淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-1706201518121800
中文論文名稱 紫外光硬化型親水性水性PU奈米複合材料混成應用於透濕性聚酯織物處理
英文論文名稱 UV-Curable Hydrophilic Aqueous-base PU Nano-composites for wettable PET Textile Treatment
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 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 張育豪
研究生英文姓名 Yu-Hao Chang
學號 602160383
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-05-30
論文頁數 123頁
口試委員 指導教授-陳幹男
共同指導教授-林孟山
委員-葉正濤
委員-黃繼遠
中文關鍵字 親水性  紫外光交聯法  水性 
英文關鍵字 Hydrophilic  UV-Curable  Aqueous-base 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 本論文首先以聚乙二醇(Polyethylene glycols-2000,PEG-2000)、2,2-二羥甲基丙酸(Dimethylol propanic Acid,DMPA)、異佛酮二異氰酸酯 ( Isophorone diisocyanate,IPDI )合成以NCO為末端之親水性PU寡聚物,並加入3-(丙烯醯基氧基)-2-羥基丙基甲基丙烯酸酯(3-acryloyloxy-2-hydroxypropyl Methacrylate
,AHM)形成紫外光硬化型寡聚物。以TEA中和DMPA所提供之COOH並分散至水相中,再加入奈米二氧化矽/二氧化鈦粒子,形成紫外光硬化型親水性水性PU樹脂。此水性PU可進行常溫架橋(以TMPTA-AZ進行開環反應)和紫外光架橋(添加光起始劑和反應稀釋劑進行紫外光交聯硬化反應)。將織物含浸塗佈於紫外光硬化型親水性水性PU樹脂,再經紫外光硬化處理乾燥,其中有兩個架橋反應:1.COOH與TMPTA-AZ進行開環反應2.末端為雙鍵之PU與活性稀釋劑進行紫外光硬化交聯反應。最後在織物上形成互穿式網狀交聯(IPN),嵌入織物纖維中,最後經AATCC-135標準水洗測試進行30次耐水洗。利用此PU樹脂製備親水性織物,並由常溫架橋以及紫外光硬化的兩種雙重架橋達到快速且有效的方法來提升織物親水長效性。
英文摘要 Hydrophilic NCO-terminated PU oligomer is obtained from hydrophilic polyethylene glycols-2000(PEG-2000)and dimethylolpropanic acid(DMPA)
with isophorone diisocyanate(IPDI). It is reacted further with 3-acryloloxy -2-hydropropyl methacrylate (AHM) and forming UV-curable hydrophilic PU oligomer. DMPA offers COOH hydrophilic center.SiO2/TiO2 hybrids can be formulated within hydrophilic PU oligomers (in situ) before water dispersion. It is dispersed into water phase after neutralized with triethyl amine (TEA) as an aqueous-based dispersion UV-curable hydrophilic PU. This aqueous-based PU includes both thermal curing agent (TMPTA-AZ for ring-opening reaction) and UV-curing recipes (photo-initiator and reactive diluents).
Hydrophobic PET textile is treated with aqueous-based dispersion of UV-curable resin and UV-cured with after dry.There are two different curing reactions with this hydrophilic PU coating material taking place: 1. COOH reacts withTMPTA-AZvia a ring-opening reaction.2.UV-curing of acrylated terminal groups PU and reactive diluents.The final cured hydrophilic PU forms inter-penetrating networks (IPN) with PET textile and it results water washing durable hydrophilic textile treatments after 30 washing cycles according to AATCC-135 method.
The hydrophilic textile treated with this prepared PU resin,it demonstrate
a quick and efficient method to improve the long lasting textile hyrophilicity
by thermal and UV-curing dual processes.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 IX
式目錄 XII
一、 序論 1
1-1前言 1
1-2聚胺酯簡介 3
1-3微胞( Micelle ) 4
1-4揮發性有機成分( Volatile Organic Compounds ) 6
1-5研究動機與目的 7
二、 文獻回顧 8
2-1聚胺酯之介紹 8
2-1-1聚胺酯發展歷程 9
2-1-2聚胺酯的基本材料 10
2-2紫外光交聯技術 19
2-2-1不飽和高分子寡聚物 20
2-2-2活性稀釋劑 21
2-2-3光起始劑或光敏化劑 22
2-2-4紫外光硬化反應機制 25
2-3水性聚胺酯介紹 26
2-3-1水性聚胺酯類型 27
2-3-2水性PU分散液製造技術 31
2-4親水性材料之介紹 37
2-5有機/無機奈米複合材料 38
2-6溶膠—凝膠法之介紹 43
2-6-1溶膠—凝膠法之控制變因 45
2-6-2 溶膠—凝膠法之優缺點 50
2-7奈米材料簡介 51
2-7-1奈米材料之物理特性 51
2-8奈米高分子複合材料 53
2-9二氧化矽之簡介 55
2-10二氧化鈦之簡介 57
三、實驗 58
3-1儀器 58
3-2藥品 59
3-3合成聚乙二醇預聚物( PEG-2000 Prepolymer) 61
3-4合成不飽和雙鍵末端基之PU寡聚物(Hydrophilic UV-PU oligomer) 62
3-5利用溶膠—凝膠法合成二氧化矽/二氧化鈦( SiO2/TiO2 )有機/無機奈米複合材料 64
3-5-1改變pH值進行溶膠—凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦( SiO2/TiO2 ) 66
3-5-2改變溫度進行溶膠—凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦( SiO2/TiO2 ) 67
3-5-3改變時間進行溶膠—凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦( SiO2/TiO2 ) 68
3-6合成紫外光硬化型親水性PU樹脂 69
3-7織物親水加工處理 70
3-7-1 紫外光硬化型水性PU之織物親水加工處理 70
3-7固含量測試 ( Solid Content ) 71
3-8聚胺酯預聚物異氰酸酯含量( NCO% )測定 72
3-9薄膜物理性質測試—膠含量 ( Gel Content ) 73
3-10薄膜物理性質測—去離子水浸泡吸水率 ( Water— Uptake, WA%)及對水損失率 ( Weight Loss in Water, WL%) 73
3-11薄膜物理性質測試—酒精浸泡吸酒率 ( Ethanol— Uptake, EA%)及對酒精損失率 ( Weight Loss in Ethanol, EL%) 74
3-12光譜鑑定─傅立葉轉換紅外線光譜 ( FT─IR ) 75
3-13動態光散射儀 ( Dynamic Light Scattering, DLS ) 75
3-14穿透式電子顯微鏡 ( Transmission Electron Microscope, TEM ) &能量散射X—光射線光譜儀 ( Energy Dispersive Spectroscopy, EDS ) 76
3-15薄膜熱性質測試—熱重分析測試 ( Thermalgravimetric Analysis, TGA ) 77
3-16織物水洗堅牢度測試 ( AATCC-135-2004 ) 78
3-16-1洗滌流程 78
3-16-2洗滌操作條件 79
3-17掃描式電子顯微鏡測試(Scanning Electron Microscope, SEM) 80
3-18織物水分擴散能力測驗法 81
3-19織物吸水速度試驗法 82
3-19-1垂直吸濕法 83
3-19-2沉降法 84
四、結果與討論 85
4-1聚乙二醇預聚物(PEG-2000 Prepolymer)之光譜鑑定 85
4-2不飽和雙鍵末端基之PU寡聚物之光譜鑑定 86
4-3奈米二氧化矽/二氧化鈦粒子分析 87
4-3-1改變pH值經溶膠—凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦之分析 87
4-3-2改變溫度經溶膠—凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦之分析 89
4-3-3改變時間經溶膠—凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦之分析 91
4-4奈米二氧化矽/二氧化鈦粒子之FTIR光譜圖 95
4-5奈米二氧化矽/二氧化鈦粒子實驗結果 96
4-5-1奈米二氧化矽/二氧化鈦之穿透式電子顯微鏡觀察 96
4-5-2奈米二氧化矽/二氧化鈦之能量散射X-光射線光譜儀分析 97
4-6薄膜物理性質測試—膠含量(Gel Content) 98
4-7薄膜物理性質測試—薄膜之吸水率(Water—Uptake, WA%)及損水率(Weight Loss in Water, WL%) 99
4-8薄膜物理性質測試—薄膜之吸酒率(Ethanol—Uptake, WA%)及損酒率(Weight Loss in Ethanol, WL%) 100
4-9薄膜熱性質測試 102
4-10織物之水洗堅牢度與織物表面掃描式電子顯微鏡分析 105
4-11織物吸水分能力分析 111
4-11-1織物擴散能力與織物垂直吸濕能力分析 111
4-11-2織物吸水速度沉降法分析 115
五、結論 117
六、參考文獻 119


圖目錄
Figure 1-1 微胞形成過程……………………………………………….5
Figure 2-1 羧酸鹽和磺酸鹽型乳化劑………………………………...27
Figure 2-2 陰離子型水性聚胺酯分散液…………………………….28
Figure 2-3 陽離子型水性聚胺酯分散液…………………………….29
Figure 2-4 非離子型水性PU分散液..................................................30
Figure 2-5 丙酮加工法流程圖……………………………………….32
Figure 2-6 預聚物離子混合加工法流程圖………………………….33
Figure 2-7 熱融加工法流程圖……………………………………….34
Figure 2-8 酮亞胺/酮連氮加工法流程圖……………………………36
Figure 2-9 矽烷氧化合物之水解縮合反應…………………………...44
Figure 2-10 酸性條件下,水解縮合反應機制……………………….45
Figure 2-11 鹼性條件下,水解縮合反應機制………………………46
Figure 2-12 矽酸鹽在 (a) 酸性環境 (b) 鹼性環境下之凝膠結構…46
Figure 2-13 pH值對反應中矽烷氧架橋結構之影響…………………48
Figure 4-1 PEG-2000 Prepolymer之FT-IR光譜圖…………………….85
Figure 4-2 紫外光硬化型親水性PU寡聚物之FT-IR光譜圖……….86
Figure 4-3奈米二氧化矽/二氧化鈦粒子之FTIR光譜圖…………….95

Figure 4-4奈米二氧化矽/二氧化鈦之TEM圖………………………..96
Figure 4-5奈米二氧化矽/二氧化鈦之能量圖…………………………97
Figure 4-6奈米二氧化矽/二氧化鈦之元素分析圖……………………97
Figure 4-7 親水性PU樹脂於氮氣系統之熱重分析圖……………...104
Figure 4-8 親水性PU樹脂於氮氣系統之一次微分熱重分析圖…..104
Figure 4-9未處理織物之SEM圖 (x1000倍)………………………107
Figure 4-10處理織物未經水洗(塗佈率14.55%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………..107
Figure 4-11處理織物經水洗5次(塗佈率8.79%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………..108
Figure 4-12處理織物經水洗10次(塗佈率7.10%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………...108
Figure 4-13處理織物經水洗15次(塗佈率5.99%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………..109
Figure 4-14處理織物經水洗20次(塗佈率5.35%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………..109
Figure 4-15處理織物經水洗25次(塗佈率4.25%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………...110

Figure 4-16處理織物經水洗30次(塗佈率3.06%)之SEM圖
(x1000倍)……………………………………………………………...110

式目錄
Scheme 2-1 二異氰酸酯化學反式……………………………………18
Scheme 3-1 合成聚乙二醇PU預聚物……………………………….62
Scheme 3-2 合成紫外光硬化型親水性PU寡聚物………………….64
Scheme 3-3 利用溶膠-凝膠法合成奈米二氧化矽/二氧化鈦………..66
Scheme 3-4 合成紫外光硬化型親水性WPU樹脂…………………..69


表目錄
Table 2-1二異氰酸酯種類……………………………………………..17
Table 3-1 洗滌和乾燥程序…………………………………………….79
Table 3-2 洗衣機條件………………………………………………….79
Table 3-3 乾衣機條件………………………………………………….80
Table 3-4 水分擴散能力等級標準…………………………………….82
Table 3-5 吸水速度等級標準………………………………………….83
Table 3-6 吸水速度沉降法等級標準………………………………….84
Table 4-1 酸性條件下與粒子大小關係……………………………….88
Table 4-2 鹼性條件下與粒子大小關係……………………………….88
Table 4-3 在酸性條件下反應溫度60℃之粒徑分析…………………89
Table 4-4 在酸性條件下反應溫度70℃之粒徑分析…………………90
Table 4-5 在酸性條件下反應溫度80℃之粒徑分析…………………90
Table 4-6 在酸性條件下反應時間4小時之粒徑分析……………….92
Table 4-7 在酸性條件下反應時間6小時之粒徑分析……………….92
Table 4-8 在酸性條件下反應時間8小時之粒徑分析……………….93
Table 4-9 在酸性條件下反應時間10小時之粒徑分析………………93
Table 4-10 在酸性條件下反應時間12小時之粒徑分析…………….94
Table 4-11 在酸性條件下反應時間24小時之粒徑分析…………….94
Table 4-12 不同樹脂薄膜之物理性質………………………………100
Table 4-13 薄膜於氮氣系統下之熱性質……………………………102
Table 4-14 水洗次數與塗佈率關係………………………………….105
Table 4-15織物垂直吸濕測試塗佈前後、水洗前後比較…………..112
Table 4-16織物擴散能力測試塗佈前後、水洗前後比較…………..112
Table 4-17織物水分擴散面積………………………………………..113
Table 4-18 吸水速度沉降法測試…………………………………….114

參考文獻 1. O. Bayer, Angewandte Chemie, 59, 257-272 ( 1947 )
2. T. S. Chen and J. K. Thmoas, J. Polym. Sci. Part A Chem.,17,1103 ( 1979 )
3. An Introduction to Indoor Air Quality, US EPA website
4. D. Dieterich, Polyurethane Handbook, G. Oertel, ed., Hanser Publisher, N. Y., ( 1985 ) ,Chap. 2.
5. G. N. Chen, K. N. Chen, J. Appl. Polym. Sci., 71, 903-913 ( 1999 )
6. 賴建志, PU改質和架橋反應探討, 淡江化學研究所 ( 2004 )
7. F. C. Chang, 2003, Chapter 18, 437.
8. H. D. Kim, T. K. Kim and H. M. Jeong, J. Appl. Polym. Sci., 53, 351 ( 1994 )
9. C. G. Roffey, Photopolymerization of Surface Coating, John Wiley and Son ( 1982 )
10. Norman S. Allen, Development in polymer photochemistry,Applied Science Publisher ( 1982 )
11. R. Holman, P. Oldring, UV & EB Curing Formulation for Printing Inks Costings & Paints, Selective Industrial Training Associates Limited ( 1998 )
12. J. W. Rosthauser and K. Nachtakamp J. Coating Fabrics, 16., 9, ( 1986 )
13. D. Dietecich, Prog. Org. Coatings, 9, 281 ( 1981)
14. D. Dietecich, Polyurethane Handbook, New York, , Chap.2 ( 1985 )
15. A. A. Wolfrey, U. S. Patent4,278,578(1981)
16. G. R. Wactchko U, S, Patent4,301,053(1981)
17. C. D. Dudgeon and M. R. Winstead, U. S. Patent4, 493, 912(1985)
18. A. Noshay and J. E. McGrath Block Copolymer, 364 ( 1977 )
19. D. E. Hudgin, Handbook of Polymer Synthesis ( 1992 )
20. S. Y. Lee, J. S. Lee, and B. K. Kim Polym. Int., 42 , 67( 1997 )
21. J. Z. Lai, H. J. Ling, J. T. Yeh and K. N. Chen J. Appl. Polym. Sci., 91, 1997 ( 2004 )
22. J. Z. Lai, J. T. Yeh and K. N. Chen J. Appl. Polym. Sci., 97, 550 ( 2005 )
23. Z. S. Petrovic and J. Ferguson, Prog. Polym. Sci., 16, 695 ( 1991 )
24. 賴建志, 淡江大學化學學系博士班論文 ( 2004 )
25. 黃清澤, 淡江大學化學學系博士班論文 ( 2005 )
26. 顏明雄、張昌榮, 化工技術, 13, 167 ( 2005 )
27. 徐武軍, 高分子材料導論, 五南出版社 ( 2004 )
28. 葉明國,聚合物化學, 新學識文教出版中心 ( 2001 )
29. 張惠郁, 2001年全球環氧樹脂市場概況, 工研院
30. 黃景忠, 淡江大學化學研究所碩士論文(2007)-
31. 黃景忠, 王世杰, 陳博正, 陳幹男, 常溫反應型親水性PU樹脂之製備方法與其於室溫時的應用, 中華民國專利I362394(2008)
32. 陳學仕, 化工材料與商情, 32, 29 ( 2002 )
33. N. Hasegawa, M. Kawasumi, M. Kato, A. Usuki, A. Okada, Journal of Applied Polymer Science, 67, 87 ( 1998 )

34. M. Kato, A. Usuki, A. Okada, Journal of Applied Polymer Science, 66, 1781 ( 1997 )
35. X. Fu, S. Qutubuddin, Material Letters, 42, 12 ( 2000 )
36. X. Fu, S. Qutubuddin, Polymer, 42, 807 ( 2001 )

37. R. Roy, S. Komarneni, D. M. Roy, Materials Research Society Symposium Proceedings., 22, 347 ( 1984 )
38. 顏銓佑, 中興大學化學工程學系碩士論文
39. J. Wen, G. L. Wikes, Chemistry of Materials, 8, 1667 ( 1997 )
40. S.Komarneni, Journal of Materials Chemistry, 2, 1219 ( 1992 )
41. B. M. Novak, Advanced Materials, 5, 422 ( 1993 )
42. G. Parker, M. Hara, Polymer, 38, 2701 ( 1997 )
43. S. Trohalaki, Polymer, 37, 1841 ( 1996 )
44. F. K. Liu, S. Y. Hsieh, F. H. Ko, T. C. Chu, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 231, 31 ( 2003 )
45. K. Matsukawa, K. Hasegawa, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 30, 2045 ( 1992 )
46. S. S. Lee, S. C. Kim, Journal of Applied Polymer Science, 69, 1291 ( 1998 )
47. C, J. Brinker, G. W. Scherer, The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing ( 1990 )
48. W. Stober, A. Fink, E. Bohn, Journal of Colloid and Interface Science, 26, 62-69 ( 1968 )
49. F. K. Hansen, J. Ugelstad, J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed., 6. 1953 ( 1978 )
50. 陳俊男, 淡江大學化學系碩士論文
51. 葉定宗, 淡江大學化學系碩士論文
52. B. Himmel, T. Gerber, H. Burger, Journal of Non-Crystalline Solids, 91, 122 ( 1987 )
53. 彭永福, 國立中山大學光電工程學系
54. 王惠君, 中原大學化學工程學系碩士論文
55. Y. A. Attia in Sol-Gel Processing and Application, New York ( 1994 )
56. 蘇一哲, 淡江大學碩士論文 ( 2001 )
57. 歐陽岱岳,淡江大學碩士論文
58. 張立德、張勁燕,奈米材料,五南圖書出版有限公司,2002,p.63-73. (2002)
59. 徐國材、張立德,奈米複合材料,五南圖書出版有限公司, (2002) p.2-16
60. 奈米通訊第十二卷第一期44(2005)
61. 張豐志 編著, 應用高分子手冊:五南出版社 ( 2003 )
62. 朱屯等 編著, 奈米材料技術;五南出版社 第一章, p.23(2003)
63. S. Trohalaki, Polymer, 37, 1841(1996)
64. 李苑綾, 國立東華大學化學研究所 ( 2004 )
65. T. H. Thomas, T. C. Kenddrick, J. Polym. Sci. PartA-, 7, 537 ( 1969 )
66. 林哲緯, 二氧化鈦奈米粒子溶液於無機管式薄膜過濾效能之研究 ( 2009 )
67. 廖東亮, 肖新顏, 張會平, 方彩霞, 陳煥欽, 溶膠-凝膠法製備奈米二氧化鈦的工藝研究
68. 毛日華,顏莉華,郭存濟, 奈米二氧化鈦製備的形態控制, 上海大學學報 (2000)
69. 嚴羿淇, 淡江大學專題論文 ( 2013 )
70. 楊蕙禎, 淡江大學碩士論文 ( 2013 )
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2015-06-25公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2015-06-25起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2486 或 來信