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系統識別號 U0002-2606201215524300
中文論文名稱 長效型金屬表面保護塗膜研究
英文論文名稱 Long-lasting Metal Surface Protection Coatings.
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 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 程子豪
研究生英文姓名 Zih-Hao Cheng
學號 699160650
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-06-17
論文頁數 145頁
口試委員 指導教授-陳幹男
委員-葉正濤
委員-黃繼遠
中文關鍵字 防蝕  PU樹脂  表面促進劑  旋轉塗佈  紫外光固化 
英文關鍵字 Polyurethane  Hydrophobic  UV-curing  Epoxy  Silane 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 利用矽氧烷化合物與金屬(鐵、鋁、鈦)可以行Sol-gel Process產生穩定的共價鍵,可形成穩固且不易破壞的結構。實驗以含矽氧烷基的樹脂添加自由基硬化型環氧樹脂(UV Epoxy)和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),以不同比例混合後,使用旋轉塗佈(Spin-coating)塗佈在金屬表面上後,以照射紫外光來產生自由基使混摻的化合物產生交聯,其不僅是矽氧烷化合物與金屬之間的共價鍵,且因加入的TMPTA和Epoxy產生架橋,而在金屬表面上形成緻密穩定的表面塗層。接著再進一步塗佈具疏水性官能基的面漆,進行紫外光交聯後,讓金屬、底漆與面漆產生緊密的結合,使得塗佈的底漆與面漆緻密覆蓋於金屬上達到相當好的抗腐蝕效果。加工後之鐵、鋁和鈦金屬皆可以達到放置在鹽霧測試中可以維持500小時不被腐蝕的效果。
英文摘要 The bonding between silane and metals is stable. This characteristic can form the structures which are firm and difficult to destroy. In this experiment, we modify different ratio of UV Epoxy and TMPTA, then we use spin-coating method to spread them on metals’ surface. After that we add appropriate amount of Photoinitiator to UV-curing. Exposing in UV light produce free radicals which lead compositions to crosslinking. The reason why these compositions coat compactly and stably on metals’ surface, not only are the covalent bonding between sliane and metals stable, but also TMPTA and Epoxy produce bridging.Then we add PU which containing hydrophobicity functional to anti-corrosion.The best results in our experiments are that the top coat containing OFP- function which could put in salt-spray test without corrosion more than 500 hours.
論文目次 一、 序論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-1前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1-2腐蝕原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1-3腐蝕形態. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1-4防蝕機制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
1-5研究動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

二、 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2-1聚胺脂簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2-1-1聚胺脂發展歷程. . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2-1-2聚胺脂的基本材料. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2-2磷酸鹽膜化簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2-3紫外光交聯技術. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
2-4環氧樹脂簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2-4-1環氧樹脂的特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2-4-2環氧樹脂的應用. . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
2-4-3環氧化合物之反應性. . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2-4-4環氧樹脂之改質. . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2-5有機/無機奈米複合材料. . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2-6溶膠-凝膠法(Sol-gel Process) . . . . . . . . . . . . . .40

三、 實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3-1化學藥品. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3-2儀器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
3-3底漆的製備(Base coat) . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3-3-1自由基硬化環氧樹脂(UV-Epoxy)合成. . . . . . . . . . .49
3-3-2 TMSPMA Oligomer之合成. . . . . . . . . . . . . . 50
3-4 含長碳鏈面漆的製備(Top Coat) . . . . . . . . . . . . . . 51
3-4-1 Glycerol-IPDI Oligomer之合成. . . . . . . . . . .51
3-4-2 Glycerol-IPDI-Cetyl Oligomer之合成. . . . . . . .52
3-4-3 Glycerol-IPDI-Cetyl-HEMA Oligomer之合成. . . . . 53
3-4-4 Glycerol-IPDI-Cetyl-PTMEG Prepolymer之合成. . . .54
3-4-5 Glycerol-IPDI-Cetyl-PTMEG-HEMA Prepolymer之合成. 55
3-5含氟素面漆的製備(Top Coat) . . . . . . . . . . . . . . . .56
3-5-1 Glycerol-IPDI-OFP Oligomer之合成. . . . . . . . .56
3-5-2 PTMEG-IPDI Prepolymer(diol)之合成. . . . . . . . 57
3-5-3 Glycerol-IPDI-OFP-PTMEG-IPDI Prepolymer之合成. . 58
3-5-4 Glycerol-IPDI-OFP-PTMEG-IPDI-HEMA Prepolymer之
合成(F%=7.7%). . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3-5-5 Glycerol-IPDI-OFP-PTMEG-IPDI Prepolymer之合成. . 60
3-5-6 Glycerol-IPDI-OFP-PTMEG-IPDI-HEMA Prepolymer之
合成(F%=9.7%). . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3-6底漆(Base Coat)對金屬(Fe、Al、Ti)防蝕效果探討. . . . . . . 62
3-6-1 UV-Epoxy混摻TMSPMA及TMPTA(旋轉塗佈加工). . . . .62
3-6-2 UV-Epoxy混摻TMSPMA、TMPTA及TEOS(旋轉塗佈加
工). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3-7底漆(Base Coat)與面漆(Top Coat)金屬(Fe、Al、Ti)防蝕效果探討.64
3-7-1底漆與Glycerol-IPDI-Cetyl-HEMA Prepolymer旋轉塗佈加
工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
3-7-2底漆與Glycerol-IPDI-Cetyl-PTMEG-HEMA Prepolymer旋
轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3-7-3底漆與Glycerol-IPDI-OFP7.7-PTMEG-IPDI-HEMA
Prepolymer 旋轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . 66
3-7-4底漆與Glycerol-IPDI-OFP9.7-PTMEG-IPDI-HEMA
Prepolymer旋轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . .67
3-7-5底漆與Glycerol-IPDI-Cetyl-HEMA Prepolymer添加TMPTA
旋轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
3-7-6底漆與Glycerol-IPDI-Cetyl-PTMEG-HEMA Prepolymer添
加TMPTA旋轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . . . 69
3-7-7底漆與Glycerol-IPDI-OFP7.7-PTMEG-IPDI-HEMA
Prepolymer旋轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . .70
3-7-8底漆與Glycerol-IPDI-OFP9.7-PTMEG-IPDI-HEMA
Prepolymer旋轉塗佈加工. . . . . . . . . . . . . . .71
3-8固含量測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3-9 聚胺酯預聚物異氰酸酯含量(NCO %)測定. . . . . . . . . . . . 72
3-9-1藥品配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3-9-2分析步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3-10紅外線光譜(FT-IR)鑑定. . . . . . . . . . . . . . . . . .74
3-11 薄膜物理性質測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3-11-1 膠含量(Gel Content)測定. . . . . . . . . . . . .74
3-11-3 吸酒精性(Ethanol-Uptake,EA %)及對酒精損失率(Weight
Loss in Ethanol,EL%)測定. . . . . . . . . . . 75
3-12 附著度測試(Cross-cut Test) . . . . . . . . . . . . . .76
3-13鉛筆硬度測試(Pencil Test) . . . . . . . . . . . . . . . 77
3-14鹽霧試驗(Salt Spray Test) . . . . . . . . . . . . . . .78
3-15 掃描式電子顯微鏡測試(Scanning Electron Microscope,
SEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3-16能量散射光譜儀測試 (Energy Dispersive Spectrometer). . . 79
3-17原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM). . . . . . . .80

四、結果與討論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4-1UV-Epoxy之FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . . .81
圖4-1a Epoxy-904之FT-IR光譜圖. . . . . . . . . . . . . . . 82
圖4-1b UV-Epoxy之FT-IR光譜圖. . . . . . . . . . . . . . . .82
4-2含長碳鏈面漆的FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . .83
4-2-1 Glycerol-IPDI Oligomer之FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . 83
圖4-2-1a Glycerol monomer之FT-IR光譜圖. . . . . . . . . . .84
圖4-2-1b Glycerol-IPDI Oligomer之FT-IR光譜圖. . . . . . . .84
4-2-2 Glycerol-IPDI-Cetyl Oligomer之FT-IR紅外線光譜鑑定. . 85
圖4-2-2 Glycerol-IPDI-Cetyl Oligomer之FT-IR光譜圖. . . . . 85
4-2-3 Glycerol-IPDI-Cetyl-HEMA Prepolymer之FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
圖4-2-3 Glycerol-IPDI-Cetyl-HEMA Prepolymer之FT-IR光譜圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
4-2-4 Glycerol-IPDI-Cetyl-PTMEG-HEMA Prepolymer之FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
圖4-2-4 Glycerol-IPDI-Cetyl-PTMEG-HEMA Prepolymer之FT-IR紅外線光譜圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
4-3含氟素面漆的FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . . 88
4-3-1 Glycerol-IPDI-OFP Oligomer之FT-IR紅外線光譜鑑定. . 88
圖4-3-1Glycerol-IPDI-OFP Oligomer之FT-IR光譜圖. . . . . . .88
4-3-2 PTMEG-IPDI Prepolymer(diol) 之FT-IR紅外線光譜鑑
定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
圖4-3-2 PTMEG-IPDI Prepolymer(diol)之FT-IR光譜圖. . . . . .89
4-3-3 Glycerol-IPDI-OFP 7.7 –PTMEG-IPDI-HEMA Prepolymer之
FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . . . .90
圖4-3-3 Glycerol-IPDI-OFP 7.7 -PTMEG-IPDI-HEMA Prepolymer
之紅外線光譜圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4-3-4 Glycerol-IPDI-OFP 9.7 –PTMEG-IPDI-HEMA Prepolymer之
FT-IR紅外線光譜鑑定. . . . . . . . . . . . . . . . 91
圖4-3-4 Glycerol-IPDI-OFP 9.7 -PTMEG-IPDI-HEMA Prepolymer之紅外線光譜圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
4-4底漆(Base Coat)對金屬(Fe, Al, Ti)防蝕效果探討. . . . . . . 92
表4-4-1 不同比例底漆之膠含量測試. . . . . . . . . . . . . . . 93
表4-4-2 底漆對不同金屬之附著度測試. . . . . . . . . . . . . . .93
表4-4-3 底漆對不同金屬之鉛筆硬度測試. . . . . . . . . . . . . .94
4-5底漆(Base coat)與面漆(Top coat) 對鋼板防蝕效果探討. . . . . 95
4-5-1底漆與面漆混摻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
表4-5-1 Base coat 1/Top coat塗佈Fe金屬附著度測試. . . . . . .96
表4-5-2 Base coat 2/(Top coat+TMPTA) 塗佈Fe金屬附著度測
試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
表4-5-3 Base coat 1/Top coat塗佈Fe金屬鉛筆硬度測試. . . . . . 97
表4-5-4 Base coat 2/(Top coat+TMPTA) 塗佈Fe金屬鉛筆硬度測
試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
表4-5-5 Top coat 膠含量測試. . . . . . . . . . . . . . . . .98
表4-5-6 (Top coat+TMPTA) 膠含量測試. . . . . . . . . . . . .98
圖4-5-1空白、塗佈Base coat和Base coat2之Fe金屬鹽霧測試
6hr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
圖4-5-2 Base coat 1/Top coat之Fe金屬鹽霧測試 120hr. . . . . 100
圖4-5-3 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)之Fe金屬鹽霧測試
120hr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
圖4-5-4 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)之Fe金屬鹽霧測試
500hr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

圖4-5-5 原子力顯微鏡圖:Base coat 2. . . . . . . . . . . . .102
圖4-5-6原子力顯微鏡圖:Base coat 1/OFP9.7. . . . . . . . . .103
圖4-5-7原子力顯微鏡圖:Base coat 2/(OFP9.7+TMPTA). . . . . .103
圖4-5-8 Fe金屬Base coat 1/Top coat之Tafel Plot. . . . . . 105
圖4-5-9 Fe金屬Base coat 2/(Top coat+TMPTA)之Tafel Plot. . 106
4-6底漆(Base coat)與面漆(Top coat) 對鋁金屬防蝕效果探討. . . .107
4-6-1底漆與面漆混摻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
表4-6-1 Base coat 1/Top coat塗佈Al金屬附著度測試. . . . . . 108
表4-6-2 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)塗佈Al金屬附著度測
試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
表4-6-3 Base coat 1/Top coat塗佈Al金屬鉛筆硬度測試. . . . . .109
表4-6-4 Base coat2/(Top coat+TMPTA)塗佈Al金屬鉛筆硬度測
試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
圖4-6-1 未塗佈樹脂Al金屬鹽霧測試72hr. . . . . . . . . . . . .111
圖4-6-2 Base coat 1/Top coat之Al金屬鹽霧測試 500hr. . . . . 111
圖4-6-3 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)之Al金屬鹽霧測試
1000hr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
圖4-6-4 Al金屬Base coat 1 / Top coat之Tafel Plot. . . . . 113
圖4-6-5 Al金屬Base coat 2 / (Top coat+TMPTA)之Tafel Plot..114
圖4-6-6塗佈Base coat 1之鋁金屬SEM圖放大倍率一千倍. . . . . . .116
圖4-6-7塗佈Base coat 1之鋁金屬SEM圖放大倍率三千倍. . . . . . .116
圖4-6-8塗佈Base coat 1/GICH之鋁金屬SEM圖放大倍率一千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
圖4-6-9塗佈Base coat 1/GICH之鋁金屬SEM圖放大倍率三千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
圖4-6-10塗佈Base coat 1/GICPH之鋁金屬SEM圖放大倍率一千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
圖4-6-11塗佈Base coat 1/GICPH之鋁金屬SEM圖放大倍率三千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
圖4-6-12塗佈面漆Base coat 1/OFP7.7之鋁金屬SEM圖放大倍
率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
圖4-6-13塗佈Base coat 1/OFP7.7之鋁金屬SEM圖放大倍率三
千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
圖4-6-14塗佈Base coat 1/OFP9.7之鋁金屬SEM圖放大倍率一
千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
圖4-6-15塗佈Base coat 1/ OFP9.7之鋁金屬SEM圖放大倍率三
千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
圖4-6-16塗佈Base coat 2之鋁金屬SEM圖放大倍率一千倍. . . . . . 121
圖4-6-17塗佈Base coat 2/(GICH+TMPTA)之鋁金屬SEM圖放大
倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
圖4-6-18塗佈Base coat 2/(GICPH+TMPTA)之鋁金屬SEM圖放
大倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
圖4-6-19塗佈Base coat 2/(OFP7.7+TMPTA)之鋁金屬SEM圖放
大倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
圖4-6-20塗佈Base coat 2/(OFP9.7+TMPTA)之鋁金屬SEM圖放
大倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
4-7底漆(Base coat)與面漆(Top coat) 對鈦金屬防蝕效果探討. . . .124
4-7-1底漆與面漆混摻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
表4-7-1 Base coat 1/Top coat塗佈Ti金屬附著度測試. . . . . . 125
表4-7-2 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)塗佈Ti金屬附著度測
試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
表4-7-3 Base coat 1/Top coat塗佈Ti金屬鉛筆硬度測試. . . . . .126
表4-7-4 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)塗佈Ti金屬鉛筆硬度
試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
圖4-7-1 Base coat 1/Top coat之Ti金屬鹽霧測試1000hr. . . . . 128
圖4-7-2 Base coat 2/(Top coat+TMPTA)之Ti金屬鹽霧測試
1000 hr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
圖4-7-3 Ti金屬Base coat 1/Top coat之Tafel Plot. . . . . . 129
圖4-7-4 Ti金屬Base coat 2/(Top coat+TMPTA)之Tafel Plot. . 130
圖4-7-5 塗佈Base coat 1之鈦金屬SEM圖放大倍率一千倍. . . . . . 132
圖4-7-6 塗佈Base coat 1之鈦金屬SEM圖放大倍率三千倍. . . . . . 132
圖4-7-7塗佈Base coat 1/GICH之鈦金屬SEM圖放大倍率一千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
圖4-7-8塗佈Base coat 1/GICH之鈦金屬SEM圖放大倍率三千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
圖4-7-9塗佈Base coat 1/GICPH之鈦金屬SEM圖放大倍率一千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
圖4-7-10塗佈Base coat 1/GICPH之鈦金屬SEM圖放大倍率三千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
圖4-7-11塗佈Base coat 1/OFP7.7之鈦金屬SEM圖放大倍率一千
倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
圖4-7-12塗佈Base coat 1/OFP7.7之鈦金屬SEM圖放大倍率三
千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
圖4-7-13塗佈Base coat 1/OFP9.7之鈦金屬SEM圖放大倍率一
千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
圖4-7-14塗佈Base coat 1/OFP9.7之鈦金屬SEM圖放大倍率三
千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
圖4-7-15塗佈Base coat 2之鈦金屬SEM圖放大倍率一千倍. . . . . . 137
圖4-7-16塗佈Base coat 2/(GICH+TMPTA)之鈦金屬SEM圖放大
倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
圖4-7-17塗佈Base coat 2/(GICPH+TMPTA)之鈦金屬SEM圖放
大倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
圖4-7-18塗佈Base coat 2/(OFP7.7+TMPTA)之鈦金屬SEM圖放
大倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
圖4-7-19塗佈Base coat 2/(OFP9.7+TMPTA)之鈦金屬SEM圖放
大倍率一千倍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139

五、結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

六、參考資料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
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