臺灣博碩士論文加值系統

PP和PS是不相容的兩種高分子材料（polymers），利用雙螺桿押出機（twin screw extruder）互相混摻後，從聚摻合物系統之形態學（morphology）所得相分離相當的顯著。本篇論文研究是利用PP-g-MA和SMA兩種不同增容前趨物（compatibilizer precursors）以物理熔融的方式分別官能基化PP和PS，並以TGDDM或DDM作為PP-g-MA和SMA的偶合劑，形成PP-co-PS的增容共聚物（copolymers），並互相比較TGDDM或DDM這兩種偶合劑所形成PP-co-PS的增容共聚物在不相容PP/PS聚摻合系統上的功效。PP/PS與增容前趨物反應押出摻混的結果，有機會形成PP-co-PS的增容共聚物，以in-situ形式位於PP/PS兩相間的界面。PP/PS反應增容聚摻中偶合劑添加量的多寡，明顯的影響相分散區域的大小（domain size），並且擁有較為升高的分子量和機械性質的增加。但是由於PP-g-MA和SMA上連接馬來酐（maleic anhydrides）官能基的結構有所不同，而與TGDDM環氧基（epoxy）或者DDM的氨基（amine）可能產生競爭反應，尤其在DDM氨基上更為顯著，結果反而對上述機械性質的增加造成限制，甚至損害減少其作為增容劑的功效。此次研究證明五種組成的高分子增容反應聚摻系統，亦能夠有效的提昇其各種機械性質，進而提供一種新穎的聚摻方法。

Polypropylene (PP) and polystyrene (PS) are immiscible and have evident scatters from the morphological viewpoint after mixing by twin screw extruder. In this paper, two compatibilizer precursors of maleated polypropylene (PP-g-MA) and styrene maleic anhydride random copolymer (SMA) function the PP and PS respectively by physical melting process. The PP-g-MA and SMA connected by the coupling agents of TGDDM or DDM are formed compatibilizer copolymers of PP-co-PS, and these coupling agents are compared with each other of the effect in this blending system. The reactive extruder results that PP-co-PS are formed as in-situ compatibilizer loading at the interface of PP/PS blends. The effect of reactive compatibilization blends depending on the amount of coupling agent results in smaller phase domain, higher molecular weight and improves mechanical properties significantly. Due to the difference of structure between these two compatibilizer precursors of PP-g-MA and SMA, they are competed to react with TGDDM or DDM, and this situation especially occurs in DDM. We can find that the above condition will degrade the mechanical properties and reduce the effectiveness of compatibilizers. This investigating demonstrates that the five component reactive compatibilization of PP/PS blends can enhance the mechanical properties significantly. And these methods provide a new concept of reactive compatibilization blends in industrial mass processing.

目 錄
頁次
中文摘要…………………………………………………………….……...Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………….…...Ⅱ
誌謝………………………………………………………………….……...Ⅲ
目錄……………………………………………………………….………...Ⅳ
表目錄…..…………………………………………………………………..Ⅶ
圖目錄…………………………………………………..…………………..Ⅷ
緒論………………………………………………………………………..….1
一、理論部分………………………………………………………………...6
2-1 聚摻系統熱力學原理……..……………………………………….6
2-2 聚摻合物的性質……..……………………………………………10
2-2.1 互溶性（miscible）聚摻合系統…………………….……...10
2-2.2 部分互溶性（partially miscible）聚摻合系統……………11
2-2.3 不互溶性（immiscible）聚摻合系統……………………....11
2-3 相容劑的應用…………………………………………………12
2-3.1 非反應型相容劑（non-reactive type compatibilizer）..........13
2-3.2 反應型增容劑（reactive type compatibilizer）………................……14
2-4 聚摻合的方法…………………………………………………..…14
2-5 機械性質測試……………………..………………………………17
2-5.1 應力-應變測試…....…………...……………… .…17
2-5.2 耐衝擊測試………………….......………………..….18
2-6 官能基間的化學反應……………………………………………..20
2-6.1 馬來酐與環氧基的反應……………………………...….20
2-6.2 馬來酐與胺基（amine group）的反應 ………………..21
三、實驗部分…………………………………………...……....……….22
3-1 實材料…………………………………………………………….......22
3-2 實驗設備與儀器…………………………………………………..25
3-3 樣品的製備………………………………………...…………………...27
3-3.1 反應相容劑SMA（6wt﹪,4wt﹪,2wt﹪）之合成…….…….27
3-3.2 押出部分……………………………………………...……28
3-3.3 射出部分………………………………………………...…28
3-4 實驗方法…………………………………………………………..29
3-4.1 扭力測試（Torque test）…………….………..……………..29
3-4.2 艾氏耐衝擊測試（Izod Impact test）…..…………………...29
3-4.3 抗張強度測試（Tensile test）…………...…………………..29
3-4.4 抗折強度測試（Flexural test）……………..……………….29
3-4.5 微差掃描式熱性質分析（Different Scanning Calorimeter, DSC）..…30
3-4.6 霍氏轉換紅外線光譜測試（FT-IR）…………………….....30
3-4.7 熔融流動指數（Melt Flow Index）………………………....30
3-4.8 共聚合物SMA之分子量分析…………………………….30
3-4.9 形態學觀察（Morphology）………………………………...31
3-5 實驗流程圖………..………………………………………………32
四、結果與討論……………………………………………………………...33
4-1 紅外線光譜（FT-IR）的鑑定………………………………………33
4-2 塑譜儀扭力測試……………..……………………………………34
4-3 熔融流動指數的探討……….……….……………………………36
4-4 形態學的觀察……………………………….………….…………36
4-5 熱性質測試………………………………………………………..40
4-6 機械性質測試….………………………………………………….41
4-6.1 抗張機械性質……….……………………..………………41
4-6.2 抗折機械性質…….……………………..…………………43
4-6.3 耐衝擊機械性質測試…………….……...…………………44
五、結論………..……………………………………………..……………...47
六、參考文獻………………………………………………………………...49
表 目 錄
頁次
表1-1 不同馬來酐含量之SMA重量、組成分子量………………………52
表1-2 PP、PP-g-MA以及PP/PS的熱性質測試………………………..…52
表1-3 PP、PS以及PP/PS的機械性質測試…………………………….…52
表2 不同含量TGDDM、SMA8%聚摻合系統的DSC測試結果………...53
表3 不同含量TGDDM、SMA16%聚摻合系統的DSC測試結果…….…54
表5 不同含量DDM、SMA8%聚摻合系統的DSC測試結果……………55
表6 不同含量DDM、SMA16%聚摻合系統的DSC測試結果…………..56
圖 目 錄
頁次
圖1-1 TGDDM系統的五種組成成份經過反應押出可能產生的共聚合物.
…………………………………………………………………..…..57
圖1-2 DDM系統五種組成成份經過反應押出可能產生的共聚合物.….58
圖1-3 兩種不相溶組成A和B的反應型聚摻合分散情形概略圖示…....59
圖2-1 兩組成成份聚摻系統之混合自由能對組成的變化情形…………60
圖2-2 兩種不同高分子聚摻合物的互溶程度……………………….…...61
圖2-3 非反應型相容劑機制示意圖……………………………………....62
圖2-4 反應型相容劑機制示意圖……………………………..…………..63
圖2-5 典型的應力-應變曲線……………………………………….…….64
圖4-1 TGDDM與SMA官能機反應的FT-IR分析結果…….…………...65
圖4-2 TGDDM與PP-g-MA反應的FT-IR分析結果……….……………66
圖4-3 TGDDM與PP-g-MA反應的FT-IR分析結果…….………………67
圖4-4 DDM與SMA官能機反應的FT-IR分析果……….………………68
圖4-5 DDM與PP-g-MA反應的FT-IR分析結果………..……………....69
圖4-6 DDM與PP-g-MA反應的FT-IR分析結果………..……………....70
圖4-7 SMA馬來酐含量的FT-IR分析結果……………..……………….71
圖4-8 TGDDM與PP-g-MA、SMA個別反應之塑譜儀測試結果….…....72
圖4-9 TGDDM與PP-g-MA、SMA共同摻混之塑譜儀測試結果….……73
圖4-10 DDM與PP-g-MA、SMA個別反應之塑譜儀測試結果…….....…74
圖4-11 DDM與PP-g-MA、SMA共同摻混之塑譜儀測試結果……..…...75
圖4-12 相容劑TGDDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的熔融指數測試..
………………………………………………………….………….76
圖4-13 相容劑TGDDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的熔融指數測試…………………………………………………………..………77
圖 4-14 相容劑DDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的熔融指數試…78
圖 4-15 相容劑DDM、SMA16%不同含量下聚摻合物的熔融指數測試……………….………………………………………..……….79
圖 4-16 相容劑DDM、SMAχ%不同含量下聚摻合物的熔融指數測試………………………………………………………..………..80
圖 4-17 PP / PP-g-MA / SMA(8%) / PS / TGDDM系列，不同TGDDM與SMA的含量下經蝕刻處理後撞擊斷面之SEM相片的比較…………81
圖 4-18 PP / PP-g-MA / SMA(16%) / PS / TGDDM系列，不同TGDDM與SMA的含量下經蝕刻處理後撞擊斷面之SEM相片的比較……..83
圖 4-19 PP / PP-g-MA / SMA(8%) / PS / DDM系列，不同DDM與SMA的含量下經蝕刻處理後撞擊斷面之SEM相片的比較……………85
圖 4-20 PP / PP-g-MA / SMA(16%) / PS / DDM系列，不同DDM與SMA的含量下經蝕刻處理後撞擊斷面之SEM相片的比較…………….87
圖 4-21 相容劑TGDDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的抗張機械性質測試……………………………………………………………....89
圖 4-22 相容劑TGDDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的抗張機械性質測試……………………………………………………………90
圖 4-23 相容劑DDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的抗張機械性質測試………………………………………………………...……….91
圖 4-24 相容劑DDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的抗張機械性質試…………………………………………………………………92
圖 4-25 相容劑DDM、SMAχ%不同含量下聚摻合物的抗張機械性質測試…………………………………………………………………93
圖 4-26 相容劑TGDDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的抗折機械性質試…………………………………………………………………94
圖 4-27 相容劑TGDDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的抗折機械性質測試……………………………………………………………95
圖 4-28 相容劑DDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的抗折機械性質測試…………………………………………………………………96
圖 4-29 相容劑DDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的抗折機械性質測試………………………………………………...…………….97
圖 4-30 相容劑DDM、SMAχ%不同含量下聚摻合物的抗折機械性質測試…………………………………………………...…………….98
圖 4-31 相容劑TGDDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的耐衝擊強度測試…………………………………………………………………99
圖 4-32 相容劑TGDDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的耐衝極強度測試……………………………………………………………..100
圖 4-33 相容劑DDM、SMA 8%不同含量下聚摻合物的耐衝擊強度測試……………………………………………………….……….101
圖 4-34 相容劑DDM、SMA 16%不同含量下聚摻合物的耐衝擊強度測試…………………………………………………….………….102
圖 4-35 相容劑DDM、SMAχ%不同含量下聚摻合物的耐衝擊強度測試………………………………………………………..………103

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