[发明专利]一种超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及中空纤维膜的制备方法，具体涉及一种超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。 

背景技术

膜蒸馏技术是一种以疏水性微孔膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的新型膜分离技术。由于膜蒸馏技术具有能排斥溶液中不挥发性物质（如离子、大分子和固体颗粒等）、操作压力低于反渗透、设备简单、对原水水质要求低、仅有水蒸气透过膜孔、产水水质纯度高等优点，可用于海水淡化、工业废水的深度回用处理以及食品、生物制品的浓缩与结晶等诸多方面。 

在膜蒸馏中，疏水性微孔膜材料的选择是关键。聚四氟乙烯（PTFE）是一种对酸、碱、有机溶剂以及高温环境等具有良好耐受性的疏水性膜材料，是膜蒸馏的理想材料。采用聚四氟乙烯材料制备的中空纤维膜因其膜丝强度高、柔韧性好、孔隙率高、装填密度高、占地面积小、易清洗等优点，在超微滤、膜蒸馏、膜吸收和膜生物反应器等膜分离过程中广泛应用。专利CN102284251A通过在聚酯（PET）纤维编织管支撑体上连续包缠聚四氟乙烯平板膜的方法制备聚四氟乙烯中空纤维膜，但该法采用疏水性较差的PET纤维编织管作为支撑体，在长时间高温蒸馏过程中，PET纤维编织管易被水润湿，从而导致膜蒸馏产水质量大大下降。专利CN102941025A将聚四氟乙烯分散树脂与助挤剂混合压制的毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管，将聚四氟乙烯中空管在烘箱中进行纵向拉伸和烧结热定型得到聚四氟乙烯中空纤维膜，采用此法得到的聚四氟乙烯中空纤维膜的表面水接触角在120～130度之间。 

由于自然界中荷叶表面的自洁体现的超疏水现象，超疏水材料开始引起人们的广泛关注。超疏水材料一般指固体表面水接触角大于150度的材料，其优异的防水、防油、防污染和自清洁性能，使得超疏水材料在工农业生产上和人们的日常生活中有广阔的应用前景。由于膜蒸馏技术需要微孔膜材料具备良好的疏水性，因此在膜蒸馏中使用超疏水材料可使微孔膜在操作过程中长期保持疏水性，不会被处理料液污染和润湿，不会引起膜蒸馏产水质量下降。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，该方法是通过将聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂混合，压坯，将毛坯通过推压机挤出聚四氟乙烯中空管。再将聚四氟乙烯中空管浸渍在硅溶胶中，得到改性聚四氟乙烯中空管。然后将改性聚四氟乙烯中空管在烘箱中进行纵向拉伸和烧结热定型，最后用全氟硅烷处理，制备成超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜，主要用于膜蒸馏分离过程。 

本发明采用的技术方案的步骤如下： 

a）混料：选择聚四氟乙烯分散树脂粉末，将聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂按质量比1:0.22～0.40混合均匀，在20～40°C下静置60～80小时，使聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂充分混合，形成聚四氟乙烯物料；

b）压坯与挤出：将所述聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，将圆柱形毛坯通过推压机，在100～200°C下挤出形成聚四氟乙烯中空管，挤出速度为100～300厘米/分钟；

c）硅溶胶的制备：将质量分数为30%的氨水和无水乙醇按体积比1～5:50混合，在40°C下搅拌20分钟，形成氨水乙醇混合液，然后按体积比1～10:50滴加正硅酸乙酯到氨水乙醇混合液中，在60°C下搅拌60～120分钟，形成硅溶胶；

d）改性聚四氟乙烯中空管的制备：将聚四氟乙烯中空管浸渍在所述的硅溶胶中1～5小时，取出，制备成改性聚四氟乙烯中空管；

e）纵向拉伸和烧结热定型：将所述的改性聚四氟乙烯中空管在200～320°C下进行纵向拉伸，拉伸倍数为0.5～3倍，然后在320～400°C下烧结热定型，烧结时间为20～80秒，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；

f）将聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍在溶剂稀释后的全氟硅烷中1～10小时，取出，40～100°C烘干10～60秒，制备成超疏水聚四氟乙烯中空纤维膜。

所述a）步骤中聚四氟乙烯分散树脂粉末的分子量为200～1000万，所述的助挤剂为液态石蜡、石油醚或煤油。 

所述f）步骤中全氟硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷或全氟癸基三乙氧基硅烷。 

所述f）步骤中溶剂为正己烷、乙酸乙酯、丁酮、丙酮、环己烷、异丙醇、正丁醇、二氯甲烷或三氯甲烷。 

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：