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硫氰酸钠体系超高分子量聚丙烯腈溶胀和溶解过程的研究

作　者: 张斌
导　师: 吴承训；钱宝钧
学　校: 东华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 超高分子量聚丙烯腈溶胀溶解硫氰酸钠水溶液力矩
分类号: TQ342.3
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

超高分子量聚丙烯腈(重均分子量大于40万,UHMWPAN)经干湿纺或冻胶纺制得的聚丙烯腈纤维强度高、成形好,既是制备高性能碳纤维的理想材料,又可作为高强高模纤维用于工业用途。目前国际上对高强高模聚丙烯腈纤维的研究主要集中在纤维的纺丝过程,但在实践中发现,与重均分子量约为7万的聚丙烯腈或其共聚物(通常腈纶的原料)相比较,由于分子量高,按常规的溶解方法无法制得均匀的聚合物溶液,因此制备均匀的超高分子量聚合物浆液成为纤维整个制造过程中非常重要的一个环节。目前对聚丙烯腈特别是超高分子量聚丙烯腈溶解过程的研究少有人涉足,至于NaSCN水溶液体系的UHMWPAN溶解过程更是一片空白。因此有必要对UHMWPAN在NaSCN水溶液中的溶胀和溶解过程进行详尽研究。针对超高分子量聚丙烯腈—硫氰酸钠水溶液体系,本文通过溶胀值的测定,运用正交分析方法确定影响UHMWPAN溶胀和溶解的关键因素;通过聚合物—溶剂混合体系搅拌力矩的变化来表征UHMWPAN的溶胀和溶解过程:通过搅拌力矩实验得到NaSCN水溶液体系制造均匀聚合物溶液的各关键参数;在前人对聚丙烯腈结构研究的基础上,对于力矩变化与聚合物聚集态不同结构层次被舒解之间的关系进行初步探讨;此外,由于在一定范围内,聚合物分子量越高,所得纤维断裂强度越高,故本文以含氟自由基为引发剂制得了分子量为80万的聚丙烯腈,探讨了聚合条件对聚合结果的影响;最后,在UHMWPAN-NaSCN水溶液体系力矩测试的基础上,将力矩测试应用于聚乙烯醇和超高分子量聚丙烯腈溶解过程的研究。通过上述研究得到如下结论: 1.以含氟自由基为引发剂,采用本体聚合法可合成分子量高、分布窄的超高分子量PAN,并得到了适宜反应条件,此聚合方法具有聚合温度低,链转移和其它副反应较少的特点: 2.在含氟自由基反应体系中加水和混合溶剂可在一定程度上提高聚合反应速度、转化率和分子量,对反应产物进行保温后处理,可提高反应产物分子量和转化率; 3.正交实验结果表明NaSCN水溶液浓度对UHMWPAN的溶胀影响最为显著,而溶胀时间对溶胀的影响非常小,正交实验还表明溶胀温度和含固量对UHMWPAN的溶胀有一定影响; 4.聚丙烯腈颗粒中所含的微量的水对UHMWPAN的溶胀有较大影响,微量水

全文目录

第一章绪论  11-31
  第一节超高分子量聚丙烯腈合成的研究近况  12-15
    1．1 国外研究近况  12-13
    1．2 国内研究近况  13-15
  第二节聚丙烯腈结构简介  15-17
    2．1 聚丙烯腈基本结构  15-16
    2．2 聚丙烯腈聚集态结构研究  16-17
  第三节高聚物溶胀和溶解的一般过程  17-21
    3．1 影响高聚物溶胀和溶解的基本因素  17-18
    3．2 高聚物-溶剂的相平衡  18-20
    3．3 高聚物溶胀和溶解的动力学  20-21
  第四节国内外超高分子量聚丙烯腈溶解研究的现状  21-25
    4．1 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚乙烯醇(PVA)溶解的研究近况  21-23
    4．2 UHMWPAN溶解过程的研究  23-25
  第五节本研究主要内容及创新点  25-31
    5．1 研究内容  25
    5．2 本研究创新点  25-26
    参考文献  26-31
第二章超高分子量聚丙烯腈的合成  31-44
  第一节实验  32-34
    1．1 原料  32
    1．2 实验  32-34
  第二节结果与讨论  34-42
    2．1 含氟自由基反应机理  34
    2．2 无溶剂和后处理时实验条件对聚合结果的影响  34-37
    2．3 溶剂和后处理对聚合结果的影响  37-41
    2．4 含氟自由基引发丙烯腈聚合的极限分子量的探讨  41-42
  第三节结论  42-43
  参考文献  43-44
第三章 NaSCN体系中影响超高分子力聚丙烯腈溶解因素的研究  44-57
  第一节实验  45-48
    1．1 原料  45
    1．2 测试  45-48
  第二节结果与讨论  48-56
    2．1 溶胀温度、时间以及NaSCN水溶液浓度对UHWPAN溶胀影响程度的研究  48-50
    2．2 含固量、溶胀浓度、溶胀温度对UHWPAN溶胀影响程度的研究  50-51
    2．3 溶胀聚合物颗粒外观变化情况  51-52
    2．4 溶胀过程UHWPAN-溶胀剂混合体系力矩的变化  52-54
    2．5 聚合物含水对溶胀过程的影响  54-56
  第三节结论  56
  参考文献  56-57
第四章 NaSCN体系中UHWPAN溶胀过程的研究  57-78
  第一节实验  57-58
    1．1 原料  57
    1．2 实验  57-58
    1．3 测试  58
  第二节结果与讨论  58-76
    2．1 UHWPAN溶胀过程研究  58-66
    2．2 41%NaSCN水溶液-UHWPAN溶胀体系聚合物颗粒形态变化  66-72
    2．3 UHWPAN颗粒在溶胀过程中直径变化情况  72-74
    2．4 NaSCN水溶液体系中，UHWPAN溶胀工艺的确定  74-76
  第三节结论  76-77
  参考文献  77-78
第五章 NaSCN体系中超高分子量聚丙烯腈溶解过程的研究  78-96
  第一节实验  79-80
    1．1 原料  79
    1．2 实验  79
    1．3 测试  79-80
  第二节超高分子量聚丙烯腈溶解过程的研究  80-89
    2．1 聚合物溶解过程影响因素的研究  80-81
    2．2 NaSCN体系中超高分子量聚丙烯腈溶解过程的研究  81-84
    2．3 NaSCN体系中，超高分子量聚丙烯腈溶解工艺  84-87
    2．4 超高分子量聚丙烯腈缠结网络在溶胀溶解过程中的解除  87-89
  第三节聚合物溶解的新的表征方法  89-95
    3．1 超高分子量聚乙烯溶解过程研究  90-92
    3．2 聚乙烯醇溶解过程研究  92-95
    3．3 聚合物溶解过程的共同特点  95
  第四节结论  95-96
参考文献  96-97
附录1  97-99
附录2  99-101
发表论文情况  101-102

硫氰酸钠体系超高分子量聚丙烯腈溶胀和溶解过程的研究

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