邱文英臺灣大學：高分子科學與工程學研究所簡佩琪chien, Pei-ChiPei-Chichien2007-11-292018-06-292007-11-292018-06-292005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62908實驗的目的是製備二氧化鈦/有機高分子奈米級複合乳膠顆粒且探討其與PET相容性。 實驗分成兩部分，第一部分：利用四丙氧基鈦(titanium isopropoxide)以溶膠-凝膠法進行水解縮合聚合反應，再加入硝酸分散二氧化鈦，以得到奈米等級且有銳鈦礦(Anatase)之二氧化鈦（Titania）顆粒。而後在不同乳化劑：Cetyltrimethylammonium chloride（CTAC）, Tween20與起始劑：Postassium persulfate（KPS）, azo-bis(isobutyramidine hydrochloride (AIBA）下將acrylic acid（AA）和methyl methacrylate（MMA）單體加入穩定懸浮的二氧化鈦粒子水溶液中，進行原位乳化聚合反應。經改變實驗組成與條件，以高分子分散二氧化鈦粒子。再將此複合乳膠懸浮液與PET進行摻混，探討此複合乳膠與PET的相容性。 第二部分是利用溶膠-凝膠法的反應機制，以Ti(OC3H7)4生成二氧化鈦。二氧化鈦前驅物Ti(OC3H7)4藉由PAA的加入使鈦的烷氧化物中鈦的配位數從四增加到六，形成ㄧ新的起始物，T(OR)4-x(OAc)x，使達到飽和配位數而安定其烷氧化物，此修正後之起始物進行水解反應時，乙酸根離子扮演螯合物(chelating ligand)角色，直接以chelating bidentate的形式鍵結於金屬原子上，形成錯化合物。可有效控制烷氧化合物水解速度，不會因為快速水解反應而快速產生沉澱，可以製備微小粒子且分散均勻的溶凝膠澄清液，藉由反應機制的研究與實驗的配合來探討PAA對於二氧化鈦粒子成長型態，以及此複合物的形態與物性的變化。 本研究製備了奈米級二氧化鈦及複合乳膠顆粒，將探討顆粒的形態、在PET的分散性，並對複合乳膠顆粒與複合材料進行各種不同的功能性測試。This work is to prepare nano-size titania / polymer complex particles, and to find the complex particles’ compatibility with PET . Our work has two parts, part I：First, we prepare nano-size titania particles with anatase form by sol-gel method of Titanium(IV) isopropoxide in water. Then, we synthesize the titania/polymer complex particles by emulsion polymerization of acrylic acid and methyl methacrylate using nonionic surfactant: Tween20 and cationic surfactant：Cetyltrimethylammonium chloride（CTAC）and two different initiators, namely：Postassium persulfate（KPS）, azo-bis(isobutyramidine hydrochloride )(AIBA）, being ionic and cationic, respectively. The prepared titania/polymer complex particles are then blended with PET to find its compatibility with PET. part II：We used PAA in sol-gel processing as a chemical additive to reduce the reactivity of metallic alkoxide. Stable TiO2-based colloids have been prepared by using a new precursor, Ti(OR)4-x(OAc)x, derived from the modification of titanium isopropoxide by PAA. A series of nano-size titania particles and nano-size complex particles are prepared under different reaction conditions or through different polymerization processes. Then the complex particles are blended with PET. The morphology and properties of complex particles and materials are tested and discussed.摘要………………………………………………………………………I 英文摘要（Abstract）………………………………………………….III 目錄………………………………………………………………….…..V 表目錄…………………………………………………………………..XI 圖目錄………………………………………………………………XIII 第一章：序論……………………………………………………………1 第二章：文獻回顧及原理………………………………………………2 2-1奈米材料……………………………………………………………2 2-1-1奈米材料的基本特性………………………………………….2 2-1-2奈米材料之研製………..…………………………………….5 2-2 二氧化鈦………………...……………………..…..………………7 2-2-1 簡介與應用………………..………………………………….7 2-2-2 二氧化鈦光觸媒…………………………………………….7 2-2-3二氧化鈦光觸媒之奈米尺寸效應…………….…………….9 2-2-4 製備方法…………………………………….………………10 2-2-4.1 溶膠凝膠法的定義………………….………………10 2-2-4.2 溶膠凝膠法的反應機構………………….…………11 2-2-4.3 影響溶膠凝膠法的變因…………….………………14 2-2-4.4 溶膠凝膠法的優缺點………………………………..16 2-3乳化聚合法………..…………………………………………...17 2-4有機-無機摻合複合材料…………….….……………………..18 第三章：實驗方法……………………………………………………..21 3-1 實驗流程………………………………..………………………...21 3-2 實驗藥品……………………………...…………………………..27 3-3 實驗分析儀器………………………….………………………..27 3-4 實驗步驟………………………………………………………….28 3-4-1水溶液系統…………………………………………………28 3-4-2丁醇溶液系統……………….…………..………………….29 3-5 實驗分析………………………………….………………………30 3-5-1 熱重量損失分析儀………………………………………….30 3-5-2 傅立葉紅外線光譜儀……………………………………….30 3-5-3 粒徑分析儀………………………………………………….30 3-5-4 X光繞射分析儀….…………………….……………………30 3-5-5 示差熱掃描分析儀………………………..………………..30 3-5-6 掃描式電子顯微鏡……………………..………………….31 3-5-7穿透式電子顯微鏡……………...………..…………………..31 第四章：結果與討論…………………………………………………32 第一部份：以水當溶劑………………………………………….32 4-1-1合成奈米級二氧化鈦顆粒………………...………………..33 4-1-1.1 X光繞射分析..…………………….……..………….33 4-1-2 poly（AA-co-MMA）包覆二氧化鈦……………..………….34 4-1-2.1 TiO2/ poly（AA-co-MMA）步驟(a)……………………34 4-1-2.1.1 CTAC-AIBA步驟(a)系統………………....……..34 4-1-2.1.1.1目視方面……..……………………..……...35 4-1-2.1.1.2 TGA分析…….…………………………...35 4-1-2.1.1.3 FTIR分析…….…………………………...35 4-1-2.1.1.4 TEM分析…………………….…………...36 4-1-2.1.1.5 SEM分析………………………………...36 4-1-2.1.2 CTAC-KPS步驟(a)系統…………………….…..37 4-1-2.1.2.1目視方面……..…………..………….…...37 4-1-2.1.2.2 TGA分析…….…..……….……………...37 4-1-2.1.2.3 FTIR分析…….…………………………...38 4-1-2.1.2.4 TEM分析……………………..…………...38 4-1-2.1.2.5 SEM分析……………………….………...38 4-1-2.1.3 Tween20-KPS步驟(a)系統……….…………..39 4-1-2.1.3.1目視方面………….……………………...39 4-1-2.1.3.2 TGA分析…….……………….…………...40 4-1-2.1.3.3 FTIR分析…….…………………………...40 4-1-2.1.3.4 TEM分析……………………..….………...40 4-1-2.1.3.5 SEM分析……………………….………...40 4-1-2.1.4 Tween20-AIBA步驟(a)系統…………..………..41 4-1-2.1.4.1目視方面……..……..……………………...41 4-1-2.1.4.2 TGA分析…….………………....………...41 4-1-2.1.4.3 FTIR分析…….…………….… ...………...42 4-1-2.1.4.4 TEM分析…………………………………...42 4-1-2.1.4.5 TEM分析……………………….………...42 4-1-2.2 TiO2/ poly（AA-co-MMA）步驟(b)……………..42 4-1-2.2.1目視方面……………….….…………..43 4-1-2.2.2 TGA分析…………….…….………....44 4-1-2.2.3 FTIR分析………..……….…………..44 4-1-2.2.4 TEM分析………………….…………..44 4-1-2.2.5 SEM分析………………….…………..44 4-1-3二氧化鈦/poly（AA-co-MMA）複合乳膠顆粒與PET摻 混…………………………………..……………45 4-1-3.1目視部份……………………………………………45 4-1-3.2 DSC分析……………….……………….………..46 4-1-3.3 TGA分析…………………….……………..…….47 4-1-3.4 SEM分析………………………………………….47 第二部分：以丁醇當溶劑…………………………………….48 4-2-1實驗方法（一）……..…………………………..48 4-2-1.1改變PAA含量………..……………….…..49 4-2-1.1.1目視部份………………………..……….…..50 4-2-1.1.2 TGA分析……………………..……….…..50 4-2-1.1.3 FTIR分析……………………..……….…..50 4-2-1.1.4 DSC分析……………………..……….…..51 4-2-1.2改變TiO2 precursor含量…………………….…..51 4-2-1.2.1目視部份………………………..……….…..51 4-2-1.2.2 TGA分析……………………..……….…..52 4-2-1.2.3 FTIR分析……………………..……….…..52 4-2-1.2.4 DSC分析……………………..……….…..52 4-2-1.3改變加入水含量……..………………….…..52 4-2-1.3.1目視部份………………………..……….…..53 4-2-1.3.2 TGA分析……………………..……….…..53 4-2-1.3.3 FTIR分析……………………..……….…..53 4-2-1.3.4 DSC分析……………………..……….…..54 4-2-1.3.4 SEM分析……………………..……….…..54 4-2-2實驗方法（二）………….……………………….54 4-2-2.1目視部份………………………………………55 4-2-2.2 TGA分析……………………………………..55 4-2-2.3 FT-IR分析……………………………………55 4-2-2.4 DSC分析……………………………………..56 4-2-2.5 SEM分析………….…….….………………..56 第五章：結論…………………………………………………57 參考文獻…………….…………………………………………62 附錄…………….………………………………………………6610962289 bytesapplication/pdfen-US二氧化鈦四丙氧基鈦乳化聚合法甲基丙烯酸甲酯乙烯酸PETtitaniatitanium isopropoxideemulsion polymerizationMMAAAthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62908/1/ntu-94-R92549002-1.pdf