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(chǎn)最主要的一種前驅(qū)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(zhì),對(duì)最終碳纖維的質(zhì)量也起到?jīng)Q定性的作用。因此,為了生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)的聚丙烯腈基碳纖維前驅(qū)體,采用高分子量聚丙烯腈進(jìn)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(dú)特的優(yōu)勢(shì),不僅可以制備出高分子量聚丙烯腈,而且合成時(shí)間短,方便實(shí)驗(yàn)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(guò)程出發(fā),結(jié)合宏觀上聚合過(guò)程中聚合物沉淀量的增加,運(yùn)用泰勒展開式,建立了沉淀聚合過(guò)程中初生態(tài)粒子聚集過(guò)程模型,進(jìn)而推導(dǎo)出沉淀過(guò)程中PAN的粘均分子量與H2O／DMSO的比例成線性增加的關(guān)系,即Mη=K3+K4[H2O／DMSO],并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(zhì)時(shí),H2O／DMF的比例對(duì)PAN粘均分子量的影響,進(jìn)一步證明了沉淀過(guò)程中

3、PAN的粘均分子量與H2O／DMSO的比例成線性關(guān)系這一結(jié)論。研究混合溶劑沉淀聚合過(guò)程中,混合介質(zhì)H2O／DMSO的比例對(duì)轉(zhuǎn)化率影響,結(jié)果表明:聚丙烯腈的轉(zhuǎn)化率隨著H2O／DMSO的比例的增加,呈現(xiàn)一種先上升,達(dá)到一個(gè)極大值隨后下降的趨勢(shì)。
　　 由于聚丙烯腈均聚物結(jié)構(gòu)規(guī)整性高,內(nèi)聚能密度大,不利于預(yù)氧化,就有必要選擇第二單體,進(jìn)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(shí)易產(chǎn)生擠出脹大效應(yīng),不利于制備優(yōu)質(zhì)PAN原絲。本文發(fā)現(xiàn)用DMSO和H2O作混合溶劑時(shí),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(shì)。
　　 不同分子量和粒徑分布對(duì)紡絲液的流變性能有很大的影響,本文運(yùn)用第四統(tǒng)