一种静电纺丝全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种静电纺丝法纳米纤维膜的制备方法。包括步骤：A.制备纺丝液，配制质量分数为6～15％的纺丝载体溶液，将纺丝载体溶液与全氟聚合物浓缩分散乳液以一定质量比混和均匀，并分别加入混合液重量百分比为1～3％的无水乙醇和0.05～0.1％的溶液导电性调节剂制得纺丝液。B.制备前驱体纳米纤维膜，纺丝液经静电纺丝、干燥后制得前驱体纳米纤维膜。C.制备全氟聚合物纳米纤维膜，所得前驱体纳米纤维膜，经高温烧结后，制得全氟聚合物纳米纤维膜。本发明专利技术所得纤维膜呈现纳米纤维交织而成的三维网络结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膜
，具体为一种静电纺丝法全氟聚合物纳米纤维膜的制备方 法。
技术介绍
全氟聚合物包括聚四氟乙烯（PTFE)、聚全氟乙丙烯（FEP)、聚全氟烷氧基（PFA) 等，具有化学性质稳定、高低温性能优良的特点，越来越受到膜研宄者的关注，尤其是其良 好的耐腐蚀性，广泛应用于苛刻条件下的微粒子分离。此外，全氟聚合物极强的疏水性，使 其成为制备膜蒸馏、膜接触器和渗透蒸馏等的理想材料。全氟聚合物纤维早在20世纪50 年代中期由杜邦公司产业化，商品名"Tenon(特氟纶）"。该公司在60年代还相继开发了 FEP纤维，商品名"Teflon FEP"，80年代又开发了 "Teflon PFA"。由于全氟聚合物结构的 特殊性，全氟聚合物纤维不适合用常规的溶液和溶融纺丝来制备。因此，全氟聚合物纤维 虽然工业化已有50多年，但至今还只有少数公司生产全氟聚合物纤维产品。其主要的纺 丝工艺路线为四种：熔体纺丝，糊状挤压纺丝、膜裂纺丝以及乳液纺丝。目前，世界上比较 成熟的制备全氟聚合物纤维的方法是以聚乙烯醇或黏胶纤维为载体的乳液纺丝方法（高 科技纤维与应用，1999,05 :20~24.)。国内肖长发以聚乙烯醇（PVA)作为成膜载体，由聚 乙烯分散乳液制备PTFE疏水膜（高分子材料科学与工程，2010,05 :123~126.)。采用静 电纺丝法制备纳米纤维分离膜方面，国内外已多有研宄。Rong Wang用聚偏氟乙稀（PVDF) 制得纳米纤维膜，并将其应用于直接接触式膜蒸馏，取得较好效果。（Journal ofmembrane Science. 425-426(2013)30-39)。 传统聚合物纤维的制备主要采用熔融纺丝和溶液纺丝，纤维的直径一般在十几微 米以上。静电纺丝技术因能够连续生产直径在亚微米甚至纳米级的聚合物纤维，近年来得 到了格外重视。由于纤维直径达到纳米级，纤维的长径比和比表面积相对传统纤维高几个 数量级，因而具有很大的比表面积和孔隙率，可用于防护织物、过滤材料、功能性服饰、组织 工程支架、生物医用材料等领域。本专利技术结合静电纺丝制备纳米纤维膜比表面积大，孔径尺 寸小等特点以及全氟聚合物耐高温、耐腐蚀等特点，用静电纺丝法制备全氟聚合物纳米纤 维膜，为拓展全氟聚合物纤维的应用领域提出新思路。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种静电纺丝法全氟聚 合物纳米纤维膜的制备方法。该膜是采用静电纺丝技术纺出前驱体纤维膜，经高温烧结后 制得纳米纤维膜材料。所得纤维膜微观呈现纳米纤维交织而成的三维网络结构。 本专利技术解决所述技术问题的技术方案是：设计一种静电纺丝法全氟聚合物纳米纤 维膜的制备方法，包括以下工艺步骤： A.制备纺丝液 配制质量分数为6~15%的纺丝载体溶液，将纺丝载体与全氟聚合物浓缩分散乳 液以固含量比为I : 2，1 : 4，1 : 6，1 : 8和I : 10混和均匀，并加入占混和液重量百分 比1~3%的无水乙醇和0. 05~0. 1 %的溶液导电性调节剂制得纺丝液；所述纺丝载体质 量浓度为6~15%，纺丝载体溶剂为蒸馏水，纺丝载体为具有低分解温度的聚乙烯醇，其聚 合度为1700~2400,醇解度为88~99 % ;所述全氟聚合物浓缩分散乳液的重量固含量为 50~70%，平均粒径为0. 1~0. 2 μπι ;所述溶液导电性调节剂为氯化锂或氯化钠。 Β.制备前驱体纳米纤维膜 将所制纺丝液注入静电纺丝装置中，设置纺丝参数，经静电纺丝、真空干燥后制得 前驱体纳米纤维膜；所述纺丝参数为：电压为15~25KV，喷丝头与接收盘距离8~25cm，挤 出速度0. 3~lmL/h，静电纺丝纤维收集在旋转圆轴或平板上；所述干燥温度为50~60°C， 干燥时间为8~12h。 C.制备全氟聚合物纳米纤维膜 将静电纺丝制备的前驱体纳米纤维膜，经高温烧结后制得全氟聚合物纳米纤维 膜；所述烧结温度为280~390°C，烧结时间为1~2min，升温速率为1~10°C /min。 与现有技术相比，本专利技术以聚乙烯醇为纺丝载体，混合全氟聚合物乳液后，通过静 电纺丝法制备前驱体纳米纤维膜，然后将前驱体纳米纤维膜烧结制备全氟聚合物纳米纤维 膜，本专利技术提供的制备方法简单易行，制备出的纤维膜微观呈现纳米纤维交织而成的三维 网络结构，且孔径分布均匀，孔隙率高。【具体实施方式】 下面结合实施例进一步具体叙述本专利技术。 本专利技术设计的静电纺丝法全氟聚合物纳米纤维膜包括以下工艺步骤： A.制备纺丝液 配制质量分数为6~15%的纺丝载体溶液，将纺丝载体与全氟聚合物浓缩分散乳 液以固含量比为1 : 2;1 : 4;1 : 6;1 : 8和I : 10混和均匀，并加入占混和液重量百 分比1~3%的无水乙醇和0. 05~0. 1%的溶液导电性调节剂制得纺丝液；所述纺丝载体 质量浓度为6~15%，纺丝载体溶剂为蒸馏水，纺丝载体为低分解温度聚合物；所述全氟聚 合物浓缩分散乳液的重量固含量为50~70 %，颗粒平均粒径为0. 1~0. 2 μ m ;所述溶液导 电性调节剂为氯化锂或氯化钠。 在上述步骤A中，所述的纺丝载体为低分解温度聚合物，如粘胶和聚乙烯醇等；其 中水溶性的聚乙烯醇更优。实施例的纺丝载体为聚乙烯醇，其聚合度为1700~2400,醇解 度为88~99%。 在上述步骤A中，加入无水乙醇的目的是缩短纳米纤维固化时间，利于纤维的成 型，得到的纤维形貌更好，用量一般在1~3%效果最好。加入溶液导电性调节剂是为了增 加溶液的导电性，提高纺丝液的可纺性，用量在0. 05~1 %效果最佳。 在上述步骤A中，纺丝载体与全氟聚合物浓缩分散乳液以固含量比为1 : 2; 1 : 4;1 : 6 ;1 : 8和I : 10均可制得前驱体纳米纤维膜，烧结后的全氟聚合物纳米纤维 膜以1 : 6和1 : 8为最佳，比例太小，制得的纳米纤维膜强度太低，比例过大，纺丝时喷丝 头易堵，烧结后膜不均匀。 在上述步骤A中，所述全氟聚合物浓缩分散乳液是在分散乳液中聚合制备得到全 氟聚合物浓缩分散乳液，或是将全氟聚合物聚合后分散在分散液中，再浓缩该分散液至全 氟聚合物重量百分比浓度为50~70%，得到浓缩分散乳液。所述全氟聚合物浓缩分散液可 自行制备，也可采用市售产品，其性能参数要求列于表1。 表1全氟聚合物浓缩分散乳液性能参数值 B.制备前驱体纳米纤维膜 将所制纺丝液注入静电纺丝装置中，设置纺丝参数，经静电纺丝、真空干燥后制 得前驱体纳米纤维膜；所述纺丝参数为：电压为15~25KV，喷丝头与接收盘距离8~25cm， 挤出速度〇. 3~lmL/h，静电纺丝纤维收集旋转圆轴（直径6cm，长20cm)，转速为500~ 900r/min ;所述干燥温度为50~60°C，干燥时间为8~12h。 在上述步骤B中，纺丝参数中的电压、喷丝头与接收盘距离和挤出速度影响纤维 的成型情况和形貌。纺出的前驱体纳米纤维膜放入真空转鼓干燥机中，在50~60°C范围内 真空干燥8~12h，使制得的前驱体纳米纤维膜干燥固化成型。 C.制备全氟聚合物纳米纤维膜 将静电纺丝制备的前驱体纳米纤维膜，经高温烧结后，制得全氟聚合物纳米纤维 膜；所述烧结温度为280~390°C，烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电纺丝全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：A.制备纺丝液配制质量分数为6～15％的纺丝载体溶液，将纺丝载体与全氟聚合物浓缩分散乳液以固含量比为1∶2，1∶4，1∶6，1∶8和1∶10混和均匀，并加入占混和液重量百分比1～3％的无水乙醇和0.05～0.1％的溶液导电性调节剂制得纺丝液；B.制备前驱体纳米纤维膜将步骤A中的纺丝液注入静电纺丝装置中，经静电纺丝、真空干燥后制得前驱体纳米纤维膜；C.制备全氟聚合物纳米纤维膜将静电纺丝制备的前驱体纳米纤维膜，经高温烧结后，制得全氟聚合物纳米纤维膜；

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆林，陈凯凯，黄岩，周萍，宋亮，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12