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尼龙6分子链中酰胺基团可以与多种金属离子发生强度不同的络合配位作用,从而对尼龙6的结构与性能产生重要影响。为了配合发展和完善基于金属离子与尼龙6酰胺基团相互作用的细旦尼龙纤维制造技术,本论文从不同角度,不同层面开展了下述研究工作。
1、通过不同方法将金属离子引入尼龙6,研究尼龙6-金属离子复合物的结构与性质
本论文采用多种制备方法将金属离子掺杂进尼龙6,并对这些制备方法的效果进行了比较。通过考察无机盐种类对复合物的熔融结晶行为和力学性能的影响发现,不同的无机盐对尼龙6的结晶和熔融的影响不尽相同,LiCl,CaCl2,LaCl3,NdCl3,等无机盐对尼龙6的结构和性能影响较大。本论文还研究了无机盐含量对尼龙6-无机盐熔融结晶行为的影响。随着无机盐含量增加,尼龙6-无机盐复合物的结晶度降低,当某些种类的无机盐(如CaCl2)达到一定含量时,甚至出现了尼龙6不能结晶的情况。
2、低温纺丝技术和纤维张力在线检测技术
尼龙6是纺织工业常用的高分子材料,可以通过熔融纺丝形成尼龙纤维。本论文对尼龙6-无机盐复合物的熔体流动和降温过程进行了研究,探讨了无机盐添加剂对尼龙6熔融纺丝过程的影响。实验表明,通过酰胺基团-金属离子相互作用,无机盐添加剂对尼龙6的熔融纺丝加工过程表现出以下两个方面的影响:
(1)无机盐添加剂增加了尼龙6熔体的剪切粘度,有利于增加熔体强度,提高熔体的可纺性,有助于生产比普通尼龙6纤维的直径更细,纤度更小的尼龙6纤维;
(2)无机盐添加剂抑制了尼龙6结晶,有助于在较低温度下保持尼龙6的流动性,因此可以采用降温纺丝的方法对尼龙6进行熔融纺丝。
本论文发展出一种可以实时测量纺丝线上纤维轴向张力的专用设备,这为优化尼龙6的纺丝工艺提供了依据。
3、溶液沉淀方法制备尼龙6材料,采用不同方法控制尼龙的结晶
本论文采用溶液沉淀方法,通过优化实验条件,控制尼龙6的成核与结晶,成功制备出由尼龙6晶片构成的尺寸均一的尼龙6晶片丛,尼龙6晶片丛比表面大。这类具有特殊形貌结构的尼龙6晶片丛有望在发展生物催化载体方面得到应用。进一步的研究发现,无机盐添加剂对尼龙6沉淀的结构和形貌有很大影响。另外,对热的尼龙6/乙二醇溶液进行淬冷可制出直径在100nm左右的尼龙6微球。
4发展二维相关光谱学方法,将其应用到酰胺基团-金属离子相互作用研究中
二维相关光谱的交叉峰为研究分子间相互作用提供了可能。但在很多情况下,对无分子间相互作用的体系,二维光谱中可以观测到交叉峰,而对于存在分子间相互作用的体系,二维光谱的交叉峰可能不出现。为了解决这一问题,我组发展出了正交样品设计(OSD)和异步正交样品设计方法(AOSD),成功消除了干扰交叉峰,使二维光谱的交叉峰能反映分子间相互作用。但OSD和AOSD方法仍存在一个问题:对存在分子间相互作用的体系,交叉峰可能不出现。为解决这个问题,本论文提出了改良正交样品浓度设计(MOSD)和改良异步正交样品设计(MAOSD)方法,通过数学分析证明,MOSD和MAOSD方法不仅可以消除与分子间相互作用的干扰交叉峰,而且可以保证,对存在分子间相互作用的体系,一定存在交叉峰。通过上述工作,建立了分子间相互作用与二维光谱交叉峰的等价关系,使二维光谱成为一种可靠反映分子间相互作用的手段。通过对于异步正交样品设计方法(AOSD)的进一步研究,我们对Noda-Hilbert转换矩阵进行了解析与简化。为二维相关光谱的进一步发展奠定了基础。
在上述基础上,将异步正交样品浓度设计(AOSD)方法应用于探测稀溶液中酰胺基团-金属离子相互作用研究。实验结果证明,在正丙醇稀溶液中,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的酰胺基团与Co2+确实存在分子间相互作用。