CN1631965A - 一种用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜及其制备方法。本发明将亲水性材料与膨体聚四氟乙烯树脂粉末混合，经过挤出、压延、多层同时脱脂、拉伸和烧结等工艺加工而成。本发明制备的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，工艺简单、成本低。利用本发明制备的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，薄膜最小泡点压为1.0公斤/平方厘米～1.8公斤/平方厘米，水过滤速度为1～3立方米/平方米·小时(过滤压力为0.006～0.009兆帕)。该薄膜可以直接广泛用于水除菌过滤行业，具有显著的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯微孔薄膜及其制备方法，特别涉及一种亲水性的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜的制备方法。
背景技术
目前，废水、医用水通常采用化学消毒剂消毒，如氯的剂量来实现水体系中原生物、病毒和病菌失活或脱除。然而过高的氯剂量可能产生更高浓度的氧化副产物，如氯仿、其它三卤甲烷等。
在此背景下，利用膜实现的微滤技术得到迅速的发展。在众多的膜材料中，通过双向拉伸技术加工的聚四氟乙烯微孔薄膜，熔点高(327℃)，使用温度范围广(-200℃～260℃)，摩擦系数小，表面光滑，过滤精度高，过滤阻力小，能耗低，无介质脱落，尤其具有耐化学性(能耐许多高腐蚀性介质)等特点为其在过滤方面的应用奠定了基础。但薄膜的强疏水性也限制了其在水溶液体系处理中的应用，不能满足水过滤的需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，以克服现有技术存在上述缺陷；
本发明另一个需要解决的技术问题是公开所述水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜的制备方法，以实现工业化生产。
本发明的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜是的组分和重量份数包括：
膨体聚四氟乙烯树脂粉末 1份
亲水性材料 0.05～1份
金属化合物 0.05～1份
所说的膨体聚四氟乙烯树脂粉末的结晶度为98～99.9％、分子量为200万～1000万，可采用市售产品，如日本大金公司F106、日本旭硝子公司CD123)的产品；
所说的亲水性材料为亲水性聚合物与金属化合物通过偶联剂偶联处理形成的混合产物，其重量份数包括：
亲水性聚合物 1份，金属化合物 0.8～1.2份；
所说的亲水性聚合物选自聚乙烯羧酸钠或聚乙烯酸酸钾；
所述的金属化合物选自铝、锌的氧化物或氢氧化物中的一种或其混合物；
所说的硅烷偶联剂通式为R-SiX3，其中R代表氨基、环氧基、氰基等活性基团，X为能够水解的烷氧基(甲氧基、乙氧基等)或氯，可采用市售产品，如牌号为KH-550或KH-792的硅烷偶联剂。所说的铝酸酯为含有2～4个碳原子的铝酸酯，可采用市售产品，如牌号为DL-411-A或TC-6的铝酸酯偶联剂；
制备上述用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)将亲水性聚合物、金属化合物和偶联剂在20～50℃的温度下，搅拌混合，获得亲水性材料。搅拌温度并非为关键条件，只要能够使亲水性聚合物、金属化合物和偶联剂均匀混合即可；偶联剂的加入量为亲水性聚合物重量的0.3％～1％；
(2)将亲水性材料与膨体聚四氟乙烯树脂粉末、液体润滑剂混合，在20～40℃的温度下静置96～144小时，然后在40～80℃的温度下静置10～16小时，使树脂粉末与液体润滑剂充分混合，形成聚四氟乙烯物料；液体润滑剂选自液体石蜡、石油醚或煤油，润滑剂的用量为亲水性材料重量的0.1～0.5倍；
(3)将所述聚四氟乙烯物料在40～60℃下压延成聚四氟乙烯基带；
(4)将重叠的多层聚四氟乙烯基带在200～300℃下纵向拉伸，获得粘结在一起的脱脂基带；
(5)将所述脱脂基带在80～200℃下横向拉伸，然后在250～380℃烧结定型，烧结时间20秒～1分钟，即获得用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜。
按照本发明优选的技术方案，步骤(2)所获得的聚四氟乙烯物料先压制成圆柱形毛坯，然后将其通过推压机挤出成为棒状物，再压延成聚四氟乙烯基带，压延过程中采用40～60℃的热风烘燥。
根据Laplace方程中压力与孔半径之间的关系，采用乙醇作润湿剂，观察出现第一个气泡时的压力，作为薄膜的最小泡点压。薄膜最小泡点压为1.0～1.8公斤/平方厘米，过滤压力为0.006～0.009兆帕时，水过滤速度为1～3立方米/平方米·小时。
由上述公开的技术方案可见，利用本发明制备的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，工艺简单、成本低。利用本发明制备的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，薄膜最小泡点压为1.0～1.8公斤/平方厘米，水过滤速度为1～3立方米/平方米·小时(过滤压力为0.006～0.009兆帕)。该薄膜可以直接广泛用于水除菌过滤行业，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为用于水除菌的聚四氟乙烯薄膜(双层)的扫描电子显微镜照片
具体实施方式
实施例1
1、亲水性材料的制备：将100公斤聚乙烯羧酸钠与100公斤三氧化二铝粉末，0.5公斤(KH550)硅烷偶联剂，在25℃下搅拌混合均匀；
2、混料：将F106膨体聚四氟乙烯树脂粉末、亲水性材料与液体石蜡按重量比1∶1∶0.3的比例混合均匀，在28℃静置96小时，使树脂粉末与液体润滑剂充分混合，然后在60℃的温度下静置10小时；
3、压坯与挤出：将混合好的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机挤出棒状物，然后经压延机压延成聚四氟乙烯基带，基带厚度60微米，压延过程中采用50℃的热风烘燥；
4、纵向拉伸：将双层聚四氟乙烯基带同时喂入，在220℃烘箱中同时进行纵向拉伸，拉伸过程中润滑剂挥发，加工脱脂基带，脱脂基带厚度为90微米，脱脂基带可实现良好焊接；
5、横向拉伸和烧结：将脱脂基带在扩幅机上100℃横向拉伸，最后在330℃下烧结40秒热定型，制备厚度为50微米的用于水除菌聚四氟乙烯薄膜。
采用Laplace方法对上述步骤制得的用于水除菌聚四氟乙烯薄膜进行检测，其薄膜最小泡点压为1.3公斤/平方厘米，水过滤速度为2.6立方米/平方米·小时(过滤压力为0.0085兆帕)。
依据上述步骤制得的用于水除菌聚四氟乙烯薄膜扫描电子显微镜照片见图1。
实施例2
1、亲水性材料的制备：将100公斤聚乙烯羧酸钠与100)公斤三氧化二铝粉末，0.6公斤TC-6铝酸酯偶联剂在25℃下搅拌混合均匀；
2、混料：将F106膨体聚四氟乙烯树脂粉末、亲水性材料、与石油醚按重量比1∶1∶0.3的比例混合均匀，在35℃静置100小时，使树脂粉末与液体润滑剂充分混合，然后在70℃的温度下静置12小时；
3、压坯与挤出：将混合好的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机挤出棒状物，然后经压延机压延成聚四氟乙烯基带，基带厚度60微米，压延过程中采用60℃热风烘燥；
4、纵向拉伸：将三层聚四氟乙烯基带同时喂入，在250℃烘箱中同时进行纵向拉伸，拉伸过程中润滑剂挥发，加工脱脂基带，脱脂基带厚度为100微米，脱脂基带可实现良好焊接；
5、横向拉伸和烧结：将脱脂基带在扩幅机上120℃进行横向拉伸，最后在340℃下烧结1分钟，热定型，制备厚度为58微米永久性亲水聚四氟乙烯薄膜。
依据上述步骤制得的用于水除菌聚四氟乙烯薄膜，其薄膜最小泡点压为1.8公斤/平方厘米，水过滤速度为2.1立方米/平方米·小时(过滤压力为0.006兆帕)。
实施例3
1、亲水性材料的制备：将100公斤聚乙烯羧酸钾与100公斤氧化锌粉末、0.7公斤DL-411-A铝酸酯偶联剂在25℃下搅拌混合均匀；
2、混料：将CD123膨体聚四氟乙烯树脂粉末、亲水性材料与煤油按重量比1∶0.8∶0.4的比例混合均匀，在30℃静置144小时，使树脂粉末与液体润滑剂充分混合，然后在75℃的温度下静置15小时；
3、压坯与挤出：将混合好的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机挤出棒状物，然后经压延机压延成聚四氟乙烯基带，基带厚度70微米，压延过程中采用55℃的热风烘燥；
4、纵向拉伸：将双层聚四氟乙烯基带同时喂入，在220℃烘箱中同时进行纵向拉伸，拉伸过程中润滑剂挥发，加工脱脂基带，脱脂基带厚度为90微米，脱脂基带可实现良好焊接；
5、横向拉伸和烧结：将脱脂基带在扩幅机上200℃横向拉伸，最后在380℃下烧结1分钟热定型，制备厚度为60微米的用于水除菌聚四氟乙烯薄膜。
依据Laplace方法对上述步骤制得的用于水除菌聚四氟乙烯薄膜进行检测，其薄膜最小泡点压为1.6公斤/平方厘米，水过滤速度为2.2立方米/平方米·小时(过滤压力为0.008兆帕)。
Claims (10)
1.一种用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于，组分和重量份数包括：
膨体聚四氟乙烯树脂粉末 1份
亲水性材料 0.05～1份
金属化合物 0.05～份
所说的亲水性材料为亲水性聚合物与金属化合物通过偶联剂偶联处理形成的混合产物，其重量份数包括：
亲水性聚合物 1份，金属化合物0.8～1.2份；
所说的亲水性聚合物选自聚乙烯羧酸钠或聚乙烯酸酸钾；
所述的金属化合物选自铝、锌的氧化物或氢氧化物中的一种或其混合物；
所说的偶联剂选自硅烷或铝酸酯。
2.根据权利要求1所述的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于，所说的膨体聚四氟乙烯树脂粉末的结晶度为98～99.9％、分子量为200万～1000万。
3.根据权利要求1所述的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于，所说的硅烷偶联剂通式为R-SiX3，其中R代表氨基、环氧基或氰基，X为能够水解的烷氧基或氯，所说的铝酸酯为含有2～4个碳原子的铝酸酯。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于，薄膜最小泡点压为1.0～1.8公斤/平方厘米，过滤压力为0.006～0.009兆帕时，水过滤速度为1～3立方米/平方米·小时。
5.制备权利要求1～4任一项所述的用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将亲水性聚合物、金属化合物和偶联剂搅拌混合，获得亲水性材料；
(2)将亲水性材料与膨体聚四氟乙烯树脂粉末、液体润滑剂混合，形成聚四氟乙烯物料，液体润滑剂选自液体石蜡、石油醚或煤油；
(3)将所述聚四氟乙烯物料压延成聚四氟乙烯基带；
(4)将重叠的多层聚四氟乙烯基带纵向拉伸，获得粘结在一起的脱脂基带；
(5)将所述脱脂基带下横向拉伸，然后在250～380℃烧结定型，即获得用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，偶联剂的加入量为亲水性聚合物重量的0.3％～1％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，液体润滑剂的用量为亲水性材料重量的0.1～0.5倍。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述聚四氟乙烯物料在40～60℃下压延成聚四氟乙烯基带，将重叠的多层聚四氟乙烯基带在200～300℃下纵向拉伸，获得粘结在一起的脱脂基带，将所述脱脂基带在80～200℃下横向拉伸，然后在250～380℃烧结定型，烧结时间20秒～1分钟。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)所获得的聚四氟乙烯物料先压制成圆柱形毛坯，然后将其通过推压机挤出成为棒状物，再压延成聚四氟乙烯基带，压延过程中采用40～60℃的热风烘燥。
10.一种用于水除菌的聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于，是通过权利要求5～9任一项所述的方法制备的。
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