臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究是藉由固體環氧樹脂(EP)與Novolac酚醛樹脂(PF)混摻方式將環氧樹脂混入於酚醛樹脂粉體中，並透過硬化促進劑雙氰胺(Dicy)的添加，以熱固化處理方式來進行化學鍵結，使之成為一種環氧改質酚醛樹脂的網狀交聯結構體。利用環氧樹脂具有的黏結性、疏水性、韌性等基本物性，增進酚醛樹脂的機械力學性能及疏水性質，成為一種具有高韌性強度的環氧樹脂改質酚醛樹脂複合材料。從本文酚醛樹脂機械強度測試結果(抗折強度)可以觀察到添加至16wt%環氧樹脂(16EPPF)具有較高的韌性強度。

此外，藉由矽烷偶合劑(APTES)表面處理的磷玻璃陶瓷粉與酚醛樹脂進行混摻，使之成為一種具有高耐熱性與韌性強度的酚醛樹脂/磷玻璃複合材料。從酚醛樹脂/磷玻璃複合物機械性質測試結果(抗折強度)，可以觀察到添加8wt%磷玻璃的酚醛樹脂(PF-8PG)具有較高的韌性強度。

依以上機械強度較佳的16EPPF與PF-8PG二種條件，製備環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃複合材料。從樹脂的結構鑑定分析(FTIR)、熱性質分析(DSC、TGA、DMA)，以及機械強度測試(抗折強度)等各項測試，研究環氧樹脂與磷玻璃對於酚醛樹脂的物性影響，並藉由其試驗結果，做為鑽石切割工具用的樹脂黏結材料。

目 錄

中文摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 ⅩIII

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.2.1 研究動機 2
1.2.2 研究目的 3
1.3 研究方法 3
1.4 研究目標與預期成果 4
1.4.1 研究目標 5
1.4.2 預期研究成果 5
第二章 理論基礎與文獻回顧 6
2.1 Novolac酚醛樹脂合成原理 6
2.2 Novolac酚醛樹脂合成製造 8
2.3 Novolac酚醛樹脂合成使用的原料 10
2.3.1 酚類化合物(phenol compound) 10
2.3.2 醛類化合物(Formaldehyde compound) 11
2.3.3 催化劑種類(Catalysts) 13
2.4 影響Novolac酚醛樹脂合成的因素 14
2.4.1 酚與醛結構的影響 14
2.4.2 酚環上取代基的影響 15
2.4.3 酚與醛莫耳比例的影響 16
2.4.4 催化劑性質的影響 18
2.4.5 反應介質pH的影響 18
2.5 Novolac酚醛樹脂的固化機制 18
2.5.1 Novolac酚醛樹脂的固化反應 19
2.5.2 影響Novolac酚醛樹脂的固化因素 21
2.6 Novolac酚醛樹脂的物性條件 22
2.6.1 黏結性能 22
2.6.2 耐熱性質 23
2.6.3 抗燒蝕性質 23
2.6.4 阻燃性質 23
2.7 環氧樹脂(Epoxy Resin) 24
2.7.1 環氧樹脂的基礎特性 25
2.7.2 環氧樹脂的製備方法 25
2.8 環氧改質酚醛樹脂複合材料 26
2.9 酚醛樹脂/無機複合材料 26
2.10 環氧樹脂/無機複合材料 27
第三章 實驗步驟與測試 29
3.1 實驗作業流程 29
3.2 Novolac酚醛樹脂的製備 30
3.2.1 實驗藥品及原料 31
3.2.2 酚醛樹脂的製備方法 35
3.2.3 酚醛樹脂合成反應之設備裝置 36
3.3 環氧改質酚醛樹脂複合材料之製備 37
3.4 酚醛樹脂/磷玻璃複合材料之製備 38
3.4.1 磷玻璃表面改質 38
3.4.2 酚醛樹脂/磷玻璃複合物之製備 39
3.5 抗折強度試片製作 40
3.5.1 抗折測試片原料 40
3.5.2 抗折試片及切割測試片製作設計 41
3.5.3 測試片製作條件 43
3.5.4測試片製作編號 43
3.6 環氧改質酚醛樹脂複合材料 43
3.6.1 傅立葉轉換紅外線光譜分析(FT-IR)測試 45
3.6.2 熱重分析(TGA)測試 46
3.6.3微差掃描熱卡計(DSC)測試 46
3.6.4動態機械分析(Dynamic Mechanical Analysis，DMA)測試 47
3.6.5抗折試驗機(Flexural Strength Tester)測試 48
3.6.6接觸角量測儀(Contact Angle Meter)測試 49
3.6.7掃描式電子顯微鏡（Scanning electron microscope）測試 49
第四章 結果與討論 51
4.1 紅外線吸收光譜分析(FT-IR) 51
4.1.1環氧樹脂/酚醛樹脂複合物紅外線光譜圖分析 51
4.1.2酚醛樹脂/磷玻璃複合物紅外線光譜分析 56
4.1.3環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃複合材料紅外線光譜分析 57
4.2 熱重分析(TGA)測試 59
4.2.1環氧改質酚醛樹脂複合材料熱重分析 59
4.2.2環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃複合材料熱重分析 62
4.3 環氧改質酚醛樹脂複合材料 64
4.3.1環氧樹脂/酚醛樹脂複合物微差掃描熱分析 64
4.3.2環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃複合物微差掃描熱分析 67
4.4 動態機械分析(DMA)測試 69
4.4.1環氧樹脂對酚醛樹脂玻璃轉移溫度(Tg)的影響 69
4.4.2環氧樹脂與磷玻璃對酚醛樹脂玻璃轉移溫度(Tg)的影響 71
4.5 環氧改質酚醛樹脂複合材料 73
4.5.1環氧樹脂對於抗折強度的影響 73
4.5.2磷玻璃對於抗折強度的影響 74
4.5.3環氧樹脂與磷玻璃複合物對於抗折強度的影響 75
4.6接觸角量測儀(Contact Angle Analysis System)測試 77
4.6.1環氧樹脂對接觸角的影響 77
4.6.2磷玻璃對接觸角的影響 78
4.6.3環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃複合物對接觸角的影響 78
4.7 環氧改質酚醛樹脂複合材料 79
4.7.1酚醛樹脂複合物電子顯微鏡分析 79
4.7.2以酚醛樹脂複合物做黏結劑之鑽石切割刀電子顯微鏡分析 81
第五章 結論 84
參考文獻 85












圖目錄
圖2-1 甲醛與苯酚在酸性催化作用下的聚縮合反應機制 7
圖2-1 線性酚醛樹脂的分子結構 7
圖2-3 熱塑性酚醛樹脂與熱固性酚醛樹脂的合成反應概略 8
圖2-4 熱塑性酚醛樹脂的製造流程概略 9
圖2-5 酚醛樹脂常用的三個及2個活性反應基的酚類化合物 14
圖2-6 合成熱固性酚醛樹脂常用的酚類化合物 15
圖2-7 合成Novolac熱塑性酚醛樹脂常用的酚類化合物 15
圖2-8 各種酚結構的反應相對速率 16
圖2-9 3莫耳苯酚與2莫耳甲醛的聚合反應機構 16
圖2-10 六甲烯基四胺分子結構式 19
圖2-11 二苄基胺(dibenyl amine)分子結構式概略 20
圖2-12 三苄基胺(tribenyl amine)分子結構式概略 20
圖2-13 溫度對於膠化時間的影響(10wt %-hexamine) 21
圖2-14 環氧乙烷基圖 24
圖3-1 實驗作業流程圖 30
圖3-2 磷玻璃外觀 34
圖3-3 磷玻璃粒徑分佈圖 34
圖3-4 酚醛樹脂合成製備流程圖 36
圖3-5 環氧樹脂改質酚醛樹脂複合物 38
圖3-6 酚醛樹脂/磷玻璃複合物製備流程圖 39
圖3-7 鑽石(Dia)磨粒外觀 41
圖3-8 FT-IR紅外線光譜儀分析原理概略圖 45
圖3-9 微差掃描熱卡計分析原理概略圖 47
圖3-10 抗折強度測試示意圖與試樣規格 48
圖3-11 接觸角示意圖 49
圖4-1 環氧樹脂紅外線吸收光譜分析圖 52
圖4-2 酚醛樹脂紅外線吸收光譜分析圖 53
圖4-3 環氧改質酚醛樹脂FTIR紅外線光譜分析圖 55
圖4-4 改質前後磷玻璃之紅外線光譜分析圖 56
圖4-5 環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃複合材料紅外線光譜分析圖 57
圖4-6 環氧樹脂熱重分析圖 60
圖4-7 酚醛樹脂熱重分析圖 60
圖4-8 環氧樹脂/酚醛樹脂複合物熱重分析圖 61
圖4-9 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃複合物熱重分析圖 63
圖4-10 環氧樹脂與酚醛樹脂 DSC測試分析圖 65
圖4-11 環氧樹脂/酚醛樹脂複合物DSC測試分析圖 66
圖4-12 環氧樹脂與酚醛樹脂加入雙氰胺後DSC測試分析圖 66
圖4-13 環氧改質酚醛樹脂DSC測試分析圖 67
圖4-14 環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃DSC測試分析圖 68
圖4-15 環氧樹脂/酚醛樹脂複合物Storage Modulus分析圖 69
圖4-16 環氧樹脂/酚醛樹脂複合物Tan Delta分析圖 70
圖4-17 環氧樹脂/酚醛樹脂複合物Tg分佈圖 70
圖4-18 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃 Storage Modulus分析圖 71
圖4-19 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃 Tan Delta分析圖 72
圖4-20 環氧樹脂/酚醛樹脂複合物抗折強度分佈圖 73
圖4-21 酚醛樹脂/磷玻璃複合物抗折強度分佈圖 75
圖4-22 環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃複合材料抗折強度分佈圖 76
圖4-23 環氧樹脂接觸角測試圖 77
圖4-24 環氧改質酚醛樹脂接觸角測試圖 78
圖4-25 環氧改質酚醛樹脂接觸角分佈圖 78
圖4-26 酚醛樹脂/磷玻璃複合物接觸角測試圖 79
圖4-27 酚醛樹脂/磷玻璃複合物接觸角分佈圖 79
圖4-28 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃複合物接觸角測試圖 80
圖4-29 環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃接觸角分佈圖 80
圖4-30 酚醛樹脂橫斷面300及3000倍SEM圖 81
圖4-31 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃橫斷面300及3000倍SEM圖 82
圖4-32 鑽石磨粒添加的環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃折斷面SEM圖 83
圖4-33 酚醛樹脂切割後表面150倍SEM圖 83
圖4-34 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃複合物切割後150倍SEM圖 83
圖4-35 石英玻璃表面經改質前(a)、後(b)的鑽石刀切割表面狀態 84




表目錄
表2-1 苯酚與甲醛的莫耳比例對於熱固性樹脂的影響 17
表2-2 苯酚與甲醛的莫耳比例對於熱固性樹脂的影響 17
表3-1 醛樹脂製備比例 36
表3-2 氧樹脂/酚醛樹脂複合物調配比例 38
表3-3 酚醛樹脂/磷玻璃複合物調配比例 40
表3-4 酚醛樹脂各複合物編號標示 41
表3-5 抗折測試片成型設計條件 42
表3-6 抗折測試片成型設計條件 42
表3-7 切割工具測試參數 42
表4.1 環氧樹脂紅外線吸收光譜 53
表4-2 酚醛樹脂之紅外線吸收光譜頻率 54
表4-3 環氧樹脂/酚醛樹脂FTIR紅外線光譜頻率表 55
表4-4 磷玻璃之紅外線吸收光譜頻率表 56
表4-5 環氧改質酚醛樹脂/磷玻璃複合材料紅外線吸收光譜頻率表 58
表4-6 環氧改質酚醛樹脂複合材料熱重分析 62
表4-7 環氧樹脂/酚醛樹脂/磷玻璃複合物熱重分析 63
表4-8 環氧改質酚醛樹脂抗折強度分析 74
表4-9 酚醛樹脂/磷玻璃複合物抗折強度分析 75
表4-10 酚醛樹脂/磷玻璃複合物抗折強度分析 76

[1] 邵美秀，吳褔盛，袁新華等，酚醛樹脂改性研究進展，中國塑料，2005，19(7)：P.7~11。
[2] 唐路林、李乃寧、吳培熙編著，高性能酚醛樹脂及其應用技術，北京，化學工業出版社，2008年，P.24~28、P.58~62。
[3] 裴頂峰等，化工新型材料，1994(10)，P.12~17。
[4] 喬吉超等，酚醛樹脂膠黏劑的研究進展，中國膠黏劑，2006，15(7)：P.45~48。
[5] 洪純仁編譯，酚醛樹脂，台南，復文書局，1998年，P.2~84，P.145~151。
[6] 夏紹靈，鄒文俊，膨進，張琳琪，聚胺酯改性酚醛樹脂的研究，金剛石與磨料磨具工程，2006，153(3)：P.62~64。
[7] 王德泉、陳豔，砂輪特性與磨削加工，北京，中國標準出版社，2001年，P.27~30、P.91~92、P.111~114。
[8] 任增茂，摩擦材料用酚醛樹脂的改性及其性能研究，中國膠黏劑，1994，5(1)，P.19~22。
[9] 倪禮忠、陳麒編著，聚合物基材複合材料，上海，華東理工大學出版社，2007年，P122-139。
[10] 黃發榮、焦楊聲，酚醛及其應用，北京，化學工業出版社，2007年，P.214~225。
[11] 鄒文俊主編，有機磨具製造，北京，中國標準出版社，2001年，P.5~9、P.97~124、P.192~225。
[12] 蔡信行主編，聚合物化學，台北，新文京圖書出版社，2004年，P.257~261。
[13] 曹正文、黃炳炘、呂卦南編著，有機化學，台北，新文京圖書出版社，民國94年，P.95~96。
[14] 凌繩、王秀芬、吳友平，聚合物材料，北京，中國輕工業出版社、2007年，P.32~34。
[15] 王澄霞、魏明通編著，有機化學，台北，三民書局印行，1984年，P.71~73。
[16] 黃志雄、彭永利、秦岩、梅啟林編著，熱固性樹脂複合材料及其應用，北京，化學工業出版社，2007年，P.51-58。
[17] 林建中編譯，化學程序工業(下冊)，台北，除氏基金會出版，1975年，P.344~347。
[18] 張清輝，魏化震，李錦文等，新型酚醛樹脂固化反應動力學及同化機理研究【J】.廣州化工，2009，37(7)，P.76-78．
[19] 葛東彪等．酚醛樹脂增韌改性的進展．玻璃鋼／復合材料，2003，(5)：37～41.
[20] 昆盟化學工業股份有限公司，酚醛樹脂合成製造作業標準書。
[21] 賴耿陽編譯，塑膠大全，台南，復文書壁1986年，P.33~39。
[22] 李繼強著作，塑膠概論，台北，三民書壁，1982年，P.141~149。
[23] 楊木火著作，聚合物合成與物性加工實驗手冊，台北，高立圖書有限，2003年，P.81~103。
[24] 王宗櫚、謝達華、何國賢編著，聚合物合成與鑑定法，台南，台灣復文興業股份有限公司
[25] 王德中主編，環氧樹脂生產與應用，2006年。
[26] 劉國雄，林樹均，李勝隆，鄭晃忠等編著，工程材料科學，1998年。
[27] BRYAN ELLIS，Chemistry and Technology of epoxy Resins，1993。
[28] Sammani Ali Shokralla, Thermal Properties of Epoxy Phenolic Resins, The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 35,2010。
[29] 馮兆昌，楊桂成，容敏智，歐浩明，符若文，固體雙酚A型環氧樹脂的合成與表徵，熱固性樹脂2010，25(6)，P.33~36。
[30] 董耿蛟，顧松華，許國芳，高分子量環氧樹脂的合成，熱固性樹脂，1989年，P.1~6。
[31] 劉守貴，固體雙酚A型環氧樹脂合成工藝述評，絕緣材料通訊，1999年，P.28~34。
[32] 鄭易安，楊瑛，李柯，環氧改性新型雙酚A酚醛樹脂的研制，材料保護，2005年，38(12)。
[33] 劉運傳，魏莉萍，鄭會保，孟祥艷，周燕萍，硼酚醛改性環氧樹脂的成碳性能及熱解動力學，四川兵工學報，2009年，P.7~10。
[34] 蔡岳勳，水性聚氨酯改性酚醛樹脂/奈米黏土複合材料的製備及其性質研究，萬能科技大學材料科技研究所碩士畢業論文2011年。
[35] Choi, M. H.;Chung, I. J. Appl Polym Sci 2003,90,4047~4053.
[36] 李樹崗，王坤燕，寇大凱，高度剝離型環氧樹脂/蒙脫土奈米復合材料的製備與性[J]，高分子材料科學與工程，2009，25(1)：P.149~152。
[37] 韓文爵，王海風，王依民，郭明星，超細玻璃粉增強環氧樹脂的研究，化工新型材料，2007，35(1)：P.78~81。
[38] 顧宜，複合材料，台北，新文京圖書出版社，2002年，P.209~211。
[39] 李汝雄．粉體粒子的表面改性．現代化工，1991，(3)，P.52～54。