『制米高分子接合材科
的合成與性質 J (主)
摘嬰
本研究主要探討黏土 (clay) 在對位聚茉 乙怖 (sPS) 中所引發的結晶效果 O 藉由適當的 界面活性劑,我們成功的製備對位聚末乙怖/ 黏土納米級複合材料,並由 XRD 與TEM 的分析 結果顯示,基材中的無機矽酸鹽層具納米分 散效果。且于生J) SC 降溫過程中,對位聚茉乙稀 /黏土納米級複合材料相較於對位聚茉乙婦有 較高的結晶溫度與較快的結晶速率,此說明 納米分散之矽酸鹽層具有促進結晶作用 O 周介交大友聲位
納米級分散複合材料於 1987年由日本豐 田中央研究所首次公蘭, 1991 年美國將納米 技術列入「政府關鍵技術」、「本世紀末、 下世紀初的重大研究方向 J '同年日本開始 進行為期十年的納米技術研究計畫並將此技 術作為政府、企業和大學合作研究的三項重計畫主持人:張豐志教授
國立交通大學應用化學系
大基礎研究課題之一。 1992 年中國國家科學 委員會將「納米材料科學j 列入國家「八五 J 重點科技攻擊計畫項目。 1993 年德國提出十 年重點發展的九個領域八十項關鍵技術,其 中納米技術就涉及四個領域十二項技術,同 年澳大利亞將納米技術列為 21 世紀最優先開 發的項目。 1995 年歐洲聯盟委員會研究報告 指出: r 今後十年,納米技術的開發將成為 僅次於晶片製造的世界第二大製造業。」此 外,英國政府在機械、光學、電子等方面有8 個納米超細粉項目進行研究。美國 FJND/SVP 研究機構表示:任何一個經營基礎材料的美 國企業,如果現在不採取積極措施進入納米 級材料研究開發應用,則在今後五年內勢必 處於競爭劣勢地位 O 國外研究單位對納米複合材料的開發應 用研究,如日本豐田中央研究所在納米 向 lon-6/ 黏土複合材料方面的開發應用研 究,而大陸中國科學院亦在納米 Nylon-6/ 黏 土複合材料、納米 PET/ 黏土複合材料等方面進行開發應用研究。而國內對納米複合材料 的開發應用研究也開始投入研究,工研院化 學工業研究所已著手進行開發納米級複合材 料,期望應用於高功能性、高附加價值應用 的產業,或者對納米級複合材料導入具有機 能性功效,有利於未來創新技術的研發及應 用。 由於黏土具有相當好的機械強度與耐化 學性質,常常作為高分子的補強或填充料, 若能使黏土在高分子中分散到納米級的大 小,則僅須添加 5% 以下的黏土,即可使此高 分子一黏土納米複合材料取代目前工業界的高 分子複合材料,因此如何將黏土做有效的分 散為本研究的目標之一。高分子納米複合材 料可充份發揮分子層級之結構特性,以達納 米複合材料低補強材含量之輕量化目標,並 兼具高強度、高剛性、高耐熱性、低吸水 率、低透氣率等性質,若再加入一些特殊功 能的單體或添加劑(如導電i性、感光性) ,則 可成為功能性高分子。因此可預期納米複合 材料在電子、光學元件及結構材料的開發應 用上,將具有極大的發展空間。 對位聚至在乙佈 (Syndiotactic Polystyrene' sPS)於 1985年由日本出光公司 首先合成,由於其具有頗高的熔點且原料茉 與乙怖價廉立刻被認為有可能成為下個世紀 最重要的工程塑膠 o 幾個國際大公司不僅在 觸媒研究投入大批人力,對於其下游應用也 不忽視。 sPS不但原料成本低且具有耐熱恆、 對抗酸鹼溶劑性佳、低比重、低介電J性、流 動性佳及收縮低等諸多優點,唯其主要缺點 在於結晶速率慢且物性較為脆弱。 本研究中將合乙:埔基的單體浸透入黏土 中,並加之於高分子溶液內,以製備高分子/ 黏土複合材料,這種方法較類似層剝離法, 而不是插入法。製備納米複合材料時,離子 界面活性劑對黏土陽離子的離子交換能力亦 是非常重要的 O 製備完成對位聚末乙怖/黏土 納米級複合材料後,再經由XRD 、 TEJl 、 DSC來 分析其分散效果與結晶行為。
實驗方法
1. 黏土的膨潤
將含有C16:院基長鏈的cety1pyrid inium
chloride (CPC) 溶解於蒸餾水,並將其倒入
~a+-montmorillonite (clay) 水j容液中攪拌 24 /J \時,然後將其過濾乾燥,此黏土之離子 交換當量(cation exchange capacity)為
1.15meq/呵。
2. 製備sPS/clay Nanocompos忱的
以二氧茉在140 0 Cf溶解5 月,再將上述 已處理過的黏土緩慢加入,經 2 小時混合後, 在真空烘箱中將二氯茉除去以製備樣品。3. 笨乙端的緊合反應
將膨潤後的黏土置於蒸餾水中攪拌,然 後逐次加入sss 及PVA(polyvinyl alcoho 1) 。 再將配製好的BPO/styrene加入並繼續攪拌一 段時間,最後將溫度由室溫升至60 0 C'使其 進行聚合反應,於 12小時後停止反應。4.PMMA 之頁頁合反應
將膨潤後的黏土置於蒸餾水中攪拌,然 後逐次加入單體聚合。 qvnc
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Fhu 思 源Clay-CPC 、 Clay-CPC-PMy[!\ 分別與 DER 332 於 70 0 C
,
1000 C 、 120 a C 下攪拌混合 再加入D-230 配製成 3w 協混合物,再將此混 合物置於真空烘箱抽泡後倒入預熱 70 a C 、 100 0 C、 120 0 C 的鋼模,進行硬化反應二小 思遠的
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時後,再分別以 160 a C 二小時、 180 a C二小 時、 180 a C 五小時來後硬化 O 機型:SSC-5000
製造商 :SeikoCo. ,日本二步析測試
1.X-ray
結呆與討論 機型:MI8XHF-SRA
1.sPS/Clay Nanocomposites
表一為不同 5 月與 CPC組成比之 Tg,
sPS 與 CPC的 Tg分別為 97.0 、 1a
.1"
C
'而當 CPC含量 為 1 、 3 、 5 、 10% 時, Tg 逐漸向 CPC 之 Tg 移 動,顯示 sPS 與 CPC 的相容性良好。圖一為不同 clay/CPe當量比之 X-ray 圖,純 clay 之間距
為 12
(
,由圖可發現CPC 當量愈高 d-spaci ng
愈大,至 c
la
y/CPC=I/1日寺d-spa ci
ng達到21(
(
2( 二 4.1 ()。 製造商:MaeSe ience Co.
,
Ltd ,日本2.TEM
機型:
JEM-I008
製造商:
J eo 1
Co. ,日本3.DSC
機型:
SSC-5000
製造商:
Seiko
Co. ,日本ray
圖,當sPS/間二為 sPS與處理過的clay 慘混後的Xcla
y二 5/95時, clay之間距完 全沒有撐開(參考圖~C) ,而隨著sPS的含量 增加,cIa
y 的 d-s pa ci n
g 也隨之增大。當sPS/
clay二20/80時, clay之間距為27.4(,
sPS/ cIa
y 二50/50時,所呈現的峰較為寬廣, 應為兩種層間距離重疊所形成,clay之間距分別為28.5與23.0
(,
sPS/clay=80/20時,
clay之間距再增加為 31. 1
(,直到 sPS/c1 ay 三90/10時, clay 之間距在 XRD 己看不表 1
sPS/CPC 之 Tg
4.GPC
機型:Waters 486
製造商:美商決特公司5.TGA
交大友聲叫
SPS 含量(%) CPC 合宣(%)Tg(C)
100
O970
9953.4
97
3
、487
95
5
17.1
90
10
12.5
O100
10.1
梅、彎a
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圓 clay/CPC 不同當量比之 X-ray(a) clay/CPC =
110.3
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clay/CPC
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99.7
0.3
237.3
252.79
197.80
54.99
2
1.
70
99.5
0.5
237.9
244.77
206
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7
38.3
2082
99
236.2
250
.4
6
211.35
39.11
20.86
97
3
237.0
242.05
214.09
27.96
19.39
95
3
236.7
243.35
211.09
32.26
2
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spsccp 75 一一-sps “ 100 300 150 262.5sPS/clay 之 DSC 降溫圓
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(法)叫到哼詩歌與
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sPS/clay(處理過)之相對結晶度與溫度 i窗
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)。若由結晶形態來看,在sPS/clay 二80/20 之前未能顯現出sPS 的結晶, sPS/clay 二 80/20 時逐漸出現,