聚乙烯醇-聚乙烯共聚合物(PVA-co-PE)與聚乙烯混掺的結構與物性 研究
陳建宏、黃信凱、張峻魁 崑山科技大學材料工程系
摘要
本專題實驗主要利用微差掃描式熱卡計（DSC）、廣角 X 光繞射儀（WAXD）、 動態力學分析儀(DMA)及偏光顯微鏡(POM)來研究聚乙烯醇-聚乙烯共聚合物 (PVA-co-PE)與聚乙烯混掺的結構與物性探討，另一方面探討聚乙烯醇-聚乙烯共 聚合物(PVA-co-PE)在不同條件之下之結晶化行為。因 PVA-co-PE-27 分子中 PE 佔 27wt%因此 PVA 分子鏈段在 PVA-co-PE-27 分子中將會形成較安定的結構，因 此由 DSC 實驗結果得知在 PVA-co-PE-27/PE 混摻材料中純的 PVA-co-PE-27 約在 180~190℃之間僅出現單一熔融峰意味此 PVA-co-PE-27 共聚物中僅 PVA 呈現結 晶行為，並隨著混摻之 PE 含量的增加，轉變為出現了兩個融熔峰現象。一個為 PVA-co-PE-27 中 PVA 的熔點；另一個為 PE 的熔點（130℃），並由圖中呈現共 混摻物的熔融焓隨著 PE 含量的增加形成單一線性的變化。在 X-光繞射圖形顯示 中 PVA-co-PE-27 共 聚 物 中 僅 呈 現 PVA 的 單 斜 結 晶 繞 射 峰 ， 並 隨 著 PVA-co-PE-27/PE 混摻物中的 PE 含量增加在 X-光繞射圖形終將呈現 PVA 與 PE 結晶繞射峰共存現象，相對結晶結構並不隨 PE 含量之增加而改變，僅是相對結 晶含量隨 PE 含量之增加而改變；PVA 結晶繞射峰強度隨 PE 含量的增加而逐漸 的變小，而 PE 的繞射峰會逐漸的變大。另外一方面，利用 DMA 分析結果發現 在純 PVA-co-PE-27 共聚物中在-40℃及 40℃附近呈現二個轉移運動峰分別為 PE 與 PVA 的玻璃轉移運動，當 PVA-co-PE-27/PE 混掺物中 PE 含量的增加則低溫的 (-40℃)PE 的玻璃轉移溫度逐漸偏移至-120℃。因此在儲存模量上呈現在純 PVA-co-PE-27 共聚物中在玻璃轉移區(-40℃及 40℃附近)呈現模量的下降，相對 的 PVA-co-PE-27/PE 混掺物的儲存模量也隨 PE 含量之增加而明顯下降，這現象 意味純 PVA-co-PE-27 共聚物具有較高的剛硬性並整體的 PVA-co-PE-27/PE 混掺 物的剛硬性隨 PE 含量之增加而明顯的下降。最後在 130℃等溫結晶行為的偏光 顯微鏡觀測中發現純 PVA-co-PE-27 共聚物中僅呈現微細的 PVA 結晶，相對的當 PE 含量之增加 PVA-co-PE-27/PE 混掺物中 PVA 的球晶結構會將熔融的 PE 排除 在球晶結構外形成各自的結晶結構。並且隨 PE 含量的增加 PE 球晶的同心環結 構將會逐漸變大。相對的因 PVA-co-PE-44 分子中 PE 與 PVA 約各佔一半，因此 PE 鏈段與 PVA 鏈段將會較不穩定的結構，因此純 PVA-co-PE-44 共聚物中在 DSC 結果中將呈現較低溫的 PVA 鏈段熔點(約 160~170℃)，並隨 PE 含量之增加 PE 鏈 節的熔融焓將明顯較 PVA-co-PE-27 高，另一方面 X-光繞射圖形中 PVA-co-PE-44 共聚物中呈現較不規整的 PVA 的結晶繞射峰，並隨著 PVA-co-PE-44/PE 混摻物 中的 PE 含量增加在 X-光繞射圖形終將呈現 PVA 與 PE 結晶繞射峰共存現象並其 相對結晶含量隨 PE 含量之增加而改變。另外一方面，DMA 分析結果發現在純
PVA-co-PE-44 共聚物中在-40℃及 40℃附近也呈現 PE 與 PVA 的玻璃轉移運動，
當 PVA-co-PE-44/PE 混掺物中 PE 含量的增加則低溫的(-40℃)PE 的玻璃轉移溫度 逐漸偏移至-120℃。相對的在儲存模量上呈現在純 PVA-co-PE-44 共聚物中因含 PE 鏈節較多因此 PVA-co-PE-44 共聚物的儲存模量並不隨 PE 含量之增加產生明 顯的改變。最後在 130℃等溫結晶行為的偏光顯微鏡觀測中發現純 PVA-co-PE-44 共聚物中也僅呈現微細的 PVA 結晶，相對的當 PE 含量之增加 PVA-co-PE-44/PE 混掺物中 PVA 的球晶結構會將熔融的 PE 排除在球晶結構外形成各自的結晶結 構。並且隨 PE 含量的增加 PE 球晶的同心環結構將會逐漸變大。由此研究中得 知 PVA-co-PE 共聚物中因不同的 PE 鏈節含量將會明顯導致共聚物材料之結構與 物性的改變。
關鍵字：聚乙烯醇-聚乙烯(PVA-CO-PE)共聚合物、結晶結構、物理性質
