CN110124539B - 一种用于分离膜的微波强化选择性溶胀开孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于分离膜的微波强化选择性溶胀开孔方法,包括:用两亲嵌段共聚物制备致密薄膜;将所得致密薄膜浸没在醇类或羧酸类溶剂中,并使用160‑800W功率的微波处理15‑60s,然后立即将所述薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物分离膜。本发明的方法大幅度降低了两亲嵌段共聚物选择性溶胀开孔所需时间,提升了制膜效率;具有普适性,可广泛用于多种两亲嵌段共聚物的开孔过程;并可通过调节微波功率及时间对开孔程度进行精密控制。

Description

一种用于分离膜的微波强化选择性溶胀开孔方法
技术领域
本发明属于多孔材料分离膜技术领域,具体涉及一种用于分离膜的微波强化选择性溶胀开孔方法。
背景技术
嵌段共聚物是由两种或两种以上热力学不相容的均聚物链段通过共价键连接而成,正是由于其链段之间的热力学不相容性,嵌段共聚物会发生微相分离。微相分离所形成的分散相相区一般在~5-50nm范围,如将该相区以一定的方式致孔即可获得孔径在~5-50nm的介孔结构。该特点赋予嵌段共聚物在水处理方面的广泛应用,尤其是在大分子蛋白质及纳米颗粒等物质分离的超滤膜领域。
将微相分离后的嵌段共聚物应用到膜分离领域首先需要解决的是致孔问题,即如何将所形成的分散相微区转化为孔道结构,形成连续的传质通道。传统的方式是将不稳定的分散相以化学方式刻蚀移除形成空穴,从而留下主体相作为分离基质。但该方式所需致孔条件苛刻,且仅对特定的嵌段共聚物有效,极大程度限制了该方式的实用性。目前,选择性溶胀作为一种条件相对温和且无化学反应的致孔方式在嵌段共聚物制膜方面应用广泛。但通常溶胀发生在相对高温(50℃-80℃)环境,且溶胀致孔所需时间较长,使得选择性溶胀在嵌段共聚物致孔方面仍面临难以规模化的困境。
发明内容
本发明针对目前选择性溶胀需高温且耗时较长的不足,提出了利用微波强化选择性溶胀快速开孔的方法。
本发明的技术方案为:
一种用于分离膜的微波强化选择性溶胀开孔方法,包括:
1)用两亲嵌段共聚物制备致密薄膜;
2)将1)所得致密薄膜浸没在醇类或羧酸类溶剂中,并使用160-800W功率的微波处理15-60s,然后立即将所述薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物分离膜。
本发明的方案中,1)所述的两亲嵌段共聚物可以是各种可发生微相分离的两亲嵌段共聚物,且所述两亲嵌段共聚物中的分散相均可通过选择性溶胀致孔。本发明优选的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述嵌段A选自聚苯乙烯(PS)或聚砜(PSf)中的任意一种,所述嵌段B选自聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一种,所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-10万道尔顿;更优选的所述嵌段A是聚苯乙烯(PS),更优选的所述嵌段B是聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)或聚乙二醇(PEG)。
本发明进一步优选的方案中,所述的嵌段B占所述两亲嵌段共聚物总体积的百分比为10-40%。
本发明优选的几个实施方案中,1)所述的两亲嵌段共聚物及其分子量分别为PS55-P2VP18.5、PS60-PEO36、PSf62.5-PEG16.6或PS66.6-PDMAEMA20.8,单位为千道尔顿。
本发明所述的方案中,1)所述的用两亲嵌段共聚物制备致密薄膜可以是采用现有技术中的多种方法将所述的两亲嵌段共聚物制备成致密薄膜,例如可以是将两亲嵌段共聚物用有机溶剂配制成制膜液后涂覆制膜,也可以是将固态两亲嵌段共聚物熔融后挤出制膜。
本发明的一种实施方式中,步骤1)是将两亲嵌段共聚物用有机溶剂配制成0.5-10wt%浓度的制膜液,然后涂覆制膜,得到所述的致密薄膜。
所述的制膜液浓度优选为1-2wt%。
所述的有机溶剂可以选自三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺,优选三氯甲烷。
所述的涂敷制膜可以是现有技术中的多种制膜方法,例如可以是将所述制膜液以常规量旋涂于硅片基底后烘干成膜;可以是将所述制膜液以常规量手动涂敷于微孔基底后干燥成膜;也可以是将所述制膜液以常规量刮涂于玻璃板后干燥成膜;最优选旋涂成膜。
本发明的另一种实施方式中,步骤1)是将固态两亲嵌段共聚物熔融后,使用双螺杆挤出机制成所述致密薄膜。
本发明的方案中,2)所述的醇类溶剂可以选自甲醇、乙醇、丁醇、异丙醇、乙二醇或丙三醇;本发明优选乙醇。
本发明的方案中,2)所述的羧酸类溶剂可以选自甲酸、乙酸、丙酸或丁酸;本发明优选乙酸。
本发明优选的方案中,2)所述的微波功率为400-800W,最优选800W;所述的微波处理时间为15-40s;最优选25-40s。
本发明更优选的一个实施方式中,2)所述的微波功率为400W,处理时间为15-40s。
本发明更优选的另一个实施方式中,2)所述的微波功率为800W,处理时间为15-40s。
本发明更优选的再一个实施方式中,2)所述的微波功率为160W,处理时间为40-60s。
本发明优选的一种方案中,其具体步骤是:
(1)制膜液的配制过程
将两亲嵌段共聚物以三氯甲烷为溶剂配制成制膜液,充分搅拌后使用孔径为220nm的滤头过滤大颗粒杂质;其中,制膜液的浓度为1-2wt%,所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述嵌段A选自聚苯乙烯(PS)或聚砜(PSf)中的任意一种,所述嵌段B选自聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一种;其中所述的嵌段B占所述两亲嵌段共聚物总体积的百分比为10-40%;所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-10万道尔顿;
(2)制膜过程
将步骤(1)中得到的制膜液取一定量旋涂于硅片基底,接着将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密的两亲嵌段共聚物薄膜;
(3)微波强化选择性溶胀开孔过程
将步骤(2)中得到的两亲嵌段共聚物薄膜置于装有乙醇的容器中,随即将其放于400-800W功率微波中处理15-40s从而致孔,微波溶胀结束后立即将聚合物薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物薄膜。
本发明优选的另一种方案中,其具体步骤是:
(1)共聚物熔融
将固态的嵌段共聚物块体在高温下加热熔融得到熔融聚合物;所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述嵌段A选自聚苯乙烯(PS)或聚砜(PSf)中的任意一种,所述嵌段B选自聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一种;其中所述的嵌段B占所述两亲嵌段共聚物总体积的百分比为10-40%;所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-10万道尔顿;
(2)挤出制膜
将(1)所得熔融聚合物采用双螺杆挤出机直接挤出得到连续致密薄膜;
(3)微波强化选择性溶胀开孔过程
将步骤(2)中得到的两亲嵌段共聚物致密薄膜置于装有乙醇的容器中,随即将其放于400-800W功率微波中处理15-40s从而致孔,微波溶胀结束后立即将聚合物薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物薄膜。
本发明有益技术效果:
(1)本发明利用微波大幅度降低了嵌段共聚物选择性溶胀开孔所需时间,提升了制膜效率;
现有技术中,嵌段共聚物的选择性溶胀开孔所需时间至少是1h,所需的温度也是50℃-80℃的较高温度,这种情况下需要消耗大量时间和能源,在工业生产时成本较高。本发明人经研究发现了微波处理对嵌段共聚物的选择性溶胀具有强化效果;而且基于大量试验得到,微波处理对选择性溶胀致孔的强化效果具有特定的变化趋势。过低功率或过短时间的微波处理,选择性溶胀开孔率过低;过高功率或过长时间的处理则会导致分离膜发生胶束化导致其稳定性下降;而在某一特定的功率和时间范围内,微波的所述强化效果可以带来出乎意料的致孔制膜效率。与现有的利用选择性溶剂浸泡方式进行的选择性溶胀致孔相比,针对相同的嵌段共聚物薄膜想要获得相同的孔隙率,本发明的微波强化选择性溶胀致孔时间缩短了~99.2%。
(2)本发明所使用的微波强化过程对嵌段共聚物的选择性溶胀具有普适性,可广泛用于多种嵌段共聚物的开孔过程;
(3)本发明的制备方法简单,可通过调节微波功率及时间对开孔程度进行精密控制。
本发明人经过实验发现,采用相同膜材料体系溶胀开孔时,不同的微波功率和时间可以获得开孔程度不同的聚合物薄膜。以PS-P2VP体系的聚合物薄膜为例,如图4所示,当选择400W-800W功率的微波处理时,处理0-10s的时间内膜厚呈现较低变化,开孔程度较低;处理15-50s的时间内膜厚度会在~190nm-220nm之间呈平缓上升趋势之后稳定;而选择160W功率的微波处理时,处理15-30s的时间内膜厚度会在~125nm上下浮动,在随后30-60s的时间内膜厚会在~125nm-220nm之间呈较快上升趋势。因此,根据本发明的方法,在实际生产中可以基于实施条件和目标开孔程度来选择合适的微波功率及时间。
附图说明
图1是PS-P2VP体系不同微波下膜厚随溶胀时间变化关系图;
图2是实施例1中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图3是实施例2中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图4是实施例3中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图5是实施例4中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图6是实施例5中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图7是实施例6中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图8是实施例7中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图9是实施例8中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图10是实施例9中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图11是实施例10中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图12是实施例11中得到的嵌段共聚物多孔结构SEM图;
图13是对比例1中膜厚随溶胀时间变化关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明,但并不用来限定本发明的实施范围。
实施例1
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取70μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在400W微波条件下处理25s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图2是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:400W微波处理仅25s后膜表面呈现低程度双连续孔道结构,薄膜开孔率相对较高。
另外,经过测定本施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由93nm提升至197nm,计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为53%。
实施例2
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取70μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在400W微波条件下处理40s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图3是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:400W微波处理仅40s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,薄膜开孔率相对提升,说明延长微波处理时间促进溶胀进行。
另外,经过测定本施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由93nm提升至212nm,计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为56%。
实施例3
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取70μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在800W微波条件下处理25s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图4是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:800W微波处理仅25s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,薄膜开孔率相对提升,说明提升微波功率可以促进溶胀进行,加快选择性溶胀致孔的进行。
另外,经过测定本施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由93nm提升至205nm,计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为55%。
实施例4
将0.02gPS60-PEO36嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取100μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在800W微波条件下处理40s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图5是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:800W微波处理仅40s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,说明800W和40s的微波强化选择性溶胀开孔对该嵌段共聚物体系有效。
另外,经过测定本施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由115nm提升至183nm,计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为37%。
实施例5
将0.02gPSf62.5-PEG16.6嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取100μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在800W微波条件下处理60s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图6是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:800W微波处理60s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,说明800W和60s的微波强化选择性溶胀开孔对该嵌段共聚物体系有效。
另外,经过测定本施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由170nm提升至300nm,计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为43%。
实施例6
将0.02gPS66.6-PDMAEMA20.8嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取100μL上述溶液以2000rpm60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在800W微波条件下处理40s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图7是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:800W微波处理仅40s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,薄膜开孔率相对较高,说明微波强化选择性溶胀开孔对该嵌段共聚物体系有效。
另外,经过测定本施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由140nm提升至281nm,计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为50%。
实施例7
将1gPSf62.5-PEG16.6嵌段共聚物加入到10g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取5mL上述溶液滴加于玻璃板一端,采用刮刀将溶液均匀刮涂于玻璃板表面,其中刮刀高度为200μm;待溶剂基本挥发后,将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到大面积自支撑嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在800W微波条件下处理60s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图8是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜截面SEM图,由图可见:800W微波处理仅60s后膜截面呈现高程度双连续孔道结构,薄膜开孔率较高,说明微波对较厚自支撑薄膜的开孔同样有效。
另外,经测定本实施例得到的自支撑聚合物薄膜厚度为~27μm,且刮涂方式能够适用于实际工业化生产从而高效规模化制备嵌段共聚物多孔膜。
实施例8
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取70μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙酸的容器中并在800W微波条件下处理20s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图9是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:800W微波处理仅20s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,薄膜开孔率相对较高。说明乙酸体系可适用于微波强化选择性溶胀开孔过程。
实施例9
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取70μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在160W微波条件下处理15s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图10是本对比例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:160W微波处理仅15s后膜表面呈现柱状小孔结构,孔道尺寸较为均一。
另外,经过测定本实施例得到的聚合物薄膜经微波溶胀后膜厚由93nm提升至128nm。计算得到该条件制备的薄膜孔隙率为27%。
实施例10
将0.02gPS60-PEO36嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取100μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在含乙醇的容器中并在800W微波条件下处理60s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图11是本对比例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜表面SEM图,由图可见:800W微波处理60s后膜表面呈现高程度双连续孔道结构,说明800W和60s的微波强化选择性溶胀开孔对该嵌段共聚物体系有效。
实施例11
将500gPSf62.5-PEG16.6嵌段共聚物加热至200℃使其发生熔融,采用双螺杆挤出机将熔融后的聚合物挤出成型,室温冷却后得到大面积连续薄膜;裁剪小片薄膜并将其浸没在含乙醇的容器中800W微波条件下处理60s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图12是本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物薄膜截面SEM图,由图可见:800W微波处理仅60s后膜截面呈现高程度双连续孔道结构,薄膜开孔率较高,说明微波对直接熔融挤出的聚合物薄膜同样有效。
另外,经测定本实施例得到的自支撑聚合物薄膜厚度为~50μm,且熔融挤出方式能够适用于实际工业化生产从而高效规模化制备嵌段共聚物多孔膜。
对比例1
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取70μL上述溶液以2000rpm 60s旋涂于硅片基底,之后将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物薄膜;将薄膜浸没在50℃的乙醇中处理0.5-7h,溶胀后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
图13是本对比例中聚合物薄膜厚度随溶胀时间的变化图,由图可见:50℃下溶胀0.5h后膜后由初始~92nm增加至~125nm,并且随着溶胀时间延长至7h膜后基本不发生变化。
另外,经过计算,即使在50℃下溶胀7h,聚合物薄膜的孔隙率仅为~27%,此孔隙率远低于800W微波溶胀25s后的结果。说明,微波溶胀能够高效提升开孔过程,降低制备成本。
实施例12
将0.02gPS55-P2VP18.5嵌段共聚物加入到2g氯仿溶液中并充分搅拌溶解,用200μm孔径的滤头过滤所配制的聚合物溶液移除大颗粒杂质;取50μL上述溶液手动涂敷于大孔聚偏氟乙烯基底,之后将其置于100℃烘箱中处理20min从而使溶剂完全挥发,即可得到致密嵌段共聚物复合膜;将复合膜浸没在含乙醇的容器中并在400W微波条件下处理15s,微波处理后立即将薄膜取出,在室温条件下放置干燥。
本实施例中制备得到的多孔嵌段共聚物复合膜可用于水体系大分子分离。复合膜的纯水渗透通量为~370L/(m2hbar),并且对牛血清蛋白截留率为65%。

Claims (17)

1.一种用于分离膜的微波强化选择性溶胀开孔方法,包括:
1)用两亲嵌段共聚物制备致密薄膜;
2)将1)所得致密薄膜浸没在醇类或羧酸类溶剂中,并使用400-800W功率的微波处理15-40s,然后立即将所述薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物分离膜。
2.权利要求1所述的方法,其特征在于:1)所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述嵌段A选自聚苯乙烯(PS)或聚砜(PSf)中的任意一种,所述嵌段B选自聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一种;所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-10万道尔顿。
3.权利要求1所述的方法,其特征在于:1)所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述的嵌段A是聚苯乙烯(PS),且所述的嵌段B是聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)或聚乙二醇(PEG)。
4.权利要求1或2任意一项所述的方法,其特征在于:所述的两亲嵌段共聚物及其分子量为PS55-P2VP18.5、PS60-PEO36、PSf62.5-PEG16.6或PS66.6-PDMAEMA20.8,其中数值单位为千道尔顿。
5.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)是将两亲嵌段共聚物用有机溶剂配制成0.5-10wt%浓度的制膜液。
6.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)是将两亲嵌段共聚物用有机溶剂配制成1-2wt%浓度的制膜液,然后涂覆制膜,得到所述的致密薄膜。
7.权利要求5-6任意一项所述的方法,其特征在于:所述的有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺。
8.权利要求5-6任意一项所述的方法,其特征在于:所述的有机溶剂为三氯甲烷。
9.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)是将固态两亲嵌段共聚物熔融后,使用双螺杆挤出机制成所述致密薄膜。
10.权利要求1所述的方法,其特征在于:2)所述的醇类溶剂选自甲醇、乙醇、丁醇、异丙醇、乙二醇或丙三醇;2)所述的羧酸类溶剂选自甲酸、乙酸、丙酸或丁酸。
11.权利要求1所述的方法,其特征在于:2)所述的醇类溶剂为乙醇。
12.权利要求1所述的方法,其特征在于:2)所述的羧酸类溶剂为乙酸。
13.权利要求1所述的方法,其特征在于:2)所述的微波功率为800W;所述的微波处理时间为25-40s。
14.权利要求1所述的方法,其特征在于:2)所述的微波功率为400W,处理时间为15-40s。
15.权利要求1所述的方法,其特征在于:2)所述的微波功率为800W,处理时间为15-40s。
16.权利要求1所述的方法,其特征在于,具体步骤是:
(1)制膜液的配制过程
将两亲嵌段共聚物以三氯甲烷为溶剂配制成制膜液,充分搅拌后使用孔径为220nm的滤头过滤大颗粒杂质;其中,制膜液的浓度为1-2wt%,所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述嵌段A选自聚苯乙烯(PS)或聚砜(PSf)中的任意一种,所述嵌段B选自聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一种;其中所述的嵌段B占所述两亲嵌段共聚物总体积的百分比为10-40%;所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-10万道尔顿;
(2)制膜过程
将步骤(1)中得到的制膜液取一定量旋涂于硅片基底,接着将其置于60℃烘箱中处理3h从而使溶剂完全挥发,即可得到两亲嵌段共聚物致密薄膜;
(3)微波强化选择性溶胀开孔过程
将步骤(2)中得到的两亲嵌段共聚物薄膜置于装有乙醇的容器中,随即将其放于400-800W功率微波中处理15-40s从而致孔,微波溶胀结束后立即将聚合物薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物薄膜。
17.利要求1所述的方法,其特征在于,具体步骤是:
(1)共聚物熔融
将固态的嵌段共聚物块体在高温下加热熔融得到熔融聚合物;所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B),其中所述嵌段A选自聚苯乙烯(PS)或聚砜(PSf)中的任意一种,所述嵌段B选自聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一种;其中所述的嵌段B占所述两亲嵌段共聚物总体积的百分比为10-40%;所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-10万道尔顿;
(2)挤出制膜
将(1)所得熔融聚合物采用双螺杆挤出机直接挤出得到连续的两亲嵌段共聚物致密薄膜;
(3)微波强化选择性溶胀开孔过程
将步骤(2)中得到的两亲嵌段共聚物致密薄膜置于装有乙醇的容器中,随即将其放于400-800W功率微波中处理15-40s从而致孔,微波溶胀结束后立即将聚合物薄膜取出,在室温条件下放置干燥,得到双连续多孔结构的两亲嵌段共聚物薄膜。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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"微波法合成交联壳聚糖及其在水处理中的应用";刘清玉;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》;20131015;第13页第3-8段,第35页第1段 *

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