聚間苯二甲酰間苯二胺-離子液體濃溶液的流變行為及其濕法紡絲的研究.pdf

1、聚間苯二甲酰間苯二胺(poly(m-phenyleneisophthalamide)，PMIA)是在1962年首先被合成的一種間位芳香族聚酰胺品種。由于它優(yōu)異的耐高溫與阻燃性能，PMIA的耐高溫絕緣紙制品和纖維被最廣泛的應(yīng)用于相應(yīng)的工業(yè)和服裝領(lǐng)域。但不管是濕法還是干法紡絲，都要使用大量有揮發(fā)性的溶劑。室溫離子液體是近年來興起的一類綠色溶劑，具有不易揮發(fā)、穩(wěn)定性好、熔點范圍寬、溶解范圍廣、易分離回收等優(yōu)點，近年來多方面的深入研究解決了其對

2、空氣和水不穩(wěn)定的問題，從而廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、化工分離、化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域。本文將離子液體應(yīng)用于PMIA溶液和紡絲加工體系，嘗試將其作為聚間苯二甲酰間苯二胺的良溶劑進行開發(fā)利用，研究了PMIA在幾種不同離子液體中的溶解過程，嘗試分析其溶解機理；并研究了PMIA/離子液體濃溶液的流變行為及其濕法成形工藝，探索用離子液體作為溶劑制備PMIA纖維的技術(shù)與工藝。
　　 本文研究中，首先制備了咪唑類的6種離子液體，[BMIM]Cl、[BMIM]

3、BF4、[BMIM]PF6、[AMIM]Cl、[EMIM]Br和[EMIM]BF4，并綜合運用多種測試技術(shù)，如：核磁共振(NMR)、紅外光譜(FTIR)和元素分析實驗手段對離子液體的組成與結(jié)構(gòu)進行分析和表征。其次，通1過偏光顯微鏡下的觀察，研究了離子液體對聚間苯二甲酰間苯二胺纖維的溶解過程，離子液體作為一種新的PMIA溶劑體系，其溶解機理可以用目前較權(quán)威的EDA機理進行解釋，處于游離態(tài)的陰陽離子充當了電子給予體和接受中心，與PMIA形成

4、的絡(luò)合作用，削減了PMIA自身的氫鍵作用，離子液體的不斷滲入，破壞了PMIA的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，最終被完全溶解。
　　 PMIA/離子液體濃溶液流變行為的研究則表明PMIA/離子液體濃溶液屬于切力變稀的非牛頓流體，由于離子液體溶劑的粘度高，PMIA/離子液體濃溶液的粘度比PMIA/常規(guī)溶劑濃溶液的粘度高。在同一剪切速率下，4種不同離子液體與PMIA組成的溶液表觀粘度為η a([BMIM]C1)＞η a([EMIM]Br)＞η a([B

5、MIM]BF4)＞η a([AMIM]C1)。產(chǎn)生這一規(guī)律的原因是由于離子液體本身粘度的差異性造成的。在210-1000s-1高剪切速率范圍內(nèi)，高濃度的PMIA/[BMIM]Cl溶液的流變特性表現(xiàn)為溶液體系達到一定濃度時(＞14wt％)其粘度隨著濃度的升高而下降；這一現(xiàn)象隨著濃度的升高而愈發(fā)明顯。這可能是因為高剪切速率破壞了PMIA/[BMIM]C1濃溶液中的氫鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粘度迅速下降。
　　 PMIA/離子液體濃溶液的濕法成形

6、實驗的研究則表明直接以H2O為凝固劑，溫度為40℃，紡絲原液濃度為18wt％，溫度為90℃時，就能滿足PMIA的濕法成形要求。隨著PMIA/[BMIM]Cl濃溶液中PMIA濃度的增大和牽伸倍數(shù)的增加，PMIA纖維的物理機械性能都有所增強。
　　 最后，通過TGA、SEM和拉伸性能等測試手段對PMIA纖維制品性能進行了結(jié)構(gòu)與性能的測試，從PMIA/[BMIM]Cl溶液中紡制的PMIA纖維的表面非常光滑，而且纖維截面的空洞也較PMI