方法技术

一种用于生产多孔聚合物结构的方法包括(i)形成聚合物；(ii)随后使所述聚合物与非溶剂接触和诱导形成乳液，其中非溶剂作为分散相存在，而聚合物作为连续相存在；和(iii)除去至少一些非溶剂，以在聚合物内留下孔，其中所述聚合物通过在激发介质中激发一个或多个分子而形成，特别是通过脉冲等离子体沉积。在步骤(ii)中的乳液形成可通过乳液稳定剂诱导或在乳液稳定剂存在下诱导。还提供了一种使用所述方法生产的多孔聚合物结构，和用乳液稳定剂浸渍的聚合物，用于所述方法的乳液形成步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及用于生产多孔聚合物结构(特别是官能化的多孔聚合物结构)的和使用所述生产的结构。专利技术背景 已经知道多孔聚合物结构，其中聚合物含有至少部分互连的孔的网络。含有这样的孔系统的材料在一系列应用中可为重要的，包括气体储存[1，2]、燃料电池[3]、催化[4，5]、传感器[6]、过滤[7]、层析[8，9]、组织工程[10，11]、微流体装置[12，13]和生物矿化[14]。由于聚合支架相对低的成本和轻的重量，它们在许多这些情况中可能特别有吸引力。用于制备多孔聚合物结构的一种常见的包括围绕油包水型乳液的水相的模板化聚合(所谓的“聚HIPE”过程)。该的变体包括围绕备选的致孔物质(例如盐晶体[15]、胶体[16]和非溶剂[17])的模板化聚合，其中通过干燥、蚀刻或浙滤用于致孔剂提取，得到最终的大孔结构。所有这些可能存在缺点，包括消耗显著量的有机溶剂和其它潜在有毒性的试剂，以及相关的废物处理问题。此外，聚HIPE材料可能遭受差的机械性能[18，19，20]。当用于例如催化、燃料电池、微流体和组织工程的应用时，这可导致问题，其中实际上在坚固的基材上负载的薄的大孔膜可能是更可行的备选。在过去用于生产负载的聚HIPE膜的一种为“呼吸图”，由此水滴在旋转流延的聚合物层上冷凝用于模板化互连的孔结构[21]。文献例如US-2010/0247762、US-2010/0080917、US-2009/0232982、EP-l 783 162 和 JP-2010/070700 还描述了使用呼吸图在膜流延聚合物层中诱导孔形成。然而，在这样的中可能存在固有的缺点，包括需要精确控制湿度和需要有机溶剂(溶剂的蒸发驱动水冷凝)。此外，旋转流延的聚合物可遭受与下面的基材差的粘着性。本专利技术的一个目的是提供用于生产多孔聚合物结构(特别是官能化的多孔聚合物结构)的备选，所述可克服或至少减轻上述问题。专利技术陈述根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于生产多孔聚合物结构的，所述包括: (i)形成聚合物； (ii)随后使所述聚合物与非溶剂接触和诱导形成乳液，其中非溶剂作为分散相存在，而聚合物作为连续相存在；和 (iii)除去至少一些非溶剂，以在聚合物内留下孔， 其中所述聚合物通过在激发介质中激发一个或多个分子而形成。所述聚合物可作为聚合物层(其包括膜)在基材上形成。所述孔可至少部分互连。 乳液形成可通过乳液稳定剂(例如表面活性剂)诱导或在乳液稳定剂存在下诱导。聚合物可用这样的乳液稳定剂浸溃；这可例如在与非溶剂接触和/或乳液形成步骤之前发生。可发生自发微乳液形成，其中介导性(通常为表面活性剂)物类降低两个不混溶相之间的界面能，降低的程度使得通过乳液形成使接触面积自发最大化[49，50]。在本专利技术的情况下，不混溶相为聚合物和非溶剂，而乳液稳定剂可用于降低它们之间的界面能。在孔形成步骤(iii)期间，适宜从聚合物除去所有或基本上所有(例如90% w/w或更多，或95或98或在一些情况下99% w/w或更多)的非溶剂。在本专利技术的第一方面的一个实施方案中，用于生产多孔聚合物结构的包括: (i)在基材上形成聚合物层； (ii)用乳液稳定剂浸溃聚合物层； (iii)使浸溃的聚合物层与非溶剂接触； (iv)诱导形成乳液，其中非溶剂作为分散相存在，而聚合物作为连续相存在；和 (v)除去至少一些非溶剂，以在聚合物层内留下孔(其适合地至少部分互连)， 其中通过在激发介质中激发一个或多个分子，在基材上形成聚合物层。可见，本专利技术的使聚合步骤与孔形成步骤分开。如上所述，大孔聚合物通常使用高内相乳液(HIPE)技术制造，其中在聚合前连续有机相由围绕内水相模板化的单体组成，随后除去水相，以留下微观尺度的互连的多孔结构[48]。需要使这些乳液通过加入表面活性剂(其用于降低两相之间的界面能，因此防止分离)而稳定，然而它们的形成包括充分混合有机相和水相。本专利技术基于一种完全不同的，其中在孔形成之前发生表面聚合。在本专利技术的一个实施方案中，允许乳液形成在聚合物(其可经合适的乳液稳定剂浸溃)和非溶剂之间自发发生，以产生多孔结构。聚合和孔形成步骤的这种分开可提供显著的优点，假定用于制造聚HIPE材料的常规乳液为包含溶剂、表面活性剂、单体、交联剂和聚合引发剂的高度复杂的制剂，并且这些组分的每一种的分子结构和浓度可影响乳液稳定性和所得到的孔尺寸和形态[48，61]。在聚HIPE过程中，多孔性还可受到其它因素的影响，包括在聚合期间接触乳液的容器的材料、温度和混合速度[48]。总的来说，这意味着通常需要过程条件的精细平衡，以可再现地制造开孔大孔聚合物。与此相反，使聚合和孔形成过程分开允许独立于聚合步骤地控制孔结构，通常促进对孔特性的改进控制。本专利技术的还可具有使潜在昂贵试剂的使用和不期望的废产物的产生最小化的优点，尤其是因为在许多实施方案中非溶剂可为水相。本专利技术的可应用于宽范围的聚合物，包括均聚物和共聚物二者。实例包括由可聚合的单体(例如苯乙烯、烯烃、丙烯酸酯和烷基丙烯酸酯(例如，甲基丙烯酸酯))制备的聚合物。在一个实施方案中，聚合物为乙烯基聚合物。其可为卤代聚合物。其可例如为乙烯基苄基聚合物，例如聚(乙烯基苄基氯)。聚合物可通常在基材表面上通过一系列不同的技术形成，包括例如等离子体聚合、引发的化学气相沉积(iCVD)、光沉积、离子辅助沉积、电子束聚合、Y-射线聚合、靶向派射或接枝聚合(其可包括“接枝到主链(grafting to)”、“大单体聚合(graftingthrough) ”或“从主链接枝(grafting from) ” )。适宜地，使用无溶剂沉积技术形成聚合物，例如如下描述的等离子体沉积技术。当非溶剂为含水非溶剂时，这可允许本专利技术的在不存在或基本上不存在(例如存在10%w/w或更少的，或5或2或1% w/w或更少的)有机溶剂下进行。通过在激发介质中激发一个或多个前体分子(例如单体)而形成聚合物。激发介质可例如使用热丝、紫外辐射、Y辐射、离子辐射、电子束、激光辐射、红外辐射、微波辐射或它们的任何组合产生。通常其可使用电磁辐射的通量和/或电离颗粒和/或自由基的通量产生。在一个具体的实施方案中，激发介质为等离子体。因此，例如，可通过以下在基材上形成聚合物:在激发介质(例如等离子体)中，使基材与一个或多个合适的前体分子接触，以引起分子的聚合和所得到的聚合物在基材上沉积。聚合物可因此通过等离子体沉积形成。等离子体(或等离子体化学)沉积过程可提供一种用于制备界限分明的聚合物膜的无溶剂；其包括在等离子体内在基材上沉积单体(或其它聚合物前体)，当它们沉积时引起前体分子聚合。等离子体激活的聚合物沉积过程在过去已有文件广泛证明，参见例如 Grill, A, “Cold Plasma in Materials Fabricat1n: From Fundamentals toApplicat1ns (在材料制造中的冷等离子体:从原理到应用)Press: Piscataway,New Jersey, USA, 1994 ;Yasuda, H, “Plasma Polymerizat1n (等离子体聚合)，，,JcaofeffiicPress: New York, 1985 ;和 B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产多孔聚合物结构的方法，所述方法包括：(i) 形成聚合物；(ii) 随后使所述聚合物与非溶剂接触和诱导形成乳液，其中所述非溶剂作为分散相存在，而所述聚合物作为连续相存在；和(iii) 除去至少一些所述非溶剂，以在所述聚合物内留下孔，其中所述聚合物通过在激发介质中激发一个或多个分子而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.19 GB 1112404.71.一种用于生产多孔聚合物结构的方法，所述方法包括: (i)形成聚合物； (?)随后使所述聚合物与非溶剂接触和诱导形成乳液，其中所述非溶剂作为分散相存在，而所述聚合物作为连续相存在；和 (iii)除去至少一些所述非溶剂，以在所述聚合物内留下孔， 其中所述聚合物通过在激发介质中激发一个或多个分子而形成。2.权利要求1的方法，其中所述聚合物通过等离子体沉积而形成，特别是脉冲等离子体沉积过程。3.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述聚合物使用无溶剂沉积过程形成。4.前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤(ii)中的乳液形成通过乳液稳定剂诱导或在乳液稳定剂存在下诱导。5.利要求4的方法，其中所述乳液稳定剂为两亲类物质。6.权利要求4或权利要求5的方法，其中在...

【专利技术属性】
技术研发人员：JPS巴德亚尔，S莫尔施，
申请(专利权)人：表面创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB