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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林玠志
研究生(外文):Jie-Jhih lin
論文名稱:樹枝狀光硬化水性PU壓克力樹脂之合成與光硬化動力學及物性探討
論文名稱(外文):The study on Synthesis、Kintiecs and Physical Properties of UV curing Type Waterborne Polyurethane Acrylate Dendrimer
指導教授:芮祥鵬芮祥鵬引用關係
口試委員:程耀義戴子安
口試日期:2012-07-13
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:有機高分子研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:樹枝狀高分子動力學光固化轉化率動力學常數
外文關鍵詞:kineticUV curingconversiondendrimerreaction order
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本實驗將具有高度分支球型結構的樹枝狀高分子(Dendrimer)作為核心,並將末端以不同比例接枝上聚氨酯聚丙烯酸酯,合成出不同末端PU官能基數量的聚氨酯水性壓克力樹狀高分子(Waterborne PU-acrylate Dendrimer)。包含了TMDI和PPDI兩個系統,反應過程中以傅利葉紅外線光譜儀(FT-IR)及核磁共振光譜儀(H-NMR)鑑定其結構,以確定接枝上預期的結構。本實驗將親水基與PU官能基以14:5、10:9、6:13之比例接枝,加入不同之光起始劑濃度0.5、1、3、5、7%,環境溫度分別在20、40、60、80℃下,以紫外光進行照射使其光固化(UV Curing),觀察檢測熱流質變化儀器是使用DPA(Double Beam Photocalorimetric Accessory),探討其光固化動力學(kinetic)之反應級數(reaction order)、反應速率與轉化率(conversion)之趨勢變化。由實驗結果發現加入的光起始劑增加至最佳濃度前,轉化率、反應級數及速率都會隨著添加之光起始劑濃度增加而上升,達到最佳濃度後其質皆會有下降的現象,推測因為光起始劑大量的自由基自我碰撞導致有下降的其況。而隨著環境溫度改變,隨溫度升高轉化率、反應級數及速率都會上升,但到了80℃時,反應級數與速率卻有下降的情況,推測是因為高溫環境下破壞了光起始劑結構,導是光固化的反應速率下降。

The polymer used in this study is PU-acrylate dendrimer with different numbers of functional groups. It contains two systems: PPDI and Trimethyl-1,6- diisocyanatohexane (mixture of 2,2,4- and 2,4,4-isomers) system; with five, nine and thirteen functional groups respectively. In the course of the reaction, the resin was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and H-NMR respectively. A series of results were concluded after the polymer exposed to UV-light. The dendrimer was added into the solution with different concentration of Photoinitiator (0.5, 1, 3, 5, 7%) and under various temperature(20, 40, 60, 80°C), respectively in order to explore the effects of UV-curing kinetic and conversion. The major test equipment is by DPA (Double Beam Photocalorimetric Accessory).
Through the results of the experiment, we discovered that the conversion, reaction rate and reaction order all increased before the reached to the the optimal concentration of photoinitiator. After reaching the certain optimal concentration of Photoinitiator, the conversion, reaction rate and reaction order all decreased presumably due to the rapid recombination of numerous free radicals. In addition, the conversion, reaction rate and reaction order increased when the temperature increased.


摘 要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 實驗動機 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 DENDRIMER歷史 3
2.1.1樹枝狀聚合物之結構特點 [6] 6
2.1.2樹枝狀分子與線性分子之比較 [5] 9
2.2外光硬化樹脂的起源與發展 11
2.3紫外光固化原理[12] 13
2.3.1紫外光硬化型樹脂種類 14
2.3.2 自由基光硬化體系 15
2.3.3 陽離子光硬化體系[10] 16
2.3.4自由基與陽離子光硬化體系的比較 [7] 17
2.4紫外光硬化樹脂的組成[5] 18
2.4.1 聚胺酯丙烯酸酯[1] 19
2.4.2紫外光硬化型樹脂的反應稀釋單體 [6,11] 22
2.4.3紫外光硬化樹脂的光起始劑[6,15] 23
2.5 水性光固化塗料 27
2.5.1光固化水性塗料發展[12,18] 28
2.5.2 光固化水性應用塗料範圍 30
2.6 光硬化動力學[4] 31
2.7影響固化過程之因素[8,11,29,30] 34
第三章 實驗方法 37
3.1 實驗簡介 37
3.2實驗藥品 37
3.2.1 Monomer 之藥品 37
3.3實驗流程 41
3.3.1 Oligomer合成 41
3.3.2光固化水性PU壓克力合成鑑定 42
3.3.3實驗總流程圖 42
3.4實驗步驟 43
3.4.1 PPDI系統PU壓克力製備 43
3.4.2 PPDI系統之光固化水性PU壓克力樹脂製備 43
3.4.3 TMDI系統PU壓克力製備 44
3.4.4 TMDI系統之光固化水性PU壓克力樹脂製備 45
3.5實驗儀器 46
3.5.1核磁共振光譜儀(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR)[8] 46
3.5.2 傅利葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)[8] 48
3.5.3 Double Beam Photocalorimetric Accessory (DPA)[33~35] 49
3.5.4 UV硬化機 51
3.5.5 鉛筆硬度計之測定[36] 51
3.5.6百格刮刀 53
3.7 反應動力學分析流程 54
第四章 結果與討論 56
4.1 NMR圖譜分析 56
4.1.1 TMDI系統 56
4.2 傅利葉轉換紅外線光譜儀之圖譜分析 57
4.2.1 PPDI系統 57
4.2.2 TMDI系統 58
4.3熱重損失分析儀 60
4.3.1 PPDI系統 60
4.3.2 TMDI系統 61
4.3.3 PPDI及HMDI兩系統之比較 62
4.4 紫外光固化動力學分析 63
4.4.1光起始劑濃度對動力學之影響 63
4.4.2 環境溫度對動力學之影響 70
4.4.3 不同官能基數對動力學之影響 76
4.4.4不同系統對動力學之影響 81
4.5鉛筆硬度測試 84
4.6百格刮刀附著力測試 85
第五章 結論 86
參考文獻 88
附錄A 91
附錄B 95
附錄C 99


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