Abstract
本論文旨在研究聚碳酸酯(PC)和環氧樹脂(epoxy)間聚摻合物的化學反應及其所造成的影響.本研究發現以熱融法製備的PC-epoxy摻混物受到三項變數的影響:(1)epoxy中次要組成物的種類與含量,(2)PC和epoxy在聚摻合物中所占的比例,及(3)聚摻合物的製備環境.這些變數會影PC-epoxy摻混物的化學結構及其各項性質.本研究以芳香胺硬化PC-expoxy聚摻合物,研究結果發現所得的產物若為均相的系統,環氧樹脂和芳香胺進行交聯反應時同時產生羥基,後者在較高溫度和系統內的聚碳酸酯發生酯交換反應.PC的分子鏈會被羥基截斷並透過碳酸酯基交聯或連接在epoxy的網狀結構中.另一方面,PC-epoxy/芳香胺聚摻合的硬化生成物若為非均相系統,PC會發生相分離,自聚摻合物系統中結晶出來.從IR的光譜吸收峰或DSC所側得的Tg及反應動力學均顯示硬化物為非均相的PC-epoxy/芳香胺系統,其eoxy化學結構受到PC影響的程度比硬化物為均相的系統小很多.研究結證實以脂肪胺硬化PC-epoxy聚摻合物的過程中,脂肪胺和碳酸酯基間的Transamidation反應非常迅速.反應生成的產生及其反應機構會隨著PC含的不同而不一樣,但是經過後硬化處理後均有相同的最終產物其結構為N-aliphatic aliphatic carbamate.本研究亦證實PC和脂肪胺間的反應會使得系統內的反應放熱趨於複雜,反應放熱並不完全來自於環氧樹脂硬心反應.這個現象造成一般利用DSC來做動力學分並不適用於脂肪胺硬化PC-epoxy摻混系統.本研究證實PC-epoxy聚摻合物在三級胺催化的情況下會發生酯交換反應,將PC的碳酸酯基兩側的芳香族取代基轉換成一側為芳香族,另一側為脂肪族,或兩側取代基均為脂肪族的均為脂肪放的碳酸酯.酯交換反應後的產物會和epoxy進一步發生環化反應.環狀碳酸酯的生成機構是透過環氧基和三級胺生成的兩性離子對酯交換反應的生成物(芳香族/脂肪族碳酸酯與脂肪族/脂肪族碳酸酯)進行親核性攻擊所軏成的.本研究亦證實在環氧基數量不足的情況下,環氧基只能和碳酸酯基進行酯交換反應而不足以進行環化反應.本研究的實驗證明三級胺催化的環氧樹脂/酸酐硬化反應主要可以成兩個階段:(i).發生在反應前期的環氧樹脂與酸酐交替共聚合反應.當酸酐耗盡,伋有環氧樹脂殘存的情況下再進行(ii).環氧樹脂的自身聚合反應.在PC-epoxy/anhydride的摻混系統中,PC的碳酸酯基可能在硬化反應的第二階段與環氧基發生酯交換反應與環化反應.降低硬化系統中酸酐的含量,提高環氧樹脂自身聚合的比例將使得PC在系統中發生酯交換反應,環化反應的程度增高.