聚偏氟乙烯（PVDF）的氯化改性及其性能研究

作     者：吕彬（吉力） 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐伟箭

授予年度：2002年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚偏氟乙烯 氯化改性 反应条件 性能 

摘      要：高分子量的聚偏氟乙烯(PVDF)具有优越的热稳定性、耐候性、化学惰性及柔韧性，因而被作为涂料广泛地应用于高层建筑、铝幕、机器零件等要求高耐久性的场所。但由于聚偏氟乙烯熔点较高，不溶于普通溶剂，并且对基材的附着力较差，从而限制了PVDF的应用范围。 在聚合物中引入氯原子可以显著降低聚合物的熔点，提高其溶解性，而且氯化反应比较容易进行。基于上述考察我们开展了对PVDF进行氯化改性的工作。 首先考察了各种因素如氯化剂、引发剂的种类及浓度、反应介质、反应温度和反应时间对氯化反应的影响，确定了合成氯化PVDF的最佳反应条件：即以流量170ml/min的氯气为氯化剂，5g/L的BPO为引发剂，在76℃下以四氯化碳为反应介质进行反应。 其次在最佳反应条件下，对氯化反应的动力学过程进行了考察。结果发现：由于影响PVDF氯化反应的因素很多，而且PVDF的晶体结构复杂，并且由于—CF基团对亚甲基碳的钝化作用，因此PVDF氯化反应的微观动力学过程十分复杂，对其进行数学分析是十分困难的。所以我们对PVDF的氯化反应进行了宏观动力学的初步探讨，旨在建立一个氯化产物的氯含量与反应时间的宏观表达式。通过一系列的数学处理，我们建立了PVDF氯化深度与反应时间的关系式以及氯含量对时间的变化率方程，即[Cl％]=8.9937exp(-1.1070/t)，(其中a=8.9937，b=-1.1070)，并且通过PVDF氯含量实验值L与计算值L的良好线性关系，证明了上述方程的正确性。 最后我们在最佳反应条件下，合成了氯含量为1.0％～16.3％的氯化PVDF，并在对其结构进行表征的同时考察了上述各种氯含量下的氯化PVDF的性能变化。结果表明：随着氯含量的增加，氯化PVDF由半晶状结构变为非晶形，粘度则由57mpa.s降至40mpa.s左右，熔点由163℃降至130℃左右，而溶解性则由不溶于丙酮变为溶于丙酮，而且溶解度参数的范围扩大，附着力也有了明显的改善，其与水的接触角由90°降至54°，而从热失重分析数据可以看出，氯含量为16.3％的氯化PVDF的热失重10％时的温度(393℃)与PVDF(423℃)相比仅降低了(?)°左右，因此可以认为其热稳定性在改性前后无明显的变化。