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研究生:賴芷吟
研究生(外文):Jhih-Yin Lai
論文名稱:不同液化甘蔗渣多元醇分子量聚氨酯交聯環氧樹脂之研究
論文名稱(外文):Different Molecular Weight of Liquefied Sugar-Cane Bagasse Polyol Preparation of Polyurethane Crosslinked Epoxy Resin
指導教授:韓錦鈴
指導教授(外文):Jin-Lin Han
口試委員:賴森茂李佳芬
口試委員(外文):Sun-Mou LaiChia-Fen Lee
口試日期:2017-06-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:化學工程與材料工程學系碩士班
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:液化甘蔗渣多元醇環氧樹脂聚氨酯機械性質
外文關鍵詞:Liquefied sugar-cane bagasse polyolEpoxyPolyurethaneMechanical properties
相關次數:
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摘要
本研究在120℃下,分別將PPG700及PPG2000兩種液化溶劑,添加甘蔗渣,並以硫酸當作催化劑,進行酸熱降解液化反應得到不同分子量之液化甘蔗渣多元醇,將液化甘蔗渣多元醇與二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)反應生成的聚氨酯預聚物,再與環氧樹脂(DGEBA)反應形成液化甘蔗渣多元醇聚氨酯交聯環氧樹脂(PU crosslinked Epoxy),並進行黏度測試、抗張測試、耐衝擊測試、熱重分析儀測試(Thermogravimetric Analyzer,TGA)、微差熱掃描分析儀測試(Differential Scanning Colarimetry,DSC)、動態機械分析儀測試(Dynamic Mechanical Analyzer,DMA)、掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)、水接觸角量測儀測試、吸水性測試及耐溶劑性測試,探討不同液化甘蔗渣多元醇分子量聚氨酯交聯環氧樹脂對其殘餘率、黏度、熱性質、型態、親水性、耐溶劑性、吸水率以及機械性質的影響。
其結果顯示,在液化溶劑(PPG700)條件下製備的液化甘蔗渣多元醇聚氨酯交聯環氧樹脂之殘餘率較低、耐溶劑性及機械性質較佳。

Abstract
This study using different liquefaction solvent (PPG700 and PPG2000),reaction time (40min, 1hr, 2hr, 3hr and 4hr),and bagasse-added content to liquefy into liquefied sugar-cane bagasse polyol at constant temperature(120℃).
Then, liquefied sugar-cane bagasse polyol with 4,4’-diphenyl methane diisocyanate(MDI) reaction into polyurethane prepolymer. Due to the different molecular weights of liquefaction solvent used in this paper, it will get long and short molecular chain of polyurethane prepolymer. Add the epoxy resin to react and form a crosslinked epoxy resin polyurethane (PU Crosslinked Epoxy). Then, viscosity test, tensile strength test, notch impact strength test, TGA (Thermogravimetric Analyzer, TGA), differential scanning calorimetry analyzer (Differential Scanning Colarimetry, DSC), dynamic mechanical analyzer (Dynamic Mechanical Analyzer, DMA), scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM), contact angle test, hygroscopicity test ,and the degree of swelling in acetone test were carried out.
Different molecular weight of liquefied sugar-cane bagasse polyol preparation of polyurethane crosslinked epoxy resin effect on the residual rate, viscosity, mechanical properties, thermal properties, morphology, water absorption, solvent resistance and hydrophilic are discussed study.
The results show that, the residual rate of polyurethane crosslinked epoxy resin is low under the condition of liquefied solvent (PPG700), and the solvent resistance and the mechanical properties are better.

目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖表索引 Ⅵ
圖索引 Ⅵ
表索引 Ⅹ
第一章 緒論 1
1-1研究背景 1
1-2研究動機與目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1甘蔗 3
2-2環氧樹脂 5
2-2-1環氧樹脂(Epoxy resin)簡介 5
2-2-2硬化劑 9
2-2-3硬化反應 11
2-3聚氨酯 12
2-3-1聚氨酯(Polyurethane)簡介 12
2-3-2聚氨酯結構特性 14
2-3-3異氰酸酯(Isocyanate) 15
2-3-4多元醇(Polyol) 16
2-4生物質熱化學轉化 17
2-5生物質之液化 19
2-6生質物 21
2-7聚氨酯交聯環氧樹脂 23
2-8液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯交聯環氧樹脂 24
第三章 實驗 25
3-1實驗流程 25
3-1-1實驗流程圖 25
3-1-2甘蔗渣之液化流程圖 26
3-1-3聚氨酯交聯環氧樹脂製備流程圖 27
3-2測量儀器與設備 28
3-3實驗藥品 32
3-4實驗步驟 34
3-4-1甘蔗渣前處理 34
3-4-2甘蔗渣之液化 34
3-5聚氨酯交聯環氧樹脂之製備 35
3-6測試方法 36
第四章 結果與討論 40
4-1液化甘蔗渣之分析 40
4-1-1液化甘蔗渣之殘餘率 40
4-1-2液化甘蔗渣多元醇之FTIR測試 41
4-1-3液化甘蔗渣多元醇形成機制 44
4-1-4液化甘蔗渣多元醇之分子量測試 45
4-1-5液化甘蔗渣多元醇之氫氧基 46
4-2聚氨酯交聯環氧樹脂之測試 47
4-2-1 FTIR分析 47
4-2-2黏度測試 48
4-2-3流動活化能 49
4-2-4機械性質分析 51
4-2-5熱性質分析 52
4-2-5-1 TGA分析 52
4-2-5-2 DSC分析 53
4-2-5-3 DMA分析 54
4-2-6型態學分析 55
4-2-7親水性測試分析 56
4-2-8吸水性測試分析 57
4-2-9耐溶劑性測試分析 58
第五章 結論 59
參考文獻 61


圖表索引
圖索引
圖2-1、環氧乙烷 5
圖2-2、製備環氧樹脂之化學反應式 5
圖2-3、雙酚A型環氧樹脂 7
圖2-4、酚醛型環氧樹脂 7
圖2-5、DMP-30 10
圖2-6、環氧樹脂與胺類硬化劑反應之化學結構 11
圖2-7、一級胺化合物與環氧樹脂反應機構 11
圖2-8、PU結構示意圖 12
圖2-9、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI) 15
圖2-10、聚氧化丙烯二醇(PPG) 16
圖2-11、熱化學轉化技術與產物的相互關係圖 17
圖2-12、催化劑與殘餘率的關係圖 20
圖3-1、PU crosslinked Epoxy反應流程圖 35
圖4-1、在120℃下液化甘蔗渣多元醇之殘餘率(PPG700) 84
圖4-2、在120℃下液化甘蔗渣多元醇(PPG2000) 84
圖4-3、在120℃下添加10g甘蔗渣100g PPG700及3wt%H2SO4,隨著液化時間液化甘蔗渣多元醇之FTIR圖 85
圖4-4、在120℃下添加10g甘蔗渣100g PPG2000及3wt%H2SO4,隨著液化時間液化甘蔗渣多元醇之FTIR圖 85
圖4-5、在120℃下,液化溶劑為PPG700,添加5g、10g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之羥基變化圖 86
圖4-6、在120℃下,液化溶劑為PPG2000,添加5g、10g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之羥基變化圖 86
圖4-7、在120℃下,液化溶劑為PPG700,添加5g、10g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之酯基變化圖 87
圖4-8、在120℃下,液化溶劑為PPG2000,添加5g、10g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之酯基變化圖 87
圖4-9、比爾定律之穿透度與羥基濃度之校正曲線(PPG700) 88
圖4-10、比爾定律之穿透度與羥基濃度之校正曲線(PPG2000) 88
圖4-11、在120℃下液化甘蔗渣多元醇之單位質量氫氧基數(PPG700) 89
圖4-12、在120℃下液化甘蔗渣多元醇之單位質量氫氧基數(PPG2000) 89
圖4-13、在120℃下,不同液化溶劑(PPG700、PPG2000),不同甘蔗渣含量液化2個小時的液化甘蔗渣多元醇之羥基變化柱狀圖 90
圖4-14、在室溫下PPG700及在120℃下,PPG700添加3wt%硫酸液化2個小時之FTIR圖 91
圖4-15、在室溫下PPG2000及在120℃下,PPG2000添加3wt%硫酸液化2個小時之FTIR圖 91
圖4-16、在120℃下,100g液化溶劑PPG700,3wt%催化劑硫酸,添加5g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之GPC圖 92
圖4-17、在120℃下,100g液化溶劑PPG700,3wt%催化劑硫酸,添加10g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之GPC圖 92
圖4-18、在120℃下,100g液化溶劑PPG2000,3wt%催化劑硫酸,添加5g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之GPC圖 93
圖4-19、在120℃下,100g液化溶劑PPG2000,3wt%催化劑硫酸,添加10g甘蔗渣液化的液化甘蔗渣多元醇之GPC圖 93
圖4-20、PPG700製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之FTIR圖 94
圖4-21、在120℃下,液化溶劑PPG700,添加5g甘蔗渣,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之FTIR圖 94
圖4-22、PPG2000製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之FTIR圖 95
圖4-23、在120℃下,液化溶劑PPG2000,添加5g甘蔗渣,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之FTIR圖 95
圖4-24、環氧樹脂之溫度對黏度作圖 96
圖4-25、PPG700及液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之溫度對黏度作圖 96
圖4-26、PPG2000及液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之溫度對黏度作圖 97
圖4-27、PPG700和在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之流動活化能 98
圖4-28、PPG2000和在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之流動活化能 99
圖4-29、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之抗張強度圖 100
圖4-30、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之抗張強度圖 100
圖4-31、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之楊氏模數圖 101
圖4-32、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之楊氏模數圖 101
圖4-33、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之耐衝擊強度圖 102
圖4-34、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之耐衝擊強度圖 102
圖4-35、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之抗張強度柱狀圖 103
圖4-36、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(10wt%)/環氧樹脂之抗張強度柱狀圖 103
圖4-37、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(5wt%)/環氧樹脂之抗張強度柱狀圖 104
圖4-38、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之抗張模數柱狀圖 104
圖4-39、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(10wt%)/環氧樹脂之抗張強度柱狀圖 105
圖4-40、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(5wt%)/環氧樹脂之抗張強度柱狀圖 105
圖4-41、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之耐衝擊強度柱狀圖 106
圖4-42、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(10wt%)/環氧樹脂之耐衝擊強度柱狀圖 106
圖4-43、在不同液化溶劑下液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(5wt%)/環氧樹脂之耐衝擊強度柱狀圖 107
圖4-44、PPG700製備聚氨酯/環氧樹脂之TGA圖 108
圖4-45、在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之TGA圖(PPG700) 109
圖4-46、PPG2000製備聚氨酯/環氧樹脂之TGA圖 110
圖4-47、在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之TGA圖(PPG2000) 111
圖4-48、PPG700及在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之DSC圖 112
圖4-49、PPG2000及在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之DSC圖 112
圖4-50、PPG700及在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之DMA圖 113
圖4-51、PPG700及在120℃下,液化2個小時液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之DMA圖 114
圖4-52、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之SEM圖(1kx) 115
圖4-53、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之SEM圖(10kx) 116
圖4-54、PPG700製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率圖 117
圖4-55、在120℃下,液化溶劑PPG700,添加5g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率圖 117
圖4-56、在120℃下,液化溶劑PPG700,添加10g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率圖 118
圖4-57、PPG2000製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率圖 118
圖4-58、在120℃下,液化溶劑PPG2000,添加5g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率圖 119
圖4-59、在120℃下,液化溶劑PPG2000,添加10g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率圖 119
圖4-60、PPG700製備聚氨酯/環氧樹脂之耐溶劑性圖 120
圖4-61、在120℃下,液化溶劑PPG700,添加5g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之耐溶劑性圖 120
圖4-62、在120℃下,液化溶劑PPG700,添加10g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之耐溶劑性圖 121
圖4-63、PPG2000製備聚氨酯/環氧樹脂之耐溶劑性圖 121
圖4-64、在120℃下,液化溶劑PPG2000,添加5g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之耐溶劑性圖 122
圖4-65、在120℃下,液化溶劑PPG2000,添加10g甘蔗渣液化2個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之耐溶劑性圖 122

表索引
表2-1、甘蔗外部與內部化學組分成分 4
表4-1、在120℃下100gPPG700及3wt%H2SO4液化甘蔗渣多元醇之殘餘率(%) 64
表4-2、在120℃下100gPPG2000及3wt%H2SO4液化甘蔗渣多元醇之殘餘率(%) 64
表4-3、比爾定律之穿透度與羥基濃度之校正表(PPG700) 65
表4-4、比爾定律之穿透度與羥基濃度之校正表(PPG2000) 65
表4-5、在120℃下不同液化時間之羥基濃度[OH]((-OH number)/g)(PPG700) 66
表4-6、在120℃下不同液化時間之羥基濃度[OH]((-OH number)/g)(PPG2000) 66
表4-7、PPG700及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇之(-OH)⁄(-CH_3 )值 67
表4-8、PPG2000及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇之(-OH)⁄〖-CH〗_3 值 67
表4-9、在120℃下加入100gPPG700及3wt%H2SO4液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇之分子量(由GPC測得) 68
表4-10、在120℃下加入100Gppg2000及3wt%H2SO4液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇之分子量(由GPC測得) 68
表4-11、在120℃下液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇之氫氧基((-OH number)⁄mole)(PPG700) 68
表4-12、在120℃下液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇之氫氧基((-OH number)⁄mole)(PPG2000) 68
表4-13、環氧樹脂之溫度對黏度作表 69
表4-14、PPG700及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之溫度對黏度作表 70
表4-15、PPG2000及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之溫度對黏度作表 71
表4-16、PPG700及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之流動活化能 72
表4-17、PPG2000及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(15wt%)/環氧樹脂之流動活化能 72
表4-18、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之機械性質作表 73
表4-19、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之機械性質作表 74
表4-20、不同合成配方之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(10wt%)/環氧樹脂之機械性質作表(PPG700) 75
表4-21、不同合成配方之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯(10wt%)/環氧樹脂之機械性質作表(PPG2000) 75
表4-22、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之TGA作表 76
表4-23、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之TGA作表 77
表4-24、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之DSC作表 78
表4-25、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之DSC作表 79
表4-26、PPG700及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之DMA作表 80
表4-27、PPG2000及液化兩個小時之液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之DMA作表 81
表4-28、PPG700及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率、膨潤度和水接觸角作表 82
表4-29、PPG2000及液化甘蔗渣多元醇製備聚氨酯/環氧樹脂之吸水率、膨潤度和水接觸角作表 83

參考文獻
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