CN108144459B - 一种三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜 - Google Patents

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Abstract

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜。该复合膜由表面分离层、过渡层和聚四氟乙烯支撑层三部分组成；表面分离层起分离作用，过渡层起改善聚四氟乙烯表面亲水性，加强分离层与聚四氟乙烯支撑层的结合作用，聚四氟乙烯支撑层起骨架作用。不仅限于复合膜的基质部分为三层结构，膜孔内也为三层结构，进一步加强了复合膜结构的牢固性。本发明中的复合膜层结构之间结合牢固，整体机械性能好，具有良好的工业应用前景。

Description

一种三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜
技术领域
本发明属于膜技术领域，具体涉及一种三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜。
背景技术
聚四氟乙烯为四氟乙烯单体的高结晶聚合物，是一种白色有蜡状感觉的热塑性塑料，相对密度为2.1-2.3之间，伸长度为13％，具有高度的结晶性。在PTFE中，氟原子取代了聚乙烯中的氢原子，由于氟原子半径大于氢原子半径，氟原子共价半径较大，又互相排斥，整个大分子不能像C-H分子链一样呈锯齿形，C-C链由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折构象渐渐扭转到的螺旋构象，该螺旋构象正好包围在易受化学侵袭的碳链骨架外形成了一个紧密的完全“氟代”的保护层，这使聚合物的主链不受外界任何试剂的侵袭，使具有其它材料无法比拟的耐溶剂性、化学稳定性。
PTFE中空纤维膜丝强度高、孔隙率高，具有耐酸碱、耐高低温、表面摩擦系数低等优点，但由于聚四氟乙烯表面能极低，表面润湿性能差，不利于聚四氟乙烯中空纤维膜制备复合膜。目前多见聚四氟乙烯复合膜为分离层和聚四氟乙烯层的结构，二者结合不牢固，很易剥离，故引入中间过渡层的概念。在聚四氟乙烯中空纤维膜上覆盖一层改性薄膜，在改善亲水性的同时，不会破坏材料本身的性质，并且能加强分离层与聚四氟乙烯中空纤维膜的结合。
发明中所用表面改性剂中具有含硼基团和含氨基团的化合物，含硼基团可以提供空轨道，与氟原子形成配位键，而含氨基团同时又能提供氢原子与氟原子形成氢键，这样可以在PTFE表面发生配位键合，提高改性和结合效果(黄震,张晓丽.一种适于提高氟塑料粘接性能的表面改性剂[J].化学与粘合,1999,02:12-14.)。
发明内容
本发明的目的在于提出一种三层聚四氟乙烯中空纤维膜复合膜，该复合膜具有好的机械强度，同时可以保证层结构之间的结合牢固性。
表面分离层起分离作用，过渡层起改善聚四氟乙烯表面亲水性，加强分离层与聚四氟乙烯支撑层的结合作用，聚四氟乙烯支撑层起骨架作用。不仅限于复合膜的基质部分为三层结构，膜孔内也为三层结构，进一步加强了复合膜结构的牢固性。
所述三层聚四氟乙烯中空纤维膜复合膜，聚四氟乙烯支撑层为多孔聚四氟乙烯中空纤维膜，膜孔径范围为0.1-10.0μm，孔隙率范围为40-85％。
所述三层聚四氟乙烯中空纤维膜复合膜，分离层是聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯并咪唑、脂肪族聚烯烃、聚酯和含氟聚烯烃等聚合物中的一种或两种以上的共混物，或是上述两种以上构成上述聚合物的单体的共聚物等。
所述三层聚四氟乙烯中空纤维膜复合膜，中间过渡层起改善聚四氟乙烯表面亲水性，加强表面分离层与聚四氟乙烯层的结合作用，为一种自制的表面改性剂；所述的表面改性剂是硼酸，KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，乙醇的混合溶液，在搅拌回流下制得；硼酸与KH-550的质量比为1:100-1:2，乙醇所占比重为5-95wt％。
所述三层聚四氟乙烯中空纤维膜复合膜的制备方法为：在聚四氟乙烯膜表面上沉积过渡层，亲水改性后再在过渡层上涂覆分离层制得复合膜。
本发明具有如下优点：聚四氟乙烯中空纤维膜作为整个复合膜的骨架，使复合膜具有优异的机械性能；过渡层的存在使得层与层之间的结合加强，同时膜孔内的三层结构进一步加强了复合膜结构的牢固性；过渡层的制备方法简单易操作；这种三层聚四氟乙烯中空纤维膜复合膜具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1为三层聚四氟乙烯复合膜横向和纵向截面示意图
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明。
实施例1
将PTFE分散树脂经10目筛筛分之后，在17℃下与20wt％润滑剂均匀混合，然后在室温下熟化24h后，经预压、脱脂、拉伸和烧结后制得PTFE中空纤维膜，平均孔径为1.4μm，孔隙率为60％。
将1g硼酸，10g KH-550溶于89g乙醇中，在80℃下搅拌回流10min，制得表面改性剂。
将PTFE中空纤维膜在表面改性剂中浸泡5min后拿出，晾干20min后再次浸泡5min，然后隔夜晾干，再将其放入烘箱中，90℃下烘烤15min后，得到附着过渡层的PTFE中空纤维膜。
将14g聚偏二氟乙烯(PVDF)，8g乙二醇溶于78g二甲基乙酰胺中，65℃下，机械搅拌12h制得铸膜液，过滤，脱泡。
在0.2MPa下，将改性后的PTFE中空纤维膜浸入铸膜液中，停留10min后，浸入去离子水凝胶浴中，发生相分离，得到三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜。
实施例2
将PTFE分散树脂经10目筛筛分之后，在17℃下与20wt％润滑剂均匀混合，然后在室温下熟化24h后，经预压、脱脂、拉伸和烧结后制得PTFE中空纤维膜，平均孔径为1.4μm，孔隙率为60％。
将1g硼酸，20g KH-550溶于79g乙醇中，在80℃下搅拌回流10min，制得表面改性剂。
将PTFE中空纤维膜在表面改性剂中浸泡5min后拿出，晾干20min后再次浸泡5min，然后隔夜晾干，再将其放入烘箱中，90℃下烘烤15min后，得到附着过渡层的PTFE中空纤维膜。
将14g聚偏二氟乙烯(PVDF)，8g乙二醇溶于78g二甲基乙酰胺中，65℃下，机械搅拌12h制得铸膜液，过滤，脱泡。
在0.2MPa下，将改性后的PTFE中空纤维膜浸入铸膜液中，停留10min后，浸入去离子水凝胶浴中，发生相分离，得到三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜。
比较例1
将PTFE分散树脂经10目筛筛分之后，在17℃下与20wt％润滑剂均匀混合，然后在室温下熟化24h后，经预压、脱脂、拉伸和烧结后制得PTFE中空纤维膜，平均孔径为1.4μm，孔隙率为60％。
将14g聚偏二氟乙烯(PVDF)，8g乙二醇溶于78g二甲基乙酰胺中，65℃下，机械搅拌12h制得铸膜液，过滤，脱泡。
在0.2MPa下，将PTFE中空纤维膜浸入铸膜液中，停留10min后，浸入去离子水凝胶浴中，发生相分离，得聚四氟乙烯中空纤维复合膜。
比较实施例1、2和比较例1的结合牢固性：
实施例1中的分离层在反冲0.5MPa下才会剥离，实施例2中的分离层在反冲0.4MPa下才会剥离，而比较例1中的分离层用手轻刮即可除去。
综上所述，三层复合膜的结合牢固性大大提高。

Claims (4)

1.一种三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜，其特征在于：复合膜由表面分离层、过渡层和聚四氟乙烯支撑层三部分组成，中间过渡层和表面分离层依次附着于管状聚四氟乙烯支撑层的内和/或外表面；
聚四氟乙烯支撑层为多孔结构，膜孔径范围为0.1-10.0μm，孔隙率范围为40-85%；中间过渡层和表面分离层依次附着于管式聚四氟乙烯支撑层的孔道内表面，膜孔内也为三层结构。
2.按照权利要求1所述三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜，其特征在于：分离层是聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯并咪唑、脂肪族聚烯烃、聚酯和含氟聚烯烃聚合物中的一种或两种以上的共混物，或是上述两种以上构成上述聚合物的单体的共聚物。
3.按照权利要求1所述三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜，其特征在于：所述的表面改性剂是硼酸，γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550，乙醇的混合溶液，在搅拌回流下制得；硼酸与KH-550的质量比为1:100-1:2，乙醇所占比重为5-95wt%。
4.一种权利要求1所述三层聚四氟乙烯中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于：在聚四氟乙烯膜表面上沉积过渡层，亲水改性后再在过渡层上涂覆分离层制得复合膜。
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