甲基丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸β羥乙酯共聚吸附功能纖維研究.pdf

1、本文以多種甲基丙烯酸酯類物質(zhì)為單體，采用懸浮聚合法合成了相應(yīng)的聚合物，對聚合物的結(jié)構(gòu)與性能進行了研究。采用溶液紡絲法及凍膠紡絲法將紡絲可紡性較佳的甲基丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸β羥乙酯(BMA/HEMA)共聚物紡制成對甲苯、三氯乙烯及三氯甲烷等低分子有機物液體(以下簡稱有機液體)具有吸附功能的纖維材料，同時還采用熔融共混法制備了BMA/HEMA共聚物與低密度聚乙烯(LDPE)共混吸附功能纖維，對吸附功能纖維結(jié)構(gòu)與性能進行了系統(tǒng)研究與表征。

2、
　　 首先，采用懸浮聚合法合成了甲基丙烯酸酯系聚合物，研究了單體精制過程對聚合物性能的影響。結(jié)果表明，與工業(yè)級甲基丙烯酸十二酯(LMA)單體相比，經(jīng)6wt％和8wt％堿液精制后LMA單體的純度有了明顯提高，由其合成均聚物對有機液體煤油、甲苯及三氯乙烯的飽和吸附量(6.85g/g、6.77g/g、12.66g/g)較工業(yè)級單體合成均聚物(1.79g/g、2.28g/g、2.56g/g)均有較大提高，特別是經(jīng)8wt％堿液精制的單體

3、，由其合成的均聚物對甲苯的飽和吸附量(6.77g/g)甚至接近于由化學(xué)純單體合成均聚物的飽和吸附量(6.97g/g)。
　　 分析了聚合體系組分對聚合物吸附性能的影響，結(jié)果表明，與LMA均聚物相比，BMA/LMA共聚物對煤油的吸附量大大降低，對甲苯和三氯乙烯的吸附量增大，而BMA/LMA/HEMA共聚物對煤油、甲苯和三氯乙烯的吸附量均有所下降；化學(xué)交聯(lián)型BMA/DVB(二乙烯基苯)共聚物的吸附量隨時間變化較小，而物理交聯(lián)型BMA

4、/HEMA共聚物其吸附量隨時間變化更為明顯，單體投料比中物理交聯(lián)劑HEMA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響B(tài)MA/HEMA共聚物的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進而影響共聚物的吸附性能；與LMA均聚物相比，短側(cè)鏈BMA結(jié)構(gòu)單元被引入大分子主鏈后，BMA/LMA共聚物的交聯(lián)結(jié)構(gòu)完善程度減弱，與BMA/LMA共聚物相比，HEMA結(jié)構(gòu)單元被引入大分子主鏈后，BMA/LMA/HEMA共聚物大分子間物理交聯(lián)點數(shù)目增多，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)完善程度提高，交聯(lián)密度增大，而與BMA/HEMA共

5、聚物相比，長側(cè)鏈LMA結(jié)構(gòu)單元的引入，進一步完善了BMA/LMA/HEMA共聚物的物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
　　 借助FTIR和13C-NMR對BMA/HEMA共聚物的分子結(jié)構(gòu)進行了研究，結(jié)果表明，BMA/HEMA共聚物大分子間未形成化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，但共聚物大分子間及大分子內(nèi)存在氫鍵作用，有利于物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成。研究有機液體與BMA/HEMA共聚物相互作用的結(jié)果表明，被吸附后的有機液體三氯乙烯具有與本體三氯乙烯不同的熱力學(xué)性質(zhì)，BMA/H

6、EMA共聚物與有機液體三氯乙烯間存在弱的氫鍵結(jié)合作用，有利于共聚物對三氯乙烯的吸附。
　　 在對甲基丙烯酸酯系聚合物結(jié)構(gòu)、性能及紡絲可紡性研究基礎(chǔ)上，采用溶液紡絲法在柱塞式紡絲機中制備了BMA/HEMA共聚吸附功能纖維，并對其結(jié)構(gòu)與性能進行了分析。結(jié)果表明，單體投料比中HEMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對BMA/HEMA共聚物的溶脹及流動行為有較大影響，單體投料比中HEMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10wt％時，制得的吸附功能纖維表面光滑平整，缺陷少；單體投料

7、比中HEMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響吸附功能纖維吸附、儲存有機液體能力的重要因素；拉伸有利于吸附功能纖維的取向和結(jié)晶，可以顯著改善吸附功能纖維的力學(xué)性能；吸附功能纖維的結(jié)晶能力隨單體投料比中HEMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減弱。
　　 采用凍膠紡絲技術(shù)用雙螺桿紡絲機制備了對有機液體具有吸附功能的BMA/HEMA共聚物纖維，對其結(jié)構(gòu)及性能進行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，吸附功能纖維難以與乙醇及水進行溶劑化過程，幾乎不能吸附乙醇與水，但可以大量吸附甲苯、三

8、氯乙烯及三氯甲烷等有機液體，對甲苯、三氯乙烯及三氯甲烷的最大吸附量分別可達10g/g、21g/g、21g/g左右；隨單體投料比中HEMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，吸附功能纖維表面變得越來越粗糙且表面出現(xiàn)較多的孔洞和缺陷，特別是當(dāng)單體投料比中HEMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到15wt％時，吸附功能纖維表面呈枯樹皮狀，其斷面變得粗糙紊亂，出現(xiàn)許多尺寸不均的孔洞；吸附功能纖維吸附有機液體而發(fā)生溶脹的過程不是由擴散過程控制的，而是由聚合物網(wǎng)絡(luò)中無定型區(qū)的應(yīng)力松弛控制的；

9、吸附功能纖維與有機液體相互作用參數(shù)x1的大小順序為：x1(纖維-甲苯)>x1(纖維-三氯乙烯)>x1(纖維-三氯甲烷)，且三者均小于0.5，故吸附功能纖維對三氯甲烷具有較強的吸收能力，其次為三氯乙烯及甲苯；交聯(lián)點間平均相對分子質(zhì)量Mc及有效交聯(lián)密度與被測有機液體有關(guān)，有機液體不同，交聯(lián)點間平均相對分子質(zhì)量Mc及有效交聯(lián)密度Ve不同。
　　 采用熔融共混法制備了BMA/HEMA共聚物與LDPE共混吸附功能纖維，對其結(jié)構(gòu)與性能進行了

10、研究。結(jié)果表明，吸附功能纖維吸附有機液體的過程中不存在毛細(xì)管凝聚作用及微孔填充作用，吸附過程是有機液體溶解于聚合物骨架中的過程；LDPE質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，所得吸附功能纖維具有不同的形貌特征，與LDPE共混可以有效改善BMA/HEMA共聚物的紡絲可紡性；準(zhǔn)二級動力學(xué)模型雖然可以較準(zhǔn)確預(yù)測BMA/HEMA共聚吸附功能纖維及共混吸附功能纖維吸附有機液體的過程，但BMA/HEMA共聚物與LDPE共混后，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型預(yù)測吸附功能纖維吸附有機液體過