TWI452073B - 大面積高分子多孔膜的製備方法 - Google Patents

Description

大面積高分子多孔膜的製備方法

本發明係關於一種大面積多孔膜的製備方法，尤其係指一種大面積高分子多孔膜的製備方法。

高分子多孔膜為一種相當具有潛力之材料，因其可被應用於許多方面，例如：抗反射膜、組織工程、高解析微影光罩及燃料電池等。

現有技術中高分子多孔膜的製備方法包含下列幾種：(1)以溶劑萃取的方式，使膠體分子內核的高分子單元重新排列而促使孔洞形成；(2)使用被表面活性劑包覆的多金屬氧酸鹽錯合物促使高分子膜產生孔洞；(3)使用溶液鑄造法促使高分子溶液形成高分子多孔膜；以及(4)使用水滴或濕空氣作為模板以成形高分子多孔膜。

於上述之製備方法中，使用水滴或濕空氣作為模板而形成具有微米結構之高分子多孔膜，其係將氮氣氣泡打入裝有蒸餾水的雙頸瓶中帶動瓶內水氣，或使用幫浦、風扇作為傳送濕空氣的驅動力，使濕空氣流過高分子溶液之表面，藉以令高分子溶液之溶劑蒸發後，使高分子溶液之溶質固化產生多孔膜；由於其製程上操作與步驟較為簡便，使得其製程上較其他方法簡單方便。

然而，其裝置之組裝較為繁複且費用較高，造成裝置組裝之不便與製備高分子多孔膜成本之提高。

再一方面，由於其濕空氣難以均勻散佈於較大面積之高分子溶液之表面，造成其所製備的高分子多孔膜之尺寸 受限，通常表面積尺寸約為0.5公分x0.5公分，而難以實際應用於各種產品上。

又一方面，隨著環境中之相對溼度之提高，由於環境中的水滴增多，水滴易相互聚集結合成較大之水滴，使得所製備的高分子多孔膜之平均孔洞尺寸及其標準差會增大。

次一方面，於高分子多孔膜成形過程中，由於該方法之濕空氣流之驅動力較大，使得單位時間內通過溶液表面之濕空氣密度較高，則於溶劑蒸發之同時溶液表面會產生些微波動或攪拌之情形，導致成形之高分子多孔膜表面會隨其面積増大而更為不平整。

是以，為使高分子多孔膜之製備能夠更為簡便、成本更為低廉，且能夠應用於太陽能電池、細胞培養等更精確之製程之中，如何使用更為簡便之裝置、製備出更大面積之高分子多孔膜、減低相對溼度對高分子多孔膜之平均孔洞尺寸的影響，以及製作具有平整表面的高分子多孔膜，係為當前亟待解決之課題。

為解決上述現有技術之困難，本發明係提供一種大面積高分子多孔膜之製備方法，其係使用更為簡便之裝置、製備出更大面積之高分子多孔膜、減低相對溼度對高分子多孔膜之平均孔洞尺寸的影響，且能製作具有更加平整表面的高分子多孔膜。

為了達到上述發明目的，本發明係提供一種大面積高分子多孔膜之製備方法，其係包括下列步驟： 一種大面積高分子多孔膜的製備方法，其步驟包括：提供一霧化反應裝置，該霧化反應裝置包含一反應室及一超音波造霧器，其中該反應室具有一密閉空間，該密閉空間係與超音波造霧器之一出霧口連接，藉以使該密閉空間內充滿霧氣；提供一器皿，該器皿之底部係設置有一基材；將一含有聚苯乙烯及三氯甲烷之高分子溶液注入該器皿，並使該基材完全浸置於該高分子溶液中；靜置該高分子溶液於反應室內，藉以令該高分子溶液中之三氯甲烷揮發，以製得該高分子多孔膜。

藉由上述之製備方法，由於所使用之霧化反應裝置的組裝較為簡單且其成本較為低廉，因而使得本發明之製備方法較為簡單方便且成本較低；再一方面，由於所使用之超音波造霧氣產生之霧氣可充滿於密閉空間內，且可均勻散佈於高分子溶液之表面，使得本發明可製備出更大面積之高分子多孔膜；又一方面，超音波造霧器能提供之穩定尺寸之水珠，使本發明可於相對溼度介於90%至99%之環境中，製備孔洞尺寸標準差較小且孔洞排列較為規則的高分子多孔膜；另一方面，由於超音波造霧器所製造的水珠可充滿且散佈於整個密閉空間內之流動較為緩慢，可避免水珠攪動高分子溶液的表面之情形，而能製作出具有平整表面之高分子多孔膜；使得高分子多孔膜可應用於太陽能電池、細胞培養等更精確之製程。

進一步而言，其中所製得之高分子多孔膜之表面積尺寸為0.5公分x0.5公分至30公分x30公分。

範例中，進一步而言，其中高分子多孔膜之表面積尺寸為3公分x3公分。

進一步而言，其中反應室內之相對溼度係介於90%至99%之間。

進一步而言，其中超音波造霧器所製造之霧氣中的水珠尺寸為1um至2um。

進一步而言，其中高分子溶液中聚苯乙烯之濃度係介於0.5wt%至4wt%之間。

進一步而言，其中反應室內之溫度係介於20℃至30°C之間。

以下藉由本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達上述目的所使用的技術手段。

本發明之大面積高分子多孔膜的製備方法，其係包括下列步驟：步驟(A)：提供一霧化反應裝置，如圖1所示，該霧化反應裝置包含一反應室1及一超音波造霧器2，其中該反應室1具有一密閉空間，該密閉空間係與超音波造霧器2之一出霧口連接，藉以使該密閉空間內充滿霧氣，將超音波造霧器2係設定為低流量，且使用蒸餾水為超音波造霧器2之造霧來源，使反應室1內之相對溼度係介於90%至99%之間且反應室1內之溫度為室溫；於較佳實施例中，所述之室溫係介於20℃至30℃之間； 步驟(B)：提供一器皿3，該器皿3之底部係設置有一基材4；步驟(C)：將聚苯乙烯(Poly-styrene)溶入三氯甲烷(Tri-chloromethane)中，調配濃度分別為0.5wt%、1wt%、2wt%與4wt%之聚苯乙烯溶液，並將聚苯乙烯溶液注入該器皿3，並使該基材4完全浸置於該高分子溶液中；步驟(D)：靜置該高分子溶液於反應室1內，藉以令該高分子溶液中之三氯甲烷揮發，以製得該高分子多孔膜；高分子多孔膜之表面積尺寸為0.5公分x0.5公分至30公分x30公分；於實施例中，高分子多孔膜之表面積尺寸為3公分x3公分。

以下就經由本發明之製備方法製得的高分子多孔膜進行分析。

圖2為附著於基材上且由1wt%之聚苯乙烯溶液製得之規則聚苯乙烯多孔膜，圖3A至圖3D分別為圖2之區域a、區域b、區域c與區域d之放大圖；由此可知，當微孔膜一形成，其會呈現半透明，且經由本發明之製備方法，可製得大尺寸且規則之聚苯乙烯多孔膜。

圖4A至圖4D分別為經由聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%、1wt%、2wt%與4wt%所分別製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖；由圖4A至圖4D可知，經由聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%、1wt%與2wt%所分別製得之聚苯乙烯多孔膜，其孔洞排列具有規則性；而當聚苯乙烯溶液濃度增加至4wt%，其所製得之聚苯乙烯多孔膜之孔洞排列則表現出不規則性，此一現象係由於其溶液之黏滯性增加所造成。

表1為經由聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%、1wt%、2wt%與4wt%所分別製得之規則聚苯乙烯多孔膜的平均孔徑及其標準差；由表1中可知，由聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%、1wt%、2wt%與4wt%所分別製得之規則聚苯乙烯多孔膜的平均孔徑之範圍為3.113±0.714 um至3.901±1.548 um，可知由上述溶液分別製得之聚苯乙烯多孔膜的平均孔徑之差異不明顯，顯示出聚苯乙烯多孔膜之孔徑尺寸與聚苯乙烯溶液濃度無關；此外，進一步參閱圖4A至圖4D所示，可知其中由聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%、1wt%、與2wt%可分別製得規則的聚苯乙烯多孔膜。

由於本發明於製作聚苯乙烯多孔膜時，係經由超音波造霧器之輔助而製作；超音波造霧器所製造之霧中包含有水珠以及負離子，而使霧有電性現象，霧中的負離子可避免水珠聚合，使得霧中的水珠尺寸可維持於1um至2um之間，而沒有極大之差異。因此，本發明以超音波造霧器作為輔助而提供穩定水珠，可製造出孔洞尺寸標準差較小且孔洞排列較為規則的聚苯乙烯多孔膜。

此外，圖5A至圖5D分別為經由聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%、1wt%、2wt%與4wt%所分別製得之聚苯乙烯多孔 膜的SEM剖面圖，顯示出各聚苯乙烯多孔膜的表面相當平整；由於超音波造霧器所製造的水珠可先充滿於整個成型箱內，可避免水珠攪動高分子溶液的表面之情形，而能製作出具有平整表面之高分子多孔膜。

綜上所述，本發明之大面積高分子多孔膜之製備方法，由於所使用之霧化反應裝置的組裝較為簡單且其成本較為低廉。又超音波造霧器能提供之穩定尺寸之水珠，而不需特別調控密閉空間內之相對溼度，才能製備出高分子多孔膜，因而使得本發明之製備方法較為簡單方便且成本較低。

再一方面，由於所使用之超音波造霧氣產生之霧氣可充滿於密閉空間內，且可均勻散佈於高分子溶液之表面，使得本發明可製備較大尺寸之高分子多孔膜。

又一方面，超音波造霧器能提供之穩定尺寸之水珠，使本發明可於相對溼度大於90%之環境中，製備孔洞尺寸標準差較小且孔洞排列較為規則的高分子多孔膜。

另一方面，由於超音波造霧器所製造的水珠可充滿並散佈於整個密閉空間內，且其流動較為緩慢，可避免水珠攪動高分子溶液的表面之情形，而能製作出具有平整表面之高分子多孔膜。

是以，本發明之大面積高分子多孔膜之製備方法，可使高分子多孔膜之製備能夠更為簡便、成本更為低廉，且能夠應用於更精確之製程。

1‧‧‧反應室

2‧‧‧超音波造霧器

3‧‧‧器皿

4‧‧‧基材

a‧‧‧區域

b‧‧‧區域

c‧‧‧區域

d‧‧‧區域

圖1為本發明使用之裝置示意圖

圖2為聚苯乙烯溶液濃度1wt%製得之聚苯乙烯多孔膜 的上視圖。

圖3A為圖2中區域a之放大圖。

圖3B為圖2中區域b之放大圖。

圖3C為圖2中區域c之放大圖。

圖3D為圖2中區域d之放大圖。

圖4A為聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

圖4B為聚苯乙烯溶液濃度為1wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

圖4C為聚苯乙烯溶液濃度為2wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

圖4D為聚苯乙烯溶液濃度為4wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

圖5A為聚苯乙烯溶液濃度為0.5wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM剖面圖。

圖5B為聚苯乙烯溶液濃度為1wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

圖5C為聚苯乙烯溶液濃度為2wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

圖5D為聚苯乙烯溶液濃度為4wt%所製得之聚苯乙烯多孔膜的SEM上視圖。

Claims (6)

1. 一種大面積高分子多孔膜的製備方法，其步驟包括：提供一霧化反應裝置，該霧化反應裝置包含一反應室及一超音波造霧器，其中該反應室具有一密閉空間，該密閉空間係與超音波造霧器之一出霧口連接，藉以使該密閉空間內充滿霧氣；提供一器皿，該器皿之底部係設置有一基材；將一含有聚苯乙烯及三氯甲烷之高分子溶液注入該器皿，並使該基材完全浸置於該高分子溶液中，且該高分子溶液中聚苯乙烯之濃度係介於0.5wt%至2wt%之間；靜置該高分子溶液於反應室內，藉以令該高分子溶液中之三氯甲烷揮發，以製得該高分子多孔膜。
2. 如請求項1所述之大面積高分子多孔膜的製備方法，其中所製得之高分子多孔膜之表面積尺寸為0.5公分x0.5公分至30公分x30公分。
3. 如請求項2所述之大面積高分子多孔膜的製備方法，其中高分子多孔膜之表面積尺寸為3公分x3公分。
4. 如請求項1至3中任一項所述之大面積高分子多孔膜的製備方法，其中反應室內之相對溼度係介於90%至99%之間。
5. 如請求項4所述之大面積高分子多孔膜的製備方法，其中超音波造霧器所製造之霧氣中的水珠尺寸為1um至2um。
6. 如請求項5所述之大面積高分子多孔膜的製備方法，其中反應室內之溫度係介於20℃至30℃之間。