二氧化矽-氧化鋁/水性聚氨酯複合材料之製備與性質研究

Preparation and Properties of SiO2-Al2O3/Waterborne Polyurethane Composite

施凱強(Kai-Chiang Shih)

指導教授 ： 段葉芳

國立臺北科技大學/工程學院/化學工程研究所/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2014.00394

摘要

本研究利用Tetraethyl orthosilicate與Aluminium tri-sec-butoxide以溶膠-凝膠法合成三種二氧化矽-氧化鋁無機材料，並以IR、Raman、XRD與EDS鑑定結構與組成，再與水性聚氨酯形成複合材料，探討不同組成的二氧化矽-氧化鋁對水性聚氨酯的熱性質、機械性質與吸水性的影響。
利用TGA與DSC測量複合材料的熱性質，發現水性聚氨酯加入二氧化矽-氧化鋁無機材料後，熱裂解溫度與玻璃轉移溫度皆有上升的趨勢，其熱裂解溫度提10~20℃；玻璃轉移溫度提升10℃，且隨著無機材料中二氧化矽比例增加，熱穩定性隨之上升。
以拉伸試驗與硬度測試觀察複合材料的抗拉強度、楊氏係數與硬度，發現水性聚氨酯的機械性質會隨著二氧化矽-氧化鋁無機材料的加入而增加，其中抗拉強度增加42%、楊氏係數增加60%、硬度增加2.57倍。
由實驗結果得知，二氧化矽-氧化鋁無機材料能有效增加水性聚氨酯的熱穩定性與機械強度，也降低其吸水性，適合作為水性聚氨酯的強化材，增加水性聚氨酯的功能性。

關鍵字

二氧化矽-氧化鋁 ； 水性聚氨酯 ； 複合材料 ； 溶膠-凝膠法 ； 機械性質 ； 熱性質 ； 吸水性

並列摘要

The purpose of this study is to synthesize three kinds of SiO2-Al2O3 inorganic materials by the Sol-Gel method using Tetraethyl orthosilicate and Aluminium tri-sec-butoxide, their structures and component were identified by IR, Raman, XRD and EDS, composite were prepared by SiO2-Al2O3 and waterborne polyurethane, to investigate the effects of change the different SiO2/Al2O3 ratio on the thermal properties, mechanical properties and moisture absorption. The result are divided into three parts as follows:
1. The thermal properties of composites were measured by TGA and DSC, the thermal decomposition temperature and glass transition temperature of waterborne polyurethane both increase as SiO2-Al2O3 inorganic materials added into waterborne polyurethane, the thermal decomposition temperature increase 10~20℃, glass transition temperature increase 10℃. In addition, composite’s thermal stability increase as inorganic material’s SiO2 ratio rise.
2. The measurements by tensile tester and hardness testing, the mechanical properties of the composite increase as SiO2-Al2O3 inorganic materials added waterborne polyurethane. In the measurements, waterborne polyurethane’s tensile strength increased by 42%, Young’s modulus increase by 60%, hardness increase by 257%.
3. Experimental results indicate that adding SiO2-Al2O3 inorganic materials of waterborne polyurethane indeed enhance thermal stability and mechanical strength. Meanwhile, lowering the moisture absorption, be suitable for strengthening material, to improve performance of waterborne polyurethane.

並列關鍵字

SiO2-Al2O3 ； Waterborne Polyurethane ； Composite ； Sol-Gel method ； Mechanical Properties ； Thermal Properties ； Moisture absorption

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