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dc.contributor.advisor歐陽浩zh_TW
dc.contributor.advisorHao Ouyangen_US
dc.contributor.authorLee, Wen-Haoen_US
dc.contributor.author李文豪zh_TW
dc.date2003zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T06:43:59Z-
dc.date.available2014-06-06T06:43:59Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/9991-
dc.description.abstract有機溶劑丙酮(acetone)在高分子(poly ethylene terephthalate, PET)中會造成結晶的現象,稱為溶劑誘發結晶(Solvent-induced Crystallization, SINC)。質傳的數據是根據Harmon’s描述Case I (Fickian),Case II (swelling)及不規則傳輸的模型來分析,在PET中的傳輸過程會伴隨著由原先非結晶型態誘發成結晶狀態,此轉變可以藉由wide-angle X-ray scattering (WAXS),small-angle X-ray scattering (SAXS),differential scanning calorimetry (DSC)及Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy等來驗證。其結晶動力學分析則是以PET的FTIR與密度量測為基礎,每個質傳溫度的結晶過程都可以四個區域來描述之:一次轉變中的第O、I、II區、二次轉變的第III區。由各項實驗結果發現,整體的溶劑誘發結晶過程,可視為多階段的結晶過程,文獻中所假設溶劑濃度於質傳初期的時候為零而在過程中的試片表面濃度為一定值,但經由本實驗可以證明溶劑誘發結晶的過程中在不同時期會有不同界面濃度的Case I與Case II機制。 此外,本研究也利用TEM的實驗驗證了溶劑誘發結晶的結晶型態並計算出結晶結構的參數,結果發現由TEM影像所計算之長週期、結晶層厚度均與由界相分佈函數所求得的值較為吻合;而由TEM的影像分析可以分辨出何者為結晶層厚度與非結晶層厚度。zh_TW
dc.description.abstractThis article analyzes the kinetics of crystallization during the mass transport, a process often called solvent-induced crystallization (SINC) in the literature. The data of mass sorption were analyzed according to Harmon's model for Case I (Fickian), Case II (swelling), and anomalous transport. This transport process in poly(ethylene terephthalate) PET is accompanied by the induced crystallization of the original amorphous state. The transformation was examined by wide-angle X-ray scattering (WAXS), small-angle X-ray scattering (SAXS), differential scanning calorimetry (DSC), and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy etc. The kinetics of crystallization of amorphous PET during mass transport of acetone is studied by FTIR and density measurements. The crystallization process could be divided into four stages: the zone O, I, II (or the primary crystallization) and the zone III (or the secondary crystallization). In the present study, multiple stages of phase transformation were found in the solvent-induced crystallization. Furthermore, the morphology evolution of PET during crystallization was also discussed by the image analysis of transmission electron microscopy (TEM). It is shown that the values of long period, L and crystal layer thickness, are consistent with the results from the interface distribution function.en_US
dc.description.tableofcontents摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 目錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅵ 表目錄 Ⅸ 一、緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 5 參考文獻 7 二、文獻回顧 11 2.1 概要 11 2.2 溶劑誘發結晶之文獻回顧 13 2.2.1 高分子結晶 13 2.2.2 溶劑誘發結晶 14 2.2.3 溶劑的選擇 17 2.2.4 邊界移動 18 2.2.5 重量增加 19 2.2.6 結晶動力學 18 2.3 吸收與傳輸原理 21 2.3.1 小分子在高分子內的吸收與傳輸原理 21 2.3.2 結晶動力學的數學模型(壹) 25 2.3.3 結晶動力學的數學模型(貳) 33 2.4 影響小分子在高分子內的吸收與傳輸因素 37 2.4.1 自由體積(Free Volume) 37 2.4.2 結晶度(Crystallinity) 37 2.5 高分子結晶型態與模型 38 2.5.1 溶劑誘發結晶之型態 38 2.5.2 結晶型態之模型 39 參考文獻 42 三、實驗部分 54 3.1 試片製備 54 3.2 熱退火 54 3.3 質傳實驗 54 3.4 密度量測 55 3.5 光學顯微鏡(OM)量測 56 3.6 微差掃瞄式熱卡計(DSC)量測 57 3.7 微小硬度量測 58 3.8 廣角X光繞射(WAXD)量測 58 3.9 小角度X光散射(SAXS)量測 59 3.10傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)量測 72 3.11原子力顯微鏡(AFM)量測 73 3.12穿透式電子顯微鏡(TEM)影像觀察 75 參考文獻 79 四、結果與討論 95 4.1 質傳機制的探討 95 4.2 微小硬度之分析 100 4.3 廣角X光繞射(WAXD)之分析 101 4.4 小角度X光散射(SAXS)之分析 103 4.5 結晶度之探討 105 4.6 傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)之分析 107 4.7 原子力顯微鏡(AFM)之分析 112 4.8 穿透式電子顯微鏡(TEM)之分析 113 參考文獻 115 五、結論 148 圖 目 錄 圖1.1、PET之化學結構及分子組態 10 圖2.1、溶劑誘發結晶時的擴散濃度剖面示意圖 51 圖2.2、溶劑於試片上傳輸之示意圖 52 圖2.3、Dual lamellar thickness model的兩個分支 53 圖3.1、實驗流程圖 81 圖3.2、DSC結晶峰面積計算示意圖 82 圖3.3、微小硬度量測,(a)側面示意圖(b)OM照片 83 圖3.4、位於清華大學工程與系統科學系之小角X光散射儀 84 圖3.5、小角度X光散射操作步驟 85 圖3.6、一維層狀堆疊結構模式 86 圖3.7、不同規則性的層狀堆疊系統,電子密度分佈與關聯函數的關係圖 87 圖3.8、一維關聯函數的圖形 88 圖3.9、界相分佈函數的圖形 89 圖3.10、標準PET的FTIR光譜圖形 90 圖3.11、由PET的FTIR光譜計算縮減因子的方法 91 圖3.12、AFM掃瞄原理示意圖 92 圖3.13、TEM影像處理,(a)原始影像,(b)經過Sobel處理後的影像 93 圖3.14、TEM影像分析步驟,(a)FFTs 轉換與Twin Oval Tool選擇,(b)將選取範圍以外的雜訊過濾掉,(c)進行inverse Fourier Transform 94 圖4.1、PET在質傳實驗中重量增加與質傳時間的關係圖 118 圖4.2、(a)擴散係數D的Arrhenius圖,(b)擴散速率v的Arrhenius圖 119 圖4.3、溶解度f的van’t Hoff圖 120 圖4.4、重量增加與密度對溶劑處理時間的關係圖 122 圖4.5、(a)在50℃質傳溫度,試片厚度對質傳時間的關係圖、(b)PET經由溶劑處理4分鐘後以光學顯微鏡觀察其擴散前緣的位置、(c)20分鐘後、(d)600分鐘後 123 圖4.6、PET於質傳過程中的DSC曲線 124 圖4.7、DSC雙結晶峰分別與時間、時間1/2的關係圖 125 圖4.8、擴散前緣移動與質傳時間的關係圖 126 圖4.9、PET試片在溶劑處理過程中的微小硬度值與時間對數的關係圖 127 圖4.10、PET試片於溶劑處理過程中,橫截面的微小硬度值與位置的關係圖 128 圖4.11、X光繞射圖樣,分別為(a)70℃退火後、(b)於140℃熱處理、(c)於30℃質傳 129 圖4.12、溶劑誘發結晶的K與dK之關係圖 130 圖4.13、 (Å)及其倒數與溶劑處理時間的關係圖 131 圖4.14、於不同溫度處理下,由一維關聯函數與界相分佈函數所求得的長週期L與層狀堆疊中較厚的 132 圖4.15、層狀堆疊中,尺寸較厚部分的分率 與溫度的關係圖,其中l的部分為溶劑誘發結晶的試片,U為熱退火的試片 133 圖4.16、PET試片的DSC曲線,分別為(a)質傳前及質傳溫度在(b)30℃、(c)40℃及(d)50℃的條件下 135 圖4.17、不同處理方式下,PET試片經由密度、DSC及SAXS所求得的結晶度與結構縮減因子成線性關係。l為分別在30、40、50℃下溶劑誘發結晶之試片, 為分別在140℃下熱退火2、4、6小時之後的試片 136 圖4.18、PET的Trans組態與質傳時間對數的關係圖 137 圖4.19、PET在質傳結晶過程中不同區域的微結構示意圖。(a)代表第O區,(b)代表第I、II區,(c)代表第III區,(d)高分子結晶與非結晶區域示意圖 138 圖4.20、PET經由溶劑誘發結晶與熱退火後的Trans單體百分率與處理時間的關係圖 139 圖4.21、PET於二次轉變時速率常數A與質傳溫度的關係圖 140 圖4.22、於不同質傳溫度下根據方程式(4.9)所繪出的圖形 141 圖4.23、特定Trans組態與所需的活化能的關係 142 圖4.24、PET試片經過30℃不同時間質傳後的AFM圖形(a)amorphous,(b)1min,(c)60min,(d)600min 143 圖4.25、PET試片的TEM影像(a)1 min,(b)20 min,(c)600 min 144 圖4.26、經過Sobel處理過的TEM影像(a)1 min,(b)20 min,(c)600 min 145 圖4.27、經過Fourier Masking後的TEM影像(a)1 min,(b)20 min,(c)600 min 146 圖4.28、分別由SAXS(一維關聯函數)、SAXS(界相分佈函數)及TEM影像求得的長週期(L)值 147 表 目 錄 表一、不同溶劑的溶解度參數 50 表二、PET在溶劑誘發結晶過程中密度、結晶度及Trans含量的數據 121 表三、PET在不同處理下藉由SAXS、密度、DSC及FTIR光譜所求得的數據 134zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher材料工程學研究所zh_TW
dc.subject溶劑誘發結晶zh_TW
dc.subjectsolvent-induced crystallizationen_US
dc.subjectPETzh_TW
dc.subject質傳zh_TW
dc.subjectpoly(ethylene terephthalate)en_US
dc.subjectmass transporten_US
dc.title高分子PET於質傳時溶劑誘發結晶之動力學研究zh_TW
dc.titleKinetics of Solvent-Induced Crystallization of Poly(ethylene terephthalate) during Mass Transporten_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.fulltextno fulltext-
item.languageiso639-1en_US-
item.grantfulltextnone-
Appears in Collections:材料科學與工程學系
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