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功能性高分子材料期刊報告
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題目:利用PVC與PMMA製備混掺高分子電
解質，並利用FTIR分析其特性
班級:化材四甲
 姓名:戴筱銜
 學號:4A140001
 指導老師: 謝慶東 老師
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FTIR studies of PVC/PMMA blend
based polymer electrolytes
利用PVC與PMMA製備混掺高分子電解質，並利
用FTIR分析其特性
S. Ramesh a,∗, Koay Hang Leen a, K. Kumutha b, A.K. Arof c
a Faculty of Engineering & Science, Universiti Tunku Abdul Rahman, Jalan Genting Kelang,
Setapak, 53300 Kuala Lumpur, Malaysia
b Chemistry Department, University of Malaya, 50603 Kuala Lumpur, Malaysia
c Physics Department, University of Malaya, 50603 Kuala Lumpur, Malaysia
Received 17 December 2005; received in revised form 11 May 2006; accepted 19 June
2006
內容摘要
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聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯與三氟甲磺酸鋰進行混摻，並利
用碳酸乙烯酯與鄰苯二甲酸丁二酯作為增塑劑，把二氧化矽作
為複合填料，進而組成高分子電解質，再利用FT-IR確認聚氯乙
烯與聚甲基丙烯酸甲酯經混摻後，兩者之間的配位作用，在
PVC–PMMA–LiCF3SO3的系統當中，C-Cl的波峰位置原本在834
cm−1，可是對於純聚氯乙烯的波峰位置卻會位移至847 cm−1，
這樣的結果指出，聚氯乙烯中的氯會與LiCF3SO3中的Li會產生
相互的影響，在PVC–PMMA–LiCF3SO3的系統當中，-OCH3鍵
的位置原本是在1150 cm−1，而聚氯乙烯與聚甲基丙烯酸甲酯
經混摻後，則會位移至1168 cm−1，數據顯示出鋰離子會與聚
甲基丙烯酸甲酯中的氧原子產生相互影響，在PVC–PMMA–
LiCF3SO3的系統當中，LiCF3SO3結構裡的對稱共振與不對稱共
振的鍵結波峰位置原本是在1033與1256 cm−1，當在製程當中，
利用碳酸乙烯酯與鄰苯二甲酸丁二酯作為增塑劑所製備出的複
合材，則會位移至1075 與 1286 cm−1，在PVC–PMMA–
LiCF3SO3–DBP–EC的系統當中，當二氧化矽的添加量從2%增加
至5%，波峰的位置則位於896 cm−1。
簡介
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目前的技術較偏重於高分子電解質，因為它可以在各種的電化學設備
中，作為固態電解質，來作為能量轉換元件，高分子電解質應用於鋰
電池的研究是最多的。
高分子電解質利用聚環氧乙烷與無機鹽類製備而成，這型的高分子電
解質通常是第一代的固態電解質，而在第一代的固態電解質中，卻有
著聚環乙烯高度結晶的缺陷，要避免這些缺陷的產生，可以使用具有
低分子量、高介電常數的非質子塑化劑，像是碳酸乙烯酯與鄰苯二甲
酸丁二酯。
利用塑化劑製備出的高分子電解質被稱作為第二代的PE。在製備高分
子電解質的製程中，塑化劑可使離子具有遷移性，並增加無機鹽類溶
解的能力。使用具高度結晶性的塑化劑會使得電解質當中的機械強度
下降，高分子電解質複合材可被認為是第三代的SPE。在第二代中的
SPE，通常會使用無機鹽類或聚合物的改質與混摻來改善原件的電化
學性能與機械性能。
利用紅外線光譜儀可確認無機鹽類與聚合物或是塑化劑與聚合物及塑
化劑與無機鹽類之間的配位機制。研究指出聚合物、無機鹽類和塑化
劑相互的作用機制，可從紅外線光譜儀是否有產生位移來判斷。
本研究的目的在於將PVC–PMMA進行混摻，並利用紅外線光譜儀進行
研究與比較。
實驗方法
1.高分子電解質的製備
將LiCF3SO3置於100℃烘箱中烘乾1小時
(為了要去除少量的水分)。
2.分別將LiCF3SO3與PVC/PMMA的混掺
物利用THF溶解後，混和並持續攪拌。
3.將塑化劑(DBP與EC)和SiO2加入上述溶
液，並持續攪拌24小時(可得到均勻且帶
有黏性的溶液)
4.將所得溶液倒進玻璃培養皿中，使其
緩慢蒸發、穩定並逐漸形成薄膜。
結果與討論
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3-1 PVC–PMMA 光譜圖
對於純PVC、純PMMA與PVC–
PMMA的光譜圖各別列於圖1至圖3，
在文獻中有提供PVC與PMMA的光譜
位置，將其整理並列於表1與表二。
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PVC原本的特徵峰位置為1254, 959, 834 cm−1，然而在
PVC-PMMA的混合物中，卻會位移至1244, 966, 841
cm−1，而對於PMMA，原始特徵峰位置為1721, 1449 和
1159 cm−1，則會位移至1732,1435 與 1150 cm−1的位置。
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圖四顯示出純PVC、純PMMA與PVC-PMMA混合物的波峰
範圍從1400到1200cm-1。純PVC在1333cm-1有特徵峰的
出現，推論為PVC內含的CO2產生分解，因此產生此特徵
峰。然而此特徵峰隨著PVC的含量減少，而強度跟著降低。
然而在1254cm-1的位置產生一特徵峰，推測是CH的震動
因而產生的。在進行混掺的過程中，PVC-PMMA的特徵峰
應該會出現位於較長的波峰段。數據顯示出，當PMMA的
摻雜量增加一倍，位於1271 和 1242 cm−1的位置，各會
有特徵峰的出現，特徵峰的強度會隨著PMMA的含量增加
而隨之增加。當PMMA的摻雜量增加至70%，特徵峰的強
度與原始摻雜量的強度相比，會高出許多。
3-2
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圖5與圖6分別列出，純LiCF3SO3和經混掺PVC–
PMMA–LiCF3SO3個別的紅外線光譜。當環境改
變時，三氟甲磺酸由於對外在環境很靈敏，因
此會產生一系列的不同的紅外線光譜。
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在1263 and 1033 cm−1分別有特徵峰的出現，
個別為LiCF3SO3內部結構的非對稱的SO3與對
稱的SO3。圖6顯示出，在PVC–PMMA–
LiCF3SO3的複合物中，有自由三氟甲磺酸酯的
存在，其特徵峰位置為1256和1035 cm−1。
LiCF3SO3特徵峰位置原本為3481、1641與1182
cm−1，但當結構裡的CF3SO3−離子受到外在環
境影響，特徵峰位置則會位移至3548、1649與
1168 cm−1的位置。

PVC–PMMA化合物的波峰位置原本為841、966、1149、1732與2950 cm−1，經
LiCF3SO3的混掺後，則會位移至847、988、1168、1726與2955 cm−1的位置。在
PVC–PMMA化合物中，PVC裡的碳氫鍵結的特徵峰位置原本為1244 cm−1，經
LiCF3SO3的混掺後，則會位移至1256 cm−1的位置上。除此之外，會發現在圖7中，
會有一個較短的波峰，出現在波長較長的一端，推測可能是鋰離子坐落於-[CH2CHCl-]的聚合物鍵結當中的氯乙烯的位置。
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在PVC中，C-Cl鍵結的波峰位置原本為834 cm−1，當與
PMMA和LiCF3SO3變成混掺物時，則會位移至847 cm−1
的位置。從這個結果可看出，無機鹽類所含的鋰離子會
與PVC裡的氯離子產生反應。由於PVC-PMMA結構裡含有
-OCH3官能基，因此會使得原本位於1150 cm−1的波峰位
移至1168 cm−1的位置上，也由於含有C=O的官能基，會
使得原本位於1732 cm−1波峰位移至1726 cm−1的位置上。
會有這些現象的產生，是由於鋰離子與PMMA所含的氧
原子產生反應，因此造成位移現象的出現。
3-3
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圖8與圖9分別顯示PVC–PMMA–
LiCF3SO3–DBP混掺物與PVC–PMMA–
LiCF3SO3–DBP–EC混掺物的特徵波峰。
PVC和PMMA在PVC–PMMA–LiCF3SO3
系統當中，特徵峰位置原本為2955、
1726、1438、1168、988與847 cm−1，
但當添加DBP時，其特徵峰位置會位移
至2874、1734,、1460、1161、992與
749 cm−1的位置，會有這些位移現象
的產生，推測是由於氧原子含有孤對
電子，因此鋰離子會與羰基和醚基所
含的氧原子產生反應所致。

原本在PVC–PMMA–LiCF3SO3–DBP系統當中的PVC和PMMA，其特徵峰位置為847、988、1256、1387與1438 cm−1，藉由添加EC，會使
特徵峰位移至777、973、1286、1393與1484 cm−1的位置上，推測是由羰基和位於EC環上的氧原子反應所產生的。添加DBP時，會導致
原本在LiCF3SO3的對稱SO3，其特徵峰位置原本為1033 cm−1會位移至1075 cm−1。圖9顯示出

LiCF3SO3成為混掺物時，其非對稱的SO3特徵峰會從1256位移至1286 cm−1。LiCF3SO3的波峰位置原本為3548、1649與1168 cm−1，當
成為PVC–PMMA–LiCF3SO3–DBP混合物時，其波峰會位移至3447、1672與1161 cm−1，而原本在3548與1649 cm−1的波峰，在PVC–
PMMA–LiCF3SO3–DBP–EC系統中，則會位移至3534與1645 cm−1。
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圖10顯示，在PVC–PMMA–LiCF3SO3系統中，其在1168 cm−1的波峰位置有出現一較突出的波峰，添加DBP與EC可將此波峰段去除掉。
這是由於 LiCF3SO3會和DBP與EC反應所導致的。
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藉由紅外線光譜儀，可讓我們對聚合物、無機鹽類與塑化劑之間相互作用的結果。
3-4
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圖11與圖12顯示，二氧化矽與PVC–
PMMA–LiCF3SO3–DBP–EC–SiO2系
統的光譜圖，在二氧化矽當中的SiO鍵結在1104 cm−1的位置有出現一
特徵峰，此鍵結在PVC–PMMA–
LiCF3SO3–DBP–EC–SiO2系統當中，
則會位移至1168 cm−1的位置上，在
圖13中，分別顯示出導電高分子複
合材所含不同含量的二氧化矽的波
峰圖。即使二氧化矽的含量增加，
波峰強度會明顯增強，但由此可證
明，二氧化矽的增加並不會加強EC
與鋰離子之間的相互作用。
結論
本研究利用FT-IR證明在PVC/PMMA混合物中，添
加適量的LiCF3SO3、DBP、EC與SiO2會改變特徵
峰的強度、形狀與位置。添加塑化劑，可以降低
活化能，使鋰離子較易反應。
參考文獻
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