CN106268369A - 一种膨体聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了膨体聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法和处理方法。该微孔膜的第一侧部和第二侧部具有微孔结构，中部具有大孔结构，微孔和大孔形成部分三维贯通的孔道结构；中部由聚四氟乙烯膜切长纤维基布形成，第一和第二侧部均由聚四氟乙烯微孔膜形成。其制备方法如下：将聚四氟乙烯微孔膜铺平或卷绕成管，形成第一过滤层；再在第一过滤层上叠合聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成增强层；再将聚四氟乙烯微孔膜平叠或卷绕在增强层上，形成第二过滤层；再将叠合完毕后的叠配物在350～390℃下烧结即得。该膨体聚四氟乙烯微孔膜厚度达300μm～1.0mm，孔隙率达50％～65％，强力高达200N，且过滤精度高，起泡点≥0.2MPa。

Description

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法和处理方法

技术领域

本发明涉及一种膨体聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法和处理方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)具有诸多优点，如耐高低温、耐酸碱、耐腐蚀等，因而被人们称为“塑料王”。近年来，单向及双向拉伸的PTFE膨体材料广泛应用于气体及液体过滤，特别是对PTFE微孔膜的要求越来越高，然而目前单层的单向及双向拉伸的膨体PTFE微孔膜都存在着耐压、强力不足和过滤精度不高的缺陷，限制了膨体PTFE微孔膜的应用范围。现有技术中通常采用增加膨体PTFE微孔膜的厚度来克服上述缺陷，但单纯依靠增加厚度不仅成本高还会大幅增加微孔膜的过滤阻力或降低流量。因此，开发一种耐压高、强力高、过滤阻力小、流量高、过滤精度高且成本低的膨体PTFE微孔膜成为目前重点研究的方向。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有的膨体PTFE微孔膜存在耐压、强力不足和过滤精度不高的缺陷，以及单纯依靠增加膨体PTFE微孔膜厚度来提高耐压和强力性不仅成本高还会大幅增加微孔膜的过滤阻力或降低流量的缺陷，提供一种膨体聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法和处理方法。本发明通过引入强力和平均孔径数都高于膨体PTFE微孔膜的PTFE膜切长纤维织物作为增强层，通过高温烧结熔融，形成具有三维贯通孔道结构的增强增厚型膨体PTFE微孔膜，克服了现有技术生产的产品缺陷，提高了膨体PTFE微孔膜的使用压力和寿命，扩大了膨体PTFE微孔膜的应用范围，可用在高精度过滤场合，例如生物科技和大规模集成电路的空气净化。

本发明提供了一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的第一侧部和第二侧部具有微孔结构，中部具有大孔结构，所述第一侧部和所述第二侧部的微孔及所述中部的大孔形成部分三维贯通的孔道结构；所述中部由聚四氟乙烯膜切长纤维基布形成，所述第一侧部和所述第二侧部均由一层以上的聚四氟乙烯微孔膜形成。

其中，所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的形式包括平板膜和管式膜。所述管式膜的内径为本领域常规的管式膜内径。

其中，所述第一侧部和所述第二侧部的微孔的平均孔径一般为0.1～5μm。

其中，所述中部的大孔的平均孔径较佳地为1～1.5mm。

其中，所述第一侧部较佳地由2～40层聚四氟乙烯微孔膜烧结而成。所述第二侧部较佳地由2～40层聚四氟乙烯微孔膜烧结而成。本发明的膨体聚四氟乙烯微孔膜根据具体使用要求，第一侧部和第二侧部可选择由不同层数的聚四氟乙烯微孔膜烧结而成，只要第一侧部和第二侧部的聚四氟乙烯微孔膜层数在2～40层范围内即可。

其中，所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布可为本领域常规使用的聚四氟乙烯膜切长纤维基布，其组织结构可为本领域常规使用的各种组织结构，较佳地包括长纤维平纹机织、长纤维针织和钩编中的一种或多种。所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布一般由下述方式制备：将聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂混合均匀，然后经挤出，压延，双向拉伸，切割，加捻制成长纤维，最后对所述长纤维进行织造即得；其中，所述聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂均为本领域常规使用的聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂。所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布更佳地为辽宁金氟龙氟材料有限公司生产的规格为每平方米100～140克重、线密度为450～550dtex和经纬密度为(108*54～152*76)/10cm的聚四氟乙烯膜切长纤维基布。

其中，所述聚四氟乙烯微孔膜为本领域常规使用的聚四氟乙烯微孔膜，较佳地为双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜。所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜一般由下述方式制备：将聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂混合均匀，然后经挤出，压延，双向拉伸即得；其中，所述聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂均为本领域常规使用的聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂。所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜更佳地为湖州森诺氟材料科技有限公司生产的厚度为0.3～3μm的空气过滤膜和/或为上海灵氟隆膜技术有限公司生产的厚度为35～50μm的服装膜。

本发明的膨体聚四氟乙烯微孔膜具有三维贯通孔道结构，其厚度可达300μm～1.0mm，起泡点≥0.2MPa，强力为120～200N，孔隙率为50～65％。

本发明还提供了上述膨体聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其包括如下步骤：

将一层以上所述聚四氟乙烯微孔膜铺平或卷绕成管，形成第一过滤层；然后在所述第一过滤层上叠合所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成一增强层；再将一层以上所述聚四氟乙烯微孔膜平叠或卷绕在所述增强层上，形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将所述叠配物在350～390℃下烧结，即得膨体聚四氟乙烯微孔膜。

其中，所述聚四氟乙烯微孔膜为本领域常规使用的聚四氟乙烯微孔膜，较佳地为双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜。所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜一般由下述方式制备：将聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂混合均匀，然后经挤出，压延，双向拉伸即得；其中，所述聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂均为本领域常规使用的聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂。所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜更佳地为湖州森诺氟材料科技有限公司生产的厚度为0.3～3μm、宽度为1.8～2.6m的空气过滤膜和/或为上海灵氟隆膜技术有限公司生产的厚度为35～50μm、宽度为1.9～2.3m的服装膜。

其中，所述的烧结可在本领域常规使用的各种设备中进行，例如层压机、烘干炉和烧结炉。所述的烧结的温度较佳地为358～390℃，所述的烧结的时间较佳地为20～50分钟，更佳地为30～40分钟。当采用层压机烧结时，所述层压机的压力较佳地为0.1～1MPa，更佳地为0.3MPa。

其中，所述的烧结完毕后，所述第一过滤层与所述增强层之间的界面以及所述增强层和所述第二过滤层之间的界面融为一体。所述第一过滤层烧结后即为所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的第一侧部，所述增强层烧结后即为所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的中部，所述第二过滤层烧结后即为所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的第二侧部。

本发明还提供了上述膨体聚四氟乙烯微孔膜的处理方法，其按下述步骤进行：将1～3％的聚乙烯醇缩甲乙醛溶解在质量分数为5～10％的盐酸水溶液中，加热至55～60℃，使其溶解，得到混合液；将所述膨体聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2～3小时，然后再在50～60℃的1～2％烧碱溶液中浸渍半小时，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。较佳地按下述步骤进行：将1％的聚乙烯醇缩甲乙醛溶解在质量分数为10％的盐酸水溶液中，加热至60℃，使其溶解，得到混合液；将所述膨体聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2小时，然后再在50℃的1％烧碱溶液中浸渍半小时，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明通过引入强力和平均孔径数都高于膨体PTFE微孔膜的PTFE膜切长纤维织物作为增强层，通过高温烧结熔融，形成具有三维贯通孔道结构的增强增厚型膨体PTFE微孔膜，其微孔膜厚度可达300μm～1.0mm，孔隙率高达50％～65％。

2、本发明的膨体PTFE微孔膜的拉伸强力大幅提升，可高达200N，提高了常规膨体PTFE微孔膜的使用压力和寿命，且过滤精度高，起泡点从0.07MPa提高到了0.2MPa以上，平均孔径从1μm精确到了0.1μm，可以用于制造平板膜、管式膜、片材、带材和板材等，扩大了膨体PTFE微孔膜的应用范围，尤其可用在高精度过滤场合，例如生物科技和大规模集成电路的空气净化。

3、本发明的膨体PTFE微孔膜经本发明的处理方法处理后其水接触角由处理前的大于100度降到小于30度，应用面更广、效果更佳。

附图说明

图1为实施例1膨体聚四氟乙烯微孔膜的截面结构示意图，其中1表示第一侧部，2表示中部，3表示第二侧部，4表示微孔，5表示大孔。

图2为实施例2膨体聚四氟乙烯微孔膜的截面结构示意图，其中1表示第一侧部，2表示中部，3表示第二侧部，4表示微孔，5表示大孔。

图3为实施例膨体聚四氟乙烯微孔膜的扫描电子显微镜照片，其中图3a为表面形貌电镜图，图3b为横截面电镜图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中，所用聚四氟乙烯膜切长纤维基布由辽宁金氟龙氟材料有限公司生产，规格为每平方米100～140克重、线密度为450～550dtex和经纬密度为(108*54～152*76)/10cm。所用双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜中，空气过滤膜为湖州森诺氟材料科技有限公司生产，规格为厚度0.3～3μm、宽度1.8～2.6m；服装膜为上海灵氟隆膜技术有限公司生产，规格为厚度35～50μm、宽度1.9～2.3m。

实施例1

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，截面结构如图1所示，为平板膜，其中第一侧部1由30层空气过滤膜叠合而成，中部2为聚四氟乙烯膜切长纤维基布，第二侧部3由30层空气过滤膜叠合而成；第一侧部1的微孔4的平均孔径为3μm，中部2的大孔5的平均孔径为1mm，第二侧部3的微孔4的平均孔径为0.45μm，第一侧部1、中部2和第二侧部3的孔形成部分三维贯通的孔道结构。该膨体聚四氟乙烯微孔膜的厚度为0.3mm。

其由如下制备方法制得：

将30层空气过滤膜叠压铺平，以形成第一过滤层；然后在该第一过滤层上叠合一聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成一增强层；再在增强层上叠合30层空气过滤膜，形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将叠配物用层压机在0.3MPa压力下，380℃烧结30分钟，制成膨体聚四氟乙烯微孔膜。

实施例2

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，截面结构如图2所示，为管式膜，其中第一侧部1由10层服装膜叠合而成，中部2为聚四氟乙烯膜切长纤维基布，第二侧部3由10层服装膜叠合而成；第一侧部的微孔4的平均孔径为3.5μm，中部的大孔5的平均孔径为1.2mm，第二侧部的微孔4的平均孔径为1μm，第一侧部、中部和第二侧部的孔形成部分三维贯通的孔道结构。该膨体聚四氟乙烯微孔膜的厚度为1.0mm。

其由如下制备方法制得：

将10层服装膜在卷管机上卷绕成内径为2cm的圆管，以形成第一过滤层；然后在该第一过滤层上卷绕一聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成一增强层；再在增强层上卷绕10层服装膜，形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将叠配物用烘干炉在390℃下烧结40分钟，即得膨体聚四氟乙烯微孔膜。

实施例3

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，为管式膜，其中第一侧部由30层空气过滤膜叠合而成，中部为聚四氟乙烯膜切长纤维基布，第二侧部由10层服装膜叠合而成；第一侧部的微孔的平均孔径为5μm，中部的大孔的平均孔径为1.5mm，第二侧部的微孔的平均孔径为0.45μm，第一侧部、中部和第二侧部的孔形成部分三维贯通的孔道结构。该膨体聚四氟乙烯微孔膜的厚度为0.8mm。

其由如下制备方法制得：

将30层空气过滤膜在卷管机上卷绕成内径为2cm的圆管，以形成第一过滤层；然后在该第一过滤层上卷绕一聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成一增强层；再在增强层上卷绕10层服装膜，形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将叠配物用烧结炉在385℃下烧结35分钟，即得膨体聚四氟乙烯微孔膜。

实施例4

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，为平板膜，其中第一侧部由40层空气过滤膜叠合而成，中部为聚四氟乙烯膜切长纤维基布，第二侧部由20层空气过滤膜叠合而成；第一侧部的微孔的平均孔径为3μm，中部的大孔的平均孔径为1mm，第二侧部的微孔的平均孔径为0.45μm，第一侧部、中部和第二侧部的孔形成部分三维贯通的孔道结构。该膨体聚四氟乙烯微孔膜的厚度为0.3mm。

其由如下制备方法制得：

将40层空气过滤膜叠压铺平，以形成第一过滤层；然后在该第一过滤层上叠合一聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成一增强层；再在增强层上叠合20层空气过滤膜，形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将叠配物用层压机在0.1MPa压力下，350℃烧结50分钟，制成膨体聚四氟乙烯微孔膜。

实施例5

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜的处理方法，其按下述步骤进行：将1％的聚乙烯醇缩甲乙醛溶解在质量分数为10％的盐酸水溶液中，加热至60℃，使其溶解，得到混合液；将实施例3的膨体聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2小时，然后再在50℃的1％烧碱溶液中浸渍半小时，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。

对比例1

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，其由如下制备方法制得：

将30层空气过滤膜叠压铺平，所用空气过滤膜的微孔平均孔径为3μm，以形成第一过滤层；然后在该第一过滤层上叠合一聚四氟乙烯膜切长纤维基布，所用聚四氟乙烯膜切长纤维基布的大孔平均孔径为1mm，以形成一增强层；再在增强层上叠合30层空气过滤膜，所用空气过滤膜的微孔平均孔径为0.45μm，以形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将叠配物用层压机在0.3MPa压力下，340℃烧结30分钟，制得的膨体聚四氟乙烯微孔膜出现分层，无法形成一体的微孔膜，严重影响了其实际应用。

对比例2

一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，其由如下制备方法制得：

将30层空气过滤膜叠压铺平，所用空气过滤膜的微孔平均孔径为3μm，以形成第一过滤层；然后在该第一过滤层上叠合一聚四氟乙烯膜切长纤维基布，所用聚四氟乙烯膜切长纤维基布的大孔平均孔径为1mm，以形成一增强层；再在增强层上叠合30层空气过滤膜，所用空气过滤膜的微孔平均孔径为0.45μm，以形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将叠配物用层压机在0.3MPa压力下，400℃烧结30分钟，制得的膨体聚四氟乙烯微孔膜硬化，严重影响了其过滤精度。

效果实施例1

对实施例1制得的膨体聚四氟乙烯微孔膜用扫描电子显微镜表征，观察其微观形貌，结果如图3所示。图3a为膨体聚四氟乙烯微孔膜的表面形貌电镜图，从图中可以看到膨体聚四氟乙烯微孔膜的表面呈现多孔结构，孔径分布在0.5μm至10μm之间。图3b为膨体聚四氟乙烯微孔膜的横截面电镜图，可以看到其截面出现明显的孔道结构。实施例2～4的膨体聚四氟乙烯微孔膜的微观形貌效果同实施例1。

效果实施例2

对实施例1～3制得的膨体聚四氟乙烯微孔膜进行起泡点、拉伸强力和孔隙率的测定。其中，起泡点按照行业标准HY/T039-1995微孔滤膜孔性能测定方法进行；拉伸强力按照国家标准GB/T10654-2001高聚物多孔弹性材料拉伸强度和拉断伸长率的测定方法进行；孔隙率由下述计算公式得到：孔隙率＝(1-材料的表面密度/材料的真密度×100％，其中密度按照国家标准GB/T10331-2008非泡沫塑料的密度测定方法测得。起泡点、拉伸强力和孔隙率的具体测试结果如下。实施例1膨体聚四氟乙烯微孔膜的起泡点为0.2MPa，拉伸强力为120N，孔隙率为65％；实施例2膨体聚四氟乙烯微孔膜的起泡点为0.26MPa，拉伸强力为200N，孔隙率为50％；实施例3膨体聚四氟乙烯微孔膜的起泡点为0.22MPa，拉伸强力为140N，孔隙率为55％。

效果实施例3

测试实施例3制得的膨体聚四氟乙烯微孔膜以及经实施例5处理方法处理后的膨体PTFE微孔膜的水接触角，测试标准按照ISO 15989:2004《塑料薄膜和薄板电晕处理薄膜的水接触角度的测量》。测试结果显示，膨体聚四氟乙烯微孔膜的水接触角由处理前的大于100度降到小于30度，亲水性能明显提高。

Claims (10)

1.一种膨体聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的第一侧部和第二侧部具有微孔结构，中部具有大孔结构，所述第一侧部和所述第二侧部的微孔及所述中部的大孔形成部分三维贯通的孔道结构；所述中部由聚四氟乙烯膜切长纤维基布形成，所述第一侧部和所述第二侧部均由一层以上的聚四氟乙烯微孔膜形成。

2.如权利要求1所述的聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的形式包括平板膜和管式膜；

和/或，所述第一侧部和所述第二侧部的微孔的平均孔径为0.1～5μm；

和/或，所述中部的大孔的平均孔径为1～1.5mm；

和/或，所述第一侧部由2～40层聚四氟乙烯微孔膜烧结而成；

和/或，所述第二侧部由2～40层聚四氟乙烯微孔膜烧结而成。

3.如权利要求1所述的聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布的组织结构包括长纤维平纹机织、长纤维针织和钩编中的一种或多种；

和/或，所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布由下述方式制备：将聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂混合均匀，然后经挤出，压延，双向拉伸，切割，加捻制成长纤维，最后对所述长纤维进行织造即得；

和/或，所述聚四氟乙烯微孔膜为双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜。

4.如权利要求3所述的聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布满足下述指标：规格为每平方米100～140克重，线密度为450～550dtex，经纬密度为(108*54～152*76)/10cm；

和/或，所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜由下述方式制备：将聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂混合均匀，然后经挤出，压延，双向拉伸即得。

5.如权利要求4所述的聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜为厚度为0.3～3μm的空气过滤膜和/或厚度为35～50μm的服装膜。

6.一种如权利要求1～5任一项所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

将一层以上所述聚四氟乙烯微孔膜铺平或卷绕成管，形成第一过滤层；然后在所述第一过滤层上叠合所述聚四氟乙烯膜切长纤维基布，形成一增强层；再将一层以上所述聚四氟乙烯微孔膜平叠或卷绕在所述增强层上，形成第二过滤层，叠合完毕后得到一叠配物；然后将所述叠配物在350～390℃下烧结，即得膨体聚四氟乙烯微孔膜。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯微孔膜为双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜；

和/或，所述的烧结采用层压机、烘干炉或烧结炉进行；

和/或，所述的烧结的温度为380～390℃；

和/或，所述的烧结的时间为20～50分钟。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜由下述方式制备：将聚四氟乙烯分散树脂和助挤剂混合均匀，然后经挤出，压延，双向拉伸即得；

和/或，所述的烧结采用层压机进行时，所述层压机的压力为0.1～1MPa。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜为厚度为0.3～3μm的空气过滤膜和/或厚度为35～50μm的服装膜；

和/或，所述的烧结的时间为30～40分钟。

10.一种如权利要求1～5任一项所述膨体聚四氟乙烯微孔膜的处理方法，其特征在于，所述处理方法按下述步骤进行：将1～3％的聚乙烯醇缩甲乙醛溶解在质量分数为5～10％的盐酸水溶液中，加热至55～60℃，使其溶解，得到混合液；将所述膨体聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2～3小时，然后再在50～60℃的1～2％烧碱溶液中浸渍半小时，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。