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PAN-聚乙二醇嵌段共聚和PAN/氧化锌晶须共混对PAN抗静电改性的研究

隋坤艳  
【摘要】: 聚丙烯腈(PAN)纤维由于优良的性能,在工业和民用领域具有广泛的应用。但腈纶纤维的静电现象严重限制了腈纶在更多领域的应用。为此,腈纶的抗静电改性是一个重要的研究方向之一。 本论文采用铈离子/PEG氧化还原引发体系,在酸性水溶液中合成了聚丙烯腈-聚乙二醇的三嵌段共聚物(PAN-PEG-PAN);首次研究了含有胺基的PEO(PEO-NH_2)与铈离子组成氧化还原引发体系,合成了聚丙烯腈-聚环氧乙烷的两嵌段共聚物(PAN-b-PEO);FT-IR分析表明嵌段共聚物中PEO链的构象与均聚物PEO相比有很大的变化。研究还表明PEG引发剂浓度与分子量对聚合有较大的影响,随着PEG浓度的增加,聚合物的产率先呈增加趋势,而后逐渐下降;随着PEG分子量的增加,聚合物的产率下降,原因为缠结效应:研究还表明,Ce(Ⅳ)/PEO-NH_2引发体系存在诱导期,反应速率较Ce(Ⅳ)/PEG低。 应用广角X射线衍射、差示扫描量热(DSC)等方法,对嵌段共聚物的结晶性能及其热行为进行了研究。发现嵌段共聚物中,PAN嵌段和PEO嵌段的结晶形态都与均聚物相似,没有生成共晶。研究还表明,嵌段共聚物的组成对PAN和PEO嵌段的结晶特性有很大的影响。随着PEO组成的增加,嵌段共聚物的等温结晶样品的DSC曲线有不同的表现,PEO含量低时,PEO只有一个高温熔融峰;随着PEO含量的增加,DSC曲线上出现熔融双峰;进一步增加PEO的含量,PAN-b-PEG的DSC曲线只有一个低温熔融峰。高温峰的出现原因可能是PAN-b-PEG中PEG的不完善结晶的二次结晶,不同于均聚物PEG结晶的亚稳态。研究表明,PAN嵌段长度对PEO的熔点、PAN的玻璃化转变温度有很大的影响。在保持PEO嵌段长度不变的情况下,随着PAN嵌段长度的增加,PEO的熔点下降,PAN的Tg降低。首次研究了PAN-PEG-PAN、PAN-b-PEO中的PEO结晶行为的不同,研究表明,两嵌段共聚物中PEO链段的结晶能力较三嵌段共聚物中的PEG强。首次探讨了PAN-b-PEG中PEG的等速降温结晶性能,结果表明,PEG含量低时,PEG的结晶温度很低,过冷度很大,成核机理是均相成核;含量较高时,结晶温度较高,即过冷度较小时即可结晶,属于异相成核。 首次对嵌段共聚物PAN-b-PEG的DMF浓溶液的流变性能进行了详细的研究。结果表明,PAN-b-PEG的浓溶液为切力变稀流体。分析了不同温度下浓溶液的流变性 能,首次发现PAN一b一PEG随温度的变化出现异常现象,在高温时,浓溶液的粘度反 而升高,分析原因可能是PAN一b一PEG中PEG链段的二次结晶的熔融。PAN一b一PEG嵌 段共聚物的粘流活化能随切变速率的增加而减小,并且随着嵌段共聚物中PEG含 量的增加,PAN一b一PEG的粘流活化能上升,说明嵌段共聚物中PEG的加入导致共聚 物原液对温度的敏感性增加。溶液的弹性模量和损耗模量都随剪切速率的增加而升 高,随着温度的升高而降低。 对不同组成、不同结构的PAN一b一PEG嵌段共聚物的湿法纺丝进行了研究,结果 表明随PEG含量的增加,PAN一b一PEG嵌段共聚物的可纺性变差;PEG的含量和结晶 度对PAN一b一PEG嵌段共聚物纤维的吸湿性和抗静电性能有很大的影响,含量越高, 结晶度越低,纤维的吸湿性、抗静电性能越好;同等含量情况下,三嵌段共聚物 PAN一PEG一以N的抗静电性能较好:PAN一b--PEG嵌段共聚物纤维的力学性能随着PEG含 量的增加有所下降,但可以满足服用性能的要求;以N一b一PEG嵌段共聚物纤维的抗 静电性能具有永久性,经过洗涤后纤维的体积比电阻反而有所降低,共混纤维 pAN/PAN一b一PEG的抗静电性能和耐洗涤性能都较差。 本论文首次采用四针状氧化锌晶须(Zn0W)为导电微粒,将其共混入聚丙烯睛纺 丝原液中,制备了PAN/Znow抗静电纤维。研究结果表明,氧化锌晶须的尺寸及其 分散状态对体系的抗静电性能、力学性能产生很大的影响;确定了采用粒径为5 pm 的氧化锌晶须作为抗静电剂制备PAN/ Znow。研究了PAN/Zn伽纤维的体积比电阻与 Znow含量之间的关系,发现它随Znow含量的增加逐渐下降并趋于稳定。分析了Zn伽 抗静电纤维的导电机理,发现体系中除立体导电网络外,在外电场作用下,还存在 晶须针尖电荷集中以及隧道效应。


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