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《东华大学》 2002年
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超临界CO_2条件下聚丙烯腈和聚酯的合成研究

滕新荣  
【摘要】: 超临界CO_2合成技术已逐渐应用到各种聚合物的合成中。它可作为一种连续相的溶剂,代替有机溶剂的使用,减少了对环境的污染。本文选取了丙烯腈和对苯二甲酸乙二醇酯作为研究的对象,分别探索它们在超临界CO_2条件下的合成情况。主要研究结果如下: 1.以超临界CO_2做溶剂,偶氮二异丁腈AIBN做引发剂,成功地进行了丙烯腈的沉淀聚合反应(下文简称CO_2-PAN),并且反应能得到每批20-40克的聚丙烯腈。此外,对于丙烯腈和丙烯酸甲酯在超临界CO_2下的共聚反应,也做了简单尝试。 2.采用~(13)C NMR分析技术对CO_2-PAN的立体化学进行了研究。在五单元序列的基础上,对CN碳峰的~(13)C NMR谱用统计方法进行了分析,研究表明CO_2-PAN的链增长过程符合Bernoulli统计模型。 3.CO_2-PAN在立构规整性上完全是无规的。其二单元组等规立构(m)的含量为0.4,三单元组等规立构(mm)的含量为0.153,而四单元组等规立构(mmm)的含量为0.057,它比常规水相沉淀聚合(简称R-PAN)或水相悬浮聚合(简称S-PAN)分别低出22%,43%,59%。尽管由这三种聚合反应合成的聚丙烯腈在立构规整性上都是无规的,但CO_2-PAN等规立构度偏低的原因可能是由于所采用的溶剂的非极性效应所至。由于CO_2是非极性分子,在超临界CO_2中聚合比在水相中聚合更容易促使氰基之间的排斥作用,减少了在增长链上形成内消旋(m)的机率。 利用IR光谱对CO_2-PAN三单元组立体规整性做了分析,并且与~(13)C NMR方法做了对比,发现mm含量分别为0.16和0.153,结果是吻合的。 4.以已知相对分子质量及其分布的聚丙烯腈宽分布共聚物为标样,采用GPC法,得到了有效的标定直线。根据标定直线测定了超临界CO_2中合成的聚丙烯腈均 东华大学博士论 聚物的相对分子质量及分布。并将CPC法测得的各种平均相对分子质量结果与粘度 法所测得的粘均相对分子质量做了比较,结果是一致的。测得COZ一PAN的粘均相 对分子质量大约在1.5火104一1.0火1护创mol,相对分子质量分布人九从冻大部分约在3,o 左右,而常规工业上水相沉淀法合成的能用于纺丝的聚丙烯睛粘均相对分子质量一 般在2.0火104一8.0火1049/mol左右,相对分子质量分布左凡从么一般小于2.5。这说明用 超临界CO:沉淀法合成的PAN相对分子质量能达到与常规水相沉淀法合成的基本 一样,但相对分子质量分布较宽。 5.研究了聚合反应条件,如单体和引发剂浓度、反应时间、超临界COZ压 力、反应温度对C姚一PA人的相对分子质量,相对分子质量分布及转化率的影响。结 果发现,超临界CO:中丙烯睛的沉淀聚合反应遵循一般的自由基反应规律。此外由 一于PAN粒子的沉淀效应使反应中产生了自动加速现象。并且在高压下,由于超临界 CO:的溶解性增加,从而能提高生成的聚合物的相对分子质量,并且相对分子质量分 布变窄。 6.超临界CO:中合成的聚丙烯睛完全具有加工性能。将所得产物进行纺丝实 验得到了具有一定强力的、3dtex左右的单孔纤维。纤维的强力与纤度相近的普通 睛纶纤维差不多,但断裂伸长较小。此外用液相色谱法测定出由超临界CO:合成的 聚丙烯睛中微量丙烯睛的含量很小,完全能达到工业上要求的纺丝标准。 7.对在超临界CO:下合成聚对苯二甲酸乙二醇酷(PET)做了尝试。认为小 分子缩合物乙二醇能被超临界CO:萃取,且超临界CO:能充当增塑剂,使反应在较 低温度下进行。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TQ325

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