悬浮聚合法合成聚丙烯腈共聚物

摘要

聚丙烯腈碳纤维原丝被认为是当今制造碳纤维的最重要、最有发展前途的原丝。其优点是高度的分子取向，较高的熔点及比较高的碳纤维产率。本文采用混合溶剂介质制备了适合于纺制高强度碳纤维原丝的高分子量聚丙烯腈共聚物。
　　 课题主要采用正庚烷和水两种反应介质，以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，研究了丙烯腈（AN）与衣康酸（IA）、丙烯酸甲酯（MA）为共聚单体的自由基悬浮聚合反应，合成了粘均分子量为2.5×104～1.2×105的聚合物。通过单因素实验研究了聚合反应条件，如单体配比、正庚烷与水质量比、反应温度、反应时间、引发剂用量、单体浓度和分散剂用量等因素对聚合反应的转化率和粘均分子量的影响。分别用称重法和乌氏粘度计测定了反应的转化率和产物的粘均分子质量。研究表明单体浓度增加，转化率先增加后减小，分子量则呈现增加趋势；单体配比和分散剂用量增大，转化率和粘均分子量都是先增加后减少；引发剂用量、反应温度和反应时间的增加，单体的转化率升高，而粘均分子量降低；油水质量比增大，转化率和粘均分子相继减小。
　　 通过正交实验分析可知，引发剂浓度对聚丙烯腈转化率的影响最为显著，其次是反应温度的影响，再其次是单体浓度、影响相对较小的是油水质量比。反应温度对粘均分子量的影响最为显著，这与反应体系中采用油溶性AIBN引发剂有关，与采用水溶性的氧化还原体系引发剂的常规分子量聚丙烯腈的水相沉淀聚合相比，聚合反应受温度的影响更大，因此选择合适的聚合温度极为重要，其次是引发剂浓度，再其次是油水质量比，影响相对较小的是单体浓度。最佳工艺如下：即引发剂浓度为0.1％，反应温度为55℃，油水比为3：7，单体浓度是26％。
　　 通过FTIR对产品进行了表征，结果说明，本产品是AN、MA、IA三元共聚物。通过SEM研究了聚合物的形态，随着油水比的增大，沉淀析出的聚合物颗粒的溶胀性有所提高，颗粒结构比较疏松，由不规则的细粒状变为松软的块状。通过XRD对产品进行了表征，说明聚丙烯腈在16.7°（2θ）附近处的衍射峰最强，在这两个衍射峰之间还存在着一个较宽的漫反射区，表明无序相存在在整个结构之中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2聚丙烯腈基碳纤维的发展概况

1.2.1国外发展概况

1.2.2国内发展概况

1.3聚丙烯腈基碳纤维的性能

1.4聚丙烯腈基碳纤维的制备方法

1.5碳纤维的性能和平均分子量的关系

1.6聚丙烯腈基碳纤维的应用

1.7课题研究的内容与意义

1.7.1课题研究的主要内容

1.7.2课题研究的意义

第二章聚丙烯腈共聚物的合成

2.1自由基聚合

2.1.1自由基聚合机理

2.1.2自由基聚合方法

2.2实验方案

2.3实验原料和试剂及仪器设备

2.3.1实验主要原料和试剂

2.3.2实验主要仪器和设备

2.4实验与分析过程

2.4.1聚丙烯腈基碳纤维原液的制备

2.4.2分析测定方法

2.4.3实验步骤

2.5结果与分析

2.5.1单体配比对转化率和粘均分子量的影响

2.5.2正庚烷与水的质量比对转化率和粘均分子量的影响

2.5.3反应温度对转化率和粘均分子量的影响

2.5.4反应时间对转化率和粘均分子量的影响

2.5.5引发剂用量对转化率和粘均分子量的影响

2.5.6单体浓度对转化率和粘均分子量的影响

2.5.7分散剂用量对转化率和粘均分子量的影响

2.6正交实验设计

2.7正交试验结果分析

2.8本章小节

第三章聚丙烯腈共聚均聚物的结构表征

3.1傅立叶红外(FTIR)光谱结果分析

3.2扫描电镜结果分析

3.3 X射线衍射结果分析

3.4本章小节

第四章结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文