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研究生:陳靜枝
研究生(外文):Ching-Chin, Chen
論文名稱:聚胺酯/班脫土/酚醛樹脂複合材料製備及其性質研究
論文名稱(外文):Preparation and properties of polyurethane/bentonite/phenolic resin composites
指導教授:李訓清
指導教授(外文):Hsun-Tsing, Lee
學位類別:碩士
校院名稱:萬能科技大學
系所名稱:材料科技研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:144
中文關鍵詞:聚胺酯黏土酚醛樹脂黏結劑
外文關鍵詞:polyurethaneclayResol phenolic resinAdhesives
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利用聚胺酯具有的柔軟及韌性度,藉由聚胺酯(PU)與酚醛樹脂(PF)複合物的相互混掺方式及熱固化處理,使改變酚醛樹脂複合物的機械力學性能及疏水性質。在酚醛樹脂合成反應結束後,將聚胺酯直接添加到合成反應器內,在50℃溫度下進行混合及攪拌,再經由乾燥及酚醛樹脂熱固化後,聚胺酯與酚醛樹脂複合物形成一種IPN相互交錯的網狀結構,成為一種具有耐熱程度及高韌性強度的聚胺酯改質酚醛樹脂複合材料。從酚醛樹脂機械強度測試結果(抗折強度),可以觀察到添加20 wt%聚胺酯(20PUPF)具有較高的韌性質。

藉由原位聚合法使苯酚與甲醛單體在黏土插層間進行聚縮合反應,再利用酚醛樹脂/黏土複合物在固化後形成黏土層剝離現象,使酚醛樹脂與黏土間具有強的凡德瓦爾力,成為一種具有高耐熱性與韌性強度的酚醛樹脂/黏土複合材料。從酚醛樹脂/黏土複合物熱性質測試結果(TGA、DSC、DMA),可以觀察到添加3%黏土的酚醛樹脂(PF-3Ben)具有較高的耐熱性質。

利用機械強度較佳的20PUPF與熱性質較佳的PF-3Ben兩種條件製備出聚胺酯改性酚醛樹脂/黏土複合物。從樹脂的結構鑑定分析(FTIR、GPC)、熱性質分析(TGA、DSC、DMA),以及機械強度測試(抗折強度)等各項樹脂物性強度測試中,研究聚胺酯與黏土對於酚醛樹脂產生的物性變化及影響。
Polyurethane (PU), a soft and flexible resin, was mixed with resol type phenolic resin to modify the mechanical strength and hydrophobic property of the latter after thermal curing. Polyurethane was added into the phenolic resin at 50℃ through thorough mixing. After drying and thermal curing, polyurethane and phenolic resin formed a thermoset composite with IPN network structure and with high thermal resistance and high flexibility. By evaluating the mechanical strength (flexural strength and impact resistance) of the composites, that of 20 wt% PU content (20PUPF) has high toughness.

The resol/clay nanocomposites were obtained by the in situ polymerization of phenol and formaldehyde monomers in the galleries of clays. The clay component could be exfoliated after thermal curing of the resol component. The strong Van de Waal force between phenolic resin and clay enhances the thermal resistance, mechanical strength and toughness of the nanocomposites, especially that with 3wt% clay (PF-3Ben).

Based on the high toughness of 20PUPF and high thermal resistance of PF-3Ben, a WPU/PF/clay composite with 20 wt% PU and 3wt% clay was prepared. Its structure was identified by FTIR and GPC, thermal properties were examined by TGA, DSC. Also, its mechanical properties were evaluated by flexural and impact strengths. In other words, the influence of PU and clay on the physical properties of phenolic resins was studied.
摘要 I
Abstract III
謝誌 VII
目錄 XI
圖目錄 XVII
表目錄 XXI

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 3
1.2.1 研究動機 3
1.2.2 研究目的 3
1.3 研究方法 4
1.3.1 第一階段研究 4
1.3.2 第二階段研究 5
1.3.3 第三階段研究 5
1.4 研究目標與預期成果 6
1.4.1 研究目標 6
1.4.2 預期研究成果 6
第二章 理論基礎與文獻回顧 7
2.1 Resol 酚醛樹脂合成原理 7
2.2 Resol酚醛樹脂合成反應 11
2.3 Resol 酚醛樹脂合成使用的原料 13
2.3.1 酚類化合物(Phenol compound) 13
2.3.2 醛類化合物(Formaldehyde compound) 15
2.3.3 催化劑種類(Catalysts) 16
2.4 影響Resol酚醛樹脂合成的因素 19
2.4.1 酚與醛結構的影響 19
2.4.2 酚環上取代基的影響 20
2.4.3 酚與醛莫耳比例的影響 21
2.4.4 催化劑性質的影響 23
2.4.5 反應介質pH的影響 24
2.5 Resol酚醛樹脂的固化機制 24
2.5.1 Resol酚醛樹脂的固化反應 25
2.5.2 影響Resol酚醛樹脂固化速率的因素 27
2.6 Resol酚醛樹脂的物性條件 28
2.6.1 黏結性能 28
2.6.2 耐熱性質 29
2.6.3 抗燒蝕性質 29
2.6.4 阻燃性質 30
2.7聚胺酯(Polyurethane) 30
2.7.1 聚胺酯的基礎特性 31
2.7.2 聚胺酯的製備方法 32
2.8 聚胺酯/酚醛樹脂複合材料 33
2.9 班脫土(Bentonite) 34
2.10 Resol酚醛樹脂/黏土複合材料 38
2.11 聚胺酯/黏土複合材料 40
第三章 實驗步驟與測試 43
3.1 實驗作業流程 43
3.2 Resol酚醛樹脂製備 44
3.2.1 實驗藥品及原料 45
3.2.2 酚醛樹脂的製備方法 47
3.2.3 酚醛樹脂合成反應之設備裝置 48
3.3 聚胺酯/酚醛樹脂複合材料之製備 49
3.4 班脫土/酚醛樹脂複合材料之製備 50
3.4.1 班脫土有機改質 51
3.4.2 班脫土/酚醛樹脂複合物之製備 52
3.5 抗折強度及耐衝強度擊試片製作 53
3.5.1 製作測試片原料 53
3.5.2測試片設計及製作 54
3.5.3測試片製作方法 55
3.5.4 測試片製作編號 56
3.6 酚醛樹脂複合物測試分析 56
3.6.1 傅立葉轉換紅外線光譜分析(FT-IR) 58
3.6.2 凝膠滲透層析測試(GPC) 59
3.6.3 X-射線繞射分析(XRD) 60
3.6.4 熱重量分析(TGA) 61
3.6.5 微差掃描量熱分析(DSC) 62
3.6.6 抗折強度測試(Flexural strength) 63
3.6.7 接觸角測試(Contact Angle) 64
第四章 結果與討論 67
4.1 紅外線吸收光譜分析(FT-IR) 67
4.1.1 聚胺酯/酚醛樹脂複合物FT-IR分析 68
4.1.2 班脫土/酚醛樹脂複合物FT-IR分析 72
4.1.3 聚胺酯/班脫土/酚醛樹脂複合物FT-IR分析 75
4.2 凝膠滲透層析(GPC)分析 76
4.3 X-射線繞射分析(XRD) 82
4.4 熱重分析(TGA) 84
4.4.1 聚胺酯/酚醛樹脂複合物TGA分析 85
4.4.2 班脫土/酚醛樹脂複合物TGA分析 89
4.4.3 聚胺酯/班脫土/酚醛樹脂複合物TGA分析 91
4.5 微差掃描量熱分析(DSC) 94
4.5.1 聚胺酯/酚醛樹脂複合物DSC分析 94
4.5.2 班脫土/酚醛樹脂複合物DSC分析 97
4.5.3 聚胺酯/班脫土/酚醛樹脂複合物DSC分析 100
4.6 抗折強度測試(Flexural strength) 101
4.6.1 聚胺酯對於抗折強度的改變 101
4.6.2 班脫土對於抗折強度的改變 102
4.6.3 聚胺酯與班脫土對於抗折強度的改變 103
4.7 接觸角量測試(Contact Angle) 105
4.7.1 聚胺酯對於抗折強度的改變 105
4.7.2 班脫土對於接觸角的改變 107
4.7.3 聚胺酯與班脫土對於接觸角的改變 108
第五章 結論 111
參考文獻 113
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