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系統識別號 U0002-2606200812201900
中文論文名稱 含顏料或奈米二氧化矽之紫外光硬化型或是溼氣硬化型PU樹脂製備和塗裝應用
英文論文名稱 Preparations of Pigments or Nano-silica Containing UV-curable or Moisture-curable PU Resins for Coating Applications
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 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 徐為宬
研究生英文姓名 Wei-Chen Hsu
學號 695401546
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-05-31
論文頁數 96頁
口試委員 指導教授-張正良
共同指導教授-陳幹男
委員-葉正濤
委員-黃繼遠
委員-張朝欽
中文關鍵字 有機-無機混成材料  偶合劑  奈米二氧化矽 
英文關鍵字 organic-inorganic hybrids  coupling agent  nano-silica 
學科別分類
中文摘要 本論文探討之主題,可分成兩部份,第一部分為改質紫外光硬化型聚氨酯樹脂之應用研究,第二部份為溼氣硬化型聚氨酯樹脂摻混顏料之應用研究。
本論文第一部分先以二異氰酸鹽、聚丙二醇及2,2-二甲基醇丙酸為反應物,合成出末端含有異氰酸鹽官能基的預聚物,再以2-氫氧基乙基甲基丙烯酸酯與預聚物末端之異氰酸鹽官能基反應,將預聚物改質成末端具有碳-碳雙鍵的紫外光硬化型聚氨酯樹脂。接著將二氧化矽粒子以偶合劑三異丙基矽基丙烯酸酯進行表面改質,再以不同比例混入紫外光硬化型聚氨酯樹脂中,製備出有機/無機之奈米混成材料。並針對有機/無機之奈米混成材料的物理性質、熱性質及光學性質分析探討。
本論文第二部份先合成出末端含有異氰酸鹽官能基的預聚物,再將顏料摻混其中,最後利用異氰酸鹽官能基與空氣中的水氣產生架橋反應,並應用此染色披覆系統塗佈於聚乙烯、聚酯織物表面進行染色,測試其耐水洗染色堅牢度及耐日光堅牢度。
英文摘要 The research work of functional polyurethane (PU) has been divided into two different applications in this thesis: 1. UV-cured PU with nano-silica with silane coupling agent; 2. Moisture-cured PU with pigment.
UV-curable PU oligomer is prepared by a NCO-terminated PU prepolymer with 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA). A PU/nano-silica hybrid is obtained from a blending of UV-curable PU oligomer and nano-silica with an aid of a coupling agent (tri-alkyl silane acrylate) and then is cured by UV-radiation. The thermal and optical properties are evaluated.
A NCO-terminated and moisture-curable PU prepolymer is prepared by a conventional process of isophorone diisocyanate (IPDI) and polypropylene glycol-2000. Different color index of pigment are mixed with the prepared PU prepolymer matrix. The resulting colored PU prepolymer is coated on polyethylene (PE) or polyethylene terephthalate (PET) fibers and is cured at ambient temperature. Its curing speed depends on the moisture content and its color durability on PE or PET fibers rely on the cross-linking density of coated PU.
論文目次 總 目 錄
中摘.................................................Ⅰ
英摘.................................................Ⅲ
圖表目錄.............................................XI
第一章
一、序論..............................................1
1-1 前言.........................................1
1-2 實驗目的與方法...............................2
二、理論與文獻回顧....................................3
2-1 有機-無機奈米複合材料....................... 3
2-2 溶膠-凝膠法 (Sol-Gel process) .............. 4
2-2-1溶膠-凝膠法之簡介................................4
2-2-2溶膠-凝膠法之反應機制............................4
2-2-3溶膠-凝膠法之控制變因............................5
2-2-4溶膠-凝膠法之優缺點.........................7
2-3 奈米粒子的表面修飾...........................8
2-3-1簡介.............................................8
2-3-2奈米粒子的表面物理修飾...........................8
2-3-2奈米粒子的表面化學修飾..........................10
2-4 聚氨酯介紹..................................11
2-5 紫外光硬化型PU樹脂介紹......................17
2-5-1不飽和高分子寡聚物..............................17
2-5-2活性稀釋劑......................................18
2-5-3光起始劑或光敏化劑..............................19
2-5-4光硬化型樹脂硬化的機制..........................20
2-5-5光硬化型樹脂硬化的優缺點........................22
三、實驗.............................................23
3-1儀器..............................................23 3-2 藥品.............................................25
3-3 實驗方法.........................................26
3-3-1紫外光硬化型PU之合成........................26
3-3-2紫外光硬化型PU/改質過的奈米二氧化矽複合材料27
3-3-3 樣品編號命名...............................28
3-4 PU預聚物(Polyurethane-Prepolymer) (NCO %)測定法…29
3-5 物理性質測試.....................................31
3-5-1固含量測試...................................31
3-5-2膠含量測試......................................31
3-5-3吸水率與對水損失率...........................32
3-5-4乙醇溶液浸泡吸收率與對乙醇損失率.............33
3-5-5接觸角(Contact angle)........................34
3-6機械性質測試......................................35
3-6-1 應力(Tensile Stress)與應變(Tensile Strength)測定
.................................................35
3-6-2 薄膜硬度測定(Shore-A Hardness Test)……….36
3-7熱性質測試........................................37
3-8動態機械分析......................................38
3-9 FT-IR光譜測試....................................39
3-10掃描式電子顯微鏡.................................39
四、結果與討論.......................................40
4-1紫外光硬化型PU光譜分析............................40
4-2改質二氧化矽 FT-IR光譜分..........................43
4-3紫外光硬化型PU添加改質後的二氧化矽的物理性質......46
4-3-1 薄膜膠含量之分析...................................................46
4-3-2薄膜吸水率與對水損失率.........................47
4-3-3薄膜吸乙醇率與對乙醇損失率.....................48
4-3-4薄膜接觸角分析...................................................49
4-4紫外光硬化型PU添加改質後的二氧化矽的機械性質......52
4-4-1薄膜硬度分析(Shore-A Hardness Test).........52
4-4-2薄膜應力與應變測試............................53
4-5紫外光硬化型PU添加改質後的二氧化矽的光學性質......56
4-6紫外光硬化型PU添加改質後的二氧化矽的熱性質........59
4-6-1薄膜熱重分析...................................................59
4-6-2薄膜動態機械分析.............................63
4-7薄膜電子顯微鏡分析................................66
五、結論.............................................73
六、參考文獻.........................................74
第二章
一、序論.............................................76
1-1前言..............................................76
1.2實驗目的與方法....................................77
二、理論與文獻回顧...................................78
2-1 顏色...................................................78

2-1-1顏色的產生......................................78

2-1-2顏色的要素......................................78

2-2染色概論..........................................80

2-2-1染色的定義......................................80

2-2-2色料............................................80

2-2-3顏料...................................................81

2-3溼氣交聯反應......................................81
三、實驗.............................................83
3-1 儀器.............................................83
3-2 藥品.............................................84
3-3實驗方法..........................................85
3-3-1溼氣硬化型PU添加顏料之高分子薄膜製備............85
3-3-2 溼氣硬化型/UV硬化型高分子薄膜製備..............85
3-4 PE與PET織物染色..................................85
3-5 PE與PET織物之耐水洗染色堅牢度測試................85
3-6 PE與PET織物之耐氙弧光染色堅牢度測試..............86
四、結果與討論.......................................87
4-1溼氣硬化型PU添加顏料之高分子薄膜性質分析..........87
4-1-1薄膜膠含量之分析................................87
4-1-2薄膜吸水率與損水率之分析........................88
4-1-3薄膜吸乙醇率與損乙醇率之分析....................89
4-2溼氣硬化型/UV硬化型高分子薄膜性質分析.............90
4-2-1薄膜膠含量之分析................................90
4-2-2薄膜吸水率及損水率與吸乙醇率及損乙醇率之分析....90
4-3 PE與PET織物染色布樣..............................92
4-4 PE與PET織物之耐水洗染色堅牢度分析................94
4-5 PE與PET織物之耐氙弧光染色堅牢度分析..............94
五、結論.............................................95
六、參考文獻.........................................96
圖 表 目 錄
第一章
Scheme 3-1紫外光硬化型PU之合成...................... 26
Scheme 3-2奈米二氧化矽加入偶合劑進行改質............ 27
表2-1有機材料與無機材料性質比較.......................3
表2-2溶膠-凝膠法之優點............................... 7
表2-3溶膠-凝膠法之缺點................................7
表2-4光硬化型樹脂硬化的優點.................................................. 22
表2-5光硬化型樹脂硬化的缺點….................................................22
表4-1添加不同比例二氧化矽之紫外光硬化型PU的膠含量
.....................................................46
表4-2添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的對水性質
.....................................................47
表4-3添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的對乙醇性質
.....................................................48
表4-4添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的接觸角
.....................................................49
表4-5添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的薄膜硬度
.....................................................52
表4-6添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的薄膜的
機械性質......................................54



表4-7添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的薄膜的熱重損
失.............................................60
表4-8添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的薄膜的玻璃轉
移溫度.........................................64
圖 4-1 PU-prepolymer FT-IR光譜圖.....................41
圖4- 2 UV-PU FT-IR光譜圖.............................42
圖4- 3 Colloidal silica FT-IR光譜圖..................44
圖4-4 改質Colloidal silica FT-IR 光譜圖..............45
圖4-5 (a)紫外光硬化型PU薄膜..........................50
圖4-5 (b)添加改質過的二氧化矽5 phr...................50
圖4-5(c)添加改質過的二氧化矽15 phr...................51
圖4-5(d)添加改質過的二氧化矽30 phr...................51
圖4-6添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU的薄膜的機械性
質..............................................55
圖4-7 各比例薄膜透明度分析圖.........................58
圖4-8添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU薄膜熱重分析圖
(氮氣條件).....................................61
圖4-9添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU薄膜熱重一次微
分圖(氮氣條件)..................................................62

圖4-10添加不同比例的二氧化矽之紫外光硬化型PU薄膜DMA圖
...................................................66
圖4-11 MA-S0薄膜剖面30,000倍之SEM圖..................67
圖4-12 MA-S0薄膜剖面80,000倍之SEM圖..................67
圖4-13 MA-S5薄膜剖面50,000倍之SEM圖..................68
圖4-14 MA-S5薄膜剖面80,000倍之SEM圖..................68
圖4-15 MA-S10薄膜剖面50,000倍之SEM圖.................69
圖4-16 MA-S10薄膜剖面80,000倍之SEM圖.................69
圖4-17 MA-S20薄膜剖面50,000倍之SEM圖.................70
圖4-18 MA-S20薄膜剖面80,000倍之SEM圖.................70
圖4-19 MA-S25薄膜剖面50,000倍之SEM圖.................71
圖4-20 MA-S25薄膜剖面80,000倍之SEM圖.................71
圖4-21 MA-S30薄膜剖面50,000倍之SEM圖.................72
圖4-22 MA-S30薄膜剖面80,000倍之SEM圖.................72

第二章
表2-1 可見光光譜顏色波長及範圍.......................79
表4-1含不同比例顏料溼氣硬化型薄膜的膠含量............87
表4-2 含不同含量顏料的溼氣硬化型薄膜的吸水及損水率...88
表4-3 含不同含量顏料的溼氣硬化型薄膜的吸酒及損酒率...89

表 4-4 含不同含量的顏料溼氣/UV硬化型薄膜的的膠含量.. 90
表 4-5含不同含量的顏料溼氣/UV硬化型薄膜的吸水率及損水率與
吸乙醇率及損乙率................................91
圖2-1電磁輻射光譜....................................79
圖2-2色料的種類......................................80
圖2-3溼氣交聯反應....................................82
圖4-1各顏色的PE織物..................................92
圖4-2各顏色的PET織物.................................93
參考文獻 參考文獻
PART1
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論文使用權限
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