二聚酸酰胺尼龍的制備、表征和增強(qiáng)改性.pdf

1、尼龍是最重要的工程塑料之一，尼龍的高性能化、功能化以及新型尼龍材料的開發(fā)一直是高分子工程材料的重要研究課題之一，生物質(zhì)基高分子材料更是目前材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文對二聚酸的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用、尼龍的改性和二聚酸酰胺尼龍等的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了較全面綜述，在此基礎(chǔ)上，以非化石資源的二聚酸為主要原料，對二聚酸酰胺尼龍(DAPA)的制備、結(jié)構(gòu)和性能、增強(qiáng)改性等進(jìn)行了詳細(xì)研究，為進(jìn)一步的應(yīng)用開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
　　 采用熔融縮聚法制備了

2、一系列本體DAPA尼龍，考察了加料方式、反應(yīng)溫度和二元胺種類對DAPA尼龍凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，并與其熱性能和力學(xué)性能關(guān)聯(lián)。IR與XRD關(guān)聯(lián)研究表明：γ晶體結(jié)構(gòu)(假六方晶系)是本體：DAPA尼龍的唯一晶型，提高反應(yīng)溫度有利于提高DAPA的數(shù)均相對分子質(zhì)量(Mn)和γ晶相的含量，促進(jìn)晶型結(jié)構(gòu)的有序化，拉伸性能、彎曲性能和缺口沖擊強(qiáng)度增加，但超過200℃之后，增加幅度變緩；熱性能研究表明：DAPA的熱分解過程發(fā)生在410～500℃，且一步進(jìn)行，

3、隨著Mn的增加，最大熱分解吸熱峰向低溫移動(dòng)，熱穩(wěn)定性略有降低。共混法制備的DAPA尼龍的拉伸、彎曲和抗沖擊性能較滴加法降低。乙二胺制備的DAPA尼龍有較高的γ晶相含量，具有更高的拉伸性能和彎曲性能；剛性苯環(huán)的介入雖然不利于γ晶相含量的提高，但拉伸性能和彎曲性能提高，缺口試樣的懸臂梁沖擊強(qiáng)度明顯降低。
　　 DAPA尼龍降低了酰胺基密度，材料的韌性和低溫性能可得到明顯改善，但力學(xué)性能有待提高。為了提高本體DAPA尼龍的性能，進(jìn)一步

4、研究了本體DAPA尼龍的共聚單體己二酸改性、無機(jī)納米粒子原位摻雜改性以及改性對凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、熱性能和物理力學(xué)性能的影響。
　　 己二酸共聚改性DAPA尼龍的研究結(jié)果表明：己二酸的嵌入顯著影響改性DAPA尼龍的物理力學(xué)性能，己二酸含量為50％時(shí)，密度、軟化點(diǎn)、吸水率分別從本體DAPA的0.9683g·cm-3、75.4℃、0.28％提高到0.9966g·cm-3、196℃、0.64％，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗彎模量分別提高了50％、5

5、5％和260％，但斷裂伸長率下降了65％，己二酸含量在25％～40％之間出現(xiàn)脆韌轉(zhuǎn)變，缺口沖擊強(qiáng)度從48.4kJ·m-2顯著降低至12.79kJ·m-2。己二酸的嵌入不僅促進(jìn)了從γ片晶到α、β球晶的晶相轉(zhuǎn)變，而且使改性DAPA尼龍?jiān)?60～420℃之間出現(xiàn)新的分解吸熱反應(yīng)，從而惡化DAPA的熱穩(wěn)定性。
　　 Na-MMT摻雜改性DAPA尼龍的研究結(jié)果表明：Na-MMT粒子的介入起到了異相成核作用，促進(jìn)了DAPA體相中γ晶相的生成

6、，DAPA/Na-MMT復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗彎模量分別達(dá)到15.4MPa、9.84MPa和192.3MPa，但斷裂伸長率和缺口沖擊強(qiáng)度降低。DAPA/Na-MMT復(fù)合材料的熱分解過程仍為一步完成，熱穩(wěn)定性較本體DAPA略有增加。
　　 雙十八烷基二甲基氯化銨插層納米有機(jī)蒙脫土(DK-4)改性DAPA尼龍的研究結(jié)果表明：由于有機(jī)陽離子介入Na-MMT層間，促進(jìn)了硅酸鹽片層剝離，有利于DAPA體相中γ晶型的生成。在DK-

7、4質(zhì)量百分含量為0.4％時(shí)，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗彎模量分別達(dá)18.2MPa、9.79MPa和190.7MPa，斷裂伸長率降至336％；0.2％的DK-4即可造成DAPA/DK-4復(fù)合材料缺口試樣的脆韌轉(zhuǎn)變，明顯低于常規(guī)的納米有機(jī)蒙脫土改性尼龍?bào)w系。當(dāng)DK-4質(zhì)量百分含量為0.8％時(shí)，即可顯著提高DAPA/DK-4復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，最大熱分解吸熱峰達(dá)到472.5℃，DK-4含量較大時(shí)，熱穩(wěn)定性又明顯降低。
　　 不同插層劑插層

8、納米有機(jī)蒙脫土改性DAPA尼龍的研究結(jié)果表明：十八烷基三甲基氯化銨插層納米有機(jī)蒙脫土(DK-1N)雖然也促進(jìn)了硅酸鹽片層剝離，但卻抑制了DAPA/DK-1N復(fù)合材料體相中γ晶型的生成，力學(xué)性能較DAPA/Na-MMT有所降低，這與DAPA/DK-4復(fù)合材料相反。熱性能研究表明，DAPA/Na-MMT和DAPA/DK-1N復(fù)合材料的熱分解過程均為一步，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性按DAPA/Na-MMT、DAPA/DK-1N、DAPA/DK-4順序

9、降低，DAPA/DK-4復(fù)合材料的熱分解過程為兩步。
　　 利用二聚酸獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步研究了二聚酸作為共聚單體對尼龍66的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、熱性能和物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，二聚酸的嵌入降低了改性尼龍66的密度、軟化點(diǎn)、吸水率，顯著提高了柔性和缺口沖擊強(qiáng)度；同時(shí)，二聚酸的嵌入不僅促進(jìn)了α、β晶相的減少和細(xì)化，而且可抑制酰胺基團(tuán)的活性，對酰胺基團(tuán)有穩(wěn)定作用，使改性尼龍66在350～430℃范圍的熱分解效應(yīng)削弱，并在460～50