[发明专利]一种孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料的制备方法。

背景技术

纳米多孔聚合物材料作为一种具有规整二维纳米孔隙结构的有机高分子材料,通常孔径在10~50纳米之间，有较高的耐热性能和力学性能，同时具有一定的孔隙率和比表面积等特点，使其成为下一代新型纳米有机材料。此类材料在纳米科学方面，都已显示出一定的应用潜力，至今被研究者使用。 

目前针对金属纳米粒子、金属纳米线的制备方面，纳米多孔聚合物材料被广泛利用。根据具体要求选择适当孔径的多孔聚合物材料，不仅可以控制金属纳米粒子和线的截面尺寸，而且对于调节纳米金属材料的特性也起到有益的作用。

对于调控多孔聚合物材料孔径的方法，目前主要是采用合成的方法，即合成共聚物后，调节某一聚合物链的重复单元数目，重复制备一系列不同链长的多个共聚物，再分别制备多孔材料，即控制某一链段的体积分数来调控多孔聚合物材料的孔径。该方法比较费时费力。

目前针对此类多孔材料的制备，线型-线型两嵌段共聚物被广泛利用。例如，聚苯乙烯-聚乳酸线性聚合物（J. AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 12761-12773）和聚苯乙烯-聚氧化乙烯线性聚合物（Macromolecules 2005, 38, 4038-4039）。结果表明，为了形成柱状相的微相分离，作为基质的保留相嵌段的体积分数必须大于0.7，这使所得多孔材料的孔隙率最大值为40%。

为了提高有机多孔材料的孔隙率，星形嵌段共聚物是一个理想的候选物。因为从结构特点上来看，同组分多链嵌段的链与链之间的排斥作用，导致多链嵌段在较小的体积分数范围内容易形成弯曲的界面（Soft Matter, 2012, 8, 3419-3428）。换句话说，异组分单链嵌段在较大的体积分数范围内形成柱状相微相分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料的制备方法。 

本发明孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料的制备方法，具体步骤如下：按比例分别称取聚苯乙烯与聚乳酸组成的星形共聚物A和星形共聚物B，将星形共聚物A和星形共聚物B混合，然后用二氯甲烷均匀溶解，减压除去有机溶剂二氯甲烷；通过在120℃~150℃下微相分离和宏观取向后，在氢氧化钠水溶液中选择性刻蚀除去聚乳酸相，得到孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料，其中：所述的星形共聚物A含有两个聚苯乙烯链和一个聚乳酸链；所述的星形共聚物B含有四个聚苯乙烯链和一个聚乳酸链；星形共聚物A和星形共聚物B选用的重量百分比如下：

组分             重量百分比 wt%

星形共聚物A                 5~95

星形共聚物B                 95~5

其总重量满足100%。

本发明中，所述的聚苯乙烯与聚乳酸组成的星形共聚物A和星形共聚物B的数均分子量相同。 

本发明中，所述的聚苯乙烯与聚乳酸组成的星形共聚物A和星形共聚物B的聚苯乙烯链段的体积分数相同。

本发明中，所述的聚苯乙烯与聚乳酸组成的星形共聚物A和星形共聚物B的聚苯乙烯链段的体积分数为0.4~0.6。

利用一种孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料的制备方法所得的有机多孔材料的孔直径可在10~50nm范围内调节，比表面积为100~200 m²/g，孔隙率为65%~150%。 

本发明利用共混A₂B和A₄B型星形嵌段共聚物制备了具有高孔隙率的一种孔结构可调控的聚苯乙烯有机多孔材料，其中A₂B和A₄B型星形嵌段共聚物的总数均分子量、嵌段体积分数相同，并且A作为保留相的聚苯乙烯链的体积分数为0.4~0.6。不同于以前采用线性-线性共聚物的调控方法，从该共混体系制得的多孔聚苯乙烯块体材料具有较高的孔隙率，其孔隙率保持为65%~150%，并且孔直径可在10~50nm范围内调节。

本发明的优点在于：该方法通过共混的方法，使材料保持高孔隙率的同时，可方便地调控多孔聚苯乙烯块体材料的孔径尺寸，从而精确地调控材料的比表面积、孔体积等参数。共混方法操作方便，成本低，比用合成多种共聚物的方法调控材料的孔径尺寸简单易行，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：星形共聚物A和星形共聚物B的结构示意图；