CN113230911A - 一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法 - Google Patents

一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，配制氯硅烷溶液，将氯硅烷加入烷烃溶剂中，以PTFE双向拉伸膜为底膜对其表面进行喷涂，喷涂完毕后将PTFE膜干燥；配制氟硅烷溶液，将二氧化硅纳米粒子加入烷烃溶剂中，边搅拌边加入全氟硅烷，对PTFE膜进行喷涂一段时间，喷涂完毕后干燥；将得到的PTFE膜放入去离子水中浸泡一段时间，然后在烘箱中干燥。本发明的改性膜具有微纳米粗糙结构，使其具备疏水疏油性能，尤其是疏油性较原膜大幅度提升，且具备一定的稳定性，可延长其在气固分离领域中的使用寿命。

Description

一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机膜的制备方法，具体指一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，属于膜分离技术领域。
背景技术
近年来，空气污染的加剧对人类健康产生巨大威胁。细颗粒物或者PM2.5是严重的空气污染物，长时间接触会严重危害人体呼吸系统、心血管系统、神经系统、免疫系统，甚至会导致癌症的发生。垃圾焚烧，煤电，钢铁，水泥和冶金等工业中都会排放一定的烟尘，这些烟尘除含有细颗粒物外还有有害油性气溶胶，如醛，烃，芳族化合物等。因此，在过滤固体颗粒物的同时也需要除去油性物。
在有机膜中，聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜表现出出色的化学稳定性，高耐热性，强疏水性和高断裂韧性，这些特性使其适用于多种应用。特定膜性能的要求因其目标应用而异。在气固分离中，要求膜具有高孔隙率和比表面积，通常用PTFE纤维膜，其具有良好的机械性能和大量微孔，可以实现较高的比表面积，从而在颗粒和纤维之间提供更多的接触面积，同时保留足够的颗粒截留率和透气性。在气固分离中，PTFE膜不仅可以截颗粒，而且由于其强疏水性可以防止液体被截留在膜内，提高过滤效率。但是，PTFE是亲油的，不适用于过滤含油化合物的烟气，使用时油性气雾剂粘附在膜的表面和孔道上，这会导致膜结垢并增加过滤阻力，缩短使用寿命。因此，在保证PTFE膜一定疏水性能的条件下，进一步提高其疏油性，即达到双疏，在气固分离中是非常必要的。
在双疏表面的制备中，喷涂法是目前适用范围较广、成本低廉的方法之一，且喷涂法对多种基底都具有较好的粘附性。
发明内容
本发明的目的是制备双疏聚四氟乙烯膜，是在聚四氟乙烯膜表面喷涂氯硅烷和纳米粒子所制得的双疏改性膜。
本发明的技术方案是：一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制氯硅烷溶液，将氯硅烷加入烷烃溶剂中，搅拌均匀，然后将上述溶液倒入喷瓶中，调节喷涂压力，以PTFE双向拉伸膜为底膜对其表面进行喷涂一段时间，喷涂完毕后将PTFE膜放入真空干燥箱干燥；其中氯硅烷选自二苯基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷中的一种；烷烃类溶剂选自环己烷、正己烷、正辛烷中的一种；
2)配制氟硅烷溶液，将二氧化硅纳米粒子加入烷烃溶剂中，超声处理一段时间，然后边搅拌边加入全氟硅烷，并搅拌一段时间，然后将上述溶液倒入喷瓶中，调节喷涂压力，对步骤1)得到的PTFE膜进行喷涂一段时间，喷涂完毕后放入真空干燥箱干燥；其中二氧化硅粒子为普通纳米粒子或疏水型纳米粒子中的一种，纳米粒子粒径在15-1000nm之间；全氟硅烷选自全氟癸基三氯硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种；
3)将步骤2)得到的PTFE膜放入去离子水中浸泡一段时间，然后在烘箱中干燥。
作为优选，上述步骤1)中的氯硅烷的浓度在5-50mg/ml之间。
作为优选，上述步骤1)、步骤2)中的喷涂压力为0.1-0.5MPa，喷涂时间为5-60s。
作为优选，上述步骤1)、步骤2)中的真空干燥温度为50-80℃，干燥时间为20-40min。
作为优选，上述步骤2)中的超声处理为20-40min，搅拌时间为1-3h。
作为优选，上述步骤2)中二氧化硅纳米粒子的浓度在0.1-5mg/ml之间，二氧化硅纳米粒子和全氟硅烷的质量体积比为1：1-20。
作为优选，上述步骤3)中浸泡时间为1-2h，烘箱内50-70℃干燥20-40min。
有益效果：商业聚四氟乙烯膜本身具有较强的疏水性，对水的接触角可达145°，而对于低表面张力液体(如环己烷)，极易在膜表面铺展，其接触角可视为0°。本发明中改性后的聚四氟乙烯膜对水的接触角仍保持在140°以上，而对环己烷的接触角可达120°以上，改性膜具有微纳米粗糙结构，使其具备疏水疏油性能，尤其是疏油性较原膜大幅度提升，且具备一定的稳定性，可延长其在气固分离领域中的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1的接触角测试图，(a)改性后聚四氟乙烯膜水接触角，(b)改性后聚四氟乙烯膜油接触角。
具体实施方式
以下实例给出改性后聚四氟乙烯膜的双疏性能。然而，这些实例仅仅提供部分说明而不是限定此发明。
实施例1-6
配制浓度为20mg/ml十八烷基三氯硅烷的正辛烷溶液，搅拌均匀，倒入喷瓶中，调节喷涂压力为0.3MPa，以商业聚四氟乙烯膜为底膜对其表面进行喷涂10s。将喷涂后的膜放入70℃真空干燥箱内20min。配制浓度为5mg/ml普通SiO2(15nm)纳米粒子的正辛烷溶液，超声20-40min，然后边搅拌边加入全氟癸基三氯硅烷，SiO2和全氟硅烷质量体积比为1：1，搅拌1-3h，倒入喷瓶中，调节喷涂压力为0.3MPa，对上述得到的膜喷涂5-30s。喷涂后放入70℃真空干燥箱内20-40min，然后取出浸入去离子水中1-2h，最后放入60℃烘箱内干燥20-40min。
接触角测试：将干燥的膜样品裁剪成一定大小，用双面胶固定在载玻片上。采用接触角测量仪(OCA15EC，德国Dataphysics)测量膜表面对水和环己烷的静态接触角，实验中控制测试液滴体积大约为5.0μL，数据由仪器自带软件处理得到。测得商业聚四氟乙烯膜对水的接触角为145°左右，由于环己烷液滴在膜表面迅速铺展，因此原膜对环己烷的接触角可视为0°。以下为实施例1-6测得的接触角结果：
SiO<sub>2</sub>喷涂时间(s) 水接触角(°) 环己烷接触角(°)
5 154.53 123.90
10 149.07 117.36
15 149.36 131.38
20 157.36 136.95
25 152.18 136.18
30 149.73 126.14
如图1所示，SiO2喷涂时间为5s的聚四氟乙烯膜对水的接触角为154.53°，对环己烷的接触角为123.90°。
实施例7-12
配制浓度为20mg/ml十八烷基三氯硅烷的正辛烷溶液，搅拌均匀，倒入喷瓶中，调节喷涂压力为0.3MPa，以商业聚四氟乙烯膜为底膜对其表面进行喷涂10s。。将喷涂后的膜放入65℃真空干燥箱内30min。配制浓度为3mg/ml普通SiO2(15nm)纳米粒子的正辛烷溶液，超声20-40min，然后边搅拌边加入全氟癸基三氯硅烷，SiO2和全氟硅烷质量体积比为1：1，搅拌1-3h，倒入喷瓶中，调节喷涂压力为0.3MPa，对上述膜喷涂5-30s。喷涂后放入70℃真空干燥箱内20-30min，然后取出浸入去离子水中1-2h，最后放入60℃烘箱内干燥20-40min。
接触角测试方式同实施例1-6。以下为实施例7-12测得的接触角结果：
SiO<sub>2</sub>喷涂时间(s) 水接触角(°) 环己烷接触角(°)
5 153.24 114.18
10 156.50 99.61
15 154.48 119.17
20 151.19 134.43
25 153.57 111.70
30 155.72 102.27

Claims (7)

1.一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)配制氯硅烷溶液，将氯硅烷加入烷烃溶剂中，搅拌均匀，然后将上述溶液倒入喷瓶中，调节喷涂压力，以PTFE双向拉伸膜为底膜对其表面进行喷涂一段时间，喷涂完毕后将PTFE膜放入真空干燥箱干燥；其中氯硅烷选自二苯基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷中的一种；烷烃类溶剂选自环己烷、正己烷、正辛烷中的一种；
2)配制氟硅烷溶液，将二氧化硅纳米粒子加入烷烃溶剂中，超声处理一段时间，然后边搅拌边加入全氟硅烷，并搅拌一段时间，然后将上述溶液倒入喷瓶中，调节喷涂压力，对步骤1)得到的PTFE膜进行喷涂一段时间，喷涂完毕后放入真空干燥箱干燥；其中二氧化硅粒子为普通纳米粒子或疏水型纳米粒子中的一种，纳米粒子粒径在15-1000nm之间；全氟硅烷选自全氟癸基三氯硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种；
3)将步骤2)得到的PTFE膜放入去离子水中浸泡一段时间，然后在烘箱中干燥。
2.如权利要求1所述的一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的氯硅烷的浓度在5-50mg/ml之间。
3.如权利要求1所述的一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)、步骤2)中的喷涂压力为0.1-0.5MPa，喷涂时间为5-60s。
4.如权利要求1所述的一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)、步骤2)中的真空干燥温度为50-80℃，干燥时间为20-40min。
5.如权利要求1所述的一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的超声处理为20-40min，搅拌时间为1-3h。
6.如权利要求1所述的一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中二氧化硅纳米粒子的浓度在0.1-5mg/ml之间，二氧化硅纳米粒子和全氟硅烷的质量体积比为1：1-20。
7.如权利要求1所述的一种双疏聚四氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中浸泡时间为1-2h，烘箱内50-70℃干燥20-40min。
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