堿法水解聚丙烯腈的吸濕發(fā)熱性研究.pdf

1、吸濕發(fā)熱纖維是積極產(chǎn)熱式保暖材料，用其制成的衣物具有優(yōu)異的保暖效果，能夠滿足人們對(duì)服用舒適性的要求。國(guó)外尤其日本研究領(lǐng)先，而目前國(guó)內(nèi)吸濕發(fā)熱纖維研究較少。本課題針對(duì)聚丙烯腈纖維吸濕性差的服用性能缺陷，通過化學(xué)改性方式，設(shè)計(jì)了開發(fā)流程，探究了吸濕性與發(fā)熱性的關(guān)系，開展吸濕發(fā)熱聚丙烯腈的前期研究，進(jìn)而為工業(yè)化制備進(jìn)行初步探索，尋找可能的生產(chǎn)途徑。
　　本課題采用氫氧化鈉水溶液對(duì)聚丙烯腈粉末進(jìn)行水解改性，使活潑性氰基水解為羧基、酰胺基等

2、親水基團(tuán)，從而提高聚丙烯腈的吸濕性。聚丙烯腈堿法水解反應(yīng)中，以水解產(chǎn)物的吸濕率為試驗(yàn)指標(biāo)設(shè)計(jì)四因素四水平正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)各水解條件對(duì)水解產(chǎn)物吸濕性影響主次順序?yàn)?堿溶液濃度＞水解時(shí)間＞粉堿比＞水解溫度。最終確定最優(yōu)水解工藝條件為:水解時(shí)間為3h、水解溫度為110℃、粉堿比為1∶1.0、堿濃度為8％。水解產(chǎn)物紅外光譜分析表明，聚丙烯腈中的氰基經(jīng)堿法水解后生成羧基和酰胺基;元素分析表明，經(jīng)不同水解反應(yīng)得到的水解產(chǎn)物，羧基產(chǎn)率不同，當(dāng)羧基產(chǎn)

3、率較高時(shí)，水解產(chǎn)物的吸濕性也較強(qiáng)。
　　堿法水解后的聚丙烯腈大分子鏈上含有大量的羧基等親水基團(tuán)，在吸濕過程中易流失，因此需要形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)以減少流失。本課題采用熱交聯(lián)的方法，對(duì)用鹽酸處理后的含H型羧基的水解產(chǎn)物(PAN-H)進(jìn)行在不同溫度、時(shí)間條件下的交聯(lián)反應(yīng)，得到交聯(lián)產(chǎn)物(CPAN-H)。對(duì)CPAN-H進(jìn)行吸濕性測(cè)試，表明PAN-H隨著熱交聯(lián)溫度的升高，羧基發(fā)生交聯(lián)程度增大，吸濕性大幅降低。對(duì)熱交聯(lián)前后的PAN-H和CPAN-H進(jìn)

4、行羧基滴定測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨熱交聯(lián)溫度升高和交聯(lián)時(shí)間延長(zhǎng)，剩余羧基含量越少，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的羧基量越多。實(shí)驗(yàn)表明，在交聯(lián)溫度為140℃，交聯(lián)時(shí)間為40min時(shí)，得到的交聯(lián)產(chǎn)物能形成適中的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有一定保水性能。
　　進(jìn)而，從提高交聯(lián)產(chǎn)物（CPAN-H）的吸濕性出發(fā)，本課題采用氫氧化鈉水溶液對(duì)CPAN-H進(jìn)行羧基鹽型還原處理，得到羧基鹽型還原處理后的交聯(lián)產(chǎn)物CPAN-Na。吸濕性測(cè)試表明，經(jīng)羧基鹽型還原處理后的交聯(lián)產(chǎn)物吸濕性大幅

5、提高。同時(shí)，從CPAN-H和CPAN-Na的吸放濕性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在吸濕和放濕過程中吸濕率的變化趨勢(shì)均呈先快后慢的狀態(tài)。
　　本課題分別對(duì)正交實(shí)驗(yàn)中水解產(chǎn)物、CPAN-H和CPAN-Na進(jìn)行積分熱測(cè)試，表明吸濕積分熱與試樣吸濕性有關(guān)，吸濕性強(qiáng)的試樣其吸濕積分熱也較大。同時(shí)，材料的吸濕發(fā)熱與吸濕過程相對(duì)應(yīng)，呈先快后慢的趨勢(shì)。采用吸濕等溫線法測(cè)試吸濕微分熱，實(shí)驗(yàn)表明，材料的吸濕微分熱與親水基團(tuán)種類和數(shù)量有關(guān)。在含有離子型親水基團(tuán)和強(qiáng)極性