淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-0606200816285200
中文論文名稱 改質奈米二氧化矽與紫外光硬化型PU樹脂 之混成材料
英文論文名稱 Hybridization of Modified Nano-silica with UV-cured PU Resin
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 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 廖雅婷
研究生英文姓名 Ya-Ting Liao
學號 695160142
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-05-31
論文頁數 78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 二氧化矽 
英文關鍵字 Nanosilica  Hybrid  UV-PU  UV-curable  nanocomposite 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 本論文研究有機/無機奈米複合聚氨酯(PU)材料: 1. 二氧化矽奈米顆粒摻合紫外光硬化型PU薄膜;2. 二氧化矽奈米顆粒表面經甲基丙烯酸環氧丙酯(GMA)改質後,混成紫外光硬化型PU薄膜。藉由彼此相互對照,來探討二氧化矽奈米顆粒改質前後,在紫外光硬化型PU之分散情形,並觀察奈米二氧化矽奈米顆粒改質前後的差異。
針對有機/無機奈米複合PU材料的物理性質(如膠含量、吸水率、對水損失率、吸乙醇率、對乙醇損失率、接觸角及硬度)、熱性質(熱重分析與動態機械分析)、水蒸氣穿透率、可見光穿透率以及掃描式電子顯微鏡等,於本文中有詳細的討論。
由SEM結果證實,改質之二氧化矽奈米顆粒混成紫外光硬化型PU薄膜,奈米顆粒保持20 nm尺寸之分散,薄膜可見光穿透率維持90 %以上,具有優良的透光率,且各項性質較未改質之奈米二氧化矽為佳,未來期望以塗覆技術應用於抗反射玻璃,如面板或太陽能電磁等方面。
英文摘要 Organic/inorganic hybridized PU composites are obtained from the blending of nano-silica and UV-curable polyurethane (PU). The nano-silica has been modified by the incorporation of glycidyl methacrylate (GMA) and becoming UV-reactive nano-silica. The UV-curable PU composite systems with nano-silica and modified nano-silica and photo-initiator are carried out by UV-radiation, respectively. The UV-cured PU composites are evaluated by the measurements of physical, mechanical and thermal properties.
Furthermore, the SEM micrographs of these PU composites proved that the dispersion of that with modified nano-silica has better nano-silica dispersion than the original nano-silica. Other properties such as transparency, water vapor permeability, UV/visible absorbance are far better than that of the original nano-silica. The process of nano-silica/PU composite with modified nano-silica has the potential function of anti-reflection application for solar cell and LED panel.
論文目次 中文摘要 ……………………………………………………….. I
英文摘要 ……………………………………………………….. II
目 錄 ……………………………………………………….. III
圖表索引 ……………………………………………………….. VII

第一章、 序論 …………………………………………………..1
1-1 前言 ……………………………………………………… 1
1-2 研究動機 …………………………………………………2
第二章、 文獻回顧 …………………………………………….. 4
2-1 PU簡介 ……………………………………………………4
2-1-1 PU的基本材料 ……………………………………4
2-2 紫外光硬化型樹脂簡介 ……………………………………7
2-2-1 紫外光硬化型樹脂的組成 ………………………..7
2-2-2 紫外光硬化型樹脂的反應種類………………….. 10
2-2-3 紫外光硬化型樹脂的自由基光硬化系統……….. 10
2-2-4 紫外光硬化型樹脂的特性 ……………………...12
2-3 奈米材料簡介 ……………………………………………… 14
2-3-1 奈米材料之物理特性……………………………………14
2-3-2 奈米二氧化矽介紹 ……………………………… 16
2-3-3 奈米二氧化矽表面改質 ………………………… 16
2-3-4 奈米高分子複合材料 …………………………….. 19
第三章、 實驗 ………………………………………………….21
3-1 儀器 ………………………………………………………... 21
3-2 藥品 ………………………………………………………... 22
3-3 實驗步驟 ………………………………………………….23
3-3-1 紫外光硬化型PU製備 …………………………... 23
3-3-2 改質奈米二氧化矽之製備 ………………………..24
3-3-3 紫外光硬化型PU薄膜之製備 ………………….. 25
3-4 紅外線光譜鑑定 ………………………………………26
3-4-1 FT-IR光譜 ………………………………………… 26
3-4-2 FT-NMR光譜 ……………………………………... 26
3-5 物理性質測試 ……………………………………………… 27
3-5-1 固含量(Solid Content) …………………………27
3-5-2 膠含量(Gel Content) ………………………………. 27
3-5-3 吸水率(Water-Uptake %)與泡水損失率(Weight % Loss in
Water) ……………………………………………... 27
3-5-4 95%乙醇溶液浸泡吸收率(Ethanol-Uptake %)與泡乙醇損
失率(Weight % Loss in Ethanol) ………………… 28
3-5-5 硬度(Shore-a Hardness) ………………………….29
3-5-6 接觸角(Contact angle)…………………………….. 29
3-5-7 NCO %測定 ………………………………………. 30
3-6 熱性質測試 ………………………………………………31
3-6-1 熱重分析(Thermalgravimentric Analysis) ……….. 31
3-6-2 動態機械分析(Dynamic Mechanical Analysis)…... 32
3-7 水蒸氣穿透率(Water Vapor Transmission Rate)……… 33
3-8 紫外光/可見光光譜儀(UV-vis Spectrophotometer)…… 35
3-9 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)… 35
第四章、 結果與討論 ………………………………… 36
4-1 紅外線光譜鑑定 ………………………………… 36
4-1-1 紫外光硬化型PU ……………………………… 36
4-1-2 改質奈米二氧化矽 ……………………………… 37
4-2 物理性質 …………………………………………………41
4-2-1 膠含量 …………………………………………… 41
4-2-2 吸水率與泡水損失率 ………………………………… 41
4-2-3 吸乙醇率與泡乙醇損失率 ……………………… 42
4-2-4 硬度 ………………………………………………43
4-2-5 接觸角 …………………………………………… 43
4-3 熱性質 ……………………………………………… 46
4-3-1 熱重分析 ………………………………………… 46
4-3-2 動態機械性質分析 ……………………………… 53
4-4 水蒸氣穿透率 …………………………………………… 60
4-5 可見光穿透率 ……………………………………………. 61
4-6 掃描式電子顯微鏡 ………………………………………63
第五章、 結論 ……………………………………………74
第六章、 參考文獻 ……………………………………………76

圖 表 索 引

Scheme 2-1 芳香族異氰酸鹽之黃變機制 ………………………. 5
Scheme 2-2 異氰酸酯基之共振式 ……………………………...... 5
Scheme 2-3 異氰酸酯遇活性氫原子之反應 …………………… 5
Scheme 2-4 矽烷偶合劑改質二氧化矽表面 …………………… 17
Scheme 2-5 醇類改質二氧化矽表面 ……………………………. 18
Scheme 2-6 新穎的方法改質二氧化矽表面 …………………… 19
Scheme 3-1 紫外光硬化型PU之合成流程圖 …………………. 23
Scheme 3-2 含壓克力基之奈米二氧化矽之合成流程圖 ……….. 24

表3-1 改質之奈米二氧化矽與紫外光硬化型PU薄膜成分表 … 25
表3-2 奈米二氧化矽與紫外光硬化型PU薄膜成分表 ….... .... ... 26
表4-1 UV-PU、S系列以及A-S系列PU薄膜之物理性質 ......... 45
表4-2 UV-PU、S系列以及A-S系列PU薄膜於氮氣系統之熱裂解溫度
表 …...……….…………………………..…………..……… 52
表4-3 UV-PU、S系列以及A-S系列PU薄膜之最大儲能模數與玻璃
轉移溫度 ………………………………..…………..……... 59
表4-4 UV-PU、S系列以及A-S系列PU薄膜之水蒸氣穿透率 … 60
表4-5 UV-PU、S系列以及A-S系列PU薄膜於800 nm之光穿透率
………………………………..…………..…………………. 63

圖2-1 自由基光聚合反應之簡單反應機制圖 ……..………………. 11
圖2-2 硬脂酸改質二氧化矽表面 ……..………………………… 18
圖3-1 透水測量儀結構圖 ……..……………………………….… 34
圖3-2 透水測量儀內部圖 ……..…………………………………. 34
圖3-3 水蒸氣滲透過試片之示意圖 …...…..…………………… 34
圖3-4 透水測量儀工作原理圖 ………………...…………………. 35
圖4-1 PU預聚物與UV-PU之FT-IR光譜圖 ……………………. 38
圖4-2 SiO2、GMA 與 A-SiO2 之 FT-IR光譜圖 ………………. 39
圖4-3 A-SiO2與GMA之1H-NMR光譜圖 ……………………... 40
圖4-4 UV-PU與S系列PU薄膜於氮氣系統之熱重分析圖 ...... 48
圖4-5 UV-PU與A-S系列PU薄膜於氮氣系統之熱重分析圖 .... 49
圖4-6 UV-PU與S系列PU薄膜於氮氣系統之一次微分熱重分析圖
………………………………..…………..…………………. 50
圖4-7 UV-PU與A-S系列PU薄膜於氮氣系統之一次微分熱重分析圖
………………………………..…………..…………………. 51
圖4-8 UV-PU與 S系列PU薄膜之儲能模數對溫度作圖 ……… 55
圖4-9 UV-PU與A-S系列PU薄膜之儲能模數對溫度作圖 …... 56
圖4-10 UV-PU與S系列PU薄膜之Tan δ對溫度作圖 .………… 57
圖4-11 UV-PU與A-S系列PU薄膜之Tan δ對溫度作圖 .……... 58
圖4-12 UV-PU與S系列PU薄膜之可見光穿透率 .…….……… 62
圖4-13 UV-PU與A-S系列PU薄膜之可見光穿透率 …….…… 62
圖4-14 UV-PU薄膜剖面50000倍之SEM圖 …….……………. 65
圖4-15 UV-PU薄膜剖面100000倍之SEM圖 …….……………. 65
圖4-16 S-1【7 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 …….…….. 66
圖4-17 S-1【7 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 …….…….. 66
圖4-18 S-2【28 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 …….…….. 67
圖4-19 S-2【28 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 …….…….. 67
圖4-20 S-3【49 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 …….…….. 68
圖4-21 S-3【49 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 …….…….. 68
圖4-22 S-4【70 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 …….…….. 69
圖4-23 S-4【70 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 .…….…….. 69
圖4-24 A-S-1【10 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 .………… 70
圖4-25 A-S-1【10 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 .……….. 70
圖4-26 A-S-2【40 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 ..………... 71
圖4-27 A-S-2【40 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 ……….. 71
圖4-28 A-S-3【70 phr】薄膜剖面50000倍之SEM圖 …………. 72
圖4-29 A-S-3【70 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 ……….. 72
圖4-30 A-S-4【100 phr】薄膜剖面10000倍之SEM圖 ……….. 73
圖4-31 A-S-4【100 phr】薄膜剖面100000倍之SEM圖 ……… 73
參考文獻 1. Chen, Y. C.; Zhou, S. X.; Yang, H. H.;Gu, G. G.; Wu, L. M., J. Colloid Interface sci, 2004, 279, 370-378
2. 許智淵,私立中原大學化學工程學系碩士學位論文,2004
3. 陳偉倫,國立清華大學化學工程研究所碩士論文, 2004
4. Liu, Y. L.; Hsu, C. Y.; Wang, M. L.; Chen, H. S., Nanotechnology, 2003, 14, 813-819
5. Yua,Y. Y.; Chena,C. Y.; Chen,W. C., Polymer, 2003, 44, 593-601
6. 張豐志,應用高分子手冊,五南圖書出版社,2003
7. Liu,Y. L.; Hsu,C. Y.; Hsu, K. Y., Polymer, 2005, 46,1851-1856
8. G.Oertel, 〝Polyurethane Handbook〞, Hanser Publisher, Munich Vienna, New York, 1985
9. Chen, G. N.; Chen, K. N., J. Appl. Polym. Sci., 1999, 71, 903
10. Long, H. J.; Chen, G. N.; Chen,K. N., Adv. Eng. Materials, 1999, 2,114
11. C. S. Schollenberger, and F. D. Stewart,〝Advances in urethane Science and Technology〞Ed. K. C.Frisch, and S.L. Reegen, 1973, 2
12. C. Hepburn,〝Polyurethane Eastomers〞, Applied Science, London, 1982
13. Clough, S. B.; Schneider, N. S., J. of Macromolecules, Sci. Phys., 1968, B2(4), 553
14.
Nissen, D.; Markovs, R. A., J.of Elastomers and Platics, 1983, 15, 196
15. Ttyagi, D.; Armistead, J. P.; Wilkes, G. L .; Lee, B.; Mcgrath, J. E.,〝Polmer Preprints〞, 1985, 26, 12
16. Britain, J. W.; Gemeinhardt, P. G., J. Appl. Polym. Sci., 1960, 4, 207
17. C. G. Roffey, Photopolymerization of Surface Coating, John Wiely and Son, 1982, p.161
18. Norman S. Allen, Development in Polymer Photochemistry, Applied Science Publisher, 1982
19. 葉金泉,國立成功大學化學工程研究所碩士論文,1986
20. R. Holman and P. Oldring, UV&EB Curing Formulation for Printing Inks Costings & Paints, Selective Industrial Training Associates Limited, U.K. 1988, p.14
21. 張立德、張勁燕,奈米材料,五南圖書出版股份有限公司,2002,p. 63-73.
22. 徐國財、張立德,奈米複合材料,五南圖書出版股份有限公司,2004,p. 2-16.
23. S. H. Ahu, S. H. Kim, S. G. Lee, Journal of Applied Polymer Science, 2004, 94 , p. 812-818.
24. T. Jesionowski, A. Krysztafkiewicz, Applied Surface Science, 2001, 172, p. 18-32.
25. J. Lin, J. A. Siddiqui, R. M. Ottenbrite, Polymers for Advanced Technologies, 2001, 12, p. 285-292.
26. Q. Liu, J. Ding, D. E. Chambers, S. Debnath, S. L. Wunder, G. R. Baran, Journal ofBiomedical Material Research Part A, 2001, 57 , p. 384-393.
27.
J. H. Ohaver, J. H. Harwell, L. R. Evans, W. H. Waddell, Journal of Applied PolymerScience, 1996, 59 , p. 1427-1432.
28. M. Fuji, T. Takei, T. Watanabe, M. Chikazawa, Colloids and Surface A: Physicochemicaland Engineering Aspects, 1999, 154 , p. 13-24.
29. M. W. Lee, X. Hu, L. Li, K. C. Tam, Composites Science and Technology, 2003, 63 , p. 339-346.
30. C. M. Liauw, G. C. Lees, S. J. Hurst, R. N. Rothon, S. Ali, Composites Part A, 1998, 29A , p. 1313-1321.
31. 賴炎暉,國立中山大學材料科學研究所碩士論文,2006
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