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2015-12-21
  PET-PBT共聚酯的结晶性能 阅读: 1546
  合成技术及应用研究论文PET-PBT共聚酯的结晶性能戴钓明(仪征化纤股份有限公司产品技术开发中心,江苏仪征211900〉研究表明:共聚酯切片的冷结晶温度(L)及熔融结晶温度(7.)均随PBT链段的引人及含量的增加而降低,第四单体的加人及其分子质量的改变对7;及7的影响不同;结晶动力学研究表明共聚酯的最大结晶速率出现的温度与PCT相比向低温区转移;X衍射结果表明PBT含量的增加使晶体的晶粒尺寸略有增加。 
  聚酯的结晶性能对它们的加工工艺具有特殊的重要性。成纤高聚物的结晶能力和所达到的结晶度对纤维制造过程和成品纤维的性能有非常大的影响。成纤聚合物的结晶能力在很大程度上影响着纤维的物理机械性能,而且在由非晶态结构到晶态结构的转变中有助于取向态的固定。共聚使得高聚物在溶液性质、结晶性质和力学性能(有时甚至在化学性质)方面都与均聚物有很大差异,对于改性共聚酯的结晶性能的研究已有不少报道,但PET -PBT共聚酯结晶性能的报告却不多见。 
  表1共聚酯组成样号PBT含量,%第四单体分子质量四单含量,%1.2实验仪器日本理学公司RIGAKU型X射线衍射仪。 
  1.3性能测试DSC热分析的升温速度为KTC/min,骤冷速度为某一温度下的等温结晶测试方法为:将样品从室温升至260SC,然后以快速降至所要求的某一温度进行等温结晶。通过计算机对结晶峰积分处理,求得不同结晶时间所对应的结晶化程度(一个结晶过程完成定义为100%),然后进行分析处理。 
  X射线衍射测试方法:将试样分别熔融压膜,迅速投入冰水骤冷,将所得薄膜在室温下晾干后,在145T条件下处理25min,然后进行X衍射测试。 
  2实验结果与讨论2.1共聚酯的DSC图谱DSC等温结晶是研究高聚物最为常见的方法,但它对结晶温度范围有一定的限制,且在实际过程中,高聚物通常都处于非等温结晶过程,因此通过-),女,江苏泰兴人,硕士,高级工程师,长期从事聚改性的合成研究。 
  DSC等速升温或降温曲线来研究高聚物的结晶动力学很有必要。共聚酯的DSC谱图见和,由DSC图谱可以得到高聚物热性能的一些参数。 
  冷结晶温度7;是高聚物从冷的玻璃态升温而结晶的现象。当温度高于玻璃化转变温度7时,高聚物的分子运动由链段运动逐渐变为整个分子运动,不能发生相对滑移,仅能出现链段的扩散,这整体运动使分子链互相整齐排列形成三维有序的晶态结构。如果高聚物在熔融后的骤冷过程中已快速结晶,结晶充分且晶相完整,则在DSC升温曲线上将不会出现冷结晶峰,例如PBT的DSC曲线上通常就不出现冷结晶峰。共聚酯消除热历史后的DSC升温曲线中的r.峰能反映共聚酯的冷结晶性能。 
  共聚酯在主链中引入了柔性较大的PBT链段后,在降低'的同时也使共聚酯的结晶温度降低。与常规PET相比共聚酯的r.均向低温区转移,转移程度先随PBT含量的增加而增加,但当PBT含量达到30%时又开始下降,同时冷结晶热焓随PBT含量的增加而出现明显的下降趋势,表2的数据说明了这一点。第四单体分子质量的提高,使共聚酯主链的柔性增大程度加大,因而7;下降加剧,由表3的数据可以说明这一点,同时表中数据还表明第四单体含量的增大表现出与PBT含量增加同样的效果,即使厂出现回升趋势。
   表2不同PBT含置共聚酯的厂及么札表3不同第四单体的共聚酯的样号四单分子质量rc峰值/ 2.1.2共聚酯的熔融焓变聚酯的熔融是吸热过程,是焓变的结果。熔融过程的热效应与聚酯的结晶密切相关。结晶度高的,熔融焓变大,反之,焓变则小。有不少报导根据熔融过程中的热焓变化来判断结晶度的高低及高聚物结晶性能的优劣。A//m =/eA//Q是DSC法测定结晶度的理论根据。是PET链节全部结晶时的摩尔热焓=116.72J/g)是所测高聚物链节部分结晶的摩尔热焓。
  由表4可见随着PBT含量的增加结晶度呈下降趋势,这与由得到的结果一致。 
  表4不同PBT含置共聚酯的熔融焓变样号人,%2.1.3共聚酯的熔融结晶7共聚酯熔体冷却时,随着温度的降低分子运动剧烈程度逐步下降,晶核成核稳定性增加,同时分子链运动尚未冻结,易于向晶核扩散和规整堆砌,高聚物的结晶速度不断增大,直到在7;n.处结晶速度出现最大值,熔体结晶速度主要受成核过程的控制。随着PBT的引人及含量的增大,使共聚酯分子链的柔性增大,但分子链的规整性降低,熔体结晶温度向低温区转移,并随PBT含量的增加,温度下降程度增加。及表4表现出同样的趋势。 
  不同PBT含置共聚酯的7V峰结晶程度同样可以从热焓的变化来看出,同时从表2中还可以看出与冷结晶和熔融热焓同样的结论:随PBT含量的增加,结晶程度下降。第四单体的加人及更大分子质量第四单体的加人使共聚酯的柔性进一步增大,熔体结晶温度进一步向低温区转移,同样的原因,结晶度反而下降。
  综合分析不同PBT组分含量共聚酯的DSC图谱,共聚酯的升温结晶和熔融结晶过程,可以看到当PET链段中接人PBT等组分链段后,由于分子链的柔性增大,整体规整性下降,当PBT组分含量达到一定值,例如25%左右时,如果没有足够的时间,则共聚酯的结晶度有所降低,结晶结构的完整性也有所下降。由此看来,PBT组分的含量也不宜过高,以免影响制成纤维的物理机械性能。 
  2.2共聚酯的等温结晶结晶速度是结晶过程的一个基本物理量。高聚物的结晶过程与小分子类似,也包括晶核的形成和晶粒的生长,结晶速度是二者的总和:G(项,第二项为成核项。 
  高聚物的等温结晶过程可以用Avrami方程来其中x是《时刻的结晶分数,是结晶速率常将方程两边取对数得lg(%))=+ralgi.在某一结晶温度下,以lg(-a;))对lgi作图,可得斜率为截距为Igfc的直线。由方程f1/2 =(b2/it)1/n可求得半结晶周期…2.共聚酯的等温结晶动力学数据见和表5、6.其它共聚酯均具有与1的相类似的图形,并均有很好的线性。PBT柔性链的引人使共聚酯的Avrami指数均比常规PET的数值高,出现明显的均相成核,但第四单体的引人使共聚酯的n值降低,远离均相成核,而趋向于异相成核,第四单体分子质量的增大,使共聚酯重回到均相成核状态。从中还可看出随着PBT链段的引人及PBT含量的增加,共聚酯达到最大结晶速率时的温度向低温区移动,且随PBT含量增大,愈加移向低温区,第四单体的引人与PBT含量增大具有同样的效果。 
  1共聚酯的丨g―盼图表51共聚酯的结晶动力学数据温度表6共聚酯的最小~2时的温度样号温度/V 2.3共聚酯的X衍射分析X衍射可用来研究晶体的结构,不同的晶面出现衍射峰的位置不一样,即晶面的峰位20的值不一样,根据0的值用布拉格方程2d=Sin0可求得晶面距tf,用谢洛公式i=W//3cos0可求得晶粒尺寸t.共聚酯的晶体参数见表7.表7共聚酯的晶粒尺寸样号。
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