高分子溶剂诱发结晶之研究:过程演进 计画编号:NSC90-2216-E-005-012
主持人:欧阳浩 计画参与人员:李文豪 国立中兴大学材料工程学研究所
一, 中文摘要 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 烯 酯 (poly ethylene terephthalate, PET) 是 由 对 - 太 酸 (terephthalic acid, TPA)和乙二醇(ethylene glycol, EG)聚合 而成的饱和聚酯类,是一种由结晶与非结晶 组合而成的半结晶形高分子,其结晶速度缓 慢,对高分子纤维和薄膜而言是一非常重要 的材料.具有:重量轻,强度高,透明性佳, 富有光泽等优点,使得 PET 广泛使用在容器 制造上[1].由於结晶对高分子的影响甚巨, 非结晶形的聚合物虽然外观透明,但是韧性 不够;而结晶形的聚合物却又失去透明性且 易碎,因此高分子 PET 依照不同的制造需 求,产品通常有相当程度的结晶[2,3]. 二次结晶通常用来描述在等温结晶的情 况下经由一次结晶后高分子材料结晶度增加 的现象,其中包含有层状结构的变厚,晶体 的完美化以及含有缺陷部份的晶体成长等. Verma 和 Hsiao[4]则指出 lamellar stack insertion 和 single lamellar insertion 为两种可能的 机制用来描述在半刚性(semi-stiff)高分子如 poly(etheretherketone) (PEEK)[4] 和 PET[5] 中,二次结晶所形成额外晶体的现象. 有机溶剂在聚合体中的质传现象是众所 皆知的,且可由 Fickian 和肿胀(swelling)的机 制来描述[6],其结果指出当溶质浓度较低 时,系统的传输现象完全由 Fickian 扩散控 制;当溶质浓度较高时,高分子肿胀使降低 内应力而成为主要的扩散控制.一些从事研 究的学者发现到溶剂分子大小及温度对其扩 散有些影响[7],认为高分子经过渗透之后会 有肿胀的现象产生.此外,Durning 等人也量 测 methylene chloride 和 dimethylformamide 在 PET 中的吸收与传输并发现其肿胀与溶剂 诱发结晶两者都会影响到溶剂穿透吸收的动 力学[8].当高分子受到溶剂渗透后,会有部 份结晶产生[9,10],此结晶可藉由 X-ray 绕射 得到验证[9,11,12].除此之外,亦可使用密度 量测,微小硬度量测等辅助量测的方法,来
溶剂的渗透与热处理都有可能使高分子 PET 产生结晶的现象,其结晶的过程与型态 为本研究主要的探讨方向.由於 PET 的结晶 结构为层状(lamellar)结构 层状结构的参数如 , 长程有序厚度(L),结晶层厚度(lc)与非结晶层 厚度(la),均可由小角度 X 光散射(SAXS)的散 射 图 谱 利 用 一 维 关 联 函 数 (one-dimensional correlation function) 或 界 相 分 布 函 数 (interphase distribution function)间接求得.另 外,本实验也由不变量(invariant)Q 值计算层 状堆叠体积分率φc.研究结果发现在不同温度 下进行溶剂的质传时,L 与φc 值会随著质传温 o 度的上升而增加;而经由 80 C,6 小时热处 理过后再经溶剂质传时,L 值在前几分钟会明 显的减少,尔后趋於平缓;实验也发现在 140 o C 下经过 2,4,6 小时的热处理后,L 与φc 值亦随著时间的增加而增加. 关键词:PET,质传,FT-IR,SAXS Abstract The effect of solvent-transport on the crystallization of poly(ethylene terephthalate) (PET) was investigated The morphological parameters like long period (L), crystalline thickness (lc) and non-crystalline layer thickness (la) are calculated according to the one-dimensional correlation function and interphase distribution function obtained from the small angle X-ray scattering (SAXS). The volume fraction of lamellar stacks (φc) can be calculated from the invariant (Q). It is observed that both L and φc increase with the mass-transport temperature. And L decreases with the mass-transport time at a three-stage process associated with different crystallization behaviors. Keywords: PET, mass transport, FT-IR, SAXS 二,缘由与目的

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