[发明专利]炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说，涉及一种炭黑填充并且颜色均匀、透 气性与抗油性能良好的聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)根据制备方法的不同可分为悬浮树脂和分散树脂，聚四氟乙 烯悬浮树脂一般采用模压成型工艺，分散聚合的聚四氟乙烯分散液应用于喷涂、浸渍、 流延及湿法混合填料。在填充聚四氟乙烯制品中，炭黑既可作为黑色染料，另外具有补 强作用和增强基体的导电性能。

填料用于填充PTFE的混合方法有三种：(1)干法混合，此法混合简单，但难以 混合均匀，适用于一般要求制品。(2)溶剂混合，溶剂为丙酮或甲醇，适用于玻璃纤 维填充聚四氟乙烯。(3)湿法混合，这种方法通常是在聚四氟乙烯分散液中添加填料。 这种方法所得制品机械强度高，耐腐蚀性好。例如专利CN103755982A制备一种填充聚 四氟乙烯分散树脂的方法，将石墨或炭黑加到聚四氟乙烯乳液中制备分散树脂，但对分 散树脂具体的应用产品没有作进一步的研究。而在专利CN103232607A高填充量石墨- 聚四氟乙烯填充树脂的制备方法中石墨填充量达到了70～95％，所得分散树脂应用于制 备多次充放电的超级电容器。但对于低填充量，并且厚度小的聚四氟乙烯薄膜的颜色均 匀程度难以控制，这是因为材料越薄为了染色均匀就需要添加越多炭黑，而炭黑过多会 影响聚四氟乙烯微孔膜的孔隙率和透气性。

聚四氟乙烯微孔膜结构独特、性能优异，广泛用于制备过滤膜、工业密封材料、生 物组织替代材料和防水透湿功能服装面料。但目前PTFE微孔膜主要依赖进口，如美国 Gore公司发明将聚四氟乙烯微孔膜与织物粘合后作为“防水透湿”功能面料，价格昂贵， 国内关于PTFE微孔膜制备的报道较少。另外由于聚四氟乙烯的表面能低、润湿性能差、 与其他材料的相容性和粘结性能差等缺点限制了微孔膜的应用。因此深入研究PTFE微 孔膜具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备均匀填充少量炭黑并且透气性、抗油性能和力学性能 良好的聚四氟乙烯微孔膜。可以应用于需要一定透气性和抗油性能的产品或场合中。

本发明的另一目的提供一种上述聚四氟乙烯微孔膜的制备方法。

本发明的炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜，以重量计，炭黑的填充量为聚四氟乙烯 的0.5％～10％，还包括为炭黑量0.5％～5％用于增强炭黑与聚四氟乙烯之间界面结合力的 偶联剂，以及为聚四氟乙烯量20％～30％的挤出助剂。

本发明的制备所述炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：(1) 炭黑的预处理：炭黑分散于水中后滴加入偶联剂搅拌分散；(2)配制聚四氟乙烯分散 体：将四氟乙烯分散液原料加入凝聚桶中，用水调节四氟乙烯分散液的比重至1.05～1.08 以降低粘度，然后调PH至7～10以使凝聚过程稳定，再将预处理后炭黑倒入分散液中 进行凝聚，调节搅拌转速至200～2000rpm，至观察到混合物颜色变成无色；(3)凝聚 完毕后调节转速至100～800rpm进行陈化搅拌，陈化搅拌时间为5～30min，使炭黑和聚 四氟乙烯物料均漂浮在表面，为小颗粒状的细粉料；(4)用水洗涤细粉料；(5)干燥 细粉料；(6)将干燥后的细粉料与助挤剂充分混合后制成薄膜。

优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

更优选地，所述偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三 甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基) 钛酸酯、及双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。

优选地，所述炭黑选自炭黑Mogul-L、炭黑N234、炭黑XC-72。

优选地，所述聚四氟乙烯分散液原料经40～80目滤布过滤。

优选地，所述助挤剂为石油醚、石蜡油或白油。

本发明采用不同种类的炭黑作为填料，通过特定几种偶联剂对炭黑的预处理使少量 炭黑均匀分散，以及控制聚四氟乙烯分散液的比重和酸碱度，无需添加表面活性剂和凝 聚剂，节省成本，简化工艺，特别是在共凝聚的过程中，控制搅拌速率、温度和时间， 再将凝聚出的物料与助挤剂如石蜡油混合后压延拉伸成微孔膜，根据微孔膜的性能需 要，添加不同品种和含量的炭黑，使聚四氟乙烯微孔膜的色泽、透气性以及力学性能良 好等优点；本发明在自制凝聚桶中控制搅拌的条件，使聚四氟乙烯分散液与炭黑共凝聚， 具有工艺简单、快捷且绿色环保等特点。