SCF环境下聚合物中吸附及传质特性研究

摘要

超临界流体协助渗透技术为聚合物加工工艺注入了新的活力，使许多传统工艺都得到创新和发展。超临界流体染色便是这一技术的代表性应用。目前针对超临界染色工艺已作了大量研究工作，但要实现该技术的工业化应用，还需要对该过程的相平衡和传质过程进行模型化描述，为该技术的优化设计提供理论基础。 本文通过测定超临界条件下CO<,2>在聚合物中的等温吸附曲线及CO<,2>和染料在聚合物中的扩散系数，对小分子在聚合物中的热力学行为和传质动力学作初步探讨，为超临界染色技术的工业化开发，提供基本依据。 CO<,2>在聚合物中的的吸附量非常小，准确测量超临界CO<,2>在聚合物中的吸附量一直是该课题的实验难点。本文在总结国内外其他学者的实验方法之后，采用差压法原理设计了一套测量高压气体在聚合物中吸附量的实验装置。通过引入一个参考系统，使得该装置的最大工作压力达到30MPa并具有较好的测量效果。 通过测量超临界CO<,2>在PET、PS、PVC中的等温吸附曲线和吸附量随时间变化曲线，得到一系列温度、压力条件下超临界CO<,2>在上述三种聚合物中的吸附量和扩散系数，结果表明：温度对吸附量的影响有两种情况，温度较低时，升高温度能促进吸附量的增加，温度较高时，升高温度会抑制吸附量增加，扩散系数则随着温度的升高而增大；吸附量会随着压力的升高而增大，扩散系数受压力的影响会因为温度的高低而不同，温度较低时，随着压力的增加扩散系数会先增大后减小，温度较高时，随着压力的增加，扩散系数增大。 应用S-L格子流体模型对超临界条件下CO<,2>在聚合物中吸附量进行拟合，理论值与实验值吻合得很好，最大相对误差不超过5％。 应用卷膜法，对超临界流体环境中染料在PET聚酯中的扩散系数进行了测量。结果表明该方法应用在超临界染色中依然效果良好，同时还讨论了温度和压力对扩散系数的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

2超临界流体在聚合物中等温吸附实验装置

2.1实验原理及实验装置的设计

2.1.1实验原理

2.1.2改进后实验装置

2.1.3实验流程与数据处理

2.2实验设备简介

2.3实验装置的可靠性测试

2.3.1测量误差的理论计算

2.3.2测量误差的实验检测

小结

参考文献

3“超临界CO2-聚合物”二元体系相平衡

3.1超临界CO2-聚合物体系相平衡实验

3.1.1试验样品

3.1.2实验流程

3.1.3实验数据

3.1.4结果讨论

3.2超临界CO2-合成纤维二元相平衡理论拟合

3.2.1模型介绍

3.2.2模型求解

小结

参考文献

4超临界CO2在聚合物中扩散特性研究

4.1 SC-CO2在聚合物中扩散试验

4.1.1试验材料

4.1.2实验步骤

4.1.3实验结果及数据处理

4.2扩散系数的求解

4.2.1扩散方程的建立

4.2.2扩散系数的结果及讨论

小结

参考文献

5超临界环境下染料在聚合物中的扩散特性

5.1染料在聚酯中扩散特性的实验研究

5.1.1实验样品及装置

5.1.2试验步骤

5.2扩散系数的求解

5.2.1扩散模型建立

5.2.2实验数据处理

小结

参考文献

结论

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢