[发明专利]一种超疏水聚四氟乙烯纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离领域的分离膜材的制备方法，具体涉及一种疏水膜材的制备方法。

技术背景

疏水性是聚四氟乙烯(PTFE)材料的重要性质，是聚四氟乙烯多孔膜被应用于膜材料的主要性能。聚四氟乙烯材料虽然具有低表面能，但是，光滑聚四氟乙烯平面的水接触角在98到112°之间，疏水性能并不佳。

目前聚四氟乙烯多孔膜制备多采用双向拉伸方法。这种方法要想得到较高孔隙率的薄膜时，需要对薄膜进行大比例拉伸，无法对表面结构进行控制，且膜厚仅在十几微米以下，使用中需要支撑材料，而支撑材料本身往往在耐热性或化学稳定性或疏水性能上有一定局限，因而限制了这种双向拉伸膜的应用。同时高比例拉伸往往难以控制膜的形状，因此主要以平板膜为主。中国专利CN1775847A、CN102007242A、CN101543734B、CN102151494A等专利都基于以上双向拉伸工艺进行聚四氟乙烯多孔膜制备。

载体法是制备聚四氟乙烯纤维的重要方法，CN101994161A和CN102282301A等专利采用静电纺丝技术对聚四氟乙烯超细纤维的制备进行了报道。这些报道中都涉及高温烧结除去成纤载体的步骤，但是这些烧结过程仅关注成纤模板的去除。具体地说：CN101994161A的目的是制备一种聚四氟乙烯超细纤维，其制备方法是采用聚乙烯醇作载体，通过静电纺丝方法纺织出聚四氟乙烯纤维前体，后处理方法为将聚四氟乙烯纤维前体在100～120℃下干燥5～15分钟，再于280～350℃下烧结30～90分钟；烧结的目的是为了使聚乙烯醇分解而去除。而CN102282301A的主要是提供一种聚四氟乙烯垫的改进方法，其目的是为了改进电纺的工艺参数(纺丝液粘度)来获得直径均匀的聚四氟乙烯纤维垫前体，再于400℃下烧结得到聚四氟乙烯纤维垫，载体(成纤聚合物)的灰分小于5％。CN101994161A和CN102282301A等专利采用静电纺丝技术对聚四氟乙烯超细纤维(垫)，仅考虑了如何得到聚四氟乙烯超细纤维(垫)，可以说只得到常规聚四氟乙烯超细纤维(垫)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚四氟乙烯膜的制备方法，通过控制含成纤载体的聚四氟乙烯前驱膜的后处理烧结条件，通过程序控温的方法精密控制烧结条件和冷却条件以得到纤维形态保持完好并具有串珠状结构的超细纤维网状膜，这种纳米尺度的特殊结构与超细纤维一道形成具有多级粗糙结构的疏水表面。因而具有超疏水性能。

本发明的目的由以下技术措施实现：

一种聚四氟乙烯膜的制备方法，包括纺丝液配液、制纤、烧结，其特征在于：成纤载体与溶剂配制成溶液后加入聚四氟乙烯乳液，成纤载体为聚丙烯酸，溶剂为水；烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，在90℃～120℃保温30～120min，以3～10℃/min的速率从90℃～120℃升温到260℃～300℃，在260℃～300℃保温30～120min；以2～8℃/min的速率从260℃～300℃升温到370℃～390℃，在370℃～390℃保温5～120min；烧结后的冷却处理，所述冷却在流动气氛下，以3～15℃/min的速率从360℃～400℃降温至150～200℃，在150～200℃保温30～120min，然后自然冷却。

通过控制含成纤载体的聚四氟乙烯前驱膜的后处理烧结条件，在应力作用下，在载体保护作用下，聚四氟乙烯颗粒开始重新取向排列，随后在恰当时机载体分解，聚四氟乙烯颗粒进一步取向重排，形成串珠状的超细纤维网状结构。采用所述的程序控制条件进行制备方可制得具有特殊结构的超疏水聚四氟乙烯纤维膜。若不在本发明的程序控制条件下，如CN101994161A所述于280-350℃下烧结30-90分钟，则无法获得具有多级粗糙度的、水接触角150°以上的超疏水聚四氟乙烯纤维膜，且膜没有柔性。另外若不采用程序控制(如CN102282301A于400℃下烧结得到聚四氟乙烯纤维垫，载体(成纤聚合物)的灰分小于5％。)则无法保持纤维的原有形态，致使纤维塌陷成扁平状。通过控制烧结后的冷却条件，进一步减少了纤维上的微小裂痕，形成无痕纤维表面，增强纤维的强度和韧性。

优选地，上述烧结采用程序控温分段连续烧结，在流动气氛下，以2～15℃/min从室温升温至90℃～120℃，在100℃～120℃保温50～100min，以5～8℃/min的速率从100℃～120℃升温到280℃～300℃，在280℃～300℃保温60～120min；以4～7℃/min的速率从280℃～300℃升温到380℃～390℃，在380℃～390℃保温30～80min。