一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法技术

本发明专利技术公开了一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法。该方法先将聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于含亲水基团的溶液中，使膜表面涂布一层亲水性物质；然后利用射频等离子体对聚四氟乙烯中空纤维膜进行处理，对膜体本身和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，以产生活性自由基，进而将亲水基团引发接枝到聚四氟乙烯中空纤维膜膜体上，形成稳定的亲水层。本发明专利技术的方法在不影响PTFE中空纤维膜的固有优良性能的同时，对膜表面进行亲水化改性，使PTFE膜表面的亲水性得到极大提高，从而扩大PTFE中空纤维膜在膜分离领域的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膜的改性方法，具体涉及一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法。
技术介绍
聚四氟乙烯(PTFE)是一种综合性能非常优良的膜分离材料，具有极其优异的化学稳定性、耐高温性、耐有机溶剂和耐化学腐蚀性以及良好的力学性能，素有“塑料王”的美誉。此外，中空纤维膜相比其他结构型式的分离膜具有:膜的有效面积大、水通量大、膜组件结构紧凑、填充密度高、占地面积小、清洗方便等优点，因此聚四氟乙烯中空纤维膜在膜分离领域具有广阔的应用前景。但是，由于该材料高度对称的分子结构，结晶度高且不含有活性基团，使得其表面张力和摩擦系数很低，导致其表面疏水性很高而润湿性极差，这严重影响了PTFE在粘接、印染以及液体过滤领域等方面的应用。另一方面，这种极强的疏水性导致其在污废水处理过程中，膜表面极易吸附有机物等杂质而造成浓差极化，从而产生膜污染现象，使得通量急剧下降，分离效果变差，膜分离组件使用寿命也会降低。针对上述PTFE膜材料的局限性，国内研究人员一直致力于对PTFE微孔膜的表面亲水化改性研究，随着PTFE微孔膜应用领域的不断扩展，对其进行亲水化改性的方法也逐渐增多，主要包括高温熔融法、表面化学腐蚀、高能辐射接枝和准分子激光处理等。虽然包括高温熔融法等在内的化学和物理方法使得膜表面接触角由125°降至65°左右的水平，亲水性得到了提高，但仍存在一些不足之处。其中，高温熔融处理过程中PTFE会释放一种有毒物质全氟异丁烯，而且不易保持形状；化学处理法处理后的PTFE膜表面明显变暗且影响材料本体的性能，处理过程还会产生大量的有害废液，严重污染环境，操作危险性较高；高温辐射接枝会对PTFE基体造成破坏，致使其力学性能降低；准分子激光处理则对使用的激光源要求比较苛刻等等。因此，有必要开发一种既能减少对PTFE膜材料原有性能的破坏，又能长久保持PTFE膜表面亲水性、高效经济的PTFE中空纤维膜表面亲水化改性方法。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术问题，提供一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法。该方法在不影响PTFE中空纤维膜的固有优良性能的同时，对膜表面进行亲水化改性，使PTFE膜表面的亲水性得到极大提高，从而扩大PTFE中空纤维膜在膜分离领域的应用范围。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术先将PTFE中空纤维膜浸渍于含有不同亲水基团的溶液中，使膜表面涂布一层亲水性物质，再利用射频等离子体对PTFE膜进行处理，处理原理如图1所示，对膜体本身和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，打开C-F键以及其他官能团从而产生活性自由基，进而将亲水基团引发接枝到膜体上，形成稳定的亲水层，改善PTFE膜的亲水性。一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，该方法先将聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于含亲水基团的溶液中，使膜表面涂布一层亲水性物质；然后利用射频等离子体对聚四氟乙烯中空纤维膜进行处理，对膜体本身和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，以产生活性自由基，进而将亲水基团引发接枝到聚四氟乙烯中空纤维膜膜体上，形成稳定的亲水层。上述聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，它包括以下步骤：A，浸渍将聚四氟乙烯中空纤维膜浸泡于异丙醇中30～180min进行短暂亲水改性，然后取出再浸渍于含亲水基团的溶液中7～10h，浸渍过程中保持密封；B，射频等离子体处理首先将浸渍结束的聚四氟乙烯中空纤维膜放入反应室内的石英支架上，以保证该聚四氟乙烯中空纤维膜处于悬空状态，抽真空；然后以氮气作为气源，利用射频电感耦合的方式产生等离子体，对所述聚四氟乙烯中空纤维膜进行处理；最后处理完毕后，将处理的聚四氟乙烯中空纤维膜取出并用去离子水搅拌清洗、自然干燥保存。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤A中，所述亲水基团包括磺酸基、氨基、羟基、醛基、酯基或羧酸基。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤A中，所述亲水基团的溶液中，其亲水基团的浓度为5wt％～45wt％。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述抽真空的真空度为2～5Pa。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述以氮气作为气源是调节氮气流量为10～90cm3/min，并调节气压使反应室内压强达到20～80Pa。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述以氮气作为气源是调节氮气流量为20～60cm3/min。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述处理的条件为控制射频处理功率为80～600W、射频频率为10～15MHz，在温度为30～150℃的条件下处理40～500s。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述处理的条件为控制射频处理功率为100～500W、射频频率为13.56MHz，在温度为50～120℃的条件下处理60～300s。根据本专利技术更进一步的技术方案，在步骤B中，所述用去离子水搅拌清洗是指用温度为40～60℃的去离子水搅拌清洗10～15h。下面将详细地说明本专利技术。本专利技术中，所述浸渍过程中保持密封的目的是为了防止溶液挥发。浸渍过程中，控制亲水基团的溶液的浓度为5wt％～45wt％，过高则亲水性单体会发生自聚或均聚反应，会增大反应体系的黏度，减弱体系的流动性，导致膜表面沉积过厚的亲水涂层，这会影响等离子体撞击脱氟的有效性，进而影响膜表面亲水改性效果，过低则膜表面沉积的亲水涂层太薄，导致膜表面接枝的亲水基团太少，亲水改性效果不显著。在进行射频等离子体处理时，将浸渍结束的聚四氟乙烯中空纤维膜悬空放置于等离子处理器中的反应室内，然后启动真空泵抽真空至2～5Pa；通入氮气清洗排出反应室和管路中残余的空气，调节针阀控制气体流量在10～90cm3/min，如果氮气流量过大，则造成等离子体发生器中真空度降低，氮气分子密度过大，显著缩短了射频放电产生的高能粒子的活性自由程度，进而不能充分激发电离反应器中的气体分子，影响亲水改性效果；如果氮气流量过小，则等离子体发生器中氮粒子密度太小，离子化气体的更新速度太慢，以至于不能高频有效的轰击膜表面，减弱脱氟作用，导致亲水改性效果不理想。然后调节气压使压强达到20～80Pa。控制射频处理功率为80～600W、射频频率为10～15MHz，在温度为30～150℃的条件下处理40～500s。其中，处理功率的高低代表着膜表面所能接受到能量的多少，功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，其特征在于该方法先将聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于含亲水基团的溶液中，使膜表面涂布一层亲水性物质；然后利用射频等离子体对聚四氟乙烯中空纤维膜进行处理，对膜体本身和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，以产生活性自由基，进而将亲水基团引发接枝到聚四氟乙烯中空纤维膜膜体上，形成稳定的亲水层。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，其特征在于该方法先
将聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于含亲水基团的溶液中，使膜表面涂布一层
亲水性物质；然后利用射频等离子体对聚四氟乙烯中空纤维膜进行处理，
对膜体本身和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，以产生活性自由
基，进而将亲水基团引发接枝到聚四氟乙烯中空纤维膜膜体上，形成稳定
的亲水层。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，其
特征在于它包括以下步骤：
A，浸渍
将聚四氟乙烯中空纤维膜浸泡于异丙醇中30～180min进行短暂亲水改
性，然后取出再浸渍于含亲水基团的溶液中7～10h，浸渍过程中保持密封；
B，射频等离子体处理
首先将浸渍结束的聚四氟乙烯中空纤维膜放入反应室内的石英支架上，以
保证该聚四氟乙烯中空纤维膜处于悬空状态，抽真空；
然后以氮气作为气源，利用射频电感耦合的方式产生等离子体，对所述聚
四氟乙烯中空纤维膜进行处理；
最后处理完毕后，将处理的聚四氟乙烯中空纤维膜取出并用去离子水搅拌
清洗、自然干燥保存。
3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，其
特征在于在步骤A中，所述亲水基团包括磺酸基、氨基、羟基、醛基、酯
基或羧酸基。
4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，其
特征在于在步骤A中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文清，周明，宋双，张浩凡，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51