CN115612143B - 一种ptfe热处理表面改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PTFE热处理表面改性方法，包括：一种PTFE表面处理方法，包括：将PTFE与碱金属、有机溶剂混合，并在惰性气体氛围中加热处理，即得到表面改性的PTFE。与现有技术相比，本发明可有效改善PTFE的表面亲水性，并具有安全简单、原料成本低等优点，具有较好的应用前景。

Description

一种PTFE热处理表面改性方法
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种改变PTFE表面疏水性的方法，尤其涉及一种通过热处理改变PTFE表面特性的方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)是一种综合性能优异的聚合物材料，具有极好的耐高低温性和耐化学腐蚀性，且介电性能优良，摩擦系数极小，但耐蠕变性能差、与其他材料的粘结性差、回弹性差和易磨损等缺点限制了其应用。尤其是与无机材料的相容性和粘结性差，使其应用领域大大受限。对于PTFE改性有很多，但水热法加碱金属元素和类似于NMP和DMF的高沸点极性非质子性溶剂的方法还没有见其报道。通过改变其表面特性，使其应用范围扩大，广泛应用于电镀，涂层等方面。
常规处理PTFE材料用的是钠萘四氢呋喃溶液，钠萘四氢呋喃溶液在配制必须保证实验室温度不得高于17℃，化学原理是在四氢呋喃的作用下钠与萘作用生成钠萘正离子，由此可见反应的危险程度有多高，且萘用量极大，萘具有刺激作用，对人体危害较大，且萘钠溶液使用环境要求高，泄露危险性大。
发明内容
本发明的目的就是提供一种通过热处理改变PTFE表面特性的方法。该方法以PTFE为原料，在高温条件下既能使PTFE表面特性发生改变，又能在一定程度上保持PTFE内部结构和特性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种聚四氟乙烯(PTFE)表面处理方法，包括：
将PTFE与碱金属、有机溶剂混合，并在惰性气体氛围中加热处理，即得到表面改性的PTFE。
进一步地，所述的碱金属与有机溶剂的用量比为(0.01-1)g:50mL。
进一步地，所述的碱金属包括钠或钾。
进一步地，所述的有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
进一步地，所述的惰性气体包括氮气、氩气、氦气或氢气中的至少一种。
进一步地，加热处理过程中，加热温度为100-200℃，加热时间为0.5-24h；优选的，加热温度为120-180℃，加热时间为2-8h。
进一步地，所述的PTFE为经洗涤干燥处理的PTFE；洗涤过程中，所用洗涤剂为蒸馏水；干燥过程中，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-24h。优选的，干燥温度为100-110℃，干燥时间为2-8h。
本发明以PTFE作为原料，用适量的NMP/DMF等高沸点极性非质子溶剂和碱金属元素作为处理剂，将干燥后的PTFE材料浸没到含有碱金属元素的高沸点有机溶剂中，并在100-200℃下低温热处理，冷却后分离PTFE材料和处理剂，将处理后产物清洗干燥，获得所需表面改性的PTFE材料。本发明方法实现了安全简单高效的PTFE材料处理方式，得到的表面改性的PTFE材料，改变了其表面疏水的特性，但是其基本化学性质未发生改变。
其中，NMP或DMF在180-200℃温度下不发生水解，在这个过程中破坏C-F键，使其脱去表面上的部分氟原子，这样就在PTFE表面形成了碳化层和一些极性基团。处理后的PTFE表面存在着羟基、羰基和羧基等活性基团，从而改善了PTFE表面的粘接性能。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明用于改变PTFE表面特性的方法简易，安全且高效，具有较好的应用前景；
2)由于本发明采用上述原料及制备方法，使得本发明制备的表面改性PTFE材料不仅制备过程安全无污染，还能在一定程度上保持PTFE不导电等特征。
附图说明
图1为实施例1中PTFE薄板处理前测试的接触角图像；
图2为实施例1中PTFE薄板处理后测试的接触角图像；
图3为实施例1中PTFE薄板处理前测试的拉曼图像；
图4为实施例1中PTFE薄板处理后测试的拉曼图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种PTFE表面处理方法，包括以下步骤：
1)将PTFE表面油污或灰尘用蒸馏水清洗干净，之后放在60-120℃环境中进行干燥处理烘干水分，处理时间0.5-24h；优选的干燥条件包括，干燥温度为100-110℃，干燥时间为2-8h；通过干燥以使PTFE材料水分挥发完全，防止由于材料中有水分与碱金属反应从而影响PTFE表面改性；
2)在惰性气氛下，按照投料比(0.01-1)g:50mL将碱金属与高沸点有机溶剂混合，得到碱金属-有机溶剂分散液；
其中，碱金属包括钠或钾，高沸点有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺；惰性气氛为常温不与碱金属反应的气体，包括氮气、氩气、氦气或氢气中的至少一种；
3)将PTFE浸没于碱金属-有机溶剂分散液中，密封；
4)在100-200℃下加热处理0.5-24h；更优选的处理条件包括，加热温度为120-180℃，加热时间为2-8h；
5)冷却至室温，打开密封盖，取出PTFE，蒸馏水清洗干净，烘干表面水分即可得到表面深棕色至黑色的改性PTFE材料。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种通过热处理改变PTFE表面特性的方法，包括以下步骤：
1)采用蒸馏水清洗PTFE板表面，之后放在80℃的鼓风干燥箱中烘8h，使其充分干燥；
2)在充满氩气的手套箱中，将干燥后的PTFE板浸没于高沸点极性非质子溶剂25mLNMP中，并加入0.1g碱金属钠，之后密封容器；
3)将密封好的PTFE/Na/NMP置于马弗炉中进行热处理，热处理过程为：以5℃/min的升温速率升温至180℃，恒温处理3h；之后自然冷却至室温；
4)打开密封盖，取出PTFE，蒸馏水清洗干净，烘干表面水分即可得到表面深棕色至黑色的改性PTFE材料。
图1为实施例1中PTFE薄板低温碳化前处理前测试的接触角图像，由图1可知，未处理前PTFE材料表面为疏水状态，通过接触角测量仪运用量角法测出的接触角大于90°，具体为101°。图2为实施例1中PTFE薄板处理后测试的接触角图像，由图2可以看出，通过本方法进行处理后的PTFE表面为亲水状态，通过接触角测量仪运用量角法测出的接触角小于90°，具体为36.5°，由图1和图2对比可知，通过本方法处理，PTFE表面明显发生了变化，由此说明，本方法可以有效改变PTFE的表面特性，使其从原有高表面能疏水状态转换为具有低表面能的亲水状态，从而增加其与其他材料的粘结性能。
图3为实施例1中PTFE薄板低温碳化前处理前测试的拉曼图像，由图3可知，未处理前PTFE材料的拉曼图谱上未出现明显的碳碳单键的特征峰，图4为实施例1中PTFE薄板处理后测试的拉曼图像，由图4可以看出，通过本方法进行处理后的PTFE表面碳化，出现碳碳单键特征峰，由图3和图4对比可知，通过本方法处理，PTFE表面明显发生了变化，由此说明，本方法可以有效改变PTFE的表面特性，使其从原有表面出现碳化。
实施例2：
一种通过热处理改变PTFE表面特性的方法，包括以下步骤：
1)采用蒸馏水清洗PTFE板表面，之后放在80℃的鼓风干燥箱中烘8h，使其充分干燥；
2)在充满氩气的手套箱中，将干燥后的PTFE板浸没于高沸点极性非质子溶剂25mLNMP中，并加入0.1g碱金属钠，之后密封容器；
3)将密封好的PTFE/Na/NMP置于马弗炉中进行热处理，热处理过程为：以5℃/min的升温速率升温至160℃，恒温处理3h；之后自然冷却至室温；
4)打开密封盖，取出PTFE，蒸馏水清洗干净，烘干表面水分即可得到表面深棕色至黑色的改性PTFE材料。改性PTFE材料相比于未改性材料，亲水性得到明显改善。
本发明用于改变PTFE表面特性的方法处理工艺简单，没有用到萘等有毒有害的物质；并且由于本发明采用上述原料及制备方法，使得本发明制备的PTFE材料一定程度上保持PTFE材料的物理和化学特性，有利于充分发挥PTFE材料的特性和优势。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PTFE表面处理方法，其特征在于，包括：
将PTFE与碱金属、有机溶剂混合，并在惰性气体氛围中于100-200℃下加热处理，即得到表面改性的PTFE；
其中，所述的碱金属与有机溶剂的用量比为(0.01-1)g: 50mL；
所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，所述的碱金属包括钠或钾。
3.根据权利要求1所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，所述的惰性气体包括氩气或氦气中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，加热处理过程中，加热时间为0.5-24h。
5.根据权利要求4所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，加热处理过程中，加热温度为120-180℃，加热时间为2-8h。
6.根据权利要求1所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，所述的PTFE为经洗涤干燥处理的PTFE。
7.根据权利要求6所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，洗涤过程中，所用洗涤剂为蒸馏水；干燥过程中，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-24h。
8.根据权利要求7所述的一种PTFE表面处理方法，其特征在于，干燥过程中，干燥温度为100-110℃，干燥时间为2-8h。
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