新型尼龍56纖維的制備和表征.pdf

1、線性聚酰胺俗稱尼龍，是非常重要的工程材料，它模量高、強(qiáng)度和韌性高、熔融溫度高、良好的熱穩(wěn)定性、耐磨損等特有性質(zhì)使其本身或與其他聚合物結(jié)合，應(yīng)用于工程塑料、纖維和薄膜領(lǐng)域。然而，眾所周知，許多常用的聚酰胺比如尼龍6和尼龍66是由石油化學(xué)法生產(chǎn)的。因此，生物衍生化學(xué)品作為環(huán)境友好型材料有巨大的潛能去替代日漸耗盡的化石原料。在尼龍56的合成過(guò)程中，賴氨酸經(jīng)生物工程改造得到1，5-戊二胺，部分或全部使用1，5-戊二胺可以制得生物基尼龍。而且，尼

2、龍56纖維具有高吸水性、良好的耐磨性和機(jī)械性能，有望在紡織行業(yè)替代傳統(tǒng)的尼龍6和尼龍66。然而，目前沒(méi)有這種纖維制備和表征方面的研究報(bào)告。
　　本研究中，我們選用L-賴氨酸經(jīng)脫羧得到1，5-戊二胺，然后與己二酸聚合制得的尼龍56(PA56)顆粒作為研究對(duì)象，這種PA56顆粒具有良好的加工性能，研究了其結(jié)構(gòu)、熱降解的動(dòng)力學(xué)參數(shù)、流變性能和非等溫結(jié)晶行為，為確定紡絲方式及探究?jī)?yōu)化PA56纖維的制備過(guò)程提供理論依據(jù)。通過(guò)熔融紡絲方法已經(jīng)

3、成功紡出了尼龍56(PA56)纖維。評(píng)估了紡絲條件對(duì)結(jié)晶形態(tài)、分子取向、力學(xué)性能、吸濕性、可染性和耐磨性的影響。此外，對(duì)相同條件下制備的PA56纖維和尼龍6纖維的性質(zhì)進(jìn)行了比較。
　　根據(jù)DSC、TGA和MFI測(cè)試結(jié)果，2號(hào)樣品的PA56分子量適中，因其具有優(yōu)異的加工、機(jī)械和熱力學(xué)性能而作為紡絲原料。PA56-2的熔融溫度即熔融峰的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度以及熱降解溫度分別為252.7℃和452.8℃。
　　根據(jù)TGA實(shí)驗(yàn)，PA56

4、的熱降解在氮?dú)夥諊聻橐徊椒磻?yīng)。隨著加熱速率的增加，講解溫度和DTG峰值溫度逐漸升高。通過(guò)Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法研究了PA56的熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明:Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法得到的活化能(E)分別為202.79kJ/mol and207.43kJ/mol。Coats-Red fern法得到的結(jié)果證明PA56的熱降解過(guò)程由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變到相界反應(yīng)(R2)，可能為圓柱對(duì)稱

5、性減速曲線，積分形式為g(α)=1-(1-α)1/2。
　　使用平板流變儀測(cè)試了尼龍56的流變性能。探究了溫度對(duì)儲(chǔ)能模量、損耗模量和復(fù)數(shù)粘度的影響。結(jié)果表明:PA56的復(fù)數(shù)粘度、儲(chǔ)能模量和損耗模量隨溫度的升高而降低。特別注意的是PA56的復(fù)數(shù)粘度幾乎不變，表現(xiàn)出牛頓流體的特性。
　　通過(guò)DSC研究了尼龍56在不同冷卻速率下的非等溫結(jié)晶行為，并用Jeziorny改進(jìn)后的Avrami模型、Ozawa模型以及Avrami-Ozaw

6、a結(jié)合法進(jìn)一步分析其結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明Jeziorny改進(jìn)后的Avrami模型只能描述PA56的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的初始階段。由于Ozawa錯(cuò)誤的理論假設(shè)，該模型不能充分地描述非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。然而，Avrami-Ozawa結(jié)合法能夠很好地描述PA56的非等溫結(jié)晶行為。根據(jù)Kissinger法確定其非等溫結(jié)晶的活動(dòng)能為189.49kJ/mol。
　　為進(jìn)一步闡明研究的概念和客觀性，我們將PA56熔融紡絲并成功制得纖維。DSC測(cè)試結(jié)

7、果表明，雖然隨著牽伸比和溫度的升高融化熱有所升高，但熔融溫度沒(méi)有特別大的變化。這可能是由于存在晶體缺陷和小尺寸晶體所導(dǎo)致。WAXD測(cè)試結(jié)果表明:PA56纖維的結(jié)晶度和晶粒大小與牽伸比及溫度成正比。這可能是由于分子鏈和相鄰晶體以及無(wú)定形區(qū)的微晶從無(wú)規(guī)狀態(tài)變得越來(lái)越緊密。如預(yù)期一樣，取向因子隨牽伸比的增加而增大。隨著牽伸比和溫度的升高，纖維的強(qiáng)度和楊氏模量隨之增大而斷裂伸長(zhǎng)率下降。當(dāng)牽伸比為3.5、牽伸溫度為70/130℃時(shí)，纖維有最大的強(qiáng)

8、度和楊氏模量，分別為2.7cN/dtex and28.4cN/dtex。機(jī)械性能的提高是由于沿纖維軸向分子取向增大使得晶體結(jié)構(gòu)更加有序，結(jié)晶度更高。不同的牽伸比下，PA56纖維相較于PA6纖維表現(xiàn)出了更高的回潮率。這可能由于聚合物骨架上的酰胺基的存在導(dǎo)致，使得PA56纖維的回潮率高于PA6纖維。根據(jù)染浴吸盡率、色彩強(qiáng)度和耐洗性分析PA56纖維的染色性能，發(fā)現(xiàn)PA56纖維與傳統(tǒng)的尼龍6具有相同的染色性。然而，對(duì)于相近的羊毛、尼龍和乙酸纖維