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研究生: 鄭存統
論文名稱: PIM胚料成份間相容性的分子模擬
指導教授: 許貫中
Hsu, Kung-Chung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
畢業學年度: 87
語文別: 中文
論文頁數: 119
中文關鍵詞: 分子模擬相容性吸附相圖
英文關鍵詞: molecular simulation, miscibility, adsorpation, phase diagram
論文種類: 學術論文
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  • 粉末射出成形(PIM)技術主要應用於小型複雜的陶瓷元件,此技術的優點有成形快速、尺寸精密度高、所製成的元件接近產品淨形,大大的減少機械加工所需的成本及時間。在PIM製程中黏結劑配方是否適當則又涉及各成份間的相容性以及與粉末之間的吸附行為。
    本論文利用Cerius23.5軟體進行有機分子與陶瓷材料間的吸附行為以及有機分子彼此間的相容性質研究,內容共分四部份﹕(1)吸附模擬條件的選擇﹔(2)利用吸附模擬來研究不同極性分子與不同極性材料表面的吸附作用行為﹔(3)利用blend模組來模擬不同溶劑分子與不同聚合度的聚乙烯(PE)的相容性﹔(4)驗證以blend模組來模擬二元混合物時的適用性。
    第一部份藉由靜態模擬法找尋吸附模擬中最合適且最具代表性的表面厚度及吸附分子與表面間距離條件﹔另藉由分子動力模擬法找尋分子與表面的位向條件。模擬研究後我們選擇分子與表面距離為10Å、表面厚度為8Å、分子官能基面向表面的位向做為吸附模擬的模擬起始條件。
    第二部份藉由分子動力模擬研究不同極性分子與不同極性材料表面的吸附行為。模擬結果發現,極性分子(十八酸、十八醇)與極性材料表面(氧化鋯、氧化鋁)的吸附力較大,此亦與IR實驗所做出的結果一致﹔而非極性分子(十八烷)與非極性材料表面(碳化矽、類鑽)的吸附力較大。
    第三部份藉由blend模組模擬不同溶劑分子與不同聚合度PE的相容性,模擬結果發現PE的聚合度愈大時,與溶劑的相容性愈差,臨界溫度變大。PE與不同極性分子的相容性是庚烷 > 庚醇 > 甲基庚酯 > 庚酸。而PE與不同鏈長烷類分子的相容性是己烷 > 庚烷 > 辛烷 > 癸烷 > 十五烷。
    第四部份藉由硝基苯溶劑和己烷溶劑系統、二異丁甲酮溶劑和不同分子量的聚異丁烯聚合物系統、不同分子量的聚異戊二烯聚合物和不同分子量的聚苯乙烯聚合物系統來驗證以blend模組模擬二元混合物時的適用性。從模擬結果得知若以等方向的方法去模擬時,由於分子構形及分子鍵柔軟度的影響,無法得到一個符合實驗值的結果,但若考慮分子構形並給予一個合適的角度範圍去做模擬計算時,會得到符合實驗值的模擬值且會比以POLYGRAF軟體模擬的結果好,所以在使用該模組做計算時,必須考慮分子構形及鍵柔軟度的影響,以一個合適的角度去做軸分佈角度的運算或以一個合理的分子運動軌跡去做等方向性的運算。

    第一章 前言…………………………………………………………1 第二章 簡介…………………………………………………………3 2.1 粉末射出成形………………………………………………..3 2.2 高分子黏結劑………………………………………………..4 2.2.1 黏結劑的特性………………………………………..4 2.2.2 黏結劑與粉末間的作用力…………………………..6 2.2.3 脫脂機構……………………………………………..9 2.3 分子模擬…………………………………………………….11 2.3.1 電腦分子模擬的分類……………………………….13 2.3.1.1 計算化學………………………………….13 2.3.1.2 分子力學………………………………….14 2.3.2 分子模擬的計算…………………………………….15 2.3.2.1 作用力場………………………………….15 2.3.2.2 分子動態模擬…………………………….19 2.3.3 影響分子模擬準確度的變因……………………….23 2.4 吸附作用…………………………………………………….26 2.5 二元混合物的相容性……………………………………….28 2.5.1 相圖………………………………………………….28 2.5.2 Flory-Huggins lattice model……………………29 2.5.3 Monte Carlo simulation…………………………..31 第三章 模擬實驗設計………………………………………………34 3.1 吸附模擬條件的選擇………………………………………..34 3.1.1 建構分子……………………………………………..34 3.1.2 建構表面……………………………………………..35 3.1.3 模擬表面吸附………………………………………..35 3.2 不同極性分子對不同極性表面的模擬……………………..35 3.2.1 建構分子……………………………………………..35 3.2.2 建構表面……………………………………………..36 3.2.3 模擬表面吸附………………………………………..39 3.2.4 測定硬酯酸與粉末表面的吸附作用………………..39 3.3 不同溶劑分子與不同聚合度PE的相容性模擬……………39 3.3.1 建構溶劑分子………………………………………..39 3.3.2 建構高分子單元……………………………………..40 3.3.3 相容性的模擬………………………………………..40 3.4 驗證blend模組模擬的適用性……………………………..40 第四章 結果與討論………………………………………………….42 4.1 吸附模擬條件的選擇………………………………………..42 4.1.1 模擬條件---吸附分子與表面間的距離選擇………44 4.1.2 模擬條件---表面厚度的選擇………………………48 4.1.3 模擬條件---吸附分子與表面間的位向選擇………52 4.2 不同極性分子對不同極性表面的吸附模擬………………..55 4.2.1 十八酸與不同粉末表面的吸附模擬………………..55 4.2.2 十八醇與不同粉末表面的吸附模擬………………..62 4.2.3 十八烷與不同粉末表面的吸附模擬………………..67 4.2.4 氧化鋁、氧化鋯與不同極性分子的吸附模擬……..71 4.3 不同溶劑分子與不同聚合度PE的相容性模擬……………..74 4.3.1 不同極性的溶劑分子和PE的相容性………………74 4.3.2 不同鏈長的溶劑分子和PE的相容性………………80 4.4 驗證Blend模組的適用性……………………………………85 第五章 結論………………………………………………………….94 參考資料……………………………………………………………..96 A.附錄………………………………………………………………..103

    (1)W.J.Tseng , D.M.Liu and C.K.Hsu , “ Influence of stearic acid on suspension structure and green microstructure on
    injection – molded zirconia ceramics “ , Ceramics
    International , 25 , 1999 , 191~195
    (2)T.Y.Chan and S.T.Lin , “ Effects of stearic acid on the
    injection molding of alumina “ , J.Am.Ceram.Soc ., 78[10] ,
    1995 , 2746~2752
    (3)L.Karin , C.Elis , P.Michael and C.Roger , “ Organic silanes and titanates as processing additives for injection molding of ceramics “ , J.Am.Ceram.Soc ., 72[1] , 1989 , 99~103
    (4)S.Novak , K.Vidovic , M.Sajko and T.Kosmac , “ Surface modification of alumina powder for LPIM “ , J.Eur.
    Ceram.Soc ., 17 , 1997 ,217~223
    (5)J.G.Zhang , M.J.Edirisinghe and J.R.G.Evans , “ The use of
    silane coupling agents in ceramic injection moulding “ ,
    J.Mat.Sci ., 23 , 1988 , 2115~2120
    (6)M.J.Edirisinghe , “ The use of silane coupling agents in
    ceramic injection moulding : effect on polymer removal “ ,
    J.Mat.Sci ., 9 , 1990 , 1039~1041
    (7)M.Takahashi , J.Hayashi , S.Suzuki and Y.Ishigure ,
    “ Improvement of the rheological properties of the zirconia
    / polypropylene system for ceramic injection moulding using
    coupling agents “ , J.Mat.Sci ., 27 , 1990 , 5297~5302
    (8)K.E.Howard , C.D.E.Lakeman and D.A.Payne , “ Surface
    chemistry of various poly[vinyl butyral] polymers adsorbed
    onto alumina “ , J.Am.Ceram.Soc ., 73[8] , 1990 , 2543~2546
    (9)S.T.Lin and R.M.German , “ Interaction between binder and
    powder in injection moulding of alumina “ , J.Mat.Sci .,
    29 , 1994 , 5207~5212
    (10)J.K.Wright , J.R.G.Evans and M.J.Edirisinghe ,
    “ Degradation of polyolefin blends used for ceramic
    injection molding “ , J.Am.Ceram.Soc ., 72[10] , 1989 ,
    1822~1828
    (11)林俊吉 , “金屬射出成型法中結合劑特性的研究 “, 國立台灣
    師範大學化學研究所論文 , 1992
    (12)羅鈞銘 , “ 金屬粉末射出成形之配比及流變性質之研究 “ , 國
    立台灣師範大學化學研究所論文 , 1993
    (13)楊偉文 , “ 氧化鋁射出成型燒結體強度及尺寸穩定性之研究 “ ,
    國立成功大學材料科學及工程研究所論文 , 1995
    (14)R.M.German , “Powder Injection Molding “ , Metal Powder
    Industries Ferderation , Pricetion , NJ , 1990
    (15)吳榮源 , “ 混練對射出成形影響之研究 “ , 國立台灣大學材
    料科學及工程學研究所論文 , 1998
    (16)詹添印 、 林舜天 , “ 粉體與黏結劑介面反應對於氧化鋁粉末
    射出成型的影響 “ , 陶業季刊 , 13[2] , 1993 , 6~26
    (17)陳維文 , “ 陶瓷射出成形生胚脫脂之溶劑與溫度效應 “ , 國
    立台灣工業技術學院化學工程技術研究所論文 , 1994
    (18)D.S.Tsai and W.W.Chen , “ Solvent debinding kinetics of
    alumina green bodies by powder injection molding “ ,
    Ceramic International , 21 , 1995 , 257~264
    (19)蔡協宗 , “ 高純度氧化鋁射出成形之製程研究 “ , 國立台灣
    大學材料科學及工程學研究所論文 , 1996
    (20)K.S.Hwang and T.H.Tsou , “ Thermal debinding of powder
    injection molded parts : observations and mechanisms “ ,
    Metallurgical Transactions A , 23A[10] , 1992 , 2775~2782
    (21)楊慕震 , ” 計算化學與分子模擬在其化工業的應用 ” , 化工
    資訊月刊 , 11[6] , 1997 , 36~42
    (22)陳文逸、王理綱 , ” 電腦分子模擬及其應用 ” , 化工技術 , 48 , 1997 , 141~155
    (23)歐姿漣、陳立仁 , ” 分子模擬法在化工熱力學上的應用 ” , 化
    工 , 39[6] , 1992 , 91~108
    (24)R.A.Sorensen , W.B.Liau and R.H.Boyd , “ Prediction of
    polymer crystal structures and properties . A method
    utilizing simulataneous inter – and intremolecular energy
    minimization “ , Macromolecules , 21 , 1988 , 194~199
    (25)趙弈多 , ” 分子力學的簡介 ” , 化學 , 52[2] , 1994 , 180~185
    (26)C.J.Casewit , K.S.Colwell and A.K.Rappe , “ Application of
    a universal force field to main group compounds “ J.Am.
    Chem.Soc ., 114 , 1992 , 10046~10053
    (27)A.K.Rappe and K.S.Colwell , “ Application of a universal
    force field to metal complexes “ Inorg.Chem ., 32 , 1993 ,
    3438~3450
    (28) C.J.Casewit , K.S.Colwell and A.K.Rappe , “ Application
    of a universal force field to organic molecules “ J.Am.
    Chem.Soc ., 114 , 1992 , 10035~10046
    (29)A.K.Rappe , C.J.CasewiT , K.S.Colwell , W.A.Goddard III and
    W.M.Skiff , “ UFF , a full periodic table force field for
    molecular mechanics and molecular dynamics simulations “
    , J.Am.Chem.Soc ., 114 , 1992 , 10024~10035
    (30)S.L.Mayo , B.D.Olafson and W.A.Goddard III , “ Dreiding :
    a generic force field for molecular simulations “ , J.Phys
    . Chem ., 94 , 1990 , 8897~8909
    (31)黃明經 , ” 新力場發展的理論基礎及其應用 ” , 化學 ,
    52[2] ,1994 , 186~192
    (32)相克東 , ” 分子模擬與表面科學 ” , 化學 , 52[2] , 1994 ,
    215~220
    (33)相克東 , ” 分子動力模擬與表面科學 ” , 科學月刊 , 23[12] ,
    1992 , 906~910
    (34)廖文彬、李慶齡 , ” 電腦模擬高分子材料結構 ” , 化工 , 42[2] , 1995 , 41~48
    (35)陳正隆、陳幸郎、李志郎 , ” 分子動力計算在化學上之應用 ” ,
    化學 , 52[2] , 1994 , 210~214
    (36)呂世伊、牟中原 , ” 量子蒙地卡羅法 ” , 化學 , 52[2] , 1994 ,172~178
    (37)張有義 , 郭蘭生, “ 膠體及界面化學入門 “ , 高立 , 1997
    (38)A.Pizzi , “ A molecular mechanics approach to the adhesion
    of urea-formaldehyde resins to cellulose . Part1 .
    crystalline cellulose I “ , J.Adhesion Sci.Technol ., 4 ,
    1990 , 573~588
    (39)A.Pizzi , “ A molecular mechanics approach to the adhesion
    of urea-formaldehyde resins to cellulose . Part2 .
    amorphous vs. crystalline cellulose I “ , J.Adhesion
    Sci.Technol ., 4 , 1990 , 589~594
    (40)A.Pizzi and S.J.Maboka , “ Calculated values of the
    adhesion of phenol–formaldehyde oligomers to crystalline
    cellulose II “ ,J.Adhesion Sci.Technol ., 7 , 1993 , 81~94
    (41)程長遠、王伯昌、李桂仁、蔡勝富 , ” 模擬聚合物分子在氧化
    鋁表面的吸附現象(I) ” , 化學 , 53[4] , 1995 , 351~358
    (42)程長遠、王伯昌、李桂仁、蔡勝富 , ” 模擬聚合物分子在氧化
    鋁表面的吸附現象(II) ” , 化學 , 54[4] , 1996 , 1~6
    (43)程長遠、林文信、陳敦禮、王伯昌 , ” 模擬在矽氧表面上聚合
    物分子於四氯化碳溶劑之吸附現象 ” , 化學 , 56[1] , 1998 ,
    1~6
    (44)C.F.Fan , B.D.Olafson , M.Blanco and S.L.Hsu ,
    “ Application of moecular simulation to derive phase
    diagrams of binary mixtures “ , Macromolecules , 25 , 1992 ,
    3667~3676
    (45)林建中, “ 高分子化學原理 “ , 歐亞 , 1985
    (46)L.H.Sperling , “ Introduction to physical polymer science
    “ , 2nd ed ., Lehigh University Press , PA ., 1992
    (47)BIOSYM / Molecular Simulation Incorporated
    (48)陳逸年 , “ 胚料成份對於氧化鋁粉末射出成形製程之影響 “ ,
    國立台灣師範大學化學研究所論文 , 1997
    (49)P.W.Atkins , Physical Chemistry , 2nd ed ., Oxford
    University Press : NY , 1982
    (50)P.J.Flory , Principles of Polymer Chemistry ., Cornell
    University Press : Ithaca , NY ,1953
    (51)D.McIntyre , N.Rounfs , E.Campos-Lopez , Polym.Prepr.
    ( Am.Chem.Soc ., Div.Polym.Chem.) ., 10 , 1969 , 531
    (52)R.Koningsveld , L.A.Kleintjens , Macromol.Chem ., 8 ,
    1973 , 197
    (53)R.Koningsveld , L.A.Kleintjens , H.M.Schoffeleers ,
    “ Thermodynamic aspects of polymer compatibility “ , Pure
    Appl.Chem ., 39 , 1974 ,1~32
    (54)韋文誠 、 許貫中 , “ 納米級超微粉水基分散液之製程開發期中
    報告 ” , 台大慶齡工業研究中心 , 1997
    (55)S.Saeki , N.Kuwahara , S.Konno and M.Kaneko , “ Upper and
    lower critical solution temperatures in polystyrene
    solutions. II “ , Macromolecules , 6[4] , 1973 , 589~593
    (56)S.Saeki , N.Kuwahara , S.Konno and M.Kaneko , “ Upper and
    lower critical solution temperatures in polystyrene
    solutions “ , Macromolecules , 6[2] , 1973 , 246~250
    (57)F.Wang , S.Saeki and T.Yamaguchi , “ Absolute prediction of upper anf lower critical solution temperatures in polymer /
    solvent systems based on corresponding state theory “ ,
    Polymer , 40 , 1999 , 2779~2785
    (58)F.Rodriguez , Principles of Polymer Systems , 2nded ., Cornell University Press : NY , 1982

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