臺灣博碩士論文加值系統

在目前生活中染料的應用非常多，如在近十年發展非常迅速的OLED與光學雷射皆是可利用染料與高分子製備而得到 , 且目前研究非常多的太陽能電池有些也是利用染料與高分子結合來應用發展 , ，而在生活中的布料染整或影印上所使用的染料也是一種 。
因此在此篇論文中我們選擇具有不同官能基之高分子材料來與不同官能基的染料進行有機合成，成功的將高分子與染料上之官能基進行活化改變其原本之官能基然後將兩者相互鍵結，之後再利用不同合成及方法藉以一步製備具有可清楚顯色功能之高分子薄膜，其後在實驗過程中利用改變反應條件以及各染料與高分子之比例，發現薄膜厚度與滲透過程時間之關係，並且將不同種類染料與高分子一步合成製造出具有多種清楚顯色之高分子薄膜，並可利用高分子易於塗佈變形之特性將其結合於各種基板及材料上。

Dyes have several applications such as OLED and optical dye laser prepared from dyes and polymer in the past ten years.1,2 Variable kinds of dyes have different applications. Solar cell is very popular study topics and uses partially the combination of dye and polymer,3.4 Dyes can apply for not only high technology but also applications in our life such as coloring on the cloth and copy.
In this study, dye polymers have been successfully synthesized via bonding between polymers with different kinds of functional groups and dyes with variable functional groups. Designed bonding and characterizations of dye polymer is key issue in this study. These colorful films can be coated on surface of different materials.

摘要 I
ABSTRACT II
謝 誌 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XV
第一章 緒論 1
1.1 高分子材料介紹 1
1.1.1 高分子的定義 1
1.1.2 Poly(amic acid)簡介 3
1.2 各式染料介紹 4
1.3 酸鹼的定義 4
1.4 染料的顯色原理 8
1.5研究目的 10
第二章 實驗部分 15
2.1 實驗藥品 15
2.2 實驗流程 16
2.2.1 改變合成所需材料之官能基 16
2.2.2 Poly(amic acid)溶液合成 18
2.2.3一步合成單一染料高分子薄膜 20
2.2.4一步合成二合一染料高分子薄膜 22
2.2.5一步合成不同mole比之三合一染料高分子薄膜 23
2.2.6 物理混合製備二合一染料高分子薄膜 23
2.3 鑑定儀器 25
2.3.1 紫外與可見光譜儀(ultraviolet and visible spectroscopy，UV-Vis) 25
2.3.2 Bruker NMR AVANCE 400 26
2.3.3 旋轉塗佈機 26
2.3.4 Mass光譜儀 26
第三章 結果與討論 27
3.1 單一染料高分子薄膜的性質鑑定 27
3.1.1 染料的選用 27
3.1.2 染料與高分子的鍵結 30
3.1.3 單一染料高分子薄膜之合成與鑑定 38
3.1.4 單一染料高分子薄膜顏色分佈及UV-VIS的探討 79
3.1.5 染料結構的共振效應與UV-Vis吸收之關係探討 94
3.2 多種染料高分子薄膜的合成與探討 99
3.2.1 兩種以上染料的選用及配色效果 99
3.2.2 一步合成二合一染料高分子薄膜性質探討 109
3.3 不同高分子薄膜厚度的擴散效應 117
3.3.1 不同厚度之二合一染料高分子薄膜的合成與鑑定 117
3.3.2 探討不同薄膜厚度反應時其顏色擴散速率的影響 123
3.4合成鑑定不同比例三合一染料之高分子薄膜 137
3.5 利用物理混合法製備多種染料高分子薄膜 147
3.5.1 兩種染料混合之高分子薄膜之性質鑑定 147
第四章 結論 153
參考文獻 155

圖目錄
圖1- 1 Poly(amic acid)化學結構式 3
圖 1- 2 將Dye-NH2 與Epichlorohydrin 進行反應鍵結. 10
圖 1- 3 將修飾過的PU高分子與Dye-Cl進行鍵結. 11
圖 1- 4 利用Suzuki reactions將下列之sulfthalein dyes 與carboxyphenylboronicacid 進行反應: (a) bromophenol blue: R1: Br, R2: H; (b) bromocresol purple: R1: Me,R2: H; (c) bromothylmol blue: R1: t-Bu, R2: Me. 12
圖 1- 5 製備具有顯色效果之樹脂: (i) sulfthalein dye derivatives,methyl red, TFFH, TEA, DMF; (ii) acetic anhydride, TEA. 12
圖 1- 6 利用acryloylamino acid 與 MMA.合成出共聚高分子DMAP: 4-Dimethylaminopyridine; DCC: 1,3-Dicyclohexylcarbodiimide. 14
圖 1- 7 利用chloroalkyl acrylate 與 MMA合成出共聚高分子並與螢光染料反應. 14
圖 2- 1 各種染料之官能基活化的實驗流程圖 17
圖 2- 2 PAA高分子溶液合成實驗室流程圖 19
圖 2- 3 一步合成單一、二合一、三合一染料高分子薄膜實驗流程圖 21
圖 2- 4 物理混合製備二合一染料高分子薄膜實驗流程圖 24
圖 3- 1 染料結構圖 29
圖 3- 2 Poly(Vinyl alcohol)官能基活化示意圖 32
圖 3- 3 PVA與Congo red鍵結示意圖 32
圖 3- 4 Polyurethane保有-NCO官能基示意圖 33
圖 3- 5 各種染料化學結構與其官能基的改變 34
圖 3- 6 合成PAA(Poly amic acid)高分子之化學結構 35
圖 3- 7 PAA高分子與R染料鍵結之化學結構 37
圖 3- 8　T染料官能基活化前之Mass光譜圖 38
圖 3- 9　T染料官能基活化後之Mass光譜圖 39
圖 3- 10 T染料官能基活化前之模擬氫譜圖 43
圖 3- 11 T染料官能基活化後之模擬氫譜圖 44
圖 3- 12 (a)T染料官能基活化前之NMR 1H圖(b) T染料官能基活化後之NMR 1H圖 45
圖 3- 13 B染料官能基活化前之Mass光譜圖 47
圖 3- 14 B染料官能基活化後之Mass光譜圖 48
圖 3- 15 B染料官能基活化前之模擬氫譜圖 51
圖 3- 16 B染料官能基活化後之模擬氫譜圖 52
圖 3- 17 (a) B染料官能基活化前之NMR 1H圖(b) B染料官能基活化後之NMR 1H圖 53
圖 3- 18 C染料官能基活化前之Mass光譜圖 54
圖 3- 19 C染料官能基活化後之Mass光譜圖 55
圖 3- 20 C染料官能基活化前之模擬氫譜圖 58
圖 3- 21 C染料官能基活化前之模擬氫譜圖 59
圖 3- 22 (a) C染料官能基活化前之NMR 1H圖(b) C染料官能基活化後之NMR 1H圖 60
圖 3- 23 G染料官能基活化前之Mass光譜圖 61
圖 3- 24 G染料官能基活化後之Mass光譜圖 62
圖 3- 25 G染料官能基活化前之模擬氫譜圖 65
圖 3- 26 G染料官能基活化後之模擬氫譜圖 66
圖 3- 27 (a) G染料官能基活化前之NMR 1H圖(b) G染料官能基活化後之NMR 1H圖 67
圖 3- 28 PAA高分子薄膜之1H NMR 圖譜 69
圖 3- 29 T染料高分子薄膜之1H NMR 圖譜 72
圖 3- 30 B染料高分子薄膜之1H NMR 圖譜 74
圖 3- 31 C染料高分子薄膜之1H NMR 圖譜 76
圖 3- 32 G染料高分子薄膜之1H NMR 圖譜 78
圖 3- 33 可見光波長與其互補色之呈色關係 80
圖 3- 34 T染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 81
圖 3- 35 T染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 81
圖 3- 36 T染料高分子薄膜之顏色變化圖 82
圖 3- 37 C染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 84
圖 3- 38 C染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 84
圖 3- 39 C染料高分子薄膜之顏色變化圖 85
圖 3- 40 G染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 87
圖 3- 41 G染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 87
圖 3- 42 G染料高分子薄膜之顏色變化圖 88
圖 3- 43 B染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 90
圖 3- 44 B染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 90
圖 3- 45 B染料高分子薄膜之顏色變化圖 91
圖 3- 46 各染料高分子之吸收波長與互補色之關係 96
圖 3- 47 T染料高分子帶負電荷之共振結構 97
圖 3- 48 T染料高分子不帶電荷之結構 97
圖 3- 49 T染料高分子帶正電荷之共振結構 98
圖 3- 50 T與 B染料高分子薄膜之顏色變化疊圖 100
圖 3- 51 T與 C染料高分子薄膜之顏色變化疊圖 102
圖 3- 52 T與 G染料高分子薄膜之顏色變化疊圖 104
圖 3- 53 C與 B染料高分子薄膜之顏色變化疊圖 105
圖 3- 54 G與 B染料高分子薄膜之顏色變化疊圖 106
圖 3- 55 C與 G染料高分子薄膜之顏色變化疊圖 108
圖 3- 56 T與C二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 111
圖 3- 57 T與C二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 111
圖 3- 58 T與C二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 112
圖 3- 59 T與G二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 115
圖 3- 60 T與G二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 115
圖 3- 61 T與G二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 116
圖 3- 62 T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 118
圖 3- 63 T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 118
圖 3- 64 T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 119
圖 3- 65 T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 121
圖 3- 66 T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 121
圖 3- 67 T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 122
圖 3- 68 T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之1至15分鐘之顏色變化圖 125
圖 3- 69 T與C之35μm二合一染料高分子薄膜之1至30分鐘之顏色變化圖 125
圖 3- 70 T與C之55μm二合一染料高分子薄膜之1至50分鐘之顏色變化圖 125
圖 3- 71 T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之1至15分鐘之UV-Vis光譜圖 126
圖 3- 72 T與C之35μm二合一染料高分子薄膜之1至30分鐘之UV-Vis光譜圖 126
圖 3- 73 T與C之55μm二合一染料高分子薄膜之1至50分鐘之UV-Vis光譜圖 127
圖 3- 74 T與C二合一染料高分子薄膜之不同膜厚在590 nm特徵峰強度隨時間變化圖 128
圖 3- 75 T與C二合一染料高分子薄膜之不同膜厚在555 nm特徵峰強度隨時間變化圖 128
圖 3- 76 T與C二合一染料不同膜厚高分子薄膜之在590 nm吸收峰達平衡所須時間 129
圖 3- 77 T與C二合一染料不同膜厚高分子薄膜之在555 nm吸收峰達平衡所須時間 129
圖 3- 78 T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之1至15分鐘之顏色變化圖 132
圖 3- 79 B與G之35μm二合一染料高分子薄膜之1至30分鐘之顏色變化圖 132
圖 3- 80 T與G之55μm二合一染料高分子薄膜之1至50分鐘之顏色變化圖 132
圖 3- 81 T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之1至15分鐘之UV-Vis光譜圖 133
圖 3- 82 T與G之35μm二合一染料高分子薄膜之1至30分鐘之UV-Vis光譜圖 133
圖 3- 83 T與G之55μm二合一染料高分子薄膜之1至50分鐘之UV-Vis光譜圖 134
圖 3- 84 T與G二合一染料高分子薄膜之不同膜厚在630 nm特徵峰強度隨時間變化圖 135
圖 3- 85 T與G二合一染料高分子薄膜之不同膜厚在555 nm特徵峰強度隨時間變化圖 135
圖 3- 86 T與G二合一染料高分子薄膜之不同膜厚在630 nm吸收峰達平衡所須時間 136
圖 3- 87 T與G二合一染料高分子薄膜之不同膜厚在555 nm吸收峰達平衡所須時間 136
圖 3- 88等mole比之T + C + G 13μm三合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 140
圖 3- 89 等mole比之T + C + G 13μm三合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 140
圖 3- 90等mole比之T + C + G三合一染料13μm高分子薄膜之顏色變化圖 141
圖 3- 91 1.3 ： 1.5 ： 0.2莫耳比之T + C + G 13μm三合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 145
圖 3- 92 1.3 ： 1.5 ： 0.2莫耳比之T + C + G 13μm三合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 145
圖 3- 93 1.3 ： 1.5 ： 0.2莫耳比之T + C + G 13μm三合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 146
圖 3- 94 物理混合T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 149
圖 3- 95 物理混合T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 149
圖 3- 96 (a)物理混合T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖(b)一步合成 T與C之13μm二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 150
圖 3- 97 物理混合T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 151
圖 3- 98 物理混合T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之UV-Vis光譜圖 151
圖 3- 99 (a)物理混合T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖(b)一步合成T與G之13μm二合一染料高分子薄膜之顏色變化圖 152

表目錄
表 3- 1 染料資料表 28
表 3- 2(a) T染料官能基活化前各chemical shift之diffusion coefficient值(b) T染料官能基活化後各chemical shift之diffusion coefficient值 46
表 3- 3 T染料高分子薄膜之各chemical shift之diffusion coefficient值 72
表 3- 4不同環境各染料之特徵吸收波長 80

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