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  • 學位論文

碸型環氧樹脂單體與奈米複合材料之製備及其性質研究

Preparation and Characteriation of Sulfone Epoxy Monomer and its Nanocomposites

指導教授 : 馬振基
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摘要


本研究旨在利用綠色製程製備出碸型環氧樹脂單體(Sulfone epoxy, SEP),其最大特點為不需利用任何鹼性觸媒,該樹脂不僅具有極優異的玻璃轉移溫度,Tg為163.81℃,而且當導入至DGEBA環氧樹脂後,可將硬化後的DGEBA之Tg由原本的111.25℃提升至139.17℃。本研究發現SEP會在較低之溫度先行裂解而生成各種硫化酯衍生物殘渣,而該衍生物殘渣可產生熱烈解保護遮蔽效應並具有抗熱氧化特性以抑制環氧樹脂之熱裂解,將SEP與DGEBA進行掺混硬化後,可發現由於硬化後之交聯密度以及分子內自我相關之影響力遠高於高分子鏈間之影響力以及氫鍵作用力,本研究亦發現其硬化反應性決定於電子推拉特性以及二胺硬化劑的結構。 本研究並進一步將各種不同型態之奈米矽氧烷導入SEP中,並製備出碸型環氧樹脂矽氧烷奈米複合材料,研究發現側鏈型SEP/POSS奈米複合材料具有巨大官能基團的POSS會干擾硬化反應並破壞交聯結構,而Ladder、SiO2以及TEOS型態之矽氧烷因為本身具有大量的氫氧官能基(矽醇官能基),而這些氫氧官能基不但可以與SEP進行交聯而且也可以促進交聯結構更加穩定,此外,Ladder型態之矽氧烷化合物具有磷以及矽元素存在,由於這兩種元素存在之下會產生磷/系的難燃熱穩定協成效應可進一步提升熱穩定性,矽氧烷化合物的結構以及矽氧烷化合物對環氧樹脂的硬化反應干擾性,對矽氧烷SEP奈米複合材料是非常重要的增進熱穩定性影響因素。 本研究也利用所開發出的綠色製程來製備新型之硫醇型環氧樹脂(Thio epoxy, THEP),並由化學結構分析數據中可以看出本研究所製備出來的硫醇型環氧樹脂為一單體構造並且更能確定其結構之正確性,因此,本研究中所製備出之硫醇型環氧樹脂已經不需利用任何鹼性觸媒即可成功的合成出來,將不同重量比例之THEP與DGEBA摻混硬化後,硫醇型環氧樹脂中的硫官能基鍵結(-S-)和碸型環氧樹脂中的碸型官能基鍵結(-SO2-)相較之下,硫醇型環氧樹脂中的硫官能基鍵結(-S-)則是有較微弱的分子間(氫鍵)作用力,利用Gordon-Taylor以及Kwei方程式來評估分子間作用力可以計算出其分子間作用力參數(k)數值為0.26、q數值為-168.5,因為該分子間所產生的氫鍵作用力非常薄弱,進一步測試其熱裂解特性,發現隨著硫醇型環氧樹脂的含量增加而會降低起始熱裂解溫度,因為硫醇型環氧樹脂中的硫官能基軟鏈段(-S-)會先行在較低的溫度裂解,並進一步形成硫化酯衍生物類型之焦炭殘餘物(char yield),其經過高溫熱裂解後所產生之焦炭殘餘物在氮氣以及空氣下分別由11.43%提升至25.94%及由0.65% 提升至1.04%,THEP雖然在較低之溫度先行熱裂解,但會形成各種硫化酯衍生物,因此提昇了硬化後之環氧樹脂材料整體的熱穩定性。

參考文獻


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被引用紀錄


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