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以雙螺桿微混煉熱塑性聚氨酯/黏土奈米複材之製備與性質研究

為了解決Truss Head screw的問題，作者陳維澤 這樣論述：

本研究選用天然蒙脫土，實驗室代號CL120和CL88之天然黏土，經椰油醯兩性基二丙酸二鈉(DisodiumCocoamphodipropionate, K2)進行表面改質反應，可有效將天然黏土的層間距離加大，使原本較親水性的黏土變為較親油性的表面，使改質型黏土與高分子的相容性提升，利用X光繞射儀(X-ray Diffractometer, XRD)檢測天然黏土改質後的層間距變化，以熱重分析儀(Thermogravimetric Analyzer, TGA)檢測改質型黏土中層間改質劑的插層量與熱穩定性，傅立葉轉換紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Sepectr

omter, FT-IR)比對天然黏土和改質型黏土之有機與無機的官能基，證明改質劑是否成功插層於無機層材的層間，利用雷射粒徑分析儀(Laser Diffraction Particle Size Analyzer, LDS)檢測改質型黏土粒徑大小和界面電位(Zeta-potential)。 將改質後的層狀材料，利用微型雙螺桿熔融混煉機(Twin Screw Microcompounding)與熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethanes, TPU)熔融混煉製備奈米級複合材料，以熱壓方式製成薄膜並進行各性質檢測與探討，機械性質部分以萬能拉力試驗機(Tensile T

esting Machine)、動態機械分析儀(Dynamic Mechanical Analyzer, DMA)和耐磨耗機(Abrasion Tester)分別檢測複材的拉伸強度、儲存模數和耐磨耗，從分析數據可得知，以樣品TPU-CL88-K2-1.5CEC-2phr最佳，拉伸強度從原本的275.0 kgf/cm2提升至329.9 kgf/cm2，提升54.9 kgf/cm2，儲存模數從原本的846 MPa提升至1411 MPa，提升565 MPa，磨耗900圈重量損失由原本的0.0275 g減少到0.0133 g，耐磨耗提升51.6 %。分散型態以X-ray繞射光譜分析儀式及穿透式電子顯微

鏡觀察(Transmission Electron Microscope, TEM)，TPU-clay複材在XRD分析圖並沒有看到黏土的特徵峰，添加3 phr改質型黏土奈米複材在薄膜表面觀察到改質型奈米黏土分散不均勻導致團聚造成的小顆粒，添加1和2 phr改質型黏土奈米複材TEM圖為海型脫層分散。耐熱性質方面以熱重分析儀探討複材的熱裂解溫度，TPU-CL88-K2-1.5CEC-2phr複材T5d點從原本的293 ℃增加到332 ℃最佳，提升39 ℃。利用微差掃描熱分析儀(Differential Scanning Calorimetry, DSC)以及動態機械分析儀可得知樣品的玻璃轉換溫度，

DSC方面，從分析數據可得知，以樣品TPU-CL88-K2-1.5CEC-2 phr複材的Tg點，從原本-27.1 ℃上升到-16.1 ℃，提升40 %最佳；DMA方面，樣品TPU-CL88-K2-1.5CEC-2phr複材的Tg點，從原本的-30.1 ℃上升到-20.6 ℃，提升31 %最佳。利用紫外光-可見光圖譜分析儀(Ultraviolet-Visible Spectrophotometer, UV-Visible)測量奈米複材薄膜的穿透度，紫外光波長320 nm穿透度以樣品TPU-CL88-1.5CEC-3phr複材最佳，從原本穿透度86.2 %下降到50.5 %，降低41.4 %。耐

老化測試，複材在12小時紫外光照下取出並檢測拉伸強度，從檢測數據可得知，以樣品TPU-CL88-1.5CEC-2phr複材的耐老化表現最佳，拉伸強度衰退由原本的18 %降低至6.6 %，耐老化提升63 %。 本研究使用無溶劑環保方法製備奈米複材，利用微型雙螺桿微混煉機混煉改質型奈米黏土和熱塑性聚氨酯，有效提升熱塑性聚氨酯的機械性質、熱性質、耐磨性質以及耐老化性質，且在耐老化測試方面效果有明顯的提升，上述的特性使得熱塑性聚氨酯在產業上有更廣泛的應用。