混合溶劑沉淀聚合制備高分子量聚丙烯腈及其理論研究.pdf

1、作為碳纖維生產最主要的一種前驅體,聚丙烯腈(PAN)的分子量及其分布很大程度上影響紡絲液的性質,對最終碳纖維的質量也起到決定性的作用。因此,為了生產出優(yōu)質高強的聚丙烯腈基碳纖維前驅體,采用高分子量聚丙烯腈進行紡絲是非常行之有效的途徑。在制備高分子量的聚丙烯腈眾多方法中,混合溶劑沉淀聚合具有其獨特的優(yōu)勢,不僅可以制備出高分子量聚丙烯腈,而且合成時間短,方便實驗室操作。本文選擇水(H2O)和二甲基亞砜(DMSO)作混合溶劑,合成出了均聚PA

2、N,并從混合溶劑沉淀聚合的微觀聚集過程出發(fā),結合宏觀上聚合過程中聚合物沉淀量的增加,運用泰勒展開式,建立了沉淀聚合過程中初生態(tài)粒子聚集過程模型,進而推導出沉淀過程中PAN的粘均分子量與H2O／DMSO的比例成線性增加的關系,即Mη=K3+K4[H2O／DMSO],并通過實驗驗證了該理論方程的正確性。
　　 隨后,本文討論了水和二甲基甲酰胺(DMF)作混合介質時,H2O／DMF的比例對PAN粘均分子量的影響,進一步證明了沉淀過程中

3、PAN的粘均分子量與H2O／DMSO的比例成線性關系這一結論。研究混合溶劑沉淀聚合過程中,混合介質H2O／DMSO的比例對轉化率影響,結果表明:聚丙烯腈的轉化率隨著H2O／DMSO的比例的增加,呈現(xiàn)一種先上升,達到一個極大值隨后下降的趨勢。
　　 由于聚丙烯腈均聚物結構規(guī)整性高,內聚能密度大,不利于預氧化,就有必要選擇第二單體,進行共聚合。本文選擇丙烯酸甲酯(MA)和衣康酸(IA)作為第二單體。
　　 沉淀聚合制備的PA

4、N分子量很高,高分子量PAN制備紡絲液,粘度高,濕紡時易產生擠出脹大效應,不利于制備優(yōu)質PAN原絲。本文發(fā)現(xiàn)用DMSO和H2O作混合溶劑時,適量加入C2H5OH,C4H9OH,可以有效的控制PAN的分子量,為工業(yè)上制備高性能PAN紡絲液提供了良好的先決條件。隨著H2O含量的減少,C2H5OH、C4H9OH含量的增加,溶劑極性變小,PAN分子量呈減小的趨勢。
　　 不同分子量和粒徑分布對紡絲液的流變性能有很大的影響,本文運用第四統(tǒng)