[发明专利]具有多尺度泡孔结构高分子制品的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及发泡高分子制品制备技术领域，特别涉及具有多尺度泡孔结构的高分子制品制备方法。

背景技术

具有多尺度泡孔结构的高分子制品是指一种在其内部存在两种或两种以上不同尺寸的泡孔的新型材料。这种材料具有各种不同尺寸泡孔的优异性能，具有很多潜在的应用领域。相比于普通发泡制品，具有多尺度泡孔结构的高分子制品表面与其他物质的接触角大大提高，从而拓展高分子材料在超疏水方面的应用；相比于单一尺寸泡孔结构的高分子材料，具有多尺度泡孔结构的高分子材料的力学性能更好，连通度更高，更有利于使细胞生长所需的流入，使细胞排泄物流出，从而更适合用于生物组织工程材料；多尺度泡孔结构的高分子材料在用作过滤介质的同时起助滤剂的作用。因此，具有多尺度泡孔结构的高分子材料可应用于组织工程、超疏水、过滤等领域。

目前，一般采用高压釜以间歇方式通过两步泄压的方法来制备双尺度泡孔结构的高分子材料。然而，这种方法生产效率低，不能批量生产，不利于在工业生产中进行推广。此外，这种方法对泄压系统有较高的要求，即要求设备具有泄压至某一压力值且维持一定时间后再泄压的功能，而且该方法只能获得双尺度而不能获得更多尺度泡孔结构的高分子材料。因此，寻找一种更为简便、有效、连续的多尺度泡孔结构高分子材料的制备方法具有巨大的实际意义和理论价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简单、作业流程合理、设备要求较少、工艺稳定可靠并可用于工业生产的具有多尺度泡孔结构的高分子制品制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述多尺度泡孔结构的高分子制品的应用。

本发明制备具有多尺度泡孔结构高分子制品的第一种技术方案包括下述步骤：

（1）将原料加入成型设备中进行熔融，成型为初级制品；

（2）将初级制品放入高压釜中；

（3）超临界流体形成与输送系统控制气体处于超临界状态后，将其注入高压釜中，使初级制品在30~300℃的饱和温度和7~50MPa的饱和压力下持续饱和0.5~24h，把高压釜升温至比饱和温度高10℃以上的发泡温度并维持0.1~3h，最后使高压釜快速泄压，得到具有多尺度泡孔结构的高分子制品。

步骤（1）中所述成型设备为注塑机或挤出机，挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

步骤（1）中所述原料为单一组分的高分子材料，或者为高分子多相体系，包括由两种或两种以上高分子材料构成的共混物，和由高分子材料与无机材料构成的复合材料。所述高分子材料为生物可降解材料或普通高分子材料。生物可降解材料具体为聚乳酸、聚乙烯醇、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、淀粉、聚氧化乙烯、聚乙醇酸或聚羟基脂肪酸酯；普通高分子材料具体为聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。所述无机材料具体为纳米级粒子，包括云母、蒙脱土、埃洛石纳米管、碳纳米管、二氧化硅或碳酸钙，或微米级粒子，包括玻璃纤维或玻璃微珠。

步骤（3）中所述超临界流体为超临界二氧化碳或超临界氮气。

步骤（3）中所述具有多尺度泡孔结构的高分子制品中，一级泡孔（即最大泡孔）的平均直径为40~1000μm，二级泡孔的平均直径为一级泡孔平均直径的5%~50%，n级泡孔的平均直径为（n-1）级泡孔平均直径的5%~50%。

本发明制备具有多尺度泡孔结构高分子制品的第二种技术方案包括下述步骤：

（1）将原料加入成型设备中进行熔融，形成熔体；

（2）超临界流体形成与输送系统控制气体处于超临界状态后，将其注入熔体内；

（3）注入的超临界流体与熔体进行混炼，形成单相溶液后，注入成型模具，同时快速释放压力，使熔体发泡成型，得到具有多尺度泡孔结构的高分子制品。

步骤（3）中混炼的流场包括剪切流场、拉伸流场和混沌流场。

高分子材料和无机材料的种类、超临界流体和成型设备的类别均与第一种方案相同。

本发明制备具有多尺度泡孔结构高分子制品的第三种技术方案是将第二种技术方案制备的具有多尺度泡孔结构的高分子制品作为初级发泡制品，将初级发泡制品置于加热箱或热炉中，初级发泡材料进行二次发泡，得到二次发泡材料，二次发泡材料为具有更多尺度泡孔结构的高分子制品。

通过上述三种方案制备的具有多尺度泡孔结构的高分子制品，可应用于组织工程、超疏水和过滤等相关领域。