孔隙可控的复合聚四氟乙烯制品及其制法制造技术

一＊［－４］种制备具有可控空隙体积和平均孔径的复合制品的方法，该制品包括：（ａ）聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）原纤维基质，和（ｂ）嵌在该基质中的不溶非溶胀的吸着性颗粒，非溶胀吸着性颗粒与ＰＴＦＥ的重量比在４０∶１至１∶４的范围内，复合制品的空隙度在３０％至８０％空隙体积之间，平均孔径大小为０．３至５微米，最好是至少有９０％的孔的孔径小于３．６微米。上述方法的步骤包括将润滑剂掺加到吸着性颗粒和四氟乙烯的前体混合物中，润滑剂的数量足以形成软面团状的大块物质，至少超过颗粒润滑剂吸着容量的３％（重量），但少于使大块物质失去整体性的用量＊［４］。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有复合结构的制品及其制造方法，该制品由孔隙大小和空隙体积可控的聚四氟乙烯（PTFE）原纤维基质构成。这种复合结构可以在分离、提纯、诊断、环境萃取、临床萃取、催化、特殊层压制品等应用领域中用作选择性吸着介质或反应介质。分离科学和提纯在工艺上是众所周知的，两种专门致力于这一领域的期刊是“分离科学和技术”（Separation  Science  and  Technology）和“分离与提纯方法”（Separation  and  Purification  Methods），它们均由Marcel  Dekker公司（N.Y.，NY.）出版。专门讨论这一课题的许多书籍也是工艺上所熟悉的。最后，化学专业人员需要依靠一种或几种涉及吸着技术的分离和/或提纯方法。这些吸着技术提供了一种方法，它是利用吸着性介质在混合物中选择性地吸着和解吸各个组分来离析（即，分离和分析）混合物。近来在分离科学中已经提到了在聚四氟乙烯（PTFE）基质中的吸着性介质。美国专利4，810，381和有关专利4，906，378和4，971，736提到了一种复合色谱制品，它由聚四氟乙烯原纤维基质和拌缠在基质中的非溶胀的吸着性颗粒构成。美国专利4，153，661公开了一种制备聚四氟乙烯复合片材的方法，该材料由PTFE基质和分散于其中的基本上不溶于水的-->粒状物质构成。所得的片材极其柔软，类似于鹿皮。据说可用作电子绝缘体或半透膜。美国专利4，373，519提到一种复合绷带，它由PTFE基质和拌缠于基质中的可被水溶胀的亲水性吸着颗粒构成，在基质的一面上可以任选地涂上一层部分闭塞的膜。这种片材据说是顺应性的，类似麂皮。美国专利4，565，663和4，460，642是美国专利4，373，519的相关专利（分别是部分继续的分案申请和部分继续申请），它们公开的水溶胀性复合片材由聚四氟乙烯基质和拌缠在其中的水溶胀型亲水性吸着颗粒构成。这种片材据说是顺应性的，类似麂皮。某些在复合片材中的水溶胀型阳离子交换树脂可以用作色谱材料。美国专利4，722，898和4，871，671公开了一种复合制品，它由聚四氟乙烯原纤维基质和拌缠于其中的有生存力的动物、细菌、霉菌或酵母细胞构成。先有技术提到了几种用于将PTFE水基分散体与为特殊用途而加入的各种添加剂和/或辅助剂相混合的配方。先有技术还提到，将这些颗粒或添加剂与PTFE水基分散体混合，形成大块的油灰状或面团状稠性物质，只是规定要加入足以超过颗粒吸着容量的润滑剂（例如见美国专利4，810，381第6栏、22-30行;也参见美国专利4，373，519、4，460，642、和4，565，663）。另外，美国专利4，810，381提供了在超过吸着容量时需要遵循和注意之处（见第6栏25-33行）。美国专利3，407，096、3，407，249和3，-->556，161提到了在复合片材中加入不同用量和不同颗粒大小的可萃取或可浸出的有机和无机填料颗粒，以得到适合其用途的理想孔隙度。美国专利3，864，124、4，194，040、3，383，092、3，005，795和3，533，930提到了干燥的或无润滑剂的方法。美国专利3，281，511则叙述了可浸出的填料颗粒的使用（胶体氧化铝、氯化钠和碳酸铵），在制得制品后，用萃取/浸出法将这些颗粒除掉，形成孔隙。另外，最终形成的原纤维化基质是PTFE，不含有分离用的吸着性颗粒。美国专利3，315，020和英国专利993，193提到了采用挤压后进行压延或拉伸的方法制备PTFE片材。可以使用能与聚四氟乙烯混合的流体润滑剂，例如石脑油、汽油、煤油、醇、甘油和大多数有机液体，以及最高达50%（体积）的填料。这种片材用来模压成型制品。概括地说，本专利技术提供了一种PTFE复合制品，它包括：（a）一种聚四氟乙烯（PTFE）原纤维基质，和（b）拌缠在该基质中的不可溶，非溶胀的吸着性颗粒，非溶胀的吸着性颗粒与PTFE的重量比在40∶1到1∶4的范围内，复合制品的孔隙度范围为30%至80%空隙体积，平均孔径范围为0.3至5.0微米。在另一方面，本专利技术提供了一种用来在原纤维化的半刚性复合制品中控制孔隙度和平均孔径的方法，这类制品的实例是PTFE片材，片材中拌缠有具有色谱活性的非溶胀性吸着颗粒，颗粒呈均匀分布而不粘着。这些制品可以由色谱活性的非溶胀的吸着性颗粒和PTFE乳液，利用在美国专利4，153，661中叙述的一种改-->进的强化操作方法制备，以便增加原纤维化制品的孔隙度。这种制备复合片材的改进方法包括以下步骤：a）将润滑剂与含有不溶解、非溶胀吸着性颗粒和聚四氟乙烯的掺合物相混合，形成软面团状的大块物质，其中润滑剂的用量至少超过颗粒的润滑剂吸收容量的3%（重量），但是低于使大块物质丧失整体性的用量，该大块物质具有粘聚性稠度，不溶性颗粒与PTFE的比例为40∶1至1∶4;b）在一定温度下将该大块物质强烈地混合一定时间，使其足以引起该PTFE颗粒的初始原纤维化;c）将该大块物质在压延辊的间隙中维持在一定温度下双轴向压延一定时间，其间在每一后继的压延操作中都调小压延辊的间隙，以便造成PTFE颗粒进一步原纤维化，形成自支承的抗撕裂片材。最好是，这种改进的方法包括增加加工期间的润滑剂用量，使得它至少超过所需要的颗粒的润滑剂吸收容量的3%（重量），最多达200%;至少超过5%、最多达200%较好;至少超过25%、最多达200%则更好;最好是至少超过颗粒的润滑剂吸收容量的40%，最多达150%。在另一方面，本专利技术提供了一种使用搀入颗粒的膜在临床、生物和环境领域进行分析的一般方法，膜的空隙体积由制造制品时所用的润滑剂用量来控制。这种膜可用于大小/过滤分离和在分子水平上的吸着性色谱分离。在这些用途中，该制品的优点是颗粒在PTFE基质内均匀分布，这就排除了不希望有的沟流现象，而使用先有技术的堆积柱/床在溶液流过时可能会发生这一现象。本专利技术的分离和色谱制品可用于化学-->和生物化学的分离和提纯。在本申请中：“可控的孔隙度”是指含有空隙的开孔结构，这种空隙是设计用来得到液体和气体的最佳流动方式及有效的色谱分离性能，即，将混合物有效地分离和解析出它的各个组分;“空隙体积”是指复合材料结构中的空隙;“基质”是指一种微纤维的开孔结构缠结体;“疏水性颗粒”是指颗粒具有低的表面极性，即，在0.1-0.5的范围内;“半刚性”是指柔韧性、尺寸稳定、和不顺应性;折叠会造成断裂;“陶瓷”是指非金属的无机材料;“正相体系”是指极性固定相较多，极性活动相较少;“反相体系”是指极性固定相较少，极性活动相较多;“非溶胀的颗粒”意味着颗粒的体积变化小于0.5，小于0.1则更好，最好是小于0.01，此时用Vg表示颗粒溶胀后的体积，Vo是干颗粒的体积，其中体积变化＝（Vg-Vo）/Vo;“颗粒”或“粒状物”，除下面定义的颗粒之外，还指直径为0.1至200微米的固体物态（不包括PTFE），直径为5至40微米更好，长度与直径之比为1到1，000，000。“性能调节颗粒”是指这样一类颗粒，它们在分离和色谱应用中基本上不吸着，並能调节制品的表面能;例如，这些颗粒能使制品具有亲水性和较大的抗拉强度，或使制品更容易原纤维化;-->“净表面能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在复合片材中控制孔隙度和平均孔径大小的方法，包括以下步骤：ａ）将润滑剂和含有不溶解、非溶胀的吸着性颗粒与聚四氟乙烯的掺合物相混合，形成软面团状的大块物质，润滑剂的用量比颗粒的吸着容量多出至少３％（重量），该大块物质显示出粘结性稠度， 不溶性颗粒与ＰＴＦＥ之比在４０：１至１：４的范围内；ｂ）在一定温度下将该大块物质强烈混合一段时间，使之足以能发生ＰＴＦＥ颗粒的初始原纤维化；ｃ）将上述大块物质在压延辊间隙中维持在一定温度下双轴向压延一段时间，在每次后继的压延操作中都 将压延辊的间隙调小，以便使ＰＴＦＥ颗粒发生附加的原纤维化，形成自支承的抗撕裂片材。

【技术特征摘要】
US 1990-2-23 484,184;US 1991-1-10 639,5151、一种在复合片材中控制孔隙度和平均孔径大小的方法，包括以下步骤：a)将润滑剂和含有不溶解、非溶胀的吸着性颗粒与聚四氟乙烯的掺合物相混合，形成软面团状的大块物质，润滑剂的用量比颗粒的吸着容量多出至少3%(重量)，该大块物质显示出粘结性稠度，不溶性颗粒与PTFE之比在40∶1至1∶4的范围内；b)在一定温度下将该大块物质强烈混合一段时间，使之足能发生PTFE颗粒的初始原纤维化；c)将上述大块物质在压延辊间隙中维持在一定温度下双轴向压延一段时间，在每次后继的压延操作中都将压延辊的间隙调小，以便使PTFE颗粒发生附加的原纤维化，形成自支承的抗撕裂片材。2、根据权利要求1的方法，它还包括从所得的片材中除去润滑剂的步骤，以便得到一种复合片材，片材中包含着交织的PTFE微纤维网状结构构成的原纤维基质，其中拌缠着吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德F哈根，可雷格G马克尔，威廉姆V巴丝莫，路易丝A埃利德，
申请(专利权)人：明尼苏达州矿制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]