水性PU之流變性質研究

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姓名

鄭詔仁(Chian-Rin Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

水性PU之流變性質研究

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摘要(中)

近來由於環保意識抬頭，溶劑價格高漲，再加上世界各國紛紛立法限制VOC(Volatile Organic Compound)的排放量，促使塗料界廠商由先前的有機溶劑塗料，改而發展水性（water-borne）系統。
由於水性PU具有多功能性，因此成為大家廣泛研究的課題，然其製程頗多，且文獻所述方法、細節亦各異。因此，本論文選定以prepolymer mixing process合成水性PU，期望能找出最適的合成條件，在固定硬段含量的條件下，針對共溶劑含量、離子基含量、軟段分子量、軟段種類、異氰酸鹽種類、反應程序等變因，作一系列探討，並觀測其黏度行為，提供本實驗室日後深入研究的方向。
實驗結果顯示：膠體溶液黏度主要受膠體體積分率ψ(ψ=膠體體積/全部溶液體積)影響；對分散系統而言，共溶劑含量有一最適值；離子基含量愈多，分散粒徑愈小，分散液愈安定，但成膜後機械性質、耐水性均差；軟段分子量2000機械性質較佳，軟段分子鏈段愈長有助分散；親水性軟段有助分散，易結晶軟段有助機械性質提升；異氰酸鹽對稱性佳，有助耐水性提升；低含量(5wt%)的silicone rubber，於高離子基含量時(2.2 wt%)，對安定度有一定程度的提升。

關鍵字(中)

★ 水性PU

關鍵字(英)

論文目次

摘要
目錄--------------------------------------Ⅰ
圖目錄------------------------------------Ⅴ
表目錄------------------------------------Ⅷ
第一章序論------------------------------1
第二章、文獻回顧--------------------------3
2.1 PU水性化技術之介紹-------------------------3
2.1.1 親水基的導入----------------------------------3
2.1.2 PU ionomers-----------------------------------5
2.1.3 分散過程的機制--------------------------------6
2.1.4 水性PU主要製程-------------------------------7
2.2 水性PU分散液的物理性質--------------------11
2.2.1 水性PU分散液的安定機制 ----------------------11
2.2.2 電雙層理論(The electrical double layer)-------12
2.2.2.1 膠體(Colloid)的定義----------------------------12
2.2.2.2 膠體的穩定性-----------------------------------12
2.2.2.3 電雙層(The electrical double layer) -----------13
2.2.3 共溶劑(co-solvent)的影響--------------------18
2.2.4水性PU成膜後之性質--------------------------18
2.3 水性PU的流變性質(Rheology)----------------20
2.3.1 Rheology的定義--------------------------------20
2.3.2 黏度的定義-------------------------------------20
2.2.3流體的分類--------------------------------------21
2.3.4 靜凝性(Thixotropy) and搖凝性( Rheopexy)--------24
2.3.5 水性PU rheology--------------------------------25
2.4 影響水性PU性質的主因-----------------------27
2.4.1 離子基含量-------------------------------------27
2.4.2 軟段種類---------------------------------------28
2.4.3 軟段分子量-------------------------------------29
2.4.4 異氰酸鹽種類-----------------------------------30
2.4.5 硬質段含量-------------------------------------31
2.4.6 中和劑-----------------------------------------32
2.4.7 其他因素---------------------------------------33
第三章、實驗部份------------------------34
3.1 化學藥品---------------------------------34
3.2 儀器設備---------------------------------35
3.3 水性PUU(Polyurethane urea)合成-----------36
3.3.1 反應物--------------------------------------36
3.3.2 合成步驟------------------------------------36
3.3.3 NCO官能基濃度滴定(ASTM-D1368)---------------37
3.3.4 試片的製造----------------------------------38
3.4 水性PU sample的鑑定---------------------38
3.4.1 黏度的量測----------------------------------38
3.4.2 FTIR----------------------------------------38
3.4.3 DSC-----------------------------------------38
3.4.4 機械性質------------------------------------39
3.4.5 分散粒徑------------------------------------39
3.4.6 Zeta potential-------------------------------39
3.4.7 吸水率與重量損失率---------------------------39
第四章、結果與討論----------------------41
4.1 探討的變因-------------------------------41
4.2水性PU的流變行為-------------------------44
4.2.1 Thixotropy及Rheopexy行為的觀察-------------44
4.3 粒徑、黏度及Zeta電位的量測---------------54
4.3.1共溶劑(acetone)含量的影響---------------------54
4.3.2 離子基含量的影響------------------------------57
4.3.3 軟段分子量的影響------------------------------59
4.3.4 軟段種類--------------------------------------61
4.3.5 異氰酸鹽種類----------------------------------62
4.3.6 反應程序的影響--------------------------------63
4.3.7 Silicone rubber的影響-------------------------66
4.4 玻璃轉移溫度(Tg)---------------------------67
4.5 FTIR---------------------------------------71
4.6 機械性質-----------------------------------73
4.7 吸水率及重量損失率-------------------------78
第五章、結論------------------------------81
參考文獻---------------------------------------83

參考文獻

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指導教授

陳登科(Teng-Ko Chen)

審核日期

2000-7-12

推文