羅俊忠

摘 要：近年來，我國(guó)科研工作者對(duì)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(duì)于受限環(huán)境之下高分子薄膜性質(zhì)的變化進(jìn)行研究能夠?qū)崿F(xiàn)研究工作的進(jìn)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(jìn)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(zhǎng)期對(duì)于聚合物薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)聚合物材料中高分子所在的環(huán)境狀況進(jìn)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(tuán)，通過不同的分子結(jié)合狀態(tài)可以實(shí)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(duì)軟物質(zhì)的特性進(jìn)行研究的學(xué)者，在研究過程中他通過對(duì)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(duì)聚合物的自組裝過程進(jìn)行了深入的研究，對(duì)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(huì)存在明顯差異，通過這樣的研究結(jié)果可以得出對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)進(jìn)一步開拓聚合物材料的使用范圍具有重要的實(shí)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(diǎn)。

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(jìn)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(shí)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(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)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。基于本文長(zhǎng)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(jìn)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(jìn)，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(qiáng)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(huì)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(duì)于聚偏氟乙烯聚合物分子的約束力大小對(duì)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(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的研究空白，通過對(duì)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(jìn)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(jìn)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(jī)理基于動(dòng)態(tài)微觀模型的分析得出具有參考價(jià)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(shí)現(xiàn)，通過對(duì)聚偏氟乙烯聚合物材料表面進(jìn)行基板的設(shè)計(jì)，使其與大分子表面產(chǎn)生相互作用進(jìn)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(yùn)動(dòng)狀況也隨之變化，目前對(duì)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(jī)高分子鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察并且研究其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而解釋其在熔融情況和結(jié)晶情況下性能發(fā)生的相對(duì)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(duì)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(jìn)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(shí)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(jìn)一步分析能夠得出由于受到一維材料對(duì)其分子結(jié)構(gòu)的壓縮和干擾，并且通過DSC儀器對(duì)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(jìn)行測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)膜的厚度對(duì)于材料熔點(diǎn)的影響效果不大，但是當(dāng)膜的厚度降低到60納米以下時(shí)，其熔點(diǎn)呈現(xiàn)出迅速下降的變化趨勢(shì)，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(shí)一維受限環(huán)境為軟受限環(huán)境，所以對(duì)于材料的熔點(diǎn)不構(gòu)成較為明顯的影響和干擾，但是當(dāng)厚度較小時(shí)，由于軟受限環(huán)境變?yōu)橛彩芟蕲h(huán)境，所以材料的熔點(diǎn)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(duì)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(duì)聚三氟乙烯薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，并且制備不同厚度的相同體系，在實(shí)驗(yàn)過程中控制聚合物的結(jié)構(gòu)不受到端基對(duì)其產(chǎn)生的影響，僅考慮修飾物構(gòu)成的二維約束空間對(duì)薄膜性質(zhì)的改變效果。在實(shí)驗(yàn)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(diǎn)則呈現(xiàn)出增加的變化趨勢(shì)，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(yǔ)

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(duì)其實(shí)現(xiàn)受限環(huán)境的變化并且對(duì)其在不同受限環(huán)境之下的性質(zhì)進(jìn)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(duì)其微觀結(jié)構(gòu)的成核過程和成核特點(diǎn)進(jìn)行分析得出相關(guān)結(jié)論，對(duì)于聚偏氟乙烯這種聚合物材料的進(jìn)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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