CN107774142A - 一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法。一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法包括以下步骤：将聚四氟乙烯树脂和亲水性二氧化硅纳米颗粒(质量分数为0％‑15％)共混均匀，压坯，压延，纵向拉伸，横向拉伸，烧结定型。本发明方法制备亲水性聚四氟乙烯微孔膜，制备工艺简单，适合工业化生产，制备的聚四氟乙烯微孔膜平均孔径0.1‑15um，水通量为1500‑4000公斤/平方米·小时(过滤压力为0.1兆帕)，制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，可适用于水净化、化工、医药、食品、环保等领域的液体过滤。

Description

一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯微孔薄膜的制备方法，具体涉及用于水净化、化工、医药、食品、环保等领域的液体过滤的新的亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯聚合而成的高分子材料，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑、不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，并且具有生理惰性无毒害。因此，聚四氟乙烯广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等领域。经过双向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜具有耐高温、耐腐蚀等优秀的综合性能，聚四氟乙烯微孔膜多是作为空气净化和防水透气面料使用而较少用于水净化，这是由于聚四氟乙烯自身疏水性的特点，导致其作为水净化膜时需要驱动力大，同时易受蛋白质吸附污染而使膜通量下降。因此需要对聚四氟乙烯微孔膜进行亲水性改性，目前对其进行亲水性改性的方法主要包括表面改性、共混改性、填充改性等方法。其中，共混改性和填充改性是比较简易的改性方法，可一次成型，更适合工业化生产。
共混改性方法对聚四氟乙烯微孔膜进行亲水性改性是将聚四氟乙烯树脂粉末与亲水性聚合物材料进行混合再进行双向拉伸制备成微孔膜。申请号为200510060886.X的中国发明专利公开用聚乙烯醇对聚四氟乙烯进行亲水性改性。申请号为200410017158.6的中国发明专利公开了使用多种亲水性高分子材料和聚四氟乙烯树脂混合再进行双向拉伸成膜。但是亲水性高分子材料共混对聚四氟乙烯微孔膜改性存在一些问题，比如这些亲水性高分子与聚四氟乙烯相容性不好，对微孔膜的制备和强度有一定影响。另外，由于相容性的问题，亲水性高分子加入的量并不多，为了改性之后的微孔膜具有亲水性，微孔膜还要进行活化后处理使亲水性基团暴露表面，增加了制备的复杂性。其次，这些亲水性高分子的耐高温性能并不能与聚四氟乙烯相比，在双向拉伸制备微孔膜的过程中可能会分解，影响成膜及微孔膜性能。专利号为CN 104785130 B的中国专利公开了利用碳酸钠、碳酸钙无机盐对聚四氟乙烯进行填充改性，两者充分混合均匀后再经双向拉伸制备亲水性聚四氟乙烯微孔膜的方法，虽然不用后处理，但是这种方法使用的无机粉末是要经过亲水改性之后再使用的，增加了制备工艺。另一方面，专利中使用的无机盐是水溶性的，在使用过程中可能会部分溶解到水中，长期使用稳定性有待提高。
发明目的
本发明的目的是为解决聚四氟乙烯微孔膜的疏水性问题，同时提供一种可一次加工成型制备亲水性聚四氟乙烯微孔膜的方法。采用本发明制备的亲水性微孔膜具有较高的亲水性，其过滤性能也有很大提升。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
亲水性聚四氟乙烯膜的制备方法包括以下步骤：
(1)共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒和液体润滑剂按比例混合均匀，并在高于室温的条件下静置12-16小时，形成聚四氟乙烯物料；
(2)压坯：将所述聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯；
(3)压延：将所述毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
(4)纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在180-300℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
(5)横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在180-210℃下进行横向拉伸，在270-400℃下烧结定型0.1-30秒。
作为优选，所述聚四氟乙烯树脂结晶度不低于98％，数均分子量为200万-1000万。
作为优选，所述亲水性二氧化硅纳米颗粒为具有亲水性质的二氧化硅纳米颗粒或者具有亲水性的改性二氧化硅纳米颗粒，共混时加入的亲水性二氧化硅纳米颗粒的量为聚四氟乙烯质量的0％-15％。
作为优选，所述液体润滑剂为液体石蜡、石油醚、煤油中其中一种，共混时加入的液体润滑油的量为聚四氟乙烯质量的25％。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明上述技术方案中，选择具有亲水性质的二氧化硅纳米颗粒，其表面具有大量的羟基亲水性基团，与聚四氟乙烯共混进行填充改性，可以赋予聚四氟乙烯微孔膜亲水性，提高了聚四氟乙烯微孔膜在水处理行业中的过滤性能。
(2)本发明上述技术方案中，填充改性用亲水性二氧化硅纳米颗粒的稳定性好，耐高温，适用于聚四氟乙烯双向拉伸加工。
(3)本发明上述技术方案中，所用的亲水性二氧化硅纳米颗粒不溶于水，填充改性制备的聚四氟乙烯微孔膜长期稳定性好。
(4)本发明上述技术方案中，聚四氟乙烯树脂与无机纳米颗粒复合，有利于聚四氟乙烯微孔膜制备时的拉伸，同时可以提高聚四氟乙烯微孔膜的其它性能，如强度、耐磨性等。
(5)本发明上述技术方案制备亲水性聚四氟乙烯微孔膜，可一次成型，原料不需要前处理，制备得微孔膜也不用后处理，工艺简单适合工业化生产。
具体实施方式
具体实施方式仅仅是对本发明的解释并不是对本发明的限制。本领域技术人员在阅读了本发明的说明书后，所作出的任何改变只要在权利要求所限定的范围之内，都将受到专利法保护。
实施例一
1.共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒(为聚四氟乙烯质量的5％)和液体润滑剂(为聚四氟乙烯质量的25％)混合均匀，并在60℃条件下静置12小时，形成聚四氟乙烯物料；
2.压坯：将所述聚四氟乙烯物料在60℃条件下，于压坯机上压制成圆柱形毛坯；
3.压延：将所述圆柱形毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
4.纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在280℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
5.横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在200℃下进行横向拉伸，在380℃下烧结定型20秒。
通过上述方法制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，在0.1兆帕的水压力测试下，水通量为1500公斤/平方米·小时，水接触角为84.5°。
实施例二
1.共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒(为聚四氟乙烯质量的8％)和液体润滑剂(为聚四氟乙烯质量的25％)混合均匀，并在60℃条件下静置16小时，形成聚四氟乙烯物料；
2.压坯：将所述聚四氟乙烯物料在60℃条件下，于压坯机上压制成圆柱形毛坯；
3.压延：将所述圆柱形毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
4.纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在300℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
5.横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在210℃下进行横向拉伸，在380℃下烧结定型20秒。
通过上述方法制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，在0.1兆帕的水压力测试下，水通量为1760公斤/平方米·小时，水接触角为80°。
实施例三
1.共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒(为聚四氟乙烯质量的10％)和液体润滑剂(为聚四氟乙烯质量的25％)混合均匀，并在60℃条件下静置16小时，形成聚四氟乙烯物料；
2.压坯：将所述聚四氟乙烯物料在60℃条件下，于压坯机上压制成圆柱形毛坯；
3.压延：将所述圆柱形毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
4.纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在300℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
5.横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在210℃下进行横向拉伸，在400℃下烧结定型20秒。
通过上述方法制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，在0.1兆帕的水压力测试下，水通量为2460公斤/平方米·小时，水接触角为72°。
实施例四
1.共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒(为聚四氟乙烯质量的12％)和液体润滑剂(为聚四氟乙烯质量的25％)混合均匀，并在60℃条件下静置16小时，形成聚四氟乙烯物料；
2.压坯：将所述聚四氟乙烯物料在60℃条件下，于压坯机上压制成圆柱形毛坯；
3.压延：将所述圆柱形毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
4.纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在300℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
5.横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在210℃下进行横向拉伸，在400℃下烧结定型30秒。
通过上述方法制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，在0.1兆帕的水压力测试下，水通量为3270公斤/平方米·小时，水接触角为65°。
实施例五
1.共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒(为聚四氟乙烯质量的15％)和液体润滑剂(为聚四氟乙烯质量的25％)混合均匀，并在80℃条件下静置16小时，形成聚四氟乙烯物料；
2.压坯：将所述聚四氟乙烯物料在60℃条件下，于压坯机上压制成圆柱形毛坯；
3.压延：将所述圆柱形毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
4.纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在300℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
5.横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在210℃下进行横向拉伸，在400℃下烧结定型30秒。
通过上述方法制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，在0.1兆帕的水压力测试下，水通量为4000公斤/平方米·小时，水接触角为59°。
上述实施案例并非是对本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施案例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯微孔膜的制备包括以下步骤：
(1)共混：将聚四氟乙烯树脂、亲水性二氧化硅纳米颗粒和液体润滑剂按比例混合均匀，并在高于室温的条件下静置12-16小时，形成聚四氟乙烯物料；
(2)压坯：将所述聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯；
(3)压延：将所述毛坯经推出机在60℃温度下挤出棒状物并经过压延机在60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
(4)纵向拉伸：将所述聚四氟乙烯基带在180-300℃的烘箱中纵向拉伸，加工成脱脂基带；
(5)横向拉伸与烧结定型：将所述脱脂基带在180-210℃下进行横向拉伸，在270-400℃下烧结定型0.1-30秒。
2.根据权利要求1所述亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯树脂结晶度不低于98％，数均分子量为200万-1000万。
3.根据权利要求1所述亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于：所述亲水性二氧化硅纳米颗粒为具有亲水性质的二氧化硅纳米颗粒或者具有亲水性质的改性二氧化硅纳米颗粒，共混时加入的亲水性二氧化硅纳米颗粒的量为聚四氟乙烯质量的0％-15％。
4.根据权利要求1所述亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于：所述液体润滑剂为液体石蜡、石油醚、煤油中其中一种，共混时加入液体润滑油的量为聚四氟乙烯质量的25％。
5.根据权利要求1-4任一所述方法制备的亲水性聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于微孔膜平均孔径0.1-15um，在0.1兆帕的过滤压力下，所述聚四氟乙烯微孔膜的水通量为1500-4000公斤/平方米·小时。
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