稀土荧光尼龙6的制备及其研究

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首先,以原位聚合的方法制备了稀土荧光尼龙6。采用红外光谱、电位化学滴定、乌式粘度计、热失重分析、扫描电镜、光学显微镜、荧光分析对所合成的稀土荧光尼龙6进行结构和性能表征,结果表明,可以用原位聚合的方法制备性能良好的稀土荧光尼龙6。通过红外光谱分析和电位化学滴定可以看出原位聚合制备的复合材料中荧光粉和PA6基体有一定的化学结合,推测荧光粉与PA6基体中的COOH有络合作用。由于通过原位聚合制备的稀土荧光尼龙6切片分子量较低,难以达到某些领域的要求,需要通过固相聚合进一步提高分子量。通过反应温度、反应时间、荧光粉的加入、萃取、预聚体的分子量以及颗粒的大小对固相缩聚的影响。反应温度对固相缩聚的影响很大,在相同的反应时间下,反应温度越高,分子量越高,但是反应温度太高会引起稀土荧光尼龙6的降解,而且切片的粘结现象更严重,因此反应温度应控制在适当的温度之内。荧光粉的加入也对固相缩聚产生了影响,一方面由于在无定型区的荧光粒子阻碍了末端基官能团的运动,另一方面荧光粒子中的Eu2+与羧基络合,使得羧基和氨基的含量不一样,导致反应速率变慢,因此在相同的反应条件下,尼龙6固相缩聚后的分子量要比稀土荧光尼龙6固相缩聚后的分子量高。颗粒越小,反应过程中生成的小分子副产物扩散的速率就越快,在相同反应时间和反应温度下,颗粒越小,分子量越大。采用差示扫描量热法(DSC)对稀土荧光尼龙的等温结晶过程进行了研究。利用Avrami方程对稀土荧光尼龙等温结晶动力学进行研究,对稀土荧光尼龙6等温结晶过程的分析可知尼龙6的结晶速率随着荧光粉含量的增加而增加,这表明荧光粉对尼龙6有较强的异相成核的作用。通过Arrhenius方程求得不同样品的表观结晶活化能,发现表观结晶活化能随着荧光粉含量的增加而增加,这表明荧光粉的加入对尼龙6链段的运动起阻碍作用。由于固相缩聚后样品的分子量变大,分子间的作用力增大,固相缩聚前样品的表观结晶活化能要比固相缩聚后的表观结晶活化能高。采用差示扫描量热法(DSC)对稀土荧光尼龙固相缩聚前后的样品进行了非等温结晶过程和二次熔融行为的研究,用Jeziorny,Ozawa和Mo方法对尼龙6和稀土荧光尼龙6固相缩聚前后进行非等温结晶动力学研究,发现Ozawa方法在分析非等温结晶时,偏差比较大,而Jeziorny方法虽然也有一定的偏差,但能很好的分析主结晶过程。Mo方法能很好地分析非等温结晶的过程。通过分析可知固相缩聚前的结晶速率比固相缩聚后的结晶速率大。荧光粉对尼龙6有异相成核作用,但是荧光粉的存在对尼龙6分子链段起到了阻碍的作用,使得稀土荧光尼龙6的结晶速率比纯的尼龙6低,这与等温结晶的结果不同,说明非等温结晶是一个更为复杂的过程。在分析二次熔融行为的过程中,在相同的降温速率下,发现稀土荧光尼龙6预聚体出现了双峰,而尼龙6预聚体只出现了单峰。而低温熔融峰对应着尼龙6的γ晶型,而高温熔融峰对应着尼龙6的α晶型,说明荧光粉的存在促进了尼龙6的γ晶型的形成。而稀土荧光尼龙6和尼龙6熔融后快速冷却,都主要以γ晶型的为主,说明快的降温速率有利于γ晶型的形成。而且稀土荧光尼龙6的结晶度比尼龙6的结晶度大,这进一步说明荧光粉在尼龙6结晶的过程中起到了成核剂的作用。通过对稀土荧光尼龙6切片的萃取实验,分析了萃取水温度、萃取浴比、搅拌等对萃取效果的影响,采用阿贝折光仪测定了可萃取物浓度随萃取时间的变化。在萃取动力学实验的基础上,根据固—液传质理论,进行了萃取动力学模拟,得到了萃取动力学参数C1与C2及平衡线斜率m与萃取水温度的关系式,C1和C2随着萃取温度的升高而增加,C1和C2的值越大可萃取物的浓度也越大,说明温度对萃取效果的影响很大。
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