通氮气法脱挥合成尼龙69及其热分析的实验研究

论文摘要

尼龙具有良好的强韧耐磨、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀、耐油等特性,广泛被应用于机械、电子电器、汽车、信息、航空航天等重要领域,因而一直居于五大工程塑料之首。目前生产尼龙的单体大都源自石油副产品,而石油又是一种不可再生资源,因而寻找可再生资源来生产尼龙单体有十分重要的意义。用乌桕生产生物柴油的过程中会有副产物壬二酸生成,而壬二酸是一种重要的有机合成原料,也是一种重要的尼龙单体。乌桕是我国特有的经济树种,是可再生资源,因此以生产生物柴油的副产物壬二酸为单体之一来合成尼龙,不仅可以实现生物柴油的梯级利用,而且为生产尼龙单体找到了一条可再生来源。本文的研究工作包括三个方面:尼龙69的合成,尼龙69结晶动力学的研究以及尼龙69热降解动力学的研究。主要相关内容及研究结果如下:（1）以壬二酸和已实现大量工业化生产的1,6-己二胺为单体,采用先合成尼龙69盐、然后在自建通氮气脱挥的合成装置中熔融缩聚的方法合成了尼龙69。用DSC方法得到其熔点为213.17℃,乌氏粘度计测得尼龙69的相对粘度为1.63。（2）通过DSC方法对尼龙69的等温及非等温结晶动力学进行了研究。等温结晶温度Tc分别设定为200、202、204、206、208℃,结果发现,随着温度的提高,完成结晶的总时间延长,即等温结晶速率降低;研究还发现,Avrami方程能够成功地用于尼龙69等温结晶过程研究,确定Avrami指数为2或3,说明尼龙69等温结晶成核为二次成核,晶核形成后进一步沿二维盘状生长;研究得到尼龙69的等温结晶活化能ΔE=-114.72kJ/mol。非等温结晶的降温速率分别为5、10、20、25℃/min,并分别用Jeziorny法和莫志深等人的新方法对非等温结晶过程进行了表征,Jeziorny法发现尼龙69的非等温结晶过程比等温结晶更复杂,新方法发现在单位结晶时间内,为了得到较高的相对结晶度,需要较高的冷却速率;由Kissinger方法得到尼龙69非等温结晶活化能ΔE= -146.95kJ/mol。（3）利用TG-DTG法研究了在N2条件下尼龙69在升温速率Φ=10、20、30、40℃/min时的热降解过程,发现尼龙69的热降解为一步反应;由Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法得到尼龙69的热降解活化能分别为210.33kJ/mol和232.12 kJ/mol,并将其与Coats-Redfern法得到的活化能值相比较,确定了尼龙69的热降解反应遵从R2和R3机理,即减速类型中的圆柱形对称或球形对称的相界反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.1.1 尼龙发展史
• 1.1.2 市场需求及生产状况
• 1.1.3 尼龙的应用
• 1.2 尼龙的结构与性能研究现状
• 1.2.1 结构
• 1.2.2 结晶形态
• 1.2.3 结晶动力学
• 1.2.4 熔融行为
• 1.3 立题背景及研究内容
• 1.3.1 立题背景
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 创新点
• 第二章 常见单体及尼龙的主要合成方法
• 2.1 几种单体
• 2.1.1 己二酸
• 2.1.2 己二胺
• 2.1.3 己内酰胺
• 2.1.4 壬二酸
• 2.1.5 癸二酸
• 2.1.6 1,12-十二烷二酸
• 2.1.7 12-氨基十二酸、十二内酰胺
• 2.1.8 十三烷二酸
• 2.1.9 11-氨基十一酸
• 2.1.10 1,4-二氨基丁烷
• 2.2 尼龙的合成方法
• 2.2.1 水解聚合
• 2.2.2 离子聚合
• 2.2.3 固相聚合
• 2.2.4 其他合成方法
• 第三章 尼龙69 的合成
• 3.1 实验仪器和试剂
• 3.2 尼龙69 盐的合成
• 3.2.1 原理
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 尼龙69 盐的红外图谱
• 3.3 尼龙69 的合成
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 尼龙69 的红外图谱
• 3.4 熔点和结晶温度的确定
• 3.5 相对粘度的测定
• 3.5.1 溶剂的选择
• 3.5.2 尼龙69 相对粘度的测量
• 第四章 尼龙69 结晶动力学的实验研究
• 4.1 结晶动力学理论
• 4.1.1 等温结晶动力学理论
• 4.1.2 非等温结晶动力学理论
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 等温结晶动力学
• 4.3.2 非等温结晶动力学
• 第五章 尼龙69 热降解动力学的实验研究
• 5.1 理论部分
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 样品及仪器
• 5.2.2 实验步骤
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 热降解过程
• 5.3.2 升温速率对热降解温度的影响
• 5.3.3 热降解反应动力学
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录