摘 要

嵌段共聚物（BCPs）是由两种或两种以上的化学性质不同的聚合物链段通过共价键连接而得到的一种物质。两亲性嵌段共聚物薄膜在选择性溶胀后可以得到孔径分布较窄、孔隙率较高的三维连通结构，且经证实该结构具有自发的永久亲水性和一定的环境刺激响应性能，在分离领域具有良好的应用前景。但是由于制备的嵌段共聚物薄膜自身的机械性能较差，一般将其作为分离层复合到大孔径支撑层上形成复合膜。

本论文将以两亲性嵌段共聚物为原料在液体基底上进行成膜，制备高性能多孔薄膜，并对其性能进行表征，具体内容如下：

本论文原料为聚苯乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶（PS-b-P2VP），去离子水为液相基底，考察在水面经过有机溶剂挥发形成完整致密聚合物薄膜的可能性。然后通过溶剂蒸汽退火，在适宜的退火条件下得到规整的分相结构。通过乙醇将P2VP分相进行溶胀成孔，获得规整的均一孔道结构。并探究其直接转移至大孔基底形成复合薄膜后薄膜的完整性及分离性能的优良，以考察该方法是否适用于嵌段共聚物复合膜的制备。

关键词：嵌段共聚物 液相基底 选择性溶胀 蒸汽退火

Abstract

Block copolymers (BCPs) is a substance made of two or more chemically distinct polymer segments connected by covalent bonds. Amphiphilic block copolymer films can be obtained narrow pore size distribution, a high porosity of the three-dimensional structure of communication after the selective swelling, and proven the structure with a spontaneous permanent hydrophilic and certain environmental stimuli response performance, which has good prospects in isolated areas. However, due to poor mechanical properties of the block copolymer film, it is generally as a separation layer to composite the large pore support layer and form the composite film.

The papers will use amphiphilic block copolymers as raw material for a film on the liquid substrate, high-performance porous films prepared and characterized its performance, as follows:

In this paper, polystyrene -b- poly 2-vinyl pyridine (PS-b-P2VP) as raw material, deionized water as the liquid substrate to study the possibilities of formation a complete dense polymer film through organic solvent volatile on the water. Then solvent vapor annealing under suitable conditions and receiving regular phase separation structure. P2VP phase by ethanol swell into holes, get regular uniform pore structure. And explore the separation performance and integrity of the film after it is directly transferred to a large porous substrate to form the composite film, in order to examine whether the method is suitable for the preparation of block copolymer composite membrane in.

Key word: Block copolymers; liquid substrate; select swelling; solvent vapor annealing

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1两亲性嵌段共聚物 1

1.1.1嵌段共聚物 1

1.1.2嵌段共聚物自组装 2

1.2均孔膜 3

1.2.1均孔膜概述 3

1.2.2均孔膜的制备 4

1.2.3基于嵌段共聚物的均孔膜 6

1.3复合膜 10

1.4本课题研究思路和论文研究工作 11

1.4.1研究思路 11

1.4.2研究方法 11

第二章 实验部分 12

2.1实验试剂及仪器 12

2.2实验内容 13

2.2.1嵌段共聚物溶液的制备 13

2.2.2硅片基底的清洗 14

2.2.3嵌段共聚物薄膜的制备 14

2.2.4嵌段共聚物膜与硅片或者PES基膜的复合 14

2.2.5复合膜的溶胀 15

2.3表征与测试 15

2.3.1厚度及折射率测定 15

2.3.2表面及截面的SEM表征 15

2.3.3PS-b-P2VP复合膜的完整性、通量及分离性能 16

第三章 结果与讨论 17

3.1以液体为基底制备嵌段共聚物膜 17

3.2薄膜的理论与实际厚度 18

3.3薄膜的表面性能 19

3.4薄膜的退火过程 19

3.4.1成膜后直接退火 19

3.4.2捞膜并热处理后再退火 21

3.5薄膜的渗透及分离性能测试 25

第四章 总结与展望 26

4.1总结 26

4.2展望 26

参考文献 27

致谢 31

第一章 绪论

1.1两亲性嵌段共聚物

1.1.1嵌段共聚物

嵌段共聚物（Block Copolymers，BCPs）是由两种或两种以上的化学性质不同的聚合物链段通过共价键连接而得到的一种物质^[1]。根据嵌段的种类个数和共价键的连接方式的不同，可以分为不同的嵌段共聚物。按照嵌段种类个数的不同，可分为AB双嵌段共聚物^[2]、ABC三嵌段共聚物、ABCD四嵌段共聚物、ABCDE五嵌段共聚物等。另外，按照共价键的连接方式的不同，可分为星型、线性、梳型或接枝状及环状结构的嵌段共聚物。嵌段共聚物的三个主要参数为嵌段的重均分子量M_w和数均分子量M_n、各嵌段所占的体积分数f和分子量分布PDI。

图1-1 各种种类的嵌段共聚物

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