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研究生: 蕭心瑜
Shin-Yu Shiao
論文名稱: 高分子與鐵複合材料之製備
Preparation of Iron-Loaded Nanocomposite
指導教授: 談駿嵩
Chung-Sung Tan
口試委員:
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: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 60
中文關鍵詞: 超臨界流體複合材料
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  • 本研究主要利用高分子不溶於超臨界流體且超臨界流體可膨潤高分子的特性,在高分子基材中放入吸氧劑鐵,以降低基材的透氧率。在研究過程中選用了三種不同的高分子基材,分別為PC膜,PET酯粒及PET膜,至於鐵的前驅物則為Fe(acac)3和Fe3(CO)12。製備步驟是先利用超臨界流體膨潤高分子,並使鐵的前驅物溶於超臨界流體中藉由擴散進入基材中,再利用氫氣將被包覆在高分子中的前驅物還原,使之成為Fe/Polymer複合材料。

    實驗結果顯示,當以Fe(acac)3為前驅物時,含浸條件為60 ℃、2000 psi及8 h時,PET酯粒之重量增加率可達1.8 %;相同含浸條件下PC膜之重量增加率可達1.9%。但因Fe(acac)3/ PET酯粒與Fe(acac)3/PC膜於高溫及高壓下皆有融化或崩塌的情況發生,無法在高溫高壓系統下進行還原。

    當以Fe3(CO)12為前驅物時,在Fe3(CO)12/PC膜的含浸系統中,提升溫度與添加共溶劑甲醇皆有利於重量增加率的提升。在15 mL的反應器中,PC膜及Fe3(CO)12的置入量皆為0.1 g時,70 ℃及2000 psi的含浸條件下,加入0.1 mL的甲醇,PC膜之重量增加率可達1.13 %,且當共溶劑添加量為0.4 mL時,PC會產生結晶。

    □□□bFe3(CO)12/PET膜的含浸系統中,提高溫度(由70增高至120 ℃)並無法有效使重量增加率提升。將Fe3(CO)12 /PET利用氫氣在150 ℃及150 psi條件下還原,並且進行透氧率測試,所測得的透氧率反會因含浸量提升而降低。此或因PET經超臨界二氧化碳膨潤過後,自由體積變大而使得透氧率增加,以及前驅物含浸量太少,無法有效阻隔氧氣的通過,此外可能是在還原條件下並未完全將Fe3(CO)12還原成鐵。


    目 錄 頁次 摘要 Ⅰ 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 4 2-1 超臨界二氧化碳與高分子間的相平衡 4 2-1-1 超臨界二氧化碳與高分子間溶解度關係 4 2-1-2 高分子熔點與玻璃轉化點的改變 7 2-2 利用超臨界流體製備奈米複合材料 11 2-2-1 In-Situ Method 11 2-2-2 高分子混摻 13 2-2-3 有機/無機奈米複合材料的製備 15 2-3 氣體滲透性質 18 2-3-1 氣體滲透的原理 18 2-3-2 影響氣體滲透之因素 20 第三章 實驗部分 21 3-1 有機金屬的選擇 21 3-2 實驗藥品與設備 23 3-2-1 實驗藥品 23 3-2-2 實驗設備與分析儀器 24 3-3 實驗操作步驟與裝置圖 26 第四章 結果與討論 34 4-1 Fe(acac)3在高分子中之含浸及還原 34 4-1-1 以PET酯粒為基材 34 4-1-1-1 產物外觀與切面形態 34 4-1-1-2 還原方法 36 4-1-2 以PC膜為基材 37 4-1-2-1 產物外觀與切面形態 37 4-1-2-2 還原方法 39 4-2 Fe3(CO)12在高分子中的含浸與還原 40 4-2-1 以PC膜為基材 40 4-2-1-1 產物外觀與切面形態 40 4-2-1-2 溫度、共溶劑添加量對含浸結果的影響 45 4-2-2 以PET膜為基材 48 4-2-2-1 產物外觀與切面形態 48 4-2-2-2 溫度對含浸結果的影響 50 4-2-2-3 還原方法 51 4-2-2-4 透氧率分析 52 第五章 結論 55 第六章 參考文獻 56 圖目錄 頁次 圖2-2-1 以超臨界流體製備奈米複材示意圖 12 圖2-2-2 以LDPE為基材,壓力變化對重量增加率的影響 15 圖2-3-1 溶解—擴散模式 18 圖3-3-1 利用超臨界二氧化碳製備Fe/Polymer奈米複合材料之 實驗裝置圖 30 圖3-3-2 中低壓系統還原裝置圖 31 圖3-3-3 含浸及還原流程圖 32 圖3-3-4 氣體滲透裝置 33 圖4-1-1 含浸後產物外觀(a) 原始PET酯粒,(b)經40 ℃、2000 psi及4 h含浸後之PET酯粒,(c)經60 ℃、2000 psi及8 h含浸後之PET酯粒。 35 圖4-1-2 經60 ℃、2000 psi及8 h含浸之PET酯粒之SEM縱 剖面圖(a)縱剖面示意圖,(b)×2000,(c)×5000。 35 圖4-1-3 含浸後產物外觀(a)原始PC膜,(b)經60 ℃、2000 psi 及8 h含浸後之PC膜。 38 圖4-1-4 經60 ℃、2000 psi及8 h含浸之PC膜之SEM縱剖 面圖(a)縱剖面示意圖,(b)×1900,(c)×10000。 38 圖4-2-1 不同含浸條件下的產物外觀(a)原始PC,(b)經60 ℃、 2000 psi及8 h含浸後之PC,(c)經70 ℃、2000 psi 及8 h含浸後之PC,(d)經70 ℃、2000 psi、0.1 mL 甲醇及8 h含浸後之PC,(e)經70 ℃、2000 psi、 0.4 mL甲醇及8 h含浸後之PC。 43 圖4-2-2 不同操作條件下之DSC圖,圖中之數字表(℃/ psi / h / mL甲醇) 43 圖4-2-3 不同操作條件下之XRD圖譜,圖中之數字表(℃/ psi / h/ mL甲醇) 44 圖4-2-4 經70 ℃、2000 psi及8 h含浸後之PC膜之SEM縱 剖面圖與Fe-Mapping圖 44 圖4-2-5 含浸條件為2000 psi及8 h,改變溫度對重量增加率 的影響。 46 圖4-2-6 含浸條件為2000 psi、70 ℃及8 h,改變甲醇含量對 重量增加率的影響。 47 圖4-2-7 不同含浸條件下的產物外觀(a)原始PET,(b)經80 ℃、 2000 psi及8 h含浸過後之PET膜。 49 圖4-2-8 經80 ℃、2000 psi、0.1 mL甲醇及8 h含浸後 之PET膜之SEM縱剖面圖與Fe-Mapping圖。 49 圖4-2-9 含浸條件為2000 psi及8 h,改變溫度對重量增加率 的影響 50 表目錄 頁次 表2-1-1 二氧化碳於不同高分子中的溶解度 5 表2-1-2 二氧化碳被PET吸附後PET 之Tm和重量變化 9 表2-1-3 二氧化碳被PMMA及PETG吸附後PMMA及 PETG之 Tg和重量變化 9 表2-1-4 於二氧化碳存在下不同高分子Tg的改變 10 表2-1-5 Chow’s Model 的參數 10 表3-1-1 含鐵有機金屬性質之比較 22 表4-1-1 PET/Fe(acac)3還原反應條件 37 表4-2-1 改變操作溫度對重量增加率的影響 46 表4-2-2 不同甲醇含量對重量增加率的影響 47 表4-2-3 改變操作溫度對重量增加率的影響 51 表4-2-4 各樣品之含浸及還原條件 52 表4-2-5 各種處理對PET透氧率的影響 53 表4-2-6 還原後之樣品與阻氣性測試結果 54

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