聚-3-羥基丁酸酯與其共聚物之表面結晶性質

The Surface Crystallization of Poly(3-hydroxybutyrate) and Its Copolymer

陳偉銘(Wei-Ming Chen)

指導教授 ： 洪信國

元智大學/工程學院/化學工程與材料科學學系/碩士(2005年)

摘要

本研究利用紅外線全反射光譜(ATR)和示差掃描熱分析儀(DSC)探討各種聚-3-羥基丁酸酯(PHB)與其共聚物聚-3-羥基丁酸戊酸酯(PHBV)及其共聚物聚-3-羥基丁酸己酸酯(PHBHHx)在不同條件處理下之表面結晶行為。ATR結果證實不同的PHB表面結晶大小與整體的結晶率相似，隨著3-羥基戊酸酯（HV）及3-羥基己酸酯(HHx)的含量增加而減少，依序為PHB > PHBV5> PHBHHx3.9 > PHBV12> PHBHHx10。而表面層的結晶率比深層大。鋁箔模材熱壓成型的樣品，不同穿透深度的表面結晶大小，依序為表面層結晶率0.4微米~ 0.9微米> 1.7微米，0.4與0.9微米的表面層結晶率皆大於1.7微米的深層。經過退火處理後，表面結晶變化依序為0.9微米> 0.4微米>>1.7微米，0.4與0.9微米的表面層結晶率遠大於1.7微米的深層，此歸因於表面層的分子重排。此外，各種不同的PHAs樣品經退火處理後的表面層結晶率大小依序為Petri dish side of PHB＞hot-press PHB＞air side of PHB＞PHBV5＞PHBHHx3.9＞PHBV12＞PHBHHx10。不同膜材製備方法也會改變PHB材料的表面結晶型態，此由於高分子表面受外在模具材料表面接觸影響之成核結晶不同所致。不銹鋼模材熱壓成型的樣品，不同穿透深度的表面結晶大小，依序為表面層結晶率0.9微米> 0.4微米>>1.7微米，經過退火處理後，表面結晶大小亦為0.9微米> 0.4微米>>1.7微米，DSC結果證實，不同的PHAs經過退火處理後，其熔融熱皆比退火處理前大，此因為結晶層厚度增加而結晶較完整。在機械性質方面，PHB為易脆的材料，其易脆的缺點可隨共聚物PHV和PHHx的加入而改善，另PHB中摻混了乙烯醋酸乙烯酯(EVA)及Polyvinyl formal(PVF)後，可以改善PHB膜材易脆的缺點。
關鍵字：紅外線全反射光譜、示差掃描熱分析儀、聚-3-羥基丁酸酯、聚-3-羥基丁酸戊酸酯、聚-3-羥基丁酸己酸酯、表面、結晶

關鍵字

紅外線全反射光譜 ； 示差掃描熱分析儀 ； 聚-3-羥基丁酸酯 ； 聚-3-羥基丁酸戊酸酯 ； 聚-3-羥基丁酸己酸酯 ； 表面 ； 結晶

並列摘要

The surface crystallization of three different polyhydroxyalkanoates (PHAs), poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), PHB-co-5 weight percent 3-hydroxyvalerate (PHBV5), PHB-co-12 weight percent 3-hydroxyvalerate (PHBV12), and PHB-co-3-hydroxyhexanoate (PHBHHx, 3.9 and 10 weight percent) under different processing conditions is analyzed with depth profiling attenuated total reflection spectroscopy (ATR) and differential scanning calorimetry (DSC). The results of ATR indicate that there is a crystallinity distribution on the outer 2 microns thick surface layer. The extent of crystallinity follows the order of KRS-5(60o) > Ge(60o) > KRS-5(45o) for all three PHAs studied and the outer surface layer (~one micron penetration depth) have a greater crystallinity than the inner layer. The crystallinity of specimens is in the trend of PHB > PHBV5 > PHBHHx3.9 > PHBV12 > PHBHHx10 regardless of the different penetration depths analyzed and which is consistent with the DSC results. It is also obtained that the effect of annealing in enhancing the crystallization of PHB is more significant in the surface layer. The crystallinity obtained after annealing follows the trend of Petri-dish side of solvent-cast PHB > hot-press PHB > air side of solvent-cast PHB > PHBV5 > PHBV12 > PHBHHx3.9 > PHBHHx10. The types of the film forming method and the substrate contacted affect the surface crystallinity of the PHB material because of the changes in nucleating and crystal growing conditions. The toughness of the brittle PHB can be improved by blending polyethylene vinyl acetate or polyvinyl formal with the PHB.

(Keywords: surface, crystallization, polyhydroxyalkanoates, ATR, DSC)

並列關鍵字

surface ； crystallization ； polyhydroxyalkanoates ； ATR ； DSC