溶液法制备β晶型PVDF条件及机理研究

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本文采用溶液法制备PVDF膜,研究了β晶型的形成条件及机理。具体研究内容及结果如下:  通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)研究了有机添加剂和离子盐添加剂对PVDF膜结构的影响。在SEM图中发现添加剂的加入有利于膜的成孔。在XRD和FTIR图中发现,添加LiCl、NaCl、CH3COONa的试样β晶型特征峰明显,而添加C2O4Na2的试样没有明显的β晶型特征峰;添加有机添加剂的试样衍射峰的位置没有明显的变化,只是相同位置的峰强度有所变化,衍射峰主要为α晶型特征峰。  探究了溶剂极性对PVDF结晶结构的影响。通过XRD和FTIR结果发现极性大的溶剂如碳酸乙烯酯(EC)能够直接制备出β晶型PVDF,而极性相对较弱的溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)添加LiCl才能生成β晶型。提出了双电子层理论解释了β晶型的形成机理。  研究了LiCl浓度、溶液温度、凝固浴组成对LiCl诱导PVDF膜F(β)的影响。XRD和FTIR数据和F(β)的计算结果表明当离子盐浓度达到10-wt%是β晶型含量达到最大(接近100%),随着离子盐浓度的增大,F(β)不再有明显的变化;溶液温度为60℃时,F(β)达到最大(接近100%),随着温度的降低和升高,β晶型的含量均减小;在凝固浴组成方面,F(β)随着凝固浴中乙醇含量的增大而增大。  在纺丝液中加入添加剂,采用静电纺丝法制备了β晶型PVDF膜。通过SEM发现添加剂会影响纤维的形态。XRD数据和结晶度与F(β)的计算结果表明:有机添加剂对静电纺PVDF晶型没有明显的影响;在纺丝液中加入LiCl能大大的促进β晶型形成,试样的F(β)高达86%。  研究结果表明离子盐可以稳定的促进PVDF膜β晶型的形成,添加离子盐是一种简单有效的制备β晶型PVDF材料的方法。
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