一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法
【专利摘要】本发明公开了属于功能材料【技术领域】的一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法。该制备方法包括以下步骤：1.将聚苯乙烯PS板置于溶胀剂为四氢呋喃THF和水混合溶液中溶胀一定时间；2将溶胀的PS板置于液氮中冷冻一定时间，溶剂THF被封于PS板内部；3.缓慢升温，使THF逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成有序的微米或纳米级多孔结构。本发明的方法具有工艺简单、能耗低、效率高等优点。
【专利说明】一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，属于功能材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 微纳米有序多孔材料是近年来快速发展起来的新型材料，因其具有排列规则、孔 道结构大小可调及比表面积较大等显著特点而得到国际物理学、化学与材料学界的高度重 视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。继而使其在分离、吸附、催化、生物、医学等方 面有着巨大的应用潜力。并在化学工业，信息通讯，生物技术，环境能源等领域具有重要的 应用价值。
[0003] 多孔膜与相应的膜分离技术包括微滤、超滤、电渗析、反渗透等已广泛应用于食 品、医药卫生、生物技术、化工、环境等领域，发挥着越来越重要的作用。作为载体材料的多 孔材料，既可作为催化剂载体也可作为药物载体。此外，多孔材料可用作高效气液相色谱柱 材料、传感器用敏感材料、特种电池材料，甚至在酶或蛋白运送过程中的保护层材料。同时， 多尺度有序多孔膜材料可用作催化剂载体、染料敏化太阳能电池光阳极、膜反应器等，并在 离子交换、色谱分析、传感器等方面也有潜在的应用前景。
[0004] 对有序多孔材料的研究已经广泛展开，通过科学工作者的努力，这一领域已经取 得了明显的进步。多孔材料制备方法很多，常用的有倒相法、相分离法、溶胶-凝胶法、大分 子组装模板法、溶剂致孔即溶剂-非溶剂效应等。而微纳米结构的形成通常有刻痕法、溶剂 和非溶剂效应、相分离法、乳液聚合法、模版法、刻蚀法、自组装法等。技术已日趋成熟。但 是，由于有序多孔材料的制备、性质、功能等各方面的研究需要综合的化学和物理知识，制 备技术的有效控制还有待进一步完善，因而仍然存在一些需要解决的问题。
[0005] 本实验采用冷冻法结合溶剂-非溶剂效应直接对PS板进行溶胀处理，用时短效果 好操作方便，可以通过控制溶剂和非溶剂的比例以及溶胀时间、冷冻时间有效控制PS板的 多孔结构和孔密度分布，得到多孔膜。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法。
[0007] 本发明采用的技术方案是提供一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，该方法步 骤如下：
[0008] (1)PS 板溶胀
[0009] 将溶剂与非溶剂按比例配制一定浓度的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中溶胀 一定时间；
[0010] (2)PS 板冷冻
[0011] 将溶胀的PS板置于液氮中冷冻一定时间，溶剂被封于PS板内部；
[0012] (3) PS多孔膜的制备
[0013] 缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成 500nm-5 μ m的多孔膜，且孔径分布均匀规整有序或无规蜂窝状多孔膜。
[0014] 采用冷冻法制备有机多孔膜，所述有机膜材料物选自聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯， 聚偏氟乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯对苯二酸酯，乙酸纤维素，纤维素，聚乙烯醇，尼龙，聚甲基 丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚亚苯基氧化物，聚甲醛，聚酰亚胺，聚丙烯腈，聚乙烯乙酸酯，酚醛树 脂。
[0015] 所述有机薄膜可通过物理或者化学方法制得。
[0016] 所述混合液要选择一种能溶解有机膜材料的溶剂和另外一种非溶剂。且溶剂和非 溶剂互溶。
[0017] 所述溶剂所占的质量分数为〇· 5-0. 8 (0· 7 70 %时）。
[0018] 所述PS板需要溶胀处理5-10min。
[0019] 所述PS板需要冷冻处理1-1. 5h。
[0020] 所述PS板需缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板 表面形成500nm-5 μ m的多孔结构，且孔径分布均匀规整有序或无规蜂窝状多孔膜。
[0021] 本发明的有益效果是：
[0022] (1)可以制备出多种有机多孔膜，应用范围广，这大大简化了工艺过程。
[0023] (2)由于能溶解一种有机物的溶剂有多种，所以制备过程可选择的溶剂和非溶剂 范围广，可以有效选择较合适的溶剂。
[0024] (3)由于溶胀、冷冻处理操作简单且所用时间短，大大降低了能耗和时间。
[0025] (4)能够控制溶剂和非溶剂的量以及溶胀、冷冻处理时间，有效地控制孔径大小和 孔密度分布，所以适用范围更广，可以制备出一系列不同孔径分布的规整有序多孔膜或无 规蜂窝状多孔膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是实施例1制备的聚苯乙烯板规整有序多孔膜扫描电子显微镜（SEM)图片。
[0027] 图2是实施例2制备的聚苯乙烯板无规蜂窝状多孔膜扫描电子显微镜（SEM)图 片。
【具体实施方式】
[0028] 采用冷冻法，以有机高聚物材料为原料制备有机多孔膜。
[0029] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理 解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0030] 实施例1
[0031] 一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，该方法步骤如下：
[0032] (1)PS 板溶胀
[0033] 将四氢呋喃THF与水配制成质量分数为70%的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中 溶胀5min ;
[0034] (2) PS 板冷冻
[0035] 将溶胀的PS板置于液氮中冷冻lh，溶剂被封于PS板内部；
[0036] (3) PS多孔膜的制备
[0037] 缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成有 序的微米或纳米级多孔结构。
[0038] 图1是制备的PS多孔膜的SEM图，由图可见，制得的多孔膜孔径分布较窄，基本控 制在500nm-5 μ m，且孔径分布均匀，可用来做超疏水材料，具有良好的应用潜能。
[0039] 实施例2
[0040] 一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，该方法步骤如下：
[0041] (1)PS 板溶胀
[0042] 将四氢呋喃THF与水配制质量分数为70%的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中溶 胀 lOmin ;
[0043] (2) PS 板冷冻
[0044] 将溶胀的PS板置于液氮中冷冻lh，溶剂被封于PS板内部；
[0045] (3) PS多孔膜的制备
[0046] 缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成有 序的微米或纳米级多孔结构。
[0047] 图2是制备的PS蜂窝状膜的SEM图，由图可见，制得的无规蜂窝状膜可以用来做 骨架，负载无机物。具有良好的应用潜能。
【权利要求】
1. 一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，其特征在于，该方法步骤如下， (1) PS板溶胀 将溶剂与非溶剂按比例配制一定浓度的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中溶胀一定 时间； (2) PS板冷冻 将溶胀的PS板置于液氮中冷冻一定时间，溶剂被封于PS板内部； (3) PS多孔膜的制备 缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来，在挥发过程中诱发PS板表面形成有序的微 米或纳米级多孔结构。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机膜材料为聚乙烯，聚丙烯，聚氯 乙烯，聚偏氟乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯对苯二酸酯，乙酸纤维素，纤维素，聚乙烯醇，尼龙，聚 甲基丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚亚苯基氧化物，聚甲醛，聚酰亚胺，聚丙烯腈，聚乙烯乙酸酯，酚 醛树脂。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机膜可通过物理或者化学方法制 得。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶胀剂要选择一种能溶解有机膜材 料的溶剂和另外一种非溶剂。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂和非溶剂互溶。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂所占的质量分数为0. 5-0. 8 (0. 7 70%时）。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PS板需要溶胀处理5-10min。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PS板需要冷冻处理1-1. 5h。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PS板需缓慢升温，使溶剂逐渐从PS 板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成500nm-5 μ m的多孔结构，孔径分布均匀 规整有序或无规蜂窝状多孔膜。
【文档编号】C08J9/28GK104119554SQ201410342628
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】李广芬, 张金超, 梁绍磊 申请人:天津工业大学