CN115418739A - 一种聚四氟乙烯纳米纤维配方及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚四氟乙烯纳米纤维配方及其制备方法，包括如下质量份的组分：聚四氟乙烯树脂100份；界面添加剂3‑8份；润滑剂5‑15份。本发明提供了一种聚四氟乙烯纳米纤维配方，通过加入界面添加剂，能够诱导聚四氟乙烯高分子链更容易发生分子间界面的相对滑移，在拉伸和烧结的作用下，发生更大程度的原纤化，产生纳米尺度的纤维。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物纤维技术领域，具体为一种聚四氟乙烯纳米纤维配方及其制备方法。
背景技术
煤电厂、钢铁厂和垃圾焚烧站在运行过程中都会产生大量粉尘，特别是PM2.5，目前主要利用高温滤料系统对其截留。而聚四氟乙烯纤维覆膜滤袋是当前应用最广的滤料，其由两层结构组成，一层是聚四氟乙烯无纺布骨架层，另一层是黏附在其上的聚四氟乙烯滤膜。尽管这类滤料针对PM2.5有很好的过滤效果，截留率在99％以上，但是通量低、风阻大、能耗高。特别是覆膜与骨架层的结合牢度不高，在反吹洗过程中容易导致覆膜脱落，降低了滤料的长期使用稳定性。因此，发展一种纳米级聚四氟乙烯纤维直接制成滤料替代现有的聚四氟乙烯覆膜滤料，将有望在不损耗截留率的基础上，提高通量、降低能耗，提高长期使用稳定性。
目前聚四氟乙烯纳米纤维主要采用静电纺丝制备，但是这种方法需要其他聚合物作为模板，且不能大规模工业化生产，难以制得用于滤料系统的聚四氟乙烯纳米纤维，本发明针对以上问题提出了一种新的解决方案。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种聚四氟乙烯纳米纤维配方及其制备方法，以解决背景技术中提到的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚四氟乙烯纳米纤维配方，包括如下质量份的组分：
聚四氟乙烯树脂100份；
界面添加剂3-8份；
润滑剂5-15份。
优选的，所述聚四氟乙烯树脂的粒径为10-500微米。
本发明还包括一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：准备原材料：聚四氟乙烯树脂、界面添加剂、润滑剂和表面改性剂；
步骤二：将无机纳米粉体加入到有机溶剂中，固含量为5％-25％，经搅拌、超声使无机纳米粉体分散均匀，进而得到混合物；
步骤三：在步骤二所述的混合物中加入相当于无机纳米粉体质量0.3-10倍的表面改性剂，在20℃-100℃下反应2-20小时；
步骤四：将反应产物过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂；
步骤五：将聚四氟乙烯树脂、界面添加剂和润滑剂混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等步骤制得。
在进一步中优选的是，所述步骤二中的无机纳米粉体包括碳酸钙、氧化锌、二氧化硅、高岭土、二氧化钛、蒙脱石、石墨、石墨烯、碳纳米管和氧化铝。
在进一步中优选的是，所述无机纳米粉体粒径为5-500nm。
在进一步中优选的是，所述步骤二中的表面改性剂包括羟基类硅烷偶联剂、羧基硅烷偶联剂、烷烃类硅烷偶联剂和聚氧乙烯基硅烷偶联剂中的一种或几种的组合。
在进一步中优选的是，所述步骤一种的润滑剂包括航空煤油、白油、硅油、氟油中的一种或几种的组合。
在进一步中优选的是，所述聚四氟乙烯纳米纤维的直径为10-800nm。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种聚四氟乙烯纳米纤维配方及其制备方法，具备以下有益效果：
本发明发明了一种简捷地制备界面添加剂的方法，能够制备纳米尺度可控，表面官能团可调的界面添加剂。
本发明提供了一种聚四氟乙烯纳米纤维配方，通过加入界面添加剂，能够诱导聚四氟乙烯高分子链更容易发生分子间界面的相对滑移，在拉伸和烧结的作用下，发生更大程度的原纤化，产生纳米尺度的纤维。
本发明发展了一种可大规模工业化生产聚四氟乙烯纳米纤维的制备方法，能够直接制备高效的滤料，在保持PM2.5截留率在99％的基础上，大幅提高滤料的通量，降低风阻，减少能耗并提高滤料的长期使用稳定性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种聚四氟乙烯纳米纤维配方，包括如下质量份的组分：
聚四氟乙烯树脂100份；
界面添加剂3-8份；
润滑剂5-15份。
在本实施例中，所述聚四氟乙烯树脂的粒径为10-500微米。
实施例2：
本发明还包括一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：准备原材料：聚四氟乙烯树脂、界面添加剂、润滑剂和表面改性剂；
步骤二：将无机纳米粉体加入到有机溶剂中，固含量为5％-25％，经搅拌、超声使无机纳米粉体分散均匀，进而得到混合物；
步骤三：在步骤二所述的混合物中加入相当于无机纳米粉体质量0.3-10倍的表面改性剂，在20℃-100℃下反应2-20小时；
步骤四：将反应产物过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂；
步骤五：将聚四氟乙烯树脂、界面添加剂和润滑剂混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等步骤制得。
实施例3：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例4：
将直径为30nm的蒙脱石粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例5：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为20％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例6：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1.5倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例7：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂烷烃类硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例8：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在90℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例9：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应10小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例10：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为100微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例11：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂7份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例12：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油11份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为200纳米的聚四氟乙烯纤维。
实施例13：
将直径为30nm的碳酸钙粉体加入到有机溶剂DMF中，固含量为10％，经搅拌、超声使碳酸钙粉体分散均匀。随后，加入1倍质量的表面改性剂羧基硅烷偶联剂，在60℃下反应5小时，经过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂。将粒径为50微米的聚四氟乙烯树脂100份、界面添加剂4份、白油7份混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等制得直径为50纳米的聚四氟乙烯纤维。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种聚四氟乙烯纳米纤维配方，其特征在于，包括如下质量份的组分：
聚四氟乙烯树脂100份；
界面添加剂3-8份；
润滑剂5-15份。
2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯纳米纤维配方，其特征在于：所述聚四氟乙烯树脂的粒径为10-500微米。
3.本发明还包括一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：准备原材料：聚四氟乙烯树脂、界面添加剂、润滑剂和表面改性剂；
步骤二：将无机纳米粉体加入到有机溶剂中，固含量为5％-25％，经搅拌、超声使无机纳米粉体分散均匀，进而得到混合物；
步骤三：在步骤二所述的混合物中加入相当于无机纳米粉体质量0.3-10倍的表面改性剂，在20℃-100℃下反应2-20小时；
步骤四：将反应产物过滤、洗涤、干燥即获得界面添加剂；
步骤五：将聚四氟乙烯树脂、界面添加剂和润滑剂混合均匀后熟化，经压坯、推挤、压延、脱油、拉伸和烧结等步骤制得。
4.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的无机纳米粉体包括碳酸钙、氧化锌、二氧化硅、高岭土、二氧化钛、蒙脱石、石墨、石墨烯、碳纳米管和氧化铝。
5.根据权利要求4所述的一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，其特征在于：所述无机纳米粉体粒径为5-500nm。
6.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的表面改性剂包括羟基类硅烷偶联剂、羧基硅烷偶联剂、烷烃类硅烷偶联剂和聚氧乙烯基硅烷偶联剂中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，其特征在于：所述步骤一种的润滑剂包括航空煤油、白油、硅油、氟油中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的一种聚四氟乙烯纳米纤维配方的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯纳米纤维的直径为10-800nm。
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2022
- 2022-06-29 CN CN202210749179.5A patent/CN115418739A/zh active Pending
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