SIEPM课题组在呼吸图领域取得系列新进展

呼吸图法作为一种多孔材料制备方法，具有简便、经济的特点。通过调控聚合物种类与成膜参数，现已有诸多利用该方法得到蜂窝状有序均孔结构的报道。然而，呼吸图法的复杂动态过程使其成膜机理尚未被充分阐明。例如，普遍认为，成膜过程中水滴稳定且不发生聚并是得到均孔的前提，但聚合物结构如何影响水滴的稳定性以及成膜具体过程还不是十分清楚。

近期，博士生周迪和吴柏衡博士合作，通过合成方法的设计，赋予非极性疏水聚苯乙烯分子链中部和端部以极性亲水基团，系统研究了聚苯乙烯的分子量、极性基团的长度、聚合物浓度对其成膜行为的影响规律。发现链中部乙氧基以及端羟基的引入，将导致聚合物溶液-水的界面张力降低，使聚合物在低浓度下即能稳定微米尺度水滴，得到单层蜂窝状孔结构，浓度最低可至0.04 mg mL^-1，也是目前所报道的最低成膜浓度。进一步利用表面力仪研究了聚苯乙烯的两相界面行为（图1），发现极性基团的引入反而不利于其在两相界面的沉淀，显示出对毫米级水滴更弱的阻碍聚并的能力，这与实际的呼吸图成膜结果相反。因此作者提出了呼吸图过程中水滴稳定的可能机理，即更多依靠界面张力降低而使水滴具备热力学稳定性。

图1. （a）亲水基团占比大的聚合物可在低至0.04 mg mL^-1浓度下得到均孔结构；（b）不同聚合物溶液-水界面张力；（c, d）表面力仪表征聚合物以界面沉淀稳定水滴的能力差异。

 

基于呼吸图畴区边界的不可复制性，课题组曾首次研究了其作为防伪标签的应用（DOI: 10.1021/acsapm.8b00031）。为赋予该防伪标签以双重加密的功能，吴柏衡博士和博士生周迪合作，以苯乙烯与含苾单体的共聚产物为成膜原料，使呼吸图阵列具有荧光特性；借助引入的末端亲水基团，可在低至0.06 mg mL^-1的成膜浓度下获得均孔图案，阵列显示出高透明度（图2）。所制备的兼具透明、荧光发光和图案化特性的呼吸图阵列在双重防伪标签领域具有应用潜力。

图2. 基于含苾苯乙烯基共聚物的呼吸图阵列。

 

  相关成果分别应邀发表在Journal of Polymer Science的Polymer Science and Engineering at Zhejiang University专辑和Polymer的Structure and Properties of Polymers专辑，通讯作者为浙江大学高分子科学与工程学系万灵书教授，上述工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金的资助。

 

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pol.20210939；https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386122005675?via%3Dihub