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研究生:時建煒
研究生(外文):Chieh-Wei Shih
論文名稱:含磷聚酯/活性貝殼粉複合材料合成與性質之研究
論文名稱(外文):The Study of Polymerization and Material Properties of Polyester Composite with Activated Heavy Shell and Phosphorus
指導教授:鄧道興
口試委員:曾賢壎王丁鄭國彬
口試日期:2012-06-20
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:112
中文關鍵詞:含磷聚酯貝殼粉複合材料阻燃化學合成法
外文關鍵詞:Polyethylene TerephthalateFire RetardantShellCEPPA
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本研究藉由分別添加不同含量之自製的活性貝殼粉(Activated Heavy Shell,AHS)與阻燃劑2-羧基乙基(苯基)次磷酸(2-Carboxyethyl(Phenylphosphinic)acid ,CEPPA)和雙-2-羥基乙基對苯二甲酸酯(Bis-2-Hydroxylethyl Terephthalate,BHET)、乙二醇(Ethylene Glycol,EG),聚合成含磷聚酯/活性貝殼粉複合材料。
本研究之實驗(I)是先將家庭廢棄物-貝殼,洗淨、磨碎而得到貝殼粉,將硬酯酸溶解於乙醇中,後緩緩加入貝殼粉攪拌分散,完成貝殼粉之物理改質(活性貝殼粉)。再藉由添加不同比例之活性貝殼粉,利用原位聚合法,製備出PET/活性貝殼粉複合材料。

本研究之實驗(II)是藉由分別添加不同比例之CEPPA,利用原位聚合法,製備出PET/CEPPA複合材料。

本研究之實驗(III)是藉由添加不同比例的活性貝殼粉和固定比例的CEPPA,利用原位聚合法,製備出PET/活性貝殼粉/CEPPA複合材料;對實驗(I)、(II)及(III)之複合材料進行檢測,並且觀察其機械性質、熱性質及阻燃性之變化。

在PET/活性貝殼粉、PET/CEPPA及PET/活性貝殼粉/CEPPA複合材料之結構分析中,以傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)檢測其化學結構,發現添加活性貝殼粉體以及阻燃劑並未出現與純聚酯不同之官能基特徵峰或是造成偏移現象。機械性質方面,以拉伸測試評估材料的平均斷裂延伸率、平均最大拉伸應力。由掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察PET/活性貝殼粉/CEPPA之表面型態與分散狀況,且用能量分散光譜儀(EDS)對其進行元素分析。由TGA分析PET/活性貝殼粉/CEPPA複合材料之熱重損失與熱裂解溫度,及以DSC分析其吸熱與放熱時間軸,並觀察PET/活性貝殼粉/CEPPA複合材料加熱過程中Tc和Tm之變化。最後經由限氧指數(L.O.I)測試以了解PET/活性貝殼粉/CEPPA複合材料之阻燃性質及燃燒型態。


In this study, Activated Heavy Shell or fire-retardant (2-Carboxyethyl (Phenylphosphinic) Acid, CEPPA)were added during the polymerization of PET in various amounts. Bis-2-Hydroxylethyl Terephthalate (BHET), Ethylene Glycol (EG), Activated Heavy Shell and CEPPA were adopted to synthesize polyester, thus to provide multi-functions to the polyesters; the research is then devided into three parts, which is shown in the following paragraphs.
Part (I), Conduct PET(Composive material of Activated Heavy Shell) from clamshell; In order to produce Polyethylene terephthalate(PET) the following procedure is required: 1. Grinding the clamshells into powder-like particles after cleaning and degreasing. 2. Adding in the shell powder to a Stearic acid-ethanol solution. 3. Stiring the solution with a steady rate untill the shell particles are evenly-distributed whin the solution. Eventually, adding in different proportion (formula) of Activated Heavy Shell powder to the solution; thus PET is conducted.
At part (II), which the fire-retardant (2-Carboxyethyl (Phenylphosphinic) Acid, CEPPA) in various weight percentages was added during the chemosynthesis of Polyethylene Terephthalate (PET).
In part (III), which the fire-retardants (2-Carboxyethyl (Phenylphosphinic) Acid, CEPPA) in fixed weight percentage (3%) and Activated Heavy Shell were added during the chemosynthesis of Polyethylene Terephthalate (PET) in various weight percentages .
The chemical structures of these polyesters were investigated by FT-IR. The surface analysis was observed by SEM. The results of EDS showed the existence of C、O、Ca and P elements. For the thermal properties, the thermal degradation behavior of these polyesters was examined by the TGA analysis. The variation in crystallization temperature(Tc)and melting temperature(Tm) were analyzed with DSC. Finally, the fire-retard properties and combustion state of composite materials were investigated by Limit Oxygen Index (L.O.I).


摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目錄 vi
表目錄 x
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 聚對苯二甲酸乙二醇酯文獻回顧 4
2.1.1 聚對苯二甲酸乙二醇酯簡介 4
2.1.2 PET高分子之研究歷史 5
2.1.3 PET聚酯之用途 7
2.1.3.1 纖維...................7
2.1.3.2 包裝材料................8
2.1.3.3 薄膜...................8
2.1.3.4 工程塑料................8
2.1.3.4 生物醫用材料............8
2.2 複合材料之文獻回顧 9
2.2.1 高分子之概述 9
2.2.2 複合材料之發展 10
2.3 PET聚酯合成法之文獻回顧 13
2.3.1 酯交換法 13
2.3.2 直接酯化法 13
2.4 複合材料之製備 16
2.5 PET聚酯之改性 18
2.5.1 聚酯之共聚改性 18
2.5.2 聚酯之填充改性 19
2.5.3 聚酯之複合改性 19
2.6 複合材料的分析技術 22
2.7 高分子阻燃劑之發展 25
2.7.1無鹵阻燃劑的發展及研究現狀 26
2.7.2無鹵阻燃劑之種類 26
2.7.2.1 無機阻燃劑...........................................................................26
2.7.2.2 有機矽系阻燃劑...................................................................27
2.7.2.3 奈米級無機阻燃劑...............................................................28
2.7.2.4 含磷阻燃劑...........................................................................28
2.8 台灣貝類之簡介 31
2.8.1 台灣主要經濟貝類 31
2.8.2 台灣主要貝類廢棄物之現況 31
2.8.3 貝類之主要成分 31
2.8.4 貝類廢棄物之應用 32
第三章 理論 33
3.1 聚酯合成之反應動力學 33
3.1.1 直接酯化法之反應動力學 33
3.1.2 縮合聚合階段之反應動力學 34
3.1.3 溫度對化學平衡影響 35
3.2 複合材料之機械性質理論 36
3.2.1拉伸強度理論 36
3.3 恆力破壞理論 41
3.3.1 延性破壞 41
3.3.2 脆性破壞 43
3.4 高分子燃燒因素與原理 46
3.4.1 高分子在火焰中的行為 47
3.4.1.1 無焰燃性及無焰燃燒敏感性...............................................47
3.4.1.2 材料之引燃性和閃燃性.......................................................47
3.4.1.3 火焰蔓延和材料的釋熱量...................................................48
3.4.1.4 材料的耐燃性及自熄性.......................................................48
3.4.1.5 材料的生煙性及燃燒產物的毒性和腐蝕性.......................48
3.5 高分子燃燒因素與原理 50
第四章 實驗 52
4.1 實驗材料 52
4.1.1 反應單體 52
4.1.2 觸媒 52
4.1.3 阻燃劑 52
4.1.4 貝殼 52
4.1.5 硬酯酸 53
4.2 實驗設備 54
4.2.1 聚縮合反應裝置 54
4.2.2 直壓式單螺桿射出成型機 55
4.3 分析與測試儀器 56
4.3.1 傅立葉紅外線光譜儀 56
4.3.2 掃描式電子顯微鏡 57
4.3.3 熱重分析儀 57
4.3.4 示差掃描熱卡分析儀 58
4.3.5 萬能拉力試驗機 58
4.3.6 限氧指數儀 59
4.3.7 蕭氏硬度計 59
4.4 實驗流程 60
4.5 實驗方法 61
4.5.1 活性貝殼粉之製備 61
4.5.2 實驗(I) 聚酯/活性貝殼粉複合材料之製備 62
4.5.3 實驗(II) 聚酯/CEPPA複合材料之製備 63
4.5.4 實驗(III)含磷聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之製備 64
4.6 結構鑑定與性質分析 66
4.6.1 傅立葉紅外線光譜分析 66
4.6.2 掃描式電子顯微鏡與能量分散光譜分析 66
4.6.3 熱重分析儀 66
4.6.4 示差掃描熱卡分析儀 67
4.6.5 抗拉性能試驗 67
4.6.6 限氧指數測試 68
4.6.7 硬度測試 69
第五章 結果與討論 70
5.1 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA複合材料之化學分析 70
5.1.1 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA複合材料之表面官能基分析 70
5.1.2 聚酯/氧化鋁/CEPPA之成份元素分析 74
5.2 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之物理結構測試 75
5.2.1 聚酯/氧化鋁/CEPPA中之分散性研究 75
5.3 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之機械性質測試 85
5.3.1 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之拉伸測試 85
5.3.2 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之硬度測試 89
5.4 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之熱性質分析 91
5.4.1 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之熱穩定性分析 91
5.4.2 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之熱性質分析 96
5.5 聚酯/活性貝殼粉/CEPPA之限氧指數測試 101
第六章 結論 105
第七章 建議 107
參考文獻 108


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