【摘要】：水是世界上最豐富、廉價(jià)、安全和環(huán)保的液體介質(zhì)和溶劑。在室溫下,水的密度、介電常數(shù)和離子積分別為1.0 g/cm~3,79.3和10~(-14),許多化學(xué)物質(zhì)在室溫和大氣壓力下不溶于水。水在溫度為100-374℃和壓力0.1-22.1 MPa下處于過(guò)熱狀態(tài),當(dāng)溫度374℃和壓力22.1 MPa時(shí)水處于超臨界狀態(tài)。過(guò)熱水和超臨界水的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、離子產(chǎn)物、粘度、熱容、擴(kuò)散系數(shù)、密度甚至氫鍵結(jié)構(gòu)與常溫水相比有很大的變化,過(guò)熱水或超臨界水可用作溶劑、化學(xué)試劑或催化劑等。聚酰胺(PA,又稱尼龍)是一種重要合成材料,一些脂肪族的聚酰胺可以溶解于過(guò)熱水中,說(shuō)明用過(guò)熱水作為溶劑來(lái)處理加工聚酰胺材料是可行的。聚酰胺6(尼龍6)是生產(chǎn)聚酰胺纖維和塑料的主要品種之一,熔融溫度在225℃左右,然而它能夠熔融并溶解于溫度超過(guò)160℃的過(guò)熱水中;處于溶解狀態(tài)時(shí),尼龍6會(huì)發(fā)生水解,隨著溫度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng),水解作用增強(qiáng);當(dāng)溫度進(jìn)一步升高,水進(jìn)入超臨界狀態(tài)時(shí),尼龍6將分解為單體。我們利用尼龍6與水之間的相互作用特點(diǎn),對(duì)尼龍6薄膜材料(雙向拉伸尼龍6薄膜,簡(jiǎn)稱BOPA)進(jìn)行了100-160℃溫度范圍的水熱處理。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、廣角X射線衍射(WAXD)、傅里葉變換紅外吸收光譜(FT-IR)、差示掃描量熱法(DSC)等表征手段對(duì)不同水熱條件處理后尼龍6薄膜的表面形貌、熔融和結(jié)晶行為進(jìn)行了研究;另外也對(duì)水熱處理后尼龍6薄膜的力學(xué)性能、氣體阻隔性、透光性能等進(jìn)行了測(cè)試,研究了水熱處理對(duì)尼龍6薄膜性能的影響。研究測(cè)試工作得到如下結(jié)果:1、在130-160℃溫度范圍水熱處理后,尼龍6薄膜樣品表面出現(xiàn)明顯的球狀、纖維狀、網(wǎng)狀等具有結(jié)晶形態(tài)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu);相較其他刻蝕方法,水熱溶蝕得到了更加精細(xì)的表面結(jié)構(gòu)。2、不同水熱條件處理前后尼龍6薄膜樣品的晶區(qū)均為典型α晶型,水熱處理未導(dǎo)致α-PA6的晶型轉(zhuǎn)變。3、在140-160℃溫度范圍水熱處理后內(nèi),尼龍6薄膜樣品的熔融溫度會(huì)隨著水熱處理溫度的增加而有明顯升高,處理后薄膜內(nèi)的結(jié)晶更加完善。4、水熱處理后,薄膜樣品初始模量不變,韌性增加,拉伸強(qiáng)度下降;薄膜表面印刷性和復(fù)合性能增加;薄膜透光性和氧氣阻隔性略有下降。綜上所述:過(guò)熱水是尼龍6材料的一種良好的溶蝕劑,它能夠移除或溶解尼龍6材料表面的非晶成分,使尼龍6表面結(jié)晶形態(tài)充分暴露。一定溫度水熱處理后,尼龍6薄膜表面結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化;薄膜內(nèi)部結(jié)晶完善程度明顯提高。受這些變化的影響,薄膜的力學(xué)性能、透明性、透氧性和表面復(fù)合性等也發(fā)生了一定的變化。
【圖文】：

1.2.1 尼龍 6 的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶行為一般地，高分子的結(jié)構(gòu)包括分子結(jié)構(gòu)和分子鏈間的排列及堆砌結(jié)構(gòu)，其性能由分子鏈上的官能團(tuán)和分子鏈間的相互作用決定的，同時(shí)還會(huì)受到分子量及分布和聚集形態(tài)等因素影響[19]。聚酰胺 6 的分子鏈通過(guò) 5 個(gè)亞甲基(—CH2—)和一個(gè)酰胺基(—CONH—)交替相連形成，其結(jié)構(gòu)單元如下：n其中（—CONH—）為極性基團(tuán)，尼龍 6 分子鏈排列較規(guī)整，分子鏈間有較強(qiáng)的氫鍵相互作用，有較高的結(jié)晶性，有明顯的熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和較高的熱變形溫度，同時(shí)也具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、阻隔性和耐化學(xué)腐蝕等性能。NH—(CH2)5—CO

尼龍 6結(jié)晶行為復(fù)雜, 晶型和 γ晶型是尼龍 6 最常見的兩種晶型，，如圖 1.1所示， 晶型中分子鏈為完全伸展的 Z 字形長(zhǎng)鏈，在兩個(gè)相鄰的反平行鏈間，通過(guò) C=O 和 N-H 形成的氫鍵相連， 晶型是熱力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)晶形式；和 晶型相比，γ 晶型的分子鏈中的酰胺基團(tuán)（—CONH—）繞鏈軸旋轉(zhuǎn)后與原平面形成 60°夾角，尼龍的 γ 晶型是不可運(yùn)動(dòng)的，此外尼龍還有 ’晶型和 β 晶型等處于變化和中間狀態(tài)的晶型[22-24]。尼龍 6 的不同晶型有著不同的形成條件，而且不同晶型之間可以相互轉(zhuǎn)變。尼龍 6 的結(jié)晶受溫度和升降溫速率的差異會(huì)形成不同的晶型結(jié)構(gòu)，當(dāng)尼龍6 從熔體冷卻結(jié)晶時(shí)，較高的結(jié)晶溫度和較低的冷卻速率條件下，有利于 晶型的產(chǎn)生；而較低的結(jié)晶溫度和較高的冷卻速率條件下，有利于 γ 晶型的產(chǎn)生[25-27]。Kyotani 和 Mitsuhashi 等人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)結(jié)晶的溫度高于 190 °C，延長(zhǎng)結(jié)晶的時(shí)間可以獲得單一的 晶型；結(jié)晶溫度低于 130 °C，延長(zhǎng)結(jié)晶的時(shí)間可以得到單一的 γ 晶型；而結(jié)晶溫度在這兩個(gè)溫度之間時(shí)，會(huì)得到兩種混合的晶型，如圖 1.2 所示[28]。（ 晶型兩衍射峰和 γ 晶型單衍射峰的 2θ 值一般在 19-25°）。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O633.22;TB383.2

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