石墨烯與左旋聚乳酸原位聚合性質及應用研究

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	林世泓
論文名稱：	石墨烯與左旋聚乳酸原位聚合性質及應用研究 In-situ polymerization of Poly(L-lactide) with Graphene and research of its properties and applications
指導教授：	李育德
口試委員:	張根源蔡宏斌
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程學系 Department of Chemical Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	130
中文關鍵詞：	石墨烯、聚乳酸、原位聚合
相關次數：	點閱：4 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

在石油漸漸耗竭及民眾對環境日益重視的今天，利用非石化來源且環境友善之生物可分解高分子來取代目前市面上之泛用塑膠成為一項趨勢。本研究石墨烯作為起始物，利用其官能基對L-lactide行原位聚合反應，將石墨烯均勻分散至聚左旋乳酸中，並提高兩者間之介面親和力，藉此提昇聚左旋乳酸之熱穩定性以及電氣性質。
我們以X光散射儀確認成功製備出石墨烯。之後將石墨烯以不同比例加入L-lactide中均勻混和，並以有機錫作為催化劑進行聚合。將產物以紅外線光譜、核磁共振儀與極限黏度測試來鑑定其結構，並以熱重損失儀測量其熱穩定度。由於結晶行為對於高分子進行加工處理時有很大的影響，我們利用微差掃描熱卡計以及偏光顯微鏡觀察不同石墨烯含量之結晶行為。此外由於石墨烯獨特的高導電性，我們利用高阻抗電阻計來測定此複合材料之導電度。
從紅外線光譜以及核磁共振儀中可以看出我們成功聚合了聚左旋乳酸，分子量約在4000~6000之間，極限黏度測試皆在0.14~0.16之間，此結果使結晶相關性質分析更具實驗意義。熱重損失測試可看到於2.00 wt％熱裂解溫度約提高了30度。微差掃描熱卡計與偏光顯微鏡的觀察可看出石墨烯作為一良好的成核劑，晶核數明顯增加，但
III
同時也抑制了結晶的成長速率，到1.00 wt％時到達了極值。當含量繼續增加時，由於此時石墨烯於塊材中產生結構，使得聚左旋乳酸很快便能依附在其上進行結晶，此時石墨烯對結晶的抑制便不如含量低時明顯。電氣性質的研究中可看到含量到達1.00 wt%時產生預滲的現象，而2.00 wt％時之電導度和1.00 wt％時差了10個數量級，達到了導體的程度。
之後將其作為高分子量聚乳酸薄膜之填充材，從電子穿透式顯微鏡的影像我們可以看到其可很好地分散在聚乳酸中，且不會聚集成一球，顯示兩者間的親和力極佳。也因為此緣故，複合薄膜在氣體阻絕性上最高能使氧氣的透過率降低56%，在導電性上可使導電度上升四個冪次，而導熱性也提昇了61％。
從以上結果可知我們成功的聚合出新式的聚左旋乳酸-石墨烯複合材料，不僅提昇了聚左旋乳酸之熱穩定度，增加其作為泛用塑膠替代物之應用，更使其成為具導電性之高分子複合材料，可應用在消費性電子產品、生醫材料及食品包裝等相關產業。

摘要    I
ABSTRACT    IV
圖目錄    XI
表目錄    XIX
第一章 緒論    1
第二章  文獻回顧    4
1 生物可分解高分子    4
2 合成型生物可分解高分子    5
2.1脂肪族聚酯    5
2.2芳香族聚酯    7
3 生質高分子    7
4 聚乳酸    8
4.1聚乳酸之合成    11
4.2 結晶結構    11
4.3 聚乳酸之生物可分解性    15
4.4 聚乳酸之研究與應用    16
5 高分子複合材料    17
5.1層間插入法    18
5.2原位法    18
5.3分子複合材料形成法    19
5.4超微粒子直接分散法    19
5.5其他製造法    19
6 石墨烯    19
6.1 石墨烯製備    20
6.1.1 化學還原石墨烯    21
6.2 石墨烯性質    23
6.3 石墨烯-高分子複合材料    24
6.3.1混摻複合材料    25
6.3.1.1 溶劑混和    25
6.3.1.2 熔融混和    25
6.3.1.3原位聚合反應    26
6.3.2 機械性質    27
6.3.3 電氣性質    28
6.3.4 相關應用    29
第三章  研究動機及目的    30
1研究動機    30
2 研究目的    31
第四章  實驗程序與方法    32
1 試藥與溶劑    32
2 實驗儀器與設備    32
3 實驗流程與方法    34
3.1 實驗流程圖    34
3.2 石墨烯與L-lactide開環聚合反應式    35
3.3 實驗步驟    36
3.3.1 熱還原氧化石墨烯製備    36
3.3.2 L-lactide/石墨烯原位聚合反應    38
3.3.3 GLLA/PLA 複合薄膜製備    39
4 測試與分析方法    40
第五章 結果與討論    46
1 GLLA之結構鑑定與性質分析    46
1.1 結構鑑定    46
1.1.1 IR紅外線光譜    46
1.1.2 核磁共振儀 H-NMR    47
1.1.3高解析電子能譜儀分析    53
1.1.4極限黏度測試    59
1.2 熱性質    62
1.2.1 TGA    62
1.3 斷裂面形態    63
1.3.1 場發射式電子顯微鏡觀測    63
1.4 結晶性質    66
1.4.1非結晶狀態    66
1.4.2 恒溫結晶狀態    67
1.4.2.1長期恒溫結晶    67
1.4.2.2 短期恒溫結晶    74
1.4.2.3 偏光顯微鏡觀察    78
1.5 電氣性質    102
2    PLA/GLLA複合薄膜    104
2.1    PLA基本性質測定    105
2.2    PLA/GLLA薄膜形態    106
2.3 PLA/GLLA薄膜熱性質    109
2.3.1 DSC    109
2.3.2 TGA    111
2.3.3 熱傳導性質    113
2.4 PLA/GLLA薄膜機械性質    115
2.5    PLA/GLLA薄膜之氣體透過率    118
2.6    PLA/GLLA薄膜導電性    120
第六章 結論    122
第七章 參考文獻    127

                                

[1] Jayasekara R, Harding I, Lonergan G.J Polym Environ 2005:13(3):231-251
[2] Bordes P, Pollet E, Averous L. Pro Polym Sci 2009:34(2):125-155
[3] Jamshidian M, Tehrany E A, Imran M, Jacquot M, Desobry S. Compr Rev Food Scif 2010:9:552-571
[4] Griffin GJL. Chemistry and Technology of Biodegradable Polymers. New York Springer 1993
[5] Abraham JD, Joseph K, David M. Handbook of biodegradable polymers. Harwood Academic Publishers, 1997.
[6] Zhao YH, Zhao Y, Yuan XB and Sheng J, J Appli Polym Sci, 106 (1), 161-168 (2007)
[7] Zhang C , Liao LQ and Gong SQ, Macromol. Rapid Commun, 28 (4), 422-427 (2007)
[8] Muller AJ, Castillo RV and Hillmyer M, Macromolecular Symposia, 242, 174-181 (2006)
[9]興技生物科技公司產品介紹，網址：http://www.bio-invigor.com/big5/product/物理化學性質.pdf。
[10] Schindler A. and Harper D., “Polylactide. II. Viscosity-molecular weight relationships and unperturbed chain dimensions”, J. Polym. Sci. Pol. Chem., Vol. 17(8), p2593~2599(1979)
[11] Du YJ, Lemstra GJ, Nijenhuis AJ and Hubb AM, Macromolecules 28(7), 2124 (1995)
[12] Sasaki S, Asakura T. Macromolecules 2003:36(2):8385-8390.
[13] Pan P, Kai W, Zhu B, Dong T, Inoue Y. Macromolecules 2007:40(29):6898-6905.
[14] Zhang J, Tashiro K, Tsuji H, Domb AJ, Macromolecules 2008:41(4):1352-1357.
[15] Yasuniwa M, Lura K, Dan Y. Polymer 2007:48(18):5398-5407.
[16] Pan P, Inoue Y. Prog Polym Sci 2009:34(7):605-640.
[17] Eling B, Gogolewski S, Pennings AJ. Polymer 1982:23(11):1587-1593.
[18] Hoogsteen W, Postema AR, Pennings AJ, Tenbrinke G, Zugenmaier P. Macromolecules 1990:23(2):634-642.
[19] Puiggali J, Ikada Y, Tsuji H, Cartier L, Okihara T, Lotz B. The frustrated structure of poly(L-lactide). Elsevier Sci Ltd, 2000. P.8921-8930.
[20] Cartier L, Okihara T, Ikada Y, Tsuji H, Puiggali J, Lotz B. Epitaxial crystallization and crystalline polymorphism of polylactides. Elsevier Sci Ltd, 2000.p.8909-8919.
[21]李亦淇，生物可降解之左旋聚乳酸薄膜結構改變於生醫材料之應用，國立臺灣大學醫學工程學研究所，碩士論文（2002）。
[22] Yuan XY, MAK A F.T., Kwok KW, Yung B K.O. and Yao KD, J. Appl. Polym. Sci., 81, 251-260 (2001)
[23] Dijk MV, Tunc DC, Smit TH, Higham P, Burger EH, Wuisman PIJM, Vrije Universiteit Medical Center. P.O. Box 7057, 1007MB Amsterdam. The Netherlands.
[24] Ubbelohde AR, Lewis LA, Graphite and its crystal compounds. London:Oxford University Press:1960.
[25] Thompson TE, Falardeau ER, Hanlon LR. Carbon 1977:15:39
[26] Fuzellier H, Melin J, Herold A. Carbon 1977:15:45
[27] Shenderova OA, Zhirnov VV, Brenner DW. Crit Rev Solid State Mater Sci
[28] Krishnan A, Dujardin E, Treacy MMJ, Hugdahl J, Lynum S, Ebbesen TW. Nature 1997;388:451.
[29] Land TA, Michely T, Behm RJ, Hemminger JC, Comsa G. Surf Sci 1992;264:261.
[30] Nagashima A, Nuka K, Itoh H, Ichinokawa T, Oshima C, Otani S. Surf Sci 1993;291:93.
[31] Forbeaux I, Themlin JM, Debever JM. Phys Rev B 1998;58:16396.
[32] Kelly BT. Physics of Graphite, Applied Science, London 1981:475.
[33] Kotov NA. Nature 2006;442:254.
[34] Stankovich S, Dikin DA, Dommett GHB, Kohlhaas KM, Zimney EJ, Stach EA, et al. Nature 2006;442:282.
[35] Verdejo R, Barroso-Bujans F, Rodriguez-Perez MA, de Saja JA, Lopez-Manchado MA. J Mater Chem 2008;18:2221.
[36] Schniepp HC, Li JL, McAllister MJ, Sai H, Herrera-Alonso M, Adamson DH, et al. J Phys Chem B 2006;110:8535.
[37] Gilje S, Han S, Wang M, Wang KL, Kaner RB. Nano Lett 2007;7:3394.
[38] Gomez-Navarro C, Weitz RT, Bittner AM, Scolari M, Mews A, Burghard M, et al. Nano Lett 2007;7:3499.
[39] Hummers WOR. J Am Chem Soc 1958;80:1339.
[40] Paredes JI, Villar-Rodil S, Martinez-Alonso A, Tascon JMD. Langmuir 2008;24:10560.
[41] Stankovich S, Dikin DA, Piner RD, Kohlhaas KA, Kleinhammes A, Jia Y, et al. Carbon 2007;45:1558.
[42] Stankovich S, Piner RD, Chen XQ, Wu NQ, Nguyen ST, Ruoff RS. J Mater Chem 2006;16:155.
[43] Athanasios B, Bourlinos DG, Dimitrios Petridis, Tamas Szabo, Anna Szeri, Imre Dekany. Langmuir 2003;19:6050.
[44] Eda G, Fanchini G, Chhowalla M. Nature Nanotechnol 2008;3:270.
[45] Becerril HA, Man J, Liu Z, Stoltenberg RM, Bao Z, Chen Y. ACS Nano 2008;2:463.
[46] Lee C-G, Park S, Ruoff RS, Dodabalapur A. Appl Phys Lett 2009;95:023304.
[47] Shin H-J, Kim KK, Benayad A, Yoon S-M, Park HK, Jung I-S, et al. Adv Funct Mater 2009;19:1987
[48] McAllister MJ, Li J-L, Adamson DH, Schniepp HC, Abdala AA, Liu J, et al. Chem Mater 2007;19:4396.
[49] Bolotin KI, Sikes KJ, Jiang Z, Klima M, Fudenberg G, Hone J, et al. State Commun 2008;146:351.
[50] Nair RR, Blake P, Grigorenko AN, Novoselov KS, Booth TJ, Stauber T, et al. Science 2008;320:1308.
[51] Balandin AA, Ghosh S, Bao W, Calizo I, Teweldebrhan D, Miao F, et al. Nano Lett 2008;8:902.
[52] Lee C, Wei X, Kysar JW, Hone J. Science 2008;321:385.
[53] Huang Y, Qin Y, Zhou Y, Niu H, Yu Z-Z, Dong J-Y. Chem Mater 2010;22:4096.
[54] Fang M, Wang K, Lu H, Yang Y, Nutt S. J Mater Chem 2009;19:7098.
[55] Goncalves G, Marques P, Barros-Timmons A, Bdkin I, Singh MK, Emami N, et al. J Mater Chem 2010;20:9927.
[56] Kim H, Macosko CW. Macromolecules 2008;41:3317.
[57] Kim H, Macosko CW. Polymer 2009;50:3797.
[58] Wang H, Hao Q, Yang X, Lu L, Wang X. Nanoscale 2010:2:2164.
[59] Liang J, Wang Y, Huang Y, Ma Y, Liu Z, Cai J, et al. Carbon 2009;47:922.
[60] Hong W, Xu Y, Lu G, Li C, Shi G. Electrochem Commun, 2008, 10, 1555.
[61] Bao LH, Dorgan JR, Knauss D, Hait S, Oliveira NS, Maruccho IM. Journal of Membrane Science , 285 (2006), 166–172
[62] http://www.tpl.fpv.ukf.sk/engl_vers/flash.htm
[63] Shieh Y T, Liu G L. J. Polym. Sci.B, 2007, 45, 1870
[64]Cam D, Marucci M, Polymer, 1997(38), 1879-1884
[65] Teng CC, Ma CC, Cheng BD, Shih YF, Chen JW, Hsiao YK, Composites: Part A, 2011, 42, 928-934

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文