[发明专利]包含嵌段共聚物的自组装结构和膜以及通过旋涂法制备它们的方法(IVa)

说明书

公开了由嵌段共聚物例如式(I)的二嵌段共聚物制备的自组装结构：其中，R¹‑R⁴、n和m如本文中所述，所述自组装结构应用于制备纳米多孔膜。在一个实施方式中，嵌段共聚物自组装成圆柱形形态。还公开了一种制备这类自组装结构的方法，包括旋涂含有嵌段共聚物的聚合物溶液，以获得薄膜，随后使薄膜溶剂退火。进一步公开了一种由自组装结构制备多孔膜的方法。

发明背景

膜，尤其是纳米多孔膜，已知应用于多个领域，包括生物流体过滤、除去微量污染物、水质软化、废水处理、染料截留、电子工业中的超纯水制备，以及食品、果汁或牛奶浓缩。人们已经提出用于制备纳米多孔膜的方法，涉及自组装成纳米结构的嵌段共聚物。尽管自组装结构的优势在于它们产生具有均匀的孔径和孔径分布的膜，但是所提出的嵌段共聚物和方法仍存在挑战或困难。例如，在一些这些方法中，首先由嵌段共聚物生产出薄膜，随后使用苛性化学品例如强酸或强碱移除嵌段共聚物的嵌段之一。

前述表明，对于由能够自组装成纳米结构的嵌段共聚物制成的膜以及对于由这些嵌段共聚物生产纳米多孔膜的方法，仍然存在未满足的需求，所述嵌段共聚物在形成纳米结构之后不需要移除嵌段之一。

发明简述

本发明提供了一种包含嵌段共聚物，例如式(I)的二嵌段共聚物的自组装结构和多孔膜：

其中：

R¹是式-(CHR-CH₂-O)_p-R’的聚(氧化烯)基团，其中p＝2-6，R是H或甲基，以及R’是H、C₁-C₆烷基或者C₃-C₁₁环烷基；

R²是C₆-C₂₀芳基或是杂芳基，任选地被选自羟基、氨基、卤素、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、酰氨基以及硝基的取代基取代；

R³和R⁴之一是C₆-C₁₄芳基，任选地被选自羟基、卤素、氨基和硝基的取代基取代，以及R³和R⁴的另一个是C₁-C₂₂烷氧基，任选地被选自羧基、氨基、巯基、炔基、烯基、卤素、叠氮基和杂环基的取代基取代；

n和m独立地是约10至约2000。

本发明还提供了一种制备上述自组装结构的方法，包括：

(i)将嵌段共聚物溶于溶剂体系中，以获得聚合物溶液；

(ii)将聚合物溶液旋涂到基材上；

(iii)将在(ii)中获得的涂层退火，以获得自组装结构；以及任选地，

(iv)洗涤在(iii)中获得的自组装结构。

本发明还提供了由所述自组装结构制备的膜。

本发明利用了具有热力学不相容性嵌段的嵌段共聚物进行相分离并且自组装成纳米结构的能力，由此导致具有均匀多孔性的纳米多孔膜的形成。

附图说明

图1描述了根据本发明一个实施方式的均聚物1(二嵌段共聚物的前体)和二嵌段共聚物2的多角度激光散射(MALS)凝胶渗透色谱(GPC)叠加轨迹。

图2描述了根据本发明一个实施方式的自组装结构的原子力显微镜(AFM)高度图像。通过以2000rpm在硅晶片上旋涂二嵌段共聚物的溶液制备自组装结构。自组装结构的六方有序性至少从圈定区域来看得以证实。

图3描述了在图2中描述的自组装结构的AFM相图。自组装结构的六方有序性至少从圈定区域来看得以证实。