高分子量聚己二酰丁二胺的合成工艺及性能研究

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聚己二酰丁二胺(PA46)是一种性能优异的工程塑料,它具有优良的力学性能和热性能,是现代先进高分子材料之一。为了打破DSM公司对其的垄断,对我国的聚酰胺46的工业化进行初步探索,本文对聚酰胺46的合成工艺作了详细的研究,以期可以合成高分子量的聚酰胺46。本课题的研究内容是以1,4-丁二胺和1,6-己二酸为原料合成聚酰胺46。合成过程分为三步:(1)以丁二胺和己二酸为原料在溶剂中合成聚酰胺46盐;(2)以生成的聚酰胺46盐为原料,进行预聚合;(3)将预聚物破碎成颗粒,进行固相后聚合。试验过程包括在试管中的小试和在反应釜中的放大试验。系统的研究了聚酰胺46合成过程中,原料配比、反应温度、反应压力、反应时间等反应条件对反应过程及产物的影响,探索出一条聚酰胺46的最佳合成工艺。通过傅里叶红外吸收光谱(FT-IR)、核磁共振谱(1H-NMR)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)、X射线衍射法(XRD)等手段对产物结构和热性能进行了表征。最佳合成工艺条件如下:(1)在成盐过程中,以乙醇为溶剂,原料中丁二胺的过量比例为4mol.%的条件下,得到质量浓度为1%的盐溶液的pH为7.3。(2)用合成的聚酰胺46盐在190℃、1Mpa下反应5.5h,其中加入3mol.%的胺来补充反应过程中损失的胺,升温过程采用阶梯式升温。(3)将预聚物破碎成小颗粒,在270℃下反应8h。在此条件下,合成的聚酰胺46最大粘均分子量达到3.8×104。对聚酰胺46样品进行表征,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振谱(1H-NMR)表明成功的合成出了聚酰胺46。X射线衍射法(XRD)测试表明,聚酰胺46聚合物符合尼龙典型的三斜晶系(α晶型)结构。利用差示扫描量热测试(DSC)得到聚酰胺46的熔点在290~295℃,最高相对结晶度达到48.3%。通过热重分析测试(TG)表明聚酰胺46的初始分解温度为390℃,在450℃时的分解速率最大,说明聚酰胺46是一种性能优异的耐高温材料。
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