CN109280205B - 聚四氟乙烯双疏膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，采用等离子体处理、表面涂覆疏油层及氟硅烷改性的方法提高聚四氟乙烯双疏膜材料表面的疏水和疏油性能。本发明提高了聚四氟乙烯膜的疏水疏油性能，改性后PTFE膜的水、油接触角分别为154°、143°；改性后的PTFE膜不仅表现出稳定的空气流量，而且在含油系统中表现出良好的过滤性能，对含油烟气的截留率达99.5%以上。

Description

聚四氟乙烯双疏膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机膜的改性制备方法，特别是一种聚四氟乙烯膜的疏水疏油制备方法。
背景技术
在化学、石油、钢铁、食品等行业生产过程中，常常会排放一些有机物，形成油性气溶胶，主要为醛、酮、烃、芳香族化合物和酯类等化合物。长期吸入这些含油性气溶胶空气可能会导致一些疾病，如肺损伤，人体免疫力下降，潜在的致癌性等。因此，我们非常有必要从空气中去除油性气溶胶。然而，油具有高粘度和低表面能，使得它们可以容易地渗入过滤材料表面并阻挡大多数过滤材料的孔道。
聚四氟乙烯（PTFE）以其优异的耐高温性、化学稳定性、疏水性、不粘性、自润滑性能而闻名。这些性能可以应用到很多领域，包括服装用膜，泡点膜和工业烟气过滤。从表面特性来看PTFE的疏水性强，是因为其化学键能高、低表面张力、与其他聚合物的亲和力小的原因。 PTFE膜在工业烟气过滤中可以通过表面疏水性来除去水分，而使气体保持高流速通过。但是，PTFE膜是亲油的，当用于过滤含有油性化合物的气体时，油性气溶胶很容易粘附在膜的表面和孔通道上。因此，PTFE膜过滤含油气体时，会导致膜污染，增加过滤阻力，不适用于有机气溶胶的空气净化过程。这就需要改善其表面的亲油性能。
对有机膜疏水疏油的改性方法主要包括等离子体处理、化学气相沉积、化学刻蚀法等。但是这些过程不易放大，且过程较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种型聚四氟乙烯膜疏油改性的制备方法，得到疏水疏油的聚四氟乙烯薄膜材料。本发明通过等离子处理、表面聚合及氟硅烷改性来提高膜的疏油性能。该方法工艺简单，制备时间短，易于工业化。
本发明的技术方案如下：
一种聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将聚四氟乙烯膜放入等离子体反应器，氮气氛下加入全氟辛基丙烯酸酯的单体蒸汽，在一定压力下进行间歇式反应；
步骤二：配制溶液，在蒸馏水中加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮和聚丙烯酰胺，充分溶解；将步骤一得到的聚四氟乙烯膜浸没在此溶液中，用360nm的紫外光照射一段时间，然后将聚四氟乙烯膜取出用蒸馏水冲洗；
步骤三：将步骤二得到的聚四氟乙烯膜先100℃热水预处理，然后放入十七氟硅烷的乙醇溶液中浸泡一段时间，最后在烘箱中干燥。
其中：
步骤一中所述反应压力为25-30Pa；40-60W下放电反应1分钟，然后停止放电2分钟，再放电继续重复前面的反应，间歇反应2-6次后结束反应。
步骤二中所述聚丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺的质量比为1: 2-5:2-5: 100-200。步骤二中所述用紫外光照射的时间为2-3h。
步骤三中所述的浸泡时间为2-3h。步骤三中所述干燥为烘箱内100-120℃干燥2-10h。步骤三中所述的十七氟硅烷的乙醇溶液的质量浓度为2-3%。
本发明的有益效果：
1. 本发明提高了聚四氟乙烯膜的疏水疏油性能，通过间歇等离子反应提高了材料表面的粗糙度，并且在膜材料表面涂覆疏油层以及沸水-氟硅烷改性来提高疏油性能，改性后PTFE膜的水、油接触角分别为154°、143°，间歇短时间等离子反应比连续长时间的反应效果好。
2. 改性后的PTFE膜不仅表现出稳定的空气流量，而且在含油系统中表现出良好的过滤性能，对含油烟气的截留率达99.5%以上。该制备方法工艺简单，制备时间短，易于工业化。
附图说明
图1为实施例1的接触角测试图，（1）改性后聚四氟乙烯膜水接触角，（2）改性后聚四氟乙烯膜油接触角。
图2为实施例1的扫描电镜图，（a）改性前聚四氟乙烯膜，（b）改性后聚四氟乙烯膜。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施方式。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
实施例1
将聚四氟乙烯膜放入等离子体反应器，氮气氛下加入全氟辛基丙烯酸酯的单体蒸汽，在25Pa压力下进行间歇式反应，40W下放电反应1分钟，然后停止放电2分钟，再放电继续重复前面的反应，间歇反应4次后结束反应。
配制溶液，在蒸馏水中加入聚丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺，质量比为1: 2 : 2: 100，充分溶解。将上述得到的聚四氟乙烯膜浸没在此溶液中，用360nm的紫外光照射3h，然后将聚四氟乙烯膜取出用蒸馏水冲洗；
再将上述得到的聚四氟乙烯膜先100℃热水预处理，然后放入质量浓度为2%的十七氟硅烷的乙醇溶液中浸泡3h，最后在烘箱内100℃干燥4h。
如图1所示，改性后PTFE膜的水接触角为154°，十六烷油接触角为143°。图2是扫描电镜图，可见纤维孔道保持完好，表面粗糙度增加，纤维表面包覆有改性材料。
SiO2-PFTMS/PTFE膜含油烟气过滤性能测试。进气压力为0.1 MPa，通过控制发电机的压力来使得气体流量保持在0.4m3/h。在整个含油烟气过滤过程中，进口浓度始终保持在1320mg/m3，出口浓度为7mg/m3，截留率达99.5%。SiO2-PFTMS/PTFE膜的初始压降为2 kPa，过滤结束后，压降也只有8 kPa。可以看出改性后的SiO2-PFTMS/PTFE膜不仅表现出稳定的空气流量，而且在含油系统中表现出良好的过滤性能。
实施例2
将聚四氟乙烯膜放入等离子体反应器，氮气氛下加入全氟辛基丙烯酸酯的单体蒸汽，在30Pa压力下进行间歇式反应，50W下放电反应1分钟，然后停止放电2分钟，再放电继续重复前面的反应，间歇反应2次后结束反应。
配制溶液，在蒸馏水中加入聚丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺，质量比为1: 3: 3: 150，充分溶解。将上述得到的聚四氟乙烯膜浸没在此溶液中，用360nm的紫外光照射2h，然后将聚四氟乙烯膜取出用蒸馏水冲洗；
再将上述得到的聚四氟乙烯膜先100℃热水预处理，然后放入质量浓度为2%的十七氟硅烷的乙醇溶液中浸泡2h，最后在烘箱内100℃干燥10h。
改性后PTFE膜的水接触角为150°，十六烷油接触角为141°。
实施例3
将聚四氟乙烯膜放入等离子体反应器，氮气氛下加入全氟辛基丙烯酸酯的单体蒸汽，在30Pa压力下进行间歇式反应，60W下放电反应1分钟，然后停止放电2分钟，再放电继续重复前面的反应，间歇反应6次后结束反应。
配制溶液，在蒸馏水中加入聚丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺，质量比为1: 5: 5: 200，充分溶解。将上述得到的聚四氟乙烯膜浸没在此溶液中，用360nm的紫外光照射2h，然后将聚四氟乙烯膜取出用蒸馏水冲洗；
再将上述得到的聚四氟乙烯膜先100℃热水预处理，然后放入质量浓度为3%的十七氟硅烷的乙醇溶液中浸泡2h，最后在烘箱内120℃干燥2h。
改性后PTFE膜的水接触角为150°，十六烷油接触角为140°。
对比例1
按照实施例1的制备方法，区别在于：40W下连续放电反应4分钟，然后结束反应。其余制备过程与实施例1相同。
改性后PTFE膜的水接触角为139°，十六烷油接触角为120°。

Claims (7)

1.一种聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将聚四氟乙烯膜放入等离子体反应器，氮气氛下加入全氟辛基丙烯酸酯的蒸汽，在一定压力下进行间歇式反应；
步骤二：配制溶液，在蒸馏水中加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮和聚丙烯酰胺，充分溶解；将步骤一得到的聚四氟乙烯膜浸没在此溶液中，用360nm的紫外光照射一段时间，然后将聚四氟乙烯膜取出用蒸馏水冲洗；
步骤三：将步骤二得到的聚四氟乙烯膜先沸水预处理，再放入十七氟硅烷的乙醇溶液中浸泡一段时间，然后在烘箱中干燥。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述反应压力为25-30Pa；在40-60W下放电反应1分钟，然后停止放电2分钟，再放电继续重复前面的反应，间歇反应2-6次后结束反应。
3. 根据权利要求1所述的聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述聚丙烯酰胺、2,2-二乙氧基苯乙酮、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺的质量比为1: 2-5:2-5: 100-200。
4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述用紫外光照射的时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的浸泡时间为2-3h。
6.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，步骤三中所述干燥为烘箱内100-120℃干燥2-10h。
7.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯双疏膜的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的十七氟硅烷的乙醇溶液的质量浓度为2-3%。
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