通过离子束在有机材料中深层接枝的方法技术

通过离子束(X)在有机材料中进行单体(M)的深层(1)接枝的方法，其中：在1012离子/cm2至1018离子/cm2范围内选择每单位面积的离子剂量，以在0至3000nm的大厚度中形成自由基库(1)；在该自由基库(1)中接枝亲水和/或疏水和/或抗菌的单体(M)。由此有利地获得长期有效的具有防水和、亲水和/或抗菌性能的有机材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过离子束在有机材料中深层接枝单体的方法。本专利技术特别寻求形成厚的防水阻隔，以显著改善水基清漆在弹性体上的粘合，以构成抗菌阻隔，所述抗菌阻隔的特征在于长期有效性。本专利技术可应用于药物包装领域，其中例如希望防止环境湿气通过瓶扩散，从而避免其中所含的活性成分的降解。本专利技术也可应用于例如使用施加于弹性体的水基清漆的任何产业，其中一方面希望通过增强其硬度而改善(清漆/弹性体)机械相容性，另一方面提高弹性体的亲水特征，从而促进清漆粘合至弹性体上(例如风挡刮水器)。另一项应用在于处理石油工业中使用的电缆的PEEK护套，以增强其在极端温度和湿度条件下的耐氧化性。
技术介绍
术语“有机”指的是由通过共价键键合在一起或键合至其它原子的碳原子构成的材料。例如，这一类别包括属于聚合物、弹性体或树脂类的材料。这样的有机材料具有通常为电绝缘体并且在电离辐射的作用下能够产生自由基的特殊性；所述电离辐射包括紫外线、X射线、Y射线、电子束、离子束。作为实例，在电离辐射作用下，C = C类型的共价键产生两个自由基，记为(.)，其各自位于一个碳原子上(.C-C.)并且能够在自由基反应中与其它分子(例如O2)再结合， 所述自由基反应的特征在于三步，第一步为引发，第二步为增长，第三步为终止。术语“单体”指的是用于合成聚合物的简单分子。为了能够接枝到有机材料上，这些单体必须具有不饱和键(例如双键)，该不饱和键能够与通过电离辐射在有机材料中产生的自由基反应。将聚合物材料暴露于电子轰击或伽马射线类型的电离辐射形成自由基(电离反应)，该自由基可以通过称 为交联反应的反应彼此再结合，在有机材料的原子之间形成新的共价键，或者可以使来自外部的单体与有机材料的原子接枝。自由基与具有乙烯基或烯丙基官能类型的不饱和键的单体反应。通过电子轰击或伽马射线以及相关的照射装置进行的电离辐射可接枝非常不同形式的载体例如膜、织物表面、复合颗粒、医疗设备。带有乙烯基、烯丙基或丙烯酸类型的可接枝不饱和键的单体可在电离辐射的作用下固定到碳链上。 根据单体所带的其它化学官能团(或配体)，载体材料可被永久性地赋予特定特征防腐性能、离子交换性能、粘合促进性能等。然而，通过电子轰击或伽马射线的接枝方法具有与产生电离颗粒的装置以及它们的范围相关的缺点，这具有显著限制它们的使用的作用。从技术和安全两个角度来看，产生伽马射线的装置都是非常难以控制的。它们由棒形式的放射性钴-60源组成，所述棒约束在具有2m厚的壁的混凝土制防护室中。该防护室也保护用于储存源备料的池，其用于在源处于“休息”位置时的生物保护。在“工作”位置，携带容器(也称为料盘)的架空输送机保证待处理的物品围绕悬挂在小室中的源移动， 以及物品在防护室的内部和外部之间转移。防护室的迷宫几何构造保辐射的约束，同时允许物品连续地通过。源的功率可达到几百万居里。产生电子束的装置也是难以使用的。实际上必须提供厚的防护系统以阻止在材料中通过电子的减速产生的强烈X射线。此外，电子束可在绝缘有机材料的核心通过静电荷的累积导致其击穿。另一个的缺点(这次是在物理方面)与伽马辐射(几米)和电子(几mm)的过高的穿透能力相关。这样的穿透能力不适合这样的处理其中待处理的是表面，不改变有机材料的本体性能。实际上，不希望弹性体失去其本体弹性性能并将其硬度提高到它不再能够例如配合成型表面的形状的程度(例如风挡)。存在另一种接枝方法，这次是使用冷等离子体作用于极端表面。冷等离子体是通过在放电的作用下激发气体(通常在低真空下)获得的离子化介质射频等离子体(kHz至 MHz)和微波等离子体(2.45GHz)是最广泛使用的。由此获得由中性分子(大部分)、离子 (负的或正的)、电子、游离基物质(化学上非常活泼)和激发的物质构成的混合物。这样的等离子体被称为“冷”的，因为它们是其中能量主要由电子捕获的非热力学平衡的介质， 而其中气体的“宏观”温度保持在环境温度附近。电极发射的电子与气体的分子碰撞并将它们活化。然后发生电离或解离，形成游离基。这些激发的物质扩散到反应器腔中，特别是到达基材的表面。在那里，可涉及多种类型的表面反应以非常低的能量植入(几nm)，能量传递，键的形成或键的破坏。根据在表面发生的反应的类型，可以将表面活化，可以生长层， 或者发生蚀刻。通过冷等离子体的化学接枝在于使用气体例如氧、氮、空气、氨或四氟化碳进行工作，其活性物质将与聚合物的大分子链起化学反应，以导致形成作为处理气体特征的共价键(C-0、CN、C-F等)。该类型的处理仅影响暴露于等离子体的表面的第一纳米。如此活化的聚合物的表面然后可与特定的生物相容性分子(肝素、磷脂等)接触以通过化学键将它们固定。通常，通过将待处理的材料置于形成放电的区域之外(后放电)来进行化学接枝。因为接枝厚度非常小，处理具有有限的随着时间的有效性。它还对使用条件(磨耗、摩擦、磨损)敏感，该使用条件可导致它非常快地消失。这产生了对有机材料的深层接枝方法的需求，该方法优选根据容易工业化的方法，以便能够以显著的量和合理的成本提供这样的有机材料。
技术实现思路
本专利技术旨在提供有机材料的深层接枝方法，该方法是廉价的并且可用于处理符合很多应用需要的表面。因而，本专利技术提出通过离子束的有机材料深层接枝方法，该方法包括两个步骤a)离子轰击，其中-离子束的离子选自元素氦(He)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氩(Ar)、 氪(Kr)、氣(Xe)的尚子；-离子加速电压大于或等于IOkV并且小于或等于IOOOkV；-有机材料的温度小于或等于熔融温度；-将每单位面积离子剂量选择在IO12离子/cm2至IO18离子/cm2范围内，以通过离子轰击形成构成自由基库的层，所述自由基库可在第二步骤过程中接枝单体。该自由基库的特征在于具有几微米量级的厚度的表面层。该自由基库可任选地通过极端表面层与环境介质分离，所述极端表面层通过离子轰击完全交联并基本上由无定形碳构成。极端表面上的该无定形碳层本质上活性较低，相对于环境介质对自由基库具有稳定作用，并可提高有机材料的表面硬度；b)单体接枝步骤，其在于在合理选择的扩散温度下使单体从表面向自由基库扩散，以将它们接枝到所述库中存在的分子上。必须选择扩散温度以使得-活化所处理的厚度(稳定化层+自由基库)中存在的自由基；-加速单体从表面通过稳定化层向自由基库的扩散过程；-加速自由基机理，该自由基机理导致单体向库中存在的分子上的接枝；-保证在返回环境温度的过程中有机材料的性能不被改变。根据一种实施方案，玻璃化转变温度Tg表现为最合适的。根据另一种实施方案, 可以选择使用玻璃化转变温度Tg和熔融温度之间的中间温度，需要注意冷却条件以恢复原始有机材料的性能。最后，根据第三种实施方案，可以选择使用在环境温度和玻璃化转变温度之间的温度，如果自由基的密度和反应性、单体的扩散速度足够高以显著缩短接枝时间。扩散温度的选择非常依赖于有机材料和可接枝单体的性质。根据本专利技术对离子和这些离子的轰击条件的选择可用于有利地确定最优密度的自由基库，所述最优密度的自由基库用于在I微米量级的厚度上的单体高密度深层接枝， 该单体可具有疏水的、亲水的、抗菌的或者导电的性质。因而可以形成防水性、亲 水性、抗菌性或导电性的厚的、非常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.16 FR 10029891.单体在有机材料中的深层接枝方法，其特征在于它包括两个相继的步骤a)通过离子束的离子轰击步骤(a)-以在具有20nm至3000nm范围内的厚度eMd的层(I)中形成自由基库；并且-形成具有Onm至3000nm范围内的厚度estab的、介于表面和自由基库(I)之间的稳定化层⑵；-离子束的离子选自元素氦(He)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪 (Kr)、氙(Xe)的离子；-离子加速电压大于或等于IOkV并且小于或等于IOOOkV ；-有机材料的处理温度小于或等于其熔融温度；-通过有机材料的表面电阻率随着时间变化的测量确定引起最高电阻率突升台阶的剂量，在IO12离子/Cm2至IO18离子/cm2范围内选择每单位面积离子剂量；b)单体的接枝步骤(b)，其在于在扩散温度TdT使单体(M)通过稳定化层(2)从表面向自由基库⑴扩散。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于任何离子，选择每单位面积的离子剂量以形成稳定化层(2)和自由基库(I)的步骤基于预先获得的实验数据进行，该实验数据对于给定能量的另一种的离子指明获得最高电阻率突升台阶的每单位面积离子剂量。3.根据以上权利要求中任一项的方法，其特征在于每单位面积的离子剂量优选在IO13 离子/cm2至5 X IO17离子/cm2范围内。4.根据以上权利要求中任一项的方法，其特征在于离子加速电压优选在20kV至200kV 范围内。5.根据以上权利要求中任一项的方法，其特征在于扩散温度Td在环境温度和有...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·比萨尔多，
申请(专利权)人：奎尔技术工程公司，
类型：
国别省市：