聚对苯二甲酰对苯二胺降解及共聚改性研究

摘要

聚对苯二甲酰对苯二胺(poly-p-phenylene terephthalamide,PPTA)纤维性能卓越,被广泛地应用在工业及一些特殊的领域中。低温溶液聚合法是生产PPTA聚合体最为成熟且早已工业化的方法,而PPTA纤维则是由PPTA的液晶溶液经由干喷湿纺法制备而成。但由于PPTA树脂难溶难熔,必须在浓硫酸中进行液晶纺丝,工艺复杂,设备要求耐强酸腐蚀,加工比较困难,溶解及脱泡工艺中容易发生降解。而加入第三或第四单体进行共缩聚,是改进其难溶性最有效最彻底的方法,改性后的共缩聚PPTA可溶解于极性有机溶剂中,能够直接进行纺丝。
　　本文选用自制PPTA原料,采用模拟液晶纺丝工艺过程的方法,讨论了纺丝溶解工艺和脱泡工艺中导致PPTA降解的各种影响因素,为PPTA溶解及脱泡工艺的改进提供了理论基础。同时为了改善PPTA的溶解性能,进行了加入第三单体改性PPTA的研究工作,得到了高分子量的聚合物和具有良好溶液性质的纺丝原液,深入讨论了聚合产物的结构、热性能以及溶液性能,为进一步纺丝奠定基础。
　　本文在溶解工艺过程中重点讨论了原料粒度分布、溶解温度、溶液浓度、浓硫酸浓度以及溶解时间对物料比浓特性粘度和降解率的影响,得出粒度在100μm适合溶解,83℃,18.5wt％,100%的浓硫酸和1小时的溶解时间为最佳溶解条件,原料降解性最小。在脱泡工艺过程中,在溶解温度、浓度和时间不变的前提下,着重讨论了微量杂质氯化钙、N-甲基-2-吡咯烷酮、水分以及氢氧化钙对原料降解性的影响,深入讨论其对原料结构和热性能的影响。
　　为了改善PPTA的溶解性能,本文进行加入第三单体3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)改性研究,得到了具有高分子量的聚合物和具有良好溶液性能的纺丝原液,系统的研究了添加第三单体3,4’-ODA对PPTA的耐热性的影响,并分析了共聚PPTA的热分解动力学;研究了以3,4’-ODA为第三单体的PPTA共聚物溶液的流变性。以3,4’-ODA为第三单体的PPTA共聚物溶液为典型的切力变稀流体,溶液的表观粘度随着温度的升高而降低,随着浓度的升高而增大,非牛顿指数n随着温度升高而增大,即溶液的牛顿性增大,随着浓度的升高非牛顿指数n下降,即溶液的切力变稀现象显著,为后续的纺丝奠定了基础。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.PPTA 纤维的国内外现状

2.PPTA 纤维结构及性能

3.目前PPTA 纤维的成型原理和生产工艺

3.1 PPTA 纤维的成型原理

3.2 PPTA 纤维的成型工艺

4.目前PPTA的改性研究

4.1 PPTA 纤维共缩聚改性现状

4.2 PPTA 纤维的表面改性现状

5.PPTA 在浓硫酸中的基本溶解规律

6.PPTA 纤维的应用

7.PPTA 的前景展望

8.本论文主要研究内容

9.本论文研究的主要创新点

第二章 溶解工艺中 PPTA 降解性研究

1.前言

2.实验部分

2.1 原料及仪器设备

2.2 实验方案

2.3 相关参数的测定

3.结果与讨论

3.1 溶解温度对溶液降解性质的影响

3.2 溶液浓度对溶液降解性质的影响

3.3 浓硫酸浓度对溶液降解的影响

3.4 溶解时间对溶液降解性能的影响

3.5 溶液的液晶现象

4.结论

第三章 脱泡工艺中 PPTA 降解性研究

1.前言

2.实验部分

2.1 原料及实验仪器

2.2 实验

3.结果与讨论

3.1 CaCl_2对PPTA降解的影响

3.2 N-甲基-2-吡咯烷酮对PPTA降解的影响

3.3 H_2O对PPTA降解的影响

3.4 Ca(OH)_2对PPTA降解的影响

3.5 发生降解PPTA的结构变化

3.6 PPTA热性能变化

4.结论

第四章 PPTA共聚物的合成及性能表征

1.前言

2.实验部分

2.1 原料

2.2 实验方案

2.3 聚合物的红外光谱的测定

2.4 共聚物树脂的热重分析

3.结果与讨论

3.1 比浓对数粘度

3.2 共聚物红外结构分析

3.3 共聚物热性能分析

3.4 共聚物溶液的流变性能

4.结论

第五章 结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢