负离子引发丙烯腈沉淀聚合动力学研究
聚丙烯腈作为生产碳纤维最主要的一种前驱体，其结构尤其是构型决定了纺丝液的性质、也决定了最终碳纤维的质量。在制备高等规度聚丙烯腈的众多方法中，负离子引发丙烯腈沉淀聚合有其独特的优势，便于实验室操作。本文选择二丁基镁为主引发剂、三乙基铝作为助引发剂合成了高等规聚丙烯腈，从沉淀聚合的微观过程，即沉淀聚合是初生态沉淀聚集体多体相互作用的叠加过程，结合其宏观沉淀量的增加，通过利用数学中的泰勒展开，建立了该聚合反应的动力学模型，进而推导了其动力学方程，并通过实验验证了理论方程的正确性，说明负离子引发丙烯腈沉淀聚合为对单体的一级反应，对引发剂的一级反应，Rp=k0[M]1.0[I]1.0。
随后，为了弥补均聚物性能的不足，有必要选择负离子引发丙烯腈沉淀聚合的第二单体。本文选择丙烯酸甲酯与丙烯腈进行了共聚，FT-IR中1730cm-1的酯基吸收峰证明MA确实参与了反应，13C-NMR的谱图证明了MA的加入并未显著影响聚合物的立构规整性，而通过K-T法处理元素分析的结果可以计算出负离子引发丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚合的竟聚率为：r1=0.875，r2=1.147，同时r1·r2～1，该体系为理想非恒比共聚。
提高碳纤维质量仅仅从纺丝液中聚合物的结构着手远远不够，原丝生产中的诸多工艺对最终碳纤维的质量也有重要影响。本文针对现有纺丝过程中的关键设备高温高压蒸汽牵伸中存在的问题，进行了系统性分析，并重新设计了设备。蒸汽放生部分可以通过磁力水位器解决无法观测液面的问题，通过增加干度剂解决饱和蒸汽的控制问题，通过设计两段减压阀中间增加滤网的方法解决铁锈问题。蒸汽牵伸部分结合牵伸速率、牵伸倍数以及牵伸时间，设计出了迷宫型的高温高压蒸汽牵伸装置。
聚丙烯腈;反应级数;竞聚率;蒸汽牵伸;沉淀聚合;负离子引发;纺丝液
北京化工大学
硕士
化学
金日光
2010
中文
TQ342.3
56
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）