Selective and Controlled Grafting from PVDF-Based Materials by Oxygen-Tolerant Green-Light-Mediated ATRP

材料科学 嫁接 丙烯酸酯 高分子化学 甲基丙烯酸酯 六氟丙烯 原子转移自由基聚合 单体 结晶度 共聚物 聚合 化学工程 聚合物 复合材料 四氟乙烯 工程类
作者
Piotr Mocny,Ting‐Chih Lin,Rohan Parekh,Yuqi Zhao,Marek Czarnota,Mateusz Urbańczyk,Carmel Majidi,Krzysztof Matyjaszewski
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (18): 23932-23947 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03369
摘要

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) shows excellent chemical and thermal resistance and displays high dielectric strength and unique piezoelectricity, which are enabling for applications in membranes, electric insulators, sensors, or power generators. However, its low polarity and lack of functional groups limit wider applications. While inert, PVDF has been modified by grafting polymer chains by atom transfer radical polymerization (ATRP), albeit via an unclear mechanism, given the strong C-F bonds. Herein, we applied eosin Y and green-light-mediated ATRP to modify PVDF-based materials. The method gave nearly quantitative (meth)acrylate monomer conversions within 2 h without deoxygenation and without the formation of unattached homopolymers, as confirmed by control experiments and DOSY NMR measurements. The gamma distribution model that accounts for broadly dispersed polymers in DOSY experiments was essential and serves as a powerful tool for the analysis of PVDF. The NMR analysis of poly(methyl acrylate) graft chain-ends on PVDF-CTFE (statistical copolymer with chlorotrifluoroethylene) was carried out successfully for the first time and showed up to 23 grafts per PVDF-CTFE chain. The grafting density was tunable depending on the solvent composition and light intensity during the grafting. The initiation proceeded either from the C-Cl sites of PVDF-CTFE or via unsaturations in the PVDF backbones. The dehydrofluorinated PVDF was 20 times more active than saturated PVDF during the grafting. The method was successfully applied to modify PVDF, PVDF-HFP, and Viton A401C. The obtained PVDF-CTFE-g-PnBMA materials were investigated in more detail. They featured slightly lower crystallinity than PVDF-CTFE (12-18 vs 24.3%) and had greatly improved mechanical performance: Young's moduli of up to 488 MPa, ductility of 316%, and toughness of 46 × 106 J/m3.
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