聚对二甲苯防潮薄膜的研究

摘  要: 选用原子力显微镜、红外光谱、X X射线光电子能谱、紫外光- 由此可见- 近红外光谱仪原子吸收光谱的测试标准,对聚对二甲苯塑料薄膜的表层外貌、构成和光电特性开展科学研究. 试验结果显示:真空泵气相色谱堆积加工工艺制取的聚对二甲苯塑料薄膜表层平滑匀称. 塑料薄膜关键由有效氯官能团的苯环和甲基构成,表层有少量的C —O 键转化成. 塑料薄膜在由此可见- 近红外光谱仪股票波段的光透过率超出80 %. 聚对二甲苯塑料薄膜覆盖的硅胶干燥剂渗入水里的防水掉色時间可达150 d ,防水特性显著好于传统式的环氧树脂胶、聚氨酯材料等原材料. 塑料薄膜的激光器损坏阀值为4 J ·cm- 2 (1 064 nm ,1 ns) .

关键字: 聚对二甲苯塑料薄膜; 防水特性; 电子光学特性; 激光器损坏阀值

       聚对二甲苯( PPXC) 塑料薄膜是一种新式的纤维材料,具备良好的绝缘特性、物理学物理性能及其防水、除霉、防浓烟等特点. 自1960 年诞生至今,就以其特有的加工工艺和功能优点,广泛运用于电子器件、电子光学、航空公司、医药学、国防安全和别的行业[1 ] .聚对二甲苯塑料薄膜具备良好的防水特性,在由此可见- 近红外光谱仪区具备很高的透射系数. 真空泵气相色谱堆积制取加工工艺未找到高溫热处理工艺的全过程,不容易造成被维护的元器件形变,还有益于不规律元器件的表层的镀膜. 根据以上优势,文中选用真空泵气相色谱堆积加工工艺制取聚对二甲苯塑料薄膜,并对塑料薄膜的电子光学特性、防水特性及其激光器损坏阀值开展了检测和剖析. 这类塑料薄膜有希望作为磷酸二氢钾( KDP) 类结晶的防潮膜. 在惯性力束缚聚变的大功率激光器系统软件中,普遍应用KDP 类结晶对1 064 nm激光器完成2 内存超频和3 内存超频来得到更高韧性的激光器.KDP 类结晶便于吸潮,在表层产生蚀坑而危害电子光学特性,与此同时还存有晶相变化的问题,因而,对KDP 类结晶开展防水看起来特别关键.

1 　试验一部分

1. 1 　聚对二甲苯塑料薄膜制取

       运用真空泵气相色谱堆积加工工艺制取聚对二甲苯塑料薄膜,其化学反应全过程历经真空蒸发、高溫裂化和冷疑汇聚三个流程. 对二甲苯环二体在130 ℃周边立即提升为汽体,随后在500～750 ℃的耐高温情况下裂化,分子结构中甲基的C —C 键破裂后,转化成具备分散基的化工中间体. 在溫度较低时这种化工中间体汇聚,最终在基材的表层内以分子结构的情况汇聚产生线形高聚物塑料薄膜. 反映全过程如下所示:

事先将原材料(对二甲苯环二体C 型) 放置汽化段后密封性,根据超滤装置对石英加热管和涂膜室真空包装,重新启动加热装置加温原材料,原材料裂化后进到涂膜室,便会堆积在超低温底材(单晶硅片) 上产生聚对二甲苯塑料薄膜.

1. 2 　聚对二甲苯塑料薄膜功能测试

       红外光谱(FTIR) 检测选用Bruker Tensor27 傅立叶红外线原子吸收光谱,峰位屏幕分辨率为4 cm- 1 ,硅片选用单晶硅片,并且用未表层的镀膜的单晶硅片做为参照.塑料薄膜表层外貌选用原子力显微镜(AFM) ( PSIAXE2100 ,Korea) 剖析,探头为非接触式,硅片为石英玻璃管.X射线光电子能谱(XPS) 选用Micro lab2MK Ⅱ型多用途电子器件能谱仪精确测量,X X射线源为Mg Kα,动能为1 253. 6 eV ,剖析室的真空值为10 – 7 Pa ,高辨别扫描仪谱和全谱的根据能均为20 eV ,扫描仪步幅各自为0. 1 eV 和1 eV ,以试品表层来源于XPS 仪器设备自身的油环境污染碳(C 1 s , Eb = 284. 6 eV) 做为浓差极化校准规范.

选用Alpha2step100 台阶仪精确测量塑料薄膜的具体薄厚.

       根据对硅胶干燥剂开展塑料薄膜覆盖,将其浸于水里来检测塑料薄膜的防潮特性. 取几颗硅胶干燥剂(上海市化学药品企业,吸咐量≥20. 0 % ,干躁无重力≤5. 0 %) ,用电子称各自称重后,放置80 ℃的烘干箱中维持2 h ,快速取下后再放进化学气相沉积(CVD) 机器设备的涂膜室中,各自对硅胶干燥剂镀聚对二甲苯塑料薄膜,在室内温度(约25 ℃) 下将其放置水里. 一个月后取下,随后放置防潮柜(环境湿度约20 %) 中维持20 min ,使塑料薄膜表层变干,再度称重硅胶材料的品质. 称重完毕后再度放进水里,直到硅胶材料由深蓝色变成没有颜色全透明.选用JASCO V2570 型双光束紫外光- 近红外光谱仪原子吸收光谱,精确测量塑料薄膜由紫外光到近红外光谱仪(200～1 200nm) 的近竖直电子散射和光谱图.

依照ISO11254 – 2. 1 检测标准,对试品开展激光器损坏阀值的检测,试验由上海光机所大功率激光器物理学协同试验室进行. 激光器导出动能约为800 mJ ,脉冲宽度为10 ns ,結果均换算为1 ns ;激光器单脉冲为线偏振态和单横方式;反复工作频率为每次,测试标准选用1 – on – 1 (single shot per site) ;表层损害外貌选用50～200 倍L EICADMR HCS 显微镜观察.

2 　結果与探讨

2. 1 　聚对二甲苯塑料薄膜的红外光谱

       图1 为聚对二甲苯塑料薄膜的红外光谱图. 剖析如下所示:3 016 cm- 1处是苯环上的C —H 键伸缩式震动峰;816 cm- 1 是苯环上的C —H 键面外弯折震动峰;1 210～1 010 cm- 1左右的峰意味着苯环上的C —H 键面内弯折震动峰,消化吸收峰比较多,归属于指纹识别区[2 ] ;1 508 cm- 1 周边的好多个峰是苯环的框架震动峰;2 853 cm- 1和2 922 cm- 1是甲基的C —H 键对称性和抵制称伸缩式震动峰; 1 446 cm- 1 则为—CH2 —的C —H 键的特点震动消化吸收峰[2 ] . 从而可以分辨,针对聚对二甲苯塑料薄膜,其成份包含苯环和甲基. 消化吸收峰中1 604 cm- 1和1 556 cm- 1是苯环产生替代提升的苯环框架震动峰,873 cm- 1也是因为苯环产生替代后提升的苯环上的C —H 键面外弯折震动峰,684cm- 1是C —Cl 键的特点震动消化吸收峰; 435 cm- 1 是C —Cl 键的对称性伸缩式震动峰[3 ] . 这表明,苯环上面有氯原子官能团. 根据红外光谱分析得知,真空泵气相色谱堆积加工工艺制取的聚对二甲苯塑料薄膜大部分没有别的残渣.在1 010 cm- 1上有消化吸收峰,该峰为—CH2 —OH 醇官能团中C —O 键的伸缩式震动. 这也是由膜表层的高聚物链端与空气中的o2或水产生反映造成的.

图1 　聚对二甲苯塑料薄膜的红外光谱

Fig. 1 　FTIR spectra of parylene f ilms

2. 2 　聚对二甲苯塑料薄膜的表层外貌

       图2 为聚对二甲苯的AFM 图. 从图内可以看得出,塑料薄膜表层由纳米颗粒物和孔眼构成,尺寸为200nm 上下, 塑料薄膜表层的表面粗糙度Ra = 16. 536 nm.

2. 3 　聚对二甲苯塑料薄膜的表面层成份

       图3 为聚对二甲苯塑料薄膜的表层在电子器件结合能在0～1 000 eV 范畴内的XPS 剖析图普(现取200～600 eV 范畴) . 针对聚对二甲苯塑料薄膜,关键仅有碳和氢二种原素,XPS 不可以剖析氢元素,因而在285 eV周边存有一个明显的碳1 s 峰(图3a) . 除开碳1 s峰外,在201 eV 周边有一个氯的2 p 峰. 这与聚对二甲苯的成份相符合. 在532 eV 周边有一个强烈的氧1 s 峰,这表明塑料薄膜表层带有氧元素.

　　从图3b 的碳1 s 的XPS 谱可以看得出,在285. 1eV 处的峰顶为苯环上的C C 键和添加链上的C —C键, 286. 6 eV 的峰是高聚物链上的C —O键[4 ] . 根据面积换算, C —O 键的相对性百分数为7. 8 %. 这表明,塑料薄膜表层产生轻微的链端氧化还原反应.

图2 　聚对二甲苯塑料薄膜的AFM相片

Fig. 2 　AFM photos of parylene f ilms

图3 　聚对二甲苯塑料薄膜的表层XPS 谱

Fig. 3 　XPS spectra of parylene f ilms surface

2. 4 　聚对二甲苯塑料薄膜的紫外光- 由此可见通过光谱仪

       图4 为聚对二甲苯塑料薄膜的紫外光- 由此可见电子散射光谱仪,塑料薄膜的薄厚1. 70μm. 由图4a 看得出,塑料薄膜在能见光区的透射系数超出80 % ,在紫外线区透射系数则快速减少,在300 nm 上下透射系数骤降,在280 nm上下基本上接近于零,接着发生了一个电子散射顶峰. 由图4b 可以看得出,塑料薄膜在280 nm 光波长下列产生明显的消化吸收. 这表明,聚对二甲苯塑料薄膜对紫外线具备一定的消化吸收功效. 因为聚对二甲苯塑料薄膜具备苯环烃基的生色团,其特点消化吸收光波长为256 nm ,当苯环中的电子器件消化吸收该光波长的光量子后,便会从激发态的π路轨越迁到反键π3路轨[5 ] . 在271 nm 发生的挥发峰,为苯环上产生的氯替代物助色团所造成,该光波长为其特点消化吸收光波长[5 ] . 紫外光消化吸收会对塑料薄膜的构造造成影响功效,进而造成塑料薄膜特性下降.

2. 5 　聚对二甲苯塑料薄膜的防水疏水性能

       在湿冷的条件中,原材料会消化吸收一定量的水而体重增加,根据测量企业品质原材料的吸水流量,可定量分析分辨原材料的防潮特性;将易吸湿物件覆盖后放置湿冷的条件中,精确测量物件的吸湿增加量,就可以判定该原材料的防水特性[6 ,7 ] . 文中用聚对二甲苯塑料薄膜对硅胶干燥剂开展覆盖,将其放置湿冷的条件中,因为硅胶干燥剂具备灵巧的吸湿性掉色特点,仔细观察其色彩的更改可以形象化地得到聚对二甲苯塑料薄膜的防水实际效果. 测定测试数据见表1.

表1 　覆盖聚对二甲苯的硅胶干燥剂的吸湿性掉色状况

Tab. 1 　Moisture absorption of allochroicsilicagels coated with parylene

       未覆盖的硅胶材料放置水里7 min 后逐渐掉色变碎,因而只有放置室内温度空气中开展吸湿性检测,溫度为23 ℃,空气湿度为60 %. 覆盖聚对二甲苯塑料薄膜的试品放到空气中掉色的全过程迟缓而无法观察到,需在其所有渗入水里开展吸湿性检测,溫度为10～30 ℃;在渗入水里24 h 后,吸水性低于0. 025 %. 几类多见的防水塑料薄膜的吸水性(25 ℃,环境湿度为90 % , 24 h)为[8 ,9 ] :环氧树脂胶0. 08 %～0. 15 % ,聚氨酯材料0. 02 %～4. 50 %. 不难看出,聚对二甲苯的防水特性显著好于这种普遍的防潮膜.

       由表1 得知,聚对二甲苯塑料薄膜具备良好的防水特性,与此同时伴随着塑料薄膜薄厚的提升,防水功能也随着提高. 一般塑料薄膜存有能透气性的细微针眼,因此具备一定的透气性性,当塑料薄膜的针眼发病率变钟头,塑料薄膜的透气性率便会减少[10 ] . 从聚对二甲苯塑料薄膜的AFM 相片看得出,塑料薄膜表层存有许多细微针眼,假如塑料薄膜的薄厚十分小,特别是几十微米的情形下,其防水特性很有可能会很差. 而根据真空泵气相色谱堆积加工工艺制取的聚对二甲苯塑料薄膜,一般薄厚在μm数量级,塑料薄膜是根据逐层沉积遮盖生长发育在一起的,很多的孔眼均被埋在里层,那样塑料薄膜的针眼发病率相对应缩小,防水特性进一步提高[11 ] .与此同时,真空泵气相色谱堆积加工工艺对试品的实际样子规定不高,即使是缺点位置也彻底覆盖,这就提升了塑料薄膜对试品的安全防护实际效果.

2. 6 　聚对二甲苯塑料薄膜的激光器损坏阀值

       聚对二甲苯塑料薄膜表层损害外貌如下图5 所显示. 激光器单脉冲打进塑料薄膜的表层,会造成小色斑(图5a) ,伴随着激光器单脉冲辐照度数额的提升,塑料薄膜表层的色斑也随着增加(图5b) ,最终互相连接起來产生一块大斑(图5c) ,完全毁坏了此处塑料薄膜的构造. 聚对二甲苯塑料薄膜的激光器损坏阀值为4 J·cm- 2 (1 064 nm ,1 ns) ,与现阶段已经运用的羟基硅铜防护膜的损害阀值(4～5 J·cm- 2) [12 ]相距并不大.有机化学塑料薄膜的激光器损坏阀值远小于有机物塑料薄膜,如SiO2 为20 J·cm- 2 ,ZrO2 为29 J·cm- 2 [13 ] . 这也是由有机化学塑料薄膜的耐温性差所造成的. 当高韧性激光器打进塑料薄膜表层时,聚对二甲苯塑料薄膜因为热消化吸收造成部分快速提温,瞬间的高溫非常容易使有机化合物表层增碳,产生如下图5 所显示的颗粒物沉积外貌.

3 　结果

       由真空泵气相色谱堆积加工工艺制取的聚对二甲苯塑料薄膜,表层平滑匀称,有纳米的颗粒物和孔眼存有;聚对二甲苯塑料薄膜关键由带有氯官能团的苯环和甲基构成,没有别的残渣;X X射线光电子能谱分析表明,塑料薄膜表层发生了少量的链端氧化还原反应;电子光学特性剖析发觉,塑料薄膜在能见光区有80 %以上的透射系数;在紫外光- 能见光区,透射率小于15 % ,表明塑料薄膜具良好的电子光学特性. 由塑料薄膜防水特性剖析得到,聚对二甲苯塑料薄膜显著好于普遍的防水塑料薄膜(环氧树脂胶塑料薄膜、聚氨酯材料塑料薄膜等) ,镀有聚对二甲基塑料薄膜的硅胶干燥剂在水中的防水掉色時间可达150 d. 塑料薄膜的激光器损害阀值为4 J·cm- 2 (1 064 nm ,1 ns) ,贴近现阶段采用的羟基硅铜防护膜,小于二氧化硅膜等有机物塑料薄膜. 通过对聚对二甲苯塑料薄膜的构成、电子光学、防水特性、激光器损害阀值的测验和剖析得到:聚对二甲苯塑料薄膜做为防潮膜有非常大优点,有望用以磷酸二氢钾( KDP) 类结晶.

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