聚氨酯-噁唑烷酮/二氧化矽奈米複合材料之製備與性質研究

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題名:	聚氨酯-噁唑烷酮/二氧化矽奈米複合材料之製備與性質研究
作者:	黃姿禎歐珍方
貢獻者:	化工與材料工程系
關鍵詞:	熱膨脹係數熱穩定性奈米複合材料二氧化矽聚氨酯-噁唑烷酮聚氨酯
日期:	2011
上傳時間:	2013-07-23 15:35:16 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	聚氨基甲酸酯(PU)擁有多項優點如良好的物理及化學性質、耐磨性及優異的可撓性等，因此被廣泛的應用在合成皮、塗料、黏著劑、發泡體、薄膜及彈性體等而成為相當重要的材料。一般純PU在高溫時具較低的熱穩定性，其裂解溫度稍高於加工溫度，因此本研究著重在提昇PU的熱穩定性、尺寸安定性及機械性質。首先採用化學改質方式引入環狀的噁唑烷酮至PU合成高熱穩定性的聚氨酯-噁唑烷酮(PUO)，我們選擇三種不同分子量(575、2020、3195 g/mole)的聚醇來合成PUO，研究聚醇分子量的大小對PUO熱穩定性的影響。其次再將10, 20, 30, 40與50wt%無機二氧化矽(SiO2)添加入聚氨酯-噁唑烷酮以溶液混掺法製備聚氨酯-噁唑烷酮/二氧化矽(PUO/SiO2)奈米複合材料，探討SiO2的含量對PU的熱穩定性、尺寸安定性與機械性質的影響。利用傅立葉紅外線光譜儀(FTIR)來鑑定鍵結情況。利用固態核磁共振儀(NMR)來鑑定噁唑烷酮官能基的形成。以熱重分析儀(TGA)、熱機械分析儀(TMA)測試熱穩定性、熱膨脹係數。利用拉伸試驗機測試拉伸性質。利用穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察表面型態與奈米顆粒分散情形。由實驗結果知，純PUO的玻璃轉移溫度(Tg)、融點(Tm)與熱穩定性均隨著聚醇分子量增加而提昇。我們選擇以熱穩定性最高的PUO3195來製備PUO/SiO2奈米複合材料。由DSC結果知，PUO/SiO2的Tg大致不變。Tm與熔融熱隨著silica含量增加而降低，其原因為silica在PUO基材中阻礙軟鏈段聚醇的堆疊，破壞其結晶性。由TGA結果知，添加silica提昇了PUO的熱穩定性，熱穩定性隨silica含量增加而增加。添加50 wt% silica的T10% 由pure PUO的333°C提升至372°C上升了39°C，灰份殘餘量(char yield)亦隨著silica含量增加而增加。由DMA結果知，PUO/SiO2的storage modulus隨著silica含量的增加而增加，其原因為silica含量增加阻礙限制了PUO分子鏈的運動，PUO/SiO2的Tan δ隨著silica含量增加而降低，其原因為添加silica使得PUO更具剛性特質。由TMA結果知，添加silica使得PUO的尺寸安定性提昇，添加40 wt% silica的熱膨脹係數(CTE)由pure PUO的94 ppm/℃下降至48 ppm/℃，降低了49%。由拉伸試驗結果知，拉伸應力隨著silica含量增加至30 wt%達最大值，提昇了53%。彈性模數則大致隨著silica含量增加而提昇，添加silica 50 wt%的彈性模數由pure PUO的0.0441 kgf/mm2增加至0.1722 kgf/mm2提升了290%。
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