班級 : 化材四甲學號 :49740005學生 : 郭沁宏

老師 : 謝慶東教授

PMMA/PS 核殼混合乳膠與聚合體的混合以加熱方式對型態與物理性質的影響

前言1. 高分子混合系統在塑料工業扮演重要的角色，因為混合可以讓它們的物理性質調整到比均聚物要來得好。

2. 不過，聚合物混合最主要的問題在於穩定性不好，這是因為聚合物混合後產生大的界面張力。而在經過退火後，則可以減少界面的面積。

3.過程溫度與時間可能會影響聚合物混合的型態與機械性質，於是透過加入增溶劑則可以減緩這種情形發生。

4.本篇研究中，以無皂乳化聚合製作 PMMA/PS 核殼混摻乳膠。再藉由核殼混摻乳膠和市售的 PMMA與 PS混合形成市售的聚合物 / 混摻乳膠聚合物複合體。

實驗流程 -1

材料1. 甲基丙烯酸甲脂 (PMMA)

2. 苯乙烯 (PS)

3. 過硫酸鉀 (K2S2O8)( 起始劑 )

實驗流程 -2乳化聚合製程

甲基丙烯酸甲脂

溶於去離子水

70°C 下進行反應

加入過硫酸並反應 1 小時

冷卻至室溫

形成 PMMA 乳膠

加入苯乙烯於 PMMA 乳膠

溶於去離子水

70°C 下進行反應

加入過硫酸並反應 1 小時

在室溫 24 小時進行膨脹

形成 PMMA/PS 核殼複合聚合物

實驗流程 -3聚合物的混合

(A): 市售的 PMMA 與 PS 混合 ( PMMA/PS 重量比 :1/2)

(B):PMMA/PS 核殼複合聚合物 (PMMA/PS 重量比 :1/2)

(C): PMMA/PS 核殼複合聚合物 (PMMA/PS 重量比 :1/2)(70%) 和市售的 PMMA 與 PS 混合 ( PMMA/PS 重量比 :1/2)(30%) 作混合

結果與討論 -1

圖一為市售的 PS/PMMA 混合共聚物在 180°C 下退火，不同退火時間的 TEM 圖 (a) 退火 0 分鐘 ; (b) 退火 30 分鐘 ; (c) 退火 60 分鐘 ; (d) 退火 90 分鐘 ; (e) 退火 120 分鐘 ; (f) 退火 150 分鐘 .

圖一為市售的 PS/PMMA 混合共聚物在180°C 下退火不同退火時間的 TEM 圖，圖中顯示 PMMA 為分散相、PS 為連續相，隨著退火時間的增長， PMMA 的區域也跟著增大，這是因為PMMA 與 PS 為混溶， PMMA 與 PS 的界面張力很大，所以在退火後 PMMA 的區域為了減少介面面積與介面張力而變大

圖二、為 PS/PMMA 核殼結構的乳膠粒子在退火 180°C 後不同鍛燒時間的比較 (a) 退火 0 分鐘 ; (b) 退火 30 分鐘 ; (c) 退火 60 分鐘 ; (d) 退火 90 分鐘 ; (e) 退火 150 分鐘 ; (f) 退火 180 分鐘 .

圖二為 PS/PMMA 核殼結構的乳膠粒子在退火 180°C 後不同退火時間的比較，在退火後核與殼的相被打亂，在 90min 鍛燒之後可明顯的看出 PMMA 與 PS 的相互相滲透，最後形成共連續結構，這是因為 PMMA 的核與 PS 的殼形成滲透層，進而降低其界面張力。

圖三為市售的 PS/PMMA 與 PS/PMMA 核殼乳膠混合在退火 180°C不同退火時間的比較，圖中可以發現 PMMA 的區域在退火時間的影響下並不明顯，推測是 PMMA/PS 接枝共聚物扮演增溶劑的角色，進而降低界面張力，但比較圖二，圖三並沒有出現共連續相，這可能是因為圖三的核殼組成只佔 70% ，而圖二則為 100% 的核殼乳膠聚合物。

圖三、市售的 PS/PMMA 與 PS/PMMA 核殼乳膠混合在退火 180°C 不同退火時間的比較(a) 退火 0 分鐘 ; (b) 退火 30 分鐘 ; (c) 退火 60 分鐘 ; (d) 退火 90 分鐘 ; (e) 退火 120 分鐘 ; (f) 退火 150 分鐘 .

圖四 . 市售 PS/PMMA 退火時間對楊式模數的影響

圖 4 為市售 PS/PMMA 退火時間對楊式模數的測試，因為 PS 與PMMA 都是塑料，其聚合物的鍊為較堅硬的，所以拉伸強度與型態並沒有很大的關係，所以隨著時間增長，楊式模數也跟著減少

圖五 .PS/PMMA 核殼乳膠鍛燒時間對拉伸強度的影響

圖 5 為 PS/PMMA 核殼乳膠鍛燒時間對拉伸強度的影響，圖中可以發現拉伸強度先上升後下降，這是因為在鍛燒 90min 的時候， PS 與 PMMA 相產生了滲透，而 90min 後又下降，這是因為 PS 與 PMMA 以產生共連續結構了。

圖六 . PS/PMMA 核殼型複合材料鍛燒時間對楊式模數的影響

圖 6 為 PS/PMMA 核殼型複合材料鍛燒時間對楊式模數的影響，從圖中可看出楊式模數先上升後下降，但鍛燒時間整體而言對拉伸強度並沒有影響，這是因為聚合物的形態非常的穩定。從這邊也推測 PS/PMMA 核殼型複合材料與市售PS/PMMA 作混摻的話，因為型態非常的穩定，所以楊式模數與拉伸強度對鍛燒的時間並沒有直接的影響。

圖七 . 市售 PS/PMMA 混合退火溫度對黏度的影響

圖 7 為市售 PS/PMMA 混合退火溫度對黏度的影響，圖中可以發現隨著鍛燒時間的增加，黏度也隨著下降，這表示退火溫度對型態的影響是重要的。

圖八 . PS/PMMA 核殼複合材料退火時間對黏度的影響

再由圖 8 以 PS/PMMA 核殼複合材料退火時間對黏度的影響，隨著退火時間的增加，黏度先上升後下降，因為因為滲透結構的形成會造成黏度的上升，而隨鍛燒時間拉長，滲透結構消失後黏度又再下降，但也比剛開始的黏度要來的高，所以推測若以 PS/PMMA 核殼複合材料與市售 PS/PMMA 作混合，退火時間對黏度也不會有直接的影響。

1.當市售聚合物與核殼複合材料混合，核殼複合材料的滲透層扮演增溶劑的角色，可以減少共聚物與共聚物之間的界面張力，也可穩定共聚混合物的結構型態。

2. 本篇研究中，我們發現核殼複合材料的滲透層可以增進混合物的相容性，且隨著滲透層濃度的增加相容性也會隨著增加。

結論