论文部分内容阅读
由于具有超高的强度和硬度、较好的化学稳定性、较好的极性物质相容性和低透气性等独特优良的物理、化学性质,聚丙烯腈通常被用作重要的聚合物材料尤其是碳纤维材料的前驱体来使用。制备高质量的碳纤维往往需要首先制备具有超高分子量、合适的分子量分布的聚丙烯腈前驱体。本论文主要介绍了应用RAFT方法合成具有可控分子量、低分子量分布的聚丙烯腈,并成功制备出具有优良结构的丙烯腈、马来酸酐共聚物,最后通过表面引发-RAFT聚合的方法成功地在磁性纳米粒子表面接枝聚丙烯腈,通过同轴高压静电纺丝的方法,制备出一种具有磁性的纳米纤维。主要的研究内容和结果如下：体系一：利用高活性的双头二硫代酯1,4-二(2-(咔唑-9-二硫代碳酸)-异丁酸)苯酯(1,4-[2-(carbazole-9-carbodithioate)-2-methyl-propionic acid] phenyl ester, BCCDP)作为RAFT试剂,用二甲基亚砜(DMSO)作为溶剂,通过RAFT方法制备具有超高分子量、低分子量分布、适当改善等规度的高品质聚丙烯腈,并将之用作静电纺丝的前驱体,通过静电纺丝技术来制备高质量的碳纤维原丝。着重对聚合动力学进行了研究,并研究了丙烯腈前驱体的分子结构参数对静电纺纤维原丝的影响。体系二：采用RAFT聚合方法,成功制备出具有优良结构的丙烯腈、马来酸酐共聚物。系统地研究了该聚合体系的可行性、聚合速率、“活性”／可控特征以及体系中丙烯腈和马来酸酐两种共聚单体的竞聚率,随后,通过示差扫描量热法、热重分析法以及静电纺丝等技术手段,系统地研究了马来酸酐在共聚单体中的组成对聚合物热性能以及可纺性能的影响。首次发现并解释了用丙烯腈、马来酸酐共聚物作为静电纺丝前驱体时得到分叉结构无纺布的现象。体系三：首先用3-胺丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane)对四氧化三铁磁性纳米粒子表面进行表面功能化处理,生成表面具有胺基的包覆层(Fe3O4@SiO2-NH2),然后通过化学键在其表面修饰上RAFT试剂CPDB (Fe3O4@SiO2-CPDB)。随后,通过表面引发RAFT聚合的方法在磁性纳米粒子表面接枝聚丙烯腈,从而得到分散均匀稳定的Fe3O4@SiO2@PAN/DMF纺丝液。最后通过同轴高压静电纺丝的方法,制备出一种具有磁性的纳米纤维材料。通过调整表面接枝聚丙烯腈分子链的长度以及静电纺丝时内外轴的注射速度,可以有效控制磁性纳米纤维毡的饱和磁化强度大小。另外,还采用特制的磁性接受装置使所得到的磁性纳米纤维可以有效地取向。