混合二元酸的分离精制及混合尼龙的制备

论文摘要

混合二元酸是生产尼龙-66的原料己二酸的副产物,含有丁二酸、戊二酸和未能完全分离的己二酸及杂质。全国每年有数千吨之多。最初的处理方法是将其作为燃料烧掉,后来用于制造脂族混合增塑剂等低级产品,资源的利用率不高。为了物尽其用,本论文开展了综合设计与应用基础研究。对混合二元酸综合应用的路线设计是,由于戊二酸的含量和经济价值较高,先将其从混合酸中分离出来并精制;再对剩余的混合二元酸（丁二酸和己二酸）进行精制;最后用精制的混合二元酸与己二胺中和成盐,并在超临界CO2绿色介质中进行聚合,从而获得一种新型的混合尼龙。通过研究得到如下结论:1、选择苯作为萃取溶剂,从混合二元酸中分离出戊二酸,并对戊二酸进行了精制。考察了温度、溶剂量、萃取次数和加热时间等因素对分离效果的影响,得到分离戊二酸最佳的操作条件:苯用量90～100ml,加热温度为75～80℃,分三次萃取操作,加热20～25 min。由10 g混合二元酸粗品得到的戊二酸最高质量为5.50 g。经分析表征,精制戊二酸的熔点为96.1℃,与文献值相符。2、分别用活性碳吸附法和离子交换树脂交换吸附法,除去了剩余混合二元酸中的各种杂质,得到精制的混合二元酸。经质谱表征,混合二元酸中丁二酸和己二酸的分子离子峰分别为116.8和144.8,与表示的化学结构是一致的,并不含有戊二酸。DSC测定的混合酸中己二酸的熔点与文献值（151℃）一致。受己二酸熔体的影响,丁二酸未显示出熔融峰,但240℃附近出现了丁二酸的沸点峰。通过酸值测定。得到混合二元酸中丁二酸和己二酸的质量比为0.56:0.44,换算成摩尔比为0.6053:0.3947。混合二元酸与己二胺中和制得混合尼龙盐。精制混合尼龙盐的熔点分别为195.1℃和210℃。3、在超临界CO2介质中进行了混合尼龙盐的聚合反应,合成了一种新型混合尼龙,化学结构为尼龙-66与尼龙-64的共聚物。对聚合工艺条件进行了考察。得到的混合尼龙样品中相对粘均分子质量最大的为2.01万,熔点为226℃。4、为打破密闭系统的缩聚平衡,进一步提高混合尼龙的相对分子质量,首次提出在超临界CO2中进行混合尼龙与纳米粒子协同合成的学术构思。即加入生成纳米粒子的前驱体,通过与反应过程中生成的副产物水反应,在合成混合尼龙的同时,合成纳米粒子,从而得到混合尼龙/纳米复合材料。实验结果证实了这一习学术构思是可行的,混合尼龙样品的相对粘均分子质量提高到2.32万,熔点达232℃。并在混合尼龙样品的表面,生成了SiO2纳米粒子,粒径尺寸为300～500 nm。5、对两种聚合方法得到的混合尼龙样品,分别进行了结晶动力学研究。结果是,两种混合尼龙样品均以非均相成核的方式进行一维和二维方式生长结晶,冷却速率为5℃/min的结晶速率分别为1.1215和1.2059。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 混合二元酸的简介
• 1.2 混合二元酸的用途及价值
• 1.2.1 戊二酸的价值
• 1.2.2 丁二酸及己二酸的用途
• 1.3 混合二元酸的分离技术概况
• 1.3.1 混合二元酸的物理化学性质
• 1.3.2 混合二元酸的分离方法
• 1.4 尼龙材料
• 1.4.1 尼龙材料
• 1.4.2 混合尼龙
• 1.4.3 尼龙的制备方法
• 1.5 超临界二氧化碳
• 1.5.1 超临界的定义
• 2的应用'>1.5.2 超临界CO₂的应用
• 2的特点'>1.5.3 超临界CO₂的特点
• 2应用于逐步熔融缩聚反应'>1.5.4 超临界CO₂应用于逐步熔融缩聚反应
• 1.6 本研究课题的提出和研究的内容
• 1.6.1 本研究课题的提出
• 1.6.2 本科题的研究内容
• 1.6.3 本课题的创新之处
• 第二章 混合二元酸中戊二酸的分离与精制
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料及仪器
• 2.1.2 戊二酸的分离
• 2.1.3 戊二酸的精制
• 2.1.4 戊二酸的表征方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 戊二酸的分离
• 2.2.2 溶剂的选择
• 2.2.3 影响戊二酸分离的因素
• 2.2.4 戊二酸的表征
• 2.4 小结
• 第三章 混合二元酸的精制及混合尼龙盐的制备
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要试剂和仪器
• 3.1.2 混合二元酸的精制步骤
• 3.1.3 混合尼龙盐的制备及精制
• 3.1.4 表征方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 混合二元酸的精制
• 3.2.2 两种混合二元酸的含量分析
• 3.2.3 混合尼龙盐的制备
• 3.2.4 混合二元酸的表征
• 3.2.5 混合尼龙盐的表征
• 3.3 小结
• 2中的聚合反应'>第四章 混合尼龙盐在超临界CO₂中的聚合反应
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料及仪器
• 2中混合尼龙的合成'>4.1.2 在超临界CO₂中混合尼龙的合成
• 4.1.3 表征方法
• 4.2 结果与讨论
• 2制备混合尼龙的优点与存在的问题'>4.2.1 超临界CO₂制备混合尼龙的优点与存在的问题
• 4.2.2 混合尼龙相对粘均分子质量的测定和平均聚合度的计算
• 4.2.3 聚合条件的考察
• 4.2.4 混合尼龙样品的表征
• 4.2.5 混合尼龙非等温结晶动力学分析
• 4.4 小结
• 2中的协同合成'>第五章 混合尼龙和纳米粒子在超临界CO₂中的协同合成
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要原料和设备
• 2下混合尼龙和纳米的协同合成'>5.1.2 超临界CO₂下混合尼龙和纳米的协同合成
• 5.1.3 表征方法
• 5.2 结果与讨论
• 2下纳米粒子的生成机理'>5.2.1 超临界CO₂下纳米粒子的生成机理
• 5.2.2 协同合成下的混合尼龙分子量分析
• 5.2.3 不同前驱体用量对混合尼龙相对分子质量的影响
• 5.2.4 红外光谱分析
• 5.2.5 混合尼龙/纳米复合物的DSC图
• 5.2.6 混合尼龙/纳米复合物X-RD图
• 5.2.7 混合尼龙/纳米复合物扫描电镜观察
• 5.2.8 混合尼龙/纳米复合物非等温结晶动力学分析
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢