包括自组装嵌段共聚物的膜和通过旋涂涂覆制造该膜的方法(Ia)的制作方法_4

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,以诱发所述嵌段共聚物的退火和自组装。
[0136] 任何适合的基材可用于旋涂所述聚合物溶液。所述基材可以是多孔的或无孔的。 适合的基材的实例包括玻璃、硅晶片、金属板、聚合物或塑料膜,和塑料膜。所述塑料膜可以 是多孔的或无孔的。所述玻璃板或硅晶片可以用聚合物如聚乙烯醇涂布。
[0137] 基材表面影响所得的形态取向,并且取向和形态的结果基于基材与二嵌段内每个 嵌段之间的热力学相互作用来决定。如果基材表面具有与两个嵌段之一的有利的相互作 用,那么二嵌段共聚物将以这样的方式自组装,其通过扩展和暴露与基材具有有利的相互 作用的嵌段来最大化相互作用。例如,在圆柱形态的情况下,圆柱将与基材表面交界,其中 如果基材对一个嵌段相对于另一个嵌段具有更高的亲和力,圆柱将与表面平行。如果基材 表面对于任一嵌段具有中性或很少的亲和力,那么圆柱将垂直对准基材。
[0138] 为了进一步促进或完成所述二嵌段共聚物的微相分离,将旋涂的膜退火。退火在 适合的溶剂蒸气存在下进行。所述溶剂是次要嵌段的良溶剂。以上对于溶剂体系所确定的 任何溶剂可以用作进行退火的溶剂蒸气。例如,二氯甲烷可用作蒸气。
[0139] 如果需要,可以在溶剂蒸气中进行二次退火,以完成多孔膜的形成。
[0140] 或者,不进行二次退火,自组装结构可浸泡在溶剂或溶剂混合物中以获得多孔膜。 溶剂或者溶剂混合物可以在任何适合的温度,例如,从环境温度,例如,20°C到25°C,到升高 的温度,例如高到40°C,50°C,60°C,70°C,80°C或者90°C。任何用于退火的溶剂可以用于浸 泡步骤。
[0141] 退火或者浸泡中的每一个可以进行任何合适的时长,例如,0. 1小时到1个月或更 长,5小时到15天或更长,或者10小时到10天或更长。任选地,洗涤所述膜,除去任何残留 溶剂,以收取所述多孔膜。
[0142] 在一个实施方式中,所述基材例如聚合物基材,可以溶解在适合的溶剂中,由此回 收所述薄膜。例如,在顶部生长有SiOjl的硅晶片上流延薄膜的情况下,所述SiOjl可溶 于氢氟酸,从而剥脱和收取所述嵌段共聚物的薄膜。
[0143] 在一个实施方式中,所述收取的薄膜可附着于更多孔的载体,例如具有直径在1 至约100ym范围内的孔的载体,由此得到复合膜,其中所述嵌段共聚物的纳米多孔层充当 截留层和所述更多孔的基材层充当载体。所述载体可由任何适合的聚合物制成,例如聚芳 香烃;砜(例如,聚砜,包括芳族聚砜如聚醚砜(PES)、聚醚醚砜、双酚A聚砜、聚芳基砜和 聚苯基砜)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚偏卤乙烯包括聚偏氟乙烯(PVDF))、聚烯烃如聚丙烯和聚 甲基戊烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈((PAN)包括聚烷基丙烯腈)、纤维素聚合物 (如醋酸纤维素和硝酸纤维素)、含氟聚合物和聚醚醚酮(PEEK)。
[0144] 不希望受限于任何理论或机制,纳米结构的形成被认为按照如下所发生。溶液中 的二嵌段共聚物经受一定热力学力。因为二嵌段共聚物包括通过聚合物链的共价键连接的 两个化学上不同的嵌段,两个嵌段之间存在不相容性。另外,存在由连接共价键所赋予的连 接束缚。由于这些热力学力,该二嵌段共聚物当溶解在适当的溶剂体系时自组装成表现出 平衡有序形态的微相分离的域。当从稀溶液流延膜时,二嵌段共聚物形成由芯和冠组成的 胶束,各自由不同的嵌段构成。在稀溶液中,胶束倾向于彼此分离。不过,在浓缩溶液中,例 如,当溶剂通过蒸发从溶液的薄膜中去除时,胶束倾向于聚集,结果,冠融合形成连续的基 体,芯融合形成多孔通道。。
[0145] 所述嵌段共聚物形成有序结构的能力取决于许多因素,包括所述聚合物的松弛速 率、其粘度、其浓度和溶剂的属性,特别是其Chi参数或Hansen溶解度参数。对两种嵌段都 呈中性的溶剂倾向于使所述圆柱体孔垂直于膜表面取向。被选择以溶解所述二嵌段共聚物 的溶剂体系提供自由能最小化和形成有序结构的驱动力。因此,所述溶剂或溶剂体系的选 择是获得有序纳米结构的重要因素。
[0146] 根据一个实施方式,所述二嵌段共聚物自组装成基体中的多孔结构,所述多孔结 构呈现六方有序性,其中次要嵌段在主要嵌段基体中形成多孔六方域。所述次要嵌段为由 聚合度低于构成主要嵌段的单体的聚合度的单体组成的嵌段。所述六方域中的孔的尺寸为 约40nm至约60nm,其平均尺寸为约50nm。在一个实施方式中,所述孔的密度为7. 4X1014 孔 /m2。
[0147] 根据本发明的一个实施方式,多孔膜是纳米多孔膜,例如,膜的孔径在lnm和 100nm之间。
[0148] 根据本发明的实施方式的多孔膜可以用于多种应用,包括,例如诊断应用(包括, 例如样品制备和/或诊断侧流装置),喷墨打印应用,用于制药工业过滤流体,用于医疗应 用过滤流体(包括用于家用和/或用于患者使用,例如静脉注射应用,还包括,例如过滤生 物流体例如血液(例如去除白细胞)),用于电子工业过滤流体(例如,在微电子工业中过滤 光阻流体),用于食品和饮料工业过滤流体,净化,过滤含有抗体和/或蛋白的流体,过滤含 核酸的流体,细胞检测(包括原位),细胞收集,和/或过滤细胞培养流体。可替代地,或者 此外,根据本发明的实施方式的薄膜可用于过滤空气和/或气体和/或用于通风应用(例 如,允许空气和/或气体但不是液体通过其中)。根据本发明的实施方式的薄膜可用于多种 装置,包括外科装置和产品,例如,眼外科产品。根据本发明实施方式的膜可具有多种构造, 包括平面的、平板的、褶皱的、管状的、螺旋的、和中空纤维。
[0149] 根据本发明实施方式的多孔膜通常布置在壳体内,壳体包括至少一个入口和至少 一个出口,和在入口和出口之间限定了至少一个流体流动通道,其中至少一个本发明的膜 或包括至少一个本发明的膜的过滤器横跨流体流动通道,以提供过滤装置或过滤模块。在 一个实施方式中,提供一种过滤装置,其包括具有入口和第一出口的壳体,并在入口和第一 出口之间限定第一流体流动通道;和至少一个本发明的膜或包括至少一个发明的膜的过滤 器,本发明的膜或包括至少一个发明的膜的过滤器布置在壳体内横跨第一流体流动通道。
[0150] 优选的,对错流应用来说,至少一个发明的膜或者包括至少一个发明的膜的过滤 器被布置在壳体内,壳体包括至少一个入口和至少两个出口并在入口和第一出口之间限定 至少第一流体流动通道,以及在入口和第二出口之间限定第二流体流动通道,其中本发明 的膜或包括至少一个发明的膜的过滤器横跨第一流体流动通道,以提供过滤装置或过滤模 块。在一个说明性的实施方式中,过滤器设备包括一个错流过滤器模块,包括入口的壳体, 包括浓缩物出口的第一出口,和包括滤出物出口的第二出口,和在入口和第一个出口之间 限定的第一流体流动通道,以及在入口和第二出口之间限定的第二流体流动通道,其中至 少一个本发明的膜或者包括至少一个本发明的膜的过滤器布置为横跨第一流体流动通道。
[0151] 过滤器设备或者模块可以是消毒的。可以使用具有合适的形状的并且提供了入口 和一个或更多个出口的任何壳体。
[0152] 壳体可以由任意合适的刚性的不可渗透材料制备,包括任意不可渗透的热塑性材 料,其与处理的流体相容。例如,壳体可以由金属,例如不锈钢制备,或者由聚合物,例如透 明或半透明的聚合物,例如丙烯酸类,聚丙烯,聚苯乙烯,或聚碳酸酯树脂制备。
[0153] 下列实施例更进一步的说明本发明,但是,当然,不应解释为以任可方式限定其范 围。
[0154] 实施例1
[0155] 此实旋例描述了一些用于单体和聚合物的制备的材料
[0156] 马来酰亚胺,呋喃,偶氮二甲酸二异丙酯(DIAD),三苯基膦(PH3P),1_十六烷醇, 四氢呋喃(THF),乙酸乙酯,N-苯基马来酰亚胺,乙腈,甲醇,Grubbs二代催化剂,3-溴 P比啶,和戊烧,从Sigma-Aldrich公司获得并无需进一步处理而使用。二氯戊烧,也从 Sigma-Aldrich公司获得,使用前采用碱性氧化错处理。
[0157] 实施例2
[0158]此实施例说明了外型-7-氧杂降冰片烯-5,6-二羧酸酰亚胺(C1),根据本发明实 施方式的第一和第二单体的制备中的中间体的制备。
[0159] 配备磁性搅拌棒的清洁的500毫升的圆底烧瓶(RBF)内,将呋喃(21g,309mmol) 添加到溶于250mL乙酸乙酯中的马来酰亚胺(25g,258mmol)溶液中。将混合物在90°C下 加热30h。用乙醚(100mL,3X)冲洗,过滤,从溶液中得到白色沉淀的C1。白色固体在真空 室温下干燥24h。作为纯外型异构体得到C1,产量为29g,68%。iH-NMRGOOMHz,⑶Cl3): S(ppm) 8. 09 (s,1H),6. 53 (s,2H),5. 32 (s,2H),2. 89 (s,2H)。
[0160] 实施例3
[0161] 此实施例说明了二氯[1,3_双(2,4,6_三甲基苯基)_2_咪唑烷亚基](亚苄基) 双(3-溴吡啶)钌(II) (G3)催化剂的制备。
[0162] 将上述的第二代Grubbs催化剂(G2) (1. 0g,1. 18mmol)与3-溴吡啶(1. 14mL, 11.8mmol)在50mL烧瓶中混合。在室温下搅拌5min,红色的混合物变成亮绿色。加入戊烧 (40mL)搅拌15分钟,得到绿色固体。将混合物在冷冻室中冷却24h并真空过滤。得到的 G3催化剂,绿色固体,经冷戊烷冲洗并在真空室温下干燥,得到产量0. 9克,收率88 %。
[0163] 实施例4
[0164] 此实施例说明了第一单体外型-7-氧杂降冰片烯-N十六烷基-5,6-二羧酸酰亚 胺的制备。
[0165] 在配备有磁性搅拌棒的清洁的500mL的RBF中,在干燥的氮气流下,外型-7-氧 杂降冰片稀-5,6-二羧酸酰亚胺(Cl) (10g,61mmol),Ph3P(23. 84g,91mmol),和 1-十六 醇(17.6g,72.7mm〇l)的混合物溶解在无水THF(130mL)中。将溶液在冰浴中冷却。将 DIAD(22.lg,109. 3mmol)从滴液漏斗逐滴添加到冷却的溶液中。使反应混合物温热至室 温并搅拌24h。通过旋转蒸发器去除THF直到变干以获得白色固体。将呈白色固体的粗 产物从甲醇(2X)中结晶并在室温下真空干燥24h获得第一单体(产量18.6g,80%)。 'H-NMR(300MHz,CDC13):8 (ppm) 6. 5(s,2H),5. 26(s,2H),5. 32(s,2H),3. 45(t,2H),2. 82(s,2H),1. 56-1. 38 (m,2H),1. 28-1. 1 (m,26H),0? 88 (t,3H)。
[0166] 实施例5
[0167] 该实施例说明了第二单体外型-7-氧杂降冰片烯-N-苯基-5,6-二羧酸酰亚胺的 制备。
[0168] 在配备有磁性搅拌棒的清洁的500mL的圆底烧瓶(RBF)中,将呋喃(29. 51g, 433. 5mmol)添加到溶于135mL乙腈的N-苯基马来酰亚胺(25g,144. 5mmol)溶液中。溶液在 90°C下回流5h。冷却反应混合物得到白色结晶固体。通过过滤该固体并通过从乙腈(2X)中 重结晶纯化得到第二单体。产量 19g,76%。iH-NMRGOOMHzADClJ(ppm)7.55-7.35(m, 3H,苯基),7. 35-7
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