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试议共聚物无规共聚物表面活性剂的合成及其结构对导电纤维性能的影响毕业论文

摘要:根据无规共聚物表面活性剂分子结构的两亲性特性,通过制约单体原料种类、用量及配比、合成条件,可从制备亲水链段和疏水链段含量不同的系列两亲共聚物。通过分子设计及结构制约,使得制备的聚合物具有高分子表面活性剂的几点性质,主要表现在降低溶液表面张力及在水溶液中的聚集行为这两方面。本工作主要采取含有疏水基和亲水基的烯类单体共聚,通过引入活性基和分子量制约,使得合成共聚物在较高分子量时仍可从在溶液中体现出较高的表面活性和其他溶液性质。合成的阳离子无规共聚物表面活性剂可作为聚吡咯/天然纤维导电纤维的掺杂剂来提升导电纤维的导电性,这是因为其分子链上具有氨基阳离子基团,按照电荷转移机理进行掺杂,以吡咯环中吸引出电子,适当地抑制聚吡咯不规则链的产生,得到电导率高的导电纤维;同时阳离子无规共聚物表面活性剂在水溶液中形成的不同聚集体微胶束和天然纤维可作为聚吡咯的软模板,通过对胶束结构和纤维表面性能的制约,形成不同微结构的聚吡咯/天然纤维复合导电纤维;阳离子无规共聚物表面活性剂的长链结构使其能固定掺杂在聚吡咯/天然纤维复合导电纤维中,进而改进导电纤维的力学性能和稳定性。另外,阳离子无规共聚物表面活性剂具有良好的分散意义,可缓解聚吡咯/天然纤维复合导电纤维的絮聚不足。本课题的主要探讨如下:1.本论文从苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)作为亲油单体,从甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)和丙烯酰胺(AM)作为亲水单体,通过自由基溶液共聚合法成功制备了两系列阳离子无规共聚物表面活性剂(CPSD和CPSDA),通过分子设计及结构制约,使它们具有较高的表面活性。探讨表明,亲水基团的种类和含量对CPSD和CPSDA共聚物的结构极为溶液性能,包括溶液的表面张力、增比黏度、聚集行为及溶液稳态流变性能存在明显影响。红外光谱(FTIR)分析表明CPSD共聚物系统中疏水基团苯环的含量随着DMAM用量增多而逐渐降低,CPSDA共聚物分子链上的酰胺基-CONH2基团含量随着AM用量增多而增加,这结果与经由GPC测得的分子量计算得到的CPSD和CPSDA分子链上疏水基团和亲水基团个数变化走势相符。由于受到两亲大分子在溶液中自组装聚集行为的影响,CPSD和CPSDA共聚物溶液的增比黏度随着浓度变化呈现复杂的曲线联系。由无规共聚物溶液的表面张力极为在溶液表面吸附参数计算结果可知,CPSD和CPSDA共聚物都具有较高的表面活性,由于分子链上的疏水链段(-C_4H_9链段和苯环)太短,其疏水吸附层厚度较小,使得溶液的表面张力只能降低至约40mN.m~(-1)。采取稳态荧光技术、聚集体胶束粒径测试及透射电镜技术对CPSD和CPSDA共聚物在水溶液中的聚集行为进行探讨。结果表明,随着DMAM用量增多,CPSD共聚物的临界聚集浓度(cac)逐渐增大;随着AM用量增多,CPSDA共聚物的cac逐渐增大。CPSD和CPSDA共聚物聚集体胶束的粒径主要分布在两个范围内:粒径较小的聚集体胶束主要分布在20~30nm处,而粒径较大的聚集体胶束主要分布在150~200nm处。在较小粒径范围内的聚集体胶束是CPSD和CPSDA共聚物高分子链在溶液中聚集形成的分子内和/或分子间聚集体单核胶束;而在较大粒径范围内的聚集体胶束是CPSD和CPSDA共聚物高分子在溶液中聚集形成的分子内和/或分子间聚集体多核胶束。CPSD和CPSDA共聚物形成的聚集体胶束主要为球形胶束。稳态流变测试表明,在剪切速率为0.001~0.1s~(-1)范围内,CPSD和CPSDA共聚物溶液的黏度随剪切速率增大而降低,呈现剪切变稀现象;当剪切速率为0.1~100s~(-1)范围内,溶液的黏度不再随剪切速率增大而变化,呈现牛顿流体行为;随着亲水单体用量增多,在低剪切速率范围内,CPSD和CPSDA共聚物溶液的黏度逐渐增大。2.本论文从苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)作为亲油单体,从2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰胺(AM)作为亲水单体,通过自由基溶液共聚合法成功制备了两系列阴离子无规共聚物表面活性剂(APSA和APSAA),通过分子设计及结构制约,使它们具有较高的表面活性。探讨表明,亲水基团的种类和含量对APSA和APSAA共聚物的结构极为溶液性能,包括溶液的表面张力、增比黏度、聚集行为及溶液稳态流变性能存在明显影响。FTIR

聚物形成的聚集体胶束主要为球形胶束。稳态流变测试表明,在剪切速率为0.001~0.1s~(-1)范围内,CPSD和CPSDA共聚物溶液的黏度随剪切速率增大而降低,呈现剪切变稀现象;当剪切速率为0.1~100s~(-1)范围内,溶液的黏度不再随剪切速率增大而变化,呈现牛顿流体行为;随着亲水单体用量增多,在低剪切速率范围内,CPSD和CPSDA共聚物溶液的黏

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