以矽酸鈉為矽源合成含官能基SBA-15二氧化矽材料及含官能基SBA-15在奈米材料之應用

Abstract

本論文中，第一部份主要是以EO20PO70EO20作為模版試劑，利用矽酸鈉當作矽源，在pH值小於0的強酸環境中，合成含有機官能基之SBA-15介孔材料。其結果顯示，利用矽酸鈉當矽源可以成功的合成出纖維狀，扁平狀及棒狀顆粒外觀及良好介孔結構的SBA-15，而所加入的有機官能基矽烷經由熱重分析及元素分析，顯示成功的加入到介孔材料骨架中。接著更進一步的利用矽酸鈉當矽源，在pH值為6附近合成環境下，合成出奈米顆粒的SBA-15介孔材料。結果顯示，奈米顆粒的SBA-15，具有高表面積，規則的介孔洞結構，二氧化矽骨架縮合程度較傳統SBA-15及MCM-41高。同樣的，經熱重分析及元素分析，也顯示可以成功合成含有機官能基奈米顆粒的SBA-15。經由量測等電點及螢光探針技術，可以推測奈米顆粒的SBA-15的合成機制為合成溶液中P123與二氧化矽帶負電，兩者之間夾帶著氫離子的結合模式。此外，合成完所過濾出的濾液，基本上都為水及氯化鈉，是對環境友善的製程。 第二部份為聚對苯二甲酸二乙酯水解抑制技術的研究。首先，成功合成了含有不同有機官能基的扁平狀介孔SBA-15分子篩材料，並利用物理混合及高溫快速熔化的方法，將PET IV 0.64 及PET IV 0.8與扁平狀介孔SBA-15材料均勻混合。經由高溫失重測試顯示，含有-NH2和-COOH兩種有機官能基的扁平狀介孔SBA-15可以有效的抑制兩種PET樹脂在高溫時的水解情形，其中，又以-NH2的抑制效果為最好。檢測複合材料之物理性質，發現添加含有-NH2和-COOH有機官能基的扁平狀介孔SBA-15之PET樹脂，其玻璃轉移溫度及熔點與純的PET樹脂並無太大的差別。進一步比較添加不同重量百分比的S15-NH2-p於兩種PET樹脂中，結果顯示添加量越多，PET樹脂的熱穩定度越好。另外，如果S15-NH2-p內-NH2官能基含量越多則PET樹脂的熱穩定度也會越好。經由Sb3+的吸附實驗結果可知，含有-SH、-COOH及-NH2官能基的介孔材料對於銻離子的吸附效果較好，推測添加含含有-COOH及-NH2官能基的介孔材料於PET中在高溫熔融過程，銻離子會與這兩種官能基配位，因此可以減少聚酯觸媒銻對聚酯進行逆反應水解的機會。 最後一部份為奈米介孔材料對傳熱相變化材料吸附之研究。同樣的，先合成了含有不同長碳鏈官能基纖維狀及扁平狀SBA-15，並利用含浸法將正烷類及脂肪酸放入到介孔材料孔道中。結果顯示，當正烷類及脂肪酸在孔洞中時，其熔點會由於分子間作用力減小，因此會有10~30 oC左右的下降情形。經由Gibbs-Thomson方程式亦發現，介孔材料內之熔點變化量(ΔTm)與孔徑大小倒數(1/d) 呈現線性關係。而扁平狀與纖維狀的吸附結果差別在於當傳熱相變化材料添加量多時，由於纖維狀孔洞材料其洞口數較少，而其孔道較長許多，一旦洞口堵住則內部孔道就無法吸附相變化材料，因此纖維狀介孔材料較容易有孔洞外的殘留含浸物。而MCM-41則是因為孔洞較小，洞口容易被堵住，因此其孔洞內吸附量與扁平狀SBA-15相較之下也較少。