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阳离子染料可染PTT共聚酯的合成及性能研究

作　者: 江长明
导　师: 陈文兴
学　校: 浙江理工大学
专　业: 材料学
关键词: 聚对苯二甲酸丙二醇酯阳离子染料可染流变性能非等温结晶性能
分类号: TQ323.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是一种新型聚酯材料,因其具有独特的性能而在服装、地毯、非织造布等领域具有广阔的应用前景,是当前国际上的热门高分子新材料之一。但由于PTT分子链中没有亲染料基团存在,导致传统的PTT纤维只能用分散染料进行染色,与阳离子染料染色相比,分散染料染色存在环保效果差、色谱不全、色泽不艳、设备投资成本高等缺点,在一定程度上限制了PTT在纤维上的应用。本文首先合成了间苯二甲酸丙二醇酯-5-磺酸钠(SIPP),然后引入SIPP为第三改性组分,以及两种不同第四组分聚1,6-己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)和聚乙二醇(PEG),通过直接酯化-缩聚工艺对PTT进行共聚改性,合成了一系列具有阳离子染料可染性能的共聚酯,并用核磁共振波谱仪(1H-NMR)分析了共聚酯的结构和组成,采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)分析了共聚酯的基本热性能,利用双料管注塞式毛细管流变仪研究了共聚酯的流变性能,用DSC法分析了共聚酯的非等温结晶性能,为改性共聚酯的纺丝及其它后加工工艺提供基础数据。SIPP的合成工艺研究结果表明,钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)对SIPP的合成反应有较好的催化活性,其用量为1000ppm较为合适,继续增加催化剂用量对反应速率影响不大,投料时1,3-PDO与SIPM的摩尔配比为10.14:1时最佳,在反应温度为173℃时,反应速率较快且产物色泽良好。采用直接酯化-缩聚工艺合成改性共聚酯时,缩聚反应速率随着反应温度升高而加快,但温度过高会导致产物端羧基含量偏高,缩聚阶段温度控制在165～170℃。引入第三组分SIPP使缩聚反应速率加快,但缩聚反应后期熔体流动性变差,不利于产物特性粘度的提高,而引入第四组分PBA或PEG时,情况正好与此相反。常规PTT的玻璃化转变温度(Tg)、冷结晶温度(Tc)和熔点(Tm)分别为44.8℃、68.9℃和224.9℃,随着第三组分摩尔含量的增加,共聚酯的Tg先下降后升高,Tc逐渐升高,Tm逐渐降低;而随着第四组分PBA或PEG的质量百分含量的上升,共聚酯的Tg、Tc和Tm都逐渐降低。热重分析结果表明,所有改性共聚酯的热失重温度均在360℃以上,表明改性共聚酯的热稳定性能良好,都能满足进一步加工工艺的要求。流变分析结果显示,PTT及各共聚酯均属于非牛顿流体,非牛顿指数都小于1,在所考察的剪切速率范围内都表现出剪切变稀特性。第三组分SIPP的引入使共聚酯的流变性能变差,而引入第四组分PBA或PEG均能改善共聚酯的流变性能,有利于改性共聚酯的后续纺丝工艺。PTT及其改性共聚酯的非等温结晶动力学行为与Jeziorny方程相吻合,PTT的Avrami指数n在4.24～4.61之间,其结晶是按照均相成核并伴随三维球晶生长方式为主,引入第三组分或第四组分后,结晶的完善程度大大降低,结晶焓下降,共聚酯的Avrami指数n都在1.72～2.64之间,从而我们推测改性共聚酯结晶以异相成核方式为主。改性共聚酯的结晶活化能在13.27(kJ/mol·K)以上,明显要高于常规PTT的11.33 (kJ/mol·K),表明经过阳离子染料可染改性后的共聚酯的结晶能力变差,降温速率对改性共聚酯的结晶过程影响较大,因此,在改性共聚酯的加工过程中对降温速率的控制极为重要。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第1章绪论  12-23
  1.1 引言  12
  1.2 PTT 的发展历史及现状  12-13
  1.3 PTT 的结构和性能  13-17
    1.3.1 PTT 的大分子构象  13-14
    1.3.2 PTT 的结晶结构  14-15
    1.3.3 PTT 的结晶动力学  15
    1.3.4 PTT 的粘弹行为  15
    1.3.5 PTT 纤维的性能  15-17
      1.3.5.1 PTT 纤维的拉伸及弹性恢复性能  15-16
      1.3.5.2 PTT 纤维的染色性能  16-17
      1.3.5.3 PTT 纤维的其它性能  17
  1.4 PTT 的应用  17-18
    1.4.1 在服用领域中的应用  17
    1.4.2 在地毯领域中的应用  17-18
    1.4.3 在非织造领域中的应用  18
    1.4.4 在其它领域中的应用  18
  1.5 聚酯的阳离子染料可染改性技术概述  18-21
    1.5.1 聚酯的阳离子染料可染改性技术的研究进展  18-20
    1.5.2 聚酯的阳离子染料可染改性原理  20-21
      1.5.2.1 第三组分的作用  20-21
      1.5.2.2 第四组分的作用  21
  1.6 课题的提出及主要研究内容  21-23
    1.6.1 课题的意义  21-22
    1.6.2 主要研究内容  22-23
第2章 SIPP 的合成工艺  23-33
  2.1 引言  23-25
  2.2 实验  25-27
    2.2.1 实验原料  25-26
    2.2.2 实验操作  26
    2.2.3 测试方法  26-27
  2.3 结果与讨论  27-31
    2.3.1 SIPP 溶液的酯交换率选择  27
    2.3.2 催化剂对酯交换速率的影响  27-29
    2.3.3 催化剂用量对酯交换速率的影响  29
    2.3.4 1,3-PDO 与SIPM 的初始摩尔比对酯交换速率的影响  29-30
    2.3.5 反应温度对酯交换速率的影响  30-31
    2.3.6 醚防剂的使用  31
  2.4 小结  31-33
第3章阳离子染料可染PTT 共聚酯的合成及表征  33-45
  3.1 引言  33-35
  3.2 实验  35-37
    3.2.1 实验原料  35
    3.2.2 合成工艺  35-36
    3.2.3 测试方法  36-37
  3.3 结果与讨论  37-44
    3.3.1 缩聚温度的选择  37-38
    3.3.2 组分对缩聚反应速度的影响  38
      3.3.2.1 第三组分对缩聚反应速度的影响  38
      3.3.2.2 第四组分对缩聚反应速度的影响  38
    3.3.3 组分对缩聚反应搅拌功率的影响  38
    3.3.4 共聚酯的表征  38-41
    3.3.5 组分对共聚酯的热转变温度的影响  41-43
    3.3.6 热稳定性分析  43-44
  3.4 小结  44-45
第4章阳离子染料可染PTT 共聚酯的流变性能研究  45-55
  4.1 引言  45
  4.2 实验  45-46
    4.2.1 实验原料  45
    4.2.2 实验仪器  45
    4.2.3 测试方法  45-46
  4.3 结果与讨论  46-54
    4.3.1 组分对共聚酯流变性能的影响  46-47
    4.3.2 共聚酯的非牛顿指数  47-48
    4.3.3 共聚酯的黏流活化能  48-50
    4.3.4 组分含量对共聚酯流变性能的影响  50-52
      4.3.4.1 第三组分含量的影响  50-51
      4.3.4.2 第四组分含量的影响  51-52
    4.3.5 温度对共聚酯流变性能的影响  52-53
    4.3.6 特性黏度对共聚酯流变性能的影响  53-54
  4.4 小结  54-55
第5章阳离子染料可染PTT 共聚酯的非等温结晶性能及动力学研究  55-65
  5.1 引言  55
  5.2 实验  55
    5.2.1 实验原料  55
    5.2.2 实验仪器  55
    5.2.3 测试方法  55
  5.3 结果与讨论  55-63
    5.3.1 组分对共聚酯非等温结晶性能的影响  55-57
      5.3.1.1 第三组分的影响  55-56
      5.3.1.2 第四组分的影响  56-57
    5.3.2 降温速率对共聚酯非等温结晶性能的影响  57-59
    5.3.3 非等温结晶动力学研究  59-63
      5.3.3.1 用Jeziorny 法研究非等温结晶动力学  59-63
      5.3.3.2 结晶活化能研究  63
  5.4 小结  63-65
第6章本文结论与展望  65-66
  6.1 本文结论  65
  6.2 今后的工作展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70

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