CN105220245A - 一种适宜电纺聚四氟乙烯超细纤维膜的纺丝溶液 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适宜电纺聚四氟乙烯超细纤维膜的纺丝溶液，该纺丝液由聚四氟乙烯水乳液、聚乙烯吡咯烷酮溶液组成。配制方法为将预定份额的溶解好的聚乙烯吡咯烷酮溶液与聚四氟乙烯水乳液进行混合，放在磁力搅拌器上搅拌，配成纺丝液。利用该纺丝液，进行静电纺丝可纺性高，纤维均匀性好。

Description

一种适宜电纺聚四氟乙烯超细纤维膜的纺丝溶液

技术领域

本发明公开一种适宜电纺聚四氟乙烯超细纤维膜的纺丝溶液。

技术背景

随着世界各国工业化进程的不断加快，空气污染、水污染日益严重，破坏了生态平衡，严重影响到人类的健康。随着生活水平的提高，人们对空气和水的纯净程度要求越来越高，高效空气过滤材料和液体过滤膜材料研发至关重要。

聚四氟乙烯由于其使用温度范围广(-250～260℃)，同时具有耐化学腐蚀和耐候性、摩擦系数低、优异的电气绝缘性、耐高低温性等众多优良品质，在空气过滤和水过滤上应用广泛。聚四氟乙烯多孔膜的加工主要有三条路线，一是在聚四氟乙烯中添加成孔剂，将聚四氟乙烯制成膜后再将成孔剂加热水洗除去(美国专利USPNo.4,863,604)。二是采用双向拉伸的方法生产，将聚四氟乙烯粉末糊料挤出、压延后，先纵向拉伸得到未烧成带，再横向拉伸，形成倾斜的网格状结构(中国专利CN1042498C，聚四氟乙烯多孔膜及制造方法)。三是采用静电纺丝法，将聚四氟乙烯与基质聚合物混合，制备纺丝溶液，静电纺丝形成复合超细纤维多孔膜，再进行烧结形成聚四氟乙烯超细纤维多孔膜(中国专利CN101530750A，聚四氟乙烯超细纤维多孔膜的制备方法)。尽管专利CN101530750A采用静电纺丝技术成功制备出聚四氟乙烯超细纤维膜，但其最大问题主要聚合物基质用量偏大，电纺丝速率，生产成本高。

本发明公布一种适宜电纺聚四氟乙烯超细纤维膜的纺丝溶液，该纺丝液降低了基质聚合物(聚乙烯吡咯烷酮)的使用量，减少了化学药品的浪费，提高了生产聚四氟乙烯超细纤维多孔膜的效率。由于静电纺丝形成的超细纤维多孔膜比表面积大，孔隙率高，孔道不规则，不易堵塞，在保证优异的过滤性能的同时又提高了透过性，在过滤方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的，根据静电纺丝法制备聚四氟乙烯超细纤维多孔膜技术的不足，提供一种能减少基质聚合物的使用，并减少后道工序烧结压力的纺丝溶液。

本发明所提供的聚四氟乙烯静电纺丝溶液，其特征为由聚四氟乙烯水乳液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液组成，所述纺丝溶液中聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮二者间按质量比计算，份额如下：

(1)聚四氟乙烯3～9

(2)聚乙烯吡咯烷酮1～3

所述聚四氟乙烯粒径范围为：10～100nm，优选20～40nm；所述聚乙烯吡咯烷酮为纺丝级，平均分子量为1～5万。

与普通的塑料相比，聚四氟乙烯具有耐高低温性、耐化学腐蚀和耐候性、摩擦系数低、优异的电气绝缘性、不粘性等众多优良品质，但其几乎不溶于所有的溶剂，只在300℃以上稍溶于全烷烃(约0.1g/100g)，这决定了聚四氟乙烯的难纺性。聚乙烯吡咯烷酮是白色有吸湿性的粉末，无臭或微臭，可溶于水、乙醇、氯仿和多数有机溶剂。由于其具有良好的成膜、成纤维特性，已广泛应用于医药、食品、化纤等领域。

所述的静电纺聚四氟乙烯超细纤维多孔膜纺丝溶液，是把聚四氟乙烯悬浮在聚乙烯吡咯烷酮中，对其进行静电纺丝得到聚四氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的混合膜，在对其进行烧结得到聚四氟乙烯超细纤维多孔膜。

所述聚四氟乙烯静电纺丝溶液的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)聚四氟乙烯水乳液合成

采用分散聚合法制备聚四氟乙烯水乳液。聚合时需加入少量分散剂(全氟辛酸铵)和稳定剂(氟碳化合物)，由氧化还原催化剂引发聚合。聚合所得分散液用水稀释至一定浓度后，于15～20℃进行机械搅拌，再经凝聚、洗涤、干燥，即得白色松散粉状产品分散聚四氟乙烯。分散聚合制得固体含量20％左右的分散液后，再加入乳化剂制得固体含量约为60％的乳白色乳状体的聚四氟乙烯浓缩分散液。

(2)聚乙烯吡咯烷酮水溶液配制

称取一定质量的聚乙烯吡咯烷酮粉末和去离子水，将聚乙烯吡咯烷酮粉末倒入装去离子水的广口瓶中，放在磁力搅拌器上搅拌，使聚乙烯吡咯烷酮充分溶胀(有的溶解，大部分成块)后，然后放入50℃的磁力搅拌器上边加热边搅拌，等聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后停止加热，冷却到室温，配出聚乙烯吡咯烷酮水溶液。

(3)制备纺丝液

取溶解好的聚乙烯吡咯烷酮溶液与聚四氟乙烯水乳液进行混合，在磁力搅拌上搅拌配成纺丝液。

利用本纺丝溶液，进行静电纺丝实验发现，纺丝溶液可纺性高，纤维均匀性好。所述纺丝溶液的作用机理主要是把聚四氟乙烯悬浮在聚乙烯吡咯烷酮中，对其进行静电纺丝得到聚四氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的混合膜，在对其进行烧结得到聚四氟乙烯超细纤维多孔膜。

具体实施方式

下面通过最佳实施例，进一步描述其发明特征。

实施例一：

纺丝溶液的各组分，按质量比计算份额如下：

(1)聚四氟乙烯3

(2)聚乙烯吡咯烷酮1

所述聚四氟乙烯粒径为100nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量为1万。

实施例二：

纺丝溶液的各组分，按质量比计算份额如下：

(1)聚四氟乙烯5

(2)聚乙烯吡咯烷酮1

所述聚四氟乙烯粒径为70nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量为2万。

实施例三：

纺丝溶液的各组分，按质量比计算份额如下：

(1)聚四氟乙烯6

(2)聚乙烯吡咯烷酮1

所述聚四氟乙烯粒径为50nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量为3万。

实施例四：

纺丝溶液的各组分，按质量比计算份额如下：

(1)聚四氟乙烯7

(2)聚乙烯吡咯烷酮1

所述聚四氟乙烯粒径为30nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量为4万。

实施例五：

纺丝溶液的各组分，按质量比计算份额如下：

(1)聚四氟乙烯9

(2)聚乙烯吡咯烷酮1

所述聚四氟乙烯粒径为10nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量为5万。

采用上述配方纺丝液，纺丝过程中，各浓度纺丝溶液喷丝稳定，收集器接收良好，烧结后孔径均匀，孔隙率高。

Claims (1)

1.一种适宜电纺聚四氟乙烯超细纤维膜的纺丝溶液，其特征为由聚四氟乙烯水乳液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液组成，按质量比计算份额如下：

(1)聚四氟乙烯3～9

(2)聚乙烯吡咯烷酮1～3

所述的静电纺聚四氟乙烯超细纤维多孔膜纺丝液，其特征是聚四氟乙烯乳液悬浮在可纺性强的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，利用自制的静电纺丝设备纺成聚四氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的超细纤维多孔膜，再高温烧结掉聚乙烯吡咯烷酮，即形成聚四氟乙烯超细纤维多孔膜。