粒子的型態、尺寸及zeta電位。將中空二氧化矽奈米粒子混合壓克力單體，旋轉塗佈於聚甲基丙烯酸甲酯基板，並以紫外光交聯將塗膜硬化。製作的複合塗膜具有高接觸角及低折射率的特性，且保持良好的可見光穿透度及鉛筆硬度。中空二氧化矽奈米粒子及氟化矽烷的增加可使塗膜接觸角上升，折射率及可見光穿透度下降。以中空二氧化矽含量40 wt%所製作的塗膜為最佳，能兼顧接觸角及可見光穿透度，其接觸角達117 o，折射率1.35且硬度維持4H。
和純壓克力塗膜相較，製作的複合塗膜表現較高的接觸角和較低的折射率，但仍保持良好的穿透度及硬度，隨著塗膜中二氧化矽含量和粒子表面氟化矽烷含量的增加，塗膜的接觸角隨之上升而折射率雖之下降，但可見光穿透率亦隨之下降。

In this study, ~90 nm spherical hollow silica nanoparticles were synthesized by the sol-gel method at room temperature. The synthesized hollow nanoparticles were surface-modified using the coupling agent and a fluorosilane in order to provide C=C bonds and hydrophobicity, respectively. The morphology and size/zeta potential of the formed nanoparticles were observed and measured by transmission electron microscopy and dynamic light scattering, respectively. Transparent composite coatings composed of the nanoparticles and acrylic monomer were prepared on the poly(methyl methacrylate) substrate via spin coating followed by UV-curing. Compared with the primal acrylic coating, the composite coatings showed higher water contact angles and lower refractive indices, while remained good visible transparency and pencil hardness. The contact angles of the coatings were increased but the refractive indices were decreased with increasing the silica content in the coating and fluorosilane content on the particle surface. However, the transmittances were decreased with these two. In the extreme case, a composite coating containing 40 wt% hollow silica nanoparticles with pencil hardness of 4H, a contact angle of 117o, and a refractive index of 1.35 was obtained.

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章、緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與方法 3
第二章、文獻回顧 5
第三章、實驗部分 8
3-1 實驗藥品 8
3-2 實驗流程與步驟 11
3-3 實驗儀器 14
第四章、結果與討論 17
4-1中空二氧化矽奈米粒子及其複合塗膜 17
4-1-1中空二氧化矽奈米粒子的製備 17
4-1-2奈米粒子的粒徑及複合塗膜性質 21
4-1-3偶合劑的改質及其塗膜 25
4-2疏水性改質及其塗膜 29
4-2-1 13F改質溶膠分析 29
4-2-2以DPHA及2-HEMA製作塗膜 32
4-2-3以DPHA製作塗膜 35
4-3減壓濃縮後的溶膠及其塗膜 42
4-3-1 F3系列溶膠及其塗膜 42
4-3-2 F4系列溶膠及其塗膜 48
4-4-3 添加8F-acrylate 49
4-5中空二氧化矽奈米粒子粉體及其塗膜製作 51
第五章、結論 55
參考文獻 56
附錄A 59
附錄B 60
附錄C 61

圖目錄
圖2-1 乾燥溫度與時間對接觸角的影響 7
圖3-1 製備中空二氧化矽奈米粒子溶膠流程圖 13
圖3-2 複合塗膜製備流程圖 13
圖4-1 中空二氧化矽奈米粒子TEM圖 18
圖4-2 中空二氧化矽水洗前後的TGA分析 19
圖4-3 軟模板及各階段二氧化矽溶膠IR圖 20
圖4-4 S-sol及S1-sol粒徑分析圖 22
圖4-5 S-10及S1-10塗膜可見光穿透率 24
圖4-6 未改質中空二氧化矽奈米粒子複合塗膜表面SEM圖 24
圖4-7 OM光學顯微鏡觀察塗膜硬度測試 24
圖4-8 不同階段改質溶膠TEM圖 25
圖4-9 偶合劑改質前後粒徑分析圖 26
圖4-10 S1-sol和M-sol可見光穿透率 26
圖4-11 M-10塗膜表面的SEM圖 28
圖4-12 M-10塗膜的ATR分析圖 28
圖4-13 F系列溶膠粒徑分析圖 30
圖4-14 F系列溶膠可見光穿透率 31
圖4-15 以DPHA及2-HEMA為樹酯的塗膜表面SEM圖 34
圖4-16 以DPHA為樹酯的塗膜表面SEM圖 37
圖4-17 F3-10塗膜表面及截面SEM圖 39
圖4-18 F3-20塗膜表面及截面SEM圖 40
圖4-19 F3-30塗膜表面及截面SEM圖 41
圖4-20 F3-sol減壓濃縮前後粒徑分析圖 43
圖4-21 F3B-40塗膜接觸角量測 45
圖4-22 F3A-30塗膜表面及截面SEM圖 46
圖4-23 F3B-40塗膜表面及截面SEM圖 47
圖4-24 F3-30F塗膜表面及截面SEM圖 50
圖4-25 減壓濃縮與粉體回溶F3-sol粒徑分析圖 51
圖4-26 F3Ap-30塗膜表面及截面SEM圖 53
圖4-27 F3Bp-40塗膜表面及截面SEM圖 54

表目錄
表3-1 中空二氧化矽塗料配方 12
表4-1 溶膠粒徑及可見光穿透度 22
表4-2 中空二氧化矽塗膜物性檢測 23
表4-3 不同二氧化矽含量M系列塗膜的接觸角及可見光穿透度 27
表4-4 不同成分改質溶膠粒徑及可見光穿透度 30
表4-5 以DPHA及2-HEMA為樹酯製作F1及F2塗膜物性檢測 33
表4-6 以DPHA為樹酯製作F1及F2塗膜物性檢測 36
表4-7 F3系列塗膜物性檢測 38
表4-8 F3-sol減壓濃縮粒徑 42
表4-9 F3系列塗膜物性檢測 44
表4-10 F4系列溶膠粒徑 48
表4-11 F3系列添加8F-acrylate塗膜物性檢測 49
表4-12 粉體回溶F3-sol粒徑 51
表4-13 F3系列粉體製備塗膜物性檢測 52

1.黃逢璽，「溶膠凝膠法製備紫外光硬化型抗反射鍍膜」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2004年。
2.歐陽岱岳，「改質奈米二氧化矽/高分子複合材料之製備與物性分析」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2005年。
3.陳建銘，「溶膠凝膠法製備紫外光硬化型抗眩鍍膜」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2006年。
4.謝致遠，「改質奈米二氧化鋯/高分子抗靜電鍍膜之製備與性質研究」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2007年。
5.王冠中，「二氧化矽/高分子防霧鍍膜之製備與性質研究」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2007年。
6.黃逢璽，「感光性有機-無機奈米複合材料的製備與其於光學鍍膜之應用」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2008年。
7.林若惠，「添加奈米粉體對於乾式相轉換法製備有機-無機混成薄膜性質之影響」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2009年。
8.林佳穎，「應用於紫外光交聯高折射率有機-無機混成薄膜之二氧化鈦溶膠的製備與分析」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2010年。
9.蔡宗穎，「塑膠基材上製備二氧化矽/壓克力聚合物抗霧鍍膜」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2011年。
10.鄭喬予，「以溶膠-凝膠法合成中空奈米二氧化矽球狀粒子及其混成塗膜的製備」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2011年。
11.陳品莼，「溶膠凝膠法製備有機-無機混成彩色光學塗膜」，淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文，2013年。

12.M. Nosonovsky, B. Bhushan, Multiscale Dissipative Mechanisms and Herarchical Surface: Friction, Superhydrophobicity and Biomimetics; Springer-Verlag: Heidelberg, 2008
13.B. Bhushan, Nanotribology and Nanomechanics I – Measurement Techniques, II - Nanotribology, Biomimetics, and Industrial Applications, 3rd ed.; Springer-Verlag: Heidelberg, 2011
14.B. Bhushan, Biomimetics: Bioinspired Hierarchical-Structured Surface for Green Sciece and Technology; Springer-Verlag:Heidelberg, 2012
15.J. Stephen, J. Clarson, A. Senlyen, Siloxane Polymer, 1993
16.W. Wu, Q. Zhu, F. Qing, C.C. Han, Langmuir, 25 (2008) 17
17.R.N. Wenzel, Ind. Eng. Chem. Fundam. 28 (1936) 988
18.R.N. Wenzel. J. Phys. Colloid Chem., 53 (1949) 1466
19.A.B.D. Cassie, S Baxter, Trans. Faraday Soc., 40 (1944) 546
20.J. Zhang, J. Wang, Y. Zhao, Soft Matter, 4 (2008) 2232
21.Y.I. Yoon, H.S. Moon, W.S. Lyoo, Colloid Interface Sci., 320 (2008) 91
22.Y. Xiu, D.W. Hess, C.P. Wong, J. Colloid Interface Sci., 326, (2008) 465
23.R. Taurino, E. Fabbri, M. Messori, J. Colloid Interface Sci., 325 (2008) 149
24.M. Manca, B. Cortese, Viola I, Langmuir, 24 (2008) 1833
25.W. Wu, M. Chen, S. Liang, J. Colloid Interface Sci., 326 (2008) 478
26.M. E. Abdelsalam, P. N. Bartlett, T. Kelf, J. Baumberg, Langmuir, 21 (2005) 1753.
27.G. Zhang, D. Y. Wang, Z. Z. Gu, H. Mohwald, Langmuir, 21 (2005) 9143
28.X. Du, J. He, Nanoscale, 3 (2010) 3984
29.L. Gao, J. He, J. Colloid Interface Sci., 396 (2013) 152
30.Y. Wan, S. Yu, J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 3641
31.Y. Du, L. E. Luna, R. E. Cohen, ACS NANO, 7 (2010) 4308
32.L. Zhang, Z.A. Qiao, J. Mater. Chem, 20 (2010) 6125
33.D. Ebert, B. Bhushan, Langmuir, 28 (2012) 11391
34.X.X. Zang, S. Cai, D. You, L.H. Yan, B. Jiang, Adv. Funct. Mater., 23 (2013) 4361
35.L. Xu, L. Gaoab, J. He, Langmuir, 28 (2012) 7512
36.L. Xu, L. Gaoab, J. He, RSC Adv., 2 (2012) 12764
37.K. Jeevajothi, R. Subasri, Ceram. Int., 39 (2013) 2111
38.I. C. McNeill, S.S. M. T. Sadeghi, Polym. Degrad. Stab., 30 (1990) 213
39.W.C. Chen, S.J. Lee, Polym. J., 32, (2000), 67
40.Z. Hua, K.Y. Qiu, Polym. J., 38, (1997), 521
41.M. Robert, X. Francis, Spectrometric Identification of Organic Compounds, 6rd ed; WILEY, 1997