[发明专利]一种用于制备均孔膜的嵌段共聚物及其制备孔径亚10nm均孔膜的方法

说明书

本发明公开一种基于超分子作用力制备孔径亚10nm均孔膜的方法。所述方法利用超分子作用力克服低分子量嵌段聚合物难以微相分离的难题，促进嵌段聚合物的自组装，从而形成孔径小于10nm均孔膜的方法。所述方法的过程如下：将嵌段聚合物、添加剂、溶剂混合形成均相溶液，用刮刀将铸膜液在基底上铺展开，挥发一定时间后浸入凝固浴中相转化成膜。

技术领域

本发明属于新型分离材料领域，特别涉及一种用于制备均孔膜的嵌段共聚物及其制备孔径亚10nm均孔膜的方法。

背景技术

膜技术作为一种新型的分离技术，依靠其低能耗，高分离效率，在生产生活中占据越来越大的作用。根据其分离特性，不难想到，通过构筑孔径均一且有序排列的膜孔结构能够大大提高其分离精度以及效率。由此，均孔膜的概念应运而生。

嵌段共聚物是目前制备均孔膜的重要材料。然而，由于嵌段共聚物发生微相分离自组装形成有序结构需要较高的分子量(M_n≥70kg/mol)，所制备的均孔膜有效孔径较大。尤其是对于自组装&非溶剂诱导相分离法(SNIPS)，由于其相分离速率快，聚合物自组装时间短，通过该方法制备孔径亚10nm的均孔膜存在较大挑战。此外，利用嵌段共聚物制备均孔膜，一般需要聚合物达到临界胶束浓度，而聚合物分子量越低，其临界胶束浓度越高，会对原料造成极大的浪费。

两亲性嵌段聚合物两嵌段之间性质存在一定的差异，在一定条件下会发生微相分离，自组装形成特定结构。相关聚合物在均孔膜制备方面的应用已得到广泛研究。

嵌段聚合物自组装形成均孔膜需要两嵌段之间的比例在一定范围内，一般可以认为嵌段聚合物中亲水嵌段的长度直接决定了均孔膜孔径的大小。我们将小分子通过超分子作用有机的连接到聚合物链上，部分起到了亲水链段的作用，因此可以在一定程度上减少亲水链段的比例，进一步减小孔径，而小分子在相转化过程中能够顺利的被洗脱下来，对膜本身性能不会造成影响。同时，由于溶剂种类的不同会造成对聚合物的选择以及超分子作用的强弱的不同。为了实现更好的自组装效果，我们还对溶剂体系进行了筛选。实验证明，在特定的溶剂体系下，采用超分子作用制备孔径亚10nm均孔膜是解决目前利用嵌段共聚物自组装难以制备孔径小于10nm均孔膜的有效途径。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于制备孔径亚10nm均孔膜的方法，有效解决了低分子量嵌段聚合物微相分离困难的难题。

本发明采用如下技术方案：一种用于制备均孔膜的嵌段共聚物，分子结构如下：

其中，R1为疏水官能团，结构选自如1,2,3,4所示结构式中的任一种。R2为含吡啶环结构的亲水官能团，结构选自如5,6,7,8,9,10,11,12,13,14所示结构式中的任一种。

进一步地，R1与R2的质量比在2～20之间。

一种嵌段共聚物制备孔径亚10nm均孔膜的方法，包括以下步骤：

(1)将嵌段聚合物、溶剂、添加剂混合形成均相的铸膜液；

(2)用刮刀将铸膜液在光滑的基底上面铺展开，得到初生膜；

(3)将初生膜浸入凝固浴中相转化成膜，同时洗脱添加剂，得到亚10nm均孔膜。

进一步地，所述的聚合物在铸膜液中的浓度为8～30wt％。

进一步地，所述溶剂选自二氧六环、丙酮、氯仿、四氢呋喃、苯、丙二醇丙醚、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙酸乙酯中的一种、两种或三种按照任意比组成的混合物。