浸渍提拉法制备蜂窝状图案膜的研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiange
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材料的表面图案化是一个具有广阔前景的新兴领域,其中多孔图案膜在疏水材料、微流控芯片和细胞培养等方面都具有重要应用。而传统的膜表面图案化方法例如:光刻法、软刻蚀技术和呼吸图案法等普遍存在成本高昂、工序复杂以及对制备环境要求高等缺点。为此,本研究从溶剂挥发效应的角度出发,提出了一种简单、有效的在聚合物膜表面构筑有序结构的策略,即采用浸渍提拉法制备蜂窝状图案膜,系统的研究了膜表面有序结构的成形机理和关键因素,通过对工艺条件的调节与优化,实现了膜表面微图案结构的可控制备,相关研究对于丰富图案膜构建方法具有重要意义。本论文首先以乙基纤维素(EC)为膜材料,通过溶剂共混手段和相分离策略成功制备出具有蜂窝状多孔结构的图案膜,发现膜表面蜂窝状结构的形成与聚合物的浓度、湿度、非溶剂类型以及溶剂与非溶剂比例密切相关;围绕铸膜液浓度、相对湿度、非溶剂类型以及溶剂与非溶剂比例等因素对膜表面结构进行了调控,借助SEM、CSM等手段对膜表面图案进行表征,讨论了膜表面图案结构的演变规律。结果表明:当乙基纤维素的质量分数为7%的膜表面图案的有序性最好,随着铸膜液浓度的增加,膜表面的孔径尺寸逐渐减小;图案膜的制备过程对于湿度有一定的要求,且随着湿度的增加膜表面孔径尺寸逐渐增加,当相对湿度为65%时图案膜的有序性最好;甲苯/甲醇的配比对图案膜的膜孔结构有一定的影响,甲苯/甲醇的体积比为2:1时图案膜的有序性最好,膜孔尺寸随甲醇含量的增加而增大;制备的图案膜具有良好的热稳定性能以及优良的耐酸碱性能。同时,论文以EC为膜材料,以甲苯和甲醇为混合溶剂,通过添加少量水形成微乳液体系,在低湿度条件下(RH=40%)成功制备出具有三维拓扑结构的图案膜,并从水含量、湿度、成膜基底等方面对膜表面的孔结构进行调控,探明了膜结构的演变规律,结果表明:低湿度下,水含量是膜表面有序多孔结构形成的关键因素;水含量对于膜表面孔结构具有重要影响,膜表面的孔径尺寸随着水含量的增加而增加,当水含量为3.4%时,膜表面得到了较为规整蜂窝状多孔膜;成膜基底对于膜表面的形貌具有一定的影响,基底与铸膜液间润湿性越好越有利于高规整度图案膜的制备,当无纺布为成膜基底时,成功的制备出具有三维网状结构的图案膜,能够实现酵母悬浮液的有效过滤。
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