臺灣博碩士論文加值系統

本研究目的以黃麻編織纖維布(woven jute fiber cloth，Jf)補強聚丙烯(Polypropylene，PP)，並添加入市售阻燃劑以增添PP之應用範圍。以及添加馬來酸酐接枝聚丙烯(Maleic anhydride grafted polypropylene, MAPP)做為相容劑，並將Jf進行化學處理以及矽烷偶合劑(3-Aminopropyltriethoxysilane)進行改質，以提升複合材料之性質。實驗結果顯示，經FT-IR分析顯示Jf係由編織黃麻線、PE纖維以及PP/PE共混纖維所組成，在阻燃劑發現C-Br的吸收峰以及Sb2O3的吸收峰。經TGA分析，複合材料相容性提升後在Td5以及Td20溫度也皆有提升，焦碳含量也有增加的趨勢。拉伸強度與耐衝擊強度測試結果顯示，以含經由鹼處理Jf之PP/MA/BJf有最佳的拉伸以及耐衝擊強度。UL-94測試結果顯示，添加入阻燃劑之複合材料，阻燃性達到最高等級V-0。SEM分析可以觀察到經由化學處理可以提高Jf與PP間相容性。綜合以上結果顯示，黃麻編織纖維布補強聚丙烯複合材料，能以低成本補強聚丙烯，並增添聚丙烯之應用範圍。

In this study, woven jute fiber cloth (Jf) was used to reinforce polypropylene (PP), and a commercially available flame retardant was added to increase the application PP. Maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) was added as a compatibilizer. Moreover, Jf was chemically treated and modified by 3-Aminopropyltriethoxysilane to enhance the properties of the composites. The results showed that the absorption peaks of C-Br and Sb2O3 were found in the FTIR spectrum of flame retardant. And the Jf is composed of jute yarn, PE fiber and PP/PE blending fiber. TGA analysis revealed that the decomposition temperatures (Td5 and Td20) of the composites were increased by improving the compatibility of the composites, and char yield was also increased. The results of tensile and impact tests showed that PP/MA/BJf exhibited the best tensile and impact strengths. The results of UL-94 test showed that the flame retardancy of the flame retardant containing composite materials can achieve the highest level (V-0). SEM analysis can be observed that the compatibility between Jf and PP was improved by the chemical treatment of Jf. Based on the above results, Jf reinforced PP composite materials can reinforce PP with low cost, and increase the applications of PP.

摘要...I
Abstract...II
致謝...III
目錄...IV
圖目錄...VIII
表目錄...XII
第一章 緒論...1
1-1 前言...1
1-2 纖維之簡介...2
1-2-1 纖維介紹...2
1-2-2 纖維的化學組成...4
1-3 聚丙烯之簡介...7
1-3-1 聚丙烯結構...7
1-3-2 聚丙烯之性質...8
1-4 複合材料之簡介...10
1-5 偶合劑之簡介...10
1-6 馬來酸酐接枝聚丙烯之簡介...12
1-7 阻燃劑之簡介...14
1-7-1 阻燃劑分類 根據不同的劃分標準可將阻燃劑分為以下幾類：...14
1-7-2 阻燃劑使用法分類...15
1-7-3 阻燃劑之阻燃機制介紹...15
第二章 文獻回顧及研究動機...18
2-1 天然植物纖維及補強高分子研究...18
2-2 MAPP改善纖維與高分子聚合物間界面相容性研究...20
2-3 阻燃劑補強高分子材料...23
2-4 研究動機...28
第三章 實驗內容...30
3-1 實驗藥品...30
3-2 儀器設備...32
3-3 儀器測試方法及條件...34
3-4 實驗概述...40
3-5 實驗流程...41
3-5-1 黃麻編織纖維布的處理...41
3-5-2 黃麻編織纖維布的表面改質處理...43
第四章 結果與討論...45
4-1 黃麻纖維布分析...45
4-1-1 黃麻編織纖維布FT-IR分析...45
4-1-2 改質黃麻編織纖維布之FT-IR分析...47
4-1-3 微差掃描式熱分析儀(DSC)測試...50
4-1-4 熱重量分析儀(TGA)測試...51
4-1-5 黃麻編織纖維布之偏光顯微鏡(POM)分析...55
4-2 阻燃劑分析...57
4-2-1 阻燃劑之化學分析電子能譜儀 (ESCA)分析...57
4-2-2 阻燃劑之元素分析儀 (EA)分析...58
4-2-3 阻燃劑之FT-IR分析...59
4-3 聚丙烯複合材料-熱性質測試...60
4-3-1 複合材料之熱重量分析(TGA)測試...60
4-3-2 複合材料之微差掃描式熱分析(DSC)分析...64
4-3-3 熱變形溫度(HDT)分析...69
4-4 聚丙烯複合材料-機械性質測試...73
4-4-1 拉伸強度測試...73
4-4-2 耐衝擊強度測試...76
4-5 聚丙烯複合材料阻燃性質分析...79
4-6 掃描式電子顯微鏡(SEM)分析...81
第五章 結論...85
第六章 參考文獻...88

圖1- 1台灣咖啡生豆進口量...2
圖1- 2纖維素之結構圖...5
圖1- 3半纖維素之結構圖...5
圖1- 4木質素之結構圖...6
圖1- 5聚丙烯結構圖...7
圖1- 6聚丙烯結構...8
圖1- 7矽烷偶合劑結構式...11
圖1- 8矽烷偶合劑改質纖維示意圖...11
圖1- 9矽烷水解、縮合與基材產生鍵結之示意圖...12
圖1- 10馬來酸酐接枝聚丙烯結構...13
圖1- 11馬來酸酐接枝聚丙烯與經矽烷改質纖維間反應機制示意圖...13
圖1- 12含磷阻燃劑反應機制示意圖...17
圖1- 13含鹵素阻燃劑反應機制示意圖...17
圖2- 1含不同纖維的聚丙烯複合材料的 (a)彎曲強度；(b)耐衝擊強度；(c)熱變形溫度...20
圖2- 2含不同纖維含量及品種的聚丙烯複合材料的 (a)拉伸與彎曲強度；(b) 拉伸與彎曲模量；(c) 耐衝擊強度...21
圖2- 3聚丙烯複合材料SEM分析圖 (A)未添入加MAPP OSF；(B) 未添入加MAPP WF ；(C) 添加入MAPP OSF ；(D) 添加入MAPP WF...22
圖2- 4有無MAPP以及纖維含量對複合材料拉伸強度之影響...22
圖2- 5木粉聚丙烯複合材料水平(a)水平燃燒速率：(b)氧指數測試...24
圖2- 6不同APP含量對複合材料性質影響 (A) 拉伸強度；(B)耐衝擊強度...25
圖2- 7不同SiO2含量對複合材料性質影響 (A) 拉伸強度；(B)耐衝擊強度...25
圖2- 8不同含量阻燃劑之拉伸強度測試...27
圖3- 1天然植物纖維鹼處理與酸處理之反應機制...42
圖3- 2天然植物纖維過錳酸鉀處理之反應機制23...42
圖3- 3矽烷偶合劑改質纖維反應機制圖...43
圖3- 5複合材料製作流程...44
圖4- 1黃麻編織纖維布上編織線FT-IR分析圖 (a)細線；(b)粗線...46
圖4- 2編織黃麻纖維和一般黃麻纖維FT-IR比較圖...47
圖4- 3 3-胺丙基三乙氧基矽烷之FT-IR圖...48
圖4- 4 鹼處理改質前後Jf之FT-IR圖...49
圖4- 5過錳酸鉀處理改質前後Jf之FT-IR圖...49
圖4- 6黃麻編織纖維布上編織線DSC之 Tm分析圖 (a)細線；(b)粗線...50
圖4- 7黃麻編織纖維布上編織線DSC之 Tc分析圖 (a)細線；(b)粗線...51
圖4- 8編織黃麻纖維和一般黃麻纖維TGA分析圖...53
圖4- 9 Jf經化學改質之TGA分析圖...53
圖4- 10粗線和細線之TGA分析圖...54
圖4- 11 纖維之POM分析圖(a) Jf、(b)Jute...56
圖4- 12纖維線之POM分析圖(a)粗線(PP/PE共混物)、(b)細線(PE)...56
圖4- 13阻燃劑之ESCA分析圖...57
圖4- 14 阻燃劑之FT-IR圖...59
圖4- 15 聚丙烯與複合材料有無相容劑前後之TGA分析圖...62
圖4- 16聚丙烯與改質編織布複合材料之TGA分析圖...62
圖4- 17 聚丙烯與含阻燃劑複合材料之TGA分析圖...63
圖4- 18聚丙烯與複合材料有無相容劑前後之Tm分析圖...66
圖4- 19聚丙烯與改質編織布複合材料之Tm分析圖...66
圖4- 20 聚丙烯與含阻燃劑複合材料之Tm分析圖...67
圖4- 21聚丙烯與複合材料有無相容劑前後之TC分析圖...67
圖4- 22聚丙烯與改質編織布複合材料之TC分析圖...68
圖4- 23聚丙烯與含阻燃劑複合材料之TC分析圖...68
圖4- 24聚丙烯與改質編織布複合材料之熱變形溫度分析圖...71
圖4- 25聚丙烯與含阻燃劑複合材料之熱變形溫度分析圖...71
圖4- 26聚丙烯與改質編織布複合材料之拉伸強度分析圖...74
圖4- 27聚丙烯與含阻燃劑複合材料之拉伸強度分析圖...75
圖4- 28聚丙烯與改質編織布複合材料之耐衝擊強度分析圖...77
圖4- 29聚丙烯與含阻燃劑複合材料之耐衝擊強度分析圖...78
圖4- 30(a)、(b)為PP/Jf之耐衝擊測試後斷截面SEM圖...82
圖4- 31(a)、(b)為PP/MA/Jf之耐衝擊測試後斷截面SEM圖...82
圖4- 32(a)、(b)為PP/MA/BJf之耐衝擊測試後斷截面SEM圖...82
圖4- 33(a)、(b)為PP/MA/BSJf之耐衝擊測試後斷截面SEM圖...83
圖4- 34(a)、(b)為PP/MA/KJf-1之耐衝擊測試後斷截面SEM圖...83
圖4- 35(a)、(b)為PP/MA/KSJf-1之耐衝擊測試後斷截面SEM圖...83
圖4- 36 推測Jf編織前所改質結構示意圖...84
圖4- 37 Jf再經Silane偶合劑改質示意圖...84
表1- 1纖維分類...3
表1- 2植物性纖維分類...4
表2- 1天然植物纖維/聚乳酸複合材料之機械性質分析表...19
表2- 2聚丙烯複合材料之機械性質分析表...24
表2- 3聚丙烯複合材料之LOI分析表...26
表2- 4 LOI對不同含量阻燃劑分析表...26
表3- 1 UL-94分級指標...40
表3- 2樣品代號及名稱...41
表4- 1黃麻編織纖維布上編織線DSC數據表........51
表4- 2 編織黃麻纖維和一般黃麻纖維TGA數據表...54
表4- 3 Jf經化學改質之TGA數據表..............54
表4- 4 粗線和細線TGA數據表..................55
表4- 5 EA之分析數據表......................58
表4- 6 聚丙烯與複合材料之TGA數據表..........63
表4- 7 聚丙烯與含阻燃劑複合材料之TGA數據表..64
表4- 8 聚丙烯與複合材料之DSC數據表.........69
表4- 9 聚丙烯與複合材料之HDT數據表.........72
表4- 10 聚丙烯與複合材料之拉伸強度數據表....75
表4- 11 聚丙烯與複合材料之耐衝擊強度數據表..78
表4- 12聚丙烯複合材料阻燃數據分析表........80

1.財政部關稅署 財政部關稅署統計資料. https://web.customs.gov.tw/.
2.陳永欽, 紡織產業與綠色紡織品概論. 財團法人紡織產業綜合研究所: 2009.
3.吳珮瑜. 黃麻/生質廢棄物補強聚丙烯複合材料之研究. 朝陽科技大學, 2014.
4.He, L.; Li, W.; Chen, D.; Zhou, D.; Lu, G.; Yuan, J., Effects of amino silicone oil modification on properties of ramie fiber and ramie fiber/polypropylene composites. Materials & Design 2015, 77, 142-148.
5.Melo, J. D. D.; Carvalho, L. F. M.; Medeiros, A. M.; Souto, C. R. O.; Paskocimas, C. A., A biodegradable composite material based on polyhydroxybutyrate (PHB) and carnauba fibers. Composites Part B: Engineering 2012, 43 (7), 2827-2835.
6.智昱公司 聚丙烯結構. http://www.ppsolutions.com.tw/chinese/ppstructure/.
7.陳伯瑋. 聚丙烯/竹筷纖維複合材料之製備與探討. 朝陽科技大學, 2009.
8.楊思廉、甘炳陽、王東源、戴瑞益、賴義, 塑膠. 五洲出版社出版: 1995.
9.施宇豐, 工程材料解析. 全華出版: 1994.
10.陳博元. 壁奈米碳管/植物纖維/聚乳酸複合材料之研究. 朝陽科技大學, 2014.
11.謝維庭. 植物纖維/聚丙烯複合材料之研究. 朝陽科技大學, 2011.
12.維基百科 阻燃劑(塑膠). https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BB%E7%87%83%E5%8A%91_(%E5%A1%91%E8%86%A0).
13.林進益 無鹵無磷型耐燃劑與塑膠改質技術. https://www.ftis.org.tw/cpe/download/hspm/10.pdf.
14.Liu, L.; Yu, J.; Cheng, L.; Yang, X., Biodegradability of poly(butylene succinate) (PBS) composite reinforced with jute fibre. Polymer Degradation and Stability 2009, 94 (1), 90-94.
15.Shih, Y.-F.; Chang, W.-C.; Liu, W.-C.; Lee, C.-C.; Kuan, C.-S.; Yu, Y.-H., Pineapple leaf/recycled disposable chopstick hybrid fiber-reinforced biodegradable composites. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 2014, 45 (4), 2039-2046.
16.Bledzki, A. K.; Franciszczak, P.; Osman, Z.; Elbadawi, M., Polypropylene biocomposites reinforced with softwood, abaca, jute, and kenaf fibers. Industrial Crops and Products 2015, 70, 91-99.
17.Sudhakara, P.; Jagadeesh, D.; Wang, Y.; Prasad, C. V.; Devi, A. P.; Balakrishnan, G.; Kim, B. S.; Song, J. I., Fabrication of borassus fruit lignocellulose fiber/PP composites and comparison with jute, sisal and coir fibers. Carbohydr Polym 2013, 98 (1), 1002-10.
18.Naghmouchi, I.; Espinach, F. X.; Mutjé, P.; Boufi, S., Polypropylene composites based on lignocellulosic fillers: How the filler morphology affects the composite properties. Materials & Design (1980-2015) 2015, 65, 454-461.
19.Sain, M.; Park, S. H.; Suhara, F.; Law, S., Flame retardant and mechanical properties of natural fibre–PP composites containing magnesium hydroxide. Polymer Degradation and Stability 2004, 83 (2), 363-367.
20.George, G.; Tomlal Jose, E.; Jayanarayanan, K.; Nagarajan, E. R.; Skrifvars, M.; Joseph, K., Novel bio-commingled composites based on jute/polypropylene yarns: Effect of chemical treatments on the mechanical properties. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2012, 43 (1), 219-230.
21.Zhang, Y.; Pan, X.; Sun, Y.; Xu, W.; Pan, Y.; Xie, H.; Cheng, R., Flame retardancy, thermal, and mechanical properties of mixed flame retardant modified epoxy asphalt binders. Construction and Building Materials 2014, 68, 62-67.
22.章文銓. 改質聚磷酸銨/竹筷纖維/聚乳酸阻燃複合材料之研究. 朝陽科技大學, 2016.
23.Hassan, R.; Dahy, A. R.; Ibrahim, S.; Zaafarany, I.; Fawzy, A., Oxidation of Some Macromolecules. Kinetics and Mechanism of Oxidation of Methyl Cellulose Polysaccharide by Permanganate Ion in Acid Perchlorate Solutions. Industrial & Engineering Chemistry Research 2012, 51 (15), 5424-5432.
24.張文潔. 天然植物纖維補強聚乳酸綠色複合材料之研究. 朝陽科技大學, 2011.
25.柳偉貞. 天然植物纖維/聚琥珀酸丁酯複合材料之研究與探討. 朝陽科技大學, 2011.
26.Abdul Khalil, H. P. S.; Yusra, A. F. I.; Bhat, A. H.; Jawaid, M., Cell wall ultrastructure, anatomy, lignin distribution, and chemical composition of Malaysian cultivated kenaf fiber. Industrial Crops and Products 2010, 31 (1), 113-121.
27.許志偉. 化學改質植物纖維/聚乳酸綠色複合材料之研究. 朝陽科技大學, 2014.
28.Haque, M. M.; Hasan, M.; Islam, M. S.; Ali, M. E., Physico-mechanical properties of chemically treated palm and coir fiber reinforced polypropylene composites. Bioresour Technol 2009, 100 (20), 4903-6.
29.Haque, M. M.; Ali, M. E.; Hasan, M.; Islam, M. N.; Kim, H., Chemical Treatment of Coir Fiber Reinforced Polypropylene Composites. Industrial & Engineering Chemistry Research 2012, 51 (10), 3958-3965.
30..
31.Jarukumjorn, K.; Suppakarn, N., Effect of glass fiber hybridization on properties of sisal fiber–polypropylene composites. Composites Part B: Engineering 2009, 40 (7), 623-627.
32.王妤盈. 阻燃聚乳酸複合材料之研究與探討. 朝陽科技大學, 2012.
33.Zhang, K.; Gong, Y.; Niu, P.; Wang, X.; Yang, J., Properties of polypropylene/hemp fibers flame-retardant composites: Effects of different processing methods. Journal of Reinforced Plastics and Composites 2013, 32 (9), 644-653.
34.Suppakarn, N.; Jarukumjorn, K., Mechanical properties and flammability of sisal/PP composites: Effect of flame retardant type and content. Composites Part B: Engineering 2009, 40 (7), 613-618.
35.Ou, R.; Xie, Y.; Wolcott, M. P.; Sui, S.; Wang, Q., Morphology, mechanical properties, and dimensional stability of wood particle/high density polyethylene composites: Effect of removal of wood cell wall composition. Materials & Design 2014, 58, 339-345.
36.Li, M.; Cui, H.; Li, Q.; Zhang, Q., Thermally conductive and flame-retardant polyamide 6 composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites 2015, 35 (5), 435-444.