CN105482139A - 一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法 - Google Patents

一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯乙烯溶于甲苯中，配制成制膜溶液备用；将制膜溶液均匀涂抹在干净玻璃片上，将玻璃片放置于含有水汽的静态、封闭环境中，等待甲苯挥发完毕后，得到具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜，在得到具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜后，可在所制得的薄膜上重复涂覆制膜溶液，重复前述步骤，可得到具有通透孔的多层叠合膜。本发明采用了呼吸图案法，有机溶剂挥发时，造成溶液温度下降，低于环境温度，周围空气中的水汽就在溶液表面冷凝下来，随着溶剂的进一步挥发，水滴在溶液中连续下沉就钻出了孔道。本发明制备的多孔膜具有孔径均匀的通透孔。

Description

一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，公开了一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法。
背景技术
微纳米多孔有机薄膜材料在分离、催化、生物和医学等方面有着广泛用途，而孔径均匀的多孔薄膜材料具有理想的工作效率，它们也是制备多孔碳材料的优质前驱体。
目前，制备多孔膜的主要方法是采用模板剂（造孔材料）造孔，其原理是将有机材料和与其某一性能（如：热稳定性，耐酸性，耐碱性，溶解性等性质）不同的造孔材料充分混合，再利用性能差异从混合材料中移除造孔材料，同时将造孔材料占据的空间保持下来，就获得了多孔有机薄膜材料，如CN104474921A采用聚烯烃与二元混合稀释剂均匀混合后制成粗品，再利用聚烯烃和稀释剂在乙醇中的溶解度差异，由乙醇洗涤去除稀释剂，从而获得聚烯烃中空纤维或多孔膜；US4623670将乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）在高温下溶解于三氟氯乙烯中，并加入二氧化硅，熔融挤出、淬冷成膜后，再用热氢氧化钠除去二氧化硅，得到ECTFE多孔膜；CN104607062A使用水溶性无机粒子（LiCl、CaCl2、NaCl和KCl）做为造孔剂。可见采用模板法制备多孔膜过程中，脱除造孔材料的难易程度，不仅决定了操作的繁杂程度，还产生了较多的废液。采用环境友好的造孔材料将能促进多孔膜材料的的大规模制备和广泛应用。
水是一种环境友好的物质，对人无害，并且容易获得，采用它作为造孔材料可以大大简化多孔膜材料的制备过程和降低成本。1994年出现的呼吸图案法[Nature1994,369,387.]首次采用水作为模板剂成功制备出了蜂窝状多孔膜。对于聚苯乙烯多孔膜制备，CN104194018A采用经水饱和的湿空气吹拂聚苯乙烯磺酸盐、或聚苯乙烯/丙烯酸共聚物溶液表面，获得直径是200nm–10mm单分散孔径的多孔膜；CN104327298A采用在静态饱和水汽中由聚苯乙烯-b-聚丙烯酸、或聚苯乙烯-b-聚乙二醇等嵌段共聚物溶液制备纳米孔（半径小于100nm）峰窝状膜；Li等以聚苯乙烯-b-聚异戊二烯-b-聚苯乙烯嵌段共聚物用呼吸图案法制备多孔膜[SoftMatter2011,7,546.]。
呼吸图案法是一种水滴自组装的动态过程，在制备过程中容易出现缺陷且孔径分布不均一的问题[高分子通报，2011(11)34.]，为了获得均匀的聚苯乙烯多孔膜，常采用在聚苯乙烯溶液中添加稳定剂或使用聚苯乙烯嵌段共聚物来增加制膜溶液的黏度,以提高水滴在造孔过程中的稳定性,从而提高多孔膜的均匀性。如果能够直接使用聚苯乙烯单体制备出规整的聚苯乙烯多孔膜，将有利于降低多孔膜的生产成本。
发明内容
针对现有的制备多孔膜时，要事先对聚合物进行嵌段反应或添加稳定剂的繁杂预处理，本发明的目的在于提供一种利用呼吸图案法由聚苯乙烯单体制备出均匀的聚苯乙烯多孔膜的方法，并且采用该法进行多层叠合多孔膜的制备。
本发明的技术方案如下：
一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯乙烯溶于甲苯中，配制成制膜溶液备用；将制膜溶液均匀涂抹在干净玻璃片上，将玻璃片放置于含有水汽的静态、封闭环境中，等待甲苯挥发完毕后，得到具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜。
进一步地，所述的聚苯乙烯甲苯溶液的浓度为10mg/ml–50mg/ml，优选为15mg/ml–45mg/ml，溶解过程采用超声波震荡溶解。
成膜时环境温度为15℃-35℃，优选20℃-30℃。
成膜时环境湿度为60%RH-95%RH，优选80%RH-90%RH。
作为进一步的技术方案，在得到具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜后，可在所制得的薄膜上重复涂覆制膜溶液，重复前述步骤，可得到具有通透孔的多层叠合膜。
本发明采用了呼吸图案法，其制备机理是：有机溶剂挥发时，造成溶液温度下降，低于环境温度，周围空气中的水汽就在溶液表面冷凝下来，随着溶剂的进一步挥发，水滴在溶液中连续下沉就钻出了孔道。本发明制备的多孔膜具有孔径均匀的通透孔，不同膜的孔直径介于1mm–20mm。
附图说明
图1是对实施例1所得到膜的扫描电镜观察结果，上面均匀分布着直径为17μm的通透孔。
图2是对实施例2所得到膜的扫描电镜观察结果，上面均匀分布着直径为1.5μm的通透孔。
图3是对实施例3所得到的一层膜（膜A）和三层膜（膜B）的扫描电镜观察结果，两个样品上都形成了通透孔，孔直径分别集中在：10mm和50mm。
具体实施方式
实施例1：先将聚苯乙烯和甲苯在超声波辅助溶解下配制浓度为15mg/ml的制膜溶液，然后涂覆在玻璃片上，再置放于25℃、相对湿度为82%的静态气氛中制膜，60min后取出玻璃片，将多孔膜从玻璃片上剥离。图1是对所得到膜的扫描电镜观察结果，上面均匀分布着直径为10μm的通透孔。
实施例2：先将聚苯乙烯和甲苯在超声波辅助溶解下配制浓度为45mg/ml的制膜溶液，然后涂覆在玻璃片上，再置放于25℃、相对湿度为85%的静态气氛中制膜，120min后取出玻璃片，将多孔膜从玻璃片上剥离。图2是对所得到膜的扫描电镜观察结果，上面均匀分布着直径为1.5μm的通透孔。
实施例3：先将聚苯乙烯和甲苯在超声波辅助溶解下配制浓度为25mg/ml的制膜溶液，然后涂覆在玻璃片上，再置放于23.7℃、相对湿度为88%的静态气氛中制膜，100min后取出玻璃片，将膜从玻璃片上剥离，得到膜A；或者不对已制得膜进行剥离，而是在它的上面再涂覆制膜溶液，重复上述制膜程序，依次得到多层叠合多孔膜。图3是对所得到的一层膜（膜A）和三层膜（膜B）的扫描电镜观察结果，两个样品上都形成了通透孔，孔直径分别集中在：10mm和50mm。采用游标卡尺测量膜厚度，膜A和膜B的厚度分别为：30mm和80mm。

Claims (5)

1.一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：将聚苯乙烯溶于甲苯中，配制成制膜溶液备用；将制膜溶液均匀涂抹在干净玻璃片上，将玻璃片放置于含有水汽的静态、封闭环境中，等待甲苯挥发完毕后，得到具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜。
2.按照权利要求1所述的一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于：聚苯乙烯甲苯溶液的浓度为10mg/ml–50mg/ml，优选为15mg/ml–45mg/ml，溶解过程采用超声波震荡溶解。
3.按照权利要求1所述的一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于：成膜时环境温度为15℃-35℃，优选20℃-30℃。
4.按照权利要求1所述的一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于：成膜时环境湿度为60%RH-95%RH，优选80%RH-90%RH。
5.按照权利要求1至4任一项所述的一种具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜材料的制备方法，其特征在于：在得到具有均匀孔径的聚苯乙烯多孔薄膜后，可在所制得的薄膜上重复涂覆制膜溶液，重复权利要求1至4所述的步骤，可得到具有通透孔的多层叠合膜。
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