[发明专利]一种控制聚偏氟乙烯结晶的复合晶种、制备方法及材料

说明书

本发明公开了一种控制聚偏氟乙烯结晶的复合晶种、制备方法及材料，属于聚合物结晶技术领域。该复合晶种包括不溶性的固体粒子和可溶性的表面修饰物；表面修饰物为极性有机分子，极性有机分子的分子链的一端化学接枝到固体粒子的表面，另一端为自由端。该制备方法利用该复合晶种，通过双扩散溶液相分离法或者热致相分离法，制备得到聚偏氟乙烯材料。本发明通过添加与PVDF分子链产生特定相互作用的化学物质，确保在溶液或熔融态加工成型时的空间位阻效应，实现成型时对PVDF分子构象的控制，从而控制结晶时分子链折叠及聚集方式。能够利用晶种的空间位阻和对特定晶面的保护，获得定向聚集的高能晶面，实现对PVDF晶面的定向组装。

技术领域

本发明涉及聚合物结晶技术领域，特别是涉及一种控制聚偏氟乙烯结晶的复合晶种、制备方法及材料。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种疏水性氟碳热塑性材料，白色粉末状半晶形聚合物，结晶度60％－80％，一般氟含量为59％，相对密度为1.75－1.78，吸水率为0.04％，玻璃化温度约–39℃，脆化温度为–62℃，结晶熔点约为170℃，热分解温度在316℃以上，长期使用温度范围为–50℃－150℃，韧性高，拉伸强度为500Kg/cm²，机械性能优良，具有良好的耐冲击性、耐磨性、耐候性和化学稳定性。具有低表面张力和高介电常数的特点，用波长为20－400nm的紫外灯照射一年，其性能基本不变，其薄膜置于室外一二十年也不变脆。室温下不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，对脂肪烃、芳香烃、醇和醛等有机溶剂很稳定。

由于其优异的化学稳定性和机械强度且具有易加工的特点，使其作为分离膜材料广泛用于化工、环境保护、食品加工等领域。由于PVDF树脂具有超强的耐气候性，可在户外长期使用，无需保养，以其为原料制备的氟碳涂料已经被广泛应用于机场、发电站、高层建筑、高速公路等，也是石油化工设备流体处理系统整体或者衬里的阀门、泵、管路配件、管道、热交换器和储槽的最佳材料之一。采用PVDF树脂制作的隔膜、凝胶、多孔膜等，作为锂二次电池装配中的重要原料，也是PVDF应用的重要领域。特别是其作为结晶聚合物，多种晶型的存在(α、β、γ、δ、ε)，使其成为良好的压电和铁电材料，在工业自动化、爆炸冲击测量、仪器仪表、医疗器具等等领域有着广泛的应用前景，受到越来越多研究者的关注。

结晶是一种有效的自组装过程，它能够将杂乱无序的分子进行定向组装，形成多种有序形态。对于小分子，区别于传统结晶过程(成核及生长机理)，一种介晶理论逐步为研究者所接受和利用。介晶理论指出：首先多个单体(分子或离子)聚集形成纳米粒子，当然，此时的粒子内部也许并非完全达到晶体的有序状态，然后进行有序组装形成晶体。进行组装的单体并非是单个分子或离子，而是它们的初步聚集体。其动力源于纳米粒子的高表面能。如果晶粒具有非对称结构或不同晶面能，也常常出现一维定向聚集(orientedattachment-OA)。最近，通过高分辨率透射电镜，纳米粒子的定向组装过程已经被清晰观察(Liao,H.-G et al.Real-time imaging of Pt3Fe nanorod growth insolution.Science 2012,336,1011；Li,D.；Nielsen,M.H.et al.Direction-specificinteractions control crystal growth by oriented attachment.Science 2012,336,1014)。另外，纳米粒子内部结构的逐步有序转变也被证实(Li,L.et al.Noncrystalline-to-crystalline transformations in Pt nanoparticles.J.Am.Chem.Soc.2013,135,13062)。目前，纳米粒子定向组装方法也成为合成一维有序纳米结构材料强有力的技术。