臺灣博碩士論文加值系統

本研究目的是利用超臨界二氧化碳來製備聚丙烯顆粒和熱壓聚丙烯薄片發泡材料，希望藉由超臨界二氧化碳處理後能使得聚丙烯顆粒和熱壓聚丙烯薄片依據不同的需求擁有適當的平均泡孔直徑，進一步得到聚丙烯的微孔發泡材和希望發泡材料熱性質有所提升。探討操作條件如發泡溫度、壓力、反應時間、洩壓時間，對於發泡體結構的影響，以及發泡前後玻璃轉移溫度、熔點、結晶度以及熱穩定性的變化。
SEM圖顯示，溫度150°C為最低發泡條件，隨著溫度上升，平均泡孔直徑會變大，隨著壓力增加，發泡聚丙烯顆粒的平均泡孔直徑會變大；發泡熱壓聚丙烯薄片的平均泡孔直徑會變小；隨著反應時間增加，發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的平均泡孔直徑變小，隨著洩壓時間增加，發泡聚丙烯顆粒的平均泡孔直徑變小，發泡熱壓聚丙烯薄片的平均泡孔直徑變大。DSC結果顯示，經過超臨界二氧化碳發泡後，聚丙烯顆粒結晶度有比未發泡前高，熱壓聚丙烯薄片結晶度比未發泡前低。TGA結果顯示經過超臨界二氧化碳發泡後，聚丙烯顆粒的熱裂解溫度比未發泡前低，5 wt%熱重損失溫度比未發泡前高；熱壓聚丙烯薄片的熱裂解溫度比未發泡前高，5 wt%熱重損失溫度比未發泡前低。

The purpose of this study is to prepare the PP particle and the hot pressed PP thin slice foaming material by supercritical carbon dioxide. We expect that the PP particle and the hot pressed PP thin slice to use the supercritical carbon dioxide treatmenting can make the PP particles and the hot pressed PP thin slice have appropriate average cell diameter according to different requirements, further to get the microporous foamed material of PP, and the thermal properties of the PP particles and the hot pressed PP thin slice are improved. The operating conditions such as foaming temperature, pressure, foaming time, depressurization time, influence on the structure of the foam and changes in glass transition temperature, melting point, crystallinity, and thermal stability before and after foaming were investigated. The SEM image shows that the temperature of 150 °C is the lowest foaming condition. As the temperature rises, the average cell diameter will become larger. As the pressure increases, the average cell diameter of the foamed PP particles will become larger , the average cell diameter of the foamed hot-pressed PP thin slice becomes smaller, as the foaming time increases, the average cell diameter of the foaming PP particle and the foaming hot pressed PP thin slice becomes smaller, As the depressurization time increases, the average cell diameter of the foaming PP particles becomes smaller, and the average cell diameter of the foamed hot pressed PP thin slice becomes larger. The result of DSC shows that after the supercritical carbon dioxide foaming, the crystallinity of PP particles is higher than that before unfoaming , and the crystallinity of hot pressed PP thin slice is lower than that before unfoaming. The result of DSC shows that after supercritical carbon dioxide foaming, the degradation temperature of PP particles is lower than that before unfoaming, and the 5wt% thermogravimetric loss temperature is higher than that before unfoaming, the degradation temperature of hot pressed PP thin slice is higher than that before unfoaming , the 5wt% thermogravimetric loss temperature is lower than that before unfoaming.

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口試委員會審定書
摘要 iii
Abstract iv
目錄 vi
圖目錄 x
表目錄 xvi
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1聚丙烯(Polypropylene, PP) 3
2.1.1聚丙烯的性質 3
2.1.2聚丙烯的應用 8
2.2高分子發泡 9
2.2.1高分子發泡分類 9
2.2.2發泡原理 11
2.2.3發泡劑介紹 13
2.3超臨界流體發泡技術 15
2.3.1超臨界流體簡介 15
2.3.2超臨界二氧化碳介紹 20
2.3.3超臨界流體應用於高分子領域 21
2.3.4超臨界二氧化碳發泡 24
第三章 實驗藥品與實驗方法 28
3.1實驗藥品 28
3.2實驗設備 28
3.3實驗流程 32
3.4實驗步驟 33
3.5發泡體內部孔洞型態觀察及性質測量 34
3.5.1發泡體的密度測量 34
3.5.2發泡體內部孔洞型態分析(SEM) 34
3.5.3發泡膨脹倍率測量 34
3.5.4發泡孔隙度測量 34
3.5.5平均泡孔直徑測量 35
3.5.6泡孔密度測量 35
3.5.7結晶度測量 36
3.5.8發泡體之熱性質測量(DSC) 36
3.5.9發泡體之耐熱性質測量(TGA) 37
第四章結果與討論 38
4.1聚丙烯顆粒和熱壓聚丙烯薄片發泡體微結構之討論 38
4.1.1發泡溫度對發泡體結構影響 38
4.1.2發泡壓力對發泡體結構影響 46
4.1.3發泡時間對發泡體結構影響 53
4.1.4洩壓時間對發泡體結構影響 59
4.2聚丙烯顆粒DSC分析 69
4.2.1反應溫度對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 69
4.2.2反應溫度對結晶度的影響 71
4.2.3反應壓力對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 73
4.2.4反應壓力對結晶度的影響 75
4.2.5反應時間對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 77
4.2.6反應時間對結晶度的影響 79
4.2.7洩壓時間對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 80
4.2.8洩壓時間對結晶度的影響 82
4.3聚丙烯顆粒TGA分析 84
4.3.1發泡溫度對發泡聚丙烯顆粒的熱穩定性影響 84
4.3.2發泡壓力對發泡聚丙烯顆粒的熱穩定性影響 86
4.3.3發泡時間對發泡聚丙烯顆粒的熱穩定性影響 88
4.3.4洩壓時間對發泡聚丙烯顆粒的熱穩定性影響 90
4.4熱壓聚丙烯薄片DSC分析 92
4.4.1反應溫度對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 92
4.4.2反應溫度對結晶度的影響 94
4.4.3反應壓力對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 96
4.4.4反應壓力對結晶度的影響 98
4.4.5反應時間對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 100
4.4.6反應時間對結晶度的影響 102
4.4.7洩壓時間對玻璃轉移溫度和熔融溫度的影響 103
4.4.8洩壓時間對結晶度的影響 105
4.5熱壓聚丙烯薄片TGA分析 107
4.5.1發泡溫度對熱壓聚丙烯薄片的熱穩定性影響 107
4.5.2發泡壓力對熱壓聚丙烯薄片的熱穩定性影響 109
4.5.3發泡時間對熱壓聚丙烯薄片的熱穩定性影響 111
4.5.4洩壓時間對熱壓聚丙烯薄片的熱穩定性影響 113
第五章 結論 115
參考文獻 117

 
圖目錄
圖2-1聚丙烯分子結構 3
圖2-2等規立構聚丙烯 3
圖2-3間規立構聚丙烯 4
圖2-4無規立構聚丙烯 4
圖2-5泡孔結構示意圖(a)開孔(b)閉孔 11
圖2-6高分子發泡過程示意圖 11
圖2-7純物質相圖 16
圖2-8相對密度對相對壓力關係圖 17
圖3-1超臨界流體發泡裝置 31
圖3-2實驗流程圖 32
圖3-3 Dsc測量線下面積換算ΔHm圖 36
圖3-4 DSC的Tg測量方法圖 37
圖4-1不同溫度下發泡聚丙烯顆粒的外觀圖 39
圖4-2不同溫度下發泡聚丙烯顆粒和熱壓聚丙烯薄片的SEM圖 40
圖4-3發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡溫度與體積膨脹率關係圖 42
圖4-4發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡溫度與平均泡孔直徑關係圖 43
圖4-5發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡溫度與平均泡孔密度關係圖 45
圖4-6不同壓力下發泡聚丙烯顆粒的外觀圖 47
圖4-7不同壓力下發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的SEM圖 48
圖4-8發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡壓力與體積膨脹率關係圖 49
圖4-9發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡壓力與平均泡孔直徑關係圖 51
圖4-10發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡壓力與平均泡孔密度關係圖 52
圖4-11不同發泡時間下發泡聚丙烯顆粒的外觀圖 54
圖4-12不同發泡時間下發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的SEM圖 55
圖4-13發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡時間與體積膨脹率關係圖 56
圖4-14發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡時間與平均泡孔直徑關係圖 57
圖4-15發泡聚丙烯顆粒和發泡熱壓聚丙烯薄片的發泡時間與平均泡孔密度關係圖 58
圖4-16不同洩壓時間下發泡聚丙烯顆粒的外觀圖 60
圖4-17不同洩壓時間下發泡聚丙烯顆粒的SEM圖 61
圖4-18不同洩壓時間下發泡熱壓聚丙烯薄片的SEM圖 62
圖4-19發泡聚丙烯顆粒的洩壓時間與體積膨脹率關係圖 63
圖4-20發泡熱壓聚丙烯薄片的洩壓時間與體積膨脹率關係圖 64
圖4-21發泡聚丙烯顆粒的洩壓時間與平均泡孔直徑關係圖 65
圖4-22發泡熱壓聚丙烯薄片的洩壓時間與平均泡孔直徑關係圖 66
圖4-23發泡聚丙烯顆粒的洩壓時間與平均泡孔密度關係圖 67
圖4-24發泡熱壓聚丙烯薄片的洩壓時間與平均泡孔密度關係圖 68
圖4-25不同溫度發泡聚丙烯顆粒的DSC升溫分析圖 70
圖4-26發泡溫度與發泡聚丙烯顆粒玻璃轉移溫度關係圖 70
圖4-27發泡溫度與發泡聚丙烯顆粒熔融溫度關係圖 71
圖4-28不同溫度發泡聚丙烯顆粒的DSC降溫分析圖 72
圖4-29發泡溫度與發泡聚丙烯顆粒結晶度關係圖 73
圖4-30不同壓力發泡聚丙烯顆粒的DSC升溫分析圖 74
圖4-31發泡壓力與發泡聚丙烯顆粒玻璃轉移溫度關係圖 74
圖4-32發泡壓力與發泡聚丙烯顆粒熔融溫度溫度關係圖 75
圖4-33不同壓力發泡聚丙烯顆粒的DSC降溫分析圖 76
圖4-34發泡壓力與發泡聚丙烯顆粒結晶度關係圖 76
圖4-35不同反應時間發泡聚丙烯顆粒的DSC升溫分析圖 77
圖4-36發泡時間與發泡聚丙烯顆粒玻璃轉移溫度關係圖 78
圖4-37發泡時間與發泡聚丙烯顆粒熔融溫度關係圖 78
圖4-38不同反應時間發泡聚丙烯顆粒的DSC降溫分析圖 79
圖4-39發泡時間與發泡聚丙烯顆粒結晶度關係圖 80
圖4-40不同洩壓時間發泡聚丙烯顆粒的DSC升溫分析圖 81
圖4-41洩壓時間與發泡聚丙烯顆粒玻璃轉移溫度關係圖 81
圖4-42洩壓時間與發泡聚丙烯顆粒熔融溫度關係圖 82
圖4-43不同洩壓時間發泡聚丙烯顆粒的DSC降溫分析圖 83
圖4-44洩壓時間與發泡聚丙烯顆粒結晶度關係圖 83
圖4-45不同發泡溫度發泡聚丙烯顆粒的TGA分析圖 84
圖4-46發泡溫度與發泡聚丙烯顆粒5 wt%熱重損失溫度關係圖 85
圖4-47發泡溫度與發泡聚丙烯顆粒熱裂解溫度關係圖 85
圖4-48不同發泡壓力發泡聚丙烯顆粒的TGA分析圖 86
圖4-49發泡壓力與發泡聚丙烯顆粒5 wt%熱重損失溫度關係圖 87
圖4-50發泡壓力與發泡聚丙烯顆粒熱裂解溫度關係圖 87
圖4-51不同發泡時間發泡聚丙烯顆粒的TGA分析圖 88
圖4-52發泡時間與發泡聚丙烯顆粒5 wt%熱重損失溫度關係圖 89
圖4-53發泡時間與發泡聚丙烯顆粒熱裂解溫度關係圖 89
圖4-54不同洩壓時間發泡聚丙烯顆粒的TGA分析圖 90
圖4-55洩壓時間與發泡聚丙烯顆粒5 wt%熱重損失溫度關係圖 91
圖4-56洩壓時間與發泡聚丙烯顆粒熱裂解溫度關係圖 91
圖4-57不同溫度發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC升溫分析圖 93
圖4-58發泡溫度與發泡熱壓聚丙烯薄片玻璃轉移溫度關係圖 93
圖4-59發泡溫度與發泡熱壓聚丙烯薄片熔融溫度關係圖 94
圖4-60不同溫度發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC降溫分析圖 95
圖4-61發泡溫度與發泡熱壓聚丙烯薄片結晶度關係圖 96
圖4-62不同壓力發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC升溫分析圖 97
圖4-63發泡壓力與發泡熱壓聚丙烯薄片玻璃轉移溫度關係圖 97
圖4-64發泡壓力與發泡熱壓聚丙烯薄片熔融溫度溫度關係圖 98
圖4-65不同壓力發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC降溫分析圖 99
圖4-66發泡壓力與發泡熱壓聚丙烯薄片結晶度關係圖 99
圖4-67不同反應時間發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC升溫分析圖 100
圖4-68發泡時間與發泡熱壓聚丙烯薄片玻璃轉移溫度關係圖 101
圖4-69發泡時間與發泡熱壓聚丙烯薄片熔融溫度關係圖 101
圖4-70不同反應時間發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC降溫分析圖 102
圖4-71發泡時間與發泡熱壓聚丙烯薄片結晶度關係圖 103
圖4-72不同洩壓時間發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC升溫分析圖 104
圖4-73洩壓時間與發泡熱壓聚丙烯薄片玻璃轉移溫度關係圖 104
圖4-74洩壓時間與發泡熱壓聚丙烯薄片熔融溫度關係圖 105
圖4-75不同洩壓時間發泡熱壓聚丙烯薄片的DSC降溫分析圖 106
圖4-76洩壓時間與發泡熱壓聚丙烯薄片結晶度關係圖 106
圖4-77不同發泡溫度發泡熱壓聚丙烯薄片的TGA分析圖 107
圖4-78發泡溫度與發泡熱壓聚丙烯薄片5 wt%熱重損失溫度關係圖 108
圖4-79發泡溫度與發泡熱壓聚丙烯薄片熱裂解溫度關係圖 108
圖4-80不同發泡壓力發泡熱壓聚丙烯薄片的TGA分析圖 109
圖4-81發泡壓力與發泡熱壓聚丙烯薄片5 wt%熱重損失溫度關係圖 110
圖4-82發泡壓力與發泡熱壓聚丙烯薄片熱裂解溫度關係圖 110
圖4-83不同發泡時間發泡熱壓聚丙烯薄片的TGA分析圖 111
圖4-84發泡時間與發泡熱壓聚丙烯薄片5 wt%熱重損失溫度關係圖 112
圖4-85發泡時間與發泡熱壓聚丙烯薄片熱裂解溫度關係圖 112
圖4-86不同洩壓時間發泡熱壓聚丙烯薄片的TGA分析圖 113
圖4-87洩壓時間與發泡熱壓聚丙烯薄片5 wt%熱重損失溫度關係圖 114
圖4-88洩壓時間與發泡熱壓聚丙烯薄片熱裂解溫度關係圖 114
 
表目錄
表2-1聚丙烯物性表…………………………………………………….6
表2-2聚丙烯發泡相關文獻比較……………………………………….7
表2-3氣相、液相及超臨界相物理特性比較表……………………...17
表2-4常見超臨界流體及其性質……………………………………...19

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