自廢偏光板回收三醋酸纖維素（TAC）之水解研究 - 高雄應用科技大學

工 程 科 技 與 教 育 學 刊 第 八 卷 第 三 期
民 國 一 ○○ 年 九 月 第 428~442 頁
自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究
李 科 諒
1 、 郭 壽 儀
1 、 黃 靖 瑀
1 、 何 宗 漢
1 *、 鄭 錫 勳
1 、 吳 宇 明
2 、 顏 禎 志
1.
國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 化 學 工 程 與 材 料 工 程 學 系
2.
介 慶 股 份 有 限 公 司
E-mail : thho@cc.kuas.edu.tw
2
摘 要
三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 是 由 天 然 纖 維 素 與 醋 酸 酐 反 應 製 得 的 高 分 子 , 因 具 有 高 透 明 性 、 低 光 學 異 向 性 、
良 好 的 耐 溶 劑 性 及 耐 熱 性 , 常 用 於 液 晶 螢 幕 的 偏 光 板 材 料 。 台 灣 的 液 晶 螢 幕 製 造 廠 每 年 都 產 生 大 量 的 偏 光
板 裁 切 廢 料 , 這 些 廢 料 目 前 大 多 數 以 焚 化 或 掩 埋 處 理 , 造 成 污 染 且 浪 費 資 源 。 本 研 究 主 要 在 於 將 回 收 之 TAC
進 行 水 解 反 應 得 到 二 醋 酸 纖 維 素 (DAC), 達 到 資 源 回 收 再 利 用 之 目 的 。 並 探 討 在 水 解 反 應 過 程 , 反 應 溫 度
與 反 應 時 間 等 因 素 對 醋 酸 纖 維 素 取 代 度 的 影 響 。
關 鍵 字 : 偏 光 板 、 醋 酸 纖 維 素 、 水 解 、 取 代 度
1. 前 言
三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 是 由 天 然 纖 維 素 與 醋 酸 酐 反 應 製 得 的 高 分 子 , 因 具 有 高 透 明 性 、 低 光 學 異 向 性 、
良 好 的 耐 溶 劑 性 及 耐 熱 性 , 常 用 於 液 晶 螢 幕 的 偏 光 板 材 料 。 台 灣 的 液 晶 螢 幕 製 造 廠 每 年 都 產 生 大 量 的 偏 光
板 裁 切 廢 料 , 這 些 廢 料 目 前 大 多 數 以 焚 化 或 掩 埋 處 理 , 造 成 污 染 且 浪 費 資 源 , 因 應 環 保 意 識 抬 頭 , 將 三 醋
酸 纖 維 素 進 行 水 解 之 後 , 該 產 物 應 用 領 域 在 紡 織 、 濾 膜 、 工 業 上 的 應 用 性 可 有 所 提 升 。
纖 維 素 分 子 含 有 碳 、 氫 、 氧 三 種 元 素 。 其 中 碳 含 量 為 44.44%, 氫 含 量 為 6.17%, 氧 含 量 為 49.39%, 其
化 學 式 為 C 6 H 10 O 5 , 化 學 結 構 的 分 子 式 為 (C 6 H 10 O 5 ) n (n 為 聚 合 度 )。 組 成 纖 維 素 的 β-D- 吡 喃 葡 萄 糖 三 個 游 離
基 位 於 C 2 、C 3 、C 6 三 個 碳 原 子 上 , 經 證 明 分 別 為 位 於 C 2 、C 3 、C 6 上 的 羥 基 。 這 三 個 羥 基 對 纖 維 素 的 性 質 有
決 定 性 的 影 響 , 可 以 發 生 氧 化 、 酯 化 、 醚 化 反 應 , 分 子 間 形 成 氫 鍵 , 吸 水 潤 脹 以 及 接 枝 共 聚 等 等 , 都 是 與
纖 維 素 分 子 中 存 在 大 量 的 羥 基 有 關 。 醋 酸 纖 維 以 天 然 纖 維 素 為 原 料 , 經 醋 酐 酯 化 而 成 醋 酸 纖 維 素 , 將 醋 酸
纖 維 素 溶 解 於 有 機 溶 劑 , 通 過 乾 法 紡 絲 得 醋 酸 人 造 絲 或 切 斷 成 棉 型 短 纖 維 , 簡 稱 醋 酸 纖 維 。
O
AcO
OH
CH 2
O
OAc
O
OH OAc
O
O
O
O
H 3 C
圖 1-1
醋 酸 纖 維 素 化 學 式
©2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851

自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究 429
生 產 醋 酸 纖 維 素 是 以 富 含 纖 維 素 的 棉 短 絨 或 亞 硫 酸 法 紙 漿 為 原 料 【1】。 先 用 加 有 少 量 硫 酸 的 醋 酸 對 纖
维 素 進 行 前 處 理 , 再 在 酯 化 反 應 器 中 加 入 醋 酸 酐 、 稀 釋 劑 和 少 量 催 化 劑 , 進 行 酯 化 反 應 , 生 成 醋 酸 纖 维 素 ,
再 加 入 稀 醋 酸 液 使 醋 酸 纖 維 素 水 解 到 所 要 求 的 酯 化 度 並 沉 澱 出 來 , 再 進 行 水 洗 、 過 濾 、 乾 燥 即 得 成 品 。 生
產 中 出 現 的 大 量 稀 醋 酸 及 其 他 溶 劑 、 稀 釋 劑 , 均 經 濃 縮 、 提 純 後 回 收 再 用 , 以 降 低 生 產 成 本 。 醋 酸 纖 維 素
在 工 業 上 的 應 用 包 括 : 傷 口 敷 料 、 個 人 衛 生 產 品 、 吸 水 布 和 抹 布 、 特 種 紙 、 過 濾 介 質 、 香 煙 過 濾 器 以 及 在
藥 物 遞 送 系 統 上 等 。 在 工 業 用 途 : 香 煙 過 濾 , 墨 水 水 庫 為 纖 維 技 巧 筆 。
1-1 醋 酸 纖 維 素 主 要 製 程
1. 醋 酸 酯 化 法
醋 酸 酯 化 反 應 (The Acetylating Step) 詳 細 步 驟 【2】: 將 活 化 後 纖 維 素 的 醋 酸 溶 液 移 到 攪 拌 反 應 器
內 ( Acetylation Machine- Biaxial Kneader)【3】, 加 入 248~280 Parts 醋 酸 酐 及 250~640 Parts 冰 醋 酸 ( 二
者 需 先 冷 卻 至 -10~+10℃ 後 加 入 )。 為 避 免 纖 維 素 在 反 應 過 程 裂 解 , 反 應 器 需 要 進 行 冷 卻 。 之 後 加 入 0.5~3
Parts 硫 酸 及 10~100 Parts 醋 酸 混 合 溶 液 起 始 反 應 。 硫 酸 的 功 用 為 酯 化 反 應 的 觸 媒 並 同 時 切 斷 纖 維 素 部
分 主 鏈 , 若 使 用 量 太 少 會 使 半 纖 維 素 (Hemicellulose) 裂 解 不 完 全 , 而 無 法 完 全 溶 解 移 除 , 導 致 TAC 薄
膜 機 械 強 度 不 足 ; 在 合 成 DAC 的 反 應 時 , 硫 酸 添 加 量 較 多 (12~15 Parts), 目 的 在 得 到 較 低 的 分 子 量 及
較 高 的 水 解 程 度 ( 較 低 的 醋 酸 化 程 度 )。 此 步 驟 的 反 應 為 放 熱 反 應 , 也 可 藉 真 空 (40~150 Torr) 蒸 餾 的 方
式 , 利 用 醋 酸 酐 及 醋 酸 的 蒸 發 及 冷 凝 ( 工 業 水 冷 卻 即 可 ), 達 到 降 溫 的 效 果 【4】, 若 溶 液 中 醋 酸 / 醋 酸
酐 重 量 比 為 7:3, 凝 結 液 的 醋 酸 / 醋 酸 酐 重 量 比 為 約 8.5:1.5。 此 反 應 控 制 溫 度 於 40~80℃, 反 應 時 間
為 10~90 分 鐘 , 一 般 可 由 外 觀 決 定 反 應 時 間 , 反 應 物 會 由 異 相 的 纖 維 狀 懸 浮 液 (Heterogeneous Fibrous
Slurry) 變 為 不 透 明 膠 狀 物 (Opaque Jelly), 再 變 為 淡 黃 色 透 明 黏 液 (Pale Yellow Transparent Syrup),
由 未 反 應 的 纖 維 是 否 存 在 來 判 斷 是 否 反 應 完 成 , 若 仍 有 纖 維 存 在 , 後 續 過 濾 會 有 問 題 。 若 在 此 步 驟 加
入 其 他 溶 劑 , 可 得 到 較 均 勻 反 應 的 TAC 高 分 子 , 但 小 分 子 的 部 份 ( 醋 酸 化 Hemicellulose 部 分 ) 仍 留 在
樹 脂 溶 液 中 , 需 另 外 靠 再 沉 澱 、 蒸 餾 等 方 法 分 離 。 醋 酸 法 製 造 TAC 的 步 驟 如 下 :
(1) 纖 維 素 片 材 (Pulp Sheet) 的 分 散
(2) 纖 維 素 活 化 處 理
(3) 醋 酸 酯 化 反 應 (The Acetylating Step)
(4) 中 和 觸 媒 (Neutralizing Catalyst)
(5) 水 解 (Ripening Step-hydrolysisConditions)
(6) 沉 澱 分 離
(7) 漂 白 (Bleaching Step)
(8) 清 洗 / 乾 燥
經 由 此 法 製 得 的 TAC 樹 脂 , 在 乾 燥 後 可 應 用 於 偏 光 片 的 保 護 膜 、 擴 散 片 的 擴 散 材 料 及 基 材 等 。
2. 取 代 度 (The degree of substitution;DS)
取 代 度 (Degree of substitution;DS)【5】: 顯 示 纖 維 素 上 羥 基 (-OH) 被 羧 基 (-COOH) 取 代 的 程 度 ,
稱 為 取 代 度 。 纖 維 素 醋 酸 化 時 每 一 個 葡 萄 糖 基 中 被 醋 酸 化 的 羥 基 數 。 被 充 分 醋 酸 化 的 纖 維 素 稱 為 三 醋
酸 纖 維 素 , 取 代 度 為 2.7~3.0。 部 分 被 醋 酸 化 的 稱 為 二 醋 酸 纖 維 素 , 取 代 度 為 1.8~2.5。 依 據 取 代 度 的
不 同 , 其 溶 劑 與 非 溶 劑 也 會 有 所 不 同 ,DAC 的 優 點 在 於 有 部 分 官 能 基 未 被 取 代 , 有 利 於 生 物 降 解 , 因
此 隨 著 取 代 度 的 降 低 , 醋 酸 纖 維 素 的 生 物 降 解 性 提 高 。 將 取 代 度 與 其 相 關 溶 劑 整 理 如 表 1-1【6】。

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表 1-1 取 代 度 與 其 相 對 溶 劑 【6】
取 代 度 (DS) 溶 劑 (Solvent) 非 溶 劑 (non-solvent)
0.6~0.8 水
1.3~1.7 2-methoxyethanol 丙 酮 、 水
2~2.3
丙 酮 、 醋 酸 、 苯 銨 (aniline)、 苯 甲 醇 Hydrocarbons, aliphatic ethers, weak
(benzyl alcohol)
mineral acids
2.7~3
丙 酮 / 水 (8:2)、 氯 仿 、 冰 醋 酸 、THF、
二 氯 甲 烷
苯
取 代 度 計 算 方 式 如 式 1-1:
6000DS/(162+42DS)=[(D-C)Na+(A-B)Nb]×(6.005/W) (1-1)
式 1-1 中 A(mL) 為 氫 氧 化 鈉 測 定 過 程 消 耗 量 ,B(mL) 為 空 白 滴 定 所 加 入 氫 氧 化 鈉 消 耗 量 ,C(mL) 為 測 定 過 程
中 消 耗 鹽 酸 的 體 積 ,D(mL) 為 空 白 中 消 耗 鹽 酸 的 體 積 ,Na(mol/L) 為 鹽 酸 的 溶 液 濃 度 ,Nb(mol/L) 為 氫 氧 化 鈉
的 溶 液 濃 度 ,W(g) 為 醋 酸 纖 維 素 重 量 。
三 醋 酸 纖 維 素 與 二 醋 酸 纖 维 素 均 為 白 色 無 定 形 屑 狀 或 粉 狀 固 體 , 無 明 顯 的 熔 點 ,220℃ 開 始 軟 化 , 軟 化 温
度 隨 酯 化 度 和 溶 液 黏 度 的 增 加 而 升 高 。 三 醋 酸 纖 维 素 相 對 密 度 為 ( 與 水 相 比 )1.42, 可 溶 於 氯 代 羥 類 及 吡 啶
溶 劑 中 。 二 醋 酸 纖 维 素 相 對 密 度 為 ( 與 水 相 比 )1.29~1.37, 易 溶 解 於 丙 酮 及 其 他 酮 、 醇 和 醚 類 溶 劑 中 , 其
具 有 吸 水 性 。 醋 酸 纖 维 素 耐 稀 酸 , 不 耐 鹼 , 有 良 好 的 成 膜 性 與 成 纖 性 , 與 增 塑 劑 有 较 好 的 相 容 性 。 隨 取 代
度 不 同 而 有 不 同 用 途 。
1-2 醋 酸 纖 維 素 的 水 解
依 纖 維 素 在 醋 酸 酯 化 反 應 的 溶 解 程 度 可 分 為 醋 酸 法 (Acetic Acid Method)【7】、 二 氯 甲 烷 法 (Methylene
Chloride Method)【8】、 均 相 法 (Homogeneous Method, DMAc/LiCl, DMSO;DMF 為 溶 劑 )【9】、 異 相 法
(Heterogeneous Method, 乙 醚 或 甲 苯 為 Poor Solvent) 等 。 二 氯 甲 烷 法 是 由 Bayer 公 司 首 先 開 發 ,2003 年
全 球 最 後 一 個 工 廠 在 英 國 關 閉 ; 採 用 異 相 法 的 工 廠 在 1990 年 代 陸 續 停 止 生 產 ; 均 相 法 的 研 究 論 文 很 多 , 但
因 為 成 本 較 高 , 從 未 在 業 界 引 起 重 視 ; 醋 酸 法 則 扮 演 重 要 角 色 。
2. 實 驗 部 分
2-1 實 驗 裝 置 圖
A
D
C
B
E
G
F
圖 2-1
實 驗 裝 置 圖

自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究 431
A: 機 械 攪 拌 器 E: 熱 電 偶 溫 控 指 示 器
B: 加 熱 包 F: 高 度 調 整 台
C: 加 料 管 G: 冷 凍 機
D: 冷 凝 管
2-2 儀 器 設 備
(1) 傅 立 葉 紅 外 線 光 譜 儀 (Fourier Transfer Infrared Spectrometer , FTIR):Perkin-Elmer 16 PC FTIR.
(2) 高 磁 場 液 態 核 磁 共 振 儀 (High Field Liquid Nuclear Magnetic Resonance, FT-NMR): 美 國 Varian UNITY
INOVA-500.
(3) 微 差 掃 描 熱 計 (Differential Scanning Calorimeter , DSC):Perkin-Elmer 7 series thermal analysis with
DSC mode.
(4) 熱 重 分 析 儀 (Thermo-Gravimetric Analyzer , TGA):Perkin-Elmer thermogravimetric analyzer.
2-3 實 驗 步 驟
2-3-1 自 廢 偏 光 板 回 收 TAC 之 流 程 介 紹
自 廢 偏 光 板 回 收 TAC, 將 廢 偏 光 板 加 以 剝 離 、 粉 碎 後 , 在 含 浸 液 中 進 行 含 浸 , 改 變 各 種 條 件 , 於
攪 拌 下 進 行 含 浸 液 組 成 分 微 調 , 找 出 可 使 回 收 之 TAC 純 度 達 到 90% 以 上 的 含 浸 液 配 方 , 得 到 的 回 收 TAC
將 提 供 本 研 究 將 回 收 之 TAC 進 行 純 度 檢 測 及 水 解 反 應 得 到 二 醋 酸 纖 維 素 (DAC) 可 行 性 評 估 , 達 到 資
源 回 收 再 利 用 之 目 的 。 自 廢 偏 光 板 回 收 TAC 之 流 程 如 圖 2-2 所 示 。
廢 偏 光 板
103
粉 碎 、
剝 離
調 配
含
浸
液
含 浸
TAC
離 子 交 換
含 碘 廢 含 浸 液
反 萃
反 萃 劑
回 收 碘
PVA
圖 2-2
自 廢 偏 光 板 回 收 TAC 之 流 程

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2-3-2 回 收 之 TAC 之 結 構 鑑 定 及 物 性 分 析
(1) 溶 解 度 測 試 : 以 7.0mL 溶 劑 溶 解 0.1g 樣 品 進 行 TAC 溶 解 度 的 測 試 。
(2) 利 用 FT-IR 檢 測 三 醋 酸 纖 維 素 , 依 據 出 現 之 特 徵 吸 收 峰 判 斷 TAC 分 子 結 構 。
(3) 以 DSC 量 測 玻 璃 轉 化 溫 度 (Tg)、 熱 分 解 溫 度 (Td) 及 熔 融 溫 度 (Tm)。
(4) 以 TGA 量 測 熱 劣 解 溫 度 (Td) 及 char yield。
2-3-3 醋 酸 纖 維 素 的 水 解
(1) 將 廢 偏 光 板 置 入 冰 醋 酸 中 , 將 冰 醋 酸 加 熱 至 110℃, 藉 由 冰 醋 酸 將 廢 偏 光 板 中 的 三 醋 酸 纖 維 素 溶 解
出 來 , 持 續 加 熱 90 分 鐘 後 , 將 無 法 溶 解 的 PET 和 EVA 等 部 分 過 濾 。
(2) 將 微 量 濃 硫 酸 加 入 三 醋 酸 纖 維 素 溶 液 中 。
(3) 之 後 以 滴 定 方 式 緩 慢 加 入 去 離 子 水 , 並 以 磁 石 攪 拌 , 使 三 醋 酸 纖 維 素 進 行 水 解 。
(4) 加 入 醋 酸 鈉 中 和 硫 酸 , 終 止 水 解 反 應 。
(5) 將 水 解 後 的 醋 酸 纖 維 素 溶 液 加 入 大 量 水 中 , 使 水 解 後 醋 酸 纖 維 素 析 出 。
(6) 將 析 出 之 醋 酸 纖 維 素 在 60°C 真 空 下 烘 乾 12 小 時 , 可 得 到 白 色 棉 絮 狀 二 醋 酸 纖 維 素 (DAC) 進 行 分 析
鑑 定 。
表 2-1
Sample code of DAC.
Sample code Reaction of temperature(℃) Reaction of time(hr)
DAC08004 80 4
DAC08006 80 6
DAC08008 80 8
DAC10004 100 4
DAC10006 100 6
DAC12004 120 4
DAC12006 120 6
3. 結 果 與 討 論
3-1 回 收 TAC 之 分 析 與 物 性 測 試
比 較 純 TAC 及 回 收 之 TAC 之 溶 解 度 , 利 用 FT-IR 鑑 定 回 收 之 TAC 分 子 結 構 , 以 DSC 及 TGA 進 行 物
性 研 究 。
1. 溶 解 度
純 TAC 及 回 收 的 TAC 之 溶 解 度 測 試 結 果 如 表 3-1 所 示 , 表 3-1 顯 示 冰 醋 酸 (70℃)、Chloroform 及
DMSO 對 TAC 之 溶 解 度 較 高 , 而 為 了 達 到 降 低 毒 性 溶 劑 的 使 用 , 各 而 在 水 解 實 驗 的 過 程 採 用 了 醋 酸 作
為 TAC 之 溶 劑 。

自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究 433
表 3-1
Results of solubility test of pure TAC and recycled TAC
Solution Pure TAC Recycled TAC
MEK + +
Toluene - +
Ethanol - -
Acetone + +
THF ++ +
glacial acetic acid (70℃) +++ +++
Chloroform +++ +++
DMSO +++ +++
-: insoluble, +: slightly soluble, ++: soluble, +++: most soluble
2. FTIR 分 析
本 研 究 以 FT-IR 鑑 定 純 TAC 及 回 收 之 TAC 之 特 徵 吸 收 峰 , 結 果 如 圖 3-1 所 示 。 比 較 圖 3-2 純 TAC
及 回 收 之 TAC 之 特 性 吸 收 峰 顯 示 大 致 相 同 : 在 1237cm-1 出 現 之 吸 收 峰 屬 於 乙 醯 基 (acetyl) 結 構 上 之
C-O 特 徵 吸 收 峰 , 在 1372cm-1 出 現 之 吸 收 峰 屬 於 乙 醯 基 結 構 上 之 C-H 特 徵 吸 收 峰 , 在 1752cm-1 出 現
之 吸 收 峰 屬 於 乙 醯 基 結 構 上 之 C=O 特 徵 吸 收 峰 , 在 1057 cm-1 出 現 之 吸 收 峰 屬 於 纖 維 素 主 幹 結 構 上 之
C-O, 在 1167cm-1 出 現 之 吸 收 峰 屬 於 纖 維 素 主 幹 結 構 環 狀 之 C-O-C 特 徵 吸 收 峰 , 在 907cm-1 出 現 之 吸
收 峰 屬 於 纖 維 素 主 幹 結 構 環 狀 之 C-H 特 徵 吸 收 峰 。
圖 3-1 IR spectra of pure TAC and recycled TAC.

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3. 熱 重 分 析 (TGA)
TGA 測 試 結 果 如 圖 3-2 及 表 3-2 所 示 , 圖 3-2 顯 示 : 回 收 的 TAC 之 熱 劣 解 溫 度 (Td) 較 純 TAC 低 ,
但 800℃ 的 焦 炭 殘 餘 量 (Char yield) 則 較 高 , 可 能 是 由 偏 光 板 回 收 之 TAC 在 加 工 過 程 添 加 塑 化 劑 等 加
工 添 加 劑 。
4. 微 分 掃 描 熱 卡 計 (DSC)
純 TAC 的 Tg 約 為 120℃, 因 其 熔 點 高 於 熱 分 解 溫 度 (Decompose Temperature; Tm>Td)【10】, 一
般 估 計 約 為 300℃(DAC 之 Tm 為 約 232℃)。 以 DSC 測 量 熱 性 質 結 果 如 圖 3-3 所 示 , 圖 3-3 顯 示 , 純
TAC 之 Tg 約 為 119.5℃,Tm 為 295℃, 而 回 收 的 TAC 之 Tg 約 為 120.5℃,Tm 為 285℃。
圖 3-2
TGA thermograms of pure TAC and recycled TAC.
表 3-2
TGA data of TAC.
Sample Td,5%(℃) Td,10%(℃) Char yield at 800℃
Recycled TAC 308.0 324.7 11.37%
Pure TAC 335.1 342.2 6.41%

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圖 3-3
DSC thermograms of pure TAC and recycled TAC.
3-2 TAC 水 解 後 之 物 性 研 究
將 TAC 進 行 水 解 , 以 1H-NMR 之 峰 面 積 定 量 法 之 方 式 , 判 斷 其 取 代 度 , 以 TGA、DSC 等 儀 器 進 行 物
性 研 究 。
1. FT-IR 鑑 定 分 析
將 TAC 在 進 行 水 解 反 應 後 , 以 FT-IR 鑑 定 純 TAC 及 水 解 產 物 之 特 徵 吸 收 峰 , 如 圖 3-4, 圖 中
DAC08008 在 3500cm -1 左 右 之 羥 基 (-OH) 之 特 徵 吸 收 峰 有 明 顯 增 強 , 顯 示 出 經 過 水 解 後 確 實 有 令 醋 酸 纖
維 素 的 取 代 度 降 低 。
DAC08008
Transmittance (%T)
Pure TAC
4000 3000 2000 1000
Wavenumber (cm-1 )
圖 3-5 IR spectra of Pure TAC and DAC08008.

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2. 1H-NMR 鑑 定 分 析
將 TAC 在 進 行 水 解 反 應 後 , 如 圖 3-5,NMR 圖 中 DAC12004 在 δ=3 之 羥 基 (-OH) 之 峰 面 積 有 明 顯
增 強 , 顯 示 出 經 過 水 解 後 確 實 使 羧 基 (-COOH) 被 羥 基 (-OH) 取 代 。
DAC12004
Pure TAC
6 4 2 0
ppm
圖 3-5
1H-NMR spectra of pure TAC and DAC12004.
3. 取 代 度
將 TAC 在 特 定 溫 度 下 進 行 水 解 反 應 , 依 據 1H-NMR 的 定 量 方 式 , 來 判 斷 TAC 水 解 得 到 的 DAC 的
取 代 度 (Determination of substituent distribution,DS), 再 依 據 圖 3-6 至 3-13 計 算 鋒 面 積 , 計 算 出 其 取
代 度 , 得 到 的 結 果 如 表 3-3, 水 解 主 要 的 目 的 是 要 獲 得 取 代 度 約 為 1.8 至 2.4 的 醋 酸 纖 維 素 , 根 據 表 3-3,
為 獲 得 適 當 取 代 度 之 醋 酸 纖 維 素 , 建 議 採 用 120℃ 進 行 加 熱 6 個 小 時 , 在 此 條 件 下 , 進 行 水 解 獲 得 水 解
產 物 DAC。
表 3-3
degree of substitution of cellulose acetate
Sample code
DS
PDAC 2.20
DAC08004 2.73
DAC08006 2.65
DAC08008 2.64
DAC10004 2.49
DAC10006 2.33
DAC12004 2.57
DAC12006 2.13

自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究 437
圖 3-6
A representative 1H-NMR spectra of Pure DAC.
圖 3-7
A representative 1H-NMR spectra of DAC08004.
圖 3-8
A representative 1H-NMR spectra of DAC08006.

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圖 3-9
A representative 1H-NMR spectra of DAC08008.
圖 3-10
A representative 1H-NMR spectra of DAC10004.
圖 3-11
A representative 1H-NMR spectra of DAC10006.

自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究 439
圖 3-12
A representative 1H-NMR spectra of DAC12004.
圖 3-13
A representative 1H-NMR spectra of DAC12006.
4. TGA 物 性 測 試 分 析
將 TAC 在 進 行 水 解 反 應 後 , 以 TGA 進 行 物 性 測 試 , 結 果 如 圖 3-14, 圖 中 可 以 觀 察 到 部 分 水 解 後
的 醋 酸 纖 維 素 經 過 水 解 後 , 會 在 210℃ 左 右 先 行 發 生 裂 解 的 現 象 , 應 該 是 取 代 度 較 低 的 DAC 先 行 發 生
裂 解 , 導 致 此 現 象 的 產 生 , 以 DAC08006 樣 品 之 曲 線 為 例 , 在 205℃ 就 有 部 分 DAC 產 生 裂 解 , 但 其 焦
炭 殘 餘 量 (Char yield) 為 20.1%, 顯 示 出 取 代 度 較 高 的 醋 酸 纖 維 素 較 難 裂 解 而 導 致 焦 炭 殘 餘 量 較 高 的
現 象 。

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100
80
Weight (%)
60
40
20
DAC12006
DAC12004
DAC10006
DAC10004
DAC08008
DAC08006
DAC08004
PDAC
0
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature (°C)
圖 3-14
TGA thermograms of TAC after hydrolysis.
5. DSC 物 性 測 試 分 析
將 TAC 在 進 行 水 解 反 應 後 , 以 DSC 進 行 物 性 測 試 , 結 果 如 圖 3-15、3-16 與 3-17, 由 圖 中 顯 示 ,
藉 由 DSC 熱 譜 掃 瞄 , 經 過 水 解 後 產 生 的 DAC 在 120 至 160oC 會 產 生 放 熱 峰 , 顯 示 出 經 過 TAC 水 解
後 成 為 DAC 後 , 會 導 致 其 結 晶 度 降 低 , 在 經 過 DSC 加 熱 的 過 程 中 , 會 在 120 至 160oC 發 生 結 晶 放 熱
的 情 況 。
Exo Heat flow (w/g) Endo
4
2
0
2
PDAC
DAC08004
DAC08006
DAC08008
4
80 100 120 140 160 180
Temperature (°C)
圖 3-15
DSC thermograms of PDAC, DAC08004 DAC08006 and DAC08008.

自 廢 偏 光 板 回 收 三 醋 酸 纖 維 素 (TAC) 之 水 解 研 究 441
Exo Heat flow (w/g) Endo
PDAC
DAC10004
DAC10006
80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Temperature (°C)
圖 3-16
DSC thermograms of PDAC, DAC10004 and DAC10006.
PDAC
Exo Heat flow (w/g) Endo
DAC12004
DAC12006
80 100 120 140 160 180
Temperature (°C)
圖 3-17
DSC thermograms of PDAC, DAC12004 and DAC12006.
4. 結 論
由 表 3-3 得 知 相 同 反 應 溫 度 下 , 增 加 反 應 時 間 ,DS 會 下 降 ; 若 在 相 同 反 應 時 間 (6 小 時 ), 不 同 溫 度 下 ,
溫 度 越 高 則 DS 越 低 。 在 120℃, 反 應 6 小 時 可 以 得 到 較 佳 的 取 代 度 。
由 於 TAC, 不 易 溶 於 工 業 溶 劑 丙 酮 , 只 能 溶 於 冰 醋 酸 、 二 氯 甲 烷 、 吡 啶 及 二 甲 基 醯 胺 等 有 限 的 溶 劑 ,
大 大 的 限 制 了 其 工 業 應 用 , 因 此 產 業 中 常 把 TAC 水 解 , 部 分 降 低 酯 化 度 , 使 之 轉 變 為 DAC, 除 溶 解 性 外 ,
DAC 的 優 點 在 於 有 部 分 官 能 基 未 被 取 代 , 有 利 於 生 物 降 解 , 因 此 隨 著 取 代 度 的 降 低 , 醋 酸 纖 維 素 的 生 物 降
解 性 提 高 。 目 前 將 廢 偏 光 板 各 成 分 加 以 分 離 已 取 得 初 步 的 實 驗 成 果 , 進 一 步 研 究 將 回 收 的 TA 進 行 水 解 反
應 , 降 低 醋 酸 酯 化 程 度 , 並 可 增 加 溶 解 度 後 再 加 以 改 質 。 若 再 將 改 質 產 物 做 為 紫 外 光 硬 化 塗 料 之 原 料 , 可
使 其 達 到 減 量 資 源 化 之 目 的 。

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李 科 諒 、 郭 壽 儀 、 黃 靖 瑀 、 何 宗 漢 、 鄭 錫 勳 、 吳 宇 明 、 顏 禎 志
致
謝
感 謝 國 科 會 對 於 本 計 畫 案 (NSC 99-2622-E-151-002-CC3) 經 費 的 協 助 與 支 持 , 以 及 介 慶 股 份 有 限 公 司
提 供 本 計 畫 TAC 原 料 等 相 關 所 需 經 費 及 對 於 本 計 畫 案 相 關 協 助 ; 感 謝 參 與 本 案 的 相 關 人 員 及 本 實 驗 室 學 生
對 於 本 計 劃 的 幫 助 。
參 考 文 獻
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