CN101244368A - 空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法。该复合膜主要由具有网络结构的聚四氟乙烯多孔膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚丙烯或者玻璃纤维无纺布支撑层组成。其制备方法是：首先通过双向拉伸法制备具有网络结构的聚四氟乙烯多孔膜，多孔膜厚度为5～20μm，然后通过连续热压的方式与无纺布支撑材料复合在一起，以制备双层或多层复合膜。该方法过程和设备简单，比较容易实现。本发明所制备的聚四氟乙烯多孔复合膜，不仅具有轻质、剥离强度高、耐老化和适用温度范围宽等特点，而且气通量大、阻力小、膜结构均匀、孔隙率和过滤效率高、容易清洗、可加工性好，根据需要可加工成平板状、折叠状或卷式等。

Description

空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法

技术领域

本发明涉及聚四氟乙烯多孔复合膜及其制备方法，尤其涉及一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法。

背景技术

随着工业的快速发展，各种工艺生产制造技术越来越先进，对于生产制造环境的要求也越来越高，例如半导体工业，生物制药工业，医学和精密制造工业等在生产过程中对空气洁净程度的要求十分严格，所以需要采用空气过滤净化设备去除微小的颗粒，使生产环境的空气高度洁净。空气净化介质一般采用类似微纤网络的结构，这种结构可以通过以下作用除去微小颗粒：(1)颗粒被微纤阻挡直接截留；(2)颗粒通过微纤之间的曲折通道时不能快速的改变运动方向而与微纤碰撞并沉积；(3)较小的颗粒在分子间力和静电力的作用下产生扩散/布朗运动，其运动轨迹为螺旋状，因而表观尺寸较大被截留；(4)颗粒被驻极体微纤聚集的电荷除去。聚四氟乙烯多孔膜通过双向拉伸制备，膜孔由结点和联接结点的微纤组成，形成网络结构，适用于气体净化。相比于早期所采用的玻璃纤维无纺布和合成纤维驻极体，聚四氟乙烯多孔膜除了具有过滤介质的通性，还具有以下优点：(1)超薄质轻，膜孔结构均匀；(2)孔隙率高，阻力小，气通量大，过滤效率高；(3)强疏水性，与水的接触角大，易于清洗；(4)耐老化，化学稳定性强，使用温度范围宽；(5)与支撑层复合后强度高，易于加工。该种复合膜由于具有以上优良的性能，在生物、医药、机械化工、电子电器、微电子等高技术领域具有广泛的应用，开发利用前景十分广阔。

聚四氟乙烯由于具有前述的突出性能，通常被作为一种优异的分离膜材料。专利CN 1533882A报道了一种过滤器用非对称性多孔质聚四氟乙烯膜，非对称的孔结构由于存在较致密的表层，在气体通过时阻力大，因此不利于用作空气净化的过滤器。专利CN 1129456A所公布的聚四氟乙烯多孔复合膜采用至少2层聚四氟乙烯膜进行复合，而聚四氟乙烯多孔膜材料本身的力学性能不佳，所以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯和玻璃纤维无纺布作为复合支撑层能更好的提高多孔膜的力学性能，基本不因增加过滤介质的厚度而使气体通过阻力增大。专利CN1533883A报道的衣料用非对称性多孔质聚四氟乙烯膜孔径小，并且因为用于面料，要求膜较厚，作为空气过滤并不适用。近年来随着精密加工、半导体及及一些特殊领域的发展，对加工环境的空气净化程度的性能要求更高和更加复杂化，为了得到一种既具有轻质、剥离强度高、耐老化和适用温度范围宽等特点，而且具有气通量大、阻力小、膜结构均匀、孔隙率和过滤效率高、容易清洗、力学强度高的空气净化用的聚四氟乙烯多孔复合膜，我们提出了用双向拉伸法制备的薄聚四氟乙烯多孔膜再与聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯和玻璃纤维无纺布复合，制得的聚四氟乙烯多孔复合膜符合上述的空气净化过滤介质的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法。

它具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜与聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布或玻璃纤维无纺布通过连续直接热压，制成双层或者多层复合膜，具体步骤如下：

1)将加一层或者多层具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜与一层或者多层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布或玻璃纤维无纺布，放卷层叠或者放卷间隔层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，制成复合膜，加热辊的直径为80～120cm，复合膜向心压力为2.5～10公斤力，辊压温度为180～280℃；

2)将辊压过的复合膜通过自然冷却或风冷，冷却温度为20～40℃，制成双层或者多层复合膜。

所述的一层或者多层具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜与一层或者多层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布或玻璃纤维无纺布之间叠加一层胶粘层，经热压，制成双层或者多层复合膜。胶粘层为聚乙烯膜胶粘层或聚丙烯膜胶粘层。聚乙烯膜胶粘层或聚丙烯膜胶粘层为15～50克/平方米。辊压温度为140～280℃。具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜的厚度为5～20μm，孔隙率为80～95％，与水的接触角大于135°。

本发明所制备的聚四氟乙烯多孔复合膜采用了双向拉伸的聚四氟乙烯多孔膜，多孔膜结构均匀，厚度仅有5～20μm，由于具有网络状的微孔结构，孔隙率高，阻力小，气通量大，过滤效率高，适合用作空气过滤介质。聚四氟乙烯多孔膜为强疏水性，与水的接触角大，抗污染能力强，易于清洗。聚四氟乙烯耐老化，化学稳定性强，使用温度范围宽。另外聚四氟乙烯多孔膜与无纺布支撑层复合后强度高，易于加工。该种复合膜由于具有以上优良的性能，在生物、医药、机械化工、电子电器、微电子等生产加工技术要求高的领域具有广泛的应用，具有很好的应用前景。

附图说明

图1(a)是直接热复合聚四氟乙烯多孔复合膜上表面SEM照片；

图1(b)是直接热复合聚四氟乙烯多孔复合膜下表面SEM照片；

图2(a)胶粘层热复合聚四氟乙烯多孔复合膜上表面SEM照片；

图2(b)胶粘层热复合聚四氟乙烯多孔复合膜上表面SEM照片。

具体实施方式

本发明通过制备双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜，然后使该多孔膜材料与无纺布支撑材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯，玻璃纤维)进行热复合，使得空气净化介质的机械强度大为提高。克服了单一材料强度低、难加工以及其他过滤材料的阻力大，气通量小，难清洗的问题。多孔膜空结构均匀，厚度仅有5～20μm，同时具有网络状的微孔结构，孔隙率高，阻力小，气通量大，过滤效率高。聚四氟乙烯多孔膜为强疏水性，与水的接触角大，抗污染能力强，易于清洗。另外聚四氟乙烯耐老化，化学稳定性强，使用温度范围宽。该种复合膜由于具有以上优良的性能，可以广泛应用在生物、医药、机械化工、电子电器、微电子等生产加工技术要求高的领域。

本发明通过将一层或者多层双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜，与一层或者多层无纺布支撑材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯，玻璃纤维)进行直接或者胶粘层热复合，以使该复合膜具有阻力小，易清洗，强度高等优点。通过对多孔膜膜孔大小、孔隙率和厚度测定，空气过滤效率以及层叠复合材料层间剪切强度的测定，表征多孔复合膜的性能。

本发明中，聚合物多孔膜膜结构与剥离强度的测定方法分别为：

膜厚度测定：主要测定多孔膜的厚度，采用螺旋测微器测定，选取5个测定点求平均值。

膜的孔隙率和平均孔径的测定：采用压汞仪(DEMO AutoPore9500，美国)测定。由于所用多孔膜厚度小，无法剥离，我们将复合膜分为在不破坏多孔膜时不可剥离(A级)和可剥离(B级)。

膜的空气过滤效率采用自制设备测定。

下面将结合下文的实施例对本发明做更详细的描述，但所述实施例不构成对本发明的限制。

实施例1

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，与聚四氟乙烯双向拉伸多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的直接热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜和一层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放卷并且层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为80cm，复合膜向心压力为4公斤力，辊压温度为220℃；

2)将辊压过的复合膜自然冷却，冷却温度为20℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表1中。

实施例2

以玻璃纤维无纺布为支撑材料，与聚四氟乙烯双向拉伸多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的直接热压制备方法的步骤为：

1)将2层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜和一层玻璃纤维无纺布放卷并且交替层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为120cm，复合膜向心压力为4公斤力，辊压温度为280℃；

2)将辊压过的复合膜风冷，冷却温度为25℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表1中。

实施例3

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，与聚四氟乙烯双向拉伸多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的直接热压制备方法的步骤为：

1)将3层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜和2层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放卷并且交替层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为120cm，复合膜向心压力为10公斤力，辊压温度为230℃；

2)将辊压过的复合膜自然冷却，冷却温度为40℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表1中。

实施例4

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，与聚四氟乙烯双向拉伸多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的直接热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为10μm的聚四氟乙烯多孔膜和一层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放卷并且层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为80cm，复合膜向心压力为4.5公斤力，辊压温度为230℃；

2)将辊压过的复合膜自然冷却，冷却温度为25℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表1中。

实施例5

以聚丙烯无纺布为支撑材料，与聚四氟乙烯双向拉伸多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的直接热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为10μm的聚四氟乙烯多孔膜和一层聚丙烯无纺布放卷并且层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为80cm，复合膜向心压力为4.5公斤力，辊压温度为215℃；

2)将辊压过的复合膜风冷，冷却温度为20℃，并收卷。如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表1中。

                 表1直接热压聚四氟乙烯多孔复合膜的性能

	多孔膜膜厚(μm)	膜平均孔径μm	孔隙率(％)	过滤效率(％)	剥离强度(级)
						实施例1	5	0.90	84	95	A
实施例2	5	0.93	85	99.5	A
						实施例3	5	0.92	83	99.7	A
实施例4	10	0.72	89	99.97	A
						实施例5	10	0.69	89	99.97	A

实施例6

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，聚丙烯为胶粘层与双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的胶粘层热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜，一层聚丙烯胶粘层和一层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放卷并且依次层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为80cm，复合膜向心压力为3公斤力，辊压温度为200℃；

2)将辊压过的复合膜自然冷却，冷却温度为20℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表2中。

实施例7

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，聚丙烯为胶粘层与双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的胶粘层热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜，聚丙烯为胶粘层，聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布和一层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜放卷并且依次层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为120cm，复合膜向心压力为4公斤力，辊压温度为210℃；

2)将辊压过的复合膜风冷，冷却温度为25℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表2中。

实施例8

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，聚丙烯为胶粘层与双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的胶粘层热压制备方法的步骤为：

1)将3层厚度为5μm的聚四氟乙烯多孔膜，聚丙烯胶粘层和2层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放卷并且按照实施例7的方式层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为120cm，复合膜向心压力为5公斤力，辊压温度为225℃；

2)将辊压过的复合膜自然冷却，冷却温度为40℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表2中。

实施例9

以聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布为支撑材料，聚乙烯膜为胶粘层与双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的胶粘层热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为10μm的聚四氟乙烯多孔膜，一层聚乙烯胶粘层和一层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布放卷并且层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为80cm，复合膜向心压力为2.5公斤力，辊压温度为180℃；

2)将辊压过的复合膜自然冷却，冷却温度为20℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表2中。

实施例10

以玻璃纤维无纺布为支撑材料，聚丙烯膜为胶粘层与双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜进行复合制备空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的胶粘层热压制备方法的步骤为：

1)将一层厚度为10μm的聚四氟乙烯多孔膜，一层聚丙烯胶粘层和一层玻璃纤维无纺布放卷并且层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，加热辊的直径为120cm，复合膜向心压力为4公斤力，辊压温度为220℃；

2)将辊压过的复合膜风冷，冷却温度为20℃，并收卷。

如此获得的聚四氟乙烯多孔复合膜的性能示于表2中。

              表2胶粘层热压聚四氟乙烯多孔复合膜的性能

	多孔膜膜厚(μm)	膜平均孔径μm	孔隙率(％)	过滤效率(％)	剥离强度(级)
						实施例6	5	0.94	94	95	A
实施例7	5	0.90	92	99.5	A
						实施例8	5	0.91	93	99.7	A
实施例9	10	0.82	89	99.7	A
						实施例10	10	0.89	89	99.7	A

Claims (6)

1.一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法，其特征在于具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜与聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布或玻璃纤维无纺布通过连续直接热压，制成双层或者多层复合膜，具体步骤如下：

1)将加一层或者多层具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜与一层或者多层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布或玻璃纤维无纺布，放卷层叠或者放卷间隔层叠，通过压辊和加热辊连续直接热压，制成复合膜，加热辊的直径为80～120cm，复合膜向心压力为2.5～10公斤力，辊压温度为180～280℃；

2)将辊压过的复合膜通过自然冷却或风冷，冷却温度为20～40℃，制成双层或者多层复合膜。

2.根据权利要求1所述的一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法，其特征在于，所述的一层或者多层具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜与一层或者多层聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布或玻璃纤维无纺布之间叠加一层胶粘层，经热压，制成双层或者多层复合膜。

3.根据权利要求2所述的一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法，其特征在于，所述的胶粘层为聚乙烯膜胶粘层或聚丙烯膜胶粘层。

4.根据权利要求3所述的一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯膜胶粘层或聚丙烯膜胶粘层为15～50克/平方米。

5.根据权利要求2所述的一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法，其特征在于，所述的辊压温度为140～280℃

6.根据权利要求1所述的一种空气净化用聚四氟乙烯多孔复合膜的制备方法，其特征在于，所述的具有网络结构的双向拉伸聚四氟乙烯多孔膜的厚度为5～20μm，孔隙率为80～95％，与水的接触角大于135°。

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