聚对苯二甲酰对苯二胺降解及共聚改性研究

论文摘要

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。

论文目录

• 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
• 2对PPTA降解的影响'>3.1 CaCl₂对PPTA降解的影响
• 3.2 N-甲基-2-吡咯烷酮对PPTA降解的影响
• 2O对PPTA降解的影响'>3.3 H₂O对PPTA降解的影响
• 2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