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華南理工瞿金平院士/黃照夏副教授、陽普醫(yī)療鄧冠華《Macromolecules》封面文章：高透明本征阻隔PET制備策略
2023-05-16  來源：高分子科技

  在新冠大流行背景下，高阻隔材料的制備與應(yīng)用有利于我國在構(gòu)建人類衛(wèi)生健康共同體中貢獻(xiàn)中國力量。同時，社會的快速發(fā)展使得電子產(chǎn)品快速普及，而高阻隔材料的物理性和環(huán)境性保護(hù)作用對電路芯片等元器件的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。目前可以通過分子鏈調(diào)控和基體改性分別制備本征和摻雜阻隔高分子材料，但現(xiàn)有的改善高分子材料阻隔性能的方法存在制品透明度差、力學(xué)性能劣化、效率低下和成本高等問題。因此，如何高效制備具有優(yōu)良力學(xué)性能的高透明高阻隔高分子材料一直以來都是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。


  近期，華南理工大學(xué)瞿金平院士團(tuán)隊與陽普醫(yī)療利用動態(tài)壓力工程實(shí)現(xiàn)了一步法制備高透明本征阻隔PET制品，圖1為動態(tài)壓力工程加工工藝及制品表面形貌。他們對制品的宏觀性能如透明度、氧氣透過系數(shù)、水蒸氣透過率和力學(xué)性能進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)加工力場制備的制品（CM-PET）相比,動態(tài)壓力工程制備的制品（ib-PET）的氧氣透過系數(shù)下降88%，水蒸氣透過率下降43%，力學(xué)性能有小幅度的提升，ib-PET表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。 


圖1.高透明本征阻隔PET制備工藝示意圖及表面形貌。


 圖2.動態(tài)壓力工程下PET宏觀性能的演變。


  本工作也對動態(tài)壓力工程下PET的微觀結(jié)構(gòu)如松弛過程、自由體積及分子鏈構(gòu)象進(jìn)行了系統(tǒng)研究。與CM-PET相比，ib-PET的α松弛和β松弛過程受到明顯抑制，即鏈段和比鏈段更小單元的運(yùn)動能力下降。ib-PET自由體積尺寸、自由體積數(shù)量和自由體積分?jǐn)?shù)下降，進(jìn)一步阻礙了小分子氣體在材料內(nèi)部的擴(kuò)散。 


圖3. PET微觀結(jié)構(gòu)的演變。


  此外，本研究也探究了不同卸載區(qū)時長（Toff）對氧氣阻隔性能的影響。結(jié)果表明，PET的氧氣透過系數(shù)表現(xiàn)出明顯的加工參數(shù)依賴性，隨著Toff的延長呈先降后升的變化趨勢。這與不同工藝條件下動態(tài)壓力工程對PET熔體施加的能量密切相關(guān)。 


圖4.不同工藝條件下PET氧氣阻隔性能及微觀結(jié)構(gòu)。 


圖5.動態(tài)壓力工程下PET結(jié)構(gòu)演變示意圖及能量累積過程。


  綜上所述，本研究通過調(diào)控鏈動力學(xué)和自由體積實(shí)現(xiàn)了一步法制備高透明本征阻隔高分子制品，進(jìn)一步擴(kuò)寬了高阻隔材料的研究之路，為高阻隔高分子材料的設(shè)計和制備提供了新思路和新方法。


  相關(guān)研究成果以“Transparent Intrinsic Barrier Polymer via Dynamic Pressure Engineering”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Macromolecules上。華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院博士研究生劉明金和黃照夏副教授為論文共同第一作者，華南理工大學(xué)瞿金平院士、黃照夏副教授和陽普醫(yī)療科技股份有限公司鄧冠華為共同通訊作者。


  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c00189

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