基于两种嵌段共聚物参与的SNIPS成膜过程及共组装均孔膜的可控制备

Strategy that combines the self-assembly and non-solvent induced phase separation (SNIPS) has been developed as a novel and effective method to large-scale fabrication of the isoporous membranes under controlled manners. However, available SNIPS process has paid too much attention to the membrane forming process which contains only one block copolymer so far, and isoporous membranes fabricated from this well-defined SNIPS show tedious surface chemistry and their application under varied conditions is not permitted. Although post-modification will offer isoporous membrane with diverse surface chemistry, it suffers from additional manipulation and also risk the isoporous membrane to pores deformation and damages. With the knowledge obtained from our previous study, we put forward a new SNIPS process in which the co-assembly of two block copolymers is emphasized and isoporous membranes fabricated from this novel SNIPS will be in-situ modified. In comparison with one block copolymer participated SNIPS, SNIPS process containing two block copolymers is more sophisticated and harder to control. Besides the polymer concentration，solvent composition and others that affect the formation of isoporous membrane, the match or not of the composition, the molecular weights and the chemistry of two block copolymers will also show determined effect on the formation of isoporous membranes. Investigation of the factors that direct the co-assembly of two block copolymer in SNIPS membrane forming process will not only provide valuable information on chemistry designing but also the controllable fabrication of isoporous membranes under complex SNIPS conditions.

耦合了自组装的非溶剂诱导相分离法(SNIPS, Self-assembly and Non-solvent Induced Phase Separation) 是大面积可控制备聚合物均孔膜的创新方法。只由一种嵌段共聚物参与的SNIPS成膜过程及均孔膜制备是目前SNIPS研究的重点。然而，由此制备的聚合物均孔膜还需额外的表面修饰才能获得更广泛的使用性。基于已有的工作基础，我们提出在SNIPS过程中采用两种嵌段共聚物共组装来原位制备集成了不同物化性质的聚合物均孔膜并对共组装成膜过程进行研究。除聚合物浓度、溶剂组成、溶剂挥发时间、聚合物相对比例等成膜条件对均孔膜形成的影响，对于由两种嵌段共聚物参与的SNIPS成膜过程，我们还将重点研究两种嵌段共聚物共组装形成均孔膜对分子量、组成、化学性质、构型等分子结构匹配性的要求。研究所得结论将为均孔膜的原位化学改性及复杂条件下均孔膜的可控制备提供理论依据。

均孔膜是指孔径单分散性的分离膜。独特的孔结构赋予了均孔膜精密分离的能力。近年来，利用嵌段共聚物在热力学条件下组装形成相区稳定、尺寸均一纳米结构的特点，成为制备均孔膜的主要方法。然而，至今大多数基于嵌段共聚物的均孔膜都是由单一性质的聚合物制备，导致了均孔膜孔内化学性质单一，难以满足不同对象、复杂环境下物质的精密分离。.基于以上问题，该项目提出采用嵌段聚合物共组装来制备集合了不同聚合物性质的均孔膜这一研究课题，主要研究不同嵌段聚合物共组装形成均孔膜的条件、成膜过程以及结构控制。首先，在研究嵌段共聚物共组装形成均孔膜的过程中，我们设计了一系列分子间存在相互作用的嵌段共聚物，并实现了这些功能性嵌段共聚物的自我合成、自我供应。据我们所知，目前国内能够自我设计、独立合成可用于均孔膜制备的嵌段共聚物的课题组几乎没有。这是该项目执行过程中取得的第一项关键成果。其次，在研究嵌段共聚物共组装形成均孔膜的过程中，我们先系统研究了单一嵌段共聚物形成均孔膜的制备条件，然后归纳不同嵌段共聚物都能形成均孔膜的共同成膜区间。在此过程中，发展了一种普适性溶剂体系，该溶剂可用于三种以上不同性质的嵌段共聚物来制取均孔膜。这是该项目取得的第二个关键发现。最后，在调节嵌段嵌段共聚物共组装的过程中，我们即可以利用嵌段共聚物本身之间的分子间作用力，也可以借助外源性聚合物来调节聚合物之间的共组装过程，使不同性质的聚合物能够“共混”形成均孔膜。在此过程中，我们发展并总结了几种典型的利用嵌段共聚物分子间作用来实现嵌段共聚物自组装的方法和科学规律。上述发现对于均孔膜的可控制备、结构控制和性能调节起到关键作用。