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  • 學位論文

含分枝狀高分子聚乳酸複合材料阻燃及增韌性質

Flame Retardant and Toughening Properties of Polylactide Composites with Branched Polymer

指導教授 : 鄭國忠

摘要


本研究以氫氧化鋁(ATH)結合自行合成之分枝狀高分子(HBP6)作為聚乳酸(PLA)之無鹵素阻燃劑及增韌劑。藉由塑譜儀以熔融混煉法製備出聚乳酸/氫氧化鋁/分枝狀高分子之阻燃及增韌性複合材料。首先利用LOI及UL-94來檢測複合材料的阻燃性質,進一步利用熱重分析儀及紅外線熱像分析儀探討其熱穩定性、裂解溫度及阻燃機制。相容性以Fox equation來進行分析探討。接著以機械試驗及SEM來觀測其複合材料之機械性質與材料受到拉伸及衝擊的破壞面來分析增韌性質。 在比例PLA:ATH:HBP6之重量比為70:29:1(PB-0)至PLA:ATH:HBP6之重量比為70:10:20(PB-20)的複合材料的之阻燃等級皆可達到V-0,其LOI值可維持30%以上。LOI值為比例PLA:ATH:HBP6之重量比為70:29:1(PB-1)的44為最高。紅外線熱像分析數據中,燃燒溫度曲線因添加氫氧化鋁造成溫度緩慢上升,其中PB-0則是ATH開始熱裂解,釋放水氣而降低燃燒的溫度,導致曲線緩慢上升。DSC分析顯示玻璃轉移溫度、冷結晶溫度會隨著HBP6的增加有往低溫移動的趨勢。由機械性質發現,HBP6添加量至30w%,模數、屈服強度及斷裂強度分別降低至0.43GPa、10.2MPa及6.9MPa,相對斷裂延伸率在添加量為6wt%以上有大幅的提升,其中以PLA:BP6之重量比為70:30的271.6%為最好。耐衝擊強度明顯的有所提升,由原本PLA的19.3kJ/m2提升至PB-30的40.2kJ/m2。由此可知BP6添加至30wt%可助提升韌性。由SEM圖去驗證韌性機制,從破壞表面及截面有大量的銀紋形成而造成內部結構呈現微纖維狀形態及空洞,拉伸後試片的表面形態明顯有應力白化現象的產生。

並列摘要


Polylactide (PLA) composites with aluminum hydroxide (ATH) and branched polymer (HBP6) were prepared via direct melting compounding using a brabender. The flame-retardant and thermal behavior of PLA/ATH/HBP6 composites was evaluated by limiting oxygen index (LOI), UL-94, thermogravimetric analysis (TGA), and infrared thermography analysis. The results showed that the limiting oxygen index (LOI) can be further raised to 44% for the PLA composite with 29 wt% of ATH and 1 wt% of HBP6. The HBP6 content of 1 wt% to 20 wt% of the PLA composites could reach UL-94 V-0 rating. The limiting oxygen index could be maintained above 30%. For example, the elongation at break of the composite could be increased to 272% with addition of HBP6 of 30wt%. Furthermore, the ductile failure was confirmed by SEM photos of the fractured surface caused by the tensile or impact test.

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延伸閱讀