[发明专利]有机聚合物材料的改性方法和改性有机聚合物材料

说明书

本发明涉及一种有机聚合物材料的改性方法和改性有机聚合物材料。所述有机聚合物材料的改性方法包括以下步骤：1)将所述有机聚合物材料置于原子层沉积反应室；2)利用载气通入前驱体1，第一次封闭所述原子层沉积反应室，第一次封闭时间为180s‑600s，通入惰性气体吹扫清洗；3)再通入前驱体2，第二次封闭所述原子层沉积反应室，第二次封闭时间为180s‑600s；所述前驱体2选自氨气等离子体或氮气和氢气的混合等离子体。本发明利用ALD技术，以含氮前驱体为主要原料，使氮化物以适当的填充深度和填充密度填充入有机聚合物材料的内部，并在其表面形成薄膜，获得化学和机械性能均较好的改性有机聚合物材料。

技术领域

本发明涉及材料的改性技术领域，特别涉及有机聚合物材料的改性方法和改性有机聚合物材料。

背景技术

有机聚合物材料的改性方法主要有离子注入技术、塑料填充改性技术、表面渗碳和渗氮技术、化学气相沉积技术和原子层沉积技术(ALD)。

离子注入是指真空中采用一束离子束射向固体材料，当离子射入到材料之后，其和材料中的原子或分子发生一系列的物理和化学作用从而逐渐损失能量而慢慢减速，最终停留在固体之内，最终引起材料的表面成分、结构和性能发生变化。由于产生离子需要高能量，高能离子和有机惰性材料表面接触时，会导致有机物的化学键断裂造成结构损伤或是烧蚀，破坏预期的表面性能，产生晶格缺陷，造成黑点或表面粗糙度上升等影响；另外，离子注入多使用杂质离子，会导致离子种类无法调控，在有机聚合物材料内引入不需要的杂质，从而影响有机聚合物材料的性能。

塑料填充改性技术是指在把塑料基体聚合为有机物大分子的过程中，填充玻璃纤维，碳纤维，金属纤维和云母等材料，填充之后塑料的力学和耐热性都有显著提升。但是此种方法不适用于已经成形的有机聚合物材料，形成聚合物之后，有机聚合物材料很难重新降解为小分子从而进行重新掺杂。

表面渗碳和渗氮技术多用于处理金属，尤其是低碳钢和低合金钢。其将工件放进有高活性的高碳氛围中，加热到900-950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，高活性的碳介质就会渗透进工件表层，而内部仍保持原有成分。但是渗碳的工艺需要比较高的温度，很多常用的有机聚合物材料难耐高温。另外一种渗氮工艺，尤其是其中的气体渗氮工艺，具有相同的特点。但是离子渗氮(辉光渗氮)既属于渗氮技术，也属于离子注入技术，在渗氮的过程中会引入氢和氨等杂质，另外辉光等离子体的产生使得高能的离子损伤有机物表面。

化学气相沉积就是扩大化的原子层沉积技术，与原子层沉积不同的是，化学气相沉积将两种前驱体反应物一起通入反应室内部，从而发生反应形成薄膜。因为是一起通入，体相反应后附着于基板表面成膜，因而不具有足够的动能进入有机聚合物材料内部进行附着，附着于基板的生成物向有机聚合物基板内部渗透也比较困难。

原子层沉积(ALD)，是一种新兴的纳米级薄膜制备技术，其技术原理是指将前驱体交替通入腔体，发生单层的饱和吸附反应，实现自限制性的逐层沉积。因此，基于ALD制备的薄膜具有优异的三维共形性及表面均匀性等特点，同时还能保证精确的亚单层膜厚控制。由于其独特的生长方式和沉积特点，因而能直接于复杂基底表面形成致密薄膜，对不平整样品和三维表面封装也具有保形性，同时易于延展，是在有机惰性材料上沉积薄膜的理想手段。

基于ALD技术，有望对有机聚合物材料进行改性，以期提高有机聚合物材料的化学和机械性能。目前已报道以氧源作为前驱体，通过ALD技术，将氧化物与有机聚合物材料复合改性的手段。然而，相比于氧化物，通过ALD技术在有机聚合物材料上沉积或填充氮化物的难度相对更大，不容易实现，这也限制了ALD技术向更为广阔的领域发展。

发明内容

本发明提供一种有机聚合物材料的改性方法，利用ALD技术，以含氮前驱体为主要原料，使氮化物以适当的填充深度和填充密度填充入有机聚合物材料的内部，并在其表面形成薄膜，获得化学和机械性能均较好的改性有机聚合物材料。

所述有机聚合物材料的改性方法包括以下步骤：