一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发泡材料技术领域，具体涉及一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]功能梯度材料由于本身具有独特的性能以及它所体现出的新颖的材料设计思想吸引了很多学术界和工业界的注意力。这些材料因其材料的组成和结构从材料的某一方位向另一方位连续地变化，使得材料的物理机械性能和功能也呈现梯度变化，包括力学性能、热电导率等。如今，功能梯度材料被广泛应用于生物医药、航空航天、电子、汽车工业等领域。
[0003]目前，制备泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料的主要方法包括:1)层层叠加法，该方法是将不同泡孔直径的发泡材料层层叠加来实现泡孔直径梯度变化。2)控制饱和时间，该方法主要是严格控制聚合物在发泡剂中的饱和时间，使聚合物表面和内部的发泡剂溶解量不同来控制聚合物多孔材料泡孔直径梯度。3)控制发泡温度，该方法是将聚合物放在发泡剂中达到饱和状态，然后将聚合物取出夹在两块平行的热板中，利用聚合物表面和内部发泡温度不同来控制聚合物多孔材料泡孔直径梯度。4)控制饱和温度，该方法是在聚合物放入发泡剂中饱和时，控制每段聚合物的饱和温度，使得每段聚合物发泡剂溶解量不同，从而控制聚合物多孔材料的泡孔直径，得到梯度发泡材料。上述方法均能得到泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料，但也存在各自的缺点。如层层叠加法较为传统，层与层之间也会有空隙，无法完美叠加，影响材料的性能。控制饱和时间法时间的控制需要很精确，并且部分聚合物无法发泡。控制发泡温度法对发泡温度的控制较为精确，并且也有一部分聚合物无法发泡。控制饱和温度法对于设备要求较高，每段聚合物的饱和温度都需要精确控制。所以，寻求一种工艺简单，设备要求较低的方法制备泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料变得更为迫切。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法的技术方案。该方法制备过程简单，设备要求较低，能够实现聚合物多孔材料泡孔直径梯度变化，赋予材料独特的物理机械性能。
[0005]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤:
1)以多孔膜为基底，用亲C02物质对多孔膜孔道进行修饰；
2)将步骤1)得到的亲0)2修饰的多孔膜与聚合物构建成复合模型体系；
3)将步骤2)得到的复合模型体系进行发泡，得到泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料。
[0006]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的多孔膜为多孔膜为阳极氧化铝膜、阳极氧化钛膜、阳极氧化镁膜、聚乳酸多孔膜、聚氯乙烯多孔膜、聚氨酯多孔膜、聚砜多孔膜、聚丙烯多孔膜或聚乙烯多孔膜。
[0007]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的亲0)2物质为离子液体、含氟硅烷或者氨基硅烷，所述的离子液体为l-η-十二烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、甲基丙烯酰氧乙基三甲基四氟硼酸铵或1-烯丙基-3- 丁基咪唑四氟硼酸盐；所述的含氟硅烷为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟癸基三甲氧基硅烷；所述的氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或Ν-β氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
[0008]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于步骤1)中用亲C02物质对多孔膜孔道进行修饰具体为:
1)将亲C02物质溶于溶剂中，磁力搅拌30?60min，得到亲C02物质溶液；
2)将多孔膜放入亲C02物质溶液中，超声30?60min，得到亲C02修饰的多孔膜。
[0009]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于步骤1)中所述溶剂为乙醇，所述的亲0)2物质溶液的质量百分浓度为0.25?1.25%。
[0010]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于步骤2)中所述的聚合物为纯聚合物和\或纳米粒子复合聚合物，所述的纯聚合物为聚苯乙稀、聚乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚氨酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述的纳米粒子复合聚合物为添加了石墨烯、蒙脱土、碳纳米管、二氧化硅或其它纳米粒子的聚合物复合材料。
[0011]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于步骤3)中发泡具体为:
1)以亲C02修饰的多孔膜为基底，与聚合物在0?300°C下流延或熔融压制得到聚合物复合模型体系样片材料；
2)将样片材料放入高压釜中，通过发泡剂气体吹扫后在高压釜中注入具有压力的发泡剂，控制压力在5?30Mpa，在60?300°C下密封饱和1_24小时，迅速泄压至大气压并放入冰水浴中冷却至室温，取出样品得到泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料。
[0012]所述的一种泡孔直径梯度变化聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于所述的发泡剂为二氧化碳、氮气、丁烷、氟利昂或含氢氯氟利昂。
[0013]本发明的优点在于:
1)本发明相比现有的制备梯度发泡材料制备方法，设备要求更低，制备工艺更加简单。
[0014]2)本发明可以采用不同厚度和孔径的多孔膜，制备出不同泡孔直径和梯度大小的聚合物多孔材料。
[0015]3)本发明可以使用一层多孔膜作为基底制备单一梯度的发泡材料，也可以使用多层多孔膜与聚合物构建复合体系，得到膜层之间泡孔直径、泡孔密度与泡孔梯度大小可控的聚合物多孔材料。
[0016]4)本发明所采用的聚合物可以是纯聚合物，也可以是纳米粒子复合聚合物或者聚合物共混物制备出不同泡孔直径、泡孔密度和性能的聚合物多孔材料。
[0017]5)本发明通过使用多孔膜作为基底，得到泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料，使得材料力学性能、热电导率呈梯度变化，赋予材料独特的功能，为功能材料的制备提供了新思路。
【附图说明】
[0018]图1为用十七氟癸基三乙氧基硅烷改性的多孔膜为基底所得聚苯乙烯多孔膜复合体系多孔材料泡孔结构SEM图。
【具体实施方式】
[0019]通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不受以下实施例所限定。
[0020]实施例1:将2.5ml十七氟癸基三乙氧基硅烷溶于500ml乙醇中，磁力搅拌30min，得到0.5%含氟硅烷溶液，然后把ΑΑ0膜(孔径150nm)放入含氟硅烷溶液中，超声30min，得到亲C02修饰的ΑΑ0膜；以ΑΑ0膜作为基底，与聚苯乙烯在200°C下流延或熔融压制得到聚合物复合模型体系样片材料；将所得样片材料放入高压釜中，通过二氧化碳吹扫后在高压釜中注入具有压力的二氧化碳，控制压力在13.8Mpa，在100°C下密封饱和12小时后，迅速泄压至大气压并放入冰水浴中冷却至室温，取出样品得到泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料。该材料的SEM图如图1所示，从该图中可以看出靠近多孔膜的区域(图片底部)泡孔直径较小，并且随着距离的增加泡孔直径梯度变大。
[0021]实施例2:将7.5ml甲基丙烯酰氧乙基三甲基四氟硼酸铵溶于500ml乙醇中，磁力搅拌60min，得到1.5%离子液体溶液，然后把ΑΑ0膜(孔径200nm)放入离子液体溶液中，超声60min，得到亲C02修饰的ΑΑ0膜；以ΑΑ0膜作为基底，与聚甲基丙烯酸甲酯在180°C下流延或熔融压制得到聚合物复合模型体系样片材料；将所得样片材料放入高压釜中，通过二氧化碳吹扫后在高压釜中注入具有压力的二氧化碳，控制压力在lOMpa，在150°C下密封饱和1小时后，迅速泄压至大气压并放入冰水浴中冷却至室温，取出样品得到泡孔直径梯度变化的聚合物多孔材料。该材料靠近多孔膜的区域泡孔直径较小，并且随着距离的增加泡孔直径梯度变大。
[0022]实施例3:将2.5ml十七氟癸基三乙氧基硅烷溶于500ml乙醇中，磁力搅拌40min，得到0.5%含氟硅烷溶