一种聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法与应用。包括以下步骤：(1)将纳米二氧化硅微球、聚四氟乙烯粉末混合均匀，得混合料，再向混合料中加入分散剂混合均匀，得到制膜混料；(2)将制膜混料放入压膜模具中，压制成膜；(3)将压制得到的薄膜进行加热熔合，得到熟膜。(4)将熟膜用氢氟酸刻蚀除去膜内的纳米二氧化硅微球，清洗干燥后即得聚四氟乙烯微孔膜。该聚四氟乙烯微孔膜，较传统的方法制备的聚四氟乙烯膜具有更小的孔径和更均匀的孔隙，使VOCs的扩散速率降低1～2个数量级，稳定性保持数年，可以轻松配制10

【技术实现步骤摘要】
一种聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于挥发性有机物(VOCs)标准气体配制
，具体涉及一种聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]标准气体具备均匀的浓度，良好的稳定性和量值的准确性，是保证量值传递准确的基础。标准气体在物理，化学，生物与工程测量领域，用于校准测量仪器和测量过程，评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力，确定材料或产品的特性量值，进行量值仲裁等。
[0003]目前，VOCs标准气体主要重量法配置，并保存于高压钢瓶中，由于钢瓶内壁处理技术的限制，对于组分摩尔分数范围为10
‑9～10
‑6的痕量挥发性物质，很容易被内壁吸附，稳定性差，再加上天平称量精度的限制，重量法配制微量、痕量挥发性有机物标准气体造成较大误差，严重制约了检测的准确性和量值溯源。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法与应用，将其应用于制备低浓度VOCs标准气体中，气态VOCs分子通过微孔扩散到膜的另一侧进入一定流量的载气中，从而可轻松配制出超低浓度(10
‑9)的VOCs标准气体，是一种极具潜力的痕量标准气体配制新技术。
[0005]具体来说，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一种聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将纳米二氧化硅微球、聚四氟乙烯粉末混合均匀，得混合料，再向混合料中加入分散剂混合均匀，得到制膜混料；
[0008](2)将制膜混料放入压膜模具中，压制成膜；
[0009](3)将压制得到的薄膜进行加热熔合，得到熟膜；
[0010](4)将熟膜用氢氟酸刻蚀除去膜内的纳米二氧化硅微球，清洗干燥后即得聚四氟乙烯微孔膜。
[0011]本专利技术的原理在于：聚四氟乙烯性质稳定，不与有机溶剂反应，是有机溶剂分子扩散的良好材料。在聚四氟乙烯制膜粉料中加入易与酸碱反应的纳米二氧化硅微球，成膜后再用氢氟酸将膜中的纳米微球溶出，形成纳米孔隙，从而制备纳米微孔膜。通过调节二氧化硅微球的直径或掺入量轻松调节VOCs的扩散速率，配制不同浓度的VOCs标准气体，极大提高配气效率，降低配气成本。
[0012]在优选的实施方案中，步骤(1)中，所述纳米二氧化硅微球的粒径为10nm～500nm；纳米二氧化硅微球的粒径越小，虽然可以制备得到更小的孔径，但小粒径也更容易发生团聚，因此，为了使所得聚四氟乙烯膜兼顾更小的孔径和更均匀的孔隙，所述纳米二氧化硅微球的粒径进一步优选为100nm～200nm。
[0013]在优选的实施方案中，步骤(2)中，所述聚四氟乙烯粉末的粒径为500μm以下，进一步优选为300μm～400μm。
[0014]在优选的实施方案中，步骤(1)中，所述纳米二氧化硅微球与聚四氟乙烯粉末的质量比为1:19至3:7。
[0015]在优选的实施方案中，步骤(1)中，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐和乙酸的混合物，以所述分散剂的总质量计，所述聚丙烯酸铵盐的含量为10％至20％，更优选为15％；上述分散介质可以好地保证纳米二氧化硅微球和聚四氟乙烯粉末的分散均匀性。
[0016]和/或，步骤(1)中，所述分散剂与所述混合料的质量比为1:20至1:5，更优选为1:10。
[0017]在优选的实施方案中，步骤(2)中，所述压膜膜具为圆柱状凹部，加入压膜模具中的制模混料的质量与所述圆柱状凹部的直径的比例为10mg:1mm至20mg:1mm，更优选为15mg:1mm；
[0018]和/或，步骤(2)中，用5～15MPa的压力进行压制成膜，更优选为8～10MPa。
[0019]在优选的实施方案中，步骤(3)中，压制得到的薄膜厚度小于1mm。
[0020]在优选的实施方案中，步骤(3)中，所述加热熔合的条件为：从室温升温至至300℃，升温速率20℃/min；从300℃升温至350℃，升温速率为5℃/min；温度达到350℃后，保温10min；然后降温到80℃，降温速率为10℃/min。温度太高或温度速率变化太快容易引发形变，温度太低会造成熔合不完全降低膜的强度。
[0021]在优选的实施方案中，步骤(4)中，所述氢氟酸的浓度为20～40wt％，更优选为30％；
[0022]和/或，所述氢氟酸刻蚀的时间24～48小时。
[0023]在优选的实施方案中，步骤(4)中，所述清洗干燥的方法为：刻蚀好的膜用清水冲洗后，再用乙醇超声清洗10min，然后在80℃烘箱中烘干。
[0024]本专利技术还提供一种聚四氟乙烯微孔膜，其通过上述的制备方法制备得到。
[0025]本专利技术还提供上述制备方法制备得到的聚四氟乙烯微孔膜或上述聚四氟乙烯微孔膜在制备低浓度VOCs标准气体中的应用。
[0026]本专利技术所取得的有益效果：
[0027]本专利技术以纳米二氧化硅微球为原料，通过化学刻蚀法制备聚四氟乙烯微孔膜，较传统的方法制备的聚四氟乙烯膜具有更小的孔径和更均匀的孔隙，使VOCs的扩散速率降低1～2个数量级，稳定性保持数年，可以轻松配制10
‑9(v/v)浓度的VOCs单标或混标气体。
[0028]本专利技术解决了传统超低浓度VOCs标准气体成本高、效率低、稳定性差的难题，技术水平世界领先，对超低浓度VOCs标准气体的配制方法革新具有重大意义。
具体实施方式
[0029]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
[0030]以下实施例中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所述纳米二氧化硅微球来源于中国安迪金属材料有限公司，所述聚四氟乙
烯粉末来源于美国杜邦公司。
[0031]实施例1
[0032]实施例1提供一种聚四氟乙烯膜，制备方法包括以下步骤：
[0033](1)将粒径为100nm的纳米二氧化硅微球、粒径为300μm的聚四氟乙烯粉末按照质量比1：100混合均匀，得混合料，再向混合料中加入分散剂混合均匀，所述分散剂与所述混合料的质量比为10：100，超声30分钟，得到制膜混料；其中，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐和乙酸的混合物，以分散剂的总质量计，所述聚丙烯酸铵盐的含量为15％；
[0034](2)称取0.3g质量的制膜混料，放入压膜模具(直径25mm圆柱状凹部)中，用10MPa的压力将制膜混料压成薄膜；
[0035](3)将压制得到的薄膜在高温炉中加热熔合，得到熟膜；加热熔合的具体条件为：从室温升温至至300℃，升温速率20℃/min；从300℃升温至350℃，升温速率为5℃/min；温度达到350℃后，保温10min；然后降温到80℃，降温速率为10℃/min，取出薄膜。
[0036](4)将熟膜放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米二氧化硅微球、聚四氟乙烯粉末混合均匀，得混合料，再向混合料中加入分散剂混合均匀，得到制膜混料；(2)将制膜混料放入压膜模具中，压制成膜；(3)将压制得到的薄膜进行加热熔合，得到熟膜；(4)将熟膜用氢氟酸刻蚀除去膜内的纳米二氧化硅微球，清洗干燥后即得聚四氟乙烯微孔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米二氧化硅微球的粒径为10nm～500nm，优选为100nm～200nm；和/或，步骤(1)中，所述聚四氟乙烯粉末的粒径为500μm以下，优选为300μm～400μm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米二氧化硅微球与聚四氟乙烯粉末的质量比为1:19至3:7。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐和乙酸的混合物，以所述分散剂的总质量计，所述聚丙烯酸铵盐的含量为10％至20％，优选为15％；和/或，步骤(1)中，所述分散剂与所述混合料的质量比为1:20至1:5，优选为1:10。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述压膜膜具为圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，宁占武，贾依婷，刘锦华，张艳妮，刘凝，张晶晶，刘未杰，孙芃，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：