通过两个阶段的相分离技术来制备一种独特的多孔结构物质.doc

通过两个阶段的相分离技术制备一种独特的多孔结构物质Jae-Kyung Kim, Kentaro Taki, and Masahiro Ohshima 日本京都大学 化学工程系 日本 京都 615-8510 2007年5月14日收到。最后发表：2007年7月18日 通过干燥处理，聚苯乙烯，聚乙二醇和甲苯溶液的三元聚合物溶液可以制取一个独特的多孔聚合物膜：。薄膜表面由直径从5um至12um不等的高度有序的微孔形成，每个微孔的边缘都环绕包围着聚乙二醇。本文考察了聚合物混合物的重量分数以及聚乙二醇的分子量对多孔结构的影响。在现场目测和光散射测量的基础上，推测多孔结构的形成是通过两个相分离步骤完成：首先，由聚乙二醇富集区与聚乙二醇贫化区（即聚苯乙烯富集区）相分离阶段，聚合物中溶剂蒸发浓缩，这阶段最先发生在三元溶液的表面。聚乙二醇富集区成为液滴并在表面上形成有序结构。聚乙二醇贫化区成为基体，其中聚苯乙烯作为一个单相溶液。随后，在聚乙二醇的液滴中，溶剂蒸发诱导二次相分离，在液滴中形成溶剂富集区和聚乙二醇富集区。溶剂蒸发和二次相分离，在每个聚乙二醇液滴表面形成了孔状结构。 简介 微孔聚合物薄膜常用于模板材料1，膜过滤器2，光器件3，催化骨架4，和生物细胞支架4-7。有几种方法制备多孔聚合物薄膜，如烧结，拉伸，径迹蚀刻，光刻8，和相分离。 其中，相分离是一个比较常用的方法，其中大多数多孔材料用这方法制备。最近，相分离混溶聚合物已被广泛研究，用于制备高度有序的多孔膜。松山等人9从二苯基的溶液中，通过热致相分离（TIPS）制取聚丙烯和聚乙烯微孔膜。Won等人10从1 - 甲基-2 - 吡咯烷酮乙酸乙酯聚合物溶液中，通过反相分离制取不对称薄膜。崔和韩11通过干燥乙苯聚合物溶液制备出一种多孔的聚苯乙烯/聚2 - 乙烯基吡啶）薄膜、。瓦尔海姆等人12，通过旋涂聚合物溶剂溶液制备一个多孔聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜。虽然一些研究人员，应用相分离制备多孔材料，但多孔结构形成机制尚未完全理解。尚未弄清这机制的原因是，这机制不是唯一的，它受到聚合物和溶剂之间的相互作用，聚合物性能，干燥的条件，薄膜的厚度的影响。崔和汉11 ，指出多孔薄膜结构受两种聚合物在溶剂中的表面张力影响。由于聚苯乙烯/聚2 - 乙烯基吡啶/乙苯的三元混合物的表面张力的差异，引起一个对流，聚合物由低表面能区域对流到高表面能区域。由于溶剂蒸发，多孔膜结构在低表面能区域形成。瓦尔海姆等12，指出不同的多孔结构形成机制，由于两种聚合物在PS/ PMMA/甲苯系统的相对溶解度的差异引起的。溶剂蒸发时，由于PMMA在甲苯中溶解度较低，PMMA首先从甲苯中凝固出来，而PS却还处于溶胀状态。进一步的溶剂蒸发，减小PS溶胀区域，并在富集PMMA的区域形成孔洞。从以往的研究中可以看出，因为存在多种相变，他们可以在溶液中形成不同稳定结构，从而获得各种不同的多孔结构。 本文中，我们从PS，PEG甲苯混合溶液中制取了表面拥有高度有序的多孔的聚合物薄膜。孔径在5-12um，高度有序的微孔形成于薄膜表面上，每个微孔的边缘被PEG所包围。对PEG的分子量和PS相对于PEG的重量比对三元溶液中孔径均匀和毛孔的数量密度的影响进行了研究。本文基于光散射测量，光学显微镜观察相分离现象，提出了不同于崔，汉和瓦尔海姆等的PEG/ PS混合薄膜的多孔结构的形成机理。 实验部分 材料：聚苯乙烯购自Aldrich公司。三种不同分子量的聚乙二醇（聚乙二醇200，聚乙二醇400，聚乙二醇600）由日本的光纯化学工业有限公司提供。聚合物的重均分子量h w，数均分子量Mh n，和多分散性h w/Mh n由凝胶渗透色谱（GPC）（岛津制作所DGU-20A3；专栏Shodex GPC KF-806L；洗脱液，氯仿）测定。使用聚苯乙烯标准的保留时间和分子量校准。脱水甲苯（光纯化学工业有限公司，日本，纯度，99.5％）用作溶剂，无需进一步净化。材料的性能，包括分子量列于表1. 表1 PEG，PS和甲苯的使用特性 膜的制备：聚苯乙烯200以70/30的重量比混合，并且溶解于甲苯中获得聚合物初始浓度为10 wt%的溶液。采用微注射器将溶液浇注在1个半径为2.1厘米，深度0.5厘米的铝制培养皿中。膜的厚度是通过改变注射液量控制。在标称情况下，被注入溶液的体积为100 umL。溶液初始厚度约为300 ím。然后试样放置于一个经过氮气干燥处理的温度控制的保温箱中。保温箱中的湿度和温度由温度计和湿度计测得。（SK- L200TII，佐藤KEIRYOKI制造有限公司）。所有实验均在30 ° C下，流量为3 L / min的氮气（纯度99.9％）中进行。 形貌观