[发明专利]一种极性相聚偏氟乙烯/深共晶溶剂复合薄膜及其制备方法

说明书

一种极性相聚偏氟乙烯/深共晶溶剂复合薄膜材料。所述复合材料的制法为：将聚偏氟乙烯溶解在足量的N,N‑二甲基甲酰胺中；配制深共晶溶剂与聚偏氟乙烯共混（深共晶溶剂包括氯化胆碱/甘油、氯化胆碱/乙二醇、氯化胆碱/尿素、氯化胆碱/草酸）形成聚偏氟乙烯/深共晶溶剂复合薄膜；将偏氟乙烯/深共晶溶剂复合薄膜通过溶液浇铸法、旋涂法和热压法，得到具有高含量极性相聚偏氟乙烯的偏氟乙烯/深共晶溶剂复合材料。这种复合材料的制作工艺简单，成本低廉，流程可控。

技术领域

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种极性相聚偏氟乙烯/深共晶溶剂复合薄膜及其制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯（PVDF）是一种典型的多晶型聚合物，具有α、β、γ、δ和ε五种不同的晶型。其中α-PVDF 晶型为单斜晶系，以反式-偏转（trans-gauche）交替 TGTG’（T为反式，G和G′为左右式）的构型，总偶极矩为零，不显极性；β-PVDF 晶型具有全反式构象（TTT 构象），β晶型的晶胞中含有极性的锯齿形链，偶极平行排列。γ-PVDF 晶体内的分子链构象为TTTGTTTGʹ，含有 G/Gʹ构象。目前绝大部分的研究都致力于聚偏氟乙烯极性相的制备。为了获得大比例的聚偏氟乙烯的极性相，研究人员尝试了各种方法，如拉伸、共混和纳米复合。在聚偏氟乙烯中加入离子液体诱导极性相的生成也是研究热点之一，离子液体在离子液体/聚偏氟乙烯复合材料生产中的应用多种多样。常规室温离子液体具有大极性、抗静电高、导电性、低挥发性等有利的特性，但它们十分昂贵，合成方法复杂，并且是不可生物降解的，在实际生产中难以推广，因此本课题组采取了一种新型离子液体—深共晶溶剂(DES)，溶剂可以通过将作为氢键受体的季铵盐与氢键供体以特定的摩尔比混合形成低共熔混合物来容易地制备，并且在室温下是液体。常用的氢键受体有氯化胆碱、脯氨酸、丙氨酸、甜菜碱等，氢键供体可以来自醇、羧酸或酰胺类，如乙二醇、甘油、琥珀酸或尿素。除了表现出传统离子液体的特性之外，作为一类新的“绿色”溶剂，深共晶溶剂的优点还包括易于制备、成本低、成分易得、不挥发、热稳定性高和可生物降解，它也被认为是离子液体的绿色廉价替代品。目前DES仅在分析化学领域的应用较多，如作为萃取剂色谱分离，电化学分析，液体和固体样品的分解，新吸附材料的合成和改性。但没有研究人员把它对于聚偏氟乙烯复合材料物理化学特性的影响进行系统研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚偏氟乙烯/深共晶溶剂复合材料，该复合材料成本低、结晶快、无污染，制备方法简单易行，在其工业应用方面具有很大的潜力。

所述材料和方法涉及到的原料：聚偏氟乙烯（PVDF）、深共晶溶剂（DES）（氯化胆碱/甘油、氯化胆碱/乙二醇、氯化胆碱/尿素、氯化胆碱/草酸）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）。

本发明中，PVDF为主体材料，完全溶解在DMF中，DES均匀的分散在PVDF的DMF溶液中。制备方法包括以下步骤：

1）分别称取一定量的PVDF，分别置于10ml的容量瓶中，分别标识为1号、2号、3号、4号；

2）称取一定量的氯化胆碱溶解于甘油/乙二醇/尿素/草酸后分别称取一定量置于步骤1）中的1号、2号、3号、4号中，用PVDF的良溶剂DMF定容至10ml，加入磁力搅拌转子常温磁力搅拌30min，使PVDF完全溶解，一式三份，得到PVDF与DES的含量分别为2wt%、4wt%、8wt%的三份共混溶液；

3）将步骤2）所制得的三种不同配比的PVDF/DES溶液通过溶液浇铸法，制得厚度统一薄膜，常温下待溶剂DMF完全挥发，后置于真空干燥机中于50℃真空干燥8小时；

4）将步骤3)制得的复合薄膜置入200℃的恒温热台中，恒温培养10min，将完全消除热历史后的上述复合薄膜的培养温度迅速降至140℃，恒温培养12h使其完全重结晶。

5）将步骤2）所制得的三种不同配比的PVDF/DES溶液通过旋涂法，制得厚度统一薄膜，常温下待溶剂DMF完全挥发；