一种超疏水聚四氟乙烯纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚四氟乙烯膜的制备方法，包括成纤载体制纤烧结，其特征在于：烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，在90℃～120℃保温30～120min，以3～10℃/min的速率从90℃～120℃升温到260℃～300℃，在260℃～300℃保温30～120min；以2～8℃/min的速率从260℃～300℃升温到370℃～390℃，在370℃～390℃保温5～120min；烧结后的冷却处理，所述冷却在流动气氛下，以3～15℃/min的速率从360℃～400℃降温至150～200℃，在150～200℃保温30～120min，然后自然冷却。本发明专利技术制得了具有串珠状超细纤维聚四氟乙烯膜，一道形成具有多级粗糙结构的疏水表面；表面水接触角≥150°，孔隙率高达80%以上；并解决了在聚四氟乙烯前驱膜烧结中纤维易塌陷的问题，纤维形态和表面完好，强度和韧性也有较大提高，能够承受较高真空压力。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水聚四氟乙烯纤维膜的制备方法
本专利技术涉及一种用于分离领域的分离膜材的制备方法，具体涉及一种疏水膜材的制备方法。技术背景疏水性是聚四氟乙烯(PTFE)材料的重要性质，是聚四氟乙烯多孔膜被应用于膜材料的主要性能。聚四氟乙烯材料虽然具有低表面能，但是，光滑聚四氟乙烯平面的水接触角在98到112°之间，疏水性能并不佳。目前聚四氟乙烯多孔膜制备多采用双向拉伸方法。这种方法要想得到较高孔隙率的薄膜时，需要对薄膜进行大比例拉伸，无法对表面结构进行控制，且膜厚仅在十几微米以下，使用中需要支撑材料，而支撑材料本身往往在耐热性或化学稳定性或疏水性能上有一定局限，因而限制了这种双向拉伸膜的应用。同时高比例拉伸往往难以控制膜的形状，因此主要以平板膜为主。中国专利CN1775847A、CN102007242A、CN101543734B、CN102151494A等专利都基于以上双向拉伸工艺进行聚四氟乙烯多孔膜制备。载体法是制备聚四氟乙烯纤维的重要方法，CN101994161A和CN102282301A等专利采用静电纺丝技术对聚四氟乙烯超细纤维的制备进行了报道。这些报道中都涉及高温烧结除去成纤载体的步骤，但是这些烧结过程仅关注成纤模板的去除。具体地说：CN101994161A的目的是制备一种聚四氟乙烯超细纤维，其制备方法是采用聚乙烯醇作载体，通过静电纺丝方法纺织出聚四氟乙烯纤维前体，后处理方法为将聚四氟乙烯纤维前体在100～120℃下干燥5～15分钟，再于280～350℃下烧结30～90分钟；烧结的目的是为了使聚乙烯醇分解而去除。而CN102282301A的主要是提供一种聚四氟乙烯垫的改进方法，其目的是为了改进电纺的工艺参数(纺丝液粘度)来获得直径均匀的聚四氟乙烯纤维垫前体，再于400℃下烧结得到聚四氟乙烯纤维垫，载体(成纤聚合物)的灰分小于5％。CN101994161A和CN102282301A等专利采用静电纺丝技术对聚四氟乙烯超细纤维(垫)，仅考虑了如何得到聚四氟乙烯超细纤维(垫)，可以说只得到常规聚四氟乙烯超细纤维(垫)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚四氟乙烯膜的制备方法，通过控制含成纤载体的聚四氟乙烯前驱膜的后处理烧结条件，通过程序控温的方法精密控制烧结条件和冷却条件以得到纤维形态保持完好并具有串珠状结构的超细纤维网状膜，这种纳米尺度的特殊结构与超细纤维一道形成具有多级粗糙结构的疏水表面。因而具有超疏水性能。本专利技术的目的由以下技术措施实现：一种聚四氟乙烯膜的制备方法，包括成纤载体制纤烧结，其特征在于：烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，在90℃～120℃保温30～120min，以3～10℃/min的速率从90℃～120℃升温到260℃～300℃，在260℃～300℃保温30～120min；以2～8℃/min的速率从260℃～300℃升温到370℃～390℃，在370℃～390℃保温5～120min；烧结后的冷却处理，所述冷却在流动气氛下，以3～15℃/min的速率从360℃～400℃降温至150～200℃，在150～200℃保温30～120min，然后自然冷却。通过控制含成纤载体的聚四氟乙烯前驱膜的后处理烧结条件，在应力作用下，在载体保护作用下，聚四氟乙烯颗粒开始重新取向排列，随后在恰当时机载体分解，聚四氟乙烯颗粒进一步取向重排，形成串珠状的超细纤维网状结构。采用所述的程序控制条件进行制备方可制得具有特殊结构的超疏水聚四氟乙烯纤维膜。若不在本专利技术的程序控制条件下，如CN101994161A所述于280-350℃下烧结30-90分钟，则无法获得具有多级粗糙度的、水接触角150°以上的超疏水聚四氟乙烯纤维膜，且膜没有柔性。另外若不采用程序控制(如CN102282301A于400℃下烧结得到聚四氟乙烯纤维垫，载体(成纤聚合物)的灰分小于5％。)则无法保持纤维的原有形态，致使纤维塌陷成扁平状。通过控制烧结后的冷却条件，进一步减少了纤维上的微小裂痕，形成无痕纤维表面，增强纤维的强度和韧性。优选地，上述烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，以2～15℃/min从室温升温至90℃～120℃，在100℃～120℃保温50～100min，以5～8℃/min的速率从100℃～120℃升温到280℃～300℃，在280℃～300℃保温60～120min；以4～7℃/min的速率从280℃～300℃升温到380℃～390℃，在380℃～390℃保温30～80min。上述聚四氟乙烯膜的制备方法，制纤后烧结前包括预成型步骤，所述预成型是将聚四氟乙烯前驱膜缠绕在支撑模上，通过缠绕层数控制聚四氟乙烯膜厚度及平均孔径大小。纤维的缠绕叠加有利于烧结过程的应力取向。具体地，一种聚四氟乙烯膜的制备方法，包括以下步骤：(1)纺丝液配制；将水溶性聚合物溶于水配成浓度为0.5％～30％质量浓度的均匀溶液，然后搅拌加入聚四氟乙烯乳液，得到均匀的混合液；成纤载体与聚四氟乙烯干重比在1∶1～50；(2)制纤；采用纺丝或拉伸的方法对(1)中配制的纺丝液进行纺丝制备纤维得到聚四氟乙烯前驱膜；(3)预成型：按照预期的使用规格，将(2)中所得到的得到聚四氟乙烯前驱膜缠绕在相应形状的支撑模上，形成平板式、管式、中空纤维式或卷式等不同形状和规格的膜，通过缠绕层数控制膜厚；(4)烧结；将(3)中得到的预成型聚四氟乙烯前驱膜连同支撑模放入高温炉中在连续通入流动气氛的条件下进行烧结；烧结采用程序控温分段连续烧结，以3～10℃/min的速率从室温升温到120℃～200℃，在120℃～200℃保温30～120min；以2～8℃/min的速率从120℃～200℃升温到360℃～400℃，在360℃～400℃保温5～120min；(5)冷却：在流动气氛下，以3～15℃/min的速率从360℃～400℃降温至150～200℃，在150～200℃保温30～120min，然后自然冷却。上述流动气氛为空气、氮气或惰性气体至少一种。有益效果1.本专利技术制得了结构独特的聚四氟乙烯膜，具有由串珠状纤维丝纵横交错形成的孔隙三维连通结构，是一道形成具有多级粗糙结构的疏水表面，串珠状纤维丝是指聚四氟乙烯颗粒之间相互点和/或面黏结形成的纤维丝；孔隙呈曲径孔，最大孔径为1.0μm，最小孔径为0.01μm，平均孔径为0.1μm～0.5μm；纤维丝为纳米纤维，平均直径为500±50nm。2.本专利技术极好的解决了在聚四氟乙烯前驱膜烧结中纤维易塌陷的问题，并且得到了具有串珠状超细纤维网状膜，纤维之间由无序堆叠变为相互粘连，纤维形态和表面完好，强度和韧性也有较大提高，能够承受较高真空压力(可在0.8kPa真空度下仍可稳定操作)。3.本专利技术所制得的聚四氟乙烯多孔膜，具有特殊超疏水性结构，得到的PTFE纤维表面形成大量粗糙表面，表面水接触角≥150°，孔隙率高达80％以上。4、本专利技术所制得的聚四氟乙烯多孔膜无需支撑，厚度可控，应用于膜蒸馏过程，通量＞20L/m2·h，截留率在99％以上。5、本专利技术提出了烧结前的缠绕工艺进行预成型，对最终产品膜的形状和厚度能够进行控制，在保证高孔隙率(80％以上)的同时，提供了膜所需的厚度和强度。对比于为得到高孔隙率而高比例拉伸的双向拉伸工艺，本专利技术方法所得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚四氟乙烯膜的制备方法，包括成纤载体制纤烧结，其特征在于：烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，在90℃～120℃保温30～120min，以3～10℃/min的速率从90℃～120℃升温到260℃～300℃，在260℃～300℃保温30～120min；以2～8℃/min的速率从260℃～300℃升温到370℃～390℃，在370℃～390℃保温5～120min；烧结后的冷却处理，所述冷却在流动气氛下，以3～15℃/min的速率从360℃～400℃降温至150～200℃，在150～200℃保温30～120min，然后自然冷却。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯膜的制备方法，包括成纤载体制纤烧结，其特征在于：烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，在90℃～120℃保温30～120min，以3～10℃/min的速率从90℃～120℃升温到260℃～300℃，在260℃～300℃保温30～120min；以2～8℃/min的速率从260℃～300℃升温到370℃～390℃，在370℃～390℃保温5～120min；烧结后的冷却处理，所述冷却在流动气氛下，以3～15℃/min的速率从370℃～390℃降温至150～200℃，在150～200℃保温30～120min，然后自然冷却。2.如权利要求1所述的聚四氟乙烯膜的制备方法，所述烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，以2～15℃/min从室温升温至100℃～120℃，在100℃～120℃保温50～100min，以5～8℃/min的速率从100℃～120℃升温到280℃～300℃，在280℃～300℃保温60～120min；以4～7℃/min的速率从280℃～300℃升温到380℃～390℃，在380℃～390℃保温30～80min。3.如权利要求1所述的聚四氟乙烯膜的制备方法，制纤后烧结前包括预成型步骤，所述预成型是将聚四氟乙烯前驱膜缠绕在支撑模上。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚永毅，钟丕，叶雷，
申请(专利权)人：成都百途医药科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51