离子液体接枝尼龙6的制备及其结构、性能与应用的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郑鑫 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 李景烨 |
| 关键词 | 辐射接枝 PA6 咪唑类离子液体 功能化改性 功能材料 |
| 英文摘要 | 尼龙6(PA6)是一种十分重要的高分子材料,具有良好的耐弱酸弱碱、耐有机溶剂的特性和优异的力学性能及可加工性能,被广泛应用于多孔膜、纤维、工程塑料等众多场合。随着科技的发展,人们对PA6的性能提出了更高的要求。物理共混和化学接枝是实现PA6高性能化的重要手段。其中,化学接枝可以将功能组分以共价键的形式固定在大分子链上,改变了高分子的分子链结构,获得的功能性具有持久、稳定的特点。辐射引发接枝聚合(辐射接枝)是高分子化学接枝的重要方法,具有接枝效率高、实现条件温和、使用范围广等特点。另一方面,离子液体(IL)具有抗菌性、离子导电性、亲疏水性等特性,近年来被广泛应用于聚合物的改性。本文选用阴离子结构不同的咪唑类IL:1-乙烯基-3-丁基咪唑氯盐IL(Cl)和1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐IL(TFSI)对PA6进行改性,系统研究了所用离子液体与PA6的相容性;通过辐射接枝的方法进一步将IL(Cl)接枝到PA6分子链上,得到PA6-g-IL(Cl),并对其结构与性能进行了详细研究;最后,分别探索了PA6-g-IL(Cl)作为多孔膜材料、纤维材料及聚偏氟乙烯(PVDF)/PA6共混物的增容剂的应用。论文的具体研究内容如下:(1)PA6/IL共混物的结构与性能研究通过熔融加工制备了PA6与不同阴离子结构IL的共混物。SEM和DSC结果表明,PA6分别与IL(Cl)及IL(TFSI)表现出良好的相容性。通过FTIR图谱证实了IL的阴、阳离子分别与PA6酰胺基团上的N-H和C=O相互作用。这种相互作用对共混体系的热行为、动态流变行为均产生了显著影响。不同的阴离子结构的IL对PA6基体性能的影响也不相同。其中,PA6/IL(Cl)共混体系的力学性能、抗静电性能、亲水性都得到了显著提高。(2)IL(Cl)接枝PA6的制备及其性能研究通过辐射接枝的方法成功地制备了IL(Cl)接枝的PA6(PA6-g-IL(Cl))。其中,咪唑阳离子被接枝在PA6无定形区的分子链上,XPS结果证实了IL(Cl)接枝在与酰胺基团的N直接相连的-CH2-上;阴离子为自由状态,故PA6-g-IL(Cl)仍表现出一定的抗静电性能。TEM和SEM结果表明,IL(Cl)的接枝在PA6基体中形成了纳米尺寸的离子簇,但没有引起进一步的相分离。PA6-g-IL(Cl)表现出与PA6完全不同的热行为、流变行为及力学性能。接枝实现了对IL(Cl)及其功能性的固定,同时也实现了对PA6分子链水平的设计与改性。(3)PA6-g-IL(Cl)多孔膜的制备及其性能研究研究了PA6-g-IL(Cl)作为多孔膜材料的性能,结果表明,PA6-g-IL(Cl)具有改善的溶解性和亲水性。通过浸没沉淀相转化的方法可以得到PA6-g-IL(Cl)的多孔膜。SEM结果表明,IL(Cl)的接枝对多孔膜微观形貌有显著影响。利用压汞测试对多孔膜的孔径、孔隙率等进行了表征,结果显示,在相同制膜条件下,PA6-g-IL(Cl)的接枝率越高,其多孔膜孔径越小,孔隙率越大。此外,与PA6多孔膜相比,PA6-g-IL(Cl)(2%-50K)多孔膜的孔径较小,但纯水通量较高,同时Cr(VI)的吸附量也有大幅提高。(4)PA6-g-IL(Cl)纤维的制备及其性能研究通过溶液静电纺丝和熔融纺丝的方法分别制备了不同形貌的PA6-g-IL(Cl)纤维。SEM结果表明,IL(Cl)的接枝对纤维的形貌产生了较大的影响。随离子液体接枝率的增加,纤维直径变大。接枝率较高的情况下,两种手段制备的纤维都表现出一定的抗静电性能。此外,对于PA6-g-IL(Cl)(4%-50K)样品来说,两种纺丝手段制备的纤维均表现出优异的持久抗菌性。这对于纤维的实际应用具有十分重要的意义。(5)PA6-g-IL(Cl)对PVDF/PA6共混物的增容研究使用PA6-g-IL(Cl)对PVDF/PA6共混体系的进行增容,结果表明PA6-g-IL(Cl)的加入使得PVDF/PA6共混体系的微观形貌发生了显著变化,同时力学性能也有一定程度的提高。其中,5 wt%的E-8%-50K的加入使得PVDF/PA6=60/40体系的微观形貌从海-岛结构转变为双连续结构,且赋予了共混体系较好的抗静电性能。该工作对于制备新型增容剂及高性能的PA6合金提供了新的策略。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 187 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31283]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑鑫. 离子液体接枝尼龙6的制备及其结构、性能与应用的研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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