1.1.3 PVDF
聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种半结晶型聚合物。其具有紧密排列的分子链间,同时分子间的氢键作用力较为强,还有分子含氧指数可达到46%,PVDF的分子结构式如图1-1。PVDF的结晶度可达到65%~78%,具有1.17~1.79g/cm3的密度,其熔点较高,大约为172℃,热变形温度约在112℃至145℃间,长期使用温度约在-40~150℃。在氟塑料中,PVDF作为一种耐腐蚀性、低摩擦系数、及高强度高韧性的高分子物质,是集中用于石油、电子电工、氟碳材料三大领域。同时高分子链上的-C-C-键被氢原子和氟原子包围,从而具有较好的化学性能、热稳定性和机械性能,其为原材料所制作的设备能满足TOCS及阻燃要求;用PVDF为原材料而制备出的膜,可以在电子电气、石油化工、氟碳涂料领域广泛使用。
1-1 PVDF化学结构式
1.2 PVDF膜的制备方法
1.2.1 浸没沉淀法(NIPS)
浸没沉淀法(NIPS)制模工艺简单,可通过改变成膜条件,实现对膜结构及性能的调控,是聚合物微孔膜制备方法中应用最广泛的一种[2]。铸膜液成功制备出来后,冷却至常温,然后将铸膜液均匀地刮图在光滑且干燥的厚玻璃板上,然后浸入含有非溶剂的凝固浴中,因为溶剂及非溶剂的交换而导致铸膜液沉淀,最后得到不同结构及形态的膜。非溶剂致相分离法(NIPS)制膜基本理论如图1-2所示。
1-2 NIPS三元体系相图
根据浸没沉淀法分相的速度可分为瞬时液—液分相和延时液—液分相。瞬时液—液分相容易得到微孔结构膜,延时液—液分相易得到致密结构膜[3]。
在理论上,复合平板膜采用浸没沉淀法制备,需要满足以下条件:(1)良性溶剂的聚合物,这样可以使聚合物浓度变得更高,还可以溶合某些非溶剂;(2)聚合-溶剂-非溶剂三者之间不能发生任何化学反应。
1.2.2 热致相分离法(TIPS)
热致相分离法(Thermally Induced Phase Separation,or TIPS)是近年来才发展成熟的一种制备聚合物微孔膜的重要方法,1981年由美国A.J.Castro提出的一种新的制备聚合物微孔膜的方法,并申请了专利。其工艺过程是让低挥发性溶剂与聚合物溶合而形成均相溶液,当然,前提是要在聚合物的熔点之上。然后操作工艺使其降温冷却,而均相溶液体系在冷却过程中可能会发生固-液相分离(S-L相分离),也可能发生液-液相分离(L-L相分离),接着,需要控制工艺条件至适当,均相溶液便会形成两相结构,其中形成连续相的是聚合物,形成分散相的是溶剂。之后实验需要把溶剂萃取出来,进而制得结构形状一定的微孔膜。萃取溶剂是要选择适当的萃取剂。和NIPS法比较,TIPS法在高分子溶液分相过程中采用快速的热交换,同时避免了聚合物在凝胶化过程中,部分溶剂参与其中而导致低空隙率的缺点。再则影响因素相对少的TIPS法,在工艺流程上易于控制,还可获得非对称、各异同向性、开闭孔等各种微孔膜。
1.2.3蒸发助热致相分离(TAEPS)
采用TIPS法制备出PVDF膜时,PVDF较强的结晶能力促使膜生成球晶状微孔,且球晶与球晶间还存在较大的空洞。而采用TAEPS制备出PVDF膜,制备工艺上调整某些影响因素,就能得到不同结构的微孔膜。TAEPS可以分为三个制备过程:(1)将聚合物溶液在恒温水浴锅里恒温水浴搅拌;(2)将聚合物溶液浇铸到一定厚度的平板玻璃上,以第一步相同 的温度加热;(3)将聚合物溶液连同平板玻璃一起放入烘箱中,用装置将其封闭,加热聚合物溶液,使溶剂和非溶剂蒸发。其影响聚合物微孔膜结构的有优尔大因素:初始膜的厚度、聚合物的浓度、溶剂和非溶剂的配比、初始铸膜温度、底部铸膜温度及环境气相温度。
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