一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功能梯度材料由于本身具有獨(dú)特的性能以及它所體現(xiàn)出的新穎的材料設(shè)計(jì)思想吸引了很多學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的注意力。這些材料因其材料的組成和結(jié)構(gòu)從材料的某一方位向另一方位連續(xù)地變化，使得材料的物理機(jī)械性能和功能也呈現(xiàn)梯度變化，包括力學(xué)性能、熱電導(dǎo)率等。如今，功能梯度材料被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、航空航天、電子、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。
[0003]目前，制備泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料的主要方法包括:1)層層疊加法，該方法是將不同泡孔直徑的發(fā)泡材料層層疊加來實(shí)現(xiàn)泡孔直徑梯度變化。2)控制飽和時(shí)間，該方法主要是嚴(yán)格控制聚合物在發(fā)泡劑中的飽和時(shí)間，使聚合物表面和內(nèi)部的發(fā)泡劑溶解量不同來控制聚合物多孔材料泡孔直徑梯度。3)控制發(fā)泡溫度，該方法是將聚合物放在發(fā)泡劑中達(dá)到飽和狀態(tài)，然后將聚合物取出夾在兩塊平行的熱板中，利用聚合物表面和內(nèi)部發(fā)泡溫度不同來控制聚合物多孔材料泡孔直徑梯度。4)控制飽和溫度，該方法是在聚合物放入發(fā)泡劑中飽和時(shí)，控制每段聚合物的飽和溫度，使得每段聚合物發(fā)泡劑溶解量不同，從而控制聚合物多孔材料的泡孔直徑，得到梯度發(fā)泡材料。上述方法均能得到泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料，但也存在各自的缺點(diǎn)。如層層疊加法較為傳統(tǒng)，層與層之間也會(huì)有空隙，無法完美疊加，影響材料的性能?？刂骑柡蜁r(shí)間法時(shí)間的控制需要很精確，并且部分聚合物無法發(fā)泡?？刂瓢l(fā)泡溫度法對(duì)發(fā)泡溫度的控制較為精確，并且也有一部分聚合物無法發(fā)泡?？刂骑柡蜏囟确▽?duì)于設(shè)備要求較高，每段聚合物的飽和溫度都需要精確控制。所以，尋求一種工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求較低的方法制備泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料變得更為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)提供一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法的技術(shù)方案。該方法制備過程簡(jiǎn)單，設(shè)備要求較低，能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物多孔材料泡孔直徑梯度變化，賦予材料獨(dú)特的物理機(jī)械性能。
[0005]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟:
1)以多孔膜為基底，用親C02物質(zhì)對(duì)多孔膜孔道進(jìn)行修飾；
2)將步驟1)得到的親0)2修飾的多孔膜與聚合物構(gòu)建成復(fù)合模型體系；
3)將步驟2)得到的復(fù)合模型體系進(jìn)行發(fā)泡，得到泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料。
[0006]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于步驟1)中所述的多孔膜為多孔膜為陽極氧化鋁膜、陽極氧化鈦膜、陽極氧化鎂膜、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]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于步驟1)中所述的親0)2物質(zhì)為離子液體、含氟硅烷或者氨基硅烷，所述的離子液體為l-η-十二烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、甲基丙烯酰氧乙基三甲基四氟硼酸銨或1-烯丙基-3- 丁基咪唑四氟硼酸鹽；所述的含氟硅烷為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；所述的氨基硅烷為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]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于步驟1)中用親C02物質(zhì)對(duì)多孔膜孔道進(jìn)行修飾具體為:
1)將親C02物質(zhì)溶于溶劑中，磁力攪拌30?60min，得到親C02物質(zhì)溶液；
2)將多孔膜放入親C02物質(zhì)溶液中，超聲30?60min，得到親C02修飾的多孔膜。
[0009]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于步驟1)中所述溶劑為乙醇，所述的親0)2物質(zhì)溶液的質(zhì)量百分濃度為0.25?1.25%。
[0010]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于步驟2)中所述的聚合物為純聚合物和\或納米粒子復(fù)合聚合物，所述的純聚合物為聚苯乙稀、聚乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚氨酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，所述的納米粒子復(fù)合聚合物為添加了石墨烯、蒙脫土、碳納米管、二氧化硅或其它納米粒子的聚合物復(fù)合材料。
[0011]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于步驟3)中發(fā)泡具體為:
1)以親C02修飾的多孔膜為基底，與聚合物在0?300°C下流延或熔融壓制得到聚合物復(fù)合模型體系樣片材料；
2)將樣片材料放入高壓釜中，通過發(fā)泡劑氣體吹掃后在高壓釜中注入具有壓力的發(fā)泡劑，控制壓力在5?30Mpa，在60?300°C下密封飽和1_24小時(shí)，迅速泄壓至大氣壓并放入冰水浴中冷卻至室溫，取出樣品得到泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料。
[0012]所述的一種泡孔直徑梯度變化聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于所述的發(fā)泡劑為二氧化碳、氮?dú)?、丁烷、氟利昂或含氫氯氟利昂?br>[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1)本發(fā)明相比現(xiàn)有的制備梯度發(fā)泡材料制備方法，設(shè)備要求更低，制備工藝更加簡(jiǎn)單。
[0014]2)本發(fā)明可以采用不同厚度和孔徑的多孔膜，制備出不同泡孔直徑和梯度大小的聚合物多孔材料。
[0015]3)本發(fā)明可以使用一層多孔膜作為基底制備單一梯度的發(fā)泡材料，也可以使用多層多孔膜與聚合物構(gòu)建復(fù)合體系，得到膜層之間泡孔直徑、泡孔密度與泡孔梯度大小可控的聚合物多孔材料。
[0016]4)本發(fā)明所采用的聚合物可以是純聚合物，也可以是納米粒子復(fù)合聚合物或者聚合物共混物制備出不同泡孔直徑、泡孔密度和性能的聚合物多孔材料。
[0017]5)本發(fā)明通過使用多孔膜作為基底，得到泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料，使得材料力學(xué)性能、熱電導(dǎo)率呈梯度變化，賦予材料獨(dú)特的功能，為功能材料的制備提供了新思路。
【附圖說明】
[0018]圖1為用十七氟癸基三乙氧基硅烷改性的多孔膜為基底所得聚苯乙烯多孔膜復(fù)合體系多孔材料泡孔結(jié)構(gòu)SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不受以下實(shí)施例所限定。
[0020]實(shí)施例1:將2.5ml十七氟癸基三乙氧基硅烷溶于500ml乙醇中，磁力攪拌30min，得到0.5%含氟硅烷溶液，然后把ΑΑ0膜(孔徑150nm)放入含氟硅烷溶液中，超聲30min，得到親C02修飾的ΑΑ0膜；以ΑΑ0膜作為基底，與聚苯乙烯在200°C下流延或熔融壓制得到聚合物復(fù)合模型體系樣片材料；將所得樣片材料放入高壓釜中，通過二氧化碳吹掃后在高壓釜中注入具有壓力的二氧化碳，控制壓力在13.8Mpa，在100°C下密封飽和12小時(shí)后，迅速泄壓至大氣壓并放入冰水浴中冷卻至室溫，取出樣品得到泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料。該材料的SEM圖如圖1所示，從該圖中可以看出靠近多孔膜的區(qū)域(圖片底部)泡孔直徑較小，并且隨著距離的增加泡孔直徑梯度變大。
[0021]實(shí)施例2:將7.5ml甲基丙烯酰氧乙基三甲基四氟硼酸銨溶于500ml乙醇中，磁力攪拌60min，得到1.5%離子液體溶液，然后把ΑΑ0膜(孔徑200nm)放入離子液體溶液中，超聲60min，得到親C02修飾的ΑΑ0膜；以ΑΑ0膜作為基底，與聚甲基丙烯酸甲酯在180°C下流延或熔融壓制得到聚合物復(fù)合模型體系樣片材料；將所得樣片材料放入高壓釜中，通過二氧化碳吹掃后在高壓釜中注入具有壓力的二氧化碳，控制壓力在lOMpa，在150°C下密封飽和1小時(shí)后，迅速泄壓至大氣壓并放入冰水浴中冷卻至室溫，取出樣品得到泡孔直徑梯度變化的聚合物多孔材料。該材料靠近多孔膜的區(qū)域泡孔直徑較小，并且隨著距離的增加泡孔直徑梯度變大。
[0022]實(shí)施例3:將2.5ml十七氟癸基三乙氧基硅烷溶于500ml乙醇中，磁力攪拌40min，得到0.5%含氟硅烷溶