交聯產物性質分析

3. 4. 1 交聯產物熱性質分析

（1）熱重損失分析

我們藉由TGA得到交聯產物的起始熱裂解溫度（Td）及殘餘焦炭

（Char Residual）分率。這裡將熱重損失為 5%時的溫度定義為起始 熱裂解溫度；在 800℃下，殘餘物之重量比率定義為殘餘焦炭分率。

圖 3-26、3-27 是配方一與配方二各組系統交聯產物的TGA曲線圖，

將全部產物的起始熱裂解溫度與 800℃殘餘焦炭分率整理於表 3-3、

3-4。從TGA圖可知，N1/POSS-D/peroxide系統三組產物的起始熱裂解 溫度隨著POSS-D添加比例增加而升高。POSS-D為矽氧烷化合物，加 上結構中的亞醯胺基，可以提升材料的熱穩定性⁴⁶(Mittal, K. L. 實驗 所得知具備芳香環、高度對稱性以及剛性鏈結構之聚亞醯胺擁有極佳 的耐熱性)，因而有很高的熱裂解溫度與殘餘焦炭分率。

同樣地，ERL-4221/anhydride/POSS-A 系統四組產物的熱裂解溫度也 隨著矽氧烷化合物 POSS-A 添加比例增加而升高，說明 POSS-A 的矽 氧結構有效地提升了整體的熱穩定性。

配方一(N1/POSS-D/peroxide)

當量比 起始熱裂解溫度（℃）800℃殘餘焦炭分率(%)

1/0/0.01 359.1 13.6

1/0.05/0.01 365.5 11.3

配方一

1/0.1/0.01 383.4 13.3

表 3-3 配方一交聯產物之 TGA 分析結果

配方二(ERL-4221/anhydride/POSS-A)

當量比 起始熱裂解溫度（℃）800℃殘餘焦炭分率(%)

1/0.8/0 263.6 0.3

1/0.8/0.03 269.7 3.3

1/0.8/0.05 291.2 6.4

配方二

1/0.8/0.1 281.3 8.8

表 3-4 配方二交聯產物之 TGA 分析結果

（2)玻璃轉移溫度與熱膨脹係數分析

當量比 玻璃轉移溫度 Tg（℃）

1/0/0.01 235.8 1/0.05/0.01 232.8

配方一

(N1/POSS-D/peroxide)

1/0.1/0.01 230.8 表 3-5 配方一各組之玻璃轉移溫度

我們這裡用DSC來量測配方一各組之玻璃轉移溫度，取其放熱曲 線中（圖 3-28），相變化轉折點之中點為其玻璃轉移溫度。從表 3-5 發現，各組成之玻璃轉移溫度均在 230℃以上，數值相當接近。就分 子量的大小而言，POSS/聚醯胺奈米複合材料的分子量應大於純的聚 醯胺材料的分子量，其玻璃轉移溫度應該會較高，但結果卻是相當接 近，這可能是因為POSS分子接在聚亞醯胺分子鏈末端造成分子鏈堆 疊較不緊密(free volume變大)，使得Tg大小幾乎不變。一般來說高Tg 對材料而言是項良好的特性，配方一產物雖然擁有高的Tg，但這裡卻 遭遇到成膜性不佳且易脆的問題，使得該組配方無法進行熱膨脹係數 之量測與分析

材料的熱膨脹係數是以熱機械分析法(TMA)來測定，一般而言

(ERL-4221/anhydride/POSS-A)

1/0.8/0.1 142.4 127.5 98.3 表 3-6 配方二各組之玻璃轉移溫度與熱膨脹係數

3. 4. 2 凝膠分率測試

交聯硬化後的試片在 SOXHLET 裝置中以丙酮萃取三天後，經由 真空烘箱烘乾秤重，計算得到表 3-1 結果。交聯前，反應的單體與硬 化劑皆可溶於丙酮之中，而交聯後產物則不溶於丙酮。藉由凝膠分率 的測試，可以將未反應的小分子洗去，殘餘重量的百分率越高，交聯 程度也就越高。分析其凝膠分率，配方一產物的凝膠分率略高於配方 二，主要因為配方一的反應為加成聚合反應，經由起始劑產生 free radical 後，單體本身進行加成聚合，與配方二之環氧樹脂硬化反應相 較，無硬化劑未反應完全之問題，而且矽氧烷會略為降低環氧樹脂的 反應性。不過兩系統皆有不錯的凝膠分率，說明兩系統反應完全，交 聯程度高。

當量比 凝膠分率(%)

1/0/0.01 91.3 1/0.05/0.01 88.7 配方一

(N1/POSS-D/peroxide)

1/0.1/0.01 93.6 1/0.8/0 84.4 1/0.8/0.03 82.6 1/0.8/0.05 87.1 配方二

(ERL-4221/anhydride/POSS-A)

1/0.8/0.1 84.9 表 3-7 各組交聯產物之凝膠分率

3. 4. 3 介電常數測試

(N1/POSS-D/peroxide)

1/0.1/0.01 2.6