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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李劍虹
研究生(外文):Jiann-Horng Lee
論文名稱:含矽鏈延長劑在聚氨基甲酸酯熱衰解之效應
論文名稱(外文):Effects of Silicon-Chain Extenders on Thermal Degradation of Polyurethanes
指導教授:呂秋光
指導教授(外文):Chiu Kuang Lu
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:紡織工程學系
學門:工程學門
學類:紡織工程學類
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
中文關鍵詞:含矽聚氨基甲酸酯熱衰解熱重分析活化能熱穩定性
外文關鍵詞:silicon-containing polyurethane (Si-PU)thermal degradationthermogravimetry (TG)activation energythermal stability
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儘管聚氨基甲酸酯(PU)在使用上對於外界環境有不錯的抵抗能力,然而在高溫使用之下其熱穩定性是不佳的。聚合體的熱穩定性可藉由化學或物理的改質來加以改善。含矽的聚合物通常具有好的熱穩定性、機械性質和耐溶劑性質。因此,本實驗採用4,4-二甲基二異氰酸鹽(MDI)、聚丁醚二醇(PTMG)和1,3-雙(4-羥丁基)-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷(OHBTMS)及1,3-雙(3-氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二矽氧烷(NH2PTMS)以二步法製備一系列的含矽聚氨基甲酸酯聚合體(Si-PU)。由紅外線光譜(IR)確定這些合成聚合體的結構。聚合體的熱穩定性與衰解活化能則藉由熱重分析(TG)探討,並與純聚氨基甲酸酯比較。這些PU、Si-PU聚合體的衰解活化能以小澤丈夫(Ozawa)法計算。結果顯示在聚氨基甲酸酯中導入含矽鏈延長劑可以改善聚氨基甲酸酯的熱穩定性,並且在各衰解階段中,Si-PU有高於PU的活化能。結果並指出,PU吸收了NH2PTMS鏈延長劑後,有著更佳的熱穩定性。

Polyurethanes (PUs) is an excellent material for with-standing external use. However, the pure PUs has a lower thermal stability at high temperatures. Indeed, chemical and physical processes can modify the thermal stability of materials. Siliconated polymers usually show good thermal stability, mechanical strength and solvent resistance. Therefore, a series of silicon-containing polyurethanes (Si-PU) were prepared from 4,4’-diphenylmethane diisocyanate (MDI), polytetramethylene ether glycol (PTMG), 1,3-Bis(4-hydroxybutyl)-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (OHBTMS) and 1,3-Bis(3-aminopropyl)-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (NH2PTMS). The spectrum of infrared determined the structure of polymers. The thermal stability and activation energy for thermal degradation of these polymers were measured by thermogravimetry (TG) and compared with pure polyurethane (PU). The silicon-chain extender incorporated in the main chain of polymer improved the thermal stability of PU. The activation energies at various degradation stages for the pure PU, silicon-containing polyurethanes (Si-PU) were calculated by the Ozawa method. The activation energies of the Si-PU polymers were higher than pure PU. The results show that the polyurethane adopting the chain extender of NH2PTMS possessed a higher thermal stability.

中文摘要……………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………….Ⅱ
目 錄……………………………………………………………………….Ⅲ
圖目錄………………………………………………………………………..Ⅵ
表目錄………………………………………………………………………..Ⅷ
第 1 章 前 言………………………………………………………….1
1.1 聚氨基甲酸酯的發展與用途………………………………………….1
1.2 聚氨基甲酸酯的結構、型態與熱行為………………………………..2
1.2.1 聚氨基甲酸酯的型態與結構………………………………………..2
1.2.2 聚氨基甲酸酯的熱穩定性與衰解………………………………….3
1.2.3 含矽聚氨基甲酸酯的特性…………………………………………..6
1.3 研究動機…………………………………………………………………7
第 2 章 原 理…………………………………………………………..8
2.1 聚氨基甲酸酯的化學反應原理……………………………………….8
2.1.1 異氰酸酯基團的基本反應…………………………………………..8
2.1.2 親核性加成反應………………………………………………………8
2.2 聚氨基甲酸酯的結構與性能………………………………………...14
2.2.1 聚氨基甲酸酯基本結構……………………………………………14
2.2.2 硬鏈節和軟鏈節的影響……………………………………………16
2.2.3 微相分離……………………………………………………………..17
2.3 聚氨基甲酸酯合成方式………………………………………………18
2.4 高分子溶液的特性黏度與分子量的關係……………………..…..20
2.5 熱重分析……………………………………………………………….23
2.5.1 失重率(α)概念……………………………………………………..24
2.5.2 數據處理法…………………………………………………………..25
第 3 章 實 驗………………………………………………………….27
3.1 實驗流程……………………………………………………………….27
3.2 實驗材料……………………………………………………………….28
3.2.1 單體…………………………………………………………………..28
3.2.2 溶劑與其他試藥…………………………………………………….29
3.3 合成反應裝置………………………………………………………….31
3.4 聚合體之製備………………………………………………………….32
3.4.1 聚氨基甲酸酯製備………………………………………………….32
3.4.2 OHBTMS為鏈延長劑之聚氨基甲酸酯聚合體之合成………….33
3.4.3 NH2PTMS為鏈延長劑之聚氨基甲酸酯聚合體之合成…………33
3.5 測 試………………………………………………………………….35
3.5.1 紅外線光譜分析…………..………………………………………..35
3.5.2 溶解性測試…………………………………………………………..35
3.5.3 固有黏度測試……………………………………………………….35
3.5.4 熱重法(Thermogravimetry:TG)測試……………………………36
第 4 章 結果與討論…………………………………………………….37
4.1 紅外線光譜分析……………………………………………………….37
4.2 極限黏度及重量平均分子量………………………………………...41
4.3 溶解性分析…………………………………………………………….42
4.4 熱重分析……………………………………………………………….44
4.4.1 TG-DTG-DTA圖……………………………………………………..44
4.4.2 各聚合體的特性衰解溫度…………………………………………49
4.5 等溫失重分析………………………………………………………….53
4.6 動力學分析…………………………………………………………….54
第 5 章 結 論………………………………………………………….59
參 考 文 獻………………………………………………………………..61
圖目錄
圖1.1 純硬鏈節之聚月尿酯(MDI+1,4-BD)裂解機構…………………..5
圖2.1 聚氨基甲酸酯彈性體模型………………………………………...15
圖2.2 醚型聚氨基甲酸酯的氫鍵作用型態……………………………..16
圖2.3 軟鏈節與硬鏈節的微相分離結構模式………………………….17
圖2.4 外推法求特性黏度[η]……………………………………………22
圖2.5 從TG曲線計算失重率圖示………………………………………25
圖3.1 合成反應裝置……………………………………………………….31
圖4.1a PU1紅外線光譜圖…………………………………………………39
圖4.1b OHSiPU1紅外線光譜圖………………………………………….39
圖4.1c NHSiPU1紅外線光譜圖…………………………………………..40
圖4.2 PU1在氮氣中,升溫速率10℃/min之TG-DTG-DTA曲線圖….46
圖4.3 PU1與PU2熱穩定性之比較圖……………………………………47
圖4.4 OHSiPU1在氮氣中,升溫速率10℃/min之TG-DTG-DTA
曲線圖……………………………………………………………….47
圖4.5 NHSiPU1在氮氣中,升溫速率10℃/min之TG-DTG-DTA
曲線圖……………………………………………………………….49
圖4.6 OHSiPU與NHSiPU衰解特性比較圖…………………………….52
圖4.7 不同樣品在200℃下,氮氣中,持溫40分鐘之等溫失重
曲線圖……………………………………………………………….53
圖4.8 使用Ozawa方法,OHSiPU1在不同α之升溫速率對數(log B)
與絕對溫度倒數(1/T)關係………………………………………..58
圖4.9 使用Ozawa方法,NHSiPU1在不同α之升溫速率對數(log B)
與絕對溫度倒數(1/T)關係………………………………………..58

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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