[发明专利]具有双峰孔结构的多孔聚合物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔聚合物材料领域，特别涉及一种具有双峰孔结构的多孔聚合物材料及其制备方法。

技术背景

多孔聚合物材料是一种由固相与大量孔隙共同构成的多相材料，具有质量轻、比强度高、能吸收冲击载荷等优良机械性能，以及减震、隔热、吸声、电磁屏蔽、渗透性等特殊性质，广泛用于包装业、农业、汽车工业、建筑、军事工业、航天及日用品等领域。由于具有双峰孔结构的多孔聚合物材料的孔径呈双峰分布，使得该类材料具备良好的阻隔性能，优异的吸收和穿透性能，能够满足特种过滤、吸音和衬垫等方面的应用，该类材料独特的结构还引起了生物医学工程的重视，典型的用途包括：控制释放材料、骨骼组织培养材料、液体分离膜材料和低介电常数材料等。

目前，具有双峰孔结构的多孔聚合物材料的制备方法有以下两种，第一种方法是使用两种不同的发泡剂发泡，使聚合物基体发生两次泡孔成核、生长的过程。例如，K.M.Lee等将水和正丁烷注入经过改造的单螺杆挤出机的熔融段，使水蒸汽和正丁烷气体均匀分散在聚合物中，聚合物—气体体系在挤出时发泡，由于使用了水和正丁烷两种发泡剂，因而形成的泡孔结构呈双峰分布(K.M.Lee,E.K.Lee,S.G.Kim,etc.,Bi-cellular Foam Structure of Polystyrene from Extrusion Foaming Process[J].J Cell Plast,2009,45:539-553)。若单独使用两种气体发泡能得到尺寸差异较大的孔结构，但该方法在发泡过程中，水和正丁烷是同时注入改造后的单螺杆挤出机中的，同时注入导致水蒸汽和正丁烷彼此共混，由气体性质带来的尺寸差异变小，并且发泡温度、压力、时间等条件对两种气体所产生泡孔的影响是一致的，两种类型的孔尺寸无法单独调控，而且双峰孔的孔径差距较小。第二种方法是采用两次或者多次卸压发泡法，使聚合物基体发生两次发泡过程。例如，孙兴华等将环烯烃共聚物样品在超临界CO₂条件下饱和后，先将体系压力降至一中间压力，保压一定时间后再降压至常压，整个过程中保证体系温度不变，得到孔径呈双峰分布的多孔结构(孙兴华,李刚,廖霞,等.分次降压法研究微孔聚合物发泡的成核及增长过程[J].高分子学报.2004,1:93-97)。该方法中，在压力降至中间压力时已经形成一定量的泡孔，二次泄压时会生成一定量的新泡孔，同时之前形成的泡孔会进一步生长，导致泡孔尺寸不易控制。

由于现有方法均采用气体发泡法制备具有双峰孔结构的多孔聚合物材料，而气体发泡存在一个明显的缺点就是难以形成开放式泡孔，这导致现有双峰孔结构多孔聚合物材料的大泡孔和小泡孔都是封闭式的，目前尚没有兼具开孔结构和闭孔结构泡孔且泡孔孔径呈现双峰分布的多孔聚合物材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兼具开孔结构和闭孔结构泡孔且泡孔的孔径呈现双峰分布的多孔聚合物材料及其制备方法，以丰富双峰孔结构的多孔聚合物材料的种类。

本发明所述具有双峰孔结构的多孔聚合物材料，该多孔聚合材料中具有开孔结构的大泡孔和闭孔结构的小泡孔，双峰孔结构是指该多孔聚合物材料的泡孔尺寸分布曲线上有两个峰。

上述具有双峰孔结构的多孔聚合物材料中，小泡孔的孔径分布在0.05～25μm之间，大泡孔的孔径分布在0.8～122μm之间，对于某一具体的上述多孔聚合物材料而言，闭孔结构的泡孔孔径小于开孔结构的泡孔孔径。

上述具有双峰孔结构的多孔聚合物材料为聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或者聚乙烯多孔材料。

本发明所述具有双峰孔结构的多孔聚合物材料的制备方法，步骤如下：

(1)制备具有两相连续结构的共混物坯体

以两种热塑性聚合物为原料，在室温进行预混，然后在两种原料的共同挤出温度以上对预混后的原料进行熔融共混并成型，得到具有两相连续结构的共混物坯体；所述两种热塑性聚合物原料的种类及其体积比应使两种原料在熔融共混后形成具有两相连续结构的共混物；

(2)超临界发泡形成闭孔结构小泡孔

将步骤(1)所得共混物坯体置于高压反应釜中，通入超临界流体对共混物坯体进行处理，处理过程中控制高压反应釜中的压力和温度使其中的流体保持在超临界状态，当超临界流体在共混物坯体中达到饱和后，将反应釜的温度降低20～80℃，然后保持降温后的温度通过快速降压法将高压反应釜中的压力降至常压使共混物坯体发泡，再冷却定型得到具有闭孔结构小泡孔的聚合物材料；

(3)选择性刻蚀形成开孔结构大泡孔