溶析法制备聚合物微孔材料的研究

摘要

微孔材料的孔径尺寸随微孔材料使用领域的不同而异，一般不超过10mm，是一种利用材料本身在加工过程中形成的特殊微孔结构对物质进行分离、渗透、提纯等处理的材料。聚合物微孔材料是由聚合物在一定条件下制成的高度均匀的多孔材料，可制成指定孔径，具有相互交织贯通的海绵状多孔结构，孔隙率最高可达总体积的80％。微孔材料的传统制造方法有粉末烧结法、熔融拉伸法、径迹蚀刻法、非溶剂致相分离法等。 本文综合运用聚合物共混增容原理和溶析法制备微孔材料的方法，即将基体聚合物和水溶性高分子共混，预成型成膜状或片状，然后溶出水溶性高分子从而制备出开孔型聚合物微孔材料。本方法与传统填充无机盐的方法不同，用水溶性高分子参与共混改善了材料的加工成型特性以及泡孔形状。另一方面又代替了传统热致相分离法中稀释剂的使用，降低了对环境的污染。 本文采用的基体聚合物有非极性的聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）及极性的聚合物Hytrel（热塑性聚酯弹性体），选用的水溶性聚合物有聚氧化乙烯（PEO）、聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、水溶性淀粉等。 将两类聚合物进行熔融共混，发现非极性基体聚合物与极性的水溶性高分子简单共混时存在严重的分相问题，混合加工困难，制备的共混物力学性能差，溶析成孔后孔径大且分布不均。PEO在几种水溶性高聚物中表现出良好的共混加工特性、高温稳定性和易溶出性，因此优选PEO为水溶相。低分子增容剂硬脂酸、硅烷偶联剂、甲基丙烯酸，对聚烯烃/PEO共混体系的增容效果不显著。高分子增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（MA-g-PP）、乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMA）及离聚体Surlyn，有一定增容效果，其中MA-g-PP使得PEO相能够细致分散在基体中。 极性的基体聚合物Hytrel与PEO有较好的相容性，经溶析后制得的微孔材料为亲水性材料，根据两者不同共混配比，孔径的范围在2.1~8.6mm，孔隙率范围为7~46％。Hytrel/PEO为50/50时能制备出加工性能良好，泡孔分布均匀的微米级开孔材料，增塑剂PEG或填充剂SiO2的加入能在一定程度调节孔径大小及材料的力学性能。所制备的材料有望应用于亲水性过滤膜等场合。