Результаты эксперимента и их обсуждение

В настоящее время известны несколько механизмов полимеризации поликапроамида (ПКА): гидролитическая, катионная и анионная.

Наибольшее распространение для синтеза поликапроамида получила гидролитическая полимеризация, которая является очень продолжительной. Поэтому с целью уменьшения продолжительности процесса синтеза представляет интерес осуществление полимеризации по катионному механизму (табл.4).

 

Таблица 4

Зависимость свойств ПКА от вида катализатора

Полимер	Продолжительность синтеза, ч	ηотн.	ηуд.	ηпр.	[η]	Мn	Кн
Стандартный*	28	2,48	1,48	2,96	-	22000 (n=195)	0,25
Синтезируемый в присутствии H2O	3	1,09	-	-	-	19200	-
Синтезируемый в присутствии H3PO4	3	2,23	1,23	1,24	0,72	14012	1,003

 

Как видно из табл.4 наиболее перспективным катализатором для синтеза ПКА является фосфорная кислота

Основным преимуществом полимеризации капролактама в присутствии фосфорной кислоты является протекание процесса при нормальном давлении в течение непродолжительного времени (3-4 часа). Наличие фосфорной кислоты, взаимодействующей с конечными аминогруппами макромолекул полиамида, стабилизирует молеку­лярный вес полиамида при последующем его плавлении.

Поэтому в работе синтез поликапроамида проводили в присутствии фосфорной кислоты в течение 3-6 часов.

Таблица 5

Зависимость вязкости растворов от продолжительности полимеризации

Продолжи-тельность полимеризации, ч.	Относительная вязкость	Удель-ная вязкость	Приведен-ная вязкость	Характеристи-ческая вязкость
1	2,78	1,78	1,78	-
2	2,17	1,17	1,17	0,18
3	2,23	1,23	1,24	0,72
4	2,07	1,07	1,07	0,58
5	2,10	1,10	1,23	0,53
6	1,72	0,72	0,72	0,55

 

Как следует из экспериментальных данных (табл.5) с увеличением продолжительности процесса синтеза ПКА относительная вязкость снижается, а характеристическая увеличивается, что приводит к увеличению молекулярной массы полимера (табл.6).

ПКА, полученный по механизму катионной полимеризации, характеризуется низкой молекулярной массой и повышенной константой Хаггинса, что свидетельствует о неполной полимеризации и возможном окислении полимера в присутствии кислорода воздуха.

Результаты исследования образцов ПКА, полученного при различной продолжительности процесса показывают, что при продолжительности синтеза 3 часа происходит более полное превращение мономера в полимер с получением ПКА с молекулярной массой ~ 14000.

 

Таблица 6

Зависимость молекулярной массы и константы Хагинса от продолжительности полимеризации

Продолжительность полимеризации,ч.	Содержание НМС,%	Молекулярная масса	Константа Хагинса
1	21,9	-	-
2	12,3	1769	14,390
3	7,9	14012	1,003
4	8,0	10145	1,337
5	12,4	8867	1,110
6	13,0	9374	0,959

Прочность при межслоевом сдвиге

Продолжительность синтеза, ч	1	2	3	4	5	6
ПТР	6,5	4,8	26,8	18,6	7,6	3,9
Вязкость
Прочность при межслоевом сдвиге, σсдв., МПа	16,3	14,1	17,1	9,7	14,3	14,6

 

Как следует из экспериментальных данных, образец, полученный гидролитической полимеризацией, характеризуется пониженной молекулярной массой и повышенной константой Хаггинса, что свидетельствует о неполной полимеризации и возможном окислении полимера в присутствии кислорода воздуха. В связи с этим рекомендуется провести синтез ПКА в среде инертного газа (азота или аргона) и увеличить продолжительность полимеризации.

Второй образец получали в присутствии фосфорной кислоты. Синтез проводили в течение трех часов. В присутствии небольших количеств этой кислоты капролактам полимеризуется достаточно быстро при нормальном давлении. Получена молекулярная масса 26734, которая приблизительно равна молекулярной массе стандартного поликапроамида. Константа Хаггинса больше стандартной, сто свидетельствует о сшивке ПКА в присутствии кислорода воздуха.

4. Выводы и практические рекомендации

1. Проведен синтез ПКА с использованием в качестве катализатора воды и фосфорной кислоты.

2. ПКА, полученный гидролитической полимеризацией, характеризуется пониженной молекулярной массой и повышенной константой Хаггинса, что свидетельствует о неполной полимеризации и возможном окислении полимера в присутствии кислорода воздуха.

3. Использование в качестве полимеризации катализатора фосфорной кислоты позволяет снизить продолжительность процесса синтеза до 3 часов. При этом молекулярная масса синтезируемого ПКА равна 26734, что соответствует требованиям к полиамидам.

4. Методом ИКС проведено исследование синтезированного ПКА. Установлено, что полученный полимер можно идентифицировать как полиамид-6.

5. Установлена возможность полимеризационного наполнения ПКА ферритом стронция.

Технологическая часть