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刘宜婷-六页稿
添加戊二醛對聚乙烯醇縮甲醛泡棉(PVF)物性影響的研究
The effect of adding glutaraldehyde on the physical properties of PVF foam
研究生: 劉宜婷
指導教授: 張有義 教授 指導教授簽名:____________ 日期:__________
_____________________________________________________________________
[摘要]
聚乙烯醇縮甲醛泡棉,是利用親水性聚乙烯醇高分子作為反應物,與甲醛經過催化劑硫酸進行交聯反應,以小麥澱粉作為造孔劑來製得;而由於科技的進步,工作環境上因應各方所需而改變,為了使其能夠在高溫的工作條件下進行操作,本論文研究混摻入分子結構較甲醛複雜的戊二醛進行改質,實驗方法分為三種:(一)戊二醛在15下加入、(二)戊二醛於30下與澱粉混合加入及(三)戊二醛於15下與澱粉混合加入,最後在對製備完成的樣品進行各項物性(如:SEM、DSC、孔隙度分析、TGA及機械強度等)測試。
由實驗結果發現,實驗方法(一)所製得的PVF Foam,由於低溫下,戊二醛反應速率慢,戊二醛較能與聚乙烯醇完全反應,由機械性質分析的結果得知,其伸長量及楊氏係數較高;玻璃轉移溫度也有些微的提升,並且能增加泡棉的脫水速率;而戊二醛最佳含量為0.1至0.15wt%,當戊二醛含量過高時,會因為戊二醛反應速率過快使得泡棉呈現凝膠狀,其機械性質變差、玻璃轉移溫度沒有提升、孔洞少、脫水速率變慢且硬度會提高。
[關鍵詞] 聚乙烯醇、甲醛、戊二醛、縮醛反應、泡棉
_____________________________________________________________________一、前言
本實驗使用聚乙烯醇作為主要的反應物,戊二醛及甲醛作為交聯劑,硫酸作為催化劑進行交聯反應製造PVF泡棉。聚乙烯醇含有大量的羥基(-OH),所以具備良好的吸水性,其特性為無毒性、生物可降解性,是一種環境友好材料,因此在各種產業上使用廣泛。
傳統製備聚乙烯醇縮醛PVF泡棉的方法,主要是使用甲醛作為交聯劑,澱粉作為造孔劑,澱粉的添加會在聚乙烯醇中占有一定體積的空間,之後在酸性的環境下逐漸被破壞成葡萄糖分子,完成成品後再將剩餘的澱粉洗淨,形成孔洞結構,即為三維的網狀物理結構。而本實驗是再添加碳鏈較長的戊二醛作為另一種交聯劑,藉由其分子鏈較長的特性,混摻入傳統的聚乙烯醇縮醛泡綿中,以提升其交聯密度,進而探討其物理性質的差異。
二、研究目的
由於戊二醛在實驗中,是屬於反應速率較快的反應物,所以無法在高溫時加入,根據文獻指出,利用戊二醛製備成聚乙烯醇交聯薄膜時,其反應溫度應在低溫下反應,但因工業上低溫操作的困難,我們將實驗分為三個部分:
戊二醛在15下加入
戊二醛於30下與澱粉混合加入
戊二醛於15下與澱粉混合加入
本研究最後將上述三種不同實驗方法相互比較,找出最適當的操作方法與反應條件,希望能夠有效的達成前述實驗目的,且操作所需成本也最為適當。
三、實驗藥品
聚乙烯醇(PVA)
平均聚合度為500
平均分子量為24500
來源:CCP(Taiwan)
甲醛(Formaldehyde)
濃度:24wt.%
來源:UCW
戊二醛(Glutaraldehyde)
濃度:25wt.%
來源:日本試藥
硫酸(Sulfuric Acid)
濃度:95-97%
來源:SIGMA – ALDRICH
小麥澱粉(Wheat)
濃度:NA
來源:SIGMA – ALDRICH
氫氧化銨(Ammonium hydroxide)
濃度:99%
來源:UCW
四、檢測方式
場發射掃描式電子顯微鏡
Field Emission-Scanning Electron Microscope
熱示差掃描卡量計
Differential Scanning Calorimetry
拉力試驗機
Instron
熱重分析儀
Thermogravimetric Analysis
海綿硬度計
Durometer Hardness
五、實驗步驟
實驗方法(一)
實驗方法(二、三)
五、結果與討論
掃描式電子顯微鏡
下圖2-4為三種實驗方法顯示出來的結果,其中PVA含量為12wt%,當戊二醛加入後,樣品與空白樣品對照後,其孔壁明顯變細,交聯密度提生。隨著戊二醛含量的增加(CGA0.2wt%),會因為反應速度過快,導致孔壁變粗,且水分被包覆在內,形成表面較無孔洞的凝膠狀態泡棉。實驗方法(一)、戊二醛含量低於0.15wt%,由於甲醛與硫酸未先行反應,是在添加戊二醛後再將硫酸加入進行催化反應,且在低溫下(15)添加完成,其戊二醛與聚乙烯醇反應較完全,使得孔壁較
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