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共聚酰胺改性PA6的制备及己内酰胺开环机理的探究认领

被引量： 3

作者：

彭露

学位授予单位：

湖南师范大学

摘要：

聚酰胺6(PA6)因其综合性能优异,被广泛应用于民用纤维、电子元件、航天航空等领域。但纯PA6的透明性、耐热性及尺寸稳定性较差,因此引入第二单体、第三单体与己内酰胺共聚对PA6进行改性以弥补其性能上的不足。本文设计了一系列氨基酸或二元酸/二元胺组合与己内酰胺共聚,探究共聚开环机理,并针对其中综合性能较好的一种共聚物探究最佳聚合条件,并在反应釜中批量试制,进一步比较该共聚物与纯PA6的性能差异。首先,本文以己内酰胺、氨基酸或二元酸/二元胺(摩尔比为1:1)为原料,设计了共17组反应体系,己内酰胺同时作为高熔点二元酸的溶剂,在不使用其他溶剂的情况下直接熔融共聚。对共聚物的结构进行表征,测试其可萃取物含量、相对黏度及相对分子量等。实验结果表明,引入二元酸和二元胺后,己内酰胺可以在无水条件下开环聚合。因此可以认为:当体系中己内酰胺与二元酸、二元胺共存且为熔融状态时,二元酸羧基上的质子会转移到己内酰胺的羰基氧原子形成活性中心,随后二元胺进攻碳正离子引发开环和加聚反应并生成线性低分子预聚物,预聚物和二元酸进一步缩聚生成共聚酰胺。然后针对该反应机理做了验证。随后,在分析上述17组反应体系制备的共聚酰胺性能后,挑选综合效果较好的4,4-联苯二甲酸/4,4-甲撑二苯胺与己内酰胺共聚,详细研究了4,4-联苯二甲酸/4,4-甲撑二苯胺添加量、反应时间和反应温度对产品性能的影响,并获得了最佳的共聚条件。实验结果表明,随着4,4-联苯二甲酸添加量的增加,共聚酰胺的热稳定性得到有效提升,另外,当添加量达到5%和7%时,共聚酰胺的低分子可萃取物含量分别降低至3.14%和3.07%。此外,实验结果还表明,低温反应能够抑制低分子可萃取物的产生,适当升高温度和延长反应时间有利于产物分子量的增长。因此综合考虑各项因素的影响,最佳聚合条件为:4,4-联苯二甲酸的添加量为5%,反应温度为260℃,反应时间为12 h。所制备的共聚产物相对黏度可达到2.54,热分解温度达448℃,相较于纯PA6提升了40℃,而熔点降低至209℃,有利于产品的成型加工。最后,在上述最佳共聚条件下,利用反应釜批量制备了4,4-联苯二甲酸/4,4-甲撑二苯胺改性PA6,经切粒、萃取、干燥后注塑成型,测试其力学性能。并与分子量相同的纯PA6对比,结果发现,引入4,4-联苯二甲酸/4,4-甲撑二苯胺与己内酰胺共聚改性,有效改善了材料的拉伸强度、弯曲强度及模量。另外,受苯环结构的影响,在结晶时更倾向于形成γ晶型,且具有更高的玻璃化转变温度,共聚物的Tg达81.1℃,相较于纯PA6提高了近10℃。

摘要译文

关键词：

聚酰胺6; 共聚改性; 4,4-联苯二甲酸; 4,4-甲撑二苯胺; 工艺优化; 共聚机理

学位年度：

2019

学位类型：

硕士

学科专业：

高分子化学与物理

导师：

易春旺

中图分类号：

TQ323.6[聚酰胺树脂及塑料⑨]

学科分类号：

080501[材料学];081702[化学工艺]