Nano-porous Materials from Diblock Copolymers and its Membrane Application

摘要

Denne afhandling omhandler undersøgelser vedrørende karakterisering af nano-porøse materialer fremstillet ud fra selvorganiserende diblok copolymerer og deres anvendelse som membranmaterialer. Phd-projektet havde til formål at forstå og fremstille nano-porøse materialer ud fra block copolymerer baseret på selektiv fjernelse af minoritetsblokken i selvsorganiserede diblok copolymerer. Sådanne materialer har et stort potentiale til fremstilling af materialer til meget selektive membraner, hvilket er belyst i denne afhandling. De nano-porøse materialer, der omtales i det følgende, er fremstillet af diblok copolymerer, som kan syntetiseres ved levende anionisk polymerisation. Majoritetsblokken af den benyttede blok copolymer bestod af enten polyisopren eller 1,2-polybutadien, mens minoritetsblokken bestod af polydimethylsiloxane (PDMS). Afhængigt af blokkomposititionen blev to forskellige morfologier undersøgt: hexagonalt pakket cylinder morfologi (HEX) og gyroid morfologi (GYR). Fordi glasovergangstemperaturen Tg for majoritetsblokken er under stuetemperatur, blev blok copolymererne krydsbundet for at give materialet yderligere styrke og for at undgå kollaps at porerne under fremstilling af det porøse volumen. Nano-porøsiteten blev opnået ved selektiv ætsning af PDMS minoritetsblokken. Materialet blev karakteriseret ved elektronmikroskopi, sprednings teknikker og kvælstof adsorption. Materialer som blev fremstillet uden tilstrækkelig krydsbinding resulterede i strukturer som bestod af kollapsede porer i tør tilstand. En prøve af et sådant materiale blev placeret i deutereret toluen og analyseret ved hjælp af småvinkel neutron spredning, som viste interessante aspekter af gendannelse af den oprindelige morfologi. . Nano-porøse prøver fremstillet af 1,2-polybutadien-b-polydimetylsiloxan med GYR morfologi blev testet i som membraner. Til dette formål blev et apparatur konstrueret og sat op. Separationsegenskaberne for de nano-porøse prøver blev undersøgt ved filtrering af polyethylen glycol molekyler med forskellige molmasser opløst i en blanding af methanol og vand. Det indsamlede permeat blev analyseret ved hjælp af størrelseskromatografi og retentionskurverne kortlagt og sammenlignet for forskellige materialer