臺灣博碩士論文加值系統

本研究在合成探討聚碳酸酯二醇類（Polycarbonatediol, PCDL）水性聚氨酯分散液（PUD），硬質段部分固定使用異佛爾酮二異氰酸酯（Isophorone Diisocyanate, IPDI）以Triethyl amine （TEA）為中和劑及Ethlene diamine （EDA）為鏈延長劑，並在所有樣品中皆含有佔水性PU分散液6.3 wt%之NMP溶劑，藉由改變系統中共溶劑Acetone不同的含量、親水性離子基的含量及種類、軟質段的種類、軟及硬質段的含量比例及成品與水性丙烯酸樹脂 （Polyacrylate）共混後物性改質等變數，再經由雷射粒徑分析儀、黏度計，進行PU分散液水溶液性質探討；熱示差掃瞄卡量計（DSC）、動態黏彈性機械分析儀（DMA）及萬能拉力機，進行水性PU成型薄膜熱學性質與機械性質等方面探討以及耐水性的測試。
丙酮含量低於9wt%及高於40wt%時，皆會造成分散液之粒徑變大，因丙酮含量低於9wt%會造成prepolymer黏度變大，而丙酮含量高於40wt%則會使PU鏈段膨潤（Swell）程度增加；隨著親水性離子基增加，PU鏈段的親水性程度亦會增加，而得到較小的分散液粒徑。當丙酮用量高於30wt%，因分散階段所加入的水量不足而影響相轉換機制，造成乳液黏度遽增。增加離子基的含量及NCO/OH的當量比皆可提高薄膜機械強度，因離子基的含量增加，可增強離子間的作用力，而NCO/OH的當量比增加時，分子鏈中Urea鍵結的比例亦相對提高。
聚碳酸酯型水性PU在機械強度及耐水性優於聚酯型的水性PU；Polyacrylate /PUD依不同比例共混後對機械性質及塗膜耐水性有交互的影響；感壓性黏著劑（PSA）添加適量的PUD，因PUD分子間的內聚力大有助於凝聚力（Cohesion）的提升。

The waterborne polyurethane dispersions (PUD) prepared with polycarbonatediol (PCDL) were synthesized and studied. Isophorone diisocyanate (IPDI), triethyl amine (TEA), and ethlene diamine (EDA) were functioned as the hard-segment, the neutralizer, and the extender, respectively, in the synthesized PU structure. The effects of the acetone co-solvent, the hydrophilic ion group, the type of the soft-segmented compound, and the molar ratio of the soft-segment to the hard-segment, on the property of the PUD/acrylic resin (PA) emulsion blend were investigated by using the laser diffraction particle analyzer, viscometer, water resistance test, differential scanning calorimeter (DSC), dynamic mechanical analyzer (DMA), and the mechanical test.
It was obtained that the content of acetone lower than 9 wt% or higher than 40 wt% would increase the particle size of PUD. This is attributed to the increase of the viscosity of the prepolymer in PUD with the acetone content lower than 9 wt%, and the increase of the swelling of PU chain in PUD with the acetone higher than 40 wt.%.
The hydrophilic ion groups could increase the hydrophilibility of the PU chain and which results in the decrease of the particle size of PUD. Additionally, the viscosity of PUD was increased with the acetone content higher than 30 wt% because of the insufficient water present for the phase transformation at the dispersion stage.
The mechanical strengths of the prepared PU films increased with the increases of the ion groups and NCO/OH ratios due to the increases of the interaction among ions and the urea content in the polymer chain. The mechanical strength and the water resistance of the PCDL based waterborne PU were better than those of the polyester polyol based PU. The ratio of PUD/PA would affect the mechanical and the water resistance of the blend. Moreover, the cohesion strength of the pressure sensitive adhesives (PSA) can be improved by using the appropriate PUD.

中文摘要----------------------------------------------Ⅰ
英文摘要----------------------------------------------Ⅲ
誌謝--------------------------------------------------Ⅳ
目錄--------------------------------------------------Ⅴ
圖目錄------------------------------------------------Ⅹ
表目錄------------------------------------------------XII
一、序論----------------------------------------------1
1.1前言-----------------------------------------------1
1.2 研究方向------------------------------------------2
二、文獻回顧------------------------------------------5
2.1 PU樹脂的簡介--------------------------------------5
2.1.1 PU之定義----------------------------------------5
2.1.2 PU之發展史--------------------------------------6
2.2 PU樹脂的化學組成及特性----------------------------8
2.2.1 PU結構特性--------------------------------------8
2.2.2 PU組成之原料------------------------------------9
2.2.3 PU合成方法--------------------------------------17
2.2.4 PU結構對成品物性影響之文獻探討------------------18
2.3 水性聚氨基甲酸酯(PUD)-----------------------------23
2.3.1 PUD之簡介及其優點-------------------------------23
2.3.2 PUD之合成技術介紹-------------------------------24
2.3.2.1親水性離子基的導入-----------------------------24
2.3.2.2 PUD的分類-------------------------------------25
2.3.2.3 PUD的主要製程---------------------------------28
2.3.2.4 PUD分散過程的機制-----------------------------32
2.3.2.5影響水性PU性質的主因---------------------------33
2.3.2.6 PUD成型薄膜的性質-----------------------------37
2.3.2.7 PUD目前面臨的問題-----------------------------38
2.3.2.8聚碳酸酯型水性PU之文獻探討---------------------39
三、理論分析------------------------------------------40
3.1 錶盤式黏度計--------------------------------------41
3.2 萬能拉力機----------------------------------------42
3.3 雷射粒徑分析儀------------------------------------43
3.4 熱示差掃瞄卡量計----------------------------------44
3.5 動態黏彈性機械分析儀------------------------------45
四、實驗程序------------------------------------------45
4.1實驗藥品-------------------------------------------46
4.2實驗設備與儀器-------------------------------------46
4.2.1合成設備-----------------------------------------46
4.2.2分析儀器-----------------------------------------47
4.3水性PU之合成---------------------------------------47
4.3.1反應物前處裡-------------------------------------47
4.3.2合成步驟-----------------------------------------47
4.3.3 NCO官能基濃度滴定法-----------------------------48
4.3.4水性PU成型薄膜製備-------------------------------49
4.3.5水性PU分散液水溶液性質測試-----------------------49
4.3.6水性PU薄膜性質測試-------------------------------51
4.4探討實驗設計方法與目的-----------------------------54
4.4.1共溶劑含量的影響---------------------------------55
4.4.2離子基含量的影響---------------------------------56
4.4.3軟質段Polyol的種類-------------------------------57
4.4.4 NCO/OH當量數比----------------------------------58
4.4.5親水性離子基的種類-------------------------------59
4.4.6水性PU與壓克力樹脂物理摻合-----------------------59
五、結果與討論----------------------------------------60
5.1總溶劑中不同的丙酮含量對成品物性的影響-------------60
5.1.1丙酮含量對PU分散液粒徑的影響---------------------60
5.1.2丙酮含量對PU分散液黏度的影響---------------------61
5.1.3丙酮含量對PUD薄膜機械性質的影響------------------61
5.1.4丙酮含量對PUD薄膜玻璃轉移溫度的影響--------------62
5.1.5丙酮含量對吸水率與重量損失率的影響---------------63
5.2不同的DMPA含量對成品物性的影響---------------------63
5.2.1DMPA含量對PU分散液粒徑及黏度的影響---------------63
5.2.2DMPA含量對PUD薄膜機械性質的影響------------------64
5.2.3DMPA含量對PUD薄膜玻璃轉移溫度的影響--------------65
5.2.4DMPA含量對吸水率與重量損失率的影響---------------65
5.3不同的Polyol種類對成品物性的影響-------------------65
5.3.1Polyol種類對PU分散液粒徑及黏度的影響-----------65
5.3.2Polyol種類對PUD薄膜機械性質的影響--------------66
5.3.3Polyol種類對PUD薄膜玻璃轉移溫度的影響------------66
5.3.4Polyol種類對吸水率與重量損失率的影響-------------67
5.4不同的NCO/OH當量比對成品物性的影響-----------------67
5.4.1NCO/OH當量比對PU分散液粒徑及黏度的影響-----------67
5.4.2NCO/OH當量比對PUD薄膜機械性質的影響--------------68
5.4.3NCO/OH當量比對PUD薄膜玻璃轉移溫度的影響----------69
5.4.4NCO/OH當量比對吸水率與重量損失率的影響-----------69
5.5不同的離子基種類對成品物性的影響-------------------69
5.5.1離子基種類對PU分散液粒徑及黏度的影響-------------69
5.5.2離子基種類對PUD薄膜機械性質的影響----------------70
5.5.3離子基種類對PUD薄膜玻璃轉移溫度的影響------------70
5.5.4離子基種類對吸水率與重量損失率的影響-------------70
5.6水性聚氨酯與水性丙烯酸樹脂共混後之物性探討---------71
5.6.1PUD樹脂與Polyacrylate樹脂依不同比例共混----------71
5.7感壓性黏著劑添加不同含量PUD樹脂之物性探討----------74
六、結論----------------------------------------------92
參考文獻----------------------------------------------94

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