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系統識別號 U0002-0107201112031000
中文論文名稱 環碳酸酯寡聚物與聚醚雙胺反應之非異氰酸酯製程產生胺酯鏈結的探討研究
英文論文名稱 A Non-isocyanate Route toward Urethane Linkage Formation from Cyclic Carbonate containing compounds with Polyether Di-amines
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 張桂嘉
研究生英文姓名 Guei-Jia Chang
電子信箱 698160438@s98.tku.edu.tw
學號 698160438
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-24
論文頁數 92頁
口試委員 指導教授-陳幹男
委員-葉正濤
委員-黃繼遠
中文關鍵字 聚胺酯  環氧樹脂  二氧化碳  微波  環狀碳酸酯 
英文關鍵字 Polyurethane  Epoxy  Cyclic carbonate  Microwave 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 本論文實驗所合成聚氨酯(PU)的起始物有別於傳統合成聚氨酯,屬於非異氰酸酯型(Non-Isocyanates)的環保且新型聚氨酯(Polyurethane),可避免有毒害性的光氣之使用。使用環氧樹脂在常壓下通入二氧化碳(Carbon dioxide),進行親核開環反應得到環狀碳酸酯(Cyclic carbonate),再以一長鏈段的二元胺進行開環加成反應,便可以得到主結構上具有胺基甲酸酯(Urethane)官能基之高分子材料,此類新穎材料可稱為非異氰酸酯型的聚氨酯,此材料比起傳統的異氰酸酯型的聚氨酯之製程更具環保與創新性。
本論文的實驗Part A部分,以雙酚A型環氧樹脂(DGEBA)為起始物,製備過程中持續導入二氧化碳來形成環狀碳酸酯,再加入聚醚雙胺化合物(Jeffamines)進行反應,形成主鏈段上掛有胺基甲酸酯官能基及羥基的聚胺基甲酸酯(Hydroxyl PU)。並於研究過程中使用傳統加熱和微波加熱這兩種不同的加熱方式進行,之後再對其所合成出的聚胺基甲酸酯進行分子量鑑定和熱性質等分析,最後並討論其聚合反應前後的相互變化。
  而實驗Part B部分,改使用含環氧基壓克力單體(GMA)為起始物,製備形成具有環狀碳酸酯的共聚物,再以傳統加熱的方式與聚醚雙胺化合物(Jeffamines)反應,製備可形成網狀交聯形態的聚胺酯薄膜。進而探討其物理性質(膠含量、吸水率、對水損失率、乙醇吸收率、對乙醇損失率)和熱性質(熱重分析)等變化。
英文摘要 A new urethane is obtained from Bis-cyclic carbonate containing compounds with a di-amine terminated polymer (e.g. Jeffamines) either by heating or by microwave radiation. Microwave radiation has been proved the most effective tool to accelerating urethane formation according to our results.
Bis-cyclic carbonate containing compound is prepared by carbon dioxide insertion into epoxy resin at atmospheric pressure. The urethane moiety containing prepolymer via a non-isocyanate process has been applied on the following two types of bis-carbonate containing prepolymers:
Type A: A Bis-cyclic carbonate from epoxy resin (Diglycidylether bisphenol-A, DGEBA).
Type B: A Bis-cyclic carbonate from glycidyl methacrylate (GMA) copolymer (GMA-containing polyacrylates).
The polymer with urethane formation has been derived from the ring-opening reaction of Jeffamines with type A or B either by heating or by microwave radiation. The physical (gel content, water absorption, ethanol swollen) and thermal properties of the resulting urethane containing polymers via this non-isocyanate process have been investigated in this report.
論文目次 總 目 錄
誌謝
中摘
英摘
總目錄Ⅰ
圖表索引Ⅳ
第一章 序論1
1-1 前言1
1-2 研究動機2
1-3 聚氨酯介紹3
1-3-1 聚氨酯的基本材料3
1-4 環氧化物之反應性介紹11
1-5 羥基懸掛型PU (Hydroxyl Polyurethane) 的介紹13
1-6 綠色化學15
1-7 微波的應用17
1-7-1 微波原理17
1-7-2 微波加熱的特點19
第二章 實驗儀器和藥品21
2-1 儀器21
2-2 藥品22
第三章 實驗24
3-1 含環碳酸酯- (Bis-cyclic carbonate)與聚醚雙胺之合成反應24
3-1-1 二元環碳酸酯 (Bis-cyclic Carbonate)之合成24
3-1-2 羥基懸掛型胺基甲酸酯(Hydroxyl-PU)經傳統加熱合成反應26
3-1-3 羥基懸掛型胺基甲酸酯(Hydroxyl-PU)經微波加熱合成反應28
3-2 含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物與聚醚雙胺之合成反應30
3-2-1 環氧基甲基丙烯酸酯共聚物(GMA Copolymer)合成30
3-2-2 環氧基甲基丙烯酸酯共聚物樣品編號命名31
3-2-3 含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物之合成32
3-2-4 新型聚氨酯-壓克力共聚物之合成33
3-3 膠體層析法(GPC)35
3-4 薄膜物理性質測試36
3-4-1 膠含量(Gel Content)測定36
3-4-2 去離子水浸泡吸水率與對水損失率37
3-4-3 95%乙醇溶液浸泡吸收率與對乙醇損失率38
3-5 薄膜熱性質測試39
3-5-1 熱重分析測試(TGA)39
3-6 光譜鑑定40
3-6-1 核磁共振(NMR)光譜40
3-6-2 傅立葉轉換紅外線(FT-IR)光譜40
3-7 微波合成反應儀41
第四章 結果與討論43
【Part A】DGEBA Carbonates系列43
4-1 (Bis -Cyclic Carbonate)核磁共振和紅外線光譜分析43
4-1-a (Bis -cyclic Carbonate)之FT-IR光譜分析43
4-1-b (Bis -Cyclic Carbonate)之FT-NMR光譜分析45
4-2 傳統加熱合成Hydroxyl-PU47
4-2-a 傳統加熱合成Hydroxyl-PU之FT-IR光譜分析47
4-2-b 傳統加熱合成Hydroxyl-PU之分子量鑑定48
4-3 微波加熱合成Hydroxyl-PU之分子量鑑定49
4-4 微波加熱合成Hydroxyl-PU之熱重分析(TGA)53
4-5 傳統v.s微波加熱合成Hydroxyl-PU之熱重分析(TGA)58
【Part B】DGA Carbonates系列60
4-6 環氧基甲基丙烯酸酯共聚物之FT-IR光譜分析60
4-7 含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物之FT-IR光譜分析63
4-8 新型聚氨酯- 壓克力共聚物之FT-IR光譜分析64
4-9 新型聚氨酯- 壓克力共聚物薄膜之物理性質分析68
4-9-a 薄膜之膠含量(Gel Content)69
4-9-b 薄膜之吸水率及對水損失率71
4-9-c 薄膜之吸乙醇率及對乙醇損失率73
4-10 新型聚氨酯- 壓克力共聚物之熱性質分析74
4-10-a 含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物v.s新型聚氨酯-壓克力共聚物之熱重分析(TGA)74
4-10-b 新型聚氨酯-壓克力共聚物加入短鏈、長鏈胺類之熱重分析(TGA)77
4-10-c 不同比例的新型聚氨酯- 壓克力之熱重分析(TGA)80
4-10-d 添加不同壓克力樹脂的新型聚氨酯- 壓克力之熱重分析(TGA)83
第五章 結論86
第六章 參考資料90


圖 表 索 引
式目錄
【Scheme 3-1-1】(Bis -cyclic Carbonate)化合物之合成25
【Scheme 3-1-2】羥基懸掛型胺基甲酸酯(Hydroxyl-PU)之合成27
【Scheme 3-2-1】環氧基甲基丙烯酸酯共聚物之合成31
【Scheme 3-2-2】含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物之合成32
【Scheme 3-2-3】新型聚氨酯-壓克力共聚物之合成34
表目錄
【Table 4-2-1】傳統加熱合成Hydroxyl-PU之分子量48
【Table 4-3-1】微波加熱合成Hydroxyl-PU之分子量(反應時間:60min、輸出功率:50W~300W)50
【Table 4-3-2】微波加熱合成Hydroxyl-PU之分子量(反應時間:30min、輸出功率:50W~300W)51
【Table 4-3-3】微波加熱合成Hydroxyl-PU之分子量(反應時間:15min、輸出功率:50W~300W)52
【Table 4-4-1】微波加熱合成Hydroxyl-PU之熱裂解溫度53
【Table 4-5-1】傳統 v.s 微波加熱合成Hydroxyl-PU之熱裂解溫度58
【Table 4-9-1】添加不同比例的MMA的新型聚氨酯-壓克力共聚物
薄膜之物理性質68
【Table 4-9-2】添加不同的壓克力樹脂的新型聚氨酯-壓克力共聚物
薄膜之物理性質69
【Table 4-10-1】含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物 v.s
新型聚氨酯- 壓克力共聚物之熱裂解溫度74
【Table 4-10-2】新型聚氨酯-壓克力共聚物Jeffamine–®D 2000
v.s Ethylenediamine之熱裂解溫度77
【Table 4-10-3】不同比例的新型聚氨酯-壓克力共聚物之熱裂解溫度80
【Table 4-10-4】添加不同壓克力樹脂的新型聚氨酯-壓克力共聚物
之熱裂解溫度83
圖目錄
【Fig 4-1-1】Diglycidylether of bisphenol-A (簡稱DGEBA)之
FT-IR光譜圖44
【Fig 4-1-2】(Bis-cyclic carbonate)之FT-IR光譜44
【Fig 4-1-3】DGEBA之H1-NMR光譜45
【Fig 4-1-4】(Bis-cyclic carbonate)之H1-NMR光譜46
【Fig 4-1-5】(Bis-cyclic carbonate)之C13-NMR光譜46
【Fig 4-2-1】羥基懸掛型胺基甲酸酯(Hydroxyl-PU)之FT-IR光譜47
【Fig 4-4-1】反應時間:60min、輸出功率:50W~300W,微波加熱合
成羥基懸掛型胺基甲酸酯於氮氣系統之TGA圖54
【Fig 4-4-2】反應時間:60min、輸出功率:50W~300W,微波加熱合
成羥基懸掛型胺基甲酸酯於氮氣系統之TGA一次微分圖54
【Fig 4-4-3】反應時間:30min、輸出功率:50W~300W,微波加熱合
成羥基懸掛型胺基甲酸酯於氮氣系統之TGA圖55
【Fig 4-4-4】反應時間:30min、輸出功率:50W~300W,微波加熱合
成羥基懸掛型胺基甲酸酯於氮氣系統之TGA一次微分圖55
【Fig 4-4-5】反應時間:15min、輸出功率:50W~300W,微波加熱合
成羥基懸掛型胺基甲酸酯於氮氣系統之TGA圖56
【Fig 4-5-6】反應時間:15min、輸出功率:50W~300W,微波加熱合
成羥基懸掛型胺基甲酸酯於氮氣系統之TGA一次微分圖56
【Fig 4-5-1】傳統v.s 微波加熱合成懸掛型胺基甲酸酯(Hydroxyl-PU)於氮氣系統之TGA圖59
【Fig 4-5-2】傳統v.s 微波加熱合成懸掛型胺基甲酸酯(Hydroxyl-PU)於氮氣系統之TGA一次微分圖59
【Fig 4-6-1】GMA單體之FT-IR光譜圖61
【Fig 4-6-2】MMA單體之FT-IR光譜圖61
【Fig 4-6-3】合成環氧基甲基丙烯酸酯共聚物反應前之FT-IR光譜圖
62
【Fig 4-6-4】合成環氧基甲基丙烯酸酯共聚物反應後之FT-IR光譜圖
62
【Fig 4-7-1】合成含環狀碳酸酯-環氧基甲基丙烯酸酯共聚物
之FT-IR光譜圖63
【Fig 4-8-1】聚醚雙胺Jeffamine–®D 2000之FT-IR光譜圖64
【Fig 4-8-2】新型聚胺酯-壓克力共聚物反應前之FT-IR光譜圖65
【Fig 4-8-3】新型聚胺酯-壓克力共聚物反應後之FT-IR光譜圖65
【Fig 4-8-4】乙二胺 Ethylenediamine之FT-IR光譜圖66
【Fig 4-8-5】新型聚胺酯-壓克力共聚物反應前之FT-IR光譜圖67
【Fig 4-8-6】新型聚胺酯-壓克力共聚物反應後之FT-IR光譜圖67
【Fig 4-10-1】共聚物於氮氣系統之TGA圖75
【Fig 4-10-2】共聚物於氮氣系統之一次微分TGA圖75
【Fig 4-10-3】不同比例的新型聚胺酯-壓克力共聚物於氮氣系統
之TGA圖78
【Fig 4-10-4】不同比例的新型聚胺酯-壓克力共聚物於氮氣系統
之一次微分TGA圖78
【Fig 4-10-5】不同比例的新型聚胺酯-壓克力共聚物於氮氣系統
之TGA圖81
【Fig 4-10-6】不同比例的新型聚胺酯-壓克力共聚物於氮氣系統
之一次微分TGA圖81
【Fig 4-10-7】添加不同壓克力樹脂的新型聚胺酯-壓克力共聚物
於氮氣系統之TGA圖84
【Fig 4-10-8】添加不同壓克力樹脂的新型聚胺酯-壓克力共聚物
於氮氣系統之一次微分TGA圖84
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論文使用權限
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