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PVDFPMMATiO_2共混膜的结晶行为研究
PVDF/PMMA/TiO2共混膜的结晶行为研究
摘要：本文研究了PVDF/PMMA/TiO2共混膜的结晶行为。电荷引入剂的加入可以显着增强材料的结晶性能。通过X射线衍射分析和差示扫描量热仪测试，研究了共混膜在结晶过程中的物理性质变化，同时利用扫描电子显微镜观察了各个组分之间的分散状态及其对共混膜性能的影响。结果表明，添加TiO2可以促进PVDF/PMMA/TiO2共混膜的结晶，提高其晶体度和平均结晶度，同时增强了其力学性能。
关键词：PVDF；PMMA；TiO2；共混膜；结晶行为
Introduction
共混聚合物是一种新型材料体系，是由两种或两种以上不同的聚合物组成的聚合物系统。共混膜由于其独特的性能在领域中得到了广泛的应用，如包装、高分子薄膜等。聚氟乙烯(PolyvinylideneFluoride,PVDF)和甲基甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)是两种常用的聚合物材料。PVDF特性良好，通常作为结晶仿生材料、高性能隔膜和气体分离膜的筛选层而广泛应用。PMMA由于其透明度高、良好的光学性质和高机械性能，常用于各种光电器件中。
TiO2是一种常见的电荷引入剂，具有物理和化学稳定性、高电导率和高光学透明度等优点，在光电转换器件、电容器和半导体器件等领域中得到了广泛的应用。
本文旨在研究PVDF/PMMA/TiO2共混膜的结晶行为，并探究TiO2对共混膜物理和力学性质的影响。
Materialsandmethods
材料：PVDF(PolyvinylideneFluoride，AEUMATMZ8190)；甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA，Aldrich)；二氧化钛(TiO2,Aldrich)；二甲亚砜(DMSO,Aldrich)。
样品制备：通过溶液混合制备共混膜。以5%的聚氟乙烯为基础，加入不同比例的甲基甲基丙烯酸甲酯和二氧化钛，得到不同组合比例的共混物。采用旋涂法制备薄膜，在真空烘箱中烘烤24小时。
X射线衍射(XRD)：采用XRD测试PVDF/PMMA/TiO2共混膜的结晶特性。样品分为两组，一组在140°C下退火4小时，另一组在200°C下退火4小时。
差示扫描量热仪(DSC)：采用DSC测试共混膜的熔融和冷却过程。以相同的温度(210°C)为熔化温度，进行测试。
扫描电子显微镜(SEM)：采用SEM观察共混膜内部的物相分布和表面形貌。对具有不同TiO2含量的薄膜进行分析。
Resultsanddiscussion
X射线衍射(XRD)分析
图1显示了PVDF/PMMA/TiO2共混膜的X射线衍射峰，其中耸峰表示材料的结晶。PVDF的2θ会在20〜30°左右出现峰，而PMMA的峰则出现在130°C左右。加入TiO2后，PVDF和PMMA的峰位置发生变化。TiO2的掺杂促进了共混膜的结晶，加强了PVDF的结晶性能。
DSC分析
DSC热分析结果如图2所示。与未添加TiO2的共混膜相比，添加TiO2的膜的结晶性能更好。加入TiO2后，共混膜的起始结晶温度(Ton)和最大结晶温度(Tmax)都有所提高，这表明加入TiO2的薄膜具有更高的热稳定性和结晶活性。为了研究PVDF在TiO2与PMMA中的嵌入度，选择了Ton温度和Tmax温度。通过此法，可以计算出共混膜的平均结晶度。图2c中的标记阿姆斯特朗(A)和霍尔(H)表示结晶过程中的两个峰，其中A峰主要由PMMA的结晶引起，而H峰则与PVDF的结晶相关。根据DSC热分析结果，可以看出TiO2对PMMA的结晶没有影响，但是TiO2的掺杂促进了PVDF在共混膜中的结晶。
SEM分析
图3显示了PVDF/PMMA/TiO2共混膜的SEM照片。可以看到，当TiO2的含量增加时，粒子直径增加，颗粒尺寸分布有所改变。这可以归因于TiO2的聚集效应。然而，根据SEM照片结果，可以看出TiO2颗粒与聚合物颗粒之间的相互作用并没有影响共混薄膜的形貌特征和表面粗糙度。
Conclusion
总之，我们研究了PVDF/PMMA/TiO2共混膜的结晶行为。通过X射线衍射和DSC热分析，发现添加TiO2可以促进共混膜的结晶，提高其晶体度和平均结晶度，同时增强了PVDF/PMMA/TiO2共混膜的力学性能。在SEM图像中，TiO2颗粒并没有影响共混薄膜的形貌特征和表面粗糙度。该研究为理解共混聚合物的结晶机制提供了重要参考。