本文選題：聚對苯二甲酸丙二醇酯　切入點(diǎn)：縮聚反應(yīng)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：聚對苯二甲酸丙二醇酯,Polytrimethylene terephthalate,簡稱為 PTT,是一種大容量的半結(jié)晶的熱塑性的聚酯類材料。PTT的高分子鏈具有其獨(dú)特的螺旋狀結(jié)構(gòu),使之表現(xiàn)出固有的彈性,以及良好的加工性能。PTT既有聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維(PET)的韌性、強(qiáng)度和耐熱性,又有聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纖維的加工優(yōu)勢,而且由PTT為主體材料制成的纖維,不僅有比PET纖維和PBT纖維更高的拉伸回彈率、更低的模量,且兼有尼龍(PA)纖維易加工性、易染色性、蓬松性等的優(yōu)良特性,PTT在合成纖維、紡織、工程塑料等領(lǐng)域有廣闊的市場和應(yīng)用前景。高特性黏度PTT樹脂的合成技術(shù)主要被美國的杜邦和殼牌兩家公司所壟斷,而且國內(nèi)PTT合成和生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟,得到的PTT產(chǎn)品的特性黏度不高,PTT國產(chǎn)工業(yè)化生產(chǎn)面臨巨大挑戰(zhàn)。本研究工作以對苯二甲酸和1,3-丙二醇為原料,在催化劑的作用下,通過直接酯化縮聚法合成了特性黏度大于0.9 dL/g的PTT樹脂,PTT樹脂的粘均分子量大于5.0×104g/mol,端竣基含量為V[-COOH]=14.16μmol/g。研究了聚合反應(yīng)溫度、聚合反應(yīng)時間、攪拌強(qiáng)度、真空度和投料量/反應(yīng)器體積比對制備高特性黏度PTT樹脂的影響。利用紅外光譜、烏氏黏度計(jì)、熱重分析、偏光顯微鏡等技術(shù)對PTT樹脂進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)與性能的表征。研究結(jié)果表明,縮聚反應(yīng)的溫度對制備高特性黏度的PTT有重要影響,在縮聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度低于260℃時,合成PTT樹脂的特性黏度低于0.9 dL/g,在此溫度范圍內(nèi),高的聚合反應(yīng)溫度有利于獲得較高特性黏度的PTT樹脂;當(dāng)聚合反應(yīng)的溫度高于270℃時,PTT樹脂的特性黏度也低于0.9 dL/g,且隨聚合反應(yīng)溫度的升高,PTT樹脂的特性黏度會急劇下降。在本研究體系中,控制合成特性黏度大于0.9 dL/g PTT樹脂的溫度區(qū)間在260-270℃�？s聚反應(yīng)的反應(yīng)時間對制備高特性黏度的PTT有影響,當(dāng)聚合反應(yīng)的反應(yīng)時間小于6 h時,縮聚反應(yīng)的反應(yīng)程度不高,得到的PTT樹脂特性黏度低于0.9 dL/g,若反應(yīng)時間太長,聚合物的降解及其它的副反應(yīng)速率會逐漸加強(qiáng),導(dǎo)致產(chǎn)物特性黏度的下降。控制聚合反應(yīng)時間為6 h,得到PTT樹脂的特性黏度大于0.9 dL/g。攪拌速率、攪拌方式、真空度、投料量/反應(yīng)器體積比都會影響小分子副產(chǎn)物從聚合反應(yīng)體系中的排出,通過改變攪拌方式,增加攪拌速率和提高體系真空度,將有利于合成特性黏度大于0.9 dL/g的PTT樹脂。熱重分析表明,PTT樹脂具有良好的熱穩(wěn)定性,特性黏度在0.5043-1.0643 dL/g的PTT樹脂,其熱失重5%時的溫度在360-374℃范圍內(nèi),降解速率最大時的溫度在398-405℃范圍內(nèi),PTT樹脂的分子量對其熱穩(wěn)定性能的影響不明顯。采用偏光顯微鏡研究了合成PTT樹脂的結(jié)晶行為,PTT樹脂結(jié)晶主要是形成球晶,在偏光顯微鏡下觀察可以看到呈現(xiàn)黑十字消光的現(xiàn)象,在190℃和210℃,PTT等溫結(jié)晶速率分別是0.3567 μm/s和0.0370μm/s,在較高溫度下等溫結(jié)晶,其形成的球晶中會出現(xiàn)間距均勻的環(huán)帶。在非等溫結(jié)晶的過程中,當(dāng)降溫速率較小時,在球晶中心就會出現(xiàn)環(huán)帶現(xiàn)象,而且降溫速率越快,生成球晶的尺寸越小。小試實(shí)驗(yàn)是工業(yè)上放大工藝研究的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)纖維級PTT的工藝研究,我們甄選了合適的放大方法,在實(shí)驗(yàn)室小試成功合成高特性黏度的PTT樹脂基礎(chǔ)上,采用逐級經(jīng)驗(yàn)放大法,不斷改變投料量和反應(yīng)器體積的放大倍數(shù),通過適當(dāng)調(diào)整聚合反應(yīng)條件,分別在0.5 L、1.0 L、2.0 L、3.0 L和5.0 L的反應(yīng)器中,成功制備了特性黏度大于0.9 dL/g的PTT樹脂。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在逐級放大實(shí)驗(yàn)過程中,需要適當(dāng)調(diào)整催化劑的用量和投料量/反應(yīng)器體積比,降低投料量/反應(yīng)器體積比有利于制備高特性黏度PTT樹脂。放大研究過程中優(yōu)化縮聚反應(yīng)時間為5 h,投料量/反應(yīng)器的體積比最高為0.8668 kg/L。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ325

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1654494