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華南理工瞿金平院士/黃照夏副教授、陽普醫療鄧冠華《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用有利于我國在構建人類衛生健康共同體中貢獻中國力量。同時，社會的快速發展使得電子產品快速普及，而高阻隔材料的物理性和環境性保護作用對電路芯片等元器件的穩定運行具有重要意義。目前可以通過分子鏈調控和基體改性分別制備本征和摻雜阻隔高分子材料，但現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良力學性能的高透明高阻隔高分子材料一直以來都是學術界和工業界的研究熱點。

近期，華南理工大學瞿金平院士團隊與陽普醫療利用動態壓力工程實現了一步法制備高透明本征阻隔PET制品，圖1為動態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、水蒸氣透過率和力學性能進行了表征。研究發現，與傳統加工力場制備的制品（CM-PET）相比,動態壓力工程制備的制品（ib-PET）的氧氣透過系數下降88%，水蒸氣透過率下降43%，力學性能有小幅度的提升，ib-PET表現出優異的綜合性能。

圖1.高透明本征阻隔PET制備工藝示意圖及表面形貌。

圖2.動態壓力工程下PET宏觀性能的演變。

本工作也對動態壓力工程下PET的微觀結構如松弛過程、自由體積及分子鏈構象進行了系統研究。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動能力下降。ib-PET自由體積尺寸、自由體積數量和自由體積分數下降，進一步阻礙了小分子氣體在材料內部的擴散。

圖3. PET微觀結構的演變。

此外，本研究也探究了不同卸載區時長（Toff）對氧氣阻隔性能的影響。結果表明，PET的氧氣透過系數表現出明顯的加工參數依賴性，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壓力工程對PET熔體施加的能量密切相關。

圖4.不同工藝條件下PET氧氣阻隔性能及微觀結構。

圖5.動態壓力工程下PET結構演變示意圖及能量累積過程。

綜上所述，本研究通過調控鏈動力學和自由體積實現了一步法制備高透明本征阻隔高分子制品，進一步擴寬了高阻隔材料的研究之路，為高阻隔高分子材料的設計和制備提供了新思路和新方法。

相關研究成果以“Transparent Intrinsic Barrier Polymer via Dynamic Pressure Engineering”為題發表在學術期刊Macromolecules上。華南理工大學機械與汽車工程學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，華南理工大學瞿金平院士、黃照夏副教授和陽普醫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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（責任編輯：xu）

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