臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用雙螺桿押出機製備以PP、LDPE 與PP/LDPE(3:1)摻合體為基材之奈米複合材料，其中以有機改質黏土(Cloisite 15A)為無機補強材，EPDM-MA 做為相容化劑，期能有效改善PP 基材之韌性並製備出性能良好的高分子奈米複合材料。研究中使用兩種黏度差異極大之PP 為主要基材，探討「主體相黏度」與「成分比例」等變因對複合材料物理性質及微結構之影響。
首先由XRD、TEM 實驗結果得知，添加EPDM-MA 可有效改善高分子複合材料中15A 的分散狀態。SEM 結果顯示，添加相容化劑EPDM-MA 可使分散相尺寸下降，減小因主體相黏度所產生的影響，可大幅提升複合材料之韌性。而由DSC 及PLM 結果顯示，添加15A會使PP 之結晶溫度及結晶速率下降，並減小其結晶密度，此現象降低了15A 對於摻合體剛性的補強效果。TGA 結果顯示，添加15A 與EPDM-MA 均可提升系統之熱穩定性。而流變性質測試結果則發現，PP/PE/EP-MA/15A 系統呈現出的流變性質不會受主體相黏度的影響
而變化，顯示經由EPDM-MA 與15A 之協同作用，主體相之黏度差異影響即可忽略。

In this study, PP/LDPE blend-based nanocomposites were prepared through a twin-screw extruder. An Organoclay (15A) and an EPDM-MA copolymer served as the nano-filler and compatibilizer, respectively. Two grades of PP with different viscosities were selected to be the composites’
main matrix. The influence of PP viscosity on the preparation and properties of the composites was investigated. XRD and TEM results confirm that EPDM-MA facilitated the dispersibility of 15A in the polymer matrix. SEM results show that adding EPDM-MA reduced the
domain size of dispersed LDPE phase. DSC and PLM results indicate that 15A retarded the crystallizability of PP, whereas 15A affected hardly the crystallization of LDPE. TGA results show that the thermal stability of PP/PE blends was enhanced after adding 15A and/or EPDM-MA. Rheological properties investigation reveals that the influence of PP
viscosity on the measured properties was negligible due to the synergistic effect from inclusions of 15A and EPDM-MA in the composites.

目 錄
指導教授推薦書 i
口試委員審定書 ii
長庚大學碩士論文著作授權書 iii
誌謝 iv
摘要 v
Abstract vi
目 錄 vii
表 目 錄 xi
圖 目 錄 xii
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 聚乙烯(PE) 3
2.1.1 簡介 3
2.1.2 晶體結構 3
2.2 聚丙烯(PP) 4
2.2.1 簡介 4
2.2.2 立體規則性與晶體結構 4
2.3乙烯/丙烯三元橡膠(EPDM) 5
2.4 奈米黏土(Nanoclay) 6
2.4.1 簡介 6
2.4.2 蒙脫土(MMT) 7
2.4.3 蒙脫土的膨潤改質 8
2.5高分子/黏土奈米複合材料 9
2.5.1 簡介 9
2.5.1.1 高分子/黏土奈米複合材料 10
2.5.1.2 黏土的分散形態 10
2.5.2 製備方法 11
2.5.3 聚烯烴( PP、PE )/黏土奈米複合材料相關文獻 12
2.5.3.1 PP/clay奈米複合材料相關文獻 12
2.5.3.2 PE/clay奈米複合材料相關文獻 14
2.5.3.3 PP/PE/clay奈米複合材料相關文獻 15
2.5.3.4 PP/EPDM/clay奈米複合材料相關文獻 16
第三章 實驗 19
3.1 材料 19
3.2 儀器設備 19
3.3 實驗步驟 21
3.3.1 樣品製備 22
3.4 性質分析 22
3.4.1微差掃瞄熱卡計 (DSC) 22
3.4.2廣角X光繞射儀 (XRD) 23
3.4.3掃描式電子顯微鏡（SEM） 23
3.4.4穿透式電子顯微鏡（TEM） 24
3.4.5熱重分析儀（TGA） 24
3.4.6射出成型機（Injection Molding Machine） 24
3.4.7衝擊試驗機（Impact Test Machine） 25
3.4.8萬能拉力機（Tensile Test Machine） 25
3.4.9流變儀（Rheometer） 26
第四章 結果與討論 27
4.1 黏土(15A)於複合材料中之分散性 27
4.1.1 XRD分析 27
4.1.2 TEM分析 28
4.2 晶體結構 29
4.3 樣品之剖面相形態 30
4.4 結晶行為 31
4.4.1 非等溫結晶行為 31
4.4.2 等溫結晶行為 33
4.5 熔融行為 35
4.5.1 非等溫結晶後之熔融行為 35
4.5.2等溫結晶後之熔融行為 37
4.6 結晶相形態 38
4.7 熱穩定性 39
4.8 流變性質 40
4.9 機械性質 42
4.9.1 耐衝擊性質 42
4.9.2 拉伸及彎曲性質 43
第五章 結論 46
參考文獻 49
附錄(表、圖) 53







表 目 錄
表3-1 PP之物性 53
表3-2 LDPE之物性 53
表3-3 有機改質黏土(15A)之性質 54
表3-4 複合材料樣品配方一覽表 55
表3-5 雙螺桿押出機轉速設定 56
表4-1 樣品以不同速率降溫之結晶起始溫度(Tc,onset)與結晶溫度(Tc)一覽表 57
表4-2 樣品以不同速率降溫後以20 ℃/min升溫處理之熔融溫度(Tm)一覽表 58
表4-3 樣品以不同速率降溫後以20 ℃/min升溫處理之熔融吸熱值(△Hm)與結晶度(Xc)一覽表 59
表4-4 樣品於不同結晶溫度之Avrami指數n與截距lnk一覽表 60
表4-5 樣品於氮氣下之特定比例熱重損失溫度一覽表 61
表4-6 樣品於空氣下之特定比例熱重損失溫度一覽表 62
表4-7 樣品之拉伸試驗數據一覽表 63
表4-8 樣品之耐衝擊與彎曲數據一覽表 64



圖 目 錄
圖2-1 不同分子結構之PE示意圖：(a) HDPE、(b) LDPE 65
圖2-2 蒙托土的結構圖 65
圖2-3 複合材料之各種形態 66
圖2-4 層狀黏土在高分子基材中可能之分散情形 66
圖2-5 黏土脫層機制 67
圖3-1 實驗流程圖 68
圖4-1 15A與複合材料之XRD圖譜(1.5≦2θ≦10) 69
圖4-2 複合材料之TEM照片：(a) PE/15A-15000X、(b) PE/15A-30000X
、(c) PE/15A-60000X 70
圖4-3 複合材料之TEM照片： (a) PP30/15A、(b) PP90/15A、 (c) PP30/PE/15A、(d) PP90/PE/15A、(e) PP30/PE/EP-MA/15A、(f) PP90/PE/EP-MA/15A 71
圖4-4 複合材料之TEM照片：(a) PP30/PE/EP-MA/15A-60000X、 (b) PP90/PE/EP-MA/15A-60000X、(c) PP30/PE/EP-MA/15A -100000X、(d) PP90/PE/EP-MA/15A-100000X………………72
圖4-5 樣品於200 ℃熔融後以空氣降溫處理之XRD圖譜 73
圖4-6 樣品於200 ℃熔融後以10 ℃/min降溫處理之XRD圖譜 74
圖4-7 樣品於200 ℃熔融後經等溫結晶處理之XRD圖譜 75
圖4-8 樣品之SEM照片：(a) PP30、(b) PP30/15A、(c) PP90、
(d) PP90/15A、(e) PE、(f ) PE/15A 76
圖4-8(續) 樣品之SEM照片：(g) PP30/PE、(h) PP30/PE/15A、 (i) PP90/PE、(j) PP90/PE/15A、(k) PP30/PE(etched) 77
圖4-8(續) 樣品之SEM照片：(l) PP30/PE/EP-MA、(m) PP30/PE /EP-MA/15A、(n) PP90/PE/EP-MA、(o) PP90/PE /EP-MA /15A 78
圖4-9 樣品經n-heptane蝕刻處理後之SEM照片：(a) PP30/PE /EP-MA、(b) PP30/PE/EP-MA/15A、(c) PP90/PE/EP-MA、 (d) PP90/PE/EP-MA/15A 79
圖4-10 樣品之TEM照片：(a) PP30/PE/EP-MA、(b) PP30/PE /EP-MA /15A、(c) PP90/PE/EP-MA、(d) PP90/PE/EP-MA/15A 80
圖4-11 樣品以10 ℃/min降溫之DSC圖譜 81
圖4-12 樣品以40 ℃/min降溫之DSC圖譜 82
圖4-13 樣品等溫結晶之DSC圖譜：(a) PP90/15A、(b) PP90/PE/15A、
(c) PP90/PE/EP-MA/15A 83
圖4-14 樣品之等溫結晶tp-1 vs. Tc關係圖 84
圖4-15 樣品於不同溫度等溫結晶之Avrami關係圖：(a) PP90/15A、(b) PP90/PE/15A、(c) PP90/PE/EP-MA/15A 85
圖4-16 樣品以10 ℃/min降溫後以20 ℃/min升溫之DSC圖譜 86
圖4-17 樣品以40 ℃/min降溫後以20 ℃/min升溫之DSC圖譜 87
圖4-18 樣品等溫結晶後以20 ℃/min升溫之DSC圖譜 88
圖4-19 樣品升溫至200 ℃後以10 ℃/min降溫之PLM照片：
(a) PP30、(b) PP30/15A、(c) PP90、(d) PP90 /15A、(e) PE、 (f) PE/15A 89
圖4-19(續) 樣品升溫至200 ℃後以10 ℃/min降溫之PLM照片：
(g) PP30/PE、(h) PP30/PE/15A、(i) PP90/PE、 (j) PP90/PE/15A 90
圖4-19(續) 樣品升溫至200 ℃後以10 ℃/min降溫之PLM照片：
(k) PP30/PE/EP-MA、(l) PP30/PE/EP-MA/15A、 (m) PP90/PE/EP-MA、(n) PP90/PE/EP-MA/15A 91
圖4-20 樣品於氮氣環境下之TGA熱重損失圖譜 92
圖4-20(續) 樣品於氮氣環境下之TGA熱重損失圖譜 93
圖4-21 樣品於空氣環境下之TGA熱重損失圖譜 94
圖4-21(續) 樣品於空氣環境下之TGA熱重損失圖譜 95
圖4-22 樣品於190 ℃下之角頻率對複黏度分析圖譜 96
圖4-22(續) 樣品於190 ℃下之角頻率對複黏度分析圖譜 97
圖4-23 樣品於190 ℃下之角頻率對儲存模數分析圖譜 98
圖4-23(續) 樣品於190 ℃下之角頻率對儲存模數分析圖譜 99
圖4-24 樣品於190 ℃下之角頻率對損失模數分析圖譜 100
圖4-25 樣品於190 ℃下之角頻率對阻尼因數分析圖譜 101
圖4-26 樣品之耐衝擊強度柱狀圖譜 102
圖4-27 樣品之斷裂延伸率柱狀圖譜 102
圖4-28 樣品之楊氏模數與彎曲模數柱狀圖譜 103
圖4-29 樣品之降伏強度與彎曲強度柱狀圖譜 103

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