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四川大學(xué)沈佳斌、郭少云教授團(tuán)隊(duì) Polymer：溶劑輔助成膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)聚三氟氯乙烯（PCTFE）成膜制造
2024-01-03  來(lái)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著碳骨架，在性能上表現(xiàn)出優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、低溫韌性、光學(xué)透明性以及超低的水蒸氣透過(guò)率和高頻介電損耗。PCTFE是最早被合成的氟樹脂，由Fritz Schloffer和Otto Scherer在1934年首次制備得到。九十年來(lái)，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(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域，已成為“四個(gè)面向”不可或缺的關(guān)鍵基材。近年來(lái)，四川大學(xué)高分子研究所沈佳斌和郭少云教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、四川省杰出青年基金、四川省高層次人才計(jì)劃以及多個(gè)校企合作項(xiàng)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(kāi)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


  近日，團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(wèn)題，提出了一種溶劑輔助成膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)PCTFE成膜制造（Polymer 2024, 292, 126633.）。成膜過(guò)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(dòng)性。在干燥的過(guò)程中，毛細(xì)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(guò)程中，受表面張力和粘性流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，相鄰樹脂顆粒因分子鏈相互擴(kuò)散熔接在一起，同時(shí)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(guò)程的降解，拓寬了成型溫度窗口，進(jìn)而最大化保持了PCTFE優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)和水蒸氣阻隔性能。最終薄膜制品的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率分別為42MPa和108%；透光率和霧度分別為91%和3%；水蒸氣透過(guò)率低至0.02g/(m2?24 h)。由此可見(jiàn)，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(jìn)一步開(kāi)闊PCTFE的應(yīng)用領(lǐng)域。 


圖1. 溶液輔助成型的示意圖 


圖2. PCTFE粒子形態(tài)對(duì)預(yù)制膜開(kāi)裂行為的影響  


圖3. PCTFE薄膜的力學(xué)、水蒸氣阻隔和透明性隨燒結(jié)時(shí)間的變化 


圖4. 成膜過(guò)程中結(jié)構(gòu)演變的示意圖


  相關(guān)研究成果以“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）。論文第一作者是2021級(jí)博士研究生何露，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(guò)本文的發(fā)表向過(guò)去90年來(lái)對(duì)以PCTFE為代表的含氟聚合物研究應(yīng)用做出貢獻(xiàn)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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