1. 研究目的与意义
芳纶是一种大分子主链上由芳香环和酰胺键构成的新型高科技有机合成纤维,具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐磨性和耐酸碱性好等优点。美国贸易联合会定义:至少有85%的酰胺链(-conh-)直接与苯环相连接的为芳纶,命名为aramidfibers。芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维,它的出现可追溯到20世纪60年代,为了增强尼龙的耐热性,而导入芳香环形成的芳香族聚酰胺。目前,芳纶作为新型非金属材料应用非常广泛,包括航空、航天、建筑、文体用品等各个领域。
芳纶主要有邻、间、对三种,而邻位芳纶无商业价值,其他两种均已实现工业化生产。间位芳纶主要包括聚间苯二甲酰间苯二胺(mpia)及其共聚纤维,主要用于电器绝缘纸、阻燃织物、耐温材料、防辐射结构板、飞行器承力结构材料、烟尘过滤袋等。对位芳纶主要包括聚对苯二甲酰对苯二胺(ppta)、聚对苯甲酰胺及其共聚纤维等,主要用于橡胶增强制品、防弹织物、复合结构和线缆材料、隔热隔音、防辐射结构板等。
对位芳纶是目前世界上耐高温材料中发展最快的一种高性能合成纤维。在化纤史上,ppta是继锦纶之后又一里程碑式的发明,是世界上首例用高分子液晶纺丝新技术制得的纤维,其超高强度、高模量和耐高温性能具有划时代的意义,大大拓展了纤维的应用领域,开创了高性能合成纤维新时代
2. 国内外研究现状分析
芳香族聚酰胺纤维最早开发于20世纪60年代初,而在1966年,S.L.Kwolek就发明了对位芳纶液晶纺丝新技术,1972年,美国杜邦公司实现了PPTA纤维的工业化生产。该发明是世界上第一种采用干喷湿纺法生产出来的纤维,对于高分子液晶纺丝技术具有重要理论指导意义,它具有高强度、高模量、耐高温等优异的性能,大大扩大了合成纤维的应用领域,开创了高性能纤维的新时代。在这之间,荷兰阿苏克、日本帝人、前苏联、德国、英国等国家的一些企业和研究所也进行了PPTA纤维工业化研究,但所取得的成功并不理想。
我国对芳纶纤维的研发始于20世纪70年代,中科院、清华大学、中国纺织大学、上海纺织科研所、中国石化燕山石化公司、晨光研究院等先后进行芳香族聚酰胺纤维的研制并取得了小试的成功。从分析国外样品的力学性能、纤维结构及化学组成入手,逐步进展到PPTA聚合和纺丝技术的研究。在80年代初成功研制出了两种纤维产品芳纶1414(I型)与(II型)。但由于资金短缺,我国当时整体工业水平低,生产PPTA需求的耐蚀性设备及高纯度单体均不能达到要求,因此未能在上世纪实现PPTA的工业化生产。而在2011年,我国命名的芳纶1414首先由泰和新材发布实现对位芳纶产业化生产,在中国实现了芳纶从实验室到商业化生产的飞跃。对于我国来说,芳纶起步较晚,但在研发人员的不断努力下,芳纶的产业化也呈现蓬勃发展的趋势。相比间位芳纶而言,我国对位芳纶的发展还处于薄弱环节,产量明显较低。21世纪初,我国对位芳纶迎来了一个新的开发热潮,并在工程化方面取得了重大突破。
3. 研究的基本内容与计划
1、在相同处理条件下,测其比浓度粘度,从而得到黏均相对分子质量和黏均聚合度,并比较不同分子量芳纶的性能。
2、研究烷基化、烷氧基化合成工艺:选定溶剂为dmso,催化剂为na条件下确定最优原料配比及催化剂用量。
3、研究乙氧基化反应工艺条件:溶剂为dmso,催化剂为na,芳纶均定量条件下研究环氧乙烷用量对乙氧基化产物溶解性的影响,确定最适宜的eo数。
4. 研究创新点
本文芳纶粉末来源于芳纶生产中的不合格的低分子量芳纶,其最终是通过焚烧处理,会造成资源浪费,并且污染环境。本课题变废为宝,对其进行接枝改性,不但增加了经济效益,同时减少污染。
