[发明专利]制备聚四氟乙烯超细纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于超细纤维制备领域，具体涉及一种通过静电纺丝的方法制备聚四氟乙烯(PTFE)超细纤维的技术。

背景技术

聚四氟乙烯具有使用温度范围广(-250～260℃)、化学稳定性好、介电性能优良、自润滑性及防粘性等一系列独持的性能，其应用范围极广。由于聚四氟乙烯分子量大，结晶度高，熔点也高；又C-C主链四周的一层氟原子外壳，起着屏蔽作用，阻挡了各种试剂的侵入.所以在300℃以下时没有一种溶剂能使它溶解和溶胀。除了金属钠(熔融状态)、氟原子及某些氯化物以外，能耐各种强酸、强碱、油脂、有机溶剂及强氧化性试剂(包括重铬酸钾、高锰酸钾及王水等)。在所有工程塑料中，它的耐腐蚀性最好，故有“塑料王”之称。

聚四氟乙烯纤维，主要优点是独特的耐化学性，包括所有已知的酸、碱、卤素及氧化剂等。它的耐化学性在所有商业有机纤维中是最高的，即使在高温情况下也是如此。目前，仅发现某些全氟化有机溶剂可以溶解聚四氟乙烯纤维，但温度要达到300℃以上。

由于聚四氟乙烯的特殊性质，聚四氟乙烯纤维无法采用传统的湿法纺丝和熔融纺丝制备。目前，制备聚四氟乙烯纤维最常用也最成熟的方法是乳液纺丝(emulsion spinning)。乳液纺丝是包括乳液和悬浮液纺丝在内的化学纤维纺丝方法，是20世纪40～50年代发展起来的纺丝技术。把某种难于用溶液或熔体纺丝成纤的高聚物分散在易成纤的载体中，形成均匀的纺丝乳液，借助于载体成纤，称载体纺丝法。这种方法适用于某些不能用干法纺丝、湿法纺丝成形的成纤高聚物。这一类高聚物在熔融成粘流态以前就已剧烈分解，而且没有合适的溶剂能使它溶解或塑化，聚四氟乙烯(PTFE)便是其最主要的应用。为了纺制聚四氟乙烯纤维，将单体在压力釜中进行乳液聚合，得到水相聚四氟乙烯分散液，用聚乙烯醇(PVA)水溶液或粘胶作为载体，与聚四氟乙烯分散液混和成均匀的乳液，把它作为纺丝原液，经过滤、脱泡后用通常的湿法纺丝法制成纤维。初生纤维经水洗和干燥后，进行高温拉伸，在拉伸的同时烧结，使载体分解而被除去，而聚四氟乙烯粒子则发生粘结(或称“连续化”)而形成纤维。然而通过这种方法制得的聚四氟乙烯纤维的直径通常在3um以上。目前，有关制备聚四氟乙烯超细纤维的报道很少，仅有的是Sachin Borkar等人(Polymer，47(2006)8337-8343)采用在高温(260～360℃)下使用高压气流喷射超高分子量聚四氟乙烯(PTFE 601A or 7A，Dupont)的方法制备了聚四氟乙烯超细纤维。这种方法需要在高温高压下进行，所用的原料是超高分子量聚四氟乙烯。

静电纺丝是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝方法。近年来，静电纺丝作为一种可制备超细纤维乃至于纳米纤维的新型加工方法，引起了世界各国的广泛关注。用静电纺丝技术制得的纤维，直径可达纳米级，比用常规方法制得的纤维直径小几个数量级。这种超细纤维，具有比表面积大、孔隙率高、长径比大、纤维精细程度与均一性高等优点。然而，利用静电纺丝制备聚四氟乙烯纤维乃至聚四氟乙烯超细纤维至今未见报道。仅有的相关报道是孙垂卿等人(陕西纺织，2009，81(1)，8-10)使用聚四氟乙烯/聚乙烯醇乳液通过静电纺丝制备聚四氟乙烯/聚乙烯醇共混纤维毡。但孙垂卿等人使用的聚四氟乙烯/聚乙烯醇乳液中聚乙烯醇含量很高，且制备的不是纯的聚四氟乙烯纤维，而是聚四氟乙烯/聚乙烯醇共混纤维毡。由于聚乙烯醇含量很高，通过孙垂卿等人的方法制备的聚四氟乙烯/聚乙烯醇共混纤维毡也不能作为纯的聚四氟乙烯纤维的前体。

发明内容

本发明的目的是为了实现“简单方便”地制备聚四氟乙烯超细纤维，提供一种制备聚四氟乙烯超细纤维的方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

本发明将聚四氟乙烯纺丝乳液通过静电纺丝制备前体，而后通过后处理得到聚四氟乙烯超细纤维，该方法具体包括以下步骤：

A、制备纺丝液

将聚乙烯醇溶解于水中制得聚乙烯醇溶液，然后与聚四氟乙烯浓缩分散乳液混合均匀，静置析出气泡后得到纺丝液；所述的纺丝液中聚乙烯醇与聚四氟乙烯的质量比为1∶5～1∶10且不包括1∶5；聚乙烯醇在水中溶解时一般采用加热和/或机械搅拌的方式进行。

B、静电纺丝

采用静电纺丝的方法将纺丝液制成聚四氟乙烯/聚乙烯醇超细纤维；

C、后处理