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长余辉高分子复合材料,由于它的节能、环保、可持续使用等特性,是稀土高分子复合材料方面的主要研究课题之一。长余辉自发光材料是一类吸收了光能并储存起来,光激发停止后再把储存的能量以光的形式慢慢释放出来的节能环保发光材料,可用于低度应急照明、指示标识和装饰美化。本文首先采用了原位聚合的方法制备了稀土发光聚酰胺6(PA6),并对合成的稀土发光PA6进行了系列的性能表征及研究。
首先,以原位聚合的方法制备了稀土发光PA6。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发光PA6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发光PA6。
分子量测定结果表明在原位聚合过程中,在同样反应条件下,荧光粉对PA6的分子量有一定影响,粉体含量5%时,分子量增大,而含量超过10%时,分子量有所下降。通过与共混样品相比,由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。随着荧光粉的加入,稀土发光PA6的热失重温度略有升高。且随着含量的增加,复合材料的荧光强度增大。同时发现原位聚合制备的荧光粉/PA6复合材料中,荧光粉在PA6中有良好的分散性。
其次研究了稀土发光PA6的结晶动力学。通过差示扫描量热仪对结晶结构进行探讨,发现在升温过程,随着荧光粉的加入,PA6存在γ晶型且结晶度增大,但在降温和再升温过程,随着荧光粉的加入,PA6的结晶度却呈下降趋势。初步推测,荧光粉的加入使得PA6的品型发生了转变。通过差示扫描量热仪、热台偏光显微镜、光学解偏振对结晶动力学进行研究发现,荧光粉对PA6的结晶有成核剂作用,PA6的结晶速率增大。Jeziorny法和Mo法都可以很好分析稀土发光PA6的非等温结晶动力学。
同时初步进行了稀土发光PA6的反应动力学研究。通过改变不同的工艺条件,如荧光粉加入时机、投放比、出料时间等制备不同的样品,研究荧光粉对聚合反应的影响。在本实验范围内,改变聚合时间发现,随着聚合时间的增长,纯PA6的分子量随反应时间的变化规律呈线性,单体转化率随反应时间的延续变化较小,遵循逐步聚合反应机理。但加入荧光粉后,在同样的反应条件下,转化率和分子量都减小,说明荧光粉的加入对PA6的聚合反应不利。改变荧光粉的加入时机,发现不同的荧光粉加入时机对聚合反应也有一定影响,特别是对已内酰胺单体开环反应影响最大,所以荧光粉的最佳投入时机为单体充分开环后,且反应体系温度刚升至聚合温度(255℃)时。改变不同的荧光粉加入量,发现加入荧光粉后,样品的分子量较纯PA6有明显下降,当荧光粉加入量为3%时,聚合效果最好,样品分子量最大。而当荧光粉加入量超过3%后,样品粘均分子量会随着荧光粉加入量的提高而降低。
最后,进行了稀土发光PA6的低聚物萃取动力学研究,发现萃取主要发生在前一个小时内,随时间的延长,速率越来越慢,不同PA6试样在1小时以后的萃取速率基本相同。