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华南理工瞿金平院士/黄照夏副教授、阳普医疗邓冠华《Macromolecules》封面文章:高透明本征阻隔PET制备策略

2023-05-16   高分子科技   阅读量:227

    在新冠大流行背景下,高阻隔材料的制备与应用有利于我国在构建人类卫生健康共同体中贡献中国力量。同时,社会的快速发展使得电子产品快速普及,而高阻隔材料的物理性和环境性保护作用对电路芯片等元器件的稳定运行具有重要意义。目前可以通过分子链调控和基体改性分别制备本征和掺杂阻隔高分子材料,但现有的改善高分子材料阻隔性能的方法存在制品透明度差、力学性能劣化、效率低下和成本高等问题。因此,如何高效制备具有优良力学性能的高透明高阻隔高分子材料一直以来都是学术界和工业界的研究热点。

    近期,华南理工大学瞿金平院士团队与阳普医疗利用动态压力工程实现了一步法制备高透明本征阻隔PET制品,图1为动态压力工程加工工艺及制品表面形貌。他们对制品的宏观性能如透明度、氧气透过系数、水蒸气透过率和力学性能进行了表征。研究发现,与传统加工力场制备的制品(CM-PET)相比,动态压力工程制备的制品(ib-PET)的氧气透过系数下降88%,水蒸气透过率下降43%,力学性能有小幅度的提升,ib-PET表现出优异的综合性能。 

图1.高透明本征阻隔PET制备工艺示意图及表面形貌。

 图2.动态压力工程下PET宏观性能的演变。

    本工作也对动态压力工程下PET的微观结构如松弛过程、自由体积及分子链构象进行了系统研究。与CM-PET相比,ib-PET的α松弛和β松弛过程受到明显抑制,即链段和比链段更小单元的运动能力下降。ib-PET自由体积尺寸、自由体积数量和自由体积分数下降,进一步阻碍了小分子气体在材料内部的扩散。 

图3. PET微观结构的演变。

    此外,本研究也探究了不同卸载区时长(Toff)对氧气阻隔性能的影响。结果表明,PET的氧气透过系数表现出明显的加工参数依赖性,随着Toff的延长呈先降后升的变化趋势。这与不同工艺条件下动态压力工程对PET熔体施加的能量密切相关。