淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-0807200515122600
中文論文名稱 溶膠-凝膠法製備環氧樹脂/聚矽氧烷之混成材料研究
英文論文名稱 Epoxy/Polysiloxane Hybridized Materials via a Sol-Gel Process
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 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 陳俊男
研究生英文姓名 Chun-Nan Chen
學號 692170953
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-02
論文頁數 88頁
口試委員 指導教授-陳幹男
委員-林秋助
委員-黃繼遠
中文關鍵字 環氧樹脂  溶膠-凝膠法  有機/無機複合材料 
英文關鍵字 Epoxy resin  Sol-Gel  Organic/Inorganic composite 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 一般的有機材料熱穩定性與硬度等物理化學性質有程度上的限制,而無機材料的延展性差且成本昂貴,如果能將有機與無機材料均勻混合,使兩者能達到互補的效果,將材料複合使得具備有機/無機材料的優點,即可廣泛的應用在各產業上。
本研究是以環氧樹脂(Epoxy resin)為基礎,與末端氫氧基的聚二甲基矽氧烷(OH-terminiated PDMS)、四乙氧基矽烷(TEOS)以及末端雙鍵的聚二甲基矽氧烷,分別以溶膠凝膠法以及紫外光硬化法進行聚合反應。所合成的產物分別以FT-IR光譜確定開環反應成功,以TGA、DSC來探討聚合物的熱性質。以膠含量來測試混成材料的架橋程度及對水與乙醇的吸收損失率測試作為材料的物理性質探討。最後以SEM來觀察奈米粒子的大小,以及相態分布狀況,綜合比較各系列在混成的效率以及表現。
英文摘要 The Organic-Inorganic hybrid materials, become to promise new applications in many fields, such as mechanics,optics, electronics and biology. In order to prepare hybrid
materials with the size of inorganic particle on the nano scale, we use the developed method to synthesize the Eopxy/PDMS and Eopxy/TEOS hybrid materials.
In this study, we specially via Sol-Gel Process Triethoxy silane terminated on epoxy resins (TESEP) were synthesized by a ring-opening reaction of epoxy resin with 3-aminopropyl triethoxysilane. In sol-gel process
treatment, TESEP reacted with the hydroxyl terminated PDMS to obtain the organic/inorganic hybridized materials. The morphology of these hybridized materials was investigated by a scanning electronic microscopy (SEM) and thermal properties was measured by a thermogravimetric analyzer (TGA)
論文目次 總目錄

中文摘要………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………Ⅱ
圖目錄…………………………………………Ⅴ
表目錄…………………………………………Ⅷ

第一章 緒論

前言………………………………………………………1

第二章 文獻回顧簡介

2-1環氧樹脂發展…………………………………………3
2-2有機無機混成奈米複合材料…………………………5
2-3二甲基矽氧烷以及含矽氧烷環氧樹脂………………7
2-4 溶膠凝膠法(Sol-Gel process) ……………………9

第三章 研究動機…………………………………………10

第四章 實驗部分

4-1藥品試劑………………………………………………12
4-2儀器裝置………………………………………………14
4-3環氧樹脂環氧當量測定法(EEW: equivalent epoxy weight)………………………………………………………………15
4-4 Epoxy-APTES(EPAES)的合成………………………17
4-5 由溶膠凝膠法合成……………………………………19
4-6自由基硬化型環氧樹脂之合成(UV-Epoxy的合成)……21
4-7 自由基硬化型環氧樹脂與末端雙鍵之聚矽氧烷合成……………………………………………………………23
4-8薄膜的製備………………………………………………24
4-9 材料性質測試方法……………………………………24

第五章 結果討論

5-1濕氣硬化型環氧樹脂與3-胺丙基三甲氧基矽之合成…29

5-2自由基硬化型環氧樹脂之合成…………………………29

5-3膠含量乙醇與水的吸收損失率以及硬度等性質的探討…30

5-4熱重分析(Thermal Gravity Analysis, TGA)…………39

5-5微差掃描熱卡儀測試(Differential Scanning Calorimeter DSC)………………………………………………………………43

5-6掃描式電子顯微鏡[Scanning electronic microscopy(SEM)……………………………………………………………………44

第六章 結論………………………………………………………47

第七章 參考文獻…………………………………………………48



圖目錄

SchemeⅠ EPAES的合成流程圖…………………………………18

SchemeⅡ 環氧樹脂/PDMS複合材料合成流程圖 ………………19

SchemeⅢ 環氧樹脂/四乙氧基矽烷複合流程圖………………20

SchemeⅣ 自由基硬化型環氧樹脂的合成………………………22

SchemeⅤ 環氧樹脂與末端雙鍵之聚矽氧烷合成流程圖………23

Figure 2-1 Matsukawa和Hasegawa所研究的含矽環氧樹脂……8

Figure 2-2 S. S. LEE與S. C. KIM所使用的環氧樹脂………8

Figure 2-3 矽烷氧化合物之水解縮合反應……………………9

Figure 4-1 接觸角測量示意圖…………………………………28


Figure 4-2 環氧樹脂寡聚合物之FT-IR光譜圖………………53

Figure 4-3 APTES開環之FT-IR光譜圖………………………54

Figure 4-4 自由基硬化型環氧樹脂之FT-IR光譜圖…………55

Figure 4-5 APTES之FT-IR光譜圖………………………………56

Figure 4-6聚二甲基矽氧烷寡聚物之FT-IR光譜圖……………57

Figure 5-1 無酸催化情況下膠含量表現………………………31

Figure 5-2 有添加HCl 0.1N催化之膠含量……………………32

Figure 5-3 TEOS/Epoxy混成之膠含量………………………33
Figure 5-4 vinyl PDMS/Epoxy混成之膠含量………………34

Figure 5-5 PDMS/Epoxy於氮氣條件之熱重分析圖…………58

Figure 5-6 PDMS/Epoxy混成於氮氣條件之重量損失微分曲線圖…………………………………………………………………59

Figure 5-7 TEOS/Epoxy於氮氣條件之熱重分析圖…………60

Figure 5-8 TEOS/Epoxy於氮氣條件之重量損失微分曲線圖…………………………………………………………………61

Figure 5-9 vinyl PDMS/Epoxy於氮氣條件之熱重分析圖…………………………………………………………………62

Figure 5-10 vinyl PDMS/Epoxy於氮氣條件之重量損失微分曲線圖…………………………………………………………………63

Figure 5-11 PDMS/Epoxy於空氣條件之熱重分析圖………64

Figure 5-12 PDMS/Epoxy於空氣條件之重量損失微分曲線圖…………………………………………………………………65

Figure 5-13 TEOS/Epoxy於空氣條件之熱重分析圖………66

Figure 5-14 TEOS/Epoxy於空氣條件之重量損失微分曲線圖…………………………………………………………………67

Figure 5-15 vinyl PDMS/Epoxy於空氣條件之熱重分析圖…………………………………………………………………68

Figure 5-16 vinyl PDMS/Epoxy於空氣條件之重量損失微分曲線圖…………………………………………………………………69

Figure 5-17 PDMS/Epoxy與vinyl/PDMS熱重分析比較圖…………………………………………………………………70

Figure 5-18 三系列之熱重分析圖…………………………71

Figure 5-19 PDMS/Epoxy以10℃/min升溫速率之DSC圖…………………………………………………………………72

Figure 5-20 PDMS/Epoxy以20℃/min升溫速率之DSC圖……73

Figure 5-21 Epoxy-APTES反應聚合SEM圖……………………74

Figure 5-22 PDMS/Epoxy 之SEM圖……………………………75

Figure 5-23 酸催化反應後PDMS/Epoxy=1.5 之SEM圖………76

Figure 5-24 酸催化反應後PDMS/Epoxy=2之SEM圖……………77

Figure 5-25 酸催化反應後PDMS/Epoxy=3之SEM圖……………78

Figure 5-26 TEOS/Epoxy=0.3之 SEM圖………………………79

Figure 5-27 TEOS/Epoxy=1之 SEM圖…………………………80

Figure 5-28 TEOS/Epoxy=1.5之SEM圖…………………………81

Figure 5-29 TEOS/Epoxy=1.5之SEM圖(200k)…………………82

Figure 5-30 TEOS/Epoxy=2 SEM圖……………………………83

Figure 5-31 TEOS/Epoxy=3 SEM圖……………………………84

Figure 5-32 TEOS/Epoxy=3 SEM圖(50K)………………………85

Figure 5-33 紫外光硬化型環氧樹脂SEM圖……………………86

Figure 5-34 vinyl PDMS/Epoxy = 1phr之 SEM圖……………87

Figure 5-35 vinyl PDMS/Epoxy = 20phr之 SEM圖……………88


表目錄

表5-1 PDMS/Epoxy,TEOS/Epoxy之膠含量……………………30

表5-2 vinyl PDMS/Epoxy之膠含量……………………………30

表5-3 三系列對乙醇/水的吸收損失率…………………………35

表5-4 PDMS/Epoxy在有無催化反應下之對乙醇/水吸收損失率……………………………………………………………………36

表5-5 添加PDMS與TEOS兩系列的對乙醇/水的吸收損失率……………………………………………………………………37

表5-6 vinyl PDMS/Epoxy之接觸角………………………………38

表5-7 PDMS/Epoxy與TEOS/Epoxy之硬度…………………………39

表5-8 Vinyl PDMS/Epoxy之硬度…………………………………39
參考文獻 1. 蘇品書編撰,「超微粒子理論與應用」,復漢出版社,(1990)

2. 陳致源,陳永志,陳姿秀,化工技術 ,86期 p166-176 ,
(2000)

3.牟中原(台灣大學化學系),陳家俊(台灣師範大學化學系),「奈米材料研究發展」,科學發展月刊,第28卷 第四期

4. 賴耿陽編著,「環氧樹脂應用實務」,復漢出版社,(1999)

5. 陳博正,「具防蝕功能含磷酸混成樹脂之研製」,淡江大學,碩
士論文,(2002)

6. 李元智,「以溶膠-凝膠法製備紫外光硬化型奈米複合材料」,
淡江大學,碩士論文,(2001)

7.呂信賢,「矽橡膠複合材料經高溫/高壓後之表面及內層化學成分
分析」,中山大學,碩士論文,(2001)

8. 林育樂,「由溶膠-凝膠技術製備新型有機-無機混成封裝材
料」,中興大學,(2002)

9. K. Matsukawa, K. Hasegawa., J. Polym. Sci. Part A 30,
2045 (1992)

10. S. S. Lee, S. C. Kim, J. Appl. Polym. Sci. 69, 1291-
1300 (1998)

11.江健銘,「溶膠-凝膠法混成複合材料在骨水泥之應用」,台灣
科技大學,碩士論文,(1999)

12. Wesley Wm. Wendlandt 原著 陳道達 譯,「熱分析」渤海堂文
化公司(1992)

13.賴建志,「PU改質和架橋反應探討」,淡江大學,博士論文,
(2004)

14.莊絢仁,「含矽氧烷與亞醯胺之環氧樹脂與含矽氧烷之雙酸酐交
聯產物特性研究」,交通大學,碩士論文

15. Cesar R. Silva and Claudio Airoldi, JOURNAL OF COLLOID
AND INTERFACE SCIENCE 195, 381–387 (1997)

16. D.-M. LIU and I-W. CHEN, Acta mater 47, 18, 4535-4544,
(1999)

17. Chuan Shao Wu, Ying Ling Liu, Yie Shun Chiu, Polymer
43,4277-4284, (2002)

18. Z.H. Huand, K. Y Qiu, Polymer38, 521(1996)

19. P. Hajji, L David, J. Polym. Sci. B: Polym. Phsic 37,
3172(1999)

20. Z. K. Zhu, Y. Yang, J. Appl. Polym. Sci. 73, 2997
(1999)

21. Eli. Ruckenstein, W. Yin, J. Appl. Polym. Sci. 38, 1443
(2000)

22. K. D. Suh, I. S. Oh, J. Appl. Polym. Sci. 76, 133
(2000)

23. Z. S. Petrovic, Ivan Javni, J. Appl. Polym. Sci. 76,
133 (2000)

24. Y. G. Hsu, J. Appl. Polym. Sci 78, 1179 (2000)

25. M. -F. Tsai, Y. –D. Lee, K. –N. Chen, J. Appl.
Polym. Sci. 86, 468(2002)

26. T. –W. Chen, J. –T. Yeh, K. –N. Chen, Y. S. Lin,
U.S. Patent 6, 291, 554 (2001)

27. Yoshio Kobayashi, Miguel A. Correa-Duarte, and Luis
M.Liz-Marza´n, Langmuir 17, 6375-6379(2001)

28. Tsung-Han Ho , Chun-Shan Wang, European Polymer
Journal 37 267-274, (2001)

29. Baochun Guo, Demin Jia, Changgeng Cai, European
Polymer Journal 40, 1743–1748, (2004)

30. S. Oulad Hammouch, G. J. Beinert and J. E. Herz,
Polymer 37, 15,3353-3360 (1996)

31. Po-Hou Sung, Chien-Yang Lin, Eur. Polym. J. 33, 6, 903-
906(1997)

32. Tah Jou Horng, Eamor M. Woo, Polymer 39, 17, 4115-2122
(1998)

33. Delana A. Nivens, Yunke Zhang, S. Michael Angel,
Analytica Chimica Acta 376, 235-245 (1998)

34. P. Bosch, F. Del Monte, J. Mateo, and D. Levy, J.
Polym. Sci: Part A Polymer Chemistry 34, 3289-3296
(1996)

35. A. Kowalewska, W. A. Stan´ czyk, Chem. Mater.15, 2991-
2997(2003)

36. P. Hajji, L. David, J. F. Gerard, J. P. Pascault, G.
vigier, J. Polym. Sci.: Part B: Polymer Physics 37,
3172–3187(1999)

37. Ritva Lindberg, Johan Sjoblom, Goran Sundholm,
Colloids and Surface A: Physicochemical and
Engineering Aspect 99, 79-88 (1995)

38. Tomohiko Yoshioka, Kanji Tsuru, Satoshi Hayakawa,
Akiyoshi Osaka, Biomaterials 24, 2889–28 (2003)

39. Yan Zhu, Duo-xian Sun, J. App. Polym. Sci 92, 2013–
2016 (2004)

40. Jyh-Ping Chen, Wei-Shin Lin, Enzyme and Microbial
Technology 32, 801–811 (2003)

41. Stephen E. Rankin, Christopher W. Macosko, and Alon V.
McCormick, AIChE Journal 44, 5 1141-1156 (1998)

42. Fabio L. Barcia, Thiago P. Amaral, Bluma G. Soares,
Polymer 44 5811–5819 (2003)

43. O. Harizanov1 , A. Harizanova, Solar Energy Materials
& Solar Cells 63, 185-195 (2000)

44. Kiyoharu Tadanaga, Hiroshi Yoshida, Journal of Sol-Gel
Science and Technology 31, 365–368 (2004)

45. T. P. Skourlis, R. L. Mccullough, J. Appl. Polym. Sci.
62, 481-490(1996)

46. Zhi Hwa Huang, Kun Yuan Qiu, Polymer 38, 3, 521-526
(1997)

47. Douglas A. Skoog, F .James Holler, Timothy A. Nieman,
Principles of Instrumental Analysis, fifth edition,
Harcourt College Publishers (1998)

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