芳纶浆粕溶液的方法
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用LiCl/极性溶剂制备芳纶浆粕 纤维溶液
所需试剂
• 间位芳纶浆粕由山东某企业提供，重均分 子量约为10万，长度平均为1～3mm。 LiCl· H2O，分析纯；DMAc(N，N-二甲基乙 酰胺)，分析纯；DMF(N，N-二甲基甲酰胺)， 分析纯。丙酮
Fra Baidu bibliotek解方法及机理
• 溶解方法：定量LiCl· H2O溶解于DMAc中制成一定浓度的溶液，再加 入经过预处理(丙酮抽提4h)的芳纶浆粕，在一定温度和机械摇震下浆 粕完全溶解。 • 溶解机理：DMAc与LiCl形成(DMAcLi)+大阳离子，使Li与Cl原子之间 的电荷分布发生变化，Cl-带有更多的负电荷，从而增强了Cl-进攻芳 纶分子链上酰胺基上H的能力，形成氢键结合的环状络合物而破坏芳 纶结晶区网格，最终迫使芳纶大分子链分离而溶解
水份
• 随含水率增加溶解性能下降。当浆粕含水 率超过30%时，浆粕发生相分离而析出白 色絮状物。故可将水作为浆粕溶液的相分 离剂。其中相分离的形成是因为DMAc分子 分别与水分子及芳纶分子链酰胺基团键合 的竞争过程中，水分子中OH-更易与 (DMAcLi)+离子结合而破坏(DMAcLi)+与芳 纶分子链的结合所致。 • 临界含水率受氯化锂浓度影响，氯化锂浓 度5%时临界含水率最大。
LiCl浓度
• 添加LiCl于DMAc中可增大极性体系的溶解能力。随着LiCl 浓度增加溶解性能增强。LiCl浓度超过5%时，溶解性能增 强趋势趋于平缓。 • 此外，LiCl浓度对浆粕溶液临界含水率的影响中，临界含 水率随着LiCl浓度增大而先升后降，其中LiCl浓度为5%时 的溶液临界含水量最大，即体系容水量强，溶液稳定性好。 • 临界含水率先升后降是因为，前阶段中提高LiCl浓度可使 (DMAcLi)+离子与芳纶高分子结合力更加牢固，溶液容水 能力增强；LiCl浓度过大，DMAc浓度则相对减小，其溶 剂化总量不足以维持浆粕大分子与DMAc分子之间的结合， 容易被水分子破坏而相应减小体系对水分的容纳能力，此 时溶液稳定性随之下降。 • 综上所述：LiCl浓度最佳值在5%。
溶解温度
• 随着溶解温度升高，溶解性增强。溶解温度大于110℃时， 溶解变化速率趋于平缓。 • 由于浆粕极性分子溶解是放热过程，属于热力学自发反应， 即吉布斯自由能△Gm＜0，升高温度对溶解是有利的。然 而溶解温度太高，将导致体系中NH2含量增加而导致溶液 颜色加深，甚至引起芳纶大分子降解 • 因而合适的溶解温度在80～110℃。
浆粕浓度
• 随着浆粕浓度增大而延长，溶解性能下降。浓度超过5% 后，溶解时间大幅延长。 • 这是因为稀溶液中单个大分子链线团孤立存在或者存在一 定交叠，浆粕分子链易于被溶剂化。而较浓体系中的浆粕 分子链之间发生聚集和缠结，对溶剂化作用产生了阻碍。 • 浆粕浓度超过10%时，溶解变得困难而形成凝胶状悬浮物。
主要影响因素
• • • • • • 1.预处理 2.LiCl浓度 3.水份 4.溶解温度 5.浓度 6.浆粕浓度
预处理
• 表面预处理是为了除去浆粕在制造过程中带来的残余油剂对其溶解性 能的影响，而增加溶解性能。 • 萃取后纤维表面能均明显高于原纤维, 表面张力的提高主要是因为极 性分量的增加, 芳纶经丙酮萃取后, 极性分量增加了26 %。 • 复合材料中, 为形成良好的界面结合, 常要求纤维有较低的表面能, 从 而使其表面容易被树脂润湿, 而纤维的表面能的升高显然不利于树脂 的浸润
所需试剂
• 间位芳纶浆粕由山东某企业提供，重均分 子量约为10万，长度平均为1～3mm。 LiCl· H2O，分析纯；DMAc(N，N-二甲基乙 酰胺)，分析纯；DMF(N，N-二甲基甲酰胺)， 分析纯。丙酮
Fra Baidu bibliotek解方法及机理
• 溶解方法：定量LiCl· H2O溶解于DMAc中制成一定浓度的溶液，再加 入经过预处理(丙酮抽提4h)的芳纶浆粕，在一定温度和机械摇震下浆 粕完全溶解。 • 溶解机理：DMAc与LiCl形成(DMAcLi)+大阳离子，使Li与Cl原子之间 的电荷分布发生变化，Cl-带有更多的负电荷，从而增强了Cl-进攻芳 纶分子链上酰胺基上H的能力，形成氢键结合的环状络合物而破坏芳 纶结晶区网格，最终迫使芳纶大分子链分离而溶解
水份
• 随含水率增加溶解性能下降。当浆粕含水 率超过30%时，浆粕发生相分离而析出白 色絮状物。故可将水作为浆粕溶液的相分 离剂。其中相分离的形成是因为DMAc分子 分别与水分子及芳纶分子链酰胺基团键合 的竞争过程中，水分子中OH-更易与 (DMAcLi)+离子结合而破坏(DMAcLi)+与芳 纶分子链的结合所致。 • 临界含水率受氯化锂浓度影响，氯化锂浓 度5%时临界含水率最大。
LiCl浓度
• 添加LiCl于DMAc中可增大极性体系的溶解能力。随着LiCl 浓度增加溶解性能增强。LiCl浓度超过5%时，溶解性能增 强趋势趋于平缓。 • 此外，LiCl浓度对浆粕溶液临界含水率的影响中，临界含 水率随着LiCl浓度增大而先升后降，其中LiCl浓度为5%时 的溶液临界含水量最大，即体系容水量强，溶液稳定性好。 • 临界含水率先升后降是因为，前阶段中提高LiCl浓度可使 (DMAcLi)+离子与芳纶高分子结合力更加牢固，溶液容水 能力增强；LiCl浓度过大，DMAc浓度则相对减小，其溶 剂化总量不足以维持浆粕大分子与DMAc分子之间的结合， 容易被水分子破坏而相应减小体系对水分的容纳能力，此 时溶液稳定性随之下降。 • 综上所述：LiCl浓度最佳值在5%。
溶解温度
• 随着溶解温度升高，溶解性增强。溶解温度大于110℃时， 溶解变化速率趋于平缓。 • 由于浆粕极性分子溶解是放热过程，属于热力学自发反应， 即吉布斯自由能△Gm＜0，升高温度对溶解是有利的。然 而溶解温度太高，将导致体系中NH2含量增加而导致溶液 颜色加深，甚至引起芳纶大分子降解 • 因而合适的溶解温度在80～110℃。
浆粕浓度
• 随着浆粕浓度增大而延长，溶解性能下降。浓度超过5% 后，溶解时间大幅延长。 • 这是因为稀溶液中单个大分子链线团孤立存在或者存在一 定交叠，浆粕分子链易于被溶剂化。而较浓体系中的浆粕 分子链之间发生聚集和缠结，对溶剂化作用产生了阻碍。 • 浆粕浓度超过10%时，溶解变得困难而形成凝胶状悬浮物。
主要影响因素
• • • • • • 1.预处理 2.LiCl浓度 3.水份 4.溶解温度 5.浓度 6.浆粕浓度
预处理
• 表面预处理是为了除去浆粕在制造过程中带来的残余油剂对其溶解性 能的影响，而增加溶解性能。 • 萃取后纤维表面能均明显高于原纤维, 表面张力的提高主要是因为极 性分量的增加, 芳纶经丙酮萃取后, 极性分量增加了26 %。 • 复合材料中, 为形成良好的界面结合, 常要求纤维有较低的表面能, 从 而使其表面容易被树脂润湿, 而纤维的表面能的升高显然不利于树脂 的浸润