【摘 要】
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具有双连续结构的聚合物共混材料在众多领域具有广阔的应用前景,因此,其结构构筑与调控备受关注。然而已有策略中仍存在一些亟待解决的问题:首先,由于高分子各组分间相容性较差,所得双连续结构的相畴尺寸普遍在微米级,进一步降低至纳米级仍面临挑战;其次,通过预先制备共聚物作为增容剂的方法涉及复杂的工艺和较高成本,不适用于工业化生产;最后,增容剂对双连续结构形成机制及其区间影响的理解仍然匮乏。因此,发展新型纳米
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具有双连续结构的聚合物共混材料在众多领域具有广阔的应用前景,因此,其结构构筑与调控备受关注。然而已有策略中仍存在一些亟待解决的问题:首先,由于高分子各组分间相容性较差,所得双连续结构的相畴尺寸普遍在微米级,进一步降低至纳米级仍面临挑战;其次,通过预先制备共聚物作为增容剂的方法涉及复杂的工艺和较高成本,不适用于工业化生产;最后,增容剂对双连续结构形成机制及其区间影响的理解仍然匮乏。因此,发展新型纳米双连续结构的构筑策略成为该领域的核心问题。针对以上问题,本工作以商品化的聚偏氟乙烯（PVDF）和左旋聚乳酸（PLLA）强不相容共混体系为例,通过反应性梳形增容剂（Reactive Comb Compatibilizer,RCC）,成功实现了纳米双连续结构的构筑与调控,并系统考察了双连续结构的形成机制及对双连续区间的影响规律,在此基础上,发展了一种基于双连续结构的多孔材料构筑与结构调控的新方法。具体研究内容包括:1)基于反应性共混的纳米双连续结构构筑:以极低体积/粘度比的样品（PVDF/PLLA质量比30/70）为例,通过RCC含量的变化实现了对共混物微观结构及性能的精确调控,成功构筑了尺寸100nm以下的双连续结构;该纳米双连续结构表现出较好宏观性能:与未增容体系相比,断裂伸长率由68.9%提高至334.6%,雾度值由91.9%降为9.8%,且具有良好热稳定性。通过定时间取样的方式确定该共混物双连续结构形成机理为“纤维或片状结构破碎形成网络”;共混过程中反应性梳形增容剂产生两方面的作用,一方面,梳形分子两侧的侧链与共混物组分的相亲性将使两侧应力平衡,稳固的位于界面上,降低界面张力,增强界面粘合强度;另一方面,梳形分子两侧侧链的不相容性将产生向两侧反方向应力作用,拉直主链,增大曲率半径;据此成功建立了100nm双连续结构构筑的新方法;2)加工顺序对PVDF/PLLA/RCC共混体系双连续结构影响的研究:选择三种不同加工顺序进行熔融共混（PVDF/RCC预混、同步共混、PLLA/RCC预混）,深入探索了加工顺序对双连续结构的影响;结果表明,三种方式均可以获得纳米双连续结构,相畴尺寸从小到大的顺序为:PLLA/RCC预混、同步共混和PVDF/RCC预混样品;其原因是RCC中PMMA与PVDF为热力学相容体系,将RCC与PLLA预混,可提高二者反应几率,进而增强界面,降低相畴尺寸;据此,成功获得了尺寸约为50nm的双连续结构,且该共混样品表现出更佳的力学和光学性能;3)增容剂RCC对PVDF/PLLA双连续结构形成的影响:通过调控PVDF/PLLA共混组成及其与RCC的混合比例,借助溶剂刻蚀和形貌表征相结合的方式,系统考察了反应性增容剂RCC对共混体系双连续形成区间的影响规律;结果表明,与未增容体系相比,该共混体系双连续组成窗口从60/40拓宽至20/80-70/30;其主要原因为:一方面,共混过程中反应性梳形增容剂的存在,起到提高PLLA相粘度、降低界面张力的作用,促使纤维或片层结构受剪切作用进一步破碎、细化,且不易回缩成小球;另一方面,增容剂的双梳齿结构导致两侧反方向应力作用,增加了两相界面曲率半径,在纳米双连续结构形成中扮演了极其重要的角色;4)PVDF多孔材料的构筑及其结构调控:基于以上研究结果,利用相分离构筑的纳米双连续结构为模板,通过选择性溶剂去除PLLA组分,成功获得了PVDF多孔材料,并通过调节PVDF/PLLA比例和RCC含量两种方式实现了从微米到纳米多孔材料的有效调控;所得PVDF多孔材料表现出较好的力学性能,其水通量对孔径等参数表现出强烈的依赖关系。
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