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系統識別號 U0002-2407200715095200
中文論文名稱 水性聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材料之製備與性質分析
英文論文名稱 Preparation and Characterization of aqueous Polyurethane-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 翁仲慶
研究生英文姓名 Chung-ching Wong
學號 694361451
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-29
論文頁數 84頁
口試委員 指導教授-張朝欽
委員-張正良
委員-陳幹男
委員-李世仁
委員-游洋雁
中文關鍵字 水性聚胺基甲酸酯  奈米金  高分子-奈米金奈米複合材料 
英文關鍵字 aqueous polyurethane  gold nanoparticles  polymer-nanogold 
學科別分類
中文摘要 本研究成功製備水性聚胺基甲酸酯,並使用不同鏈延長劑探討性質的差異性;有別於其他文獻以摻雜方式將奈米金直接分散在水性聚胺基甲酸酯溶液中,本研究特點使用化學還原法製備含有羥基硫醇包覆的奈米金,使其外層具有反應官能基,取代合成水性聚胺基甲酸酯高分子鏈延長劑,與異氰酸鹽的NCO官能基反應產生化學鍵,將奈米金均勻分散在高分子結構當中,可改善文獻中以摻雜方式添加奈米金於水性聚胺基甲酸酯,因奈米金含量提升而導致聚集現象發生。研究中分別以1,4丁二醇與奈米金作為分子鏈延長劑製備聚胺基甲酸酯-奈米金複合材料及薄膜。本研究的獨特性為利用高分子與奈米金間的化學鍵結,製備的高分子-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。
藉由X光繞射儀以及紫外線-可見光光譜儀的鑑定,證實奈米金在製備複合材料中的粒徑大小不變且均勻地分散。利用掃描式電子顯微鏡以及雷射奈米粒徑量測儀的鑑定,確認羥基硫醇包覆奈米金的形狀為圓形,大小約為70 nm。熱重量分析顯示水性聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材料的熱裂解溫度經由奈米金含量增加而有提升的效果。應力-應變性質測試機械性質與交聯程度會隨著奈米金添加量的增加而隨之提升。
英文摘要 In this study, we have prepared aqueous polyurethane-nanogold nanocomposities and measure their properties with different chain-extender. The properties of the nanocomposites were investigated by thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), size measurements,FTIR spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (FE-SEM).
Different from other literatures, the chemical bonding was used to prepare aqueous polyurethane/Au nanocomposites. Polyurethane-nanogold nanocomposites are prepared by gold nanoparticles (GNPs) and 1,4-butanediol (1,4-BD), respectively. How the chain-extender affect the structure and properties of the polymer, and in order to promote its range of application in the future were discussed in the study.
SEM and size measurement confirm that the shape of the GNPs is spherical and the size of the GNPs is about 70 nm. According to the results of XRD and UV-Vis the GNPs are well dispersed in the prepared nanocomposites. The analysis of TGA indicates that the decomposed temperature of nanocomposites is higher than that of their relative pure aqueous polyurethane. Testing machine results reveal that the mechanical properties and degree of cross-link are raised by increasing the content of GNPs.
論文目次 中文摘要 .........................I
英文摘要.........................II
目錄...........................III
表目錄 .........................VI
圖目錄 .........................VII
第一章 緒論
1.1 前言 ........................1
1.2 奈米複合材料 ....................4
1.3 實驗目的與方法 ...................8
第二章 文獻回顧
2.1 水性聚胺基甲酸酯...................9
2.1.1 水性聚胺基甲酸酯結構..............9
2.1.2 水性聚胺基甲酸酯製備 .............12
2.1.3 聚胺基甲酸酯的組成 ..............17
2.2 奈米金.......................26
2.2.1 奈米金製備方法................26
IV
第三章 實驗部分
3.1 實驗藥品......................32
3.1.1 水性聚胺基甲酸酯合成藥品...........32
3.1.2 奈米金製備藥品................33
3.1.3 其它藥品...................34
3.2 實驗儀器......................35
3.3 實驗步驟流程圖...................38
3.3.1 奈米金製備..................39
3.3.2 水性聚胺基甲酸酯與聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材
料之合成...................40
3.4 材料性質分析與測試條件 ..............42
3.4.1 結構鑑定...................42
3.4.2 性質分析...................45
第四章 結果與討論
4.1 奈米金結構分析...................47
4.1.1 粒徑分析 ...................47
4.1.2 光譜分析 ...................48
4.1.3 結構鑑定 ...................50
4.1.4 熱性質分析 ..................52
V
4.2 水性聚胺基甲酸酯..................54
4.2.1 光譜分析 ...................54
4.2.2 熱性質分析 ..................58
4.3 水性聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材料結構分析.....60
4.3.1 粒徑分析 ...................60
4.3.2 FT-IR 光譜分析 .................62
4.3.3 UV-Vis 光譜分析.................63
4.3.4 SEM 結構鑑定 .................64
4.3.5 XRD 結構分析 .................67
4.4 水性聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材料性質分析.....68
4.4.1 TGA 熱性質分析 ................68
4.4.2 DSC 熱性質分析 ................70
4.4.3 應力-應變測試 .................72
第五章 結論 .......................74
第六章 未來研究方向 ...................76
參考文獻.........................77
附錄...........................79
VI
表目錄
表1-1、奈米材料的物性變化.................6
表1-2、奈米材料與一般材料性質上的不同........ .. 6
表2-1、製備奈米金製備方式比較... ...........30
表3-1、水性聚胺基甲酸酯成分組成表... .........42
表4-2、水性聚胺基甲酸酯主要官能基之特徵吸收峰.... ..57
表4-3、水性聚胺基甲酸酯及其奈米複合材料之TGA結果 ....69
表4-4、水性聚胺基甲酸酯及其奈米複合材料之DSC......70
表4-5、水性聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材料之拉力數據...73
VII
圖目錄
圖1-1、水性聚胺基甲酸酯粒徑型態..............6
圖2-1、聚酯二元醇/MDI/1,4-BDO PU嵌段共聚物化學結構....10
圖2-2、溶液法流程圖.................. .13
圖2-3、預聚物混合法流程圖......... .......15
圖2-4、熱熔法合法流程圖........... ......16
圖2-5、芳香族異氰酸鹽經過UV照射結構改變.........12
圖2-6、脂肪族二異氰酸鹽結構. ..............13
圖2-7、芳香族二異氰酸鹽結構...............19
圖2-8、異氰酸鹽不同反應化學式 .............15
圖2-9、常用鏈延長劑結構圖................25
圖2-10、檸檬酸鈉將金鹽還原成奈米金的反應機制.......26
圖2-11、兩相法製備奈米金的反應機制............27
圖2-12、雷射消熔法裝置概圖................28
圖2-13、蒸鍍、濺鍍裝置概圖................29
圖3-1、水性聚胺基甲酸酯製備流程圖. ...........22
圖3-2、水性聚胺基甲酸酯反應機制.. ...........26
圖4-1、製備好的AuMUD,分散於DMF 中之粒徑分佈圖....47
圖4-2、AuMUD 之FT-IR 圖 ................48
VIII
圖4-3、奈米金製備前後UV-Vis 吸收光譜圖:(a) 最初製備的
AuMUD,分散在THF 中; (b) 經過真空抽乾分散在THF 中; (c) 經
過真空抽乾分散在DMF 中 ... .............49
圖4-4、經過真空抽乾的AuMUD,分散在DMF 中之SEM 圖..50
圖4-5、AuMUD 之 TGA 圖. ...............51
圖4-6、AuMUD 之 DSC 圖.................52
圖4-7、AuMUD 之XRD..................53
圖 4-8、預聚物反應前的FT-IR 圖..............55
圖4-9、加入異氰酸鹽反應4 小時的FT-IR 圖.........55
圖4-10、水性聚胺基甲酸酯反應完成後的FT-IR 圖.......56
圖4-11、水性聚胺基甲酸酯WPU 之TGA 圖...... ...58
圖 4-12、水性聚胺基甲酸酯WPU 之DSC....... ...59
圖4-13 、GA0.1 粒徑分佈圖 ................60
圖4-14 、GA0.3 粒徑分佈圖................61
圖4-15 、GA1 粒徑分佈圖 ... .............61
圖4-16、水性聚胺基甲酸酯接上不同鏈延長劑之FT-IR 比較圖: (a)
GA0.1 ;(b) GA0.3 ;(c) GA1 ...............62
圖4-17、不同鏈延長劑的水性聚胺基甲酸酯吸收光譜:(a) GB (b)
GA0.1 (c) GA0.3 (d) GA1.................63
IX
圖4-18、GA0.1 之SEM 圖,放大倍率100KX.........64
圖4-19、GA0.1 之SEM 圖,放大倍率200KX ........65
圖4-20、GA0.3 之SEM 圖,放大倍率100KX ........65
圖4-21、GA0.3 之SEM 圖,放大倍率200KX.........66
圖4-22、GA1 之SEM 圖,放大倍率100KX..........66
圖4-23、水性聚胺基甲酸酯接上不同比例奈米金之XRD圖:(a)GB (b)
GA0.1 (c) GA0.3 (d)GA1..................67
圖 4-24、水性聚胺基甲酸酯及其奈米金複合材料TGA 圖....69
圖4-25、水性聚胺基甲酸酯奈米複合材料Tm,s:(a) GB;(b) GA0.1;
(c) GA1 .........................71
圖4-26、水性聚胺基甲酸酯奈米複合材料Tc:(a) GB;(b) GA0.1;(c)
GA1 ..........................71
圖4-27 、水性聚胺基甲酸酯-奈米金奈米複合材料之拉力測試圖 73
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