CN101890314A - 一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水化改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水性改性方法，其特征在于，先采用低压辉光放电等离子对聚四氟乙烯薄膜进行预处理，使其表面产生活性基团，然后再接枝丙烯酸，形成较稳定亲水层。本发明的优点是：低压等离子处理在聚四氟乙烯膜表面产生活性基团，再通过接枝丙烯酸处理，能够在薄膜表面形成较稳定的亲水层，有效改善了聚四氟乙烯膜的亲水性，效果持久；通过低压等离子诱导接枝丙烯酸处理聚四氟乙烯薄膜，处理工艺简单、高效、节水节能，适合工业化生产。

Description

一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水化改性方法

技术领域

本发明涉及一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水性改性方法，属于膜材料亲水性改性技术领域。

背景技术

玻璃纤维/PTFE覆膜滤料是玻璃纤维表面复合膨化微孔聚四氟乙烯制成的高效耐高温过滤材料，其生产工艺是采用国际上先进的高温热压复合技术，采用高温热压复合技术制备的覆膜滤料相比传统有胶覆膜滤料具有适用温度高、憎水透气、除尘效率高等优点，在实际应用中获得很高评价。然而，高温热压法复合技术对设备和材料提出了很高的要求，由于PTFE膜具有表面自由能低、疏水性极强的特点，要实现与玻璃纤维织布的无胶化粘合，并且保证玻纤织布与PTFE膜之间较高的粘结强度，需要对聚四氟乙烯膨化膜进行覆膜前的改性处理。

传统的对聚四氟乙烯膜亲水化改性方法较多，主要包括表面化学处理、表面涂覆、等离子体处理等。公开发表和申请的专利有：公开号为CN03804097.2的专利公开了一种聚四氟乙烯表面化学改性的方法，通过改性剂和辐照处理，降低聚四氟乙烯材料的表面氟含量，改善材料的表面亲水性；中国发明专利申请200610154892.6公开了一种含氟聚合物亲水化改性方法，通过高能射线预辐照聚四氟乙烯膜表面，在膜表面产生活性自由基，并引发亲水功能单体在膜表面进行接枝聚合，以改善膜的亲水性；中国发明专利申请200810059172.0公开了一种通过表面涂覆和交联亲水性聚合物，在四氟乙烯表面形成亲水层，以提高膜表面亲水性的方法；美国专利US4113912公开了在含氟聚合物表面涂覆如聚乙烯醇、聚环氧乙烷或聚丙烯酸等亲水性聚合物，再通过热处理、缩醛化或酯化等方法对亲水性聚合物进行交联，使材料表面形成亲水层的方法；美国专利US5630341通过在含氟聚合物表面涂覆聚合物电解质薄层，以改善亲水性。这些改性方法各有特点，一般情况下，化学处理方法往往对膜表面的化学结构有很大的影响，且由于聚四氟乙烯的化学惰性，使其改性过程较为复杂，改性工艺繁琐，并容易造成环境污染；单纯的等离子体处理，其亲水化效果不确定，且保留时间短；表面涂覆受外界物理机械因素影响，涂覆层很容易遭到破坏而不能保证持久的亲水效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中对聚四氟乙烯膜亲水性处理技术的不足，提出一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水化改性的方法，使聚四氟乙烯薄膜表面的亲水性得到较大程度的提高。

为了达到上述目的，本发明提供了一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水性改性方法，其特征在于，先采用低压辉光放电等离子对聚四氟乙烯薄膜进行预处理，使其表面产生活性基团，然后再接枝丙烯酸，形成较稳定亲水层；具体步骤为：

第一步、低压辉光放电等离子体预处理：

将准备处理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡5-10分钟，然后用蒸馏水清洗10-20分钟，使其自然干燥；将聚四氟乙烯膨化膜放进低压等离子体处理设备的真空室中，开启真空泵抽真空到3-5Pa，稳定1-3分钟后，打开氦气瓶的减压阀，通入氦气，使压强达到15-80Pa，稳定1-3分钟后，打开射频功率源，对聚四氟乙烯膨化膜进行低压等离子体预处理，处理功率为50-200W，处理时间为30-120s；

第二步、丙烯酸接枝改性处理：

将丙烯酸配成体积浓度为5-10％的溶液，放入恒温水浴锅中恒温到50-80℃，再将第一步处理后的聚四氟乙烯膨化膜暴露在空气中10-30分钟后，浸入配制好的丙烯酸溶液中，进行丙烯酸接枝改性处理，处理时间为1-3h，取出用蒸馏水清洗3-5次，使其自然干燥。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)低压等离子处理在聚四氟乙烯膜表面产生活性基团，再通过接枝丙烯酸处理，能够在薄膜表面形成较稳定的亲水层，有效改善了聚四氟乙烯膜的亲水性，效果持久。

(2)通过低压等离子诱导接枝丙烯酸处理聚四氟乙烯薄膜，处理工艺简单、高效、节水节能，适合工业化生产。

附图说明

图1为低压等离子体处理设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。实施例1-3中的聚四氟乙烯膨化膜是由江苏闳业机械有限公司提供；厚度为：0.02mm；丙烯酸购于国药化学试剂有限公司，型号为化学纯(含量≥98.0％)；丙酮购于常熟市杨园化工有限公司，型号为分析纯(含量≥99.5％)；氦气瓶购于学校化学试剂部，型号为99.999％；恒温水浴锅购于上海比朗仪器有限公司，型号为HH-2；低温等离子处理设备购于常州中科常泰等离子科技有限公司，型号为HD-1A。

如图1所示，为低压等离子体处理设备结构示意图，所述的低压等离子体处理设备由真空室1、真空泵2、氦气瓶3、气体流量计4、射频功率源5、试样6以及电极7组成。

实施例1

(1)低压辉光放电等离子体处理：

首先，将准备处理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡5分钟，然后用蒸馏水清洗10分钟，使其自然干燥，然后将聚四氟乙烯膨化膜放进真空室1中，开启真空泵2抽真空到5Pa，稳定1分钟后，打开氦气瓶3的减压阀，通入He气的反应气体，使压强达到15Pa，再稳定1分钟后，开始使用低温等离子对PTFE进行表面处理，处理条件为：

等离子体反应气体为He气，气压为15Pa，处理功率为100W，处理时间为60s；

(2)丙烯酸接枝改性处理：

首先，将丙烯酸配成溶液，放入恒温水浴锅中恒温到60℃，再将经步骤(1)处理后的聚四氟乙烯膨化膜，暴露在空气中30分钟后，浸入事前配制好的丙烯酸溶液中，开始进行丙烯酸接枝改性处理，处理条件为：丙烯酸溶液浓度为6％，接枝温度为60℃，接枝时间为3h，待处理时间到了后取出，用蒸馏水清洗5次，使其自然干燥。

实施例2

(1)低压辉光放电等离子体处理：

首先，将准备处理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡10分钟，然后用蒸馏水清洗20分钟，使其自然干燥，然后将聚四氟乙烯膨化膜放进真空室1中，开启真空泵2抽真空到3Pa，稳定2分钟后，打开氦气瓶3的减压阀，通入He气的反应气体，使压强达到30Pa，再稳定2分钟后，开始使用低温等离子对PTFE进行表面处理，处理条件为：

等离子体反应气体为He气，气压为30Pa，处理功率为50W，处理时间为90s；

(2)丙烯酸接枝改性处理：

首先，将丙烯酸配成溶液，放入恒温水浴锅中恒温到50℃，再将经步骤(1)处理后的聚四氟乙烯膨化膜，暴露在空气中10分钟后，浸入事前配制好的丙烯酸溶液中，开始进行丙烯酸接枝改性处理，处理条件为：丙烯酸溶液浓度为5％，接枝温度为50℃，接枝时间为1h，待处理时间到了后取出，用蒸馏水清洗3次，使其自然干燥。

实施例3

(1)低压辉光放电等离子体处理：

首先，将准备处理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡7分钟，然后用蒸馏水清洗15分钟，使其自然干燥，然后将聚四氟乙烯膨化膜放进真空室1中，开启真空泵2抽真空到4Pa，稳定3分钟后，打开氦气瓶3的减压阀，通入He气的反应气体，使压强达到50Pa，再稳定3分钟后，开始使用低温等离子对PTFE进行表面处理，处理条件为：

等离子体反应气体为He气，气压为50Pa，处理功率为150W，处理时间为30s；

(2)丙烯酸接枝改性处理：

首先，将丙烯酸配好好溶液，放入恒温水浴锅中恒温到70℃，再将经步骤(1)处理后的聚四氟乙烯膨化膜，暴露在空气中20分钟后，浸入事前配制好的丙烯酸溶液中，开始进行丙烯酸接枝改性处理，处理条件为：丙烯酸溶液浓度为8％，接枝温度为70℃，接枝时间为2h，待处理时间到了后取出，用蒸馏水清洗4次，使其自然干燥。

将上述三个实施例制得的聚四氟乙烯(PTFE)膨化膜进行接触角测试，用接触角的大小来表征PTFE膜的亲水性，测试条件为：测试温度为室温，溶剂为蒸馏水；并通过对不同放置时间的PTFE膜的接触角进行测量来表征PTFE膜亲水性的稳定性，结果见表1：

表1

由测试结果可以得出：PTFE原样的接触角与放置时间无关，一直是145℃；经按实施例1处理后的PTFE，接触角由原来的145℃降低到66℃，并且放置30天后只上升2℃；经按实施例2处理后的PTFE，接触角由原来的145℃降低到73℃，放置30天后上升到75℃；经按实施例3处理后的PTFE，接触角由原来的145℃降低到77℃，并且放置30天后只上升2℃；

因此，说明了通过不同的低压等离子诱导接枝丙烯酸工艺条件处理聚四氟乙烯薄膜，接触角都降低到66-79℃，亲水性都得到了较好的改善，并随放置时间的延长，接触角只上升1-2℃，具有较好的持久性。

Claims (1)

1.一种聚四氟乙烯膨化膜的表面亲水性改性方法，其特征在于，先采用低压辉光放电等离子对聚四氟乙烯薄膜进行预处理，使其表面产生活性基团，然后再接枝丙烯酸，形成较稳定亲水层；具体步骤为：

第一步、低压辉光放电等离子体预处理：

将准备处理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡5-10分钟，然后用蒸馏水清洗10-20分钟，使其自然干燥；将聚四氟乙烯膨化膜放进低压等离子体处理设备的真空室(1)中，开启真空泵(2)抽真空到3-5Pa，稳定1-3分钟后，打开氦气瓶(3)的减压阀，通入氦气，使压强达到15-80Pa，稳定1-3分钟后，打开射频功率源(5)，对聚四氟乙烯膨化膜进行低压等离子体预处理，处理功率为50-200W，处理时间为30-120s；

第二步、丙烯酸接枝改性处理：

将丙烯酸配成体积浓度为5-10％的溶液，放入恒温水浴锅中恒温到50-80℃，再将第一步处理后的聚四氟乙烯膨化膜暴露在空气中10-30分钟后，浸入配制好的丙烯酸溶液中，进行丙烯酸接枝改性处理，处理时间为1-3h，取出用蒸馏水清洗3-5次，使其自然干燥。

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