CN114832634A - 一种聚四氟乙烯膜亲水改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚四氟乙烯膜亲水改性剂及其制备方法，至少由以下原料制成：全氟烷基乙烯、含双键亲水单体、引发剂、润湿剂、表面活性剂、有机溶剂。本发明所提供的聚四氟乙烯膜亲水改性剂对聚四氟乙烯膜具有良好亲水改性效果，经本发明亲水改性剂改性后的聚四氟乙烯膜接触角低至0°，同时，通过水通量实验结果可以看出本发明的亲水改性剂对聚四氟乙烯膜的亲水改性也具有非常好的稳定性和持久性，本发明制得的亲水剂在聚四氟乙烯等疏水材料的亲水改性领域具有良好的应用前景。

Description

一种聚四氟乙烯膜亲水改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及分离膜亲水改性技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯膜亲水改性剂及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯膜在水处理领域、食品、服装等领域均对其亲水性能有着极大的需求。聚四氟乙烯膜的制备有单向拉伸或者多向拉伸成孔方式，以及高温热定型工艺。由于工艺条件限制，造成聚四氟乙烯膜在制备的过程中难以通过传统的添加改性剂方式实现亲水改性。此外，聚四氟乙烯特殊的C-F结构，使得聚四氟乙烯表面能极低，具备难以粘附的特性。其疏水性使其容易在使用过程中存在不易被水浸润、水较难渗透通过膜、易被堵塞物污染导致渗透分离性能下降等问题。因此，聚四氟乙烯的亲水改性是研究人员一直以来都在努力克服的问题。

现有的亲水改性方法，主要是先采用化学腐蚀和表面等离子处理方式来对PTFE进行预处理，然后进行亲水改性。然而这些操作容易破坏聚四氟乙烯膜的机械性能，得不偿失。因此，探索新的改性方法，在保证不破坏聚四氟乙烯膜机械结构的前提下，使之具有良好的亲水性，是目前研究人员探索的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种特别针对聚四氟乙烯膜的亲水改性试剂，以及提供这种亲水改性试剂的制备方法，以解决目前聚四氟乙烯膜亲水改性中，亲水改性剂破坏膜结构、改性效果差的问题。

本发明的目的之一通过如下技术方案实现：

本申请的一种实施方案是，聚四氟乙烯膜亲水改性剂至少由以下原料制成：

全氟烷基乙烯、含双键亲水单体、引发剂、润湿剂、表面活性剂、有机溶剂。

一种更优的实施方案是，所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备原料中，所述全氟烷基乙烯包括但不限于全氟十二烷基乙烯和/或全氟癸基乙烯。

本申请的一种实施方案是，所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备原料中，所述含双键亲水单体包括但不限于烯丙基聚乙烯醇、丙烯酸或丙烯酸丁酯。优选的实施方案是所述含双键亲水单体为烯丙基聚乙烯醇。

本申请的一种实施方案是，所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备原料中，所述润湿剂包括但不限于二辛基磺基琥珀酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇400或吐温-80。

一种优选的实施方案是，所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂由以下重量份的原料制成：全氟烷基乙烯10-20份、含双键亲水单体5-15份、润湿剂35-55份、引发剂1-5份、表面活性剂15-20份、有机溶剂5-10份。

进一步优选的实施方案是，所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备原料中，所述润湿剂35-55份为：二辛基磺基琥珀酸钠15-30份、聚乙烯吡咯烷酮20-25份。

更为优选的实施方案是，所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其由以下重量份的原料制成：全氟烷基乙烯20份、含双键亲水单体15份、二辛基磺基琥珀酸钠15份、聚乙烯吡咯烷酮25份、引发剂1份、表面活性剂15份、有机溶剂9份。

本申请的一种实施方案是，所述聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其按照以下步骤制成：

1）于反应容器中，将全氟烷基乙烯和含双键亲水单体溶解分散在有机溶剂中，然后升温至60-90°C，加入引发剂，反应15-20h，得反应物；

2）将所得反应物整体温度控制在60-80℃，在搅拌的条件下加入润湿剂，并继续在60-80℃条件下持续搅拌2-3h，得混合液；

3）最后将表面活性剂加入步骤2）所得混合液中，继续搅拌2-3h，即得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

本发明的目的之二通过如下技术方案实现：

一种聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备方法，其包括以下步骤：

1）于反应容器中，将全氟烷基乙烯和含双键亲水单体溶解分散在有机溶剂中，然后升温至60-90°C，加入引发剂，反应15-20h，得反应物；

2）将所得反应物整体温度控制在60-80℃，在搅拌的条件下加入润湿剂，并继续在60-80℃条件下持续搅拌2-3h，得混合液；

3）最后将表面活性剂加入步骤2）所得混合液中，继续搅拌2-3h，即得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

进一步的，所述的引发剂包括但不限于过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二异丁腈。

进一步的，所述的表面活性剂包括但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚。

进一步的，所述的有机溶剂包括但不限于丙酮、正己烷、1，4二氧六环的一种或几种组合。

本发明所提供的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其以全氟十二烷基乙烯/全氟癸基乙烯和烯丙基聚乙烯醇为主体原料制备了亲水性的高分子聚合物，然后再将其与所添加润湿剂协同作用，制备成对聚四氟乙烯膜具有良好亲水改性效果的改性剂。通过接触角测试结果表明，经本发明亲水改性剂改性后的聚四氟乙烯膜接触角低至0°，本发明制得的亲水剂对聚四氟乙烯膜具有非常良好的亲水改性效果。另外，通过水通量实验结果可以看出本发明的亲水改性剂对聚四氟乙烯膜的亲水改性也具有非常好的稳定性和持久性。本发明制得的亲水剂在聚四氟乙烯等疏水材料的亲水改性领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明亲水改性剂改性后的聚四氟乙烯膜的长时间运行水通量稳定性检测。

图2是本发明亲水改性剂改性后的聚四氟乙烯膜接触角检测结果。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面通过几个具体实施例对本发明的技术方案进行进一步详细说明,但应认识到这些实施例仅为对本发明进行示例说明，而非限制本发明。。以下实施例中所提到原料份数均为重量份。

实施例1

聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备

1）将20份全氟十二烷基乙烯和15份烯丙基聚乙烯醇溶解分散在9份1，4二氧六环中，然后升温至80℃，加入1份过氧化苯甲酰，反应15 h，得反应物。

2）将步骤1）所得反应物的温度控制在60℃，然后边搅拌边依次加入15份二辛基磺基琥珀酸钠、25份聚乙烯吡咯烷酮，并继续搅拌2h，得混合液。

3）最后将15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入步骤2）所得混合液中，再继续搅拌3h，即制得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

实施例2

聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备

1）将10份全氟癸基乙烯和5份烯丙基聚乙烯醇溶解分散在6份丙酮中，然后升温至65℃，加入1份偶氮二异丁腈，反应15 h，得反应物。

2）将步骤1）所得反应物的温度控制在70℃，然后边搅拌边依次加入15份二辛基磺基琥珀酸钠、20份聚乙烯吡咯烷酮，并继续搅拌2h，得混合液。

3）最后将15份月桂醇硫酸钠加入步骤2）所得混合液中，再继续搅拌3h，即制得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

实施例3

聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备

1）将20份全氟十二烷基乙烯和10份烯丙基聚乙烯醇溶解分散在10份有机溶剂（丙酮和1，4二氧六环各5份）中，倒入反应容器中，升温至70 ℃，然后加入5份偶氮二异丁腈，反应15 h，得反应物。

2）将步骤1）的反应物温度控制在60 ℃，在搅拌的条件下依次加入15份二辛基磺基琥珀酸钠、25份聚乙烯吡咯烷酮继续搅拌2h，得混合液。

3）最后将20份脂肪醇聚氧乙烯醚加入上述步骤2）混合液中，继续搅拌2h，即制得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

实施例4

聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备

1）将10份全氟十二烷基乙烯和10份烯丙基聚乙烯醇溶解分散在10份丙酮中，倒入反应容器中，升温至90 ℃，然后加入5份过硫酸钾，反应15 h。

2）将步骤（1）的反应物温度控制在80 ℃，在搅拌的条件下依次加入30份二辛基磺基琥珀酸钠、20份聚乙烯吡咯烷酮继续搅拌2.5 h。

3）最后将15份表面活性剂（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵和脂肪醇聚氧乙烯醚各50%）加入上述步骤2）混合液中，继续搅拌2 h，即制得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

实施例5

聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备

1）将15份全氟十二烷基乙烯和10份烯丙基聚乙烯醇溶解分散在9份有机溶剂（丙酮40%和1，4二氧六环60%）中，倒入反应容器中，升温至70 ℃，然后加入1份引发剂偶氮二异丁腈，反应15 h。

2）将步骤1）的反应物温度控制在70 ℃，在搅拌的条件下依次加入25份二辛基磺基琥珀酸钠、25份聚乙烯吡咯烷酮继续搅拌2 h。

3）最后将15份表面活性剂（月桂醇硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚各50%）加入上述步骤2）混合液中，继续搅拌3h，即制得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

利用实施例1制备的亲水改性剂对聚四氟乙烯膜进行亲水改性：将聚四氟乙烯膜（平板膜）制于亲水改性剂中浸泡5-24h，然后取出进行烘干处理，即得亲水改性聚四氟乙烯膜。

实验例1 接触角检测

对所制得的亲水改性聚四氟乙烯膜的接触角进行检测。检测结果见图2。

测试结果表明，经本发明亲水改性剂处理后的聚四氟乙烯膜具备优异的亲水性能，接触角低至0°，因此本发明制得的改性剂对聚四氟乙烯膜具有非常良好的亲水改性效果。

实验例2 水通量实验

对所制备的亲水改性聚四氟乙烯膜的水通量进行长时间检测，结果如图1所示。从图1所示结果可以看出，本发明的亲水膜在20kpa负压、长时间的运行条件下水通量基本维持不变，具有良好的持久性。

从接触角实验以及水通量实验可以看出，本发明的亲水改性剂对聚四氟乙烯膜具有非常好的亲水改性效果，这主要得益于改性剂主要成分中的疏水C-F结构对聚四氟乙烯有极高的粘附力，使其具备了稳定的耐冲洗性和优异的亲水性。

以上所述实施例仅表达了本发明较优的几种具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。在本发明所要求保护范围内的其它可实施方案，均可达到与基本上与上述实施例所制备的负极材料相当的水平，因此不再一一例举。

Claims (9)

1.一种聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，至少由以下原料制成：

全氟烷基乙烯、含双键亲水单体、引发剂、润湿剂、表面活性剂、有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，所述全氟烷基乙烯包括但不限于全氟十二烷基乙烯、全氟癸基乙烯。

3.根据权利要求1或2所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，所述含双键亲水单体包括但不限于烯丙基聚乙烯醇、丙烯酸、丙烯酸丁酯。

4.根据权利要求1、2或3所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，所述润湿剂包括但不限于二辛基磺基琥珀酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇400、吐温80。

5.根据权利要求4所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，至少由以下重量份的原料制成：全氟烷基乙烯10-20份、含双键亲水单体5-15份、润湿剂35-55份、引发剂1-5份、表面活性剂15-20份、有机溶剂5-10份。

6.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，所述润湿剂35-55份为：二辛基磺基琥珀酸钠15-30份、聚乙烯吡咯烷酮20-25份。

7.根据权利要求6所述的聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：全氟烷基乙烯20份、含双键亲水单体15份、二辛基磺基琥珀酸钠15份、聚乙烯吡咯烷酮25份、引发剂1份、表面活性剂15份、有机溶剂9份。

8.根据权利要求1-7任一所述聚四氟乙烯膜亲水改性剂，其特征在于，按照以下步骤制成：

1）于反应容器中，将全氟烷基乙烯和含双键亲水单体溶解分散在有机溶剂中，然后升温至60-90°C，加入引发剂，反应15-20h，得反应物；

2）将所得反应物整体温度控制在60-80℃，在搅拌的条件下加入润湿剂，并继续在60-80℃条件下持续搅拌2-3h，得混合液；

3）最后将表面活性剂加入步骤2）所得混合液中，继续搅拌2-3h，即得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

9.一种权利要求1-7所述聚四氟乙烯膜亲水改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）于反应容器中，将全氟烷基乙烯和含双键亲水单体溶解分散在有机溶剂中，然后升温至60-90°C，加入引发剂，反应15-20h，得反应物；

2）将所得反应物整体温度控制在60-80℃，在搅拌的条件下加入润湿剂，并继续在60-80℃条件下持续搅拌2-3h，得混合液；

3）最后将表面活性剂加入步骤2）所得混合液中，继续搅拌2-3h，即得聚四氟乙烯膜亲水改性剂。

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