一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法
2023-09-24 05:57:25 1
一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法
【專利摘要】本發明屬於高分子材料【技術領域】，具體涉及一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法。具體方法是：按所需比例稱取具有兩個聚苯乙烯鏈和一個聚乳酸鏈的星形共聚物A和具有四個聚苯乙烯鏈和一個聚乳酸鏈的星形共聚物B，溶解在溶劑中混合均勻，乾燥後在高於共聚物玻璃化轉變溫度的條件下自組裝使其形成微相分離，再通過熱壓宏觀取向後，在鹼性溶液中選擇性刻蝕除去取向對齊的聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料。該方法通過共混使材料保持高孔隙率的同時，可方便地調控多孔聚苯乙烯塊體材料的孔徑尺寸，從而精確地調控材料的比表面積、孔體積等參數。
【專利說明】一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於高分子材料【技術領域】，具體涉及一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]納米多孔聚合物材料作為一種具有規整二維納米孔隙結構的有機高分子材料，通常孔徑在10-50納米之間，有較高的耐熱性能和力學性能，同時具有一定的孔隙率和比表面積等特點，使其成為下一代新型納米有機材料。此類材料在納米科學方面，都已顯示出一定的應用潛力，至今被研究者使用。
[0003]目前針對金屬納米粒子、金屬納米線的製備方面，納米多孔聚合物材料被廣泛利用。根據具體要求選擇適當孔徑的多孔聚合物材料，不僅可以控制金屬納米粒子和線的截面尺寸，而且對於調節納米金屬材料的特性也起到有益的作用。
[0004]對於調控多孔聚合物材料孔徑的方法，目前主要是採用合成的方法，即合成共聚物後，調節某一聚合物鏈的重複單元數目，重複製備一系列不同鏈長的多個共聚物，再分別製備多孔材料，即控制某一鏈段的體積分數來調控多孔聚合物材料的孔徑。該方法比較費時費力。
[0005]目前針對此類多孔材料的製備，線型-線型兩嵌段共聚物被廣泛利用。例如，聚苯乙烯-聚乳酸線性聚合物(J.AM.CHEM.S0C.2002, 124，12761-12773)和聚苯乙烯-聚氧化乙烯線性聚合物(Macromolecules 2005, 38, 4038-4039)。結果表明，為了形成柱狀相的微相分離，作為基質的保留相嵌段的體積分數必須大於0.7，這使所得多孔材料的孔隙率最大值為40%。
[0006]為了提高有機多孔材料的孔隙率，星形嵌段共聚物是一個理想的候選物。因為從結構特點上來看，同組分多鏈嵌段的鏈與鏈之間的排斥作用，導致多鏈嵌段在較小的體積分數範圍內容易形成彎曲的界面(Soft Matter, 2012, 8，3419-3428)。換句話說，異組分單鏈嵌段在較大的體積分數範圍內形成柱狀相微相分離。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法。
[0008]本發明孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法，具體步驟如下:按比例分別稱取聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B，將星形共聚物A和星形共聚物B混合，然後用二氯甲烷均勻溶解，減壓除去有機溶劑二氯甲烷；通過在120Π50?下微相分離和宏觀取向後，在氫氧化鈉水溶液中選擇性刻蝕除去聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料，其中:所述的星形共聚物A含有兩個聚苯乙烯鏈和一個聚乳酸鏈；所述的星形共聚物B含有四個聚苯乙烯鏈和一個聚乳酸鏈；星形共聚物A和星形共聚物B選用的重量百分比如下:
組分重量百分比wt%星形共聚物A5~95
星形共聚物B95-5
其總重量滿足100%。
[0009]本發明中，所述的聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B的數均分子量相同。
[0010]本發明中，所述的聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B的聚苯乙烯鏈段的體積分數相同。
[0011]本發明中，所述的聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B的聚苯乙烯鏈段的體積分數為0.4-0.6。
[0012]利用一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法所得的有機多孔材料的孔直徑可在l(T50nm範圍內調節，比表面積為100~200 m2/g，孔隙率為65%~150%。
[0013]本發明利用共混A2B和A4B型星形嵌段共聚物製備了具有高孔隙率的一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料，其中A2B和A4B型星形嵌段共聚物的總數均分子量、嵌段體積分數相同，並且A作為保留相的聚苯乙烯鏈的體積分數為0.4-0.6。不同於以前採用線性-線性共聚物的調控方法，從該共混體系製得的多孔聚苯乙烯塊體材料具有較高的孔隙率，其孔隙率保持為65%~150%，並且孔直徑可在l(T50nm範圍內調節。
[0014]本發明的優點在於:該方法通過共混的方法，使材料保持高孔隙率的同時，可方便地調控多孔聚苯乙烯塊體材料的孔徑尺寸，從而精確地調控材料的比表面積、孔體積等參數。共混方法操作方便，成本低，比用合成多種共聚物的方法調控材料的孔徑尺寸簡單易行，具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1:星形共聚物A和星形共聚物B的結構示意圖；
圖2:為實施例1製備的多孔聚苯乙烯塊體材料的SEM照片(垂直於孔隙軸)；
圖3:為實施例1製備的多孔聚苯乙烯塊體材料的SEM照片(平行於孔隙軸)。
【具體實施方式】
[0016]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0017]實施例1
以10:90比例稱取聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和B，然後用二氯甲烷均勻溶解，減壓除去有機溶劑；通過高溫下微相分離和宏觀取向後，在氫氧化鈉水溶液中選擇性刻蝕除去聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料。該多孔聚苯乙烯塊體材料的孔徑為12.6nm，孔隙率為119%。
[0018]實施例2
以30:70比例稱取聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和B，然後用二氯甲烷均勻溶解，減壓除去有機溶劑；通過高溫下微相分離和宏觀取向後，在氫氧化鈉水溶液中選擇性刻蝕除去聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料。該多孔聚苯乙烯塊體材料的孔徑為13.5nm，孔隙率為105%。
[0019]實施例3
以50:50比例稱取聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和B，然後用二氯甲烷均勻溶解，減壓除去有機溶劑；通過高溫下微相分離和宏觀取向後，在氫氧化鈉水溶液中選擇性刻蝕除去聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料。該多孔聚苯乙烯塊體材料的孔徑為14.7nm,孔隙率為93%。
[0020]實施例4
以70:30比例稱取聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和B，然後用二氯甲烷均勻溶解，減壓除去有機溶劑；通過高溫下微相分離和宏觀取向後，在氫氧化鈉水溶液中選擇性刻蝕除去聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料。該多孔聚苯乙烯塊體材料的孔徑為15.9nm，孔隙率為79%。
[0021]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換`或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法，其特徵在於具體步驟如下:按比例分別稱取聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B，將星形共聚物A和星形共聚物B混合，然後用二氯甲烷均勻溶解，減壓除去有機溶劑二氯甲烷；通過在120Π50?下微相分離和宏觀取向後，在氫氧化鈉水溶液中選擇性刻蝕除去聚乳酸相，得到孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料，其中:所述的星形共聚物A含有兩個聚苯乙烯鏈和一個聚乳酸鏈；所述的星形共聚物B含有四個聚苯乙烯鏈和一個聚乳酸鏈；星形共聚物A和星形共聚物B選用的重量百分比如下: 組分重量百分比wt% 星形共聚物A5~95 星形共聚物B95飛 其總重量滿足100%。
2.根據權利要求1所述的一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法，其特徵在於所述的聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B的數均分子量相同。
3.根據權利要求1所述的一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法，其特徵在於所述的聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B的聚苯乙烯鏈段的體積分數相同。
4.根據權利要求1所述的一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法，其特徵在於所述的聚苯乙烯與聚乳酸組成的星形共聚物A和星形共聚物B的聚苯乙烯鏈段的體積分數為0.4^0.6。
5.根據權利要求1所述的一種孔結構可調控的聚苯乙烯有機多孔材料的製備方法，其特徵在於所得的有機多孔材料的孔直徑可在l(T50nm範圍內調節，比表面積為100~200 m2/g，孔隙率為65%~150%。
【文檔編號】C08L25/06GK103772840SQ201410033838
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】宋傑, 李建波, 任傑 申請人:同濟大學