CN116920634A - 一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，将磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、甲基丙烯酰胺、光引发剂、附着剂和抗氧化剂按一定比例称量好并完全溶解在溶剂中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在聚四氟乙烯微孔膜，并通过紫外光进行光固化一段时间后得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。本发明使用化学方法在其表面引入亲水性基团，然后亲水基团通过与水形成氢键、离子等作用力，能大大提高疏水微孔膜亲水性能，从而使其变为亲水膜。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法。
背景技术
聚四氟乙烯微孔膜是一种由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的滤膜，具有高温、耐腐蚀、高压力、高过滤精度等优异的物理和化学性能。由于聚四氟乙烯微孔膜具有很强的疏水性能，常被用于防水、防尘、过滤等领域。然而恰恰因为聚四氟乙烯微孔膜的疏水性能太强，限制了其在液体过滤、新能源电池、生物医疗领域等的应用。因此，对于聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法具有重要的实用性意义，通过改性聚四氟乙烯微孔膜可以提高其使用范围和适用性，够更好地满足不同领域、不同要求的使用需求。
聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性比较常用的化学方法有：原位聚合法改性法、浸渍涂覆法改性法等。例如，原位聚合法改性法操作步骤为：将聚四氟乙烯微孔膜放入到丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠乙醇溶液中浸泡，待完全浸湿后，放到密闭容器中冲入氮气后进行加热(Journal of water process engineering,2015,8:11-18)。而浸渍涂覆法改性法的操作步骤为：将聚四氟乙烯微孔膜放入到SiX溶液中进行浸泡处理(其中X代表一种有机基团或卤素等官能团)，随后水解使表面形成硅酸，从而使滤膜获得亲水性(Journal of appliedpolymer science,1993,50(6):929-939)。
原位聚合法改性需要密闭的氮气环境中加热才能实现，密闭的环境对设备的抗压性和气密性的要求较高，因此设备的成本太高，不利于工业化。浸渍涂覆法改性法虽然对设备的要求不高，但是膜表面的改性很难控制，会出现改性分布不均匀和改性厚度不均的情况，而且通过这种方法改性的膜表面亲水物质极易脱落。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产品亲水性好且易操作的聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法。
为实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案：
一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，将磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、甲基丙烯酰胺、光引发剂、附着剂和抗氧化剂按一定比例称量好并完全溶解在溶剂中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在聚四氟乙烯微孔膜，并通过紫外光进行光固化一段时间后得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
优选的，所述磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯的投料量为2-8wt％。
优选的，甲基丙烯酰胺的投料量为0.1-4wt％。
优选的，所述光引发剂用量为1-5wt％，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、苯甲酰丙酮、二异丙基二甲基吡咯烷酮、二甲基氨基苯甲酸酯、苯并噻唑啉硫酮、N-苯基-N-(4-甲基苯基)胺中的一种。
优选的，所述抗氧化剂的用量为0.1-2wt％，所述抗氧化剂为双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷、对二甲苯二酚、三苯基膦酸、2,6-二-tert-丁基-4-甲基苯醌、二硫代二苯酸二丁酯中的一种。
优选的，溶剂的用量为85-98wt％，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮、乙醇中的一种。
优选的，所述聚四氟乙烯微孔膜孔径为100-220mm。
优选的，使用涂布器将聚四氟乙烯微孔膜的两面均进行一次涂布。
优选的，紫外光固化光源的功率为2kW，距离为110cm。
优选的，光固化时间为1min。
常规的聚四氟乙烯微孔膜亲水改性具有改性成本高，不易于工业化，改性膜表面亲水物质溶液脱落，良品率低，使用寿命短等问题。本发明针对背景技术中存在的问题，在合成配方中加入了附着剂、抗氧化剂和合适的溶剂，并且调控合适的比例与反应的条件，得到了一种高良品率，易于工业化的聚四氟乙烯微孔膜亲水改性改性方法。
聚四氟乙烯微孔膜具有疏水性，本发明使用化学方法在其表面引入亲水性基团，然后亲水基团通过与水形成氢键、离子等作用力，能大大提高疏水微孔膜亲水性能，从而使其变为亲水膜。
本发明选用了磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯和甲基丙烯酰胺作为反应单体。
磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯具有亲水的磷酸基团、酯基，甲基丙烯酰胺具有酰胺基团，由于磷酸基团、酯基、酰胺基团具有氧原子和氮原子，因此可以与水形成氢键。而且磷酸基团还可以发生电离，然后与水形成离子作用力。因此，在这些基团与水的作用力下，由磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯和甲基丙烯酰胺聚合得到的高分子具有很好的亲水性。
此外，本发明的改性方法还加入附着剂、抗氧化剂和合适的溶剂。这些试剂是本发明方法的重要组成，对聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性有着重要作用。
具体来说，附着剂增强了在聚四氟乙烯微孔膜表面紫外光固化亲水物质与膜本身的结合力，使其不容易脱落。抗氧化剂的加入使得光固化过程不易发生副反应，光固化得到的亲水膜的每一批次的品质一致。合适的溶剂能够完全浸润聚四氟乙烯微孔膜，使得溶解好的单体一和单体二能更均匀地在聚四氟乙烯微孔膜表面进行光固化反应，最终得到亲水物质均匀分布在表面的聚四氟乙烯亲水微孔膜。
具体实施方式
下面将结合具体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。
实施例1
将2wt％单体一：磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、0.1wt％单体二：甲基丙烯酰胺、1wt％1-羟基环己基苯基甲酮、0.1wt％3-甲基丙烯酸甲酯和0.1wt％双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷按完全溶解在97.7wt％N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在孔径为100mm的聚四氟乙烯微孔膜，并通过光源为2kW紫外光在110cm的距离下进行光固化1min得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
实施例2
将9wt％单体一：磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、0.1wt％单体二：甲基丙烯酰胺、1wt％1-羟基环己基苯基甲酮、0.1wt％3-甲基丙烯酸甲酯和0.1wt％双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷按完全溶解在89.7wt％N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在孔径为100mm的聚四氟乙烯微孔膜，并通过光源为2kW紫外光在110cm的距离下进行光固化1min得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
实施例3
将16wt％单体一：磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、0.1wt％单体二：甲基丙烯酰胺、1wt％1-羟基环己基苯基甲酮、0.1wt％3-甲基丙烯酸甲酯和0.1wt％双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷按完全溶解在82.7wt％N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在孔径为100mm的聚四氟乙烯微孔膜，并通过光源为2kW紫外光在110cm的距离下进行光固化1min得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
实施例4
将4.7wt％单体一：磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、0.1wt％单体二：甲基丙烯酰胺、1wt％1-羟基环己基苯基甲酮、0.1wt％3-甲基丙烯酸甲酯和0.1wt％双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷按完全溶解在94wt％N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在孔径为100mm的聚四氟乙烯微孔膜，并通过光源为2kW紫外光在110cm的距离下进行光固化1min得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
实施例5
将2.4wt％单体一：磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、0.1wt％单体二：甲基丙烯酰胺、1wt％1-羟基环己基苯基甲酮、0.1wt％3-甲基丙烯酸甲酯和0.1wt％双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷按完全溶解在96.3wt％N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在孔径为100mm的聚四氟乙烯微孔膜，并通过光源为2kW紫外光在110cm的距离下进行光固化1min得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
将实施例1-5制备得到的聚四氟乙烯微孔亲水膜进行接触角测试，加样器容量50ul、加样器长度50mm、设定液滴大小2ul，使用量角法测量接触角，测试结果如下表1。
表1实施例1～5聚四氟乙烯微孔亲水膜的对水的接触角
| 实施例 | 水的接触角(°) |
| 实施例1 | 12.5° |
| 实施例2 | 15.3° |
| 实施例3 | 12.2° |
| 实施例4 | 15.8° |
| 实施例5 | 12.2° |
实验结果明，经过本发明方法得到的聚四氟乙烯微孔亲水膜对水的接触角均在20°以下，表明本方法改性效果很好，对水有很好的润湿性能。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.反应条件与设备简单，容易实现自动化操作，适合工业化自动化大批量生产。2.本方法制备得到的亲聚四氟乙烯亲水微孔膜良品率高，能生产出更多批次稳定的亲聚四氟乙烯亲水微孔膜，有利于提高生产效益。3.本方法得到的微孔滤膜使用寿命长，表面的亲水物质在附着剂的作用下不容易脱落，微孔滤膜可以重复多次使用。4.该方法得到的微孔滤膜具有极好的亲水性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：将磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、甲基丙烯酰胺、光引发剂、附着剂和抗氧化剂按一定比例称量好并完全溶解在溶剂中，使用涂布器将溶液均匀地涂布在聚四氟乙烯微孔膜，并通过紫外光进行光固化一段时间后得到聚四氟乙烯微孔亲水膜。
2.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：所述磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯的投料量为2-8wt％。
3.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：甲基丙烯酰胺的投料量为0.1-4wt％。
4.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：所述光引发剂用量为1-5wt％，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、苯甲酰丙酮、二异丙基二甲基吡咯烷酮、二甲基氨基苯甲酸酯、苯并噻唑啉硫酮、N-苯基-N-(4-甲基苯基)胺中的一种。
5.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：所述抗氧化剂的用量为0.1-2wt％，所述抗氧化剂为双(2-羟基-3,5-二-tert-丁基-4-甲基苯基)丙烷、对二甲苯二酚、三苯基膦酸、2,6-二-tert-丁基-4-甲基苯醌、二硫代二苯酸二丁酯中的一种。
6.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：溶剂的用量为85-98wt％，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮、乙醇中的一种。
7.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯微孔膜孔径为100-220mm。
8.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：使用涂布器将聚四氟乙烯微孔膜的两面均进行一次涂布。
9.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：紫外光固化光源的功率为2kW，距离为110cm。
10.如权利要求1所述的一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，其特征在于：光固化时间为1min。
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