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本文借助外加磁场对丙烯腈与丙烯酸甲酯的水相沉淀聚合进行干预,对目标共聚物的结构与性能进行调控,在外加磁场强度为0~1.1T下制备了投料比为85/15 mol%的系列丙烯腈/丙烯酸甲酯(AN/MA)共聚物:通过乳液聚合法制备了投料比为85/15 mol%的AN/MA共聚物,并采用熔融纺丝工艺将其制备成了熔纺纤维。借助傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、核磁共振谱仪(NMR)、差示扫描量热分析仪(DSC)、热重分析仪(TG)、热台显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMA)、单纤强力仪、X-射线衍射仪(XRD)等对AN/MA共聚物和熔纺纤维的结构与性能进行了详细的研究和分析。研究结果表明:
(1)随着磁场强度增大,AN/MA共聚物组成呈先下降后上升的趋势。外加磁场强度为0.9T时AN/MA共聚物摩尔组成为85.3/14.7,与投料比最为接近;三单元间规立构体含量高达23.5%,全同立构体含量降至24.7%,AN的数均序列长度最短(6.3);
(2)随着磁场强度的增加,共聚物分解温度先升高后降低,玻璃化转变温度变化不明显。磁场强度为0.9T时共聚物的分解温度达327.8℃,热焓值为450.1J/g,热稳定性最佳;
(3)乳液聚合法和水相沉淀聚合法制备的AN/MA共聚物中AN的摩尔含量分别为85.30和84.85,均接近于投料比,共聚物的玻璃化转变温度分别为76.9℃和87.0℃,热分解温度分别为325.5℃和320.1℃。经微热重(DTG)曲线分析可知,乳液法制备的AN/MA共聚物的最大分解速率发生在第二阶段且失重较少,残留质量更低,氰基间发生环化反应更为困难,热稳定性好;
(4)乳液聚合法和水相沉淀聚合法制备的丙烯腈与丙烯酸甲酯共聚物的中AN单元的数均序列长度分别为12.66和9.80,二单元立构规整度分别为52%m、48%r和53%m、47%r。二者的特性粘度分别为0.51dl/g和0.53dl/g,均接近于可熔融加工丙烯腈共聚物的目标特性粘度(0.50dl/g),且共聚物熔体在30min内均能够保持稳定,满足熔融纺丝的要求;
(5)乳液聚合法制备的丙烯腈与丙烯酸甲酯共聚物熔纺纤维的断裂强度达4.3cN/dtex,断裂伸长率为25.8%。经对比分析后,乳液法制备的丙烯腈共聚物熔纺纤维的热稳定性更好,断裂强度和储能模量更大。