聚合物孔材料的合成與應用

徐文淵

宜興市產品質量監(jiān)督檢驗所

聚合物孔材料的合成與應用

徐文淵

宜興市產品質量監(jiān)督檢驗所

聚合物孔材料因為其理化性質方面的優(yōu)勢，近年來得到了越來越廣泛的應用。其合成方法不斷推陳出新，其應用范圍也越來越廣闊。聚合物孔又細分為微孔、介孔和大孔三大類，分別適用于不同的合成方法及應用范圍。其中微孔聚合物材料的合成工藝較為復雜，主要應用納米領域。介孔聚合物材料的合成最為復雜，在應用上也具有最大的廣度。而大孔聚合物材料的合成方法眾多，合成難度相對最小，是現(xiàn)代材料科學的研究和應用熱點。本文將對聚合物孔材料的合成方法與應用情況進綜述性的研究分析。

聚合物孔；合成；應用

一、聚合物孔材料的種類

1.微孔聚合物材料

微孔聚合物材料的最主要構成部分是聚合物濾膜。這種聚合物濾膜的具有納米結構。通過核裂變碎片反復持續(xù)地攻擊濾膜的表面，從而形成微觀損傷。通過對這些損傷通過化學手段進行刻蝕，精確地制造出具有納米結構的聚合物濾膜。聚合物濾膜包含有各個圓桶狀的微孔，各微孔直徑相當，在膜中自由分布，使微孔聚合物材料在性質上具有良好的穩(wěn)定性。

2.介孔聚合物材料

介孔聚合物材料因為其孔徑可以在一個較大的范圍內進行調整，因而其應用范圍更加廣泛。該類材料的孔徑性質決定其廣泛應用于大分子催化、分子電子器件制造和生物分離等多個領域。介孔聚合物材料在合成當中的核心技術，是借助表面活性劑，形成超分子和嵌段共聚物，最后通過合成來形成介孔聚合物材料。

3.大孔聚合物材料

大孔聚合物材料的孔徑和材料尺寸都更大，其大尺寸效應非常明顯，具有許多小孔徑材料所不具備的優(yōu)異性能。同時，因為大孔聚合物材料的尺寸較大，在合成和研究當中相對可控，其難度和工藝的復雜程度相對于其他兩種材料都更為低。

二、聚合物孔材料的合成

1.微孔聚合物材料合成

通過核裂變碎片進行撞擊，在濾膜的表面產生大量的微觀損傷，為后續(xù)處理打下良有好的基礎。其后運用化學手段進行刻蝕，精確地制造出具有納米結構的聚合物濾膜Tranck-etch膜，就獲得了合成微孔聚合物材料的基礎材料。

接著進行基礎材料的合成。選取一層作為陰極的金屬膜，將之覆蓋在Tranck-etch膜的表面。其后通過電化學方法，形成具有良好的相融性的聚合物生長孔壁，并讓聚合物以孔壁為通道向外生長，產生導電聚合物納米管。導電聚合物納米管的厚度，可以過控制進行電化學反應的時間來加以調整，最終表現(xiàn)為聚合物孔壁的厚度。

以上是目前較為常用的微孔聚合物材料合成方法。但科學家也研究出了其他類型的方法，如用單體溶液浸泡Tranck-etch膜，利用化學方法，引發(fā)Tranck-etch膜的原位聚合。以上兩種方法，對于孔壁與微孔聚合物材料的相容性的要求都非常高，因而在當前情況下，微孔聚合物材料的合成還沒有普及，有待于進一步加強研究開發(fā)。

2.介孔聚合物材料合成

為了達到介孔聚合物材料孔徑大小范圍可控的效果，其在合成過程當中工藝更加復雜。其聚合的模板，必須要選擇具有良好的機械強度，能夠承受聚合物孔徑的伸縮變化所產生的應力而不致斷裂。

目前較為常見的介孔聚合物材料合成方法，首先需要選用具有良好的雙親性的環(huán)氧乙烷和苯乙烯，將兩者作用產生的嵌段共聚物作為合成介孔聚合物材料的模板，形成SiO2孔材料。與此同時，融合甲基炳烯酸甲酯、偶氮二異丁腈和二醇二甲基丙烯酸酯，形成良好的聚合反應體系。將SiO2孔材料放置到反應體系當中，注入HF酸，通過化學反應產生IPN介孔材料，完成介孔聚合物材料的合成。

3.大孔聚合物材料合成

目前較為常見的大孔聚合物材料合成方法，就有懸浮聚合法、大分子結構模板法、超臨界流體快速降壓法、膠態(tài)晶體模板法行四類。本文將介紹在工藝上最為先進的大分子結構模板法。

首先需要形成聚合物薄膜，并確保薄膜孔徑大小的一致。將星型聚合物放置溶液當中靜置，其后將之取出涂于玻璃片上，放置在濕潤的空氣環(huán)境當中，待其溶液自然揮發(fā)，提取出薄膜。通過星型聚合物包圍溶液液滴，形成緊密堆疊的六角形陣列，則可以在溶液揮發(fā)之后得到滿足要求的聚合物孔材料。在合成過程當中，需要保證合成環(huán)境的清潔純凈。因為孔膜對于各類粉塵雜質非常敏感，而本實驗又在暴露空間當中進行，所以對環(huán)境清潔程度的要求非常高。

三、聚合物孔材料的應用

1.微孔聚合物材料應用

因為微孔聚合物材料在生產工藝上已經達到了納米級，通過納米效應，可以應用于各類高科技領域的高精尖設備上。例如電子、機械和光學設備等的制造，以及生物及藥物膠囊等的合成領域。微孔聚合物材料在應用中最大的特征是其應用范圍較小，集中于高附加值深加工或高精尖技術領域。

2.介孔聚合物材料應用

在大分子催化、分子電子器件制造和生物分離等多個領域，都有介孔聚合物材料的應用。通過應用實踐可以發(fā)現(xiàn)，雖然介孔聚合物材料因其孔徑大小可以靈活地調整，因而應用范圍廣泛，但其制造過程相對于其他兩種聚合物材料更為復雜，而且成品具有更大的不穩(wěn)定性。所以需要進一步加強實踐研究和論證，探索更為簡便的合成方法，提升介孔聚合物材料在應用當中性能的穩(wěn)定性。

3.大孔聚合物材料應用

大孔聚合物材料廣泛應用于細胞培養(yǎng)、催化劑載體和選擇性傳輸?shù)阮I域。因為大孔聚合物材料具有的大尺寸和大孔徑特點，導致其既可以構建其他微觀實驗的環(huán)境，又可以作為各類實驗運動的載體或通道，所以是高科技研究的常用物質。在大孔聚合物材料當中，使用最為廣泛的是三維有序的大孔聚合物材料。因為三維有序的大孔聚合物材料在材料結構、理化性能上具有更好的穩(wěn)定性，所以成為現(xiàn)代材料科學領域的一大研究熱點，其有更多可供研究的合成方法，可供開發(fā)的應用領域還有待于后來的科學家研究發(fā)現(xiàn)。

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