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分子复合材料作为一种新型的复合材料,因其具有优异的性能而备受瞩目。设计高强度,高模量,耐高温,抗氧化及稳定性高的的分子复合材料是主要的发展方向。本文采用原位聚合法,将带有刚性结构的高分子(聚对苯二甲酰对苯二胺,PPTA)与柔性链高分子(聚偏氟乙烯,PVDF)在溶剂体系中充分接触,使两种聚合物实现纳米级,甚至分子级共混,从而制备出一种具有创新性的分子复合材料,并对该材料的结构、高分子间的相互作用以及高分子的性能进行表征研究,探索这种新材料的应用方向。
PVDF具有柔性链段,易于溶解在有机溶剂中,且熔点相对较低,容易实现共混,而苯环主链的刚性聚合物通常熔点很高,溶解性差,所以很难与其它材料实现小尺寸的均匀共混。因此本文通过原位聚合法制备了一系列PVDF/PPTA分子复合材料,即先将柔性高分子PVDF与PPTA的一种单体实现最大程度的共混,再加入另一单体,提供缩聚条件,使单体聚合成PPTA,从而实现两种高分子链的均匀共混,使两种高聚物分子形成互穿结构,达到最佳分散效果,形成PVDF/PPTA分子复合材料,为开发新型“分子复合材料”提供前期的实验准备和理论依据。本文通过浸没沉淀相转化法将PVDF/PPTA共混材料溶液制备成微/超滤膜,为此材料应用领域的进一步开发提供关键数据。
通过对PVDF/PPTA分子复合材料研究发现:在任意共混质量比下,PPTA与PVDF均可实现均匀共混,通过IR、DSC及XRD等手段对共混材料结构表征,表明PVDF/PPTA复合材料不是两种聚合物的简单混合,而是在分子水平上存在较强的相互作用。在PVDF/PPTA分子复合材料中,PPTA是影响复合材料晶体结构的主导因素,而PVDF会改变复合材料的结晶取向,且该材料具有良好的耐热性,分解温度可达到480℃。
通过对PVDF/PPTA共混膜研究发现:PVDF/PPTA共混质量比、聚合物浓度、添加剂含量与凝固浴组成等制膜条件会对PVDF/PPTA共混膜的结构及性能产生较大影响。加入刚性链的PPTA可对柔性链的PVDF起到增强作用。随着PPTA含量的增加,共混膜的机械强度和纯水通量均呈现出先增大后减小的趋势,共混比W(PVDF)/W(PPTA)=4∶1时,共混膜的纯水通量最大,渗透性能最佳。共混比为W(PVDF)/W(PPTA)=6∶1时,共混膜的机械性能最佳。添加剂无水CaCl2不仅具有增溶的效果,还起到了致孔剂的作用,但其含量应控制在6wt%之内。