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PAN-聚乙二醇嵌段共聚和PAN/氧化锌晶须共混对PAN抗静电改性的研究
作 者: 隋坤艳
导 师: 顾利霞
学 校: 东华大学
专 业: 材料学
关键词: 抗静电性能 聚丙烯腈 氧化锌晶须 聚乙二醇 嵌段共聚物 结晶特性 流变性
分类号: TQ342
类 型: 博士论文
年 份: 2003年
下 载: 313次
引 用: 2次
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内容摘要
聚丙烯腈(PAN)纤维由于优良的性能,在工业和民用领域具有广泛的应用。但腈纶纤维的静电现象严重限制了腈纶在更多领域的应用。为此,腈纶的抗静电改性是一个重要的研究方向之一。 本论文采用铈离子/PEG氧化还原引发体系,在酸性水溶液中合成了聚丙烯腈-聚乙二醇的三嵌段共聚物(PAN-PEG-PAN);首次研究了含有胺基的PEO(PEO-NH2)与铈离子组成氧化还原引发体系,合成了聚丙烯腈-聚环氧乙烷的两嵌段共聚物(PAN-b-PEO);FT-IR分析表明嵌段共聚物中PEO链的构象与均聚物PEO相比有很大的变化。研究还表明PEG引发剂浓度与分子量对聚合有较大的影响,随着PEG浓度的增加,聚合物的产率先呈增加趋势,而后逐渐下降;随着PEG分子量的增加,聚合物的产率下降,原因为缠结效应:研究还表明,Ce(Ⅳ)/PEO-NH2引发体系存在诱导期,反应速率较Ce(Ⅳ)/PEG低。 应用广角X射线衍射、差示扫描量热(DSC)等方法,对嵌段共聚物的结晶性能及其热行为进行了研究。发现嵌段共聚物中,PAN嵌段和PEO嵌段的结晶形态都与均聚物相似,没有生成共晶。研究还表明,嵌段共聚物的组成对PAN和PEO嵌段的结晶特性有很大的影响。随着PEO组成的增加,嵌段共聚物的等温结晶样品的DSC曲线有不同的表现,PEO含量低时,PEO只有一个高温熔融峰;随着PEO含量的增加,DSC曲线上出现熔融双峰;进一步增加PEO的含量,PAN-b-PEG的DSC曲线只有一个低温熔融峰。高温峰的出现原因可能是PAN-b-PEG中PEG的不完善结晶的二次结晶,不同于均聚物PEG结晶的亚稳态。研究表明,PAN嵌段长度对PEO的熔点、PAN的玻璃化转变温度有很大的影响。在保持PEO嵌段长度不变的情况下,随着PAN嵌段长度的增加,PEO的熔点下降,PAN的Tg降低。首次研究了PAN-PEG-PAN、PAN-b-PEO中的PEO结晶行为的不同,研究表明,两嵌段共聚物中PEO链段的结晶能力较三嵌段共聚物中的PEG强。首次探讨了PAN-b-PEG中PEG的等速降温结晶性能,结果表明,PEG含量低时,PEG的结晶温度很低,过冷度很大,成核机理是均相成核;含量较高时,结晶温度较高,即过冷度较小时即可结晶,属于异相成核。 首次对嵌段共聚物PAN-b-PEG的DMF浓溶液的流变性能进行了详细的研究。结果表明,PAN-b-PEG的浓溶液为切力变稀流体。分析了不同温度下浓溶液的流变性能,首次发现PAN一b一PEG随温度的变化出现异常现象,在高温时,浓溶液的粘度反而升高,分析原因可能是PAN一b一PEG中PEG链段的二次结晶的熔融。PAN一b一PEG嵌段共聚物的粘流活化能随切变速率的增加而减小,并且随着嵌段共聚物中PEG含量的增加,PAN一b一PEG的粘流活化能上升,说明嵌段共聚物中PEG的加入导致共聚物原液对温度的敏感性增加。溶液的弹性模量和损耗模量都随剪切速率的增加而升高,随着温度的升高而降低。 对不同组成、不同结构的PAN一b一PEG嵌段共聚物的湿法纺丝进行了研究,结果表明随PEG含量的增加,PAN一b一PEG嵌段共聚物的可纺性变差;PEG的含量和结晶度对PAN一b一PEG嵌段共聚物纤维的吸湿性和抗静电性能有很大的影响,含量越高,结晶度越低,纤维的吸湿性、抗静电性能越好;同等含量情况下,三嵌段共聚物PAN一PEG一以N的抗静电性能较好:PAN一b--PEG嵌段共聚物纤维的力学性能随着PEG含量的增加有所下降,但可以满足服用性能的要求;以N一b一PEG嵌段共聚物纤维的抗静电性能具有永久性,经过洗涤后纤维的体积比电阻反而有所降低,共混纤维pAN/PAN一b一PEG的抗静电性能和耐洗涤性能都较差。 本论文首次采用四针状氧化锌晶须(Zn0W)为导电微粒,将其共混入聚丙烯睛纺丝原液中,制备了PAN/Znow抗静电纤维。研究结果表明,氧化锌晶须的尺寸及其分散状态对体系的抗静电性能、力学性能产生很大的影响;确定了采用粒径为5 pm的氧化锌晶须作为抗静电剂制备PAN/ Znow。研究了PAN/Zn伽纤维的体积比电阻与Znow含量之间的关系,发现它随Znow含量的增加逐渐下降并趋于稳定。分析了Zn伽抗静电纤维的导电机理,发现体系中除立体导电网络外,在外电场作用下,还存在晶须针尖电荷集中以及隧道效应。
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全文目录
摘要 3-5 ABSTRACT 5-10 第一章 绪论 10-27 1.1 引言 10-11 1.2 聚丙烯腈纤维的抗静电改性方法 11-19 1.2.1 腈纶纤维和织物的抗静电后整理 11-13 1.2.2 共混法 13-18 1.2.3 共聚法 18-19 1.3 抗静电机理的研究 19-22 1.4 本论文的主要研究内容 22-23 参考文献 23-27 第二章 铈离子/PEG(PEO-NH_2)氧化还原引发体系合成PAN-b-PEG嵌段共聚物的研究 27-47 2.1 引言 27-29 2.2 实验部分 29-33 2.2.1 试剂及其纯化方法 29-30 2.2.2 含有胺基聚环氧乙烷大分子引发剂的合成 30-31 2.2.3 嵌段共聚物PAN-b-PEG的合成 31-33 2.3 结果与讨论 33-43 2.3.1 含有胺基的聚环氧乙烷大分子引发剂的表征 33-34 2.3.2 PEG与AN的聚合机理 34-35 2.3.3 嵌段共聚物PAN-b-PEO的表征 35-38 2.3.4 聚合反应条件的影响 38-43 本章小结 43-44 参考文献 44-47 第三章 嵌段共聚物PAN-b-PEG结晶性能的研究 47-63 3.1 引言 47-49 3.2 实验部分 49-50 3.3 结果与讨论 50-59 3.3.1 嵌段共聚物等温结晶的升温曲线分析 50-55 3.3.2 PAN嵌段长度对PAN热性能的影响 55-56 3.3.3 PAN嵌段长度对PEG结晶的影响 56-57 3.3.4 PAN-PEG-PAN与PAN-b-PEO的结晶性能的比较 57-58 3.3.5 嵌段共聚物非等温结晶性能的研究 58-59 本章小结 59-60 参考文献 60-63 第四章 嵌段共聚物PAN-b-PEG溶液的流变性能的研究 63-81 4.1 前言 63-64 4.2 实验部分 64-65 4.3 结果与讨论 65-79 4.3.1 PAN-b-PEG嵌段共聚物浓溶液的流动曲线 65-67 4.3.2 嵌段共聚物原液粘度的温度依赖性 67-70 4.3.3 嵌段共聚物浓溶液剪切模量对温度的依赖性 70-72 4.3.4 嵌段共聚物浓溶液弹性模量和损耗模量对温度的依赖性 72-74 4.3.5 嵌段共聚物力学损耗tgδ对温度的依赖性 74-76 4.3.6 嵌段共聚物的粘流活化能 76-79 本章小结 79-80 参考文献 80-81 第五章 嵌段共聚物PAN-b-PEG纤维和共混纤维的吸湿性和抗静电性能研究 81-89 5.1 前言 81-82 5.2 实验部分 82-83 5.3 结果与讨论 83-87 5.3.1 PAN-b-PEG嵌段共聚物的可纺性 83-85 5.3.2 PAN-b-PEG嵌段共聚物的可纺性纤维的力学性能 85-86 5.3.3 嵌段共聚物PAN-b-PEG纤维的吸湿性能和抗静电性能 86 5.3.4 嵌段共聚物纤维的抗静电性能的耐洗涤性的研究 86-87 本章小结 87-88 参考文献 88-89 第六章 ZnOw抗静电PAN纤维的制备和性能研究 89-107 6.1 前言 89-90 6.2 实验部分 90-92 6.3 结果与讨论 92-104 6.3.1 氧化锌晶须与表面处理 92-94 6.3.2 ZnOw用量对PAN/ZnOw纤维抗静电及力学性能的影响 94-96 6.3.3 晶须形状对PAN/ZnOw纤维抗静电及力学性能的影响 96-97 6.3.4 氧化锌晶须尺寸对PAN/ZnOw纤维抗静电及力学性能的影响 97-100 6.3.5 加入高分子抗静电组份对PAN/ZnOw纤维抗静电及力学性能的影响 100-101 6.3.6 PAN/ZnOw复合纤维的截面形态 101-102 6.3.7 PAN/ZnOw复合纤维的X-衍射分析 102-104 本章小结 104-105 参考文献 105-107 附录 107-109 致谢 109-110
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 合成纤维
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