臺灣博碩士論文加值系統

本研究之目的在探討聚乳酸(Polylactide，PLA)添加以水塑化澱粉之混練合膠，利用BRABENDER混煉機(Mixer)於1805oC下進行PLA/Starch合膠之製備，所製得之聚乳酸與合膠複材再利用熱壓成型機製成薄膜後`進行樣品測試分析，利用傅立葉紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)所測得之光譜圖顯示，聚乳酸/塑化澱粉FTIR光譜圖無法產生新的化學鍵結，證明了聚乳酸與塑化澱粉混練過程中僅是物理性的混合。利用熱重分析儀(Thermogravimetry analyzer, TGA)以10oC/min的固定加熱速率，於氮氣的環境下將熱降解溫度由35oC升溫至至500oC進行聚乳酸與合膠複材降解反應，所得之實驗數據以n階熱降解反應速率方程式與阿瑞尼斯方程式進行分析，證明了塑化澱粉之熱降解反應階數與熱降解反應活化能均明顯高於澱粉，但是達到固定降解率所需之熱降解溫度則是聚乳酸高於澱粉。最後再利用偏光顯微鏡(Polarizing Microscope, POM)觀察PLA在純聚乳酸與合膠粉練物中之等溫結晶過程球晶成長隨時間之變化關係，實驗與數據分析結果明確顯示出加入微量之塑化澱粉時(例如5%)，塑化澱粉具有成核助劑(nucleating agent)的效果而提升球晶成長速率，但當塑化澱粉添加量過高時(例如10%以上)，則塑化澱粉在聚乳酸中反而會造成球晶成長速率降低，且隨著塑化澱粉添加量增加會令球晶成長速率減小，此一原因可能是過多塑化澱粉量含量阻礙了球晶成長過程所需要之立體空間所致。

The purpose of this research is on the study of thermal degradation and isothermal crystallization of PLA for the neat PLA and the PLA/Starch blends. All the results are based on the combination of characterizations of the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), the thermogravimetry analyzer (TGA) and the Polarizing Microscope (POM). The FTIR spectra show that there are only physical interactions between the PLA matrix and the starch. The TGA analysis gives that both the thermal degradation reaction and the activation energy of starch are higher that those of PLA but the former requires higher thermal degradation temperature for the same degradation percentage. Finally, the examinations of polarizing microscope (POM) illustrate that the diameter growth rate of PLA spherulite is increased as the addition of starch is small (e.g. 5 %). When the larger amount of starch are used to produce blends, the diameter growth rate of PLA spherulite of the resulting blends us reduced. This result may be due to hindrance of steric effect of excess starch.

總目錄
摘要 I
Abstract II
總目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒論1
第二章 文獻與理論回顧4
2.1生物可分解性高分子簡介4
2.2 聚乳酸之介紹11
2.2.1 PLA的性質12
2.2.2 PLA的加工方式 13
2.2.3 PLA的改質 14
2.2.4 PLA的應用 18
2.2.5 PLA的未來展望19
2.3 高分子材料結晶動力學21
2.4 高分子材料熱降解動力學30
2.4.1 高分子材料降解介紹 30
2.4.2 高分子材料降解動力學分析31
第三章 實驗方法與分析36
3.1實驗藥品與儀器36
3.1.1 藥品 36
3.1.2實驗儀器36
3.2實驗方法 37
3.2.1 實驗流程 38
3.2.2 實驗步驟38
第四章 結果與討論 42
4.1 FTIR鑑定分析42
4.2 TGA鑑定分析45
4.2 偏光顯微鏡(POM)鑑定分析57
第五章 結論63
參考文獻66






表目錄
表2.1 生物分解性高分子種類及商品
5
表2.2 常用之高分子材料降解反應動力學模式34
表4. 1純PLA、澱粉與各種合膠之熱降解率()及最大降解速率(d/dt)發生之對應熱降解溫度48
表4. 2 S型方程式[方程式(20)]之回歸最佳參數值49
表4. 3 S型方程式[方程式(21)]之回歸最佳參數值49
表4. 4 PLA、PLA/W-Starch合膠與澱粉熱降解反應動力方程式[d/dt = Aexp(-Ea/RT) (1 –α)n]的參數值56
表4. 5 於130°C恆溫下，PLA在純PLA與PLA/W-Starch合膠中生成球晶直徑成長速率62









圖目錄
圖2. 1 利用乳酸經開環聚合聚乳酸反應方程式11
圖2. 2 PLA降解機構12
圖2. 3 某一結晶性高分子材料在不同結晶溫度下之DSC圖形
21
圖2. 4 某一結晶性高分子材料在不同結晶溫度下Xt對時間之關係圖22
圖2. 5 高分子結晶性材料生成之球晶示意圖23
圖2. 6 某一結晶性高分子材料在不同結晶溫度下之Avrami圖 25
圖4. 1 (A) 純PLA、(B) PLA/Starch(5%)、(C) PLA/Starch(10%)、(D) PLA/Starch(15%)與(E) PLA/Starch(20%)在650-4000 cm之FTIR光譜圖43
圖4. 2 (A) 純PLA、(B) PLA/W-Starch(5%)、(C) PLA/ W-Starch (10%)、(D) PLA/W-Starch(15%)與(E) PLA/W-Starch(20%)在650-4000 cm1之FTIR光譜圖44
圖4. 3 純PLA的熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率 = 10 oC/min)50
圖4. 4 未塑化澱粉的熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率 = 10 oC/min)50
圖4. 5 水塑化澱粉的熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率 = 10 oC/min) 51
圖4. 6 PLA/SW5%合膠熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率 = 10 oC/min)51
圖4. 7 PLA/SW10%合膠熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率=10 oC/min)52
圖4. 8 PLA/SW15%合膠熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率=10 oC/min)52
圖4. 9 PLA/SW20%合膠熱重分析圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率=10 oC/min)53
圖4. 10 PLA、澱粉及合膠降解速率對降解溫度之關係圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率=10 oC/min)53
圖4. 11 PLA、澱粉及合膠降解速率對降解時間之關係圖(N2 = 30 ml/min；加熱速率=10 oC/min)54
圖4. 12 PLA、澱粉及合膠[ln(d/dt) – nln(1)]對1/T之關係圖(空心圓圈為實驗數據，短虛線為最佳之回歸直線)56
圖4. 13 純PLA晶核成長過程(A) 0 min、(B) 1min、(C) 2min、(D) 3min、(E) 4min、(F) 5min、(G) 6min、(H) 7min、(I) 8min、(J) 9min、(K) 10min、(L) 11min、(M) 12min、(N) 13min、(O)13.5 min。(縮小80%)58
圖4. 14 PLA/SW-5%合膠晶核成長過程(A) 0 min、(B) 0.5min、(C) 1min、(D) 1.5min、(E) 2min、(F) 2.5min、(G) 3min、(H) 3.5min、(I) 4min、(J) 4.5min、(K) 5min。(縮小100%)59
圖4. 15 PLA/SW-10%合膠晶核成長過程(A) 0 min、(B) 0.5min、(C) 1min、(D) 1.5min、(E) 2min、(F) 2.5min、(G) 3min、(H) 3.5min、(I) 4min、(J) 4.5min、(K) 5min、(L) 5.5min、(M) 6min。(縮小100%)
59
圖4. 16 PLA/SW-15%合膠晶核成長過程(A) 0 min、(B) 1min、(C) 2min、(D) 3min、(E) 4min、(F) 5min、(G) 5.5min、(H) 6min、(I) 6.5min、(J) 7min、(K) 7.5min、(L) 8min、(M) 8.5min、(N) 9min、(O) 9.5min。(縮小100%)
60
圖4. 17 PLA/SW-20%合膠晶核成長過程(A) 0 min、(B) 0.5min、(C) 1min、(D) 1.5min、(E) 2min、(F) 2.5min、(G) 3min、(H) 3.5min、(I) 4min、(J) 4.5min、(K) 5min、(L) 5.5min、(M) 6min、(N) 7min、(O) 8min。(縮小100%)61
圖4. 18 PLA及合膠球晶直徑對時間之關係圖(直線為最佳之回歸直線) 62

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