CN112191106A - 一种疏水透气复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种疏水透气复合膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合膜技术领域，具体涉及一种疏水透气复合膜及其制备方法和应用。本发明提供的疏水透气复合膜的制备方法，包括以下步骤：将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，得到浸泡后的熔喷膜；将所述浸泡后的熔喷膜进行干燥，得到所述疏水透气复合膜。本发明以熔喷膜为骨架材料，将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，经过干燥将熔喷膜中聚偏氟乙烯溶液中的溶剂除去形成微孔，制备得到疏水透气复合膜。本发明提供的制备方法所需原料廉价易得，制备工艺简单易操作，能够实现大规模生产，大大降低了生产成本。

Description

一种疏水透气复合膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合膜技术领域，具体涉及一种疏水透气复合膜及其制备方法和应用。
背景技术
疏水透气膜不仅能够阻止水滴的渗透，而且能够允许水蒸气等气体的渗透传输。在防护性衣物、航空和水产业等多种领域得到了广泛的应用。目前市场上主流的防水透气膜为聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜，该膜不仅具有优异的防水性能，而且拥有优异的透气性能。但是聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜的常规制备工艺复杂，成本高昂。
此外，现有技术中也有利用纳米纤维织成具有防水透气性的膜，这些纳米纤维通常是利用静电纺丝的方法制备得到的，但静电纺丝法目前还不能用于规模化生产，其工艺参数比较复杂，同样不能降低生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种疏水透气复合膜的制备方法，本发明提供的制备方法简单，易于操作，能够大规模生产；本发明提供的制备方法以熔喷膜为骨架材料，制备原料廉价易得，降低了生产成本。
本发明提供了一种疏水透气复合膜的制备方法，包括以下步骤：
将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，得到浸泡后的熔喷膜；
将所述浸泡后的熔喷膜进行干燥，得到所述疏水透气复合膜。
优选的，所述聚偏氟乙烯溶液中的溶剂包括1-甲基-2吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
优选的，所述聚偏氟乙烯溶液中聚偏氟乙烯的质量百分含量为0.5～10％。
优选的，所述熔喷膜和聚偏氟乙烯溶液的质量比为1:100～1:20；
所述浸泡的时间为5～30min。
优选的，所述干燥的温度为40～170℃，时间为30～300min。
优选的，所述干燥前还包括均匀化处理；
所述均匀化处理为将浸泡后的熔喷膜垂直悬挂，所述垂直悬挂的时间为10～30min。
优选的，所述熔喷膜的材质包括聚丙烯纤维；
所述聚丙烯纤维的直径为1～10μm。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的得到的疏水透气复合膜，包括熔喷膜和复合在所述熔喷膜表面的聚偏氟乙烯；所述疏水透气复合膜含有微孔。
优选的，所述疏水透气复合膜的水接触角为120～140°，静水压为75～100cm，水蒸气透过率为6～13kg·m-2·d-1。
本发明还提供了上述技术方案所述疏水透气复合膜在制备电池防爆膜或电子器件防水膜中的应用。
本发明提供了一种疏水透气复合膜的制备方法，包括以下步骤：将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，得到浸泡后的熔喷膜；将所述浸泡后的熔喷膜进行干燥，得到所述疏水透气复合膜。本发明以熔喷膜为骨架材料，将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，经过干燥将熔喷膜中聚偏氟乙烯溶液中的溶剂除去形成微孔，制备得到疏水透气复合膜。本发明提供的制备方法所需原料廉价易得，制备工艺简单易操作，能够实现大规模生产，大大降低了生产成本。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的得到的疏水透气复合膜，包括熔喷膜和复合在熔喷膜表面的聚偏氟乙烯；所述疏水透气复合膜含有微孔。在本发明中，所述熔喷膜厚度较薄，且具有较大的空隙，能够保证疏水透气复合膜具有较低的静水压，本发明将聚偏氟乙烯复合在熔喷膜表面，提高了疏水透气复合膜的疏水性，所述疏水透气复合膜中的微孔使疏水透气复合膜具有良好的透气性。
附图说明
图1为实施例1制备得到的疏水透气复合膜的实物图；
图2为实施例1制备得到的疏水透气复合膜的扫描电镜图；
图3为对比例1的聚丙烯纤维熔喷膜的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种疏水透气复合膜的制备方法，包括以下步骤：
将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，得到浸泡后的熔喷膜；
将所述浸泡后的熔喷膜进行干燥，得到所述疏水透气复合膜。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，得到浸泡后的熔喷膜。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯溶液的制备方法优选为：将聚偏氟乙烯(PVDF)和溶剂混合，得到聚偏氟乙烯溶液。在本发明中，所述溶剂优选包括1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)中的一种或多种；当所述溶剂为两种以上上述物质时，本发明对多种具体物质的配比无特殊限定，采用任意配比即可。本发明对所述混合的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行并能够保证所述聚偏氟乙烯溶解于所述溶剂中即可。在本发明中，所述聚偏氟乙烯溶液中聚偏氟乙烯的质量百分含量优选为0.5～10％，更优选为3～5％。
在本发明中，所述熔喷膜的材质优选包括聚丙烯纤维。在本发明中，所述聚丙烯纤维的直径优选为1～10μm，更优选为3～5μm。在本发明中，所述熔喷膜的孔隙率优选为75～85％，更优选为80％。
在本发明中，所述熔喷膜和聚偏氟乙烯溶液的质量比优选为1:100～1:20，更优选为1:70～1:30。
在本发明中，所述浸泡的时间优选为5～30min，更优选为10～20min。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯溶液会黏附在熔喷膜表面和空隙内。
得到浸泡后的熔喷膜后，本发明将所述浸泡后的熔喷膜进行干燥，得到所述疏水透气复合膜。在本发明中，所述干燥前还优选包括均匀化处理；所述均匀化处理优选为将浸泡后的熔喷膜垂直悬挂；所述垂直悬挂的时间优选为10～30min，更优选为15～25min，更进一步优选为20min。在本发明中，所述均匀化处理利用重力除去多余的聚偏氟乙烯溶液，同时将吸附在熔喷膜表面的聚偏氟乙烯在流动过程中填充在熔喷膜的空隙中，形成膜层。
在本发明中，所述干燥的温度优选为40～170℃，更优选为80～100℃；时间优选为30～300min，更优选为60～100min。本发明对干燥的方式无特殊限定，只要能够达到干燥的目的即可，本发明的实施例中具体采用烘干的方式。本发明通过干燥除去均匀化处理后熔喷膜中含有的溶剂形成微孔。
本发明以熔喷膜为骨架材料，通过浸泡和干燥简单的工艺将熔喷膜与聚偏氟乙烯进行复合，使疏水透气复合膜具有良好力学性能的同时具有良好的疏水透气性，同时本发明制备得到的疏水透气复合膜易降解不会污染环境，具有良好的环保性。本发明提供的制备方法原料廉价易得，制备工艺简单易行，成品率高，利于规模化生产的同时大大降低了生产成本。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的疏水透气复合膜，所述疏水透气复合膜包括熔喷膜和复合在所述熔喷膜表面的聚偏氟乙烯；所述疏水透气复合膜含有微孔。在本发明中，所述疏水透气复合膜的孔隙率优选为35～60％，更优选为40～55％；所述微孔的孔径优选为2～30μm，更优选为12～25μm，更进一步优选为15～22μm。在本发明中，所述疏水透气复合膜的水接触角为120～140°，优选为130～135°；静水压为75～100cm，优选为85～90cm；水蒸气透过率为6～13kg·m-2·d-1，优选为8～10kg·m-2·d-1。
本发明还提供了上述技术方案所述疏水透气复合膜在电池防爆膜、电子器件防水膜中的应用。本发明提供的疏水透气复合膜具有良好的疏水性能够避免水进行电子器件内部影响电子器件的性能，能够使电子器件在室外正常使用；本发明提供的疏水透气复合膜具有良好的透气性，能够及时释放电池中产生的气体，防止产生爆炸。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.5g PVDF和99.5g的NMP混合，得到聚偏氟乙烯溶液；
将2g聚丙烯纤维熔喷膜(纤维直径为10μm)浸泡在40g 0.5％聚偏氟乙烯溶液5min后取出进行垂直悬挂10min后在40℃下烘干300min，得到孔径为20±5μm，孔隙率为60％的疏水透气复合膜。
图1为实施例1制备得到的疏水透气复合膜，由图1可知，疏水透气复合膜的颜色为白色，且较熔喷膜具有更加致密的结构。
实施例2
将3g PVDF和97g的NMP混合，得到聚偏氟乙烯溶液；
将2g聚丙烯纤维熔喷膜(纤维直径为1μm，)浸泡在60g 3％聚偏氟乙烯溶液20min后取出垂直悬挂20min后，在80℃下烘干60min，得到孔径为17±5μm孔隙率为55％的疏水透气复合膜。
实施例3
将10g PVDF和90g的DMF混合，得到聚偏氟乙烯溶液；
将1g聚丙烯纤维熔喷膜(纤维直径为5μm)浸泡在100g 10％聚偏氟乙烯溶液30min后取出进行垂直悬挂30min后在170℃下烘干30min)，得到孔径为7±5μm，孔隙率为35％的疏水透气复合膜。
对比例1
将常规市售聚丙烯纤维熔喷膜作为对比例1；所述市售聚丙烯纤维熔喷膜中聚丙烯纤维的直径为5μm，所述市售聚丙烯纤维熔喷膜的孔径为40±20μm，孔隙率为80％。
将实施例1制备得到的疏水透气复合膜进行扫描电镜观察，得到扫描电镜图如图2所示；将对比例1中的聚丙烯纤维熔喷膜进行扫描电镜观察，得到扫描电镜图如图3所示。
结合图2和图3可知，实施例1制备得到的疏水透气复合膜包含的熔喷膜中的部分孔被聚偏氟乙烯填充，实施例1制备得到的疏水透气复合膜较对比例1中的市售聚丙烯纤维熔喷膜具有较低的孔隙率和较小的孔径。按照如下方法检测实施例1～3制备得到的疏水透气复合膜和对比例1中的聚丙烯纤维熔喷膜的疏水性和透气性，其结果列于表1中。
检测水接触角方法：将5μL水分别滴在平整的实施例1～3制备得到的疏水透气复合膜和对比例1中的聚丙烯纤维熔喷膜上，利用接触角测试仪分别测试水和膜的接触角；
检测水静压方法：用实施例1～3制备得到的疏水透气复合膜和对比例1中的聚丙烯纤维熔喷膜将玻璃管(内径为3cm，长度为150cm)的一端封住，然后从玻璃管的另一端按照100mL/min的速率注水，直到膜开始渗水停止注水，并记录下此时水柱的高度，即为水静压；
检测水蒸气透过率方法：按照ASTM E96标准利用YG601H水蒸气传输仪进行检测。
表1实施例1～3制备得到的疏水透气复合膜和对比例1中的聚丙烯纤维熔喷膜的疏水性和透气性
Figure BDA0002675252250000061
由表1中的数据可知，按照本发明提供的制备方法制备得到的疏水透气复合膜具有良好的疏水透气性能。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种疏水透气复合膜的制备方法，包括以下步骤：
将熔喷膜浸泡在聚偏氟乙烯溶液中，得到浸泡后的熔喷膜；
将所述浸泡后的熔喷膜进行干燥，得到所述疏水透气复合膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯溶液中的溶剂包括1-甲基-2吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯溶液中聚偏氟乙烯的质量百分含量为0.5～10％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔喷膜和聚偏氟乙烯溶液的质量比为1:100～1:20；
所述浸泡的时间为5～30min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为40～170℃，时间为30～300min。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥前还包括均匀化处理；
所述均匀化处理为将浸泡后的熔喷膜垂直悬挂，所述垂直悬挂的时间为10～30min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔喷膜的材质包括聚丙烯纤维；
所述聚丙烯纤维的直径为1～10μm。
8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备的得到的疏水透气复合膜，包括熔喷膜和复合在所述熔喷膜表面的聚偏氟乙烯；所述疏水透气复合膜含有微孔。
9.根据权利要求8所述疏水透气复合膜，其特征在于，所述疏水透气复合膜的水接触角为120～140°，静水压为75～100cm，水蒸气透过率为6～13kg·m-2·d-1。
10.权利要求8或9所述疏水透气复合膜在制备电池防爆膜或电子器件防水膜中的应用。
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