PVDF基接枝聚合物的制备与研究

论文摘要

近年来,为获得高性能、低成本的电活性聚合物,人们对修饰PVDF基聚合物的晶体结构和形态做了很多研究,包括PVDF基聚合物共混及热处理、电子辐照PVDF基二元和三元共聚物及掺杂复合等。除了上述方法,作为一种重要的修饰聚合物的途径,直接在这些聚合物的主链上进行接枝共聚在原理上有制备出令人满意的铁电聚合物的潜力。本文采用原子转移自由基聚合（ATRP）进行接枝,选择聚偏氟乙烯三氟氯乙烯（P（VDF-CTFE））和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯-三氟乙烯（P（VDF-CTFE-TrFE））作为大分子引发剂,其CTFE单元上的氯原子可以进行ATRP引发,将液晶基元CBHM接枝到主链上分别得到P（VDF-CTFE）-g-PCBHM和P（VDF-CTFE-TrFE）-g-PCBHM两种接枝共聚物。采用质子核磁共振（1H-NMR）、红外光谱（FT-IR）、凝胶液相色谱（GPC）和元素分析对其进行表征。采用X射线衍射（XRD）、差式扫描量热法（DSC）和偏光显微镜（POM）研究了接枝共聚物的微结构；采用热重分析（TGA）、动态热机械分析（DMA）和介电性能测试研究了接枝聚合物的热、力学性能和介电性能。研究结果表明：1、采用ATRP聚合方法成功的将CBHM接枝到主链,该方法能实现定点接枝结构可控,并且通过控制配方、温度和反应时间可以有效的控制产物的分子量,为其他含CTFE的氟聚合物的修饰改性提供了一种有效的方法。2、在引入PCBHM支链后,二元聚合物由非晶态变为部分结晶,支链结晶并诱导形成α晶体；三元接枝共聚物的结晶度略微增大,晶粒尺寸变小,晶体中的极性铁电β相增多,并且三元接枝聚合物的居里转变温度降低了4℃。3、接枝共聚物的热稳定性下降；接枝后聚合物的储能模量E′会大幅增加,且随着PCBHM支链含量的增加而增加,室温时可达到200-400MPa。4、P（VDF-CTFE）和P（VDF-CTFE-TrFE）在接枝液晶后介电常数εr（频率1kHz）均降低了1-2不等。但两者的介电损耗tanδ（频率1kHz）则呈现不同的变化,二元接枝聚合物随液晶含量的增加其tanδ值增大（0.021-0.037）,三元接枝聚合物则减小（0.054-0.039）。值得指出的是,在高频时（～MHz）,两者的介电损耗均远低于基体聚合物。P（VDF-CTFE）和P（VDF-CTFE-TrFE）的击穿场强Eb分别为75 MV/m和132MV/m,接枝后则大幅提升至178 MV/m和238 MV/m。此外,接枝后聚合物的饱和极化Pmax增大、剩余极化Pr减小趋势明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 PVDF基聚合物
• 1.3 PVDF基铁电聚合物的研究状况
• 1.4 PVDF基聚合物的应用及前景
• 1.5 原子转移自由基聚合
• 1.5.1 原子转移自由基聚合的机理
• 1.5.2 原子转移自由基聚合特点及应用
• 1.6 本论文的研究目的和研究内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 PVDF基接枝共聚物的制备
• 2.1 引言
• 2.2 液晶基元（CBHM）的合成与表征
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 P（VDF-CTFE）-g-PCBHM的合成与表征
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 P（VDF-CTFE-TrFE）-g-PCBHM的合成与表征
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 P（VDF-CTFE）-g-PCBHM的微结构与性能
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及设备
• 3.2.2 薄膜的制备
• 3.2.3 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 DSC分析
• 3.3.3 POM分析
• 3.3.4 TGA分析
• 3.3.5 DMA分析
• 3.3.6 介电性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 P（VDF-CTFE-TrFE）-g-PCBHM的微结构与·性能
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 薄膜的制备
• 4.2.3 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 XRD分析
• 4.3.2 DSC分析
• 4.3.3 TGA分析
• 4.3.4 DMA分析
• 4.3.5 介电性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果