塑膠專欄
低磨耗制振型聚醯胺彈性體
橡膠暨彈性體
對於高分子聚合物而言，其彈性是由於高分子中存在無規則的線性彎曲，因此在外力的作用下容易變形，或是高分子間存在著微交聯(物理交聯或化學交聯)，致使其外力去除後能恢復原來結構。
熱塑性彈性體主要係由嵌段共聚反應而成，由於其具有硬段與軟段結構，硬段具有較高之結晶溫度(Tg)與熔融溫度(Tm)，因此在高分子中係以半結晶態存在，軟度則具有較低之結晶溫度(Tg)與熔融溫度(Tm)，因此可賦予高分子柔軟性與延伸性，由於在室溫下，軟段與硬段係以微相分離共存。
層狀無機物，如黏土、雲母，早已添加於高分子作為填充料，唯應用時，其顆粒大小約在5微米(mm)左右，而每一顆粒皆由數仟片層材所構成。1990年日本TOYOTA 公司與宇部興業(UBE)共同發表Nylon6/Clay蒙脫土複材開發成功的消息，利用在層間聚合的爆發力而使層狀蒙脫土完全脫層(exfoliation)，於尼龍基材中呈現奈米尺度的分散，此分散之無機層材厚度約一奈米，視徑比(aspect ratio)大於100，添加量3-5wt.%即有非常顯著的效果。自此以後，不同奈米層材開創出許多新型產業應用，以蒙脫土為大宗。
(一) 開環聚合
以己內醯胺在酸性條件下，利用已二酸進行開環聚合，在反應溫度260℃、氮氣系統下進行聚合6小時，並維持在大氣壓力30*103Pa下抽真空兩小時，分子量控制在2000~3000 g/mol，並在鈦觸媒催化下，利用聚醚系統軟段進行高分子聚合，分子量達到50,000g/mol以上時，即進行反應終止。
(二) 軟硬嵌段聚合反應
在預聚物形成後，此時加入軟段多元醇PTMG(PolyTetramethylene-ether-Glycol.)，並利用鈦觸媒進行催化，藉此合成聚醯胺彈性體的結構。
由實驗結果可得知，當軟段結構含量增加時，會增加高分子的延伸率，此現象主要來自此軟段結構在高分子內部結構時，雖具有較低的結晶區，但是當其受到外力時，也會相對的容易進行分子鏈的延伸與轉動，因此可有效提升高分子的延伸率。
(三) 陶瓷共構燒結粉體
蒙脫土具有良好的物理性質，但是此類型無機材料添加過多在塑膠件時，通常會有分散性不佳的問題，除了影響加工性能外，同時也會降低韌性與抗熱震性，若要降低粉體粒徑，又會有成本過高不易量產的缺點。因此為了改善此類型陶瓷材料的缺點，本文以陶瓷共構燒結研究，其主要原理是利用蒙脫土與低成本之氧化鋁、雲母、氧化鎂(Al2O3、Mica、MgO)等材料，以共構燒結陶瓷多晶相，藉此將粉體的結構由同相性排列成多相性，利用此一方式可長成多晶相的粉體結構，進而增加粉體在高分子間的分散性，並製備具成本優勢之蒙脫土，藉此提升材料的彎曲強度。
圖2：陶瓷共構燒結黏土
以小量塑譜儀實驗，觀察混練之後的情況，可發現傳統黏土少量時可部分分散，但是添加量在5%以上時，會發現有明顯的團聚現象，此類型原因主要是來自於黏土分子間同相性排列，若無足夠的剪切力使其分離，則會造成此現象的發生。而經過陶瓷共構燒結後的粉體，由於分子間作用力被平均分散，因此可有效均勻分散在高分子間，故能添加一定的比例，以增加物理性質。
結果顯示隨著粉體添加量增加時，可有效增加材料的彎曲強度，並能具有一定的成本優勢與材料特性，解決彈性體彎曲強度普遍不佳的問題。
圖3：蒙脫土於塑膠基材之分散情形
結論
本文利用已二酸進行已內醯胺的開環聚合反應，並經由添加聚醚多元醇，提升延伸率，結果顯示當聚醚多元醇添加量在30%以上時，即可達到延伸率大於300%之可行性。此外，利用陶瓷共構燒結粉體的添加，改善傳統蒙脫土分散性的問題，並進行彎曲強度的提升，達到同時具備制振與剛性強度的材料開發，為一種新型聚醯胺塑膠的可行性生產方法。
熱塑性彈性體主要係由嵌段共聚反應而成，由於其具有硬段與軟段結構，硬段具有較高之結晶溫度(Tg)與熔融溫度(Tm)，因此在高分子中係以半結晶態存在，軟度則具有較低之結晶溫度(Tg)與熔融溫度(Tm)，因此可賦予高分子柔軟性與延伸性，由於在室溫下，軟段與硬段係以微相分離共存。
層狀無機物，如黏土、雲母，早已添加於高分子作為填充料，唯應用時，其顆粒大小約在5微米(mm)左右，而每一顆粒皆由數仟片層材所構成。1990年日本TOYOTA 公司與宇部興業(UBE)共同發表Nylon6/Clay蒙脫土複材開發成功的消息，利用在層間聚合的爆發力而使層狀蒙脫土完全脫層(exfoliation)，於尼龍基材中呈現奈米尺度的分散，此分散之無機層材厚度約一奈米，視徑比(aspect ratio)大於100，添加量3-5wt.%即有非常顯著的效果。自此以後，不同奈米層材開創出許多新型產業應用，以蒙脫土為大宗。
(一) 開環聚合
以己內醯胺在酸性條件下，利用已二酸進行開環聚合，在反應溫度260℃、氮氣系統下進行聚合6小時，並維持在大氣壓力30*103Pa下抽真空兩小時，分子量控制在2000~3000 g/mol，並在鈦觸媒催化下，利用聚醚系統軟段進行高分子聚合，分子量達到50,000g/mol以上時，即進行反應終止。
圖1：反應機構圖
在酸性開環反應下，已二酸的添加量會影響反應聚合的預聚物分子量，當其添加量增加時，會增加己內醯胺開環聚合的機率，因此造成其自開環反應的發生，故大多以小分子的型態產生，所以無法產生較高分子量的預聚物形成。
在酸性開環反應下，已二酸的添加量會影響反應聚合的預聚物分子量，當其添加量增加時，會增加己內醯胺開環聚合的機率，因此造成其自開環反應的發生，故大多以小分子的型態產生，所以無法產生較高分子量的預聚物形成。
(二) 軟硬嵌段聚合反應
在預聚物形成後，此時加入軟段多元醇PTMG(PolyTetramethylene-ether-Glycol.)，並利用鈦觸媒進行催化，藉此合成聚醯胺彈性體的結構。
由實驗結果可得知，當軟段結構含量增加時，會增加高分子的延伸率，此現象主要來自此軟段結構在高分子內部結構時，雖具有較低的結晶區，但是當其受到外力時，也會相對的容易進行分子鏈的延伸與轉動，因此可有效提升高分子的延伸率。
(三) 陶瓷共構燒結粉體
蒙脫土具有良好的物理性質，但是此類型無機材料添加過多在塑膠件時，通常會有分散性不佳的問題，除了影響加工性能外，同時也會降低韌性與抗熱震性，若要降低粉體粒徑，又會有成本過高不易量產的缺點。因此為了改善此類型陶瓷材料的缺點，本文以陶瓷共構燒結研究，其主要原理是利用蒙脫土與低成本之氧化鋁、雲母、氧化鎂(Al2O3、Mica、MgO)等材料，以共構燒結陶瓷多晶相，藉此將粉體的結構由同相性排列成多相性，利用此一方式可長成多晶相的粉體結構，進而增加粉體在高分子間的分散性，並製備具成本優勢之蒙脫土，藉此提升材料的彎曲強度。
圖2：陶瓷共構燒結黏土
以小量塑譜儀實驗，觀察混練之後的情況，可發現傳統黏土少量時可部分分散，但是添加量在5%以上時，會發現有明顯的團聚現象，此類型原因主要是來自於黏土分子間同相性排列，若無足夠的剪切力使其分離，則會造成此現象的發生。而經過陶瓷共構燒結後的粉體，由於分子間作用力被平均分散，因此可有效均勻分散在高分子間，故能添加一定的比例，以增加物理性質。
結果顯示隨著粉體添加量增加時，可有效增加材料的彎曲強度，並能具有一定的成本優勢與材料特性，解決彈性體彎曲強度普遍不佳的問題。
圖3：蒙脫土於塑膠基材之分散情形
結論
本文利用已二酸進行已內醯胺的開環聚合反應，並經由添加聚醚多元醇，提升延伸率，結果顯示當聚醚多元醇添加量在30%以上時，即可達到延伸率大於300%之可行性。此外，利用陶瓷共構燒結粉體的添加，改善傳統蒙脫土分散性的問題，並進行彎曲強度的提升，達到同時具備制振與剛性強度的材料開發，為一種新型聚醯胺塑膠的可行性生產方法。