CN108636139B - 一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法。方法是将聚四氟乙烯平板膜先进行松弛处理，再将纳米颗粒填充到微孔中，之后将N,N‑亚甲基双丙烯酰胺等物质涂层到填充了纳米颗粒的平板膜表面，最后经过与氮气反应、碱处理等工艺，得到所需的亲水型聚四氟乙烯平板膜。本发明制备得到的聚四氟乙烯平板膜亲水性能优异，水过滤速度可达1‑4立方米/平方米·小时，可广泛用于污水过滤行业，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯平板膜，尤其涉及一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法。
背景技术
双向拉伸的聚四氟乙烯平板膜具有高孔隙率的结构特征如图1，摩擦系数小，表面光滑，是一种高通量的过滤介质。但聚四氟乙烯平板膜的强疏水性也限制了其在水溶液体系处理中的应用。
目前聚四氟乙烯平板膜的亲水改性主要是通过包括电子束、等离子体等在内的辐照源，辐照引发接枝亲水性单体，从而赋予材料亲水性能。电子束等辐照深度大，对材料的力学性能影响大；等离子体等属表面辐照，接枝反应只能发生在表面。
现有制备方法主要分为两类：一是将亲水材料与聚四氟乙烯原料共同制膜；二是将膜进行后处理。前者由于平板膜是经过双向拉伸而成，拉伸过程中容易出现破洞；后者由于聚四氟乙烯材料的惰性，与其他材料难以融合，容易出现改性效果不持久或者不同位置呈现不同性能的问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明旨在提供一种简便易行的亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法，该制备方法工艺简单，制备得到的聚四氟乙烯平板膜有良好的亲水性能，并能防止使用过程中水中悬浮物堵塞聚四氟乙烯平板膜的微孔。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：
1)松弛处理：将聚四氟乙烯平板膜卷装置于盛有水的密闭容器中一段时间，之后进行降温处理，取出后形成松弛聚四氟乙烯平板膜；
2)填充：将二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷均匀混和后即得所需的填充物料，将所述的填充物料用刮刀均匀刮在步骤1)所述的松弛聚四氟乙烯平板膜上，形成填充聚四氟乙烯平板膜；
3)涂层：将聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇均匀混和后即得所需的涂层物料，将所述涂层物料用刮刀均匀刮在步骤2)所述的填充聚四氟乙烯平板膜上，形成涂层聚四氟乙烯平板膜；
4)反应：将步骤3)所述的涂层聚四氟乙烯平板膜卷装后置于充有氮气的密闭容器中一段时间，形成反应聚四氟乙烯平板膜；
5)碱处理：将步骤4)所述的反应聚四氟乙烯平板膜置于氢氧化钠和水的混合溶液中一段时间，即得所需的亲水型聚四氟乙烯平板膜。
步骤1)所述的密闭容器中水的温度为130～150℃，所述的反应时间为10-24小时，所述的降温处理为将密闭容器中的水以1-3℃/分钟的速度降温至25℃。
步骤2)所述的二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以重量百分比为1：3-5：0.1-0.2：0.01-0.02混合。
步骤3)所述的聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇以重量百分比1：3-5：0.01-0.03：0.01-0.03、10-40混合。
步骤4)所述的密闭容器的温度为60-80℃，所述的反应时间为2-6h。
步骤5)所述的氢氧化钠和水的重量百分比为1：50-100，溶液温度为40-60℃，所述的反应时间为3-5h。
通过本发明的上述方法制备的亲水型聚四氟乙烯平板膜，水过滤速度为1-4立方米/平方米·小时(压力0.008兆帕)，水过滤速度越高亲水性越好。
本发明具有的有益效果是：
(1)本发明使用二氧化硅纳米颗粒填充聚四氟乙烯平板膜上的微孔，可有效防止污水中的悬浮物尤其是粘性的污泥对微孔的堵塞。实践证明，本发明的亲水型聚四氟乙烯平板膜可在污水中使用5年以上。
(2)本发明步骤1)在130～150℃的液态和气态混和水中处理可有效使平板膜中的原纤松弛，如图2所示，由以前的狭长孔变成近乎圆形孔，这种结构更有利于二氧化硅纳米颗粒的填充。
(3)本发明填充物料中使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可与二氧化硅纳米颗粒上的羟基反应，形成牢固结合固定颗粒。
(4)本发明填充物料中的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，以及涂层物料中的聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺均含有碳碳双键，在引发剂偶氮二异丁腈的作用下进行自由基聚合，从而将填充物料、涂层物料以共价键的形式牢固结合。同时，涂层物料中的聚乙二醇(600)二丙烯酸酯可调整涂层物料的粘度；涂层物料中的N,N-亚甲基双丙烯酰胺含有两个碳碳双键，起到交联作用。
(5)本发明的碱处理过程可促使涂层物料中添加的丙烯酸反应产物中的部分羧基反应成羧酸钠，使涂层物料反应产物具备高吸水树脂的特征，从而增强聚四氟乙烯平板膜整体亲水性能。
(6)本发明与传统的亲水材料与聚四氟乙烯原料共混制膜方法比较，平板膜不会出现破洞；与传统的平板膜后处理方法比较，二氧化硅纳米颗粒的填充减少了使用过程中的污堵，增加了使用寿命。
附图说明
图1为现有双向拉伸的聚四氟乙烯平板膜孔隙率电镜图；
图2为本发明方法处理后的平板膜孔隙率电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的实施例如下：
实施例1：
1、松弛处理：将聚四氟乙烯平板膜卷装，放置在温度为130℃的盛有水的密闭容器中24小时，再以1℃/分钟的速度降温至25℃，取出，形成松弛聚四氟乙烯平板膜；
2、填充：将二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按照重量百分比1：3：0.1：0.01均匀混和后，即得所需填充物料，将填充物料通过刮刀均匀刮在所述的松弛聚四氟乙烯平板膜上，形成填充聚四氟乙烯平板膜；
3、涂层：将聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇按照重量百分比1：3：0.01：0.01：10均匀混和后，即得所需涂层物料，将所述涂层物料通过刮刀均匀刮在所述的填充聚四氟乙烯平板膜上，形成涂层聚四氟乙烯平板膜；
4、反应：将所述涂层聚四氟乙烯平板膜卷装，置于充有氮气的温度为60℃的密闭容器内6小时，形成反应聚四氟乙烯平板膜；
5、碱处理：将所述反应聚四氟乙烯平板膜置于氢氧化钠和水重量百分比为1：50温度为60℃的溶液中3小时，加工成亲水型聚四氟乙烯平板膜。
如图1所示为未经过松弛处理前聚四氟乙烯平板膜孔隙率的电镜图；
如图2所示，将聚四氟乙烯平板膜在130℃的液态和气态的混和水中处理后，能使平板膜中原纤松弛，平板膜微观电镜下由以前的狭长孔变成近乎圆形孔，使得这种结构更有利于二氧化硅纳米颗粒的填充。
通过本发明的上述方法制备的亲水型聚四氟乙烯平板膜，表面水接触角为5度，水过滤速度为1立方米/平方米·小时(压力0.008兆帕)。
实施例2：
1、松弛处理：将聚四氟乙烯平板膜卷装，放置在温度为150℃的盛有水的密闭容器中10小时，再以3℃/分钟的速度降温至25℃，取出，形成松弛聚四氟乙烯平板膜；
2、填充：将二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按照重量百分比1：5：0.2：0.02均匀混和，即得所需填充物料，将所述填充物料通过刮刀均匀刮在所述的松弛聚四氟乙烯平板膜上，形成填充聚四氟乙烯平板膜；
3、涂层：将聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇按照重量百分比1：5：0.03：0.03：40均匀混和，即得所需涂层物料，将所述涂层物料通过刮刀均匀刮在所述的填充聚四氟乙烯平板膜上，形成涂层聚四氟乙烯平板膜；
4、反应：将所述涂层聚四氟乙烯平板膜卷装，置于充有氮气的温度为80℃的密闭容器内2小时，形成反应聚四氟乙烯平板膜；
5、碱处理：将所述反应聚四氟乙烯平板膜放置在氢氧化钠和水重量百分比为1：100的温度为40℃溶液中5小时，加工成亲水型聚四氟乙烯平板膜。
通过本发明的上述方法制备的亲水型聚四氟乙烯平板膜，表面水接触角为2度，水过滤速度为4立方米/平方米·小时(压力0.008兆帕)。
实施例3：
1、松弛处理：将聚四氟乙烯平板膜卷装，放置在温度为140℃的盛有水的密闭容器中18小时，再以2℃/分钟的速度降温至25℃，取出，形成松弛聚四氟乙烯平板膜；
2、填充：将二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按照重量百分比1：4：0.15：0.015均匀混和，即得所需填充物料，将所述填充物料通过刮刀均匀刮在所述的松弛聚四氟乙烯平板膜上，形成填充聚四氟乙烯平板膜；
3、涂层：将聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇按照重量百分比1：4：0.02：0.02：30均匀混和，即得所需涂层物料，将所述涂层物料通过刮刀均匀刮在所述的填充聚四氟乙烯平板膜上，形成涂层聚四氟乙烯平板膜；
4、反应：将所述涂层聚四氟乙烯平板膜卷装，置于充有氮气的温度为70℃的密闭容器内4小时，形成反应聚四氟乙烯平板膜；
5、碱处理：将所述反应聚四氟乙烯平板膜放置在氢氧化钠和水重量百分比为1：80的温度为50℃溶液中4小时，加工成亲水型聚四氟乙烯平板膜。
通过本发明的上述方法制备的亲水型聚四氟乙烯平板膜，表面水接触角为7度，水过滤速度为3立方米/平方米·小时(压力0.008兆帕)。
对比例1：
将聚四氟乙烯平板膜(即未经松弛处理前的聚四氟乙烯平板膜)未按本发明作任何处理，在压力0.008兆帕下的水过滤速度为零，没有任何过滤效果，未按本发明作任何处理的聚四氟乙烯平板膜的表面接触角为125度。

Claims (5)

1.一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 松弛处理：将聚四氟乙烯平板膜卷装置于盛有水的密闭容器中一段时间，之后进行降温处理，取出后形成松弛聚四氟乙烯平板膜；
所述步骤1)中，密闭容器中水温度为130-150℃，放置时间为10-24小时，所述的降温处理为将密闭容器中的水以1-3℃/分钟速度降温至25℃；
2) 填充：将二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷均匀混和后即得所需的填充物料，将所述的填充物料用刮刀均匀刮在步骤1)所述的松弛聚四氟乙烯平板膜上，形成填充聚四氟乙烯平板膜；
3)涂层：将聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇均匀混和后即得所需的涂层物料，将所述涂层物料用刮刀均匀刮在步骤2)所述的填充聚四氟乙烯平板膜上，形成涂层聚四氟乙烯平板膜；
4) 反应：将步骤3)所述的涂层聚四氟乙烯平板膜卷装后置于充有氮气的密闭容器中一段时间，形成反应聚四氟乙烯平板膜；
5) 碱处理：将步骤4)所述的反应聚四氟乙烯平板膜置于氢氧化钠和水的混合溶液中一段时间，即得所需的亲水型聚四氟乙烯平板膜。
2.根据权利要求1所述的一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，二氧化硅纳米颗粒、乙醇、水、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以重量百分比为1：3-5：0.1-0.2：0.01-0.02混合。
3.根据权利要求1所述的一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇以重量百分比1：3-5：0.01-0.03：0.01-0.03：10-40混合。
4.根据权利要求1所述的一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，密闭容器的温度为60-80℃，反应时间为2-6h。
5.根据权利要求1所述的一种亲水型聚四氟乙烯平板膜的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，氢氧化钠和水的重量百分比为1：50-100，溶液温度为40-60℃，反应时间为3-5h。
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