本发明专利技术公开了一种通过表面交联提高聚合物薄膜水汽阻隔性能的方法，在真空条件下，用带能量的氢分子对聚合物表面进行轰击，引发聚合物表面交联反应，获得表面具有水汽阻隔性能的聚合物。本发明专利技术通过高能的中性氢分子轰击聚合物表面，引发聚合物表面交联反应，形成结合牢固、致密的表面交联层，使聚合物获得良好的水汽阻隔能力。最重要的是本发明专利技术的方法反应条件温和，在交联聚合物表面的过程中不会造成聚合物分子降解破坏，能够有效提高薄膜的水汽阻隔能力，同时保留聚合物膜原有的物理性质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
阻隔空气中的水汽对金属防腐，电子元器件保护、食品保鲜以及文物保护有着重 要意义。聚合物阻隔保护材料具有柔韧性好、成本低、易于加工等特点，被广泛地应用于隔 离湿气。然而，相对于无机阻隔材料，聚合物阻隔材料由于其具有低的链堆积密度和结晶度 而导致水汽阻隔性能不足。 当前，真空气相沉积无机涂层、添加无机片状填料、交联反应等方法被用来提高 聚合物的水汽阻隔性能，其主要原理是构建致密结构，阻碍水汽在聚合物薄膜的分子间 隙中的扩散。其中，沉积致密的无机涂层（如二氧化硅和铝）不仅原材料昂贵且制备过 程复杂，涉及高温、多步沉积步骤，而且制得的阻隔涂层容易破裂分层，导致阻隔层失效 (Journal of Applied Physics 2009,106,5331-5336)。在聚合物中填加低渗透性的片 材（粘土和石墨稀）形成的复合材料可以提高水汽阻隔性能（Carbohydrate Polymers 2011，86, 691-699)，但是，由于纳米填充物容易在聚合物中团聚，往往导致实际制备加工困 难。交联反应可以减小聚合物的自由体积来阻隔水汽，通常需要在聚合物薄膜制备过程中 添加交联剂引发材料整体交联而实现阻隔，但整体交联会使材料发脆，且应用体系受限。因 此，急需要后处理、表面处理的方式来实现交联，从而保留材料原有的力学性质扩展应用范 围。而目前利用等离子、紫外光照等后处理方法尽管可以引发表面交联反应（Journal of food science2012,77, 15-23;Journal of Materials Chemistry 2012,22,4881-4889)，但 同时破坏薄膜，引入缺陷，无法改善薄膜的水汽阻隔性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中提高聚合物薄膜阻隔性能的方法稳定性差或 带来新的破坏的问题，提供一种温和的表面交联方法，改善聚合物薄膜的阻隔性能。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案： -种通过表面交联提高聚合物薄膜水汽阻隔性能的方法，在真空条件下，用带能 量的氢分子对聚合物表面进行轰击，引发聚合物表面交联反应，获得表面具有水汽阻隔性 能的聚合物。 在本专利技术中使用带能量的中性氢分子对聚合物表面进行轰击，进而引发聚合。聚 合物分子中都含有大量中性键，通过中性氢分子的轰击破坏部分产生自由基，自由基再次 形成新的交联键合，使聚合物表面交联更加紧密实现增强阻隔水汽性能的目的。所述真空 条件为现有科技实际所能达到的真空度，并不指代绝对真空。控制真空条件主要是保护氢 分子进行轰击过程中减少干扰，及提高轰击生成自由基交联的效率。特别是带一定能量的 氢分子进行轰击反应，引发交联作用。 进一步，所述聚合物主要是含有碳氢键的聚合物。聚合物分子中都含有大量碳氢 键，通过中性氢分子的轰击破坏部分碳氢键产生自由基，自由基再次形成新的交联键合，使 聚合物表面交联更加紧密实现增强阻隔水汽性能的目的。利用氢分子轰击碳氢键所形成的 交联键主要是碳碳键、碳氢键，具有稳定性好，和主链构构相似的特点，对聚合物本身的理 化性质影响小。优选的，所述聚合物是聚氯代对二甲苯。 进一步，所述带能量的氢分子是通过带能量质子和氢气发生碰撞得到的带动能的 氢分子。优选的，所述氢分子能量为10-30eV。质子是氢原子失去电子后的核心，容易被电 场加速充能，利用高能质子和氢气分子进行碰撞，使氢分子获得能量，而孤立的质子又可以 在能量降低后两两结合生成中性的氢分子。在获得带动能的氢分子时不会产生其它对交联 有不良影响的有害分子/原子。 进一步，使用中性氢分子轰击的时间长度为30秒至20分钟。使用中性氢分子轰 击的过程是聚合物表面碳氢键的断裂重组的过程，轰击一段时间后聚合物表面的碳氢键的 断裂和交联达到平衡，继续增加轰击时间并不能增强交联的强度，反而可能破坏聚合物分 子中长链结构，使得聚合物表面脆性增加。结合试验分析，中性氢分子轰击时间小于30秒 可能交联不足或不能有效交联，时间超过20分钟后轰击不再增加交联度，不提升阻隔水汽 的效果，另外还可能影响到聚合物的脆性增加。 进一步，聚合物的表面交联厚度为5-60nm。对于改善聚合物水汽阻隔性能的主要 是聚合物的表面的交联程度，本专利技术采用的高能氢分子轰击法就是针对聚合物表面的碳氢 化学键进行的交联控制。调整氢分子的能量可以增加轰击的深度，改善更深层次的交联，但 对于聚合物的水汽阻隔性能而言，内部的的交联增强更多的是增加其表面硬脆性而对于整 体的水汽阻隔性能并不一定有突出的增强作用，综合考虑交联的成本和水汽阻隔性能的提 升，控制表面交联厚度为5-60nm。 进一步，聚合物预先经过清洗处理。清洗除去聚合物表面粘附的杂质，增加氢分子 直接轰击到聚合物表面的效率。优选的，采用丙酮、乙醇等有机溶剂对聚合物进行冲洗。使 用丙酮或乙醇等冲洗聚合物的表面，丙酮和乙醇对聚合物具有较弱的溶解性，冲洗可以有 效的去除分子量的杂质成分，而对于聚合物的主体结构不产生破坏作用。冲洗过程中可以 使用一种或多种溶剂进行冲洗。 进一步，所述聚合物是聚合物薄膜。所述薄膜是指制成膜的形态的聚合物，不特指 某一具体厚度的聚合物膜。对于聚合物薄膜当用于各种保鲜防腐等需要阻隔水汽的情况， 使用本专利技术的表面交联方法可以在不改变薄膜的厚度的情况下，大大的提升聚合物薄膜的 水汽阻隔性能。 进一步，使用超热氢系统生成带动能的氢分子对聚合物进行轰击，实现聚合物表 面的交联处理。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果： 1.本专利技术用带动能的氢分子碰撞聚合物表面，可以实现聚合物表面分子的碳氢键 选择性断裂，形成碳自由基，同时碳自由基进一步耦合交联，形成结合牢固、致密的表面交 联层，且形成的表面交联层相对本体有更高的水汽阻隔能力。而在聚合物表面沉积的无机 镀层通常因为结合力差的问题会剥离失效。 2.采用动能可控的中性氢碰撞聚合物表面可以选择性断裂碳氢键，而不会造成其 他键断裂（如碳碳键），该方法反应条件温和，在交联聚合物表面的过程中不会造成聚合物 分子降解破坏，能够有效保留聚合物膜原有的物理性质（如机械强度，透光率）。【附图说明】： 图1是本专利技术生成具有动能的氢分子的一种装置示意图。 图中标记：I-氢等离子体，2_第一电场，3_碰撞室，4_第二电场，5_样品。【具体实施方式】 实施本专利技术方法具体方案： ，其特征包括以下步骤： (1)用丙酮、乙醇冲洗聚合物薄膜表面；（2)将冲洗后的聚合物薄膜放入等离子腔体，抽真 空；（3)在腔体中通入氢气，通过微波装置激发出氢等离子体，在电场的作用下等离子体与 腔体中的氢气进行碰撞，产生带一定动能的中性氢分子轰击聚合物表面，引发聚合物表面 交联反应，获得具有一定水汽阻隔性能的聚合物薄膜。 氢等离子体中质子通过电场加速，具有动能的等离子体当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过表面交联提高聚合物薄膜水汽阻隔性能的方法，在真空条件下，用带能量的氢分子对聚合物表面进行轰击，引发聚合物表面交联反应，获得表面具有水汽阻隔性能的聚合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐昶宇，邵虹，胡歆，何周坤，杨建，帅茂兵，刘焕明，梅军，
申请(专利权)人：中物院成都科学技术发展中心，中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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