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研究生:劉純書
研究生(外文):Chun-Su Liu
論文名稱:水性聚氨基甲酸酯/黏土奈米複合材料之合成與性質研究
論文名稱(外文):The Synthesis and Properties of Waterborne Polyurethane/Clay Nanocomposites
指導教授:陳玉惠陳玉惠引用關係
指導教授(外文):Yui-Whei Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:水性聚胺基甲酸酯奈米複合材料黏土
外文關鍵詞:nanocompositesclaywaterborne polyurethane
相關次數:
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摘要
本論文是利用聚丁醚二醇(PTMG)、聚(丁二醇己二酸)(PBA) 、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI) 、1,4-丁二醇(1,4-BD) 、雙羥甲基酸(DMPA) 、三乙基胺(TEA) 、乙二胺(EDA)等多種化學原料與水膨潤黏土合成出水性PU/clay奈米複合材料。
本研究主要探討水性PU/ Clay奈米複合材料的吸水性、機械物性、磨耗性質及熱性質。結果顯示製備出之水性PU/Clay奈米複合材料的吸水率會隨著Clay含量增加而增加。所製備之材料藉X-ray及TEM可證實黏土中的矽酸鹽層在水性PU基材之分散情形。
由微差掃描熱量計(DSC)及熱重分析儀(TGA)的結果得知,添加小量的黏土,即可提高高分子玻璃轉移溫度(Tg)及耐熱性質。
另外以萬能拉力機測量其拉伸性質,磨耗試驗機測量耐磨,發現當添加黏土後,水性PU的機械性質及耐磨耗性均明顯提昇。
Abstract
In this thesis, a novel segmented waterborne polyurethane/clay nanocomposites, based on poly (tetramethylene) glycol (PTMG) or poly (butylene adipate) glycol (PBA) as soft segment, isophorone diisocyanate as diisocyanate, 1,4-butandiol (1,4-BD) as chain extender, dimethylol propionic acid as potential ionic center, triethyl amine as neutralizer, and ethylene diamine as crosslinker, were reinforced with water swollen clay to give nanocomposites. Mechanical properties, water absorption, abrasion properties and thermal properties of these materials were investigated.
The water absorption of the waterborne polyurethane/clay nanocomposites increase with increasing the content of clay. The dispersion of the silicate layers in the waterborne polyurethane/clay hybrids was characterized by using wide angle X-ray diffraction (WAXD) and transmission electron microscopy (TEM). The glass transition (Tg), thermal stabilities, and degradation temperature of the PU film were significantly increased in the presence of a small amount clay.
The reinforcing effects of clay in mechanical properties of these nanocomposites were examined by Universal Testing machine and abrasion testing machine.
目錄
中文摘要 ………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………Ⅱ
誌謝 ……………………………………………………………………Ⅳ
目錄 ……………………………………………………………………Ⅴ
表索引 …………………………………………………………………Ⅷ
圖索引 …………………………………………………………………Ⅸ
第一章、緒論 ……………………………………………………………1
1-1、 PU簡 介…………………………………………………………1
1-1-1、 Polyurethane(PU)之簡介…………………………………1
1-1-2、 PU彈性體(Polyurethane-elastomer)的結構 ………… 1
1-1-3、 Polyurethane-Elastomer之製備 ……………………… 3
1-1-4、 Polyurethane之原料 …………………………………… 5
1-1-4-1、多元醇(Polyol)…………………………………………5
1-1-4-2、低分子量之鏈延長劑……………………………………7
1-1-4-3、異氰酸鹽…………………………………………………8
1-1-4-4、催化劑 …………………………………………………10
1-1-5、PU化學反應…………………………………………………13
1-2、水性PU …………………………………………………………16
1-2-1、水性聚胺基甲酸酯之文獻回顧……………………………16
1-2-2、PU水性化介紹………………………………………………17
1-2-3、水性PU製備方法之介紹……………………………………19
1-3、奈米複合材料簡介………………………………………………25
1-3-1、奈米複合材料………………………………………………25
1-3-2、無機物/高分子奈米複合材料之分類 …………………… 26
1-3-3、有機/無機混成複合材料之種類 ………………………… 30
1-3-4、奈米高分子複合材料之製備………………………………31
1-4、黏土(Clay)之簡介………………………………………………35
1-4-1、黏土…………………………………………………………35
1-5、聚胺基甲酸酯/黏土奈米複合材料相關文獻…………………39
1-6、研究動機…………………………………………………………43
第二章、實驗部份………………………………………………………44
2-1、實驗藥品…………………………………………………………44
2-2、實驗儀器…………………………………………………………46
第三章、水性PU奈米複合材料之製備 ………………………………47
3-1、水膨潤黏土的製造………………………………………………48
3-2、聚醚類水性PU奈米複合材料之製備…………………………49
3-3、聚酯類水性PU奈米複合材料之製備…………………………50
3-4、成膜方式…………………………………………………………51
第四章、結果與討論……………………………………………………54
4-1、結構型態鑑定……………………………………………………54
4-1-1、X-ray繞射分析 ……………………………………………54
4-1-2、穿透式電子顯微鏡(TEM)測試 ……………………………55
4-1-3、紅外線光譜(FTIR)分析……………………………………55
4-2、吸水性測試………………………………………………………56
4-3、熱性質分析………………………………………………………57
4-3-1、示差掃瞄熱量計(DSC) ……………………………………57
4-3-2、熱重分析儀(TGA) …………………………………………58
4-4、機械性質分析……………………………………………………58
4-5、磨耗性質測試……………………………………………………60
第五章、結論……………………………………………………………61
參考文獻 ………………………………………………………………63
表索引
表1-1-1、催化劑之相對速率之比較 …………………………………12
表1-3-1、國際奈米材料和科技研究現況…………………………… 29
表1-4-1、常見的黏土種類分類………………………………………38
表3-1-1、百康高純度黏土化學組成分析……………………………47
表3-1-2、百康高純度黏土物理性質…………………………………47
表4-2-1、各比例不同clay的PTPU與PBPU之吸水性測試一覽表…68
表4-3-1、各比例不同clay的PTPU之DSC及TGA測試一覽表……69
表4-3-2、各比例不同clay的PBPU之DSC及TGA測試一覽表……70
表4-4-1、各比例不同clay的PTPU之拉伸測試一覽表………………71
表4-4-2、各比例不同clay的PBPU之拉伸測試一覽表………………72
表4-5-1、各比例不同clay的PTPU之磨耗測試一覽表………………73
表4-5-2、各比例不同clay的PBPU之磨耗測試一覽表………………74
圖索引
圖1-1-1、 PU共聚合物之基本構造……………………………………2
圖1-1-2、PU之微相分離………………………………………………2
圖1-1-3、氨基甲酸酯(urethane)之化學鍵官能結構…………………3
圖1-1-4、一段式製程(one-shot process)……………………………3
圖1-1-5、二段式製程(Prepolymer process)…………………………4
圖1-3-1、高分子混摻黏土之複合材料的種類………………………31
圖1-3-2、傳統複合材料-Compounding示意圖………………………32
圖1-3-3、奈米複合材料製備原理示意圖……………………………32
圖1-3-4、常見之奈米複合材料製備方法……………………………34
圖1-4-1、由分子結構所組成之黏土結構示意圖……………………36
圖1-4-2、Smectite Clay的理論結構…………………………………37
圖4-1-1、各比例不同clay的PTPU之X-ray圖………………………75
圖4-1-2、各比例不同clay的PBPU之X-ray圖………………………76
圖4-1-3、PTPUCL1之TEM圖……………………………………………77
圖4-1-4、PBPUCL1之TEM圖……………………………………………77
圖4-1-5、各比例不同clay的PTPU之FTIR疊圖……………………78
圖4-1-6、各比例不同clay的PBPU之FTIR疊圖……………………79
圖4-2-1、各比例不同clay的PTPU與PBPU之吸水性圖……………80
圖4-3-1、各比例不同clay的PTPU之DSC疊圖………………………81
圖4-3-2、各比例不同clay的PBPU之DSC疊圖………………………82
圖4-3-3、各比例不同clay的PTPU之TGA疊圖………………………83
圖4-3-4、各比例不同clay的PBPU之TGA疊圖………………………84
圖5-1-1、各比例不同clay的PTPU之磨耗疊圖………………………85
圖5-1-2、各比例不同clay的PBPU之磨耗疊圖………………………86
參考文獻
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