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四川大學沈佳斌、郭少云教授團隊 Polymer:溶劑輔助成膜技術(shù)實現(xiàn)聚三氟氯乙烯(PCTFE)成膜制造
2024-01-03  來源:高分子科技

  聚三氟氯乙烯(PCTFE)是以三氟氯乙烯為單體制備得到的一類高性能熱塑性氟樹脂其分子鏈中氟原子與氯原子緊密地包裹碳骨架,在性能上表現(xiàn)出優(yōu)異的耐化學腐蝕性、低溫韌性、光學透明性以及超低的水蒸氣透過率和高頻介電損耗。PCTFE最早被合成的氟樹脂,Fritz SchlofferOtto Scherer1934首次制備得到。九十年來,以PCTFE、PTFE、PVDF等為代表的含氟材料發(fā)展迅速,被廣泛應(yīng)用于國防軍工和國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域,已成為“四個面向”不可或缺的關(guān)鍵基材。近年來,四川大學高分子研究所沈佳斌和郭少云教授團隊在國家自然科學基金重點項目、四川省杰出青年基金、四川省高層次人才計劃以及多個校企合作項目資助下,圍繞高性能含氟材料的結(jié)構(gòu)改性與成型制造開展了系統(tǒng)研究,先后發(fā)展了PVDF粘結(jié)劑、PCTFE特種粘結(jié)膜、高強PTFE膨體膜、含氟多層功能膜等多種材料改性與制造技術(shù),部分技術(shù)已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


  近日,團隊針對PCTFE熔體加工粘度大(>1011 Poise,230°C)、窗口窄(<50°C)、缺少加工助劑和可溶解溶劑等問題,提出了一種溶劑輔助成膜技術(shù)實現(xiàn)PCTFE成膜制造(Polymer 2024, 292, 126633.)。成膜過程主要包括PCTFE懸浮液配置、涂覆、干燥和燒結(jié)四階段溶劑的存在可在不熔融不溶解的情況下賦予PCTFE微粒加工流動性。在干燥的過程中,毛細管力(capillary force)促使PCTFE顆粒緊密地堆砌形成預(yù)制膜。在燒結(jié)過程中,受表面張力和粘性流動的驅(qū)動,相鄰樹脂顆粒因分子鏈相互擴散熔接在一起,同時使預(yù)制膜中的空氣逐漸排出。最終,經(jīng)冷卻形成跨初始粒子界面的結(jié)晶,得到性能優(yōu)異的薄膜制品。與熔融加工相比,溶液輔助成型所需外界剪切作用更低,可顯著減少PCTFE在加工過程的降解,拓寬了成型溫度窗口,進而最大化保持了PCTFE優(yōu)異的力學、光學和水蒸氣阻隔性能。最終薄膜制品的拉伸強度、斷裂伸長率分別為42MPa108%;透光率和霧度分別為91%3%;水蒸氣透過率低至0.02g/(m2?24 h)。由此可見,溶劑輔助成型將為PCTFE薄膜的成型制造提供新的思路和途徑,并有望進一步開闊PCTFE的應(yīng)用領(lǐng)域。 


1. 溶液輔助成型的示意圖 


2. PCTFE粒子形態(tài)對預(yù)制膜開裂行為的影響  


3. PCTFE薄膜的力學、水蒸氣阻隔和透明性隨燒結(jié)時間的變化 


4. 成膜過程中結(jié)構(gòu)演變的示意圖


  相關(guān)研究成果Fabrication and film-forming mechanism of PCTFE films with exceptional water-vapor barrier and mechanical properties via solvent-assisted method為題發(fā)表在《Polymer》上(Polymer, 2024, 292, 1266332)。論文第一作者2021士研究生何露,通訊作者是沈佳斌研究員。


  2024年恰逢PCTFE首次合成90周年,論文作者希望通過本文的發(fā)表向過去90年來對以PCTFE為代表的含氟聚合物研究應(yīng)用做出貢獻的科研工作者和工程技術(shù)人員致敬。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.polymer.2023.126633

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