纤维素基有序孔薄膜的可控制备、形成机理及其功能化研究

针对简单结构的纤维素基材料不易制备有序孔薄膜的问题，以乙基纤维素为研究对象，开展在分离膜、催化、生物等领域具有广泛应用前景的纤维素基有序孔薄膜的研究。通过设计分子结构，利用可控聚合方法合成纤维素基接枝共聚物；采用高湿度诱导相分离法制备有序孔薄膜，研究纤维素基接枝共聚物薄膜有序孔结构的形成过程。探讨各种宏观和微观影响因素，揭示纤维素基接枝共聚物薄膜孔结构随湿度、浓度、溶剂和分子结构等的变化规律，确定孔结构的调控方法；分析有序孔的形成过程，阐明有序结构的形成机理；结合功能化支链，探索有序膜功能化的简便方法，实现有序孔的一步功能化。项目预期将揭示有序孔结构与聚合物分子结构之间的规律性，进一步明确有序孔形成机理，建立有序孔结构的控制方法和简便的功能化方法。项目的研究成果可以为可控构筑有序多孔纤维素基膜及其功能化提供科学依据，对于阐明高湿度诱导相分离法制备有序孔机制具有重要意义。

简单结构的纤维素基材料不易制备有序孔薄膜，大大限制了纤维素多孔膜材料在各领域的应用。本项目以乙基纤维素为研究对象，对用于制备有序多孔膜的乙基纤维素接枝共聚物材料的可控合成、有序多孔膜可控制备、高湿度诱导相分离法制膜机理和多孔膜功能化进行了研究。首先利用原子转移自由基聚合方法可控合成了用于制备有序多孔膜的乙基纤维素接枝共聚物，然后采用高湿度诱导相分离法制备了有序多孔膜，揭示了乙基纤维素接枝共聚物多孔膜孔结构随湿度、浓度、溶剂和分子结构的变化规律，重点分析了孔结构基于分子结构的可调控性，阐述了有序孔结构的形成机理，提出了疏水性关键要素，进一步证实了疏水性关键要素的适用性，建立了有序孔功能化的简便方法。分子结构调控研究结果表明，接枝长度、接枝密度、主链长度、主链类型和支链类型均对孔结构有不同影响，通过任一分子结构参数均能调控多孔结构。分析有序孔形成过程发现，易挥发性溶剂均能形成有序结构，溶液中的聚集体不是形成有序结构的必要条件，适时沉淀稳定水滴是有序孔结构形成的关键要素，疏水改性实验进一步验证了疏水性关键要素的适用性。功能化实验结果表明，通过简单共混或功能化支链能够获得功能化的有序多孔膜。本项目的研究成果可以为可控构筑有序多孔纤维素基膜及其功能化提供科学依据，对于阐明高湿度诱导相分离法制备有序孔机制具有重要意义。