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四川大学沈佳斌、郭少云教授团队 Polymer:溶剂辅助成膜技术实现聚三氟氯乙烯(PCTFE)成膜制造

四川大学沈佳斌、郭少云教授团队 Polymer:溶剂辅助成膜技术实现聚三氟氯乙烯(PCTFE)成膜制造 高分子科技
2024-01-03
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导读:恰逢PCTFE首次合成90周年,通过本文的发表向过去90年来对以PCTFE为代表的含氟聚合物研究应用...
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聚三氟氯乙烯(PCTFE)是以三氟氯乙烯为单体制备得到的一类高性能热塑性氟树脂其分子链中氟原子与氯原子紧密地包裹碳骨架,在性能上表现出优异的耐化学腐蚀性、低温韧性、光学透明性以及超低的水蒸气透过率和高频介电损耗PCTFE最早被合成的氟树脂,Fritz SchlofferOtto Scherer1934首次制备得到。九十年来,以PCTFEPTFEPVDF等为代表的含氟材料发展迅速,被广泛应用于国防军工和国民经济的诸多领域,已成为“四个面向”不可或缺的关键基材。近年来,四川大学高分子研究所沈佳斌和郭少云教授团队在国家自然科学基金重点项目、四川省杰出青年基金、四川省高层次人才计划以及多个校企合作项目资助下,围绕高性能含氟材料的结构改性与成型制造开展了系统研究,先后发展了PVDF粘结剂、PCTFE特种粘结膜、高强PTFE膨体膜、含氟多层功能膜等多种材料改性与制造技术,部分技术已实现产业化应用。

近日,团队针对PCTFE熔体加工粘度大(>1011 Poise230°C)、窗口窄(<50°C)、缺少加工助剂和可溶解溶剂等问题,提出了一种溶剂辅助成膜技术实现PCTFE成膜制造(Polymer 2024, 292, 126633.)。成膜过程主要包括PCTFE悬浮液配置、涂覆、干燥和烧结四阶段溶剂的存在可在不熔融不溶解的情况下赋予PCTFE微粒加工流动性。在干燥的过程中,毛细管力(capillary force)促使PCTFE颗粒紧密地堆砌形成预制膜。在烧结过程中,受表面张力和粘性流动的驱动,相邻树脂颗粒因分子链相互扩散熔接在一起,同时使预制膜中的空气逐渐排出。最终,经冷却形成跨初始粒子界面的结晶,得到性能优异的薄膜制品。与熔融加工相比,溶液辅助成型所需外界剪切作用更低,可显著减少PCTFE在加工过程的降解,拓宽了成型温度窗口,进而最大化保持了PCTFE优异的力学、光学和水蒸气阻隔性能。最终薄膜制品的拉伸强度、断裂伸长率分别为42MPa108%;透光率和雾度分别为91%3%;水蒸气透过率低至0.02g/(m224 h)。由此可见,溶剂辅助成型将为PCTFE薄膜的成型制造提供新的思路和途径,并有望进一步开阔PCTFE的应用领域。
 

1. 溶液辅助成型的示意图
 

2. PCTFE粒子形态对预制膜开裂行为的影响 
 

3. PCTFE薄膜的力学、水蒸气阻隔和透明性随烧结时间的变化
 

4. 成膜过程中结构演变的示意图

相关研究成果Fabrication and film-forming mechanism of PCTFE films with exceptional water-vapor barrier and mechanical properties via solvent-assisted method为题发表在《Polymer》上(Polymer, 2024, 292, 1266332)。论文第一作者2021士研究生何露,通讯作者是沈佳斌研究员。

2024年恰逢PCTFE首次合成90周年,论文作者希望通过本文的发表向过去90年来对以PCTFE为代表的含氟聚合物研究应用做出贡献的科研工作者和工程技术人员致敬。


原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.polymer.2023.126633


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