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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林佳玲
研究生(外文):Chia-Liang Lin
論文名稱:含磷/矽之無機聚甲基丙烯酸甲酯IPN材料之製備與性質之研究
論文名稱(外文):Preparation and Properties of Phosphazene and Silica Containing PMMA IPN Materials
指導教授:陳玉惠陳玉惠引用關係
指導教授(外文):Yui-Whei Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:131
中文關鍵詞:溶膠-凝膠技術互穿網狀結構聚甲基丙烯酸甲酯四乙氧基矽烷磷高分子難燃劑
外文關鍵詞:Sol-gel techniqueInterpenetrating network (IPN)Poly(methyl methacrylate (PMMA)Tetraethoxysilane (TEOS)PhosphazeneFlame Retardant
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本研究為探討一系列含磷晴與Silica之PMMA,用以改進PMMA的熱穩定與難燃性。因此,合成含OH末端基之磷環化合物[N3P3(OC6H4OH)6] (HPP),並以溶膠-凝膠技術嵌入適量的Silica以形成有機-無機互穿式高分子網狀(Interpenetrating network, IPN)材料,此類材料以FTIR、TGA、DSC、LOI、SEM-EDX和29Si固態NMR等儀器鑑定其特徵與性質。結果顯示IPN樣品之熱穩定及難燃性,隨著HPP、Silica與PMMA之間的適當比例而有明顯地改善。
從TGA測試結果發現,藉由溶膠-凝膠反應添加HPP/TEOS於PMMA中,可提高PMMA之裂解溫度,且隨HPP量之增加,其熱穩定性與殘渣量亦增加。在燃燒測試上,可發現隨TEOS、HPP增加時,有機-無機IPN薄膜之LOI亦隨之提高,且可達成其協成效應;由殘渣量(Yc)、熱裂解溫度變化(T5%)及LOI值之提昇,可以判定矽(Si)與磷(P)之加入有助於提高PMMA的耐熱與難燃性質。本研究改良之IPN材料的熱降解溫度為高於300 0C,LOI值上升至39,並探討IPN材料之化學鍵結與形態學。
藉由溶膠-凝膠反應將含HPP/TEOS化合物與聚甲基丙烯酸甲酯形成IPN之反應,並利用FTIR、固態NMR證實HPP之OH與Si-OH之間有作用。從SEM配合EDX進行表面特定元素鑑定之結果,可知磷(P)與矽(Si)原子均勻分散在有機-無機薄膜中,顯示有機高分子(PMMA)與無機矽氧化物(TEOS)及磷(HPP)之間相容性很好,且推知可達到納米層級之複合材料。

In this study a series of phosphazene and SiO2 containing Poly(methyl methacrylate) (PMMA) were prepared to improve the thermal stability and the flame redardancy of PMMA. Hence, an OH-terminated cyclotriphosphazene [N3P3(OC6H4OH)6] (HPP) was synthesized and incorporated with various amount of SiO2 and PMMA by sol-gel technique to form the organic-inorganic interpenetrating network (IPN) materials. The characterization and the properties of the IPN materials prepared were carried out by FTIR, TGA, DSC, LOI, SEM-EDX and 29Si solid state NMR. The results indicated that the thermal stability and the flame retardancy of the IPN samples prepared were all greatly improved and with proper ratio of HPP, SiO2 and PMMA an IPN material with thermal degradation temperature up to above 300oC and LOI value up to 39 was obtained. Also discussed will be the chemical bonding and the morphology of the IPN materials.

中文摘要 I
英文摘要 II
文目錄 III
表索引 VII
圖索引 VIII
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 溶膠-凝膠反應 3
2.1.1 溶膠-凝膠法之起源背景與發展歷史 3
2.1.1.1 溶膠-凝膠的演進歷史 3
2.1.1.2 水量對水解及矽膠形成的影響 5
2.1.1.3 催化反應速率 6
2.1.1.4 觸媒及pH值的影響 6
2.1.1.5 溶劑的影響 7
2.1.2 溶膠-凝膠反應在有機-無機複合材料上的發展與應用 7
2.1.3 溶膠-凝膠法的製程原理及其步驟 10
2.1.4 溶膠-凝膠法製備有機-無機混成複合材料的分類 14
2.1.5 催化劑在水解與縮合之反應機構 15
2.2 磷高分子之簡介 17
2.3 高分子難燃劑之簡介 22
2.3.1 前言 22
2.3.2 定義及分類 22
2.3.3 難燃劑之應用 26
2.3.4 難燃劑作用之機制 27
2.4 聚甲基丙烯酸甲酯熱裂解 29
2.5 含磷/矽化合物應用於聚甲基丙烯酸甲酯的難燃協成效應 30
2.6 研究動機 31
第三章 實驗部份 33
3.1 實驗藥品 33
3.2 實驗儀器 34
3.2.1 實驗儀器 34
3.2.2 分析儀器 34
第四章 磷環化合物單體之合成與鑑定 36
4.1 合成含磷環化合物之單體合成 36
4.1.1 N3P3(OC6H4OCH3)6 (MPP)之合成 37
4.1.2 N3P3(OC6H4OH)6 (HPP)之合成 37
4.2 含醇基磷環化合物單體之鑑定 38
4.2.1 N3P3(OC6H4OCH3)6 (MPP)之鑑定 38
4.2.2 N3P3(OC6H4OH)6 (HPP)之鑑定 39
第五章 HPP/TEOS有機-無機溶膠-凝膠材料之製備及鑑定 50
5.1 HPP/TEOS之有機-無機混成溶膠-凝膠材料之製備 50
5.2 結構鑑定 51
5.2.1 紅外線吸收光譜分析結果 51
5.2.2 29Si固態核磁共振(Solid NMR) 53
5.2.3 13C固態核磁共振(Solid NMR) 53
5.3 熱安定性探討 54
5.3.1 DSC測試 54
5.3.2 TGA測試(氮氣環境) 55
5.4 結論 57
第六章 PMMA/TEOS/HPP形成IPN複合材料之製備 64
6.1 IPN之製備方法 64
6.2 性質測試 68
第七章 結果與討論 有機-無機IPN混成材料之鑑定及性質分析 70
7.1 結構鑑定 70
7.1.1 紅外線吸收光譜分析結果 70
7.1.2 31P與29Si固態核磁共振(Solid NMR) 72
7.2 熱安定性探討 74
7.2.1 DSC測試 74
7.2.2 TGA測試 77
7.2.2.1 氮氣環境 77
7.2.2.2 空氣環境 80
7.3 產物熱裂解分析 83
7.4 燃燒性質測試-極限氧指數(Limited oxygen index, LOI) 84
7.5 形態學鑑定 90
7.6 穿透率測試 91
7.7 硬度測試 91
第八章 結論 94
參考文獻 96
自傳 131

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