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聚偏氟乙烯(PVDF)是一种含氟的结晶性聚合物。具有优异的力学性能,优异的耐候性,此外PVDF是一种热塑性塑料、能被高极性溶剂溶解,因此可以采用各种熔融及溶液法加工成膜。因此,PVDF是制造防护层材料的优选基体树脂。但是,纯PVDF薄膜呈高度透明状态,紫外及可见光透过率极高。如何对PVDF进行改性赋予其紫外及可见光阻隔性能是本论文的研究目的所在。 二氧化钛(TiO2),因其高效的紫外吸收功能和可见光散射效应,是最常用的用于提高聚合物抗光老化性能的无机光阻隔剂。二氧化钛的紫外吸收机理已经明晰,但基于光散射效应的可见光阻隔性理论还在不断完善之中。其中的困难在于多重散射效应和相关散射效应导致的数学处理难度极大,而实验中不可避免的粒子团聚对散射影响的不确定性进一步削弱了实验研究与理论研究相互印证的准确性。 本论文首先利用ATRP法在二氧化钛粒子表面接枝了与PVDF具有良好相容性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),以改善二氧化钛粒子在PVDF基体中的分散,研究了分散与二氧化钛体积分数对复合膜光阻隔性的影响;结果表明,表面接枝使二氧化钛粒子即使在高达20%体积分数填充时仍以单个粒子状态均匀分散。改善分散明显提高了复合膜的可见光阻隔性,但随着粒子体积分数增大而不可避免的相关散射效应导致复合膜不透明度增量逐渐降低,在实验的体积分数和膜厚范围内均未达到完全不透明。而二氧化钛体积分数为10%时其具有最高使用效率; 本文向二氧化钛/聚偏氟乙烯共混体系中加入微量炭黑,引入光吸收效应,研究了光散射和光吸收综合效应以及薄膜厚度对复合膜光阻隔性的影响。结果表明,微量炭黑的加入可以显著提高复合膜的不透明度,如,当薄膜厚度为20μm时,二氧化钛体积分数为25%时复合膜CR值为97.67%(小于完全不透明临界值98%),而引入炭黑浓度为2×10-4g/cm3时,二氧化钛体积分数仅需10%,复合膜CR值为98.1%,达到完全不透明。且复合膜保持良好的白色外观。 多巴胺在自聚合过程中可黏附在几乎所有材料表面,其自聚-组装产物聚多巴胺(polydopamine,PDA)具有光吸收功能。利用多巴胺对二氧化钛进行表面改性,在二氧化钛表面包覆了聚多巴胺层,制备了TiO2@PDA复合粒子。该复合粒子不仅对光具有很强的散射效应,还具有一定的光吸收效应。通过引入光吸收效应,相同二氧化钛体积分数和薄膜厚度条件下,多巴胺处理二氧化钛时间增加,粒子光吸收能力增强,复合膜不透明度增加。如,二氧化钛体积分数为10%,薄膜厚度为30μm时,未修饰二氧化钛的复合膜CR值为96.99%,而多巴胺处理二氧化钛5 min,复合膜CR值为98.1%,超过完全不透明临界值;而多巴胺处理二氧化钛20min时,膜厚20μm时CR值为98.39%,达到完全不透明; 无机光阻隔剂与树脂的复合不可避免的会产生两个负面效果,即力学性能恶化和复合膜比重增大,不利于航空领域的应用。因此本文研究、探索了通过对PVDF薄膜进行表面改性,制备具有紫外光阻隔性能的复合膜,如此即不损伤基体、降低其力学性能,也减小了复合膜比重的增量。本文利用多巴胺的普适粘附性、紫外光吸收效应,首先在PVDF表面构筑了聚多巴胺(polydopamine,PDA)层,研究了PDA层厚度与紫外光阻隔效率的关系。结果表明,PDA层厚度随反应时间增加而增大,同时紫外光透过率也随PDA层厚度增加而降低。但是处理时间超过24h后,PDA层厚度达到最大,因此通过多次沉积法增加PDA层厚度以进一步降低紫外透过率。PDA层的厚度随处理次数线性增大,紫外光透过率呈指数降低,从而制备了具有高紫外光阻隔性的PVDF-PDA复合膜。此外,利用PDA的可反应性,通过液相沉积法,在PDA层表面沉积具有高效紫外光吸收功能的二氧化钛层,制备了高紫外光阻隔性的PVDF-PDA-TiO2复合膜。如,当PVDF表面构筑了三层PDA-TiO2结构时400nm波长处透过率低至2%以下,320nm以下波段透过率小于0.1%。