[发明专利]一种梯度多孔聚合物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔聚合物材料领域，特别涉及一种梯度多孔聚合物材料的制备方法。

背景技术

梯度结构在自然界中大量存在，竹子、木材和骨骼等都具有典型的梯度多孔结构，其中孔隙结构致密的部分使材料具有足够的强度，孔隙结构疏松部分则能有效降低材料的密度。梯度多孔聚合物材料是指聚合物材料的孔径和孔隙率等呈现梯度变化，由于梯度多孔聚合物材料的不同部位具有不同的结构和性能，可应用于建筑材料和多功能分离或吸收膜等领域，其仿生梯度结构使得该类材料在生物医学领域具有广阔的应用前景。目前梯度多孔材料在陶瓷及金属材料领域中的研究较为多见，但在高分子材料领域中的研究则较少，现有梯度多孔聚合物材料的制备方法有以下几种。

将含不同粒径致孔粒子的聚合物薄膜叠层模压并去除致孔剂，或者将组成不同的聚合物共混物薄膜叠层模压后形成聚合物坯体，采用超临界流体对聚合物坯体进行发泡，都能够得到梯度结构的多孔聚合物材料，但该方法制备的多孔聚合物材料的孔径呈“阶梯”式分布，即每一层薄膜中的孔径相同，层与层之间的孔径存在较大幅度的突变，使用时多孔聚合物材料的层与层结合处容易因应力集中而破坏。将含不同粒径致孔粒子的聚合物粉末依次加入模具中，加入聚合物的良溶剂并从模具下方抽滤使聚合物粘接，除去致孔粒子后也能得到孔径梯度变化的多孔聚合物材料，该方法中，聚合物粉末通过溶剂部分溶解后实现粘接，这种粘接方式的粘接强度很低，导致所得多孔聚合物材料的力学性能非常差。

CN 103113669A公开了一种可控梯度多孔聚合物结构材料的制备方法，该方法通过挤出机或密炼机制备具有双连续相结构的聚合物共混物，然后将其加入模具中，对模具中的共混物材料在两个不同的位置施加不同的温度，从而使共混物材料在两个位置之间形成温度场，其中，高温部分的温度为190～240℃，低温部分的温度为室温～100℃，温度梯度分布的温度场会诱导形成具有梯度分布的双连续相相结构，最后使用溶剂刻蚀法将共混物中的一相刻蚀掉，即得梯度多孔聚合物结构材料。该方法中，温度场中高温区的温度高达190～240℃，但是，由于聚合物的导热系数很小，要在尺寸较大的聚合物共混物中形成梯度分布的温度场需要花费很长的时间，而长时间处于高温区的聚合物容易降解，特别是对于热稳定性不好的聚合物材料而言，在此过程中的降解就更为明显，聚合物的降解会导致产品的力学性能下降，严重影响产品的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种梯度多孔聚合物材料的制备方法，以降低所述多孔材料的制备温度，避免在制备过程中聚合物发生降解，提高产品的力学性能。

本发明所述梯度多孔聚合物材料的制备方法，步骤如下：

(1)制备具有共连续相结构的聚合物共混物坯体

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，得到具有共连续相结构的聚合物共混物坯体；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共连续相结构的聚合物共混物；

(2)制备共连续相尺寸呈梯度分布的聚合物共混物坯体

将步骤(1)制备的共混物坯体的一部分用包覆材料进行包覆，然后置于反应釜中，向反应釜中通入气体并对反应釜升温，控制反应釜中的压力为5～25MPa、控制反应釜的温度使所述共混物坯体处于熔融状态，在前述压力和温度下保持至少5min，然后将反应釜的温度降至室温，再将反应釜中的压力降至常压，控制降压速率以避免所述共混物坯体发泡，将经过前述处理的共混物坯体取出并去掉其上的包覆材料，即得共连续相尺寸呈梯度分布的聚合物共混物坯体；

(3)选择性刻蚀形成梯度孔结构

将步骤(2)所得共连续相尺寸呈梯度分布的聚合物共混物坯体浸泡于仅溶解所述聚合物共混物坯体中两种聚合物之一的刻蚀液中进行刻蚀，当共连续相尺寸呈梯度分布的聚合物共混物坯体中的两种聚合物之一完全溶解后，将其从刻蚀液中取出，即得梯度多孔聚合物材料。

上述方法中，所述包覆材料为铝箔或者聚四氟乙烯薄膜。

上述方法的步骤(2)在对共混物坯体进行包覆时，包覆部位根据所需要的孔径梯度变化情况而定，例如，对于薄片状共混物坯体，要得到孔径沿材料厚度方向呈梯度变化的聚合物多孔材料，对共混物坯体的一个面用包覆材料包覆即可，如图1(a)所示；对于柱状共混物坯体，要得到孔径沿径向呈梯度变化的聚合物多孔材料，将柱状共混物坯体的两个圆形底面用包覆材料包覆即可，如图1(b)所示。

上述方法中，所述气体为二氧化碳、氮气或者空气。