双面开孔聚合物基材及其制备方法与应用

本技术属于柔性聚合物，具体公开了双面开孔聚合物基材及其制备方法与应用。

背景技术：

1、通过溶剂挥发诱导相分离技术(evaporation induced phase separation，eips)制备多孔聚合物薄膜，是一种简单、温和、无需复杂设备的成孔方法。该技术通常将聚合物溶解于良溶剂与非溶剂的混合体系中，浇铸于器皿中，利用溶剂挥发引发的聚合物相分离形成多孔结构。具体而言，将溶液涂覆成膜后，通过良溶剂与非溶剂的材料选择，良溶剂会优先、快速地挥发到空气中。随着良溶剂的大量流失，溶液体系对聚合物的溶解能力急剧下降。当体系进入热力学不稳定区域时，就会自发地分离成富含聚合物的相（未来的骨架）和富含非溶剂的相（未来的孔洞）。最后，随着非溶剂继续挥发，富含聚合物的相逐渐固化、定型形成骨架，而富含非溶剂的相挥发后形成孔洞，最终形成具有多孔结构的固体材料。

2、例如，聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯聚合物（sebs）因其优异的柔韧性、热稳定性、生物相容性和耐老化性能，在生物医用材料、柔性电子器件、过滤分离膜、组织工程支架等领域具有广泛应用前景。溶剂挥发诱导相分离技术可以将sebs制成多孔薄膜，更好地用于上述领域中。然而，常规溶剂挥发诱导相分离技术过程存在一个普遍且难以克服的问题：在溶剂挥发过程中，聚合物溶液与空气接触的上表面由于良溶剂快速挥发、聚合物浓度迅速升高，极易形成一层致密的“皮层”，而仅在与基底接触的底面形成开孔结构。这种一面致密、一面多孔的不对称结构在许多应用场景中限制了材料的性能发挥。在过滤应用中，致密皮层会显著降低通量；在组织工程中，致密皮层阻碍细胞长入和营养交换；在柔性电子基底中，致密皮层限制了透气性和功能层的结合。

3、尽管研究者尝试通过调整溶剂比例、环境湿度、聚合物浓度等参数来抑制致密皮层的形成，但始终难以实现真正意义上的“双面开孔”结构——即膜的上下表面均具有多孔结构，且孔结构可被主动调控。因此，开发一种能够有效控制溶剂挥发诱导相分离过程中孔结构分布、特别是抑制致密皮层、提高双面通透性的新方法，具有重要的技术价值和产业意义。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供双面开孔聚合物基材及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中溶剂挥发诱导相分离技术制得的聚合物基材仅有底部开孔的问题。

2、为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术提供一种制备双面开孔聚合物基材的方法，包括：

4、将含有聚合物、良溶剂、非溶剂的液膜置于液面开放的环境中，进行挥发诱导相分离处理，得到双面开孔聚合物基材；

5、其中，挥发诱导相分离处理包括对液膜的底部和/或液膜的液面进行温度控制，使液膜的底部温度高于液面温度。

6、本技术制备方法在现有eips处理的基础上，增加了对液膜的底部和/或液面进行温度控制的步骤，使得液膜的底部温度高于液面温度，从而在液膜内部形成垂直温度梯度，该温度梯度使得液膜内形成表面张力梯度，驱动液膜内部形成循环的热对流，促成马兰戈尼效应（marangoni）。在热对流作用下，液膜内的溶液从底部向上部迁移，将底部聚合物浓度较低的溶液不断输运至上表面，不仅使得液面持续有良溶剂补充，配合液面开放的环境，抑制了液膜上表面聚合物浓度的局部过饱和，阻止了致密皮层的形成；而且有利于液膜内部的聚合物浓度均匀分布。因此，本技术制备方法中，液膜中的良溶剂可以从多个方向均匀挥发，随着良溶剂的流失，剩余溶剂体系对聚合物的溶解能力下降，均匀且自发地分离成富含聚合物的相和富含非溶剂的相，最终液膜固化、定型，富含聚合物的相形成基材骨架，富含非溶剂的相形成孔洞，制得多孔膜状的聚合物基材，且该聚合物基材的上下双面开孔，而非现有技术表面形成致密皮层。并且，该制备方法简单、易操作，无需额外添加致孔剂，也无需复杂的后处理步骤，仅需增加液膜表面与底部热量控制的步骤。该方法与现有eips工艺完全兼容，易于工业化生产。

7、可选地，聚合物包括聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物中的至少一种。

8、可选地，液膜的底部温度与液面温度的差值为2℃~8℃；和/或，

9、液膜的底部温度为25℃~40℃；和/或，

10、液膜的液面温度为20℃~35℃；和/或，

11、聚合物在液膜中的质量百分含量为0.1 wt%~20 wt%。

12、可选地，聚合物在液膜中的质量百分含量为2 wt%~5 wt%；和/或，

13、良溶剂的沸点低于非溶剂的沸点；和/或，

14、良溶剂的挥发速率高于非溶剂的挥发速率；和/或，

15、良溶剂与非溶剂的体积比为（0.2~10）：1。

16、可选地，良溶剂与非溶剂的体积比为（2~4）：1；和/或，

17、良溶剂包括氯仿；和/或，

18、非溶剂包括异丙醇、乙醇中的至少一种。

19、可选地，液膜置于玻璃基底或金属基底上；和/或，

20、液膜的厚度为2 mm~3 mm；和/或，

21、挥发诱导相分离处理的时长为2 h~24 h；和/或，

22、环境包括通风环境和/或环境的相对湿度为20%~60%。

23、可选地，聚合物包括聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯聚合物；液膜的底部温度为25℃~40℃；液膜的液面温度为20℃~35℃；聚合物在液膜中的质量百分含量为2 wt%~5wt%；良溶剂与非溶剂的体积比为（2~4）：1；良溶剂包括氯仿；非溶剂包括异丙醇和/或乙醇。

24、第二方面，本技术提供一种双面开孔聚合物基材，由上述本技术制备方法制得。

25、本技术双面开孔聚合物基材具有双面开孔结构，具有高孔隙率和相互贯通的孔道结构，大幅提升了基材两面的透过率和比表面积。与一面致密、另一面开孔的膜相比，双面开孔基底具有较高的通量。

26、可选地，面开孔聚合物基材的孔径为5 μm~30 μm；和/或，

27、双面开孔聚合物基材的孔隙率为30%~40%；和/或，

28、双面开孔聚合物基材形成膜层的厚度为60 μm~200 μm。

29、第三方面，本技术提供一种上述制备方法制得的双面开孔聚合物基材在柔性电子器件、透气性传感器、组织工程支架、细胞培养、药物缓释、过滤分离、吸附材料以及智能可穿戴设备中的至少一者中的应用。

30、上述双面开孔聚合物基材的两面都有贯通的孔隙，具有较高的通量，可以发挥物质交换的作用，且可以调控孔隙率、孔径等参数，具有广阔的应用前景。该双面开孔聚合物基材可作为多功能平台，例如可以进一步复合导电层、生物活性层等功能涂层，可以作为柔性电子器件基底、透气性传感器支撑层、智能可穿戴设备的透气基底；例如其具有较高的通量，且可以调控孔隙参数来过滤小分子，可以用于过滤分离、药物缓释膜、吸附材料；例如可以用于组织工程支架、细胞培养载体，有利于细胞长入和营养交换。