CN103483618B - 聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法 - Google Patents

聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，使用含氟聚醚多元醇溶液浸润聚四氟乙烯微孔膜，然后在一定的条件下同多异氰酸酯在聚四氟乙烯微孔膜聚合反应生成一种亲水性交联网络聚氨酯聚合物，而制得亲水性的聚四氟乙烯微孔膜。使用含氟聚醚多元醇来制备聚氨酯来处理聚四氟乙烯微孔膜，有利于提高聚氨酯大分子与聚四氟乙烯膜之间的相容性，提高亲水处理效果；而且能够固化形成交联网络聚合物从而保持聚四氟乙烯微孔膜亲水效果的持久性；该方法简单易行，能保持聚四氟乙烯膜耐酸、耐碱、耐氧化及耐热性能。

Description

聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)因具有化学稳定性好，能耐热、耐寒和耐化学腐蚀性，具有优良的电绝缘性、表面张力和摩擦系数小、耐燃性、耐大气老化性和高低温适应性能等优点，被广泛应用于化工、电子、医药及尖端技术领域。但是聚四氟乙烯微孔膜表面张力小，非极性强，造成PTFE膜的疏水性很强，粘结性能差，只能用于防水透气等领域，限制了其在污水处理、医疗、卫生等工业领域的应用。
国内外研究人员对PTFE膜的亲水改性进行了大量的研究，其方法包括高温熔融法、力化学法、湿化学处理法、辐射接枝法、等离子体处理法、激光改性法、浸渍涂覆法等。其中，高温熔融法是在高温下，将PTFE表面的晶形态发生变化，嵌入一些表面能高、易粘合的物质，虽然此工艺简单，产品耐候性、耐湿热性比其他方法高，但由于在高温烧结时会放出有毒物质，且PTFE膜形状不易保持，目前已很少用该法。力化学法是指PTFE在外力(如：粉碎、碾磨、摩擦等)作用下，高分子键断裂而发生化学反应，此法具有成本低、简单易行、胶粘强度高和耐久性好等特点，但是该法的工艺参数(压力、转速和时间等)对不同的胶粘剂——被粘物体系是不尽相同的，需要一一通过实验来优化确定。湿化学处理法主要是通过腐蚀液与PTFE表面发生化学反应，破坏C-F键，扯掉表面上的部分氟原子，在表面留下了碳化层并引入某极性基团，进而提高PTFE的表面能，增加了浸润性，但该法也存在一些缺点，如被粘物表面变暗或变黑，在高温环境下表面电阻降低，长期暴露在光照下胶接性能将大大下降等。辐射接枝法是以辐射源辐射PTFE表面，使功能性单体在其表面发生化学接枝聚合，从而使PTFE膜表面形成一层易于粘接的接枝聚合物，此法粘接强度较高，操作简单，处理时间短，但是在辐射改性的同时，材料本身性质也受到了破坏，表面耐久性差，且Co60辐射源对人体伤害较大，使其应用也受到了限制。等离子体处理是将试样置于特定的离子处理装置里面，通过离子轰击或注入聚合物的表面，使其发生C-C键或C-F键断裂，同时也可引入官能团，使表面活性化以达到改性的目的，但是该法装置较复杂，投资成本高，而且其真空系统因腐蚀失效问题还未根本解决，且处理后对粘接强度提高也不够理想。激光改性法是用激光器照射，使PTFE表面发生脱氟反应，或引人活性官能团，从而达到改善其粘接性能的目的。浸渍涂覆法是用SiX4处理后，再经水解，使PTFE表面活化。
综上所述，聚四氟乙烯亲水改性法都存在一定的缺陷，需要开发一种简单易行，使得聚四氟乙烯微孔膜亲水性能好，还能保持其耐酸、耐碱、耐氧化等生能。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前聚四氟乙烯微孔膜亲水改性法的缺陷，提供一种简单易行，使得聚四氟乙烯微孔膜亲水性能好，还能保持其耐酸、耐碱、耐氧化及耐热等性能。
本发明的技术方案是使用含氟聚醚多元醇溶液浸润聚四氟乙烯微孔膜，然后在一定的条件下同多异氰酸酯在聚四氟乙烯微孔膜聚合反应生成一种亲水性交联网络聚氨酯聚合物，而制得亲水性的聚四氟乙烯微孔膜，具体步骤如下：
1)将多异氰酸酯减压蒸馏纯化处理，保存于干燥器中备用；
2)将聚四氟乙烯微孔膜浸渍在质量分数为1：9的含氟聚醚多元醇、丙酮溶液中10～20min，取出晾干，得到暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜；
其中，所述的含氟聚醚多元醇为HO[CF2CF2O]nH中的一种或多种的组合物，其中，n=3～10；
3)将暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜浸渍于质量分数为0.05：20：79.95的催化剂、多异氰酸酯、丙酮后处理液中，取出在30～50℃空气中干燥1～3h后，用水清洗掉膜上未反应的反应单体，晾干，即制得永久性亲水性聚四氟乙烯微孔膜。
所述的多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种；
本发明的有益效果：
1)采用的含氟聚醚多元醇来制备聚氨酯丙烯酸酯大分子单体来处理聚四氟乙烯微孔膜，有利于提高大分子单体与聚四氟乙烯微孔膜之间的相容性，提高亲水处理效果；
2)本发明的亲水性聚氨酯大分子能够在聚四氟乙烯微孔膜表面及其孔隙中固化形成一交联网络聚合物膜从而保持聚四氟乙烯微孔膜亲水效果的持久性；
3)本发明的聚四氟乙烯微孔膜亲水改性方法，简单易行，能保持聚四氟乙烯膜耐酸、耐碱、耐氧化及耐热等性能。
具体实施方式
实施例1
(1)将异佛尔酮二异氰酸酯减压蒸馏纯化处理，保存于干燥器中备用；
(2)将聚四氟乙烯微孔膜浸渍在质量分数为1：9的含氟聚醚多元醇、丙酮溶液中10min，取出晾干，得到暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜；
(3)将暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜浸渍于质量分数为0.05：20：79.95的二月桂酸二丁基锡、异佛尔酮二异氰酸酯、丙酮后处理液中，取出在50℃空气中干燥1h后，用水清洗掉膜上未反应的反应单体，晾干，即制得永久性亲水性聚四氟乙烯微孔膜。所得亲水性的聚四氟乙烯微孔膜水接触角由原纯四氟乙烯膜的130.1度降为38.2度。
注：本实施例使用的含氟聚醚多元醇的结构式为HO[CF2CF2O]5H。
实施例2
(1)将甲苯-2,4-二异氰酸酯减压蒸馏纯化处理，保存于干燥器中备用；
(2)将聚四氟乙烯微孔膜浸渍在质量分数为1：9的含氟聚醚多元醇、丙酮溶液中20min，取出晾干，得到暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜；
(3)将暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜浸渍于质量分数为0.05：20：79.95的辛酸亚锡、甲苯-2,4-二异氰酸酯、丙酮后处理液中，取出在30℃空气中干燥3h后，用水清洗掉膜上未反应的反应单体，晾干，即制得永久性亲水性聚四氟乙烯微孔膜。所得亲水性的聚四氟乙烯微孔膜水接触角由原纯四氟乙烯膜的130.1度降为45.6度。
注：本实施例使用的含氟聚醚多元醇的结构式为HO[CF2CF2O]8H。
实施例3
(1)将4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯减压蒸馏纯化处理，保存于干燥器中备用；
(2)将聚四氟乙烯微孔膜浸渍在质量分数为1：9的含氟聚醚多元醇、丙酮溶液中20min，取出晾干，得到暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜；
(3)将暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜浸渍于质量分数为0.05：20：79.95的二月桂酸二丁基锡、甲苯-2,4-二异氰酸酯、丙酮后处理液中，取出在45℃空气中干燥2h后，用水清洗掉膜上未反应的反应单体，晾干，即制得永久性亲水性聚四氟乙烯微孔膜。所得亲水性的聚四氟乙烯微孔膜水接触角由原纯四氟乙烯膜的130.1度降为43.1度。
注：本实施例使用的含氟聚醚多元醇的结构式为
HO[CF2CF2O]3H和HO[CF2CF2O]10H，质量分数为1：1。

Claims (3)

1.聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于该方法是通过以下步骤来制备的：
1)将多异氰酸酯减压蒸馏纯化处理，保存于干燥器中备用；
2)将聚四氟乙烯微孔膜浸渍在质量分数为1∶9的含氟聚醚多元醇、丙酮溶液中10～20min，取出晾干，得到暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜；
其中，所述的含氟聚醚多元醇为HO[CF2CF2O]nH中的一种或多种的组合物，
其中，n＝3～10，
3)将暂时性亲水性聚四氟乙烯微孔膜浸渍于质量分数为0.05∶20∶79.95的催化剂、多异氰酸酯、丙酮后处理液中，取出在30～50℃空气中干燥1～3h后，用水清洗掉膜上未反应的反应单体，晾干，即制得永久性亲水性聚四氟乙烯微孔膜。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于所述的多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种。
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