CN108212221A - 一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜制备方法 - Google Patents

一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，利用PTFE乳液对纳米催化剂粒子表面进行改性，使改性后的纳米催化剂粒子在润滑剂中能与PTFE粉体均匀混合，再通过正常的双向拉伸平板膜的工艺，制作出纳米二氧化钛在PTFE薄膜中具有牢固附着的可见光催化的PTFE/TiO2双向拉伸平板膜。本发明使用载银纳米二氧化钛作为PTFE双向拉伸薄膜的填充物，使得PTFE薄膜具有优异的可见光催化性能的同时，也具有优异的抗菌杀菌性能；该薄膜不光在有可见光时就具有的高效的光催化性和抗菌性，在无光条件下也有优异的抗菌性能；本发明可以制得载银纳米二氧化钛含量3~37.5%的双向拉伸平板膜，且随着纳米粒子含量的增加，平板膜的透气量和光催化性能也随之增加。

Description

一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜制备方法
技术领域
本发明涉及塑料薄膜生产加工领域，具体涉及一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法。
背景技术
双向拉伸膜是通过对塑料拉伸膜进行机械拉伸使得高聚物分子定向运动，导致高聚物分子结晶细微化，从而大大提高双向拉伸膜的机械强度和透明度。
现有技术《含填料的微孔性聚四氟乙烯制品》，公开号CN1203610A，申请人：W.L.戈尔有限公司。摘要：用纳米级颗粒填充微孔性、例如拉伸的聚四氟乙稀薄膜。例如通过填充TiO2 可提高聚四氟乙烯薄膜的耐磨性。由于粒度小，使聚四氟乙烯薄膜保持了结和微丝的原有结构，从而保持了该材料所需的原有性能。另外，加入填料还产生其它性质，如更高的耐磨性。发明内容添加纳米级颗粒主要是为了提高四氟乙烯薄膜的耐磨性功能要求。而且，纳米级颗粒在湿法加入时需要使用分散剂、乳化剂等有机物去协助分散，才能在PTFE树脂中混合时达到比较好的均匀效果，这些有机物的存在，会影响PTFE薄膜的特定功能。
现有技术《一种嫁接光触媒催化剂增加催化降解功能的PTFE膜材料及其应用》公开号： CN103394241A，申请人：上海峰渡膜邦膜科技有限公司。是将光触媒涂覆在已经制作好的 PTFE薄膜上，再去跟基材复合。存在的问题：已知的光触媒一般是由纳米二氧化钛等半导体材料制成，大多是水的分散液。而PTFE薄膜一般是疏水亲油，所以实际涂覆在PTFE薄膜上的光触媒，不能很好的进入PTFE的立体结构中，在没有跟基材复合前，纳米材料在PTFE薄膜上的附着力是比较差的。在跟基材复合后，将纳米材料夹在PTFE和基材之间，可以使纳米材料不容易脱落。但并没有实现将纳米材料在PTFE结构中的均匀分布，影响了透过PTFE薄膜气体的光催化效率。另外，作为透气型光催化膜作用使用时，会因为透过的气体的冲击，纳米粒子会被吹走。
现有技术《一种PTFE/TiO2功能膜及其生产方法》公开号：CN105017549A，申请人：福建师范大学。该方法是在PTFE-TiO2改性膜上再次涂覆TiO2而制得，具体步骤是，先对PTFE粉末混合一定量的钛酸丁酯，再经过拌料、熟化、压棒、烘焙、压延、烧结等工艺处理，形成PTFE-TiO2改性膜。然后在此基础上，浸渍涂覆纳米TiO2，最终得到PTFE/TiO2功能膜。本发明制得的PTFE/TiO2膜性能优良，不但克服了PTFE表面难涂覆无机材料的困难达到超均匀紧致。而且能有效的降解甲醛、苯、氨等污染物，实现自清洁、抗菌等功能。本发明的工艺设备简单，易于大规模生产，原料丰富、市场前景广阔。存在的问题：先制作 PTFE-TiO2改性膜，在此基础上再次涂覆纳米TiO2，PTFE-TiO2改性膜制作完成后，其薄膜的立体结构已经成型，薄膜的纤维间缝隙会因为再次涂覆纳米TiO2而被填充堵塞，影响透气量。另外，虽然改性膜可以让纳米二氧化钛进入PTFE薄膜的内部立体空间，但固定得并不好，当气体以大的透气速率吹过PTFE薄膜，随时间推移，会有大部分纳米二氧化钛被吹出，从而影响功能膜的特性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法。解决了现有技术中纳米二氧化钛粒子的加入，存在不均匀性，甚至不能深入到PTFE双向拉伸薄膜的纤维缝隙深处；纳米二氧化钛粒子要么在浅层的薄膜缝隙中，就算是有深入到薄膜深处的缝隙中，也没有牢固的附着力，在大通量气体吹过薄膜时，纳米二氧化钛粒子会被吹走，从而影响功能膜的特性；纳米二氧化钛粒子嵌入到PTFE薄膜的缝隙中，也会影响PTFE薄膜的透气性，减少透气量；所使用的纳米二氧化钛需要紫外光才能激发光催化功能，在可见光条件的光催化性能比较差；纳米二氧化钛需要经过分散后才能达到分布的均匀，而在纳米二氧化钛分散时，使用了分散剂、乳化剂等有机物来帮助纳米二氧化钛的分散，在一定程度上，这些有机物的加入，会影响到PTFE薄膜的性能，同时也会影响到纳米二氧化钛的光催化性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.用PTFE乳液对纳米催化剂粒子表面进行改性；
S2.将改性后的纳米催化剂粒子跟润滑剂混合，然后再加入PTFE粉体继续混合到均匀，制成糊状物料；
S3.将混合好的糊状物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯；
S4.将圆柱形毛坯加入模具，通过柱塞的推压作用使它强制从下口推出制成棒体；
S5.将棒体在压延机上压延成基础膜，压延温度控制在50～220℃；
S6.将基础膜以一定的速率先纵向拉伸，再横向拉伸成平板膜；
S7.将平板膜在保持一定拉伸压力的同时，在温度327～348℃条件下使其烧结成型，从而制得可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜。
优选地，所述S1中改性纳米催化剂粒子的制得步骤包括：
1).将载银纳米二氧化钛，均匀分散到PTFE乳液中；
2).使用超声波将步骤1)中的混合物分散均匀，分散时间设定为20～60min，超声波强度为20KHz；
3).将步骤2)中所得的混合乳液放置在50～120℃的真空烘箱中烘烤2～24h，烘干得到PTFE乳液表面修饰的纳米粒子。
优选地，在所述1)步骤中，载银纳米二氧化钛和PTFE乳液的重量比为1:9～1:5。
优选地，在所述1)步骤中，所述载银纳米二氧化钛选用5纳米的载银纳米二氧化钛。
优选地，在所述1)步骤中，所述PTFE乳液为60％的超浓缩乳液。
优选地，所述S2中选用的润滑剂沸点不超过所述S5中的压延温度。
优选地，所述S2中的润滑剂选用石油醚、航空煤油、石蜡油等中的一种或多种。
优选地，所述S2中，载银纳米二氧化钛和PTFE粉体的重量比为3:97～3:5。
优选地，所述S3中，压制糊状物料时先慢慢地使其受压，让物料中的空气逸出；压坯机上的柱塞下降速度不超过76mm/min，压力设定为3.5MPa，压制时间1min。
优选地，所述S7中制得的可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜中载银纳米二氧化钛的含量为3～37.5％，该双向拉伸平板膜可以跟基材进行复合。
本发明的有益效果是：
1.使用载银纳米二氧化钛作为PTFE双向拉伸薄膜的填充物，使得PTFE薄膜具有优异的可见光催化性能的同时，也具有优异的抗菌杀菌性能；该薄膜不光在有可见光时就具有的高效的光催化性和抗菌性，在无光条件下也有优异的抗菌性能；
2.本发明采用一种新的方法将纳米粒子加入到PTFE双向拉伸薄膜中，使得粒子在薄膜的分布非常均匀，同时，纳米粒子成为PTFE立体结构纤维中的一部分，PTFE纤维半包裹住纳米粒子，使得纳米粒子在PTFE薄膜纤维结构中被牢牢抓住，从而不容易脱落，而粒子裸露的部分继续拥有纳米粒子的特性，使得PTFE薄膜拥有了该纳米粒子的特性；
3.本发明制得的双向拉伸平板膜随着纳米粒子含量的增加，平板膜的透气量和光催化性能也随之增加。
附图说明
图1为载银二氧化钛含量为5％的平板膜的电镜扫描图；
图2为未添加载银纳米二氧化钛的双向拉伸平板膜的电镜扫描图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法：包括如下步骤：
S1.取用具有自分散特性的载银纳米二氧化钛10克，纳米级别为5纳米，将其分散到60％的PTFE超浓缩乳液中，PTFE超浓缩乳液的量为90克；使用强度为20KHz的超声波对混合液分散20分钟，分散后将所得的混合乳液放置在50℃的真空烘箱中烘烤12h，烘干得到PTFE 乳液表面修饰的纳米粒子；
S2.将S1中制得的经PTFE乳液表面修饰过的纳米粒子跟石油醚混合，然后再加入PTFE 粉体200克继续混合到均匀，制成糊状物料；
S3.将混合好的糊状物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，压制时先慢慢地使其受压，让物料中的空气逸出；在压制过程中，压坯机上的柱塞下降速度不超过76mm/min，压力设定为 3.5MPa，压制时间1min；
S4.将圆柱形毛坯加入模具，通过柱塞的推压作用使它强制从下口推出制成棒体；
S5.将棒体在压延机上压延成基础膜，压延温度控制在180℃，并且在压延过程中会蒸发去除石油醚，防止石油醚影响PTFE薄膜的特定功能；
S6.将基础膜以一定的速率先纵向拉伸，再横向拉伸成平板膜；
S7.将平板膜在保持一定拉伸压力的同时，在温度327℃条件下使其烧结成型，从而制得可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜，该双向拉伸平板膜可以跟基材进行复合，进一步制成生活、工业上需要的产品。
实施例2
一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法：包括如下步骤：
S1.取用具有自分散特性的载银纳米二氧化钛10克，纳米级别为5纳米，将其分散到60％的PTFE超浓缩乳液中，PTFE超浓缩乳液的量为50克；使用强度为20KHz的超声波对混合液分散30分钟，分散后将所得的混合乳液放置在60℃的真空烘箱中烘烤8h，烘干得到PTFE 乳液表面修饰的纳米粒子；
S2.将S1中制得的经PTFE乳液表面修饰过的纳米粒子跟航空煤油混合，然后再加入 PTFE粉体100克继续混合到均匀，制成糊状物料；
S3.将混合好的糊状物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，压制时先慢慢地使其受压，让物料中的空气逸出；在压制过程中，压坯机上的柱塞下降速度不超过76mm/min，压力设定为 3.5MPa，压制时间1min；
S4.将圆柱形毛坯加入模具，通过柱塞的推压作用使它强制从下口推出制成棒体；
S5.将棒体在压延机上压延成基础膜，压延温度控制在220℃，并且在压延过程中会蒸发去除航空煤油，防止航空煤油影响PTFE薄膜的特定功能；
S6.将基础膜以一定的速率先纵向拉伸，再横向拉伸成平板膜；
S7.将平板膜在保持一定拉伸压力的同时，在温度348℃条件下使其烧结成型，从而制得可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜，该双向拉伸平板膜可以跟基材进行复合，进一步制成生活、工业上需要的产品。
利用载银二氧化钛含量为5％的可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜，对邻二氯苯进行分解测试，邻二氯苯的分解率为70％；当载银纳米二氧化钛的含量在10％时，邻二氯苯的分解率在85％；当载银纳米二氧化钛的含量在20％时，邻二氯苯的分解率在90％～95％。
利用二氧化钛含量为5％的可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜进行抗菌测试，其结果如表1所示，
表1可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的抗菌测试结果
由表1得出：该平板膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌抗菌率均大于98％。
对二氧化钛含量为20％的可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜进行电镜扫描，其结果如图1所示。对未添加载银纳米二氧化钛的双向拉伸平板膜进行电镜扫描，其结果如图2所示。将图1、2对比可知，采用该方法制备的双向拉伸平板膜使得纳米粒子成为PTFE立体结构纤维中的一部分，PTFE纤维半包裹住纳米粒子，纳米粒子在PTFE薄膜纤维结构中被牢牢抓住，从而不容易脱落，而粒子裸露的部分继续拥有纳米粒子的特性，使得PTFE薄膜拥有了该纳米粒子的特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.用PTFE乳液对纳米催化剂粒子表面进行改性；
S2.将改性后的纳米催化剂粒子跟润滑剂混合，然后再加入PTFE粉体继续混合到均匀，制成糊状物料；
S3.将混合好的糊状物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯；
S4.将圆柱形毛坯加入模具，通过柱塞的推压作用使它强制从下口推出制成棒体；
S5.将棒体在压延机上压延成基础膜，压延温度控制在50~220℃；
S6.将基础膜以一定的速率先纵向拉伸，再横向拉伸成平板膜；
S7.将平板膜在保持一定拉伸压力的同时，在温度327~348℃条件下使其烧结成型，从而制得可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜。
2.根据权利要求1所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：
所述S1中改性纳米催化剂粒子的制得步骤包括：
1).将载银纳米二氧化钛，均匀分散到PTFE乳液中；
2).使用超声波将步骤1）中的混合物分散均匀，分散时间设定为20~60min，超声波强度为20KHz；
3）.将步骤2）中所得的混合乳液放置在50~120℃的真空烘箱中烘烤2~24h，烘干得到PTFE乳液表面修饰的纳米粒子。
3.根据权利要求2所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：在所述1）步骤中，载银纳米二氧化钛和PTFE乳液的重量比为1:9~1:5。
4.根据权利要求2或3所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：在所述1）步骤中，所述载银纳米二氧化钛选用5纳米的载银纳米二氧化钛。
5.根据权利要求2或3所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：在所述1）步骤中，所述PTFE乳液为60%的超浓缩乳液。
6.根据权利要求1所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：所述S2中选用的润滑剂沸点不超过所述S5中的压延温度。
7.根据权利要求6所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：所述S2中的润滑剂选用石油醚、航空煤油、石蜡油等中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：所述S2中，载银纳米二氧化钛和PTFE粉体的重量比为3:97~3:5。
9.根据权利要求1所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：所述S3中，压制糊状物料时先慢慢地使其受压，让物料中的空气逸出；压坯机上的柱塞下降速度不超过76mm/min，压力设定为3.5MPa，压制时间1min。
10.根据权利要求1所述的一种可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜的制备方法，其特征在于：所述S7中制得的可见光催化型PTFE/TiO2双向拉伸平板膜中载银纳米二氧化钛的含量为3~37.5%，该双向拉伸平板膜可以跟基材进行复合。
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