PET聚酯中齐聚物表征及控制方法研究

论文摘要

聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是一种性能优良的聚合物,作为合成纤维以外,它的应用进一步拓展到各类容器、包装材料、薄膜、胶片、工程塑料等领域。近年来,随着聚酯高速纺丝及纺丝细旦化的发展,以及双向拉伸薄膜生产的不断扩大,对聚酯质量的要求不断提高。齐聚物是聚酯聚合过程及降解过程中生成的聚合度为2到10的副产物,齐聚物的存在对PET的纺丝成形、双向拉伸成膜等均会带来一定的不良影响,从而引起了众多生产厂家及研究单位的关注。本课题建立了超声萃取法作为聚酯齐聚物含量的定性分析方法,为快速定性判断聚酯齐聚物含量的范围提供了依据,并采用索氏萃取法作为聚酯中齐聚物的定量分析方法,通过对影响萃取效果的因素进行研究确定齐聚物完全提取的终点,并以此来计算聚酯中的齐聚物含量。通过薄层色谱法结合色谱柱法分离齐聚物;采用核磁共振谱法、热重分析法对齐聚物结构和性能进行表征。结果显示萃取的齐聚物是线性齐聚物和环状齐聚物的混合体,与文献结论一致。课题采用PTA路线进行PET聚合实验,从聚合工艺角度研究了控制和降低齐聚物生成的方法。采用正交试验法定性分析了在聚合过程中聚合时间、聚合温度、催化剂及稳定剂的选择及用量对聚酯产物中齐聚物含量的影响,并进一步试验分析主要聚合工艺的控制以达到降低聚合产品中齐聚物含量的目的。研究发现在聚合过程中,在保证聚合度的前提下适当减缓反应进程,采用较温和的聚合条件有利于降低产物中的齐聚物含量。课题分析了不同齐聚物含量聚酯的结晶性能,通过齐聚物与聚酯的共混物结晶热力学分析和动力学分析发现齐聚物在聚酯结晶成核和晶粒生长方面都有影响。选择不同齐聚物含量的聚酯进行了拉膜和纺丝实验,研究齐聚物对聚酯后加工性能的影响。发现齐聚物在拉膜过程中会导致高破膜率,影响薄膜产量和质量,在纺丝过程中齐聚物容易导致组件压力上升、喷丝板堵塞、断头飞丝等情况,可纺性受到影响。课题通过在生产线上采样,研究了从熔体输送工艺角度控制和降低齐聚物生成的方法探索。通过对螺杆转速、温度的调整考察熔体输送过程中齐聚物含量的变化。发现熔体输送过程中齐聚物的增加是热降解、热氧化降解和力学降解共同作用的结果。为降低辊面齐聚物对薄膜生产的影响研究了BOPET辊面齐聚物的溶解性能。通过近10种有机溶剂比较,发现四氢呋喃能够快速溶解齐聚物并具有较高挥发性能,适合作为生产中祛除辊上齐聚物的优良易挥发溶剂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 PET聚酯的发展现状
• 1.1.1 PET聚酯的生产现状及未来预测
• 1.1.2 PET聚酯的应用领域与前景分析
• 1.2 PET聚酯的合成方法及添加体系
• 1.2.1 PET聚酯的合成
• 1.2.2 PET聚酯合成的催化剂
• 1.2.3 PET聚酯合成的稳定剂
• 1.3 PET聚酯中齐聚物及其形成机理
• 1.3.1 聚酯齐聚物的结构组成
• 1.3.2 环状齐聚物的形成机理
• 1.4 PET聚酯中齐聚物对其加工成型的影响
• 1.4.1 齐聚物对纺丝及纤维染色的影响
• 1.4.2 齐聚物对双向拉伸成膜的影响
• 1.4.3 齐聚物对瓶用和片材的影响
• 1.5 聚酯中齐聚物问题的研究现状
• 1.5.1 齐聚物的提取方法
• 1.5.2 齐聚物的分离方法
• 1.5.3 齐聚物性能的研究方法
• 1.5.4 目前解决齐聚物问题的主要途径
• 1.6 本论文的意义和研究内容
• 1.6.1 本论文工作的意义
• 1.6.2 本论文的研究内容
• 第二章 聚酯中齐聚物提取、分离及表征
• 引言
• 一、超声萃取法聚酯齐聚物定性分析研究
• 1.1 试样及试剂
• 1.2 实验设备
• 1.3 实验方法
• 1.3.1 实验原理
• 1.3.2 实验因素与水平的确定
• 1.3.3 提取工艺的优化
• 1.3.4 聚酯齐聚物含量测定
• 1.4 结果与讨论
• 1.4.1 实验结果
• 1.4.2 直接观察
• 1.4.3 计算分析
• 1.5 结论
• 二、索氏萃取法聚酯齐聚物定量分析研究
• 2.1 实验试样及试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 齐聚物提取方法
• 2.2.2 齐聚物的分离
• 2.2.3 齐聚物的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 萃取终点的确定
• 2.3.2 齐聚物的分离
• 2.3.3 齐聚物的表征
• 2.4 结论
• 第三章 齐聚物对 PET聚酯结晶性能影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 基本理论与分析方法
• 3.2.1 结晶热力学参数计算依据
• 3.2.2 AVRAMI方程
• 3.2.3 AVRAMI方程在非等温结晶动力学研究上的改进
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 原料与试样制备
• 3.3.2 实验设备
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 热力学分析
• 3.4.2 非等温结晶动力学研究
• 3.5 结论
• 第四章 聚合工艺对 PET齐聚物生成的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试样与试剂
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 正交实验结果分析
• 4.3.2 缩聚温度对齐聚物含量的影响
• 4.3.3 催化剂添加量对聚酯齐聚物生成的影响
• 4.3.4 稳定剂对聚酯齐聚物形成的影响
• 4.4 结论
• 第五章 齐聚物对聚酯后加工性能影响的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试样和试剂
• 5.2.2 仪器和设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 齐聚物对聚酯薄膜加工的影响
• 5.3.2 齐聚物对聚酯可纺性的影响
• 5.3.3 螺杆中熔体输送时间对齐聚物生成的影响
• 5.3.4 聚酯熔体管道流动过程中齐聚物的变化
• 5.3.5 螺杆熔融温度对齐聚物的影响
• 5.4 结论
• 第六章 BOPET棍面齐聚物快速溶解剂研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验原料
• 6.2.2 实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 溶度参数确定
• 6.3.2 齐聚物溶解定性测试
• 6.3.3 齐聚物相对溶解度定量测试
• 6.3.4 溶剂挥发性测试
• 6.4 结论
• 全文结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢