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新型生物基聚酰胺的制备、表征及可纺性研究

作 者: 薛晓
导 师: 赵国樑
学 校: 北京服装学院
专 业: 材料学
关键词: 生物基聚酰胺 交联 熔融纺丝 静电纺丝
分类号: TQ342.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


化工行业在过去的百年时间内主要以化石能源为原料,随着社会的进一步发展,我们面临着化石资源的日趋匮乏和环境污染愈加严重两个问题。生物质是一种可替代传统化石资源,为许多高性能材料提供单体来源的可再生资源。生物质原料的发展为化工行业提供了一个有效且可行的解决方案。基于国内外生物基聚酰胺纤维和高性能聚酰胺纤维的研究现状和前期的研究工作,本课题提出了一种新的可交联生物基聚酰胺纤维的设计思路。本实验选用可来源于生物质的单体癸二酸、衣康酸、癸二胺和丁二胺等为原料,采取两步法通过熔融缩聚制备生物基聚酰胺BDIS,并通过傅里叶红外光谱、差示扫描量热分析、热失重分析、力学性能测试、X射线衍射分析等手段对BDIS生物基聚酰胺的结构与性能进行了表征。以DCP为交联剂对BDIS生物基聚酰胺进行了热交联,利用硫化仪、凝胶含量、力学性能测试的手段研究了其交联情况,探索最佳的交联剂用量及交联条件。结果表明,合适的交联剂用量为5%wt,交联温度为170℃,交联时间应控制在20min以内。对生物基聚酰胺材料的可纺性进行研究。在熔纺实验中,探索了纺丝工艺条件及后处理条件对纤维结构与性能的影响,并用常规PA6切片进行熔融纺丝作为对比实验;实验发现,生物基聚酰胺熔纺纤维断裂强度最高可达535.15MPa,接近常规PA6纤维。在静电纺丝的研究中,探索了电纺溶液性质及电纺工艺参数对纤维膜结构与性能的影响,发现以甲酸作溶剂可纺性较好,最佳的纺丝溶液浓度为15%wt,纺丝电压为15KV。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第1章 文献综述  11-29
  1.1 生物质纤维的种类  11-12
    1.1.1 生物质原生纤维  11
    1.1.2 生物质再生纤维  11-12
    1.1.3 生物质合成纤维  12
  1.2 可用的生物基单体  12-14
    1.2.1 酸类生物基单体  13
    1.2.2 醇类生物基单体  13
    1.2.3 氨基酸类生物基单体  13-14
  1.3 聚酰胺的结构与性质  14-18
    1.3.1 聚酰胺的分子结构  14-15
    1.3.2 聚酰胺的晶态结构  15-16
    1.3.3 聚酰胺的基本物理、化学性质  16-18
  1.4 聚酰胺纤维的开发历史及研究现状  18-20
  1.5 生物基聚酰胺材料  20-22
    1.5.1 蓖麻油裂解工艺  20-21
    1.5.2 葡萄糖生物发酵工艺  21-22
  1.6 聚酰胺纺丝方法  22-28
    1.6.1 熔融纺丝  22-25
    1.6.2 溶液纺丝  25-26
    1.6.3 静电纺丝  26-28
  1.7 本课题研究的目的和意义  28-29
第2章 实验与表征  29-40
  2.1 实验原料  29
  2.2 实验仪器及设备  29-31
  2.3 实验部分  31-36
    2.3.1 生物基聚酰胺的合成  31-33
    2.3.2 DCP 交联生物基聚酰胺  33-34
    2.3.3 熔融纺丝  34-35
    2.3.4 静电纺丝  35-36
  2.4 表征部分  36-40
    2.4.1 物理及化学结构表征  36-37
    2.4.2 力学性能测定  37-38
    2.4.3 流变性能测定  38
    2.4.5 凝胶含量测定  38
    2.4.6 纤维取向度测定(POM)  38-40
第3章 生物基聚酰胺的制备及表征  40-46
  3.1 生物基聚酰胺的分子量表征  40-42
  3.2 生物基聚酰胺的化学结构表征  42-43
  3.3 生物基聚酰胺的 XRD 表征  43-44
  3.4 生物基聚酰胺的热力学性能表征  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 DCP 交联生物基聚酰胺的研究  46-53
  4.1 DCP 用量对 A 型生物基聚酰胺硫化性能的影响  46-47
  4.2 DCP 用量对 A 型生物基聚酰胺凝胶含量的影响  47-48
  4.3 DCP 用量对 A 型生物基聚酰胺热力学性能的影响  48-50
  4.4 DCP 用量对 A 型生物基聚酰胺力学性能的影响  50-51
  4.5 DCP 用量对 A 型生物基聚酰胺结晶性能的影响  51
  4.6 本章小结  51-53
第5章 生物基聚酰胺的熔融纺丝研究  53-69
  5.1 A 型生物基聚酰胺的熔融纺丝  53-55
    5.1.1 熔融纺丝所遇到的问题  53-55
  5.2 B 型生物基聚酰胺的熔融纺丝  55-68
    5.2.1 纺丝工艺条件对纤维结构与性能的影响  55-63
    5.2.2 后处理条件对纤维结构与性能的影响  63-66
    5.2.3 分子量对纤维结构与性能的影响  66-68
  5.3 本章小结  68-69
第6章 生物基聚酰胺的静电纺丝研究  69-79
  6.1 A 型生物基聚酰胺的静电纺丝  69-78
    6.1.1 A 型生物基聚酰胺溶液流变性能研究  69-70
    6.1.2 溶液性质对生物基聚酰胺静电纺丝可纺性的影响  70-74
    6.1.3 电纺工艺参数对生物基聚酰胺静电纺丝可纺性的影响  74-78
  6.2 本章小结  78-79
第7章 结论  79-81
参考文献  81-85
攻读学位期间发表的论文  85-86
致谢  86

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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 > 聚酰胺纤维(锦纶、尼龙)
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