一种快速制备聚合物多层膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速制备聚合物多层膜的方法，此方法可以在平面基底和非平面基底上实现聚合物多层膜的快速制备，而且该方法适用于工业化生产，属于化学化工生产技术领域。该方法是将超重力技术与层层自组装技术结合，即在超重力机中进行交替层状自组装过程，制备聚合物多层膜。该方法可以有效地提升聚合物多层膜的制备速度，而且不改变所制备的聚合物多层膜的性质。该方法适用于不同形状、不同材质的基底，而且具有较强的浓度适应性质，在低浓度下，仍可以实现聚合物多层膜的快速制备。该方法可以适用于酸性组装液、碱性组装液等不同性质组装液的组装，具有操作方法简单，操作时间短，效率高，适用于工业化生产等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学化工生产
，主要涉及的是，该方法可以在平面基底和非平面基底上实现聚合物多层膜的快速制备，并且该方法适用于工业化生产。
技术介绍
在现代技术日益发展的今天，单一功能的材料已经不能满足人们的需求，带有多种改良性能的复合型材料越来越受到人们的青睐。多年以来，复合型材料以其特有的性质吸引了越来越多的科研人员从事到对其的研究领域中。其中，在已有的材料表面组装一层聚合物多层膜，而使材料、器材带有额外的性质的研究，逐渐受到更多研究人员的重视。聚合物多层膜是用分子聚集体来创造新物质、获得新材料、调控材料表面物理化学性质的新途径。根据所选择的分子聚集体的不同，会使创造的新材料带不同的功能。例如我们可以在太阳能电池表面制备一层具有超疏水特性的聚合物多层膜，这样制备的太阳能电池表面就具有自清洁的功能；另外，还可以在远洋油轮或是水下潜艇的船体表面制备一层具有超疏水特性的聚合物多层膜，这样就会对船体起到减阻的作用，从而节省了对油类能源的消耗；还有，我们还可以将银离子，温度敏感性物质，光敏分子，耐热、耐酸碱性的物质制备到聚合物多层膜中，从而使所制备的聚合物多层膜带有相应的性质。聚合物多层膜适用于多种材料，可以较理想的达到人们对新型材料的要求，其具有广泛的应用前景， 和较高的应用价值。1991年，比较简单的制备聚合物多层膜的方法首次被提出。传统的制备方法是采用在带有相反电荷的聚电解质溶液中交替浸泡基底的方式，由此在基底表面制备聚合物多层膜。由于采用的是浸泡的方法，所以传统的制备方法对基底的选择具有较大的限制性，而且耗时长，不适合于工业化生产。为了改善传统制备方法中的缺点，近二十年的时间里，科学家们研制出了一些改良的方法，例如旋涂组装法、喷涂组装法和连续动态组装法等等。 可是，以上的改良方法只是单一的改善了传统组装方法中耗时长得缺点。新的改良方法仍旧不适合于工业化生产。因此，发展一种可以在平面基底和非平面基底上实现聚合物多层膜的快速制备的工业化方法已经迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术对基底要求高、制备过程耗时长并且不适合于工业化生产的缺点，而提供一种高效的制备技术，实现了聚合物多层膜在平面基底和非平面基底上的制备，并且本专利技术适用于工业化生产。一种可以在平面基底和非平面基底上快速制备聚合物多层膜的方法，其特点在于该方法是将超重力技术与层层自组装技术结合，即在超重力的环境中进行交替层状自组装过程。所述的超重力是指在比地球重力加速度(9. 8m/s2)大得多的环境下，物质所受到的力。在超重力条件下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下要快得多。现有的研究主要将超重力技术应用在废水处理、H2S选择性吸收、生物氧化反应、纳米级粉体材料的制备等类似的领域中。本专利技术方法的超重力环境是使用超重力机实现的。 其中由铜网作为转子的内填料，起到分散液体的作用。基底的大小、形状取决于选用的超重力机的构造。所述的交替层状自组装是指将基底反复浸泡在带有相反电荷的聚电解质溶液中， 以氢键、配位键或分子识别等作用力为推动力，在基底表面组装一层具有特定功能的聚合物多层膜的技术。本专利技术方法可以适用于以配位键、氢键、静电作用等作用力为成膜推动力的聚合物多层膜的制备工艺。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为1)将石英片、硅片或聚乙烯(简称PE)进行清洗，用去离子水清洗石英片或硅片， 再用氮气吹干；2)配制所需带有静电、氢键给受体、配位键给受体构筑基元的溶液将聚乙烯亚胺(简称PEI，Mw = 1800,99% )溶解在无水乙醇中配制浓度为0. lmg/ml的溶液；将质量分数为30%的纳米氧化锌(ZnO)乙醇溶液溶解在无水乙醇中，分别配制浓度为0. lmg/ml、 0. 0lmg/ml,0. 005mg/ml的溶液；将聚苯乙烯磺酸钠(简称PSS，MW = 70000)溶解在去离子水中，配制浓度为lmg/ml的溶液；将质量分数为20%的聚二烯丙基二甲基铵氯化物(简称 PDDA, Mw = 200000)水溶液稀释在去离子水中，分别配制浓度为lmg/ml、ang/ml的溶液；将 0. 5ml质量分数为12%的纳米氧化铈(CeO2)水溶液稀释在80ml的lmg/ml的PDDA水溶液中，配制所需的PDDA+CeA水溶液；将聚丙烯酸(简称PAA，MW = 240000, 25% )稀释去离子水中，分别配制浓度为lmg/ml、aiig/ml的溶液；将重氮树脂(Mw = 2640)溶解在去离子水中，配制浓度为lmg/ml的溶液；将聚丙烯胺的盐酸盐(简称PAH，Mw= 15000)溶解在去离子水中，配制浓度为2mg/ml的溶液；3)将洗净的基底放在一种上述溶液中浸泡30min，取出用无水乙醇或去离子水冲洗，再用氮气吹干后放入超重力机转子的卡槽中，再将转子放入超重力机中，安装超重力机；将进料恒流泵的流量调节在8-42ml/min，超重力机的转速调节在600-3000rpm ；4)向超重力机中通入k-lOmin的另一种上述溶液，空转30s_lmin，通入 lmin-2min无水乙醇或去离子水进行清洗，空转30s_lmin，再通入k-lOmin浸泡基底时使用的溶液，空转30s-lmin，通入lmin-anin无水乙醇或去离子水进行清洗，空转30s-lmin， 重复以上操作，直至石英片、硅片或PE表面组装上所需层数的聚合物多层膜后，停止通入溶液，取出石英片、硅片或PE，在石英片、硅片或PE表面制得所需层数、厚度和性质的聚合物多层膜。本专利技术所涉及的是一种新型的在基底表面制备聚合物多层膜的方法，此种方法是将基底置于超重力机中，在超重力的条件下进行交替层状自组装过程。制备过程中对石英片、PE表面组装的每层聚合物膜的紫外吸光度进行检测，从结果中可以看出，每层聚合物膜具有近视相等大小的吸光度，这就说明超重力组装方法在制备聚合物多层膜的过程中具有良好的稳定性，每层都可以制备相同厚度的聚合物多层膜。通过原子力显微镜我们观察到， 无论组装溶液的浓度为多少，运用超重力组装方法和浸泡组装方法得到的石英片表面的聚合物多层膜具有相似的覆盖度和表面形貌，但是超重力组装方法使用的时间明显少于浸泡组装方法使用的时间。这就说明，超重力组装方法是，它可以在较短的时间内制备出与浸泡方法相同性质及厚度的聚合物多层膜。本专利技术通过对石英片、硅片或PE表面聚合物多层膜的制备过程以及对制备的聚合物多层膜的性质的研究，证实了一种新的快速制备聚合物多层膜方法的可行性。本专利技术制备的聚合物多层膜根据其选择的构筑基元的不同会具有不同的功能特征。例如，由于纳米氧化锌粒径小、透明性高，是一种具有优异的紫外线吸收功能的新型高功能精细无机材料，所以，运用PEI和纳米氧化锌作为构筑基元制备的聚合物多层膜在防紫外线领域会有广泛的应用。而且，纳米氧化锌具有极好的抗氧化和抗腐蚀能力，高的熔点，良好的机电耦合性及环保性，可使制备的聚合物多层膜在光学、电学、磁学、化学等方面具有许多奇异的特性，在光电器件、化工、医药等众多方面有着广泛的应用；另外，纳米氧化铈具有优良的化学稳定性，在高温下具有良好的润滑性，所以运用纳米氧化铈制备的聚合物多层膜具有一定的抗摩擦性能。可以看出，运用本专利技术方法可以制备出的聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石峰，马兰馨，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：