[发明专利]可逆动态大孔弹性体聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可逆动态大孔弹性体聚合物材料及其制备方法和应用。本发明将可聚合前体或可交联聚合物前体和不溶于前体的模板液混合搅拌均匀，将得到的乳液进行固化，制得可逆动态大孔弹性体聚合物材料。本发明可逆动态多孔结构的新型弹性体聚合物材料，合成工艺简单易行，绿色环保，产率高，制备成本低，易于推广。本发明的可逆动态大孔弹性体聚合物材料具有可调节的可逆多层次孔结构，具有良好的可转换的太阳光反射性能和红外辐射性能、高的溶液储存能力、可调制的表面粗糙度，属于大孔聚合物材料，在辐射制冷太阳能制热、智能界面方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种可逆动态大孔弹性体聚合物材料及其制备方法和应用。

背景技术

大孔聚合物(macroporous polymers，也被称为聚合物大孔材料)是一类由聚合物为基材构成互相贯通或封闭孔洞结构的材料，其主要的空腔孔径在50纳米以上(根据国际IUPAC标准)。大孔聚合物能够结合大孔材料和聚合物两种材料的优点，除了具有大孔材料本身的表面积较大和孔径可调等特性以外，还具有机械强度高、热稳定性好、耐溶剂性好、易加工、原料价格低廉等特点，已被广泛应用于催化、储能、隔音隔热、气体分离、水处理、药物传递等领域。同时，高分子合成方法的多样性能够提供丰富的合成路径来构建具有不同性质的孔径结构，能够为大孔材料提供更加广泛的应用领域，例如抗污减阻界面、反射涂层、荧光检测、能量传递、液体存储、组织工程支架、细胞培养等新的应用场景，因此被认为是最有应用前景的多孔材料之一。

目前，制备大孔聚合物的方法很多，最主要的方法是相分离法(phase separationpolymerization)、冷冻干燥法(free-drying)、发泡法(gas-blowing)和模板法(templating method)等。

相分离聚合法是最早用于制备多孔聚合物的方法，其机理在于预先与前体相容的稀释剂在聚合或交联过程中发生相分离，原位形成稀释剂聚集微区作为空腔模板，这些区域在聚合后可以去除，得到永久性多孔结构。各种能聚合的单体和能交联的聚合物前体均能通过这种方法制备得到大孔聚合物。稀释剂可以是溶剂、非溶剂(如超临界二氧化碳)或惰性聚合物等。常用于制备多孔聚合物珠的悬浮聚合法属于这一方法。这种方法要求聚合/交联动力学与相分离动力学相匹配，得到的孔径分布比较宽，往往涉及相对复杂的稀释剂去除工艺。

冷冻干燥法是近年兴起的方法，主要利用冻干过程中的水结晶来驱使体系中的聚合物不可逆聚集，从而在去除溶剂后得到多孔聚合物。这种方法能耗比较大，得到的大孔聚合物力学性能相对比较差。

发泡法是利用发泡剂在材料固化过程中生成气泡作为模板的方法，广泛用于制备人造皮革和海绵等工业。

模板法是使用不溶于聚合物前体(单体和交联剂的混合前体或可交联的聚合物前体)的制孔剂(porogen)作为空腔模板制备多孔聚合物的方法，其一般包含三个步骤：首先把制孔剂分散到前体中；然后引发聚合或交联形成聚合物连续相；最后通过沥滤洗脱制孔剂得到大孔材料。这种方法适用于各种单体和聚合物，空腔结构和孔径大小可通过模板(可以是小分子、微纳颗粒或者连续骨架)精确控制，便于制备大面积样品；但工艺相对复杂，特别是沥滤过程耗时长、成本高、容易引起材料形变。

总的来说，目前的大孔聚合物制备方法往往涉及挥发性有机溶剂或者能耗大或者耗时长，并且所制备得到的大孔结构往往是永久性的，一般不能在外界刺激下改变其拓扑结构。

材料智能化是近年科学研究和材料市场的趋势，对于新型响应性大孔聚合的设计合成一直备受关注。大孔聚合物的性能通常由材料组分和孔结构共同决定。目前制备智能大孔聚合物的策略主要是选择刺激响应性聚合物作为基底材料或通过响应性分子修饰孔表面，从而达到改变材料性能的目的；而通过改变孔拓扑结构来调节大孔聚合物材料性能的方法很少，能在不需要外界物质填充的条件下实现大孔结构完全开关的例子还未见报道。