CN108211814A - 一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法 - Google Patents

一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法 Download PDF

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Abstract

一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，属于膜技术领域。将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇清洗去除膜表面杂质，干燥后进行电晕处理，使膜表面产生活性基团；将处理后的PTFE膜置于含氟碳表面活性剂的聚电解质溶液中，氟碳表面活性剂浓度为0.6wt％～1.2wt％，聚电解质浓度为0.5wt％～3wt％，浸渍反应20～180min后，将膜取出，用去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯多孔膜。本发明得到的聚四氟乙烯多孔膜的亲水性良好，对水接触角达10°以下，且亲水性持久，且具有良好的抗污染性。

Description

一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法
技术领域
本发明涉及一种多孔膜表面的亲水改性，具体涉及一种聚四氟乙烯多孔膜的亲水改性方法，属于膜技术领域。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)膜具有优异的物理和化学性能，耐酸碱、耐化学腐蚀，并且孔隙率高、通量大，可适应苛刻环境的膜分离，具有广泛的应用前景。但是由于PTFE膜表面能低，具有极强的疏水性，表面润湿性差，极大的限制了其在液体过滤领域的应用，而且分离过程中，膜表面容易被污染，导致通量和膜分离性能下降。
研究者们通过对聚四氟乙烯膜进行亲水改性以提高膜表面的润湿性和抗污染性。目前，对聚四氟乙烯膜材料亲水改性的方法主要有等离子体处理、浸渍涂覆法、化学处理法等。专利CN102773026A对聚四氟乙烯膜进行等离子体处理，利用原子沉积技术在膜表面沉积一层金属氧化物层，膜表面水接触角从原来的130°可降低至20°以下，纯水通量最大是未改性膜的2.5倍以上，对平均粒径为142nm的单分散氧化硅微球的截留率可提高60％以上；专利CN104998562A对聚四氟乙烯膜进行等离子体处理引入自由基，接枝亲水性的聚丙烯酸，再组装二氧化钛，改性后的聚四氟乙烯膜对水接触角由原膜的115.8°降至30～40°，纯水通量60分钟后能稳定在500～4500L·m-2·h-1范围内，对1.0g/L牛血清蛋白溶液的污染速率可降至0.03×1010m·h-1；专利CN1633450A报导了采用含氢化合物和环状化合物改性剂对PTFE膜浸渍处理后进行加热或紫外辐照，提高了聚四氟乙烯膜的亲水性且氟含量降低，对水的接触角由120°降至20～90°，改善膜的生物相容性且渗透性提高，适用于人造血管；专利CN103191654A报导了一种将聚乙烯醇、淀粉等多羟基化合物涂覆在PTFE微孔膜表面，通过戊二醛将亲水性链段交联，得到的改性膜对水接触角由原膜的124°降至53°，其亲水性能长久保持稳定；专利CN106237872A使用两亲共聚物乙二醇-ε-己内酯二醇-己二醇对聚四氟乙烯微孔膜进行亲水改性，改性后的聚四氟乙烯膜的水接触角由原来的125°降低到35°，但放置一个月后膜的接触角又增至42°；专利CN103483618A使用含氟聚醚多元醇溶液浸润聚四氟乙烯微孔膜，利用多异氰酸酯在聚四氟乙烯微孔膜上聚合反应生成一种亲水性交联网络聚氨酯聚合物，所得亲水性的聚四氟乙烯微孔膜水接触角由原PTFE膜的130.1°降至38.2°；专利CN105885081A采用甲烷和氮气混合气体等离子体处理方法对PTFE微孔膜进行表面改性，通过控制低温等离子体处理的工艺参数，改善PTFE微孔膜的亲水性，改性后水接触角由原来的130°降至40°；专利CN103212315A使用多巴胺水溶液对PTFE微孔膜进行浸渍涂布，通过多巴胺自聚-交联以改善膜表面润湿性，改性后PTFE膜水接触角从124°减小到41°，在60°水中浸泡30天后，膜的接触角又增大至53°；专利CN105854638A采用将聚多巴胺和亲水化聚合物或两性离子交联剂共涂覆在PTFE中空纤维膜表面，通过两种物质的相互作用以及分子间交联作用，改善膜亲水性的同时提高涂覆层的稳定性，得到一种永久亲水PTFE中空纤维膜。经表面修饰后PTFE纤维膜与水的接触角由原来的120°下降至38°，在pH值为13的强碱性溶液中浸泡30天后，接触角增大到45°；专利CN103160807A公开了一种提高聚四氟乙烯薄膜亲水性的原子层沉积方法，在PTFE薄膜表面沉积0.5-3纳米厚度的亲水性羟基基团，显著提高了PTFE薄膜的亲水性能和时效性能；专利CN105727753A报导了先将聚四氟乙烯中空纤维膜用含亲水基团的溶液处理，使膜表面带有一层亲水性基团，然后利用射频等离子体对膜本体和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，使其产生活性自由基，进而将亲水基团引发接枝到PTFE中空纤维膜膜体上，形成稳定的亲水层，改性后的PTFE水接触由原膜的125°降至52°，30天后其接触角上升不超过5°。以上PTFE多孔膜的改性技术虽然均在一定程度上提高了膜的亲水性，但是这种亲水性能均有限，其接触角最低只将至30°左右，而且亲水性的持久性仍是一个挑战。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种亲水持久性良好的聚四氟乙烯多孔膜的改性方法，进一步提高其亲水性能。
一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)聚四氟乙烯多孔膜的预处理
将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，干燥后进行电晕处理，使膜表面产生活性基团，优选电晕处理功率1000～2400W，时间10～150S；
2)聚四氟乙烯多孔膜的亲水改性
将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含氟碳表面活性剂的聚电解质溶液中，其中，优选氟碳表面活性剂浓度为0.6wt％～1.2wt％，聚电解质浓度为0.5wt％～3wt％，浸渍反应20～180min后，将膜取出，用去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯多孔膜。
进一步地，所述的聚四氟乙烯多孔膜选自聚四氟乙烯平板多孔膜和中空纤维多孔膜；
所述的氟碳表面活性剂为N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸，所述的聚电解质选自聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮。
与现有技术相比，本发明工艺简单，电晕处理后产生的活性基团在氟碳表面活性剂作用下能与聚电解质的亲水基团反应，得到的聚四氟乙烯多孔膜的亲水性良好，对水接触角达10°以下，且亲水性持久，如附图1所示，改性后的PTFE平板膜接触角1小时后为7.8°，放置30天后，其接触角为9.3°；改性后的PTFE中空纤维膜接触角1小时后为9.8°，放置30天后，其接触角为11.5°；而且，改性后的亲水膜在分离50.0ppm腐殖酸溶液过程中，运行5小时后，水洗后其通量恢复率可高达到73.6％，显示良好的抗污染性。
附图说明
图1改性前后PTFE多孔膜对水接触角图；(a)PTFE平板膜,(b)PTFE中空纤维膜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1)首先将聚四氟乙烯平板多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，干燥后进行电晕处理，处理功率1000W，时间150S；
2)将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸的聚乙烯亚胺溶液中，其中，N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸浓度为0.6wt％，聚乙烯亚胺浓度为3wt％，浸渍反应20min后，将膜取出，用大量去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯平板多孔膜，其亲水性见表1，采用50ppm腐殖酸水溶液进行抗污染测试，5个小时后，水洗其通量恢复率高于39.9％。
实施例2
1)首先将聚四氟乙烯平板多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，干燥后进行电晕处理，处理功率2400W，时间50S；
2)将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸的聚乙烯亚胺溶液中，其中，N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸浓度为1.2wt％，聚乙烯亚胺浓度为0.5wt％，浸渍反应180min后，将膜取出，用大量去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯平板多孔膜，其亲水性见表1，采用50ppm腐殖酸水溶液进行抗污染测试，5个小时后，水洗其通量恢复率高于46.8％。
实施例3
1)首先将聚四氟乙烯平板多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，干燥后进行电晕处理，处理功率2000W，时间80S；
2)将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸的聚乙烯亚胺溶液中，其中，N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸浓度为0.9wt％，聚乙烯亚胺浓度为2.0wt％，浸渍反应120min后，将膜取出，用大量去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯多孔膜，其亲水性见表1，采用50ppm腐殖酸水溶液进行抗污染测试，5个小时后，水洗其通量恢复率高于73.6％。
实施例4
1)首先将聚四氟乙烯中空纤维多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，空气干燥后进行电晕处理，处理功率1800W，时间90S；
2)将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸的聚乙烯亚胺溶液中，其中，N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸浓度为1.0wt％，聚乙烯亚胺浓度为2.5wt％，浸渍反应140min后，将膜取出，用大量去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯多孔膜，其亲水性见表1，采用50ppm腐殖酸水溶液进行抗污染测试，5个小时后，水洗其通量恢复率高于63.8％。
实施例5
1)首先将聚四氟乙烯中空纤维多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，空气干燥后进行电晕处理，处理功率1500W，时间100S；
2)将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，其中，N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸浓度为1.2wt％，聚乙烯吡咯烷酮浓度为1.5wt％，浸渍反应130min后，将膜取出，用大量去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯多孔膜，其亲水性见表1，采用50ppm腐殖酸水溶液进行抗污染测试，5个小时后，水洗其通量恢复率高于54.6％。
表1.改性前后聚四氟乙烯平板膜、中空纤维膜的接触角及其持久性

Claims (7)

1.一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)聚四氟乙烯多孔膜的预处理
将聚四氟乙烯多孔膜用乙醇充分清洗，以去除膜表面杂质，干燥后进行电晕处理，使膜表面产生活性基团；
2)聚四氟乙烯多孔膜的亲水改性
将步骤(1)处理后的PTFE膜置于含氟碳表面活性剂的聚电解质溶液中，浸渍反应20～180min后，将膜取出，用去离子水清洗干净，真空干燥，即得到亲水性聚四氟乙烯多孔膜。
2.按照权利要求1所述的一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，电晕处理功率1000～2400W，时间10～150S。
3.按照权利要求1所述的一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，所述的聚四氟乙烯多孔膜选自聚四氟乙烯平板多孔膜和中空纤维多孔膜。
4.按照权利要求1所述的一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，氟碳表面活性剂为N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β'-亚氨基二丙酸二钠氨基酸。
5.按照权利要求1所述的一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，所聚电解质选自聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮。
6.按照权利要求1所述的一种聚四氟乙烯多孔膜亲水改性方法，其特征在于，氟碳表面活性剂浓度为0.6wt％～1.2wt％，聚电解质浓度为0.5wt％～3wt％。
7.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的聚四氟乙烯多孔膜。
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