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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李建裕
研究生(外文):Chien-Yu Li
論文名稱:有機/無機多面體矽氧烷寡聚物奈米複合材料
論文名稱(外文):POSS Containing Organic-Inorganic Nanocomposites
指導教授:張豐志
指導教授(外文):Feng-Chin Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:應用化學系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:多面體矽氧烷寡聚物奈米複合材料矽氧烷
外文關鍵詞:POSSnanocompositessilsesquioxanes
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本研究中,針對含有苯乙烯官能基之多面體矽氧烷寡聚物(以下簡稱Styryl-POSS )之性質探討,合成出一系列的共聚物;其中包含了:苯乙烯共聚甲基丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺共聚Styryl-POSS、苯乙烯共聚Styryl-POSS以及苯乙烯、甲基丙烯醯胺、Styryl-POSS三聚物。對於每個共聚物系統,改變不同組成,觀察其性質改變,最後再探討不同系統中,Styryl-POSS添加量所造成的影響。由於POSS奈米結構的效應,所以我們只需加少量Styryl-POSS於系統中即可造成性質變化。本篇研究將主要針對加入甲基丙烯醯胺於三聚物中,其極性官能基與POSS產生作用力,進而得到較佳的熱安定性。
由1H-NMR分析中,可清楚鑑定出各系統之組成百分比,並可求出共聚物之單體反應常數(r1、r2),再由13C-NMR光譜中,鑑定出此一系列共聚物之結構,而29Si-NMR則可看出Si化學位移(-66與-67ppm)皆相近,表示POSS籠狀結構並未明顯受到極性作用而變形;並利用FT-IR做官能基的鑑定並比較不同系統間的光譜變化,尤其觀察甲基丙烯醯胺的NH2(3200~3500cm-1)、C=O(1653cm-1)與POSS籠狀(1108cm-1)結構吸收峰的變化;而DSC證明三聚物由於極性作用力使玻璃轉移溫度(Tg)較共聚物穩定,不會因POSS含量增加而降低;再由TGA證實其熱重損失溫度(Tdec)在三聚物相對於共聚物時明顯提升了40oC;最後利用X-ray說明POSS在共聚後並未有奈米相的聚集情形。
In this study, the styryl polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) containing polymers were synthesized and indentified. These copolymers include: poly(styrene-co-methacrylamide), poly(methacrylamide-co-POSS), poly(styrene-co-POSS) and poly(styrene-co-methacrylamide-co-POSS). We change different compositions of each copolymer and study their properties. Finally, we discuss the influence of POSS content within different copolymers. We can just incorporate small amounts of POSS with polymers and get obvious changes of property as a result of POSS nano-cage. In this study we focus on enhanced thermal stability due to polar amide group of methacrylamide.
From analysis of 1H-NMR, we can identify mole composition of each copolymer and terpolymer. Then we calculate monomer reactivity ratio (r1, r2) from copolymer composition equation. From analysis of 13C-NMR, the structure of these copolymers and terpolymer are characterized. From 29Si-NMR spectrums, the cage chemical shifts of POSS (-66 and —67 ppm) don’t change. This means cage structure of POSS does not deform by amide polar forces. From analysis of FT-IR, we compare different absorbances of functional groups between different copolymer systems especially in amide group (3200~3500 cm-1) and carbonyl group (1653 cm-1). And the Si-O absorbances of terpolymer broaden. From analysis of DSC, we find that the glass transition temperatures (Tg) of terpolymers do not decrease with increasing content of POSS through polar amide group in contrast to copolymer systems. From TGA curves, the thermal decomposition temperatures (Tdec) of terpolymers exceed 40oC than that of copolymers. Finally, X-ray curves show that there isn’t any aggregation of nano-phases.
目錄
中文摘要………………………………………………………………………...i
英文摘要………………………………………………………………………..ii
誌謝…………………………………………………………………………….iv
目錄…………………………………………………………………………….v
表目錄………………………………………………………………………….ix
圖目錄………………………………………………………………………….x
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1-1前言…………………………………………………………………….…...1
1-2多面體矽氧烷寡聚物(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes,POSS)…..2
1-2.1 多面體矽氧烷寡聚物(POSS)材料的發展起源………………………2
1-2.2 多面體矽氧烷寡聚物(POSS)的定義與製備…………………………2
1-2.3 多面體矽氧烷寡聚物(POSS)之T8結構介紹………………………...5
1-2.4 多面體矽氧烷寡聚物(POSS)與高分子共聚方式……………………6
1-2.5 多面體矽氧烷寡聚物(POSS)與其它填充料之比較…………………7
1-3 研究動機…………………………………………………………………...9
1-3.1 奈米現象………………………………………………………………9
1-3.2 各國奈米技術之發展………………………………………………..10
第二章 理論部分……………………………………………………………..20
2-1 共聚單體與觸媒之選擇………………………………………………….20
2-2 共聚反應………………………………………………………………….21
2-2.1 共聚物型態…………………………………………………………..21
2-2.2 共聚物組成…………………………………………………………..21
2-2.3 反應競爭比(Reactivity Ratio)大小對共聚型態之影響…………….22
第三章 實驗部分……………………………………………………………..24
3-1 實驗藥品………………………………………………………………….24
3-2 藥品純化………………………………………………………………….25
3-3 共聚步驟………………………………………………………………….26
3-3.1 苯乙烯(Styrene)與甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)共聚反應……..26
3-3.2 甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)與苯乙烯基多面體聚矽氧烷(Styryl-
POSS)共聚反應…………………………………………………….26
3-3.3 苯乙烯(Styrene)與苯乙烯基多面體聚矽氧烷(StyrylPOSS)共聚反應
..………………………………………………………………………27
3-3.4 苯乙烯(Styrene)、甲基丙烯醯胺(Methacylamide)以及苯乙烯基多
面體聚矽氧烷(Styryl-POSS)共聚反應……………………………...27
3-4 共聚反應式……………………………………………………………….28
3-4.1 苯乙烯(Styrene)與甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)………………..28
3-4.2 甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)與苯乙烯基多面體聚矽氧烷(Styryl-
POSS)……………………………………………………………….28
3-4.3 苯乙烯(Styrene)與苯乙烯基多面體聚矽氧烷(StyrylPOSS)……….28
3-4.4 苯乙烯(Styrene)、甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)以及苯乙烯基多
面體聚矽氧烷(StyrylPOSS)…………………………………………29
3-5 實驗儀器原理及操作程序……………………………………………….30
3-5.1 微差熱分析儀DSC (Differential Scanning Calorimeter)…………...30
3-5.2 熱重分析儀TGA (Thermal Gravimetric Analyzer)…………………30
3-5.3 傅立業紅外光光譜儀FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectro-
meter)………………………………………………………………..30
3-5.4 膠質穿透層析儀GPC (Gel Permeation Chromatography)………….31
3-5.5 液態核磁共振儀NMR (Solution Nuclear Magnetic Resonance)…...32
3-5.6 廣角X光繞射儀 (Wide Angle X-ray Diffraction)………………….33
第四章 結果與討論…………………………………………………………..34
4-1 苯乙烯(Styrene)共聚甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)之探討………….34
4-1.1 1H-NMR 組成鑑定…………………………………………………..34
4-1.2 13C-NMR 結構鑑定………………………………………………….35
4-1.3 FT-IR光譜變化………………………………………………………35
4-1.4 玻璃轉移溫度(Tg)測量……………………………………………...36
4-1.5 熱重損失溫度(Td)測量……………………………………………...36
4-1.6 產率變化……………………………………………………………..37
4-2 甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)共聚多面體聚矽氧烷(POSS)之探討…37
4-2.1 FT-IR光譜分析鑑定…………………………………………………38
4-2.2 玻璃轉移溫度(Tg)測量…………...………………………………....38
4-2.3 熱重損失溫度(Td)測量……………………………………………...39
4-2.4 POSS對於產率之影響……………………………………………….39
4-3 苯乙烯(Styrene)共聚多面體聚矽氧烷(POSS)之探討…………………..39
4-3.1 1H-NMR組成鑑定……………………………………………………40
4-3.2 13C-NMR結構鑑定…………………………………………………...40
4-3.3 FT-IR光譜分析………………………………………………………41
4-3.4 玻璃轉移溫度(Tg)測量……………………………………………...41
4-3.5 分子量(Mw)與分子量分佈(PDI)測量………………………………42
4-3.6 熱重損失溫度(Td)測量……………………………………………...42
4-3.7 產率影響……………………………………………………………..43
4-4 苯乙烯(Styrene)、甲基丙烯醯胺(Methacrylamide)、多面體聚矽氧烷
(POSS)之探討……………………………………………………………43
4-4.1 1H-NMR定量…………………………………………………………43
4-4.2 13C-NMR結構鑑定…………………………………………………...44
4-4.3 FT-IR分析…………………………………………………………....44
4-4.4 玻璃轉移溫度(Tg)測量……………………………………………...45
4-4.5 分子量與分子量分佈(PDI)鑑定…………………………………….46
4-4.6 熱重損失溫度(Td)分析……………………………………….……..46
4-4.7 廣角X-ray鑑定……………………………….……………………..47
4-4.8 產率變化……………………….………………………………...…..47
4-5 各系統液態矽譜(29Si-NMR)結構鑑定……………………………...…...47
第五章 結論…………………………...….…………………………………..82
第六章 參考文獻………...….………………………………………………..84
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