學生：戴定宏指導老師：顏明賢

日期：中華民國 100 年 1 月 8號

摘要本研究主要合成一系列二氧化錫及二氧化矽與噻唑偶氮染料之混成材料。利用中間體，將其視為偶合鹽，分別和對 - 硝基苯胺及對 - 甲氧基苯胺為重氮鹽來進行偶合反應，製得噻唑偶氮染料。進而將染料以一定比例與四乙氧基矽烷及四氯化錫產生水解與聚縮合反應，製得二氧化錫及二氧化矽與噻唑系偶氮染料之混成材料。

功能性材料隨著生活水準提高替預運動日益興盛各種機能性材料需求提高創造附加價值與差異化產品傳統單一功能材料不敷需求

功能性材料製作有機 /無機混成材料成為重要發展方式溶膠凝膠法是製備混成複合材常用方法

藉由有機矽烷氧化合物經由水解縮合後形成不同型態之粒子，無機物質可以經溶膠 -凝膠合成的過程中，藉由有機介質中的溫度，因其中有機化合物熱穩定性，使其結合起來，而將無機和有機組成部分納入所要的功能性材料中。可有機 /無機物將兩者所欠缺功能相互彌補

材料與特性本文章以 SnO2 與 SiO2縮聚合SnO2 材料優點

來源廣泛價格便宜良好的導電體

SiO2 之特點穩定性良好柔韌性提高織物接觸角

使用藥品1. 硫代尿素 (Thiourea)：（ ACROS，比利時），試藥級。2. 碘 (Iodine)：林純藥品工業。3. 苯乙醯 (Acetophenone)：（ ACROS，比利時），試藥級。4. 4-甲氧苯乙醯 (4-Methoxyacetophenone)：（ ACROS，比利時），試藥級。5. 乙醚 (Ethyl ether)：（ ACROS，比利時），試藥級。6. 氨水 (Ammonia water)：林純藥品工業。7. 四乙氧基矽烷 (Tetraethyl orthosilicate ， TEOS)：（ ACROS，比利時）試藥級8. 亞硝酸納 (Sodium nitric)：林純藥品工業。9. 間 -硝基苯胺 (m-Nitroaniline) ：（ ACROS，比利時），試藥級。10. 四氯化錫 (Stannic chloride) ：（ ACROS，比利時），試藥級。

儀器設備1. 平板磁石熱攪拌器 (Whatman ， 9970-802NA)。2. 紅外線光譜分析儀 (FT-IR ， Bio-Red Digilab FTS-40)。3. 微量分析天枰 (FA-2000)。4. 恆溫攪拌裝置 (Fudata FDO-510)5. 重量損失分析儀 (TGA ， Du Pont 2200)。6. 核磁共振儀 (NMR ， BRUKER AVANCE 400)7. 超導核磁共振儀 500NMR(BRUKER AVANCE500

Solution-NMR)8. 接觸角量測儀 (廠牌 :Sigma 型號 :CAM100 芬蘭製 )9. 萬能拉力測試機 (廠牌 :Hungta 型號 :HT-9102)

實驗流程

實驗步驟硫代尿素

1.52g;0.02mole碘

1.26g;0.01mole

苯乙醯1.20g;0.01mole

加入無水乙醚置入 300ml熱水中滴入氨水釋出固體製成 單體

攪拌並隔水加熱迴流 4 小時

實驗步驟單體

0.176g(0.001mole)

20% 碳酸鈉溶液直至 單體 4a 完全分散於水中

對 -硝基苯胺粉體0.138g (0.001mole

少量的水與鹽酸直至完全溶解加入 NaNO2水溶液，攪拌一小時

偶合鹽

重氮鹽

實驗步驟偶合鹽重氮鹽

調配 ph 值 6-7之間

攪拌 1.5 小時

過濾乾燥製得染料攪拌 2 小時

實驗步驟將染料完全溶解於 THF 溶劑中 VTES

恆溫槽加熱回流 4 小時

製得前驅體

實驗步驟

將生成物滴入前軀體中

TEOS SnCl4

比例約為 10:5

攪拌約 2 小時

加熱回流 1 小時

混成材

樣品代號

FT-IR 光譜分析 混成材 (10a1-10a4)紅外線光譜分析

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

Abso

rban

ce

Wavenumber(cm-1)

NMR 光譜分析 混成材 (10a1-10a4) Si 之 NMR 圖譜

T3Q3 Q4

NMR 光譜分析混成材 (10a1-10a4) Sn 之 NMR 圖譜

T3

Q4

可能是立體障礙效應

EDS 元素分析 混成材之 (10a1-10a4 與 10b2-10b3)EDS 元素分析

Samples C O Sn Si

10a1 43.99% 22.93% 12.22% 20.86%

10a2 39.82% 21.97% 16.07% 21.05%

10a3 38.87% 21.99% 17.80% 21.35%

10a4 35.42% 20.09% 20.13% 24.35%

10b2 47.91% 22.49% 12.56% 17.05%

10b3 34.75% 22.2% 21.85% 21.16%

TGA 分析 混成材 (10a1-10a4) 之 TGA分析

Wei

ght(%

)

Temperature(oC)

Nylon.

NY1

NY2

NY3

NY4

300 400 500

40

20

60

80

100

0

90

10

30

50

110

70

Samples

Properties

裂解溫度( )℃

分解速率(%/ )℃

殘餘量(%)

Nylon 416.40 -0.500 1.268NY1 413.79 -0.486 3.792NY2 412.45 -0.493 2.146NY3 410.33 -0.487 2.412NY4 406.45 -0.520 3.256

SEM 表面觀察分析 混成材 NY1-NY4之掃描式電子顯微鏡

a b c

d e

a: 原胚布 b:NY1 c:NY2 d: NY3 e: NY4

SEM 表面觀察分析 混成材 PT1-PT4之掃描式電子顯微鏡

a b c

d e

a: 原胚布 b:PT1 c:PT2 d:PT3 e:PT4

紫外光光譜分析 混成材之 (10a1-10a4 與 10b2-10b3)之光譜分析

數據加工布λmax(nm)

Alcohol 95%

10a1 49510a2 49510a3 49510a4 49510b2 45010b3 450

接觸角分析 混成材 NY1-NY4 與 PT1-PT4 之接觸角分析

物性 加工布

Nylon 物性 加工布

PET

撥水性 接觸角 撥水性 接觸角Nylon 原胚布 1 97 PET 原胚布 1 107

NY1 2-3 130 PT1 2 124NY2 3 131 PT2 2-3 128NY3 2-3 126 PT3 3 131NY4 2 123 PT4 2 125織物水洗後之數據NY1 2 122 PT1 1 114NY2 2 123 PT2 2 118NY3 2 116 PT3 2 121NY4 1-2 112 PT4 1-2 117

染色性與均染性分析 混成材 (10a1-10a4)之染色性

物性 加工布

Nylon 物性 加工布

PET

上色性(K/S)

均染性( E)△

上色性(K/S)

均染性( E)△

NY1 5.1403 0.85 PT1 6.8608 0.15NY2 4.3156 0.59 PT2 5.3585 0.79NY3 4.7526 0.15 PT3 5.7579 0.14NY4 4.7179 0.65 PT4 5.4782 0.73NM2 2.6001 0.29 PM3 3.1071 0.51

耐磨擦及耐水洗堅牢度分析 混成材 NY1-NY4 與 NM2之耐水洗堅牢度評級

物性 染料

耐水洗 耐磨擦褪色布 污染布

濕 乾褪色布 污染布 褪色布 污染布

10a1 4 3-4 3-4 3-4 4 410a2 3-4 3 4 3-4 4-5 4-510a3 3-4 3 3-4 4 4 410a4 3 2-3 4 3-4 4 3-410b2 4-5 4 3-4 4 4-5 4-5

耐磨擦及耐水洗堅牢度分析 混成材 PT1-PT4 與 PM3之耐水洗堅牢度評級

物性 染料

耐水洗 耐磨擦褪色布 污染布

濕 乾褪色布 污染布 褪色布 污染布

10a1 3-4 3 3-4 3-4 4-5 4-510a2 3-4 3 3-4 3-4 4-5 410a3 3-4 2-3 3-4 4 4-5 410a4 3 2-3 3-4 4 4 4-510b3 4 3-4 3-4 4 4 4-5

透氣性分析不同比例之混成材 NY1-NY4 與 PT1-PT4染織物進行透氣性測試 物性加工布 透氣性

(cub.ft/sq.ft/min)Nylon 原胚布 13.8

NY1 16.8NY2 18.1NY3 17.7NY4 17.5NM2 17.5

PET 原胚布 137PT1 143PT2 155PT3 160PT4 156PM3 152

蓄熱保溫分析 不同濃度比例之混成材 NY1-NY4 對聚醯胺染織物進行加工後之蓄熱性及保溫性之影響

0 200 400 600 800 1000 12000

5

10

15

20

25

T(o C)

time(sec)

Nylon. NY1 NY2 NY3 NY4

蓄熱保溫分析不同濃度比例之混成材 PT1-PT4 對聚酯染織物進行加工後之蓄熱性及保溫性之影響

0 200 400 600 800 1000 12000

5

10

15

20

T(o C)

time(sec)

PET. PT1 PT2 PT3 PT4

萬能拉力機分析 混成材 NY1-NY4 與 PT1-PT4 之拉力測試

  最大力量 降伏力量 抗拉強度 降伏強度Nylon 32.6666 17.5129 11.2643 6.0389NY1 55.8949 33.2359 19.2741 11.4606NY2 54.1398 31.7532 18.6689 10.9494NY3 49.2248 29.8736 16.5948 9.2668NY4 45.4192 26.8936 14.9721 8.5193PET 21.5281 11.1914 7.4235 3.8591PT1 34.0017 14.7444 11.8351 5.0843PT2 32.2447 14.2940 11.0385 4.9290PT3 30.6745 13.8842 10.6464 4.5635PT4 28.5823 12.8896 9.9249 3.9964

結論 本研究主要合成一系列噻唑雜環系染料，再添加不同比例之 SnCl4 以 Sol-Gel法方式，製得一系列混成材

(10a1-10a2及 10b3-10b3)，進而探討混成材之相關性質，經由實驗結果可得到以下結論 :

1.偶合染料的產率分別於 60 ％ -90 ％，其表觀顏色大部分為暗紅色或橘紅色。2. 由 EDS 及 NMR分析確認混成材中之 SiO2與 SnO2能夠與噻唑系染料形成鍵結。3.染織物的耐水洗評級大致達 3-4級而污染評級大致為 3級，乾耐磨擦堅牢度大致可達 4-5級，濕耐磨擦堅牢度大致可達 3-4級。4.由接觸角測試結果，可知加工布之接觸角大致達到 123o

-131o，而水洗後之接觸角則為 117o -121o，皆比未加工之原胚布 (97o及 107o)高。

結論5.由透氣性分析可得知，依不同的布種其透氣性會有落差，當比例到達各布種的最佳比例時由於孔隙被填滿所以透氣性有所降低。6.由拉力測試可得知混成材比原染織物較佳，但 SnCl4濃度越高時強度有下降趨勢。

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