回火對PU奈米型態之影響

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黃彩鳳(Cai-fong Huang) 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

回火對PU奈米型態之影響

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摘要(中)

本實驗利用Two-step溶液聚合法自行合成可供TEM型態研究之非極性式PU，其軟質段(soft segment)為HTpolyIP (Hydroxyl-terminated Polyisoprene)，硬質段(hard segment)則由二異氰酸鹽MDI(4,4`-diphenylmethane diisocyanate)與鏈延長劑(chain extender)BD( 1,4-butanediol )所構成。
過去本實驗室針對第二吸熱熔融峰(T2：long range order)上之研究，認為T2結構可能是屬於不完整的晶形(paracrystalline介穩晶態)，所以T2結構能夠經由長時間的回火逐漸轉變成T3微結晶結構。因此本實驗提出以相分離程度較完全之非極性PU為材料，以及過去實驗室發現由MDI-BD及Poly-IP，且硬質段含量為55%所合成出的非極性PU，發現其型態為長圓柱狀(cylinder)或是平板狀(lamellar)，而因為極為規則度，所以本實驗提出以此系列的樣品透過動態回火與靜態回火處理程序，透過TEM來觀察硬質相中在不同規則度下的排列變化情形，並找出各種規則度下PU結構與型態的關係。
另外，這些PU樣品可從FTIR證明其相分離(phase separation)程度很高，因此可以消除軟硬質相互溶所衍生的變數。而以DSC、TEM、WAXD等儀器嚴謹且有系統地探討經由動態與靜態回火之後，PU硬質相第二熔融峰(T2：long range order)與第三熔融峰(T3：microcrystalline)微結晶等性質關係。在硬質相第二熔融峰行為方面，從等溫回火、升溫掃描的研究結果發現，隨著回火溫度的提升，T2熔融峰會往高溫偏移，且最後併入T3熔融吸熱峰中。期許本研究能夠給予PU在型態、結構與性質上的關係，提供更進一步的解釋方向。

摘要(英)

The experiment employed two step solution polymerization to synthesize nonpolar-based segment polyurethane offered to the study of morphology. Its chemical formula of soft segment is poly-IP (hydroxyl-terminated polyisoprene), and the hard segment is composed of MDI (4, 4´-diphenylmethane diisocyanate) and BD (1, 4-butadiol).
Our previous research on T2 (long range order) had found that it transformed the structure gradually into T3 (microcrystalline) structure through long-time annealing; therefore we came out with a conclusion that its structure is probably paracrystalline. The experiment utilized better-performed phase-separated nonpolar-based PU, synthesized by MDI- BD, Poly-IP and hard segment content 55%, direct observation the morphology by TEM, discover its shape was a long cylinder or lamellar form, which it’s in a regular state. With this in mind, we proposed dynamic annealing and static annealing to observe the regularity of hard segment, searching for the connections between structures and morphology under different regularity thus.
FTIR shows that the phase separation of these PU samples is to a great extent, so as to eliminate the variables of reciprocal dissolution of hard and soft segment. Furthermore, we combined the result of TEM with the results of DSC, WAXD, etc. We could determine how the properties between T2 and T3 by means of dynamic annealing and static annealing. With what we had obtained; we do expect to bring PU into further prospect.

關鍵字(中)

★ 結構與性質
★ 型態
★ 回火
★ 嵌段式聚胺基甲酸酯

關鍵字(英)

★ annealing
★ segment polyurethane
★ structure and property
★ morphology

論文目次

中文摘要 ---------------------------------I
英文摘要 -------------------------------- II
致謝 -------------------------------------III
目錄 -------------------------------------IV
圖目錄 ---------------------------------- VII
表目錄 ----------------------------------- X
第一章緒論 -----------------------------1
1-1前言 -------------------------------1
1-2 研究動機 --------------------------3
第二章文獻回顧 -------------------------4
2-1 PU的熱性質 ------------------------6
2-1-1 軟質相的玻璃轉變性質 ------------6
2-1-2 硬質相的玻璃轉變性質 -------------7
2-1-3 硬質相的規則度 ------------------8
短範圍規則度，T1探討 -------------9
長範圍規則度，T2探討 ------------10
微結晶，T3探討 ------------------11
2-2 PU相分離動力學 -------------------12
2-3 PU的型態與結構 -------------------13
2-4 PU硬質段的結構組成 ---------------16
2-5 PU的機械性質 ---------------------20
2-5-1 軟質段玻璃轉移溫度 -------------20
2-5-2 內部結構與型態的影響 -----------21
2-5-3 回火處理對機械性質的影響 -------22
第三章實驗部份 ------------------------23
3-1 實驗藥品與用品 -------------------23
3-2 儀器設備---------------------------24
3-3 實驗流程 -------------------------24
3-3-1 反應物 -------------------------24
3-3-2 合成步驟 -----------------------24
3-3-3 PU試片製備 ---------------------25
3-3-4 FTIR測試 -----------------------26
3-3-5 DSC熱性質分析 -------------------26
3-3-6 以DSC做熱處理的切片樣品 --------27
3-3-7 穿透式電子顯微鏡(TEM)分析 ------27
(一) 切片樣品的製備 -------------27
(二) 超薄切片 -------------------27
(三) 染色 -----------------------28
(四) 穿透式電子顯微鏡之觀察 -----28
(五) 影像分析處理 ---------------28
3-3-8 X光繞射分析(WAXD)分析 ----------28
第四章結果與討論 ----------------------31
4-1 FTIR分析 -------------------------31
4-2 DSC熱分析 ------------------------33
4-2-1 DSC熱處理過後的PU外觀 ----------54
4-3 廣角X-ray(WAXD)分析 --------------54
4-4穿透式電子顯微鏡(TEM)對PU型態分析 -57
4-4-1 靜態回火系列 -------------------57
4-4-1 (A) 靜態80度回火1小時 ----------57
4-4-1 (B) 靜態110度回火1小時 ---------59
4-4-1 (C) 靜態130度回火1小時 ---------59
4-4-1 (D) 靜態150度回火1小時 ---------60
4-4-1 (E) 靜態160度回火1小時 ---------61
4-4-1 (F) 靜態170度回火1小時 ---------62
4-4-1 (G) 靜態175度回火1小時 ---------63
4-4-1 (H) 靜態170度回火3小時 ---------64
4-4-1 (I) 靜態170度回火6小時 ---------66
4-4-1 (J) 在150度回火1小時後升溫到170度回火1小時
-------------------------------67
4-4-1 (K) 在150度回火1小時後升溫到170度回火3小時
-------------------------------68
4-4-2 動態回火系列 -------------------85
4-4-2 (A) 動態室溫回火 ---------------85
4-4-2 (B) 動態110度回火 --------------85
4-4-2 (C) 動態120度回火 --------------87
4-4-2 (D) 動態130度回火 --------------88
4-4-2 (E) 動態150度回火 --------------89
4-4-2 (F) 動態165度回火 --------------90
4-4-2 (G) 動態175度回火 --------------91
4-4-2 (H) 動態180度回火 --------------92
第五章結論 ----------------------------104
第六章未來工作 ------------------------106
參考文獻　---------------------------------107

參考文獻

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指導教授

陳登科(T.K. Chen)

審核日期

2007-7-20

推文