實驗步驟及流程

本研究旨在探討 CNT、bmCNT 和 CNT-COOH 三種碳管對 PVC 熱穩定性 之影響，利用圖 3-3 中多種分析方法進行測定分析，進而了解添加不同劑量之 各種碳管對 PVC 熱裂解所造成之影響。

圖 3-3 本實驗所使用之分析方法

3.4.1 純 PVC 和添加各種類碳管之 PVC 薄膜之加熱加速老化試驗

加熱老化試驗裝置如圖 3-4，將欲加熱老化之薄膜試片置於玻璃試管中，

以矽膠塞將試管封住，其中矽膠塞上方接有進出氮氣之塑膠管，目的是利用氮 氣將樣品加熱後所釋放之氣體排出，避免氯化氫氣體之酸催化效應，首先通入 N₂流量 20 mL/min，時間 10 min，去除試管內的空氣，再將玻璃試管浸置在溫 度 180 ℃油浴槽中，在 N₂持續通入的情況下（流量為 20 mL/min），依不同實 驗所需之時間條件對樣品進行加熱老化試驗，可得到不同加熱老化時間之試 片。

圖 3-4 樣品加熱老化試驗之示意圖

3.4.2 以 FE-SEM 鑑定碳管表面形貌

將碳管樣品(CNT、bmCNT 和 CNT-COOH)以導電銅膠固定在專用之載台 上，再利用真空鍍金機在樣品上鍍金，增加其導電性以利清楚觀察，然後將樣 品置入 SEM 之 chamber 中以電子束進行掃描，來觀察不同種類之碳管的表面 形態。SEM 之操作電壓為 3 keV，鍍金參數為 10 mA，時間 60 s。

3.4.3 以 DSC 測定 PVC 玻璃轉移溫度

秤取 3 mg PVC 粉末置入 DSC 固態專用盤中，將其放置 DSC 爐體中，在 N₂流量為 50 mL/min，第一次升溫速率 10 ℃/min 由 40 ℃升溫至 270 ℃，待 降溫至 40 ℃後，再以升溫速率 10 ℃/min 由 40 ℃升溫至 270 ℃，取得第二 次 DSC 升溫曲線圖，了解 PVC 在溫度變化下其玻璃轉移溫度(Tg)及吸熱峰等 能量變化。

3.4.4 以 TGA 測定 PVC 熱裂解溫度

取 5 mg 薄膜樣品置入陶瓷盤內，將陶瓷盤放置於 TGA 爐體中，通以 N₂ 流量 100 mL/min，升溫速率為 20 ℃/min，由 25 ℃加熱至 800 ℃，在此操作 條件下量測樣品之重量損失程度、熱裂解溫度及熱裂解速率。

3.4.5 以 UV 測定 PVC 共軛雙鍵之生成

將經 180 ℃不同加熱老化時間(0, 10, 30, 60, 90, 120 min)之薄膜試片，取 40 mg 試片溶於 15 mL 溶劑 THF，直至薄膜試片完全溶解後，取溶液之上清液 置於石英分光光度計中進行 UV-Vis 光譜儀之測定。

3.4.6 以 FTIR 測定 PVC 熱裂解之官能基

將經由 180 ℃加熱老化試驗之試片，以薄膜形式進行 FTIR 之鑑定分析，

了解經熱處理後之試片分析其波峰變化情形。FTIR 量測分析掃描範圍為 400~

4000 cm^-1，解析度 2 cm^-1，掃描次數為 16 次之操作條件進行分析。

3.4.7 以 Congo Red Test 測量 PVC 熱安定化時間

剛果紅試驗為測試聚氯乙烯靜態熱穩定性的一種方法，利用 180 ℃油浴 恆溫加熱聚氯乙烯，使其熱裂解產生氯化氫氣體，利用剛果紅試紙之 pH 顏色 變化範圍在 3.0(藍色)~5.0(紅色)，由於 PVC 受熱所釋放之氯化氫氣體呈現酸性，

使得剛果紅試紙產生變色反應，顏色變化由紅色轉為藍色，因此記錄加熱開始 到試紙完全變色所需時間，剛果紅試驗其裝置示意圖如圖 3-5 所示，將試片裁 成半徑為 2 cm 且 θ= 90°的小扇形，秤取 0.2 g 薄膜試片放置於玻璃試管底部，

再將試管浸置於加熱至 180 ℃油浴槽中，試片高度要與油浴齊高，試管上方 塞入一個帶有細玻璃管的橡皮塞，且玻璃管下方插入剛果試紙，觀察並記錄剛 果試紙由紅色轉為藍色之時間，即為 PVC 熱安定化時間。

圖 3-5 Congo Red Test 裝置之示意圖

3.4.8 以 pH meter 測量 pH 值(PVC dehydrochlorination test)

此實驗裝置圖 3-6 所示，將試片裁成半徑為 2 cm 且 θ= 90°的小扇形，秤 取 0.2 克薄膜試片放置於玻璃試管底部，玻璃試管上方以矽膠塞塞住，且矽膠 塞含有玻璃細管得以讓氣體進出，先通入氮氣流量 20 mL/min，時間為 10 min，

去除試管內的空氣雜質，再將試管浸置於 180 ℃恆溫油浴槽中，試片高度與 油浴齊高，試片加熱後所釋放之氯化氫氣體，利用氮氣牽引至 50 mL DI water 中，將 pH meter 浸置在 50 mL DI water 中，當在玻璃試管浸置油浴時，利用 pH meter 測得在不同時間(30, 60, 90, 120 min)下水溶液之 pH 值變化，分析所記 錄之△pH 對時間作圖，來了解不同劑量及種類之奈米碳管對 PVC 熱安定化之 影響。

圖 3-6 PVC 加熱去氯化氫試驗之裝置示意圖

3.4.9 以 GPC 測定分子量

將經 180 ℃加熱老化試驗於不同加熱老化時間(0, 30, 60, 120, 180 min)之 薄膜試片溶於 THF 中，樣品濃度為 0.2 wt%，GPC 儀器以 THF 為沖堤液，流 速為 1 mL/min，操作溫度 32 ℃，待壓力穩定後，按下 autozero，接著抽取 100 μL 之樣品緩慢注射後開始量測。（GPC 為三根管柱串聯，管柱分別為 Shodex KF-802，Shodex KF-805，Shodex KF-804，校正用聚苯乙烯標準品分子量分別 是 5260000, 170600, 9900 和 3500 g/mol）

第四章 結果與討論

因此在外觀上 bmCNT 較為密實。然而，CNT-COOH 因在酸處理程序中受到強 酸侵蝕，導致表面較平滑無顆粒情形，又因改質後碳管管壁上具有 COOH 及 OH 官能基，推測原因為分子間具有氫鍵相互吸引，導致管與管之間緊密相黏，

其管間空隙較 CNT 及 bmCNT 而言變小，故所觀察到其形貌較為密集。