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3-4 交聯產物熱性質分析

3-4-1 玻璃轉移溫度

由 DSC 所決定的玻璃轉移溫度整理於 Table. 3-10,後 Figure. 3-45

~3-49 為各系統疊圖。

Table. 3-10 Tg of Epoxy Systems.

Epoxy System Ratio Sulfur

wt(%) Tg(℃) 0.25/0.75/1 11.64 102.9 System 2 0.75/0.25/1 26.49 131.9

0.5/0.5/1 29.34 134.1 0.25/0.75/1 32.01 149.7 System 4

1/0.25/0.75 43.63 156.9

分別觀察Systems 1、2、3,可發現隨著硫含量的增加,其 Tg 有

因此結構上較為剛硬的立體環造成空間障礙,使得高分子不易運動,

因此提高了Tg;在 System 5 中其 Tg 大都維持在 155℃左右,因其硬 化劑 CAⅢ跟 EpoxyⅢ的結構相當類似,所以硬化後的樹脂其主結構 並沒有造成太大的改變,故Tg 都相當一致。

3-4-2 TMA 熱機械分析

硬化後樹脂熱膨脹係數是以熱機械分析法(TMA)來測定,大 部分材料尺寸會隨著溫度之升高而增加,當溫度達到玻璃轉移溫度,

其熱膨脹係數會有較大的變化。而尺寸安定性對熱固型環氧樹脂在加 工上非常重要,尺寸安定性佳能確保元件在組裝製成中良率的提高。

Table. 3-11 為各組熱膨脹係數。

Table. 3-11 Thermal Expansion Coefficients.

Epoxy System Ratio CTEα(μm/m℃)

1/0/1 65.23 0.75/0.25/1 82.45

0.5/0.5/1 71.83 0.25/0.75/1 71.35 System 1

830LVP/EpoxyⅠ/CAⅠ

0/1/1 64.29 1/0/1 65.23 0.75/0.25/1 60.65

0.5/0.5/1 63.63 0.25/0.75/1 69.52 System 2

830LVP/EpoxyⅡ/CAⅠ

0/1/1 62.67 1/0.1/0.9 72.51 1/0.25/0.75 72.40 System 3

EpoxyⅡ/CAⅡ/CAⅠ

1/0.5/0.5 85.42 1/0/1 65.23 0.75/0.25/1 76.73

0.5/0.5/1 85.77 0.25/0.75/1 74.53 System 4

830LVP/EpoxyⅢ/CAⅠ

0/1/1 71.60 1/0.1/0.9 73.32 1/0.2/0.8 69.89 System 5

EpoxyⅢ/CAⅢ/CAⅠ

1/0.25/0.75 82.49

3-4-3 TGA 熱重損失分析

Table. 3-12 TGA Results of Epoxy Systems.

Epoxy System Ratio

5% weight loss temp.(℃)

1/0/1 361.23 0.75/0.25/1 328.79

0.5/0.5/1 326.09 0.25/0.75/1 343.72 System 1

830LVP/EpoxyⅠ/CAⅠ

0/1/1 305.71 1/0/1 361.23 0.75/0.25/1 318.10

0.5/0.5/1 314.17 0.25/0.75/1 318.46 System 2

830LVP/EpoxyⅡ/CAⅠ

0/1/1 310.68 1/0.1/0.9 293.97 1/0.25/0.75 297.99 System 3

EpoxyⅡ/CAⅡ/CAⅠ

1/0.5/0.5 284.73 1/0/1 361.23 0.75/0.25/1 340.37

0.5/0.5/1 346.44 0.25/0.75/1 345.35 System 4

830LVP/EpoxyⅢ/CAⅠ

0/1/1 354.38 1/0.1/0.9 356.99 1/0.2/0.8 358.32 System 5

EpoxyⅢ/CAⅢ/CAⅠ

1/0.25/0.75 342.25

從Table. 3-12 中,可觀察在重量損失百分之五的溫度皆大於 300

℃,除了在System 3 中因導入含硫的硬化劑,導致些許下降,但仍 有290℃以上。在 Systems 4、5 中,因為環氧樹脂主體結構為多苯環 的結構,故需較高的溫度(大於340℃)才會使其裂解。整體來說,

其裂解溫度都相當高,顯示其皆有良好的熱穩定性。

第四章 結論

本實驗合成出 EpoxyⅠ(diglycidyl ether of 4,4’-thiodiphenol)、

EpoxyⅡ (Diglycidyl thioether of 4,4-thiodibenzenethiol)及 EpoxyⅢ

(Diglycidyl ether of 2,2’-dihydroxy-1,1’-dinaphthalene )。 與 商 品 830LVP 作 對 比 , 並 與 硬 化 劑 CA Ⅰ 4-Methyl-1,2-cyclohexanedicarboxylic anhydride 、 CA Ⅱ 5,6-Dihydro-1,4-dithiine-2,3-dicarboxylic anhydride 、 CA Ⅲ 1,1’-Bi-2-naphthol,依照不同的比例摻混得到不同比例的硫含量與芳 香環含量,硬化後做成樣品,以觀察硫原子跟芳香環對折射率和其他 物性的影響。

在折射率方面:在Systems 1、2、3 中,固定芳香環含量為 23-24%,

改變硫的含量從 0 至 22.53%,其折射率從 1.5466 提升至 1.6483,可 明顯得知硫原子的含量對折射率有一定的影響力。將折射率對樹脂中 硫 含 量 ( S ) 作 圖 (Figure.3-43) , 可 得 一 迴 歸 線 R.I.=1.54619+0.00298S+6.95003E-5S2

在Systems 4、5 中,僅導入不同含量的芳香環,來觀察折射率的 變化。芳香環含量從 23.45 至 43.63%,其折射率從 1.5466 提升至 1.6164,亦可發現芳香環對折射率有正面影響。將折射率對樹脂中芳 香 環 含 量 ( B ) 作 圖 ( Figure. 3-44 ), 可 得 一 迴 歸 線

R.I.=1.49609+0.00207B+1.59918E-5B2

從上述系統中,可得知硫原子與芳香環對折射率有重要的影響。

在光穿透度方面:在本實驗中,除了System 3 導入硬化劑 CAⅡ:

5,6-Dihydro-1,4-dithiine-2,3-dicarboxylic anhydride,而導致其在可見光 區(400-700 nm)穿透度變差,因其化合物本身為黃色,故硬化之後,

樹脂呈現褐色,而導致穿透度嚴重下降。

其他系統,在結構中導入硫原子及芳香環會使吸收波長往長波長 位移,但其在可見光區的穿透度皆有80% 以上。

在熱性質方面:在 Tg 方面,可以觀察到 Systems1、2、3 導入硫 原子,因為硫原子有增韌的效果會導致Tg 點下降,除了在 System 3 中下降至 85℃,其他配方都還維持在 100℃左右。在 Systems 4、5 中,因為苯環的含量,故結構上較為剛硬,其空間上的障礙導致 Tg 可以增加至155℃左右。

在 TGA 部分,本實驗的配方系統皆有好的抗熱性,主要由於實 驗中的環氧樹脂,其主體結構都為雙苯環以上的結構,即使導入硫原 子抗熱性亦比一般脂肪族C-S 鍵高許多。

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