主链含六元脂环的脂肪族透明尼龙的制备与表征

摘要

一直以来，透明尼龙的制备研究都是国内高分子材料的研究热点。有关透明尼龙的研究也越来越多，因为很多透明材料的性能已经不能满足生产和使用的需要。目前，国内透明尼龙的年消耗量比较大，所需产品大部分需要从国外进口，价格昂贵。随着部分带环的脂肪族二元胺和二元羧酸单体在国内的工业化生产，同时为了改变透明尼龙长久以来通过进口满足需要的现状，利用这些单体研究合成新型透明尼龙是一项非常具有价值的研究工作。
　　本文选用已经工业化生产了的两种脂环族二元胺(4，4'-二氨基-二环己基甲烷(PACM)和3，3'-二甲基-4，4'-二氨基-二环己基甲烷(MACM))、癸二胺和长碳链脂肪族直链二元羧酸（10～14个C原子）作为反应单体，采用两种方法成功地合成了脂肪族透明尼龙。第一种方法是共混法，首先通过试管小试得到低分子量共聚尼龙的最佳配方1＃（尼龙PACM12/1012）和2＃（尼龙MACM12/1012）;然后，在大釜中对其进行放大实验，之后将二者分别与化学成分部分相同的半结晶尼龙1012共混得到3＃和4＃最佳配方;最后测试其力学性能和透光率等性能。第二种方法是后真空聚合法，这种方法主要采用在反应后期抽真空来提高聚合度，得到了最佳配方5＃（尼龙PACM10）和6＃（尼龙MACM10），然后测试其各项性能。最后对得到的四种透明尼龙的聚集态结构进行了表征，并对其热性能和流变性能进行了研究，得到如下结论:
　　(1)3＃～6＃的拉伸强度分别为49.3MPa、49.6MPa、61.5MPa和64.8MPa;弯曲强度分别为38.1MPa、36.8MPa、48.6MPa和55.2MPa;冲击强度分别为8.1kJ/m2、13.8kJ/m2、11.9kJ/m2和13.3kJ/m2。3＃和4＃的透光率高达85％以上;5＃和6＃的透光率高达90％以上。这说明四种透明尼龙同时具有出色的力学性能和光学性能，达到了实际应用中对透明尼龙的强度和透光率的要求。
　　(2)通过对X射线衍射谱图、偏光显微镜照片及DSC结晶曲线的分析研究，表明3＃和4＃为结晶度比尼龙1012低的半结晶透明尼龙，3＃、4＃和尼龙1012的结晶度分别为14.2％、10.5％和45.3％;5＃和6＃透明尼龙为非结晶透明尼龙。
　　(3)从DSC熔融曲线可以看出，3＃和4＃在190℃附近有一个强度明显小于尼龙1012熔融峰强度的熔融峰，说明二者为结晶度低于尼龙1012的半结晶透明尼龙;而5＃和6＃透明尼龙没有熔融峰，再次证明二者为非结晶聚合物;通过DSC熔融曲线得到四种试样的玻璃化转变温度分别为75℃、75℃、87℃和105℃。
　　(4)通过分析四种透明尼龙TG和DTG的数据和图像，我们可以判断出其热分解反应为一步反应;通过Coats-Redfern积分法计算出四种透明尼龙试样的热降解活化能，分别为454.2kJ/mol，500.4kJ/mol，520.2kJ/mol和529.2kJ/mol，说明四种透明尼龙都具有优异的热稳定性。
　　(5)通过对3＃～6＃四种透明尼龙流变行为的研究，表明共混得到的3＃和4＃透明尼龙形成了比较稳定的相容性体系;而且四者的熔体结构和温度无关，是相对稳定的。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 国内外尼龙发展历史及现状

1．2 透明尼龙国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 影响尼龙透明性的因素

1．4 透明尼龙的分类及制备

1．4．1 透明尼龙的分类

1．4．2 透明尼龙的制备方法

1．5 本课题主要研究内容

第二章 主链含六元脂环的脂肪族透明尼龙的制备

2．1 共混法制备主链含有六元脂环的脂肪族透明尼龙

2．1．1 主要原料

2．1．2 仪器与设备

2．1．3 共聚尼龙小试聚合

2．1．4 共聚尼龙放大实验

2．1．5 共聚尼龙与尼龙1012共混

2．2 后真空聚合法制备主链含六元脂环的脂肪族透明尼龙

2．2．1 主要原料

2．2．2 仪器与设备

2．2．3 小试聚合

2．2．4 尼龙PACM10和尼龙MACM10放大实验

2．3 3#～6#特性黏数[η]的测定

2．3．1 实验仪器与数据处理

2．4 本章小结

第三章 主链含六元脂环的脂肪族透明尼龙的聚集态结构

3．1 X射线衍射(XRD)

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验方法

3．1．3 结果分析

3．2 偏光显微镜(PLM)

3．2．1 实验仪器

3．2．2 样品制备

3．2．3 结果分析

3．3 差示扫描量热法(DSC)

3．3．1 实验仪器

3．3．2 实验方法

3．3．3 结果分析

3．4 本章小结

第四章 主链含六元脂环的脂肪族透明尼龙热性能的研究

4．1 差示扫描量热法(DSC)

4．1．1 实验仪器

4．1．2 实验方法

4．1．3 结果分析

4．2 热重(TG)和微商热重(DTG)

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验方法

4．2．3 结果分析

4．2．4 Coats-Redfern积分法求热降解活化能

4．3 本章小结

第五章 主链含六元脂环的脂肪族透明尼龙的流变行为

5．1 实验仪器

5．2 试样制备

5．3 测试方法

5．4 结果分析

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历