基于蒸涂修飾聚合物薄膜的熔融與結(jié)晶研究

羅俊忠

摘 要：近年來，我國科研工作者對聚合物高分子材料的研究不斷深化，高分子材料的制備以及其自組裝過程的控制技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，在此背景下對于受限環(huán)境之下高分子薄膜性質(zhì)的變化進行研究能夠?qū)崿F(xiàn)研究工作的進一步深入，本文以聚偏氟乙烯的不同受限環(huán)境之下的結(jié)構(gòu)變化研究為例進行了探究和分析。

關(guān)鍵詞：聚偏氟乙烯;真空蒸涂修飾;聚合物薄膜

1 聚合物薄膜受限結(jié)構(gòu)特性概述

在長期對于聚合物薄膜結(jié)構(gòu)進行研究的過程中發(fā)現(xiàn)聚合物薄膜的性狀與聚合物薄膜體系中的相體系具有十分密切的關(guān)聯(lián)，研究表明通過對聚合物材料中高分子所在的環(huán)境狀況進行改變就能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物性狀在宏觀上的巨大差異。隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，作為軟物質(zhì)中的重要角色，聚合物材料的研究不斷深入并且取得了一定的研究成果，屬于軟物質(zhì)的聚合物分子體系當(dāng)中具有大量的大分子團，通過不同的分子結(jié)合狀態(tài)可以實現(xiàn)不同的分子鏈，具有剛性或者柔性不同的分子鏈?zhǔn)沟迷诰酆衔锖暧^上表現(xiàn)出來了較為明顯的結(jié)構(gòu)差異。

2 聚合物薄膜結(jié)構(gòu)特性研究現(xiàn)狀

德熱納作為最早對軟物質(zhì)的特性進行研究的學(xué)者，在研究過程中他通過對橡膠在不同外界作用下的結(jié)構(gòu)存在的明顯差異得出了軟物質(zhì)能夠在不同微弱外力作用下發(fā)生明顯性狀改變的結(jié)論。在此之后大量學(xué)者對聚合物的自組裝過程進行了深入的研究，對于結(jié)晶性聚合物材料得出了其結(jié)晶的性能與聚合物的大分子形態(tài)結(jié)構(gòu)具有十分密切的關(guān)系，例如出于不同晶相的聚偏氟乙烯具有明顯不同的物理性狀特征，在β相的聚偏氟乙烯表現(xiàn)出來十分優(yōu)異的壓電和熱電性能，所以在科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮出了十分重要的作用，但是處于α相的聚偏氟乙烯卻只能作為普通塑料使用，成為生活中較為常見的一種材料，不僅如此，還有研究表明在不同取向的聚合物體系當(dāng)中其存在的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能也會存在明顯差異，通過這樣的研究結(jié)果可以得出對聚合物的結(jié)構(gòu)進行合理的調(diào)控能夠?qū)崿F(xiàn)新材料的研究和開發(fā)的結(jié)論，對進一步開拓聚合物材料的使用范圍具有重要的實際意義，使得聚合物材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控一直是聚合物材料領(lǐng)域的熱點。

3 蒸涂修飾聚合物薄膜的熔融與結(jié)晶應(yīng)用分析

3.1 聚偏氟乙烯聚合物薄膜特性分析

在材料科學(xué)不斷發(fā)展和進步的過程中，聚偏氟乙烯薄膜憑借其優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和物理結(jié)構(gòu)的多樣性在實際生產(chǎn)和生活中得到了越來越多的應(yīng)用，聚偏氟乙烯聚合物薄膜不僅用于塑料制品的生產(chǎn)領(lǐng)域，通過對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改造還能夠在氣體分離和化學(xué)物質(zhì)處理等領(lǐng)域發(fā)揮有效功能，應(yīng)用前景十分廣闊?；诒疚拈L期的研究發(fā)現(xiàn)，聚偏氟乙烯的物理分子結(jié)構(gòu)在不同的相體系下具有明顯的物理差異，通過采用不同的外部處理方式能夠產(chǎn)生不同的物理結(jié)構(gòu)特性，使得原有的聚偏氟乙烯聚合物薄膜材料的性質(zhì)得到優(yōu)化，進一步將研究的成果用于商品的生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)原有的聚偏氟乙烯聚合物薄膜制品性質(zhì)的改進，使其在制備平板，中空纖維的過程中具有更為理想的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，壓電性，硬度和強度等物理特性。前期的研究表明在不同的受限環(huán)境之下，聚偏氟乙烯聚合物薄膜的特性會發(fā)生不同的變化，影響的因素不僅與修飾物材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與修飾材料的分子大小有著密切的聯(lián)系，受限環(huán)境當(dāng)中對于聚偏氟乙烯聚合物分子的約束力大小對于其熔融和結(jié)晶的性能具有直接的影響，在軟受限環(huán)境和硬受限環(huán)境之下的聚偏氟乙烯聚合物薄膜在熔融溫度和結(jié)晶溫度方面均不一致。本文通過對其微觀結(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)探究發(fā)生變化的根本原因，以期為聚合物薄膜結(jié)構(gòu)的受限環(huán)境下的熔融和結(jié)晶程度控制提供更為成熟的研究成果，彌補相關(guān)領(lǐng)域的研究空白，通過對聚偏氟乙烯表面受限環(huán)境下的熔融性能和結(jié)晶性能變化進行研究，并且將得到的研究結(jié)果和聚偏氟乙烯聚合物高分子在不受限環(huán)境下的性能進行比較，從微觀成核的過程多現(xiàn)象加以分析和探究是本文主要采取的研究方法，能夠?qū)κ芟蕲h(huán)境之下的聚偏氟乙烯聚合物高分子材料中的相體系變化機理基于動態(tài)微觀模型的分析得出具有參考價值的結(jié)論。

3.2 一維受限環(huán)境下的蒸涂修飾聚偏氟乙烯聚合物薄膜性質(zhì)分析

在一維受限環(huán)境下的聚偏氟乙烯薄膜結(jié)構(gòu)約束在薄膜的制備過程中就可以實現(xiàn)，通過對聚偏氟乙烯聚合物材料表面進行基板的設(shè)計，使其與大分子表面產(chǎn)生相互作用進而形成界面效應(yīng)，此外由于聚合物薄膜的分子較大，所以在受限環(huán)境出現(xiàn)之后分子的運動狀況也隨之變化，目前對于其結(jié)構(gòu)性能的變化模式探究尚且局限于從結(jié)晶力學(xué)角度出發(fā)的有機高分子鏈結(jié)構(gòu)進行觀察并且研究其結(jié)構(gòu)特點，進而解釋其在熔融情況和結(jié)晶情況下性能發(fā)生的相對變化，這一過程與修飾材料的尺寸結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及聚合物薄膜本身的晶體狀況具有十分密切的關(guān)系。通過采用XRD技術(shù)對聚偏氟乙烯聚合物以及聚三氟乙烯的一維受限環(huán)境下的結(jié)晶性能進行分析可以得出隨著聚合物高分子薄膜厚度的不斷減小，其聚合物的結(jié)晶難度不斷增大，所需的結(jié)晶溫度有所上升，產(chǎn)生結(jié)晶相體系的難度變大，當(dāng)膜的厚度降低到50納米以下時其結(jié)晶性能受到了十分明顯的抑制，而在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加膜厚度能夠有效改善膜的結(jié)晶性能，提升聚偏氟乙烯聚合物薄膜在結(jié)晶過程中的性能表現(xiàn)。而從聚偏氟乙烯材料的熔融情況進一步分析能夠得出由于受到一維材料對其分子結(jié)構(gòu)的壓縮和干擾，并且通過DSC儀器對不同厚度下的一維受限聚偏氟乙烯聚合物薄膜的熔融溫度進行測量，可以發(fā)現(xiàn)膜的厚度對于材料熔點的影響效果不大，但是當(dāng)膜的厚度降低到60納米以下時，其熔點呈現(xiàn)出迅速下降的變化趨勢，這與軟硬受限環(huán)境的切換有關(guān)，當(dāng)膜的厚度大于60納米時一維受限環(huán)境為軟受限環(huán)境，所以對于材料的熔點不構(gòu)成較為明顯的影響和干擾，但是當(dāng)厚度較小時，由于軟受限環(huán)境變?yōu)橛彩芟蕲h(huán)境，所以材料的熔點發(fā)生了劇烈的變化。發(fā)生這些變化的根本原因在于不同受限環(huán)境之下聚偏氟乙烯聚合物薄膜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，通過觀察可以看出，隨著膜厚度的不斷減小，高分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐步向著更為松散的方向變化，甚至?xí)霈F(xiàn)約束分子球晶邊界的消失，此外，聚合物中的分子鏈在這種情況下也表現(xiàn)出不同的特性，在聚偏氟乙烯分子中的旁式構(gòu)象的比例逐步增加，對材料的結(jié)晶性能產(chǎn)生了直接影響。

3.3 二維受限環(huán)境下的蒸涂修飾聚偏氟乙烯聚合物薄膜性質(zhì)分析

在一維受限環(huán)境的基礎(chǔ)上，本文通過蒸涂的方式采用二維的碳納米管材料對聚三氟乙烯薄膜結(jié)構(gòu)進行修飾，并且制備不同厚度的相同體系，在實驗過程中控制聚合物的結(jié)構(gòu)不受到端基對其產(chǎn)生的影響，僅考慮修飾物構(gòu)成的二維約束空間對薄膜性質(zhì)的改變效果。在實驗中發(fā)現(xiàn)聚偏氟乙烯材料在軟受限環(huán)境中具有更好的結(jié)晶性能，結(jié)晶溫度有所降低，而其熔點則呈現(xiàn)出增加的變化趨勢，并且在穩(wěn)定性方面也具有一定程度的改善，最終能夠形成厚度更大的結(jié)晶體系。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文基于聚偏氟乙烯聚合物薄膜材料的制備，通過蒸涂方式對其實現(xiàn)受限環(huán)境的變化并且對其在不同受限環(huán)境之下的性質(zhì)進行了分析和探究，受限環(huán)境變化帶來的熔融情況和結(jié)晶情況的變化原因可以通過對其微觀結(jié)構(gòu)的成核過程和成核特點進行分析得出相關(guān)結(jié)論，對于聚偏氟乙烯這種聚合物材料的進一步發(fā)展和應(yīng)用提供了全新的研究途徑和研究方向。

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