服务案例

公司与福建师范大学合作，开发“聚己内酰胺分子量与合成条件关系探究虚拟仿真实验”课程。

实验目的

该项目参照尼龙-6的工业化生产工艺，以己内酰胺的聚合反应、尼龙-6纺丝、纤维结构性能表征为理论基础，借助虚拟仿真技术，构建虚拟仿真实验教学平台，完成探索性且综合型实验，达到如下主要目的：

1. 通过虚拟仿真合成尼龙-6，理解己内酰胺开环聚合制备尼龙-6的聚合原理；掌握己内酰胺开环聚合的实验技术、单体回收循环利用技术、产品提纯技术；探究合成工艺参数与产物分子量的关系；熟悉尼龙-6分子量及其分布的表征技术。

2. 通过虚拟仿真熔体纺丝制备尼龙-6纤维的工艺过程，熟悉熔融纺丝工艺技术，掌握纤维拉伸与分子链形态、结晶和纤维力学性能的关系。

3. 通过上述仿真实验模块的学习，掌握从单体小分子到大分子到聚合物纤维物品的全链条转化历程；培养学生综合应用高分子合成、成型加工、高分子物理知识的能力；加深高分子理论和实验学习的广度和深度，培养综合型、创新型和应用型的人才。

实验原理

参照尼龙-6工业化合成工艺及其熔融纺丝，本虚拟仿真综合实验包括聚合反应、产物提纯、原料及溶剂回收循环利用、分子量测定及结构表征、熔融纺丝、纤维拉伸率与力学强度和模量的关系等主要实验原理/知识点。

1. 聚合反应机制。单体己内酰胺经引发剂开环聚合形成线型聚合物尼龙6。该聚合反应历经引发、链增长形成高分子量聚合物;包含水解开环、质子转移、亲核进攻等主要反应。

2. 尼龙6合成的关键要素有单体、引发剂、温度、时间。引发剂的量、反应温度和时间对转化率及尼龙6的分子量及分布有显著影响。

3. 无氧条件是合成高分子量尼龙6的关键。聚合反应之前必须除去反应体系的氧气。

4. 反应溶液体系粘度变大、颜色变化的表观现象可供判断聚合反应的进展状况。

5. 尼龙6粗产物的纯化。通过萃取，将粗产物中的单体及低聚物去除，保留高分子量的尼龙6组份，减小尼龙6的分子量分布，提高尼龙6纤维的性能。

6. 单体及低聚物、溶剂的回收和循环利用。浓缩尼龙6粗产物的萃取液，并返回聚合反应循环利用；浓缩萃取液产生的水需循环利用为萃取溶剂。

7.分子量及其分布是尼龙6的重要物理参数。它们是影响尼龙6纤维力学性能的的主要结构因素。

8. 熔融纺丝工艺流程（包括熔融、过滤、纺丝、拉伸、定型等）。

9. 纤维拉伸与纤维内分子链形态、结晶结构的关系。随着纤维被拉伸，纤维内无规线团状分子链成为伸展链，分子链三维有序排列。

10. 纤维拉伸率与力学强度和模量的关系。

实验内容

本实验项目在3个关键实验步骤设置了4个后台变量，使学生能够探究合成工艺条件对聚己内酰胺分子量的影响，理解影响机制及聚合反应的机理。同时，设置了反应产物中单体小分子和低分子预聚体的回收利用，培养学生资源循环利用的理念。

实验流程图

往三通阀磨砂处涂抹真空酯

反复抽气通气，制造无氧环境

反应时间可自由控制

旋转蒸发，回收蒸出液