臺灣博碩士論文加值系統

摘要
本研究利用批次塑譜儀製備高密度聚乙烯(HDPE)為基材之複合材料，其中以有機改質黏土(15A)為無機補強材、聚乙烯接枝馬來酸酐（PE-g-MA）及聚乙烯共聚甲基丙烯酸（EMAA）分別為相容化劑，期能製備出性能良好之高分子奈米複合材料；並對此複合材料之結晶行為、熔融行為、黏土分散相形態、晶體結構、黏彈性質及機械性質加以分析討論。
首先由XRD與TEM實驗得知，相容化劑(PE-g-MA與EMAA)可以使黏土(15A)於HDPE中達到良好的分散，尤其是PE-g-MA對於黏土(15A)於HDPE的分散效果幫助最大。DSC實驗結果顯示，添加黏土(15A)可幫助HDPE形成晶核，但並不明顯，意謂黏土(15A)於HDPE中有些微成核劑效應；但在添加PE-g-MA與EMAA相容化劑後，HDPE結晶溫度會進一步上升，代表黏土（15A）在HDPE內之成核劑效應更為明顯。TGA實驗結果顯示，添加黏土(15A)能有效提升HDPE的熱穩定性，添加越多對HDPE熱穩定性幫助愈明顯；而添加PE-g-MA或EMAA於樣品中後，使黏土(15A)分散性變好，因此對HDPE熱穩定性呈現提升效果。DMA實驗結果顯示，添加黏土(15A)可以使HDPE的儲存模數略微提升，添加量越多越明顯，於添加相容化劑PE-g-MA與EMAA後，使得黏土(15A)在HDPE內分散性更好，因此更幫助提升HDPE主體的機械性質。
關鍵字：高密度聚乙烯、相容化劑、有機改質黏土、（奈米）複合材料。

Abstract
In this study,High density polyethylene(HDPE)/clay nanocomposite were prepare by Internal Mixer（Haake Polydriver）.One commercial organoclay (denoted as 15A) and two different material (denote PE-g-MA、EMAA) served as the reinforcing filler and compatibilizers.
Differential scanning calorimeter（DSC）,thermal gravimetric analyzer（TGA），dynamic mechanical（DMA），transmission electron microscope（TEM），wide angle X-ray diffractometer（WAXD），were used to reveal the dispersibility of clays in HDPE matrix and the thermal behavior ，viscoelastic property and mechanical properties of thecomposites prepared through internal mixer show that:（a）XRD results comfirm that used PE-g-MA and EMAA as compatibilizer can improve the dispersibility of 15A and the performance of PE-g-MA was better than EMAA （b）The thermogravimetric analysis （TGA）results showed that the thermal stability of HDPE increase with the（15A）adding and got better with the compatibilizer PE-g-MA and EMAA added. （c） The dynamic mechanical analysis（DMA）results showed that storage modulus of HDPE were improved after adding clay 15A and the result improved with the more percentage of clay 15A and compitibilizer PE-g-MA and EMAA.
Keywords:HDPE;PE-g-MA;EMAA;Clay;Nanocomposites;Compatibilizer

目錄
誌謝 vii
摘要 vii
Abstract ix
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 奈米科技 3
2.1.2 起源 3
2.1.2 應用與發展[3,4] 4
2.2 聚乙烯 (Polyethylene, PE) 5
2.3 黏土（clay） 6
2.3.1 蒙脫土的簡介[8] 7
2.3.2 蒙脫土的膨潤改質 7
2.4 相容化劑 8
2.5 高分子摻合物 9
2.5.1 起源 9
2.5.2 製備 9
2.6 高分子/奈米複合材料 11
2.6.1 原理 11
2.6.2 製備 12
2.6.3 黏土分散形態[12] 13
2.6.4高分子/黏土奈米複合材料之研究 14
2.6.5聚乙烯/黏土奈米複合材料之研究 15
第三章 實驗部分 18
3.1 材料 18
3.2 儀器設備 19
3.3 實驗步驟 21
3.3.1 複合材料樣品製備 21
3.3.2 微差掃描熱卡計（DSC） 21
3.3.3 廣角X光繞射儀（XRD） 21
3.3.4 穿透式電子顯微鏡（TEM） 22
3.3.5 熱重分析儀（TGA） 22
3.3.6 動態機械性質分析儀（DMA） 23
3.3.7 偏光顯微鏡（POM） 23
第四章 結果與討論 24
4.1 黏土(15A)於HDPE中之分散性 24
4.1.1 XRD分析 24
4.1.2 TEM分析 25
4.2 結晶與熔融行為 26
4.2.1結晶行為 26
4.2.2熔融行為 27
4.3 熱穩定性 27
4.4晶體相形態 28
4.5動態機械性質 29
第五章 結論 31
第六章 參考文獻 33
表3- 1 HDPE之物性 35
表3- 2 有機改質黏土（15A）之特徵 36
表3- 3 製備樣品配方與代號表 37
表4- 1 樣品在氮氣環境下之特定比例熱重損失溫度 38
表4- 2 樣品在空氣環境下之特定比例熱重損失溫度 39
圖2-1不同分子結構PE示意圖 40
圖2- 2 蒙脫土的結構 41
圖2- 3 黏土脫層機制 42
圖2- 4 黏土在高分子基材中的分散形態 43
圖3- 1 實驗流程圖 44
圖3- 2 實驗流程圖 45
圖4- 1 改質黏土15A複合材料的XRD圖 46
圖4- 2樣品在2θ為18°~26°的XRD圖 47
圖4- 3 樣品之TEM照片 48
圖4- 4 樣品以10℃/min降溫之DSC圖譜 49
圖4- 5 樣品以40℃/min降溫之DSC圖譜 50
圖4- 6 樣品以80℃/min降溫之DSC圖譜 51
圖4- 7 樣品10℃/min降溫後以20℃/min升溫之DSC圖譜 52
圖4- 8 樣品40℃/min降溫後以20℃/min升溫之DSC圖譜 53
圖4- 9 樣品80℃/min降溫後以20℃/min升溫之DSC圖譜 54
圖4- 10 樣品在氮氣環境下之TGA熱重損失圖譜 55
圖4- 11 樣品在空氣環境下之TGA熱重損失圖譜 56
圖4- 12樣品以Air Quench 降溫處理之POM相形態 57
圖4- 13樣品以10℃/min降溫處理POM相形態 58
圖4- 14不同相容化劑樣品POM相形態 59
圖4- 15樣品之DMA儲存模數圖譜 60
圖4- 16樣品之DMA tanδ圖譜 61

第六章 參考文獻
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