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系統識別號 U0002-1308200701151200
中文論文名稱 壓克力-奈米金與環氧樹脂壓克力-奈米金奈米複合材料 之製備與性質研究
英文論文名稱 Preparation and Properties of Acrylate-Nanogold and Epoxy Acrylate-Nanogold Nanocomposites
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 陳霈桓
研究生英文姓名 Pei Huan Chen
學號 693361395
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-07-19
論文頁數 115頁
口試委員 指導教授-張朝欽
委員-張正良
委員-楊昌中
委員-張雍
委員-賴偉淇
中文關鍵字 奈米金  環氧樹脂壓克力  壓克力  高分子-奈米金奈米複合材料 
英文關鍵字 nanogold  Epoxy Acrylate  methyl methacrylate  polymer-nanogold  nanocomposites 
學科別分類
中文摘要 本研究分為兩部份,第一部份為以化學還原法製備含有羥基包覆的奈米金 (AuMUD),使其外層具有-OH官能基,然後將AuMUD以不同重量百分比例掺入環氧丙烯酸酯中,使-OH基與C=O形成氫鍵,製成薄膜及厚膜。第二部份的研究為利用化學還原法製備出由MPS包覆的奈米金粒子(AuMPS),再與poly(MMA-co-MSMA)作鍵結,並加入適量的水催化水解縮合反應,合成出具有共價鍵結的聚甲基丙烯酸酯-奈米金奈米複合材料。研究中並探討奈米金粒徑大小與比例對聚甲基丙烯酸酯-奈米金複合材料各種性質之影響。
本研究的獨特點為利用高分子與奈米金間的化學鍵結,製備固態的高分子-奈米金奈米複合材料或薄膜,提升奈米金在奈米複合材料或薄膜中的含量,並討論奈米金對於高分子結構與性質的影響,以增進其應用範圍。在研究中發現在AuMUD/Epoxy Acrylate奈米複合薄膜中,奈米金含量0.01 wt%時可得到優良的奈米金在基材分散性、最高熱裂解溫度、良好的疏水性以及硬度。在AuMPS/MMS奈米複合薄膜中,奈米金含量0.1 wt% (Au : MPS = 1 : 5)時,具有良好的奈米金在基材中的分散性、最高熱裂解溫度、高折射率以及良好之硬度。
英文摘要 This research divides into two parts. The first part is the preparation of MUD coated nanogold (AuMUD) and its blend with epoxy acrylate. AuMUD have OH furetion groups on the particle surface. Thus, the hydrogen bond was formed with the C=O groups of epoxy acrylate. The second part is the preparation of MPS coated nanogold (AuMPS) and its nanocomposites with poly(MMA-co-MSMA). The covalent bond between AuMPS and the copolymer was formed by the hydrolysis and condensation reactions with suitable water as the catalyst. The effects of AuMPS size on the properties of the nanocomposites was also studied in this study.
The unique of this study are the preparation of the solid polymer-nanogold nanocomposites and thin films by the chemical bonding between the polymers and nanogold in order to increase the contain of nanogold in the nanocomposite or thin film and the effects of nanogold on the structures and properties of the polymers in order to increase the application range. From the research results, the AuMUD/epoxy acrylate nanocomposite with 0.01 wt% nanogold has the best dispersion of the nanogold in the matrix, the highest thermal decomposition temperature, and better hydrophobic ability and hardness. The AuMPS/acrylic nanocomposite with 0.1 wt% nanogold(Au:MPS = 1:5) has the best dispersion of the nanogold in the matrix, the highest thermal decomposition temperature, and better hydrophobic ability and hardness.
論文目次 目錄
中文摘要 .........................I
英文摘要.........................II
目錄...........................III
表目錄 .........................VI
圖目錄 .........................VIII


第一章 序論
1.1 前言 ........................1
1.2 有機-無機奈米複合材料................6
1.3 研究目的 ......................7
第二章 文獻回顧
2.1 奈米金 .......................9
2.1.1 奈米金的性質與應用...............9
2.1.2 奈米金製備方法 ................11
2.1.3 奈米金光學吸收特性 ..............18
2.2 奈米金-高分子複合材料................21
2.3 環氧壓克力樹脂與壓克力高分子............34
第三章 實驗材料與研究方法
3.1 實驗藥品......................40
3.1.1 奈米金製備藥品................40
3.1.2 製備高分子藥品................42
3.2 實驗步驟......................43
3.2.1 AuMUD奈米金製備..............44
3.2.2 AuMUD/Epoxy Acrylate 薄膜製備 ........46
3.2.3 AuMPS奈米金製備 ..............48
3.2.4 MMA-co-MSMA合成 .............50
3.2.5 AuMPS/MMA-co-MSMA 複合材料製備 .....52
3.3 材料性質分析與測試條件 ..............55
3.3.1 結構鑑定...................55
3.3.2 性質分析...................57
第四章 結果與討論
4.1 奈米金結構分析...................61
4.1.1 粒徑分析 ...................61
4.1.2 光譜分析 ...................64
4.1.3 SEM分析 ..................67
4.1.4 XRD分析 ..................70
4.1.5 熱性質分析 ..................71
4.2 環氧樹脂壓克力-奈米金複合材料結構與性質分析.....73
4.2.1 SEM分析 ..................73
4.2.2 熱性質分析 ..................79
4.2.3 折射率分析 ..................81
4.2.4 接觸角數值分析 ................81
4.2.5 鉛筆硬度數值分析 ...............82
4.3 壓克力-奈米金奈米複合材料結構分析..........83
4.3.1 分子量分析 ..................83
4.3.2 光譜分析 ...................83
4.3.3 SEM分析 ..................90
4.3.4 XRD分析 ..................97
4.4 壓克力-奈米金奈米複合材料性質分析..........98
4.4.1 熱性質分析 ..................98
4.4.2 折射率分析..................101
4.4.3 鉛筆硬度數值分析...............102
第五章 結論 .......................103
第六章 未來研究方向 ...................104
參考文獻.........................105
附錄...........................110
表目錄
表1-1、臺灣奈米科技產業化技術研發之項目..........5
表2-1、一些具代表性的製備奈米金方法 ...........13
表2-2、不同粒徑奈米金溶液顏色變化 ............17
表2-3、紫外光硬化樹脂材料成份及功能 ...........36
表2-4、兩種光起始劑類型之比較 ..............37
表2-5、寡聚合體的種類與特性 ...............38
表3-1、Epoxy Acrylate添加不同Au wt%之樣品代號.......46
表3-2、MMS添加不同Au wt%之樣品代號...........52
表4-1、AuMUD及AuMPS的粒徑大小及分佈..........62
表4-2、MUD及AuMUD的TGA數值列表 ...........71
表4-3、Epoxy Acrylate中混掺不同重量百分比Au之TGA數值列表 ........................80
表4-4、Epoxy Acrylate中混掺不同重量百分比Au之折射率及厚度 ........................81
表4-5、Epoxy Acrylate中混掺不同重量百分比Au之接觸角與硬度數值列表 .......................82
表4-6、MMS主要官能基吸收峰位置.............84
表4-7、添加不同比例奈米金AuMPS/MMS之TGA數值列表 ...99
表4-8、在MMS中加入不同百分比Au wt%薄膜之折射率與硬度數值列表.........................101























圖目錄
圖2-1、奈米金觸媒連接器 .................11
圖2-2、檸檬酸鈉將金鹽還原成奈米金的反應機制 .......14
圖2-3、兩相法製備奈米金的反應機制 ............15
圖2-4、羥基及矽烷氧基包覆奈米金之反應機制 ........16
圖2-5、PS-Au散佈在PS基材之UV吸收光譜圖.........19
圖2-6、能隙能量隨著粒徑的減小而增加 ...........20
圖2-7、硫醇端基的聚苯乙烯與聚乙二醇製備的高分子包覆奈米金的顆粒粒徑與分佈情形 ................22
圖2-8、高倍數TEM觀察 C14-SH包覆奈米金的幾何形狀.....23
圖2-9、奈米金上接枝PS構造示意圖 .............23
圖2-10、高分子包覆在奈米金核上體積幾何示意圖.......24
圖2-11、奈米金核隨厚度增加與空孔體積所佔分率關係圖....25
圖2-12、高分子包覆奈米金之TEM圖.............25
圖2-13、高分子包覆奈米金之TEM圖形............26
圖2-14、不同分子量高分子包覆奈米金與硫醇和金鹽比例,兩者對尺寸的影響關係圖..................27
圖2-15、奈米顆粒core-shell電子密度剖面圖..........28
圖2-16、PS125-Au /PS760之溫度對奈米顆粒分散的影響......29
圖2-17、PS19-Au在不同分子量之PS基材之分佈狀態 ......30
圖2-18、pH值對於DMAP-Au穩定性的影響 ..........31
圖2-19、pH值對於DMAP-Au聚集程度的影響 .........31
圖2-20、經過配位基置換,包覆高分子的奈米金........32
圖2-21、不同分子量之poly(oxypropylene)diamines包覆奈米金對粒徑之影響......................33
圖2-22、不同分子量之poly(oxypropylene)diamines包覆奈米金之XRD繞射平面圖....................33
圖2-23、在金鹽水溶液加入10 wt% EO37PO56EO37後加熱之TEM圖.34
圖2-24、環氧丙烯酸酯之化學反應式.............35
圖2-25、合成poly(MMA-co-MSMA) 反應式..........39
圖3-1、AuMUD奈米金之製備流程..............45
圖3-2、AuMUD/Epoxy Acrylate 薄膜製備流程.........47
圖3-3、AuMPS奈米金之製備流程 ..............49
圖3-4、MMA-co-MSMA 合成之製備流程...........51
圖3-5、AuMPS/MMS複合材料製備流程 ...........54
圖4-1、經過真空烘乾的AuMUD,再分散於乙醇中之粒徑分佈..62
圖4-2、將反應完畢之AuMPS溶液稀釋,分散於四氫呋喃中之粒徑分佈 ........................63
圖4-3、將反應完畢之AuMPS溶液稀釋,分散於四氫呋喃中之粒徑分佈 ........................63
圖4-4、AuMUD之FT-IR圖 .................64
圖4-5、奈米金製備後UV吸收光譜圖.............65
圖4-6、AuMPS奈米金製備後,分散在四氫呋喃之UV-Vis吸收光譜圖
..........................66
圖4-7、最初製備好的AuMUD,分散在THF中之SEM圖.....67
圖4-8、最初製備好的AuMPS分散於四氫呋喃,稀釋到10-6 M,滴在矽晶圓片上烘乾後之SEM圖(Au : MPS = 1 : 1) ......68
圖4-9、最初製備好的AuMPS分散於四氫呋喃,稀釋到10-6 M,滴在矽晶圓片上烘乾後之SEM圖(Au : MPS = 1 : 5) .......69
圖4-10、AuMUD之XRD圖 .................70
圖4-11、AuMUD之TGA圖 .................71
圖4-12、AuMUD之DSC圖 .................72
圖4-13、添加Au 0.01 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate薄膜表面SEM圖.........................74

圖4-14、添加Au 0.01 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate厚膜截面SEM圖.........................74
圖4-15、添加Au 0.1 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate薄膜表面SEM圖.........................75
圖4-16、添加Au 0.1 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate厚膜截面SEM圖.........................75
圖4-17、純Epoxy Acrylate厚膜表面SEM圖...........76
圖4-18、添加Au 0.01 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate厚膜表面SEM圖.........................77
圖4-19、添加Au 0.05 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate厚膜表面SEM圖.........................77
圖4-20、添加Au 0.1 wt%之AuMUD/Epoxy Acrylate厚膜表面SEM圖.........................78
圖4-21、Epoxy Acrylate中混掺不同重量百分比Au之TGA圖 ...80
圖4-22、經水解縮合之MMS及加入不同比例奈米金 (Au : MPS = 1 : 1)之MMS的IR吸收光譜圖比較 .............85
圖4-23、經水解縮合之MMS及加入不同比例奈米金 ( Au : MPS = 1 : 5)之MMS的IR吸收光譜圖比較 .............86

圖4-24、經水解縮合之MMS及加入不同比例奈米金 (Au : MPS = 1 : 1)之MMS的IR光譜圖C=O吸收位置比較 .........88
圖4-25、經水解縮合之MMS及加入不同比例奈米金 (Au : MPS = 1 : 5)之MMS的IR光譜圖C=O吸收位置比較 .........88
圖4-26、經水解縮合之MMS及加入不同比例奈米金之MMS的UV吸收光譜圖 (Au : MPS = 1 : 1) ..............89
圖4-27、經水解縮合之MMS及加入不同比例奈米金之MMS的UV吸收光譜圖 (Au : MPS = 1 : 5) ..............90
圖4-28、 純MMS厚膜表面SEM圖..............92
圖4-29、 添加Au重量百分比 0.1 wt%之AuMPS/MMS厚膜表面SEM圖.........................92
圖4-30、 添加Au重量百分比 0.3 wt%之AuMPS/MMS厚膜表面SEM圖.........................93
圖4-31、 添加Au重量百分比1.0 wt%之AuMPS/MMS厚膜表面SEM圖(Au : MPS = 1 : 1,放大倍率十萬倍)...........93
圖4-32、 添加Au重量百分比1.0 wt%之AuMPS/MMS厚膜表面SEM圖(Au : MPS = 1 : 5,放大倍率十萬倍)...........94
圖4-33、 添加Au重量百分比0.1 wt%之AuMPS/MMS厚膜截面SEM圖(Au : MPS =1 : 1,放大倍率三千倍)..........94
圖4-34、 添加Au重量百分比0.1 wt%之AuMPS/MMS厚膜截面SEM圖
(Au : MPS =1 : 1,放大倍率十萬倍)..........95
圖4-35、添加Au重量百分比0.3 wt%之AuMPS/MMS厚膜截面SEM圖(Au : MPS =1 : 1,放大倍率十萬倍)..........95
圖4-36、添加Au重量百分比1.0 wt%之AuMPS/MMS厚膜截面SEM圖(Au : MPS =1 : 1,放大倍率十萬倍)..........96
圖4-37、添加Au重量百分比1.0 wt%之AuMPS/MMS厚膜截面SEM圖(Au : MPS =1 : 5,放大倍率十萬倍)..........96
圖4-38、AuMPS/MMS之XRD圖...............97
圖4-39、不同比例AuMPS/MMS之TGA圖 ( Au : MPS = 1 : 1 ) ..99
圖4-40、不同比例AuMPS/MMS之TGA圖 ( Au : MPS = 1 : 5 ) ..100











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