一种CO2响应性有序多孔膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法如下：(1)将聚合物及CO2响应性化合物溶于溶剂中，配制成均匀的溶液；(2)将所配制的溶液滴加到基底表面，并将基底置于匀胶机的旋转平台上；(3)向匀胶机中通入空气，使空气流从溶液正上方吹向溶液，并控制通入的空气速率、匀胶机腔室内部的温度和相对湿度，同时启动匀胶机并控制其转速；(4)待溶剂全部挥发后，停止匀胶机转动，取出基底即得到有序多孔膜材料。本发明专利技术方法简单、快速、高效，且能通过简单调节制备参数制备出不同孔径、不同CO2响应程度的有序多孔膜材料。

【技术实现步骤摘要】
一种CO2响应性有序多孔膜材料及其制备方法
本专利技术属于聚合物多孔材料领域，具体涉及一种CO2响应性有序多孔膜材料。
技术介绍
聚合物有序多孔膜因其表面高度规整的微米或纳米级孔结构，而在组织工程、光电材料、自清洁材料等领域具有显著的应用前景。作为一种界面材料，其亲疏水特性对其应用具有决定性的影响。例如用于组织工程的多孔膜材料需要具有亲水性表面，因为亲水性会增强膜表面与细胞的相互作用，而细胞培养完成后又希望膜变为疏水性，便于细胞从膜表面脱落下来。因此，表面润湿性能够在亲疏水性间相互转换的“开关”型有序多孔膜材料具有更广泛的应用，例如细胞的捕捉与释放、蛋白质的选择性分离、药物的可控释放等。呼吸图案法(Breathfigure)因其简单、高效的特点已经成为制备聚合物有序多孔膜最常用的方法。呼吸图案法的制备过程是首先将聚合物溶于易挥发的有机溶剂中，再将聚合物溶液放置于基底上，并用湿润的空气吹拂溶液。在空气吹拂过程中，溶剂会快速挥发，导致聚合物溶液表面的温度迅速降低，进而导致空气中的水蒸汽冷凝形成微米或纳米级的小水滴。由于溶液中的有机溶剂与水滴不相溶，因此水滴不会溶于聚合物溶液，而是位于其表面上。而聚合物中的亲水性基团则会自发的聚集在水滴周围，使水滴规则且稳定地排列在聚合物溶液表面上，当溶剂和水滴都挥发后，就得到了高度有序的多孔膜。根据呼吸图案法的成膜机理可知，含有少量亲水性基团的聚合物更容易稳定水滴，更容易得到规整的孔结构，因此两亲性嵌段共聚物是制备有序多孔膜的理想材料。为了制备表面润湿性具有“开关”功能的有序多孔膜，通常需要首先合成具有环境刺激响应功能的两亲性二嵌段共聚物。例如法国波城大学Billon等人通过两步原子转移自由基聚合(ATRP)反应合成了二嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯，再通过呼吸图案法制备得到了表面润湿性具有CO2响应性的有序多孔膜材料(Adv.Mater.Interfaces2016,1500623)。然而功能性二嵌段共聚物的合成非常复杂、繁琐，需要投入大量的时间和精力。此外，若需要调整多孔膜表面孔结构的尺寸或表面润湿性CO2响应程度，还需要设计及合成一系列嵌段比例不同的共聚物，工作量非常大，会显著增加成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种CO2响应性有序多孔膜材料及制备方法，该方法简单、快速、高效，且能通过简单调节制备参数制备出不同孔径、不同CO2响应程度的有序多孔膜材料。本专利技术提供的CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法如下：(1)将聚合物及CO2响应性化合物溶于溶剂中，配制成均匀的溶液；(2)将所配制的溶液滴加到基底表面，并将基底置于匀胶机的旋转平台上；(3)向匀胶机中通入空气，使空气流从溶液正上方吹向溶液，并控制通入的空气速率、匀胶机腔室内部的温度和相对湿度，同时启动匀胶机并控制其转速；(4)待溶剂全部挥发后，停止匀胶机转动，取出基底即得到有序多孔膜材料。进一步地，所述聚合物为聚乳酸、聚己内酯、聚苯乙烯中的至少一种，优选为聚乳酸。进一步地，所述CO2响应性化合物为至少含有一个响应性基团的化合物中的至少一种，所述响应性基团为伯胺、仲胺、叔胺基团中的至少一种。优选为2,4,6-三(N,N-二甲基-1,3-丙二胺基)-1,3,5-三嗪。进一步地，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二硫化碳、四氢呋喃、苯、甲苯中的至少一种，优选为三氯甲烷。进一步地，所述基底为玻璃、硅片或聚酯薄膜，优选为玻璃。进一步地，步骤(1)所得溶液中聚合物浓度为5～50mg/mL，所述CO2响应性化合物浓度为0.05～1.5mg/mL，且CO2响应化合物与聚合物的质量比为0.001～0.1。进一步地，步骤(3)中通入的空气速率为100～300L/h，匀胶机腔室内温度为20～28℃，匀胶机腔室内相对湿度为50％～90％，匀胶机的转速为0～50rpm。本专利技术的以上技术方案中，步骤(2)中溶液的滴加量对有序多孔膜的制备没有明显影响，在本专利技术所述溶液的浓度和CO2响应化合物与聚合物的质量比条件下，滴加几十微升至几毫升均可。本专利技术的以上技术方案中，溶剂挥发的时间随溶剂的不同和通入的空气速率不同而不同，一般需要至少2min。本专利技术提供的上述方法制备的CO2响应性有序多孔膜材料，该多孔膜材料具有CO2响应性，且响应程度和孔径可调控。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和特点：(1)本专利技术原料廉价易得。所使用的聚合物均为商品化均聚物，避免了嵌段共聚物既复杂又繁琐的合成，降低了成本，提高了效率。并且，本专利技术所使用的CO2响应性化合物主要为含有伯胺、仲胺或叔胺基团的有机物，绝大部分可直接购买。因此，相比其它刺激响应性的有序多孔膜，成本更低廉，制备工艺更简单，性价比更高。(2)本专利技术方法中，有序多孔膜的孔尺寸可通过调节溶液中聚合物浓度或CO2响应性化合物浓度，或聚合物浓度与CO2响应性化合物浓度的比例来调整。由于本专利技术所使用的CO2响应性化合物含有伯胺、仲胺或叔胺等基团，这些基团本身具有一定的亲水性，能够诱导不含亲水性基团的均聚物形成有序多孔结构。因此，可通过改变CO2响应性物质的浓度或聚合物浓度或二者的比例调整多孔膜微孔的尺寸。(3)本专利技术有序多孔膜的表面润湿性可通过CO2响应性化合物的浓度进行调控。伯胺、仲胺或叔胺基团本身具有一定的亲水性，当CO2响应性化合物浓度较低时，这些基团主要分布于孔的内表面，因此多孔膜表现为疏水性。当CO2响应性化合物浓度较高时，这些基团除了分布于孔的内表面外，还会分布于孔间的聚合物墙上，因此多孔膜表现为亲水性。(4)本专利技术所述有序多孔膜的表面润湿性具有CO2响应性，且CO2响应程度可通过溶液中CO2响应性化合物的浓度进行调整。伯胺、仲胺或叔胺基团是典型的CO2响应性官能团，在湿润的环境中能够与CO2反应生成亲水性更强的季铵盐，导致多孔膜表面更亲水。而通过加热等方式除去CO2后，多孔膜表面的初始润湿性又可以得以恢复。多孔膜表面润湿性响应程度与CO2响应性化合物的浓度有关，因此可通过CO2响应化合物的浓度调控表面润湿性的响应程度。(5)本专利技术所使用的聚合物、响应性化合物以及刺激因子CO2都具有优良的生物相容性，因此本专利技术有序多孔膜可在组织工程、生物医药领域得到广泛的应用。附图说明图1为实施例1中制得的有序多孔膜的光学显微镜图像。图2为实施例1中制得的有序多孔膜的扫描电子显微镜图像。图3为实施例2中制得的有序多孔膜的光学显微镜图像。图4为实施例2中制得的有序多孔膜的扫描电子显微镜图像。图5为实施例3中制得的有序多孔膜的光学显微镜图像。图6为实施例3中制得的有序多孔膜的扫描电子显微镜图像。图7为实施例4中制得的有序多孔膜的光学显微镜图像。图8为实施例4中制得的有序多孔膜的扫描电子显微镜图像。具体实施方式下面结合实施实例、附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。以下实施例中2,4,6-三(N,N-二甲基-1,3-丙二胺基)-1,3,5-三嗪参照文献Langmuir,2014,30,9911,InsightsintotheRelationshipbetweenCO2Switchabili本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)将聚合物及CO2响应性化合物溶于溶剂中，配制成均匀的溶液；(2)将所配制的溶液滴加到基底表面，并将基底置于匀胶机的旋转平台上；(3)向匀胶机中通入空气，使空气流从溶液正上方吹向溶液，并控制通入的空气速率、匀胶机腔室内部的温度和相对湿度，同时启动匀胶机并控制其转速；(4)待溶剂全部挥发后，停止匀胶机转动，取出基底即得到有序多孔膜材料。

【技术特征摘要】
1.一种CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)将聚合物及CO2响应性化合物溶于溶剂中，配制成均匀的溶液；(2)将所配制的溶液滴加到基底表面，并将基底置于匀胶机的旋转平台上；(3)向匀胶机中通入空气，使空气流从溶液正上方吹向溶液，并控制通入的空气速率、匀胶机腔室内部的温度和相对湿度，同时启动匀胶机并控制其转速；(4)待溶剂全部挥发后，停止匀胶机转动，取出基底即得到有序多孔膜材料。2.根据权利要求1所述CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法，其特征在于所述聚合物为聚乳酸、聚己内酯、聚苯乙烯中的至少一种。3.根据权利要求2所述CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法，其特征在于所述聚合物为聚乳酸。4.根据权利要求1所述CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法，其特征在于所述CO2响应性化合物为至少含有一个响应性基团的化合物中的至少一种，所述响应性基团为伯胺、仲胺、叔胺基团中的至少一种。5.根据权利要求4所述CO2响应性有序多孔膜材料的制备方法，其特征在于所述CO2响...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷鸿尧，冯玉军，詹福星，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51