丙烯腈-衣康酸基纳米纤维纱线的热稳定及碳化研究

碳纳米纤维主要以聚丙烯腈(PAN)作为前驱体,通过纺丝、热稳定、碳化等后处理工艺制备而得。但是,PAN基纳米纤维取向度低、致密性差,热稳定后环化度低,碳化后导电性差等缺点阻碍其在高性能碳纳米纤维领域的发展。因此,在PAN分子链中引入衣康酸(IA),通过溶液聚合法合成了P(AN-co-IA)共聚物并通过静电纺丝法制备了P(AN-co-IA)基纳米纤维纱线。研究了纱线中纳米纤维的取向度、致密性以及在热稳定后的环化反应程度。重点研究了P(AN-co-IA)基碳纳米纤维纱线的线电阻、微观结构与碳化温度的关系。用扫描电子显微镜(SEM)对纱线进行形貌表征。用X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶显微红外仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(Raman)对纱线进行结构分析。结果表明,P(AN-co-IA)基原丝纱线的结构较致密,取向度较高。热稳定后的P(AN-co-IA)基纳米纤维的环化度高于PAN基纳米纤维。当碳化温度升至1100℃时,P(AN-co-IA)基碳纳米纤维纱线的线电阻明显降低至14Ω/cm。当碳化温度继续升高至1400℃,纱线的线电阻没有明显变化,但通过Raman光谱分析其无序碳结构会大幅增加。本文的研究结果为制备高取向性、高致密性和高电导性的碳纳米纤维纱线提供了一定的理论及实验基础。     

静电喷雾结合热压处理制备荷负电PVA-SA/PAN纳米纤维基复合滤膜及其纳滤性能研究

以静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为多孔支撑层,以亲水材料聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)为亲水表层材料,通过静电喷雾技术将亲水表层材料沉积在纳米纤维多孔基膜表面,然后将表层PVA-SA纳米串珠层通过水蒸气加湿辅助热压成膜处理在PAN基膜上软化压延形成完整的致密薄膜,最后经过戊二醛交联制备PVA-SA/PAN纳米纤维基复合滤膜.通过对加湿时间、热压温度、热压时间以及PVA-SA静电喷雾时间等成膜工艺条件和交联条件进行优化制备出结构完整的PVA-SA/PAN纳米纤维基复合滤膜.所制备的复合滤膜荷负电,它对阴离子染料具有较好的过滤效果:在0.6 MPa的操作压力下对100 mg/kg的固绿染料的渗透通量为57.1 L/(m~2h),截留率为96.8%.     

衣康酸对聚丙烯腈原丝结构和性能的影响

控制单体配比 ,采用丙烯腈 (AN)与衣康酸 (IA)自由基溶液共聚 ,以偶氮二异丁腈为引发剂在溶剂二甲基亚砜中合成了聚丙烯腈原丝纺丝溶液 ,并纺制了碳纤维前驱体聚丙烯腈原丝 .通过元素分析、IR、DSC、13 C NMR等手段 ,讨论了共聚单体IA对共聚反应及聚丙烯腈原丝结构和性能的影响 .共聚反应时 ,共聚单体IA的加入量控制在AN/IA =98/2 (W/W )较合适 .利用IR谱 ,可定量分析IA在共聚中的摩尔分数 .经13 C NMR分析 ,随着共聚单体IR在共聚物中的摩尔分数的增加 ,共聚物的全同规整度增加 ,达到一定值后又呈下降趋势 .共聚单体IA能在较低温度时引发聚丙烯腈原丝的氧化、环化放热反应 ,且能减缓放热效应 .     

用磷酸盐预处理制备PAN基活性中空炭纤维

用不同浓度的(NH4)2HPO4溶液和不同浸渍时间处理过的聚丙烯腈(PAN)基中空纤维在空气中270℃预氧化，并在N2气氛下于700℃炭化，随后用CO2气体在800℃活化，测定了PAN基活性中空炭纤维对肌酐、VB12和胆红素的吸附量．考察了(NH4)2HPO4的浓度和浸渍时间对PAN基活性中空炭纤维性能的影响．通过（NH4)2HPO4的预处理可以有效地提高PAN基活性中空炭纤维的活化收率，改善PAN基活性中空炭纤维的吸附性能．     

NiSO_4改性对聚丙烯腈原丝及其碳纤维结构与性能的影响

碳纤维具有高比强度、高比模量、导电、耐热、自润滑等优异的综合性能,在纤维增强复合材料中得到了广泛的应用.可制备碳纤维的前驱体有人造丝、沥青、聚丙烯腈纤维、木质素、聚乙烯纤维、聚苯并噻唑(PBO)纤维等.但大多数高强碳纤维目前仍然是由聚丙烯腈纤维制备的,同时,许多工作都集中在更进一步提高碳纤维的机械性能.特别是在我国, 碳纤维质量与某些发达国家相比,还有较大的差距,急需解决的问题就是如何尽快研制出高力学性能的碳纤维.采用氨基硅氧烷、脂肪族羧酸[1]、CuCl[2]、KMnO 4[3]、CoCl2[4]等有机或无机化学试剂对聚丙烯腈原丝进行化学处理, 以改进最终碳纤维的结构与性能是一种有效的方法.国内在这方面的研究还很少.文献[1 ～4]中所采用的方法都是利用商业聚丙烯腈原丝在碳化前进行洗油、浸渍、洗涤烘干处理 ,增加了碳纤维制备的工序,同时,原丝损伤较大,在连续生产中难以适用.我们在原丝连续制备的同时采用NiSO4溶液浸渍处理聚丙烯腈纤维,本文主要研究了采用NiSO4浸渍改性后聚丙烯腈原丝及其碳纤维的结构与性能.研究表明,采用NiSO4在线浸渍改性聚丙烯腈原丝,生产工艺简单,且能有效地改进最终碳纤维的结构与性能.     

同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜研究

利用二维编织技术将聚丙烯腈(PAN)纤维编织成中空编织管,以聚丙烯腈为成膜聚合物,以聚乙二醇为成孔剂,配制铸膜液,采用同心圆纺丝法制备同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜.研究结果表明,所得同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜的表面分离层具有类似于非对称膜的结构,铸膜液可渗入编织管纤维束中;随着编织管编织节距的增大,同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜表面分离层厚度减小,同时膜的平均孔径增大,膜的纯水通量随之增大;铸膜液渗入编织管纤维束的现象未影响膜的通透性能;编织管的断裂强度最大可达100 MPa以上.通过水浴振荡、超声波水浴振荡及等力拉伸3种方法测试了同质编织管增强型中空纤维膜和异质编织管增强型中空纤维膜中编织管与表面分离层之间的界面结合性能,结果表明前者的界面结合性能优于后者.     

聚丙烯腈纤维的预氧化过程的研究

本文通过差热分析、热机械行为、红外光谱、自由基浓度和模量的变化等实验,对采用均聚和共聚的两种聚丙烯腈原丝在氧化过程中出现的现象进行分析,可以看出均聚纤维的自由基反应引发环化较为明显,但由于存在水解反应,因此也存在离子型反应引发环化,而共聚纤维似以离子型引发为主。     

同轴静电纺丝再经两步后处理制备PAN基中空碳纤维

采用聚丙烯腈(PAN)溶液作为壳层,甲基硅油作为芯层,利用同轴静电纺丝技术制备出外径为3μm的同轴PAN复合纤维,经过预氧化和炭化后可以制得直径约为1μm的中空碳纤维.采用扫描电镜(SEM)观察中空纤维形貌.傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)表征了热处理前后纤维成分变化.分析了同轴射流结构、芯液/壳液流速比Vin/Vout对中空结构的影响.研究表明,同轴内针尖伸出外针尖的距离Zp是影响同轴射流形成的主要因素,伸出长度Zp约为外针孔半径rout的1/2时得到同轴射流,Zp>0.7rout时从冠状锥体周围产生许多射流,不能在锥顶部形成同轴射流.芯液/壳液流速比Vin/Vout对中空结构的形成有较大影响,当Vin/Vout=0.5时得到多孔纤维,增大芯液流速,当Vin/Vout=1时得到中空纤维,继续增大Vin/Vout=2时得不到同轴射流.     

用在位X-射线衍射技术对PAN纤维的动态热解特征和环化动力学的研究

本文用在位X-射线衍射技术研究了PAN(聚丙烯腈)纤维的预氧化过程。由广角测得不同温度下试样随热解时间而变化的一系列的解析谱图中计算出样品的结晶度、微晶尺寸、晶面间距和芳构化指数,并对这些参数随实验条件变化的瞬间情况给予了解释。同时,还描述了PAN纤维在预氧化过程中的环化动力学行为。求解了各温度下的环化反应速率和活化参数。     

高平均分子量聚丙烯腈的制备、性能和应用

介绍了高平均分子量聚丙烯腈的主要制备方法，如混合溶剂自由基聚合、水相悬浮聚合、反相浮液聚合、离子聚合、紫外光辐射聚合等。还根据高平均分子量聚丙烯腈的性能探讨了其在高性能碳纤维前驱体聚丙烯腈原丝和高强高模中空纤维过滤膜方面的应用。     

丙烯腈与衣康酸在DMSO/H_2O中的聚合及聚合物性能表征

采用丙烯腈 (AN)与衣康酸 (IA)为共聚单体 ,以偶氮二异丁腈为引发剂在混合介质二甲基亚砜 水(DMSO H2 O)中自由基沉淀共聚合 ,合成了高分子量的聚丙烯腈 .通过正交设计方法研究了聚合反应条件 ,如反应温度、单体浓度、混合介质DMSO H2 O配比等对聚合反应的转化率的影响 ,还重点探讨了混合介质DMSO H2 O配比对转化率和粘均分子量的影响 .采用DSC ,TG ,IR等手段研究了PAN均聚物及 (PAN co IA)的结构与性能 .研究结果表明 ,增加反应温度 ,降低单体浓度 ,降低喂料AN IA配比中IA的含量 ,均有利于提高聚合反应的转化率 .AN与IA共聚反应的转化率随着反应介质中DMSO含量的增加而降低 ,同时聚合物的粘均分子量也降低 .对于喂料AN IA配比中IA含量相同的P(AN co IA)共聚物 ,高分子量P(AN co IA)共聚物比常规低分子量的放热峰起始温度低 ,放热峰宽     

分子端基效应对聚(L-乳酸)球晶环带结构形成的影响

通过活性正离子开环聚合的方法,以苯甲醇或月桂胺引发L-丙交酯聚合合成了一系列分子量可控的聚(L-乳酸)(PLLA).研究发现,端基刚、柔性的变化,改变了PLLA环带球晶的生成条件和环带周期结构,因此可以通过改变端基的结构来调控PLLA所形成的环带结构.分子量相近而端基不同的PLLA,在相同温度下结晶时,刚性引发剂苯甲醇...     

Low Temperature Preparation of Titania Coated PAN Fiber and Its Photocatalytical Property

Titania thin film was deposited successfully on polyacrylonitrile (PAN) fiber by the sol‐gel process with the assistance of tetraethyl silicate (TEOS) at low temperature. It was found that the densification and crystallization of the film was a result of the post‐treatment in boiling water because of the hydrolysis of the Si‐O‐Ti bonds and dissolution of the silica component formed in the film. XRD patterns revealed the existence of anatase phase in the continuous titania layer. The product, titania coated polyacrylonitrile fiber (TiO₂/PAN), showed a high photocatalytic property and good repetition on the photodegradation of methylene blue (MB). The proposed method is expected to be used for the preparation of novel photo‐catalysts based on thermally sensitive substrates.     

分子量分布对等规聚丙烯卷绕丝织构形成的影响

本文研究了分子量分布对聚丙烯卷绕丝结构和性能的影响。结果表明,聚丙烯树脂中的高分子量尾端对卷绕丝的结构有明显影响。在通常的纺丝条件下,用控制降解的聚丙烯树脂纺得的卷绕丝具有低取向的次晶结构;而在相同的粘均分子量和纺丝条件下,高分子量尾端的存在使聚丙烯易于在纺丝线上生成结晶性较高的α-晶型,卷绕丝的取向也随高分子量尾端而显著增大。高分子量尾端对卷绕丝结构的影响,导致卷绕丝牵伸性能和成品纤维力学性能变差。     

聚全氟乙丙烯中空纤维膜研究

以聚全氟乙丙烯(FEP)为成膜聚合物,复合无机粒子为成孔剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为稀释剂,采用熔融纺丝工艺制备得到FEP中空纤维膜.分析和讨论了不同成膜体系对FEP中空纤维膜热性能、动态力学性能和力学性能的影响,并对膜的纯水通量和孔径分布进行表征.用扫描电子显微镜(SEM)观察了膜的横断面和表面形貌.结果表明,所得FEP中空纤维膜为由溶出微孔和界面微孔组成的海绵状孔结构.随着成孔剂含量的增加,成孔剂在成膜体系中分散程度变差,容易发生团聚,最终导致膜孔径变大,孔径分布变宽.成孔剂和稀释剂对FEP中空纤维膜的热性能和动态力学性能影响较小.当FEP含量增加到70 wt％时,膜表面容易形成一层致密层,降低了膜的通透性.     

填充液压力对聚醚砜中空纤维膜微结构和性能的影响

研究了聚醚砜／二甲基亚砜(PEs／DMS0)体系中填充液压力的变化对PES中空纤维结构及性能的影响。结果表明,随着填充液压力的增大,中空纤维膜的水通量增大,轴向取向度下降。为纺制具有合适性能的中空纤维膜提供参考。     

The base-catalyzed transformation of polyacrylonitrile

In an effort to produce high-molecular-weight, linear ladder polymer by linking the nitrile groups within the molecule of polyacrylonitrile, polyacrylonitrile homopolymers were heat treated in N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide solutions, in the presence of tertiary alkylamine catalysts. The products were soluble in formic acid, had relatively low molecular weight, and could be cast into brittle films. The infrared spectra indicated that the polymerization of the nitrile groups is initiated by a self-initiation mechanism based on the active methine groups in polyacrylonitrile, as proposed by Grassie and Hay, and that the reaction is complicated by molecular weight degradation via reverse Michael addition, as proposed by Hamada and Takahashi. The inherent viscosities of the products increase with increasing catalyst concentration, and further increases can be achieved by the addition of anionic chain coinitiators of phenolic nature. Density measurements indicated that the ladder structures undergo rearrangement into a more stereoregular form after formation, and that some aromatization occurs when the reaction is carried out in the presence of air.     

Application of SiO2 hollow fibers for sorptive microextraction and gas chromatography–mass spectrometry determination of organochlorine pesticides in herbal matrices

A method involving simultaneous extraction and sample clean-up procedure: hollow fiber sorptive microextraction, coupled with gas chromatography–mass spectrometric detection for quantification of seven organochlorine pesticides in Radix et Rhizoma Rhei is described. SiO₂ hollow fiber with porous structure was synthesized for the first time. The internal diameter of SiO₂ hollow fiber is 380 μm and average wall thickness is 100 μm. Aggregated SiO₂ particles deposited on the surface of the hollow fiber in a regular array lead to porous structure. SiO₂ hollow fiber was applied to the determination of organochlorine pesticides in Radix et Rhizoma Rhei to avoid sample clean-up and minimize the matrix effects. Extraction solvent, extraction temperature and equilibration time were optimized. Fiber to fiber repeatability over the concentration ranges were less than 10%. Recoveries were satisfactory (between 63% and 115%) for most of organochlorine pesticides at spiking levels. Furthermore, the proposed method was also applied to determine seven organochlorine pesticides in 43 commercial Radix et Rhizoma Rhei samples, in which the selected pesticides were found in eight samples. The results have been further confirmed by solvent extraction methods according to China Pharmacopoeia (2005).