[发明专利]一种静电纺丝全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术领域，具体为一种静电纺丝法全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

全氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚全氟烷氧基(PFA)等，具有化学性质稳定、高低温性能优良的特点，越来越受到膜研究者的关注，尤其是其良好的耐腐蚀性，广泛应用于苛刻条件下的微粒子分离。此外，全氟聚合物极强的疏水性，使其成为制备膜蒸馏、膜接触器和渗透蒸馏等的理想材料。全氟聚合物纤维早在20世纪50年代中期由杜邦公司产业化，商品名“Tenon(特氟纶)”。该公司在60年代还相继开发了FEP纤维，商品名“Teflon FEP”，80年代又开发了“Teflon PFA”。由于全氟聚合物结构的特殊性，全氟聚合物纤维不适合用常规的溶液和溶融纺丝来制备。因此，全氟聚合物纤维虽然工业化已有50多年，但至今还只有少数公司生产全氟聚合物纤维产品。其主要的纺丝工艺路线为四种：熔体纺丝，糊状挤压纺丝、膜裂纺丝以及乳液纺丝。目前，世界上比较成熟的制备全氟聚合物纤维的方法是以聚乙烯醇或黏胶纤维为载体的乳液纺丝方法(高科技纤维与应用，1999，05：20～24.)。国内肖长发以聚乙烯醇(PVA)作为成膜载体，由聚乙烯分散乳液制备PTFE疏水膜(高分子材料科学与工程，2010，05：123～126.)。采用静电纺丝法制备纳米纤维分离膜方面，国内外已多有研究。Rong Wang用聚偏氟乙烯(PVDF)制得纳米纤维膜，并将其应用于直接接触式膜蒸馏，取得较好效果。(Journal ofmembrane Science.425-426(2013)30-39)。

传统聚合物纤维的制备主要采用熔融纺丝和溶液纺丝，纤维的直径一般在十几微米以上。静电纺丝技术因能够连续生产直径在亚微米甚至纳米级的聚合物纤维，近年来得到了格外重视。由于纤维直径达到纳米级，纤维的长径比和比表面积相对传统纤维高几个数量级，因而具有很大的比表面积和孔隙率，可用于防护织物、过滤材料、功能性服饰、组织工程支架、生物医用材料等领域。本发明结合静电纺丝制备纳米纤维膜比表面积大，孔径尺寸小等特点以及全氟聚合物耐高 温、耐腐蚀等特点，用静电纺丝法制备全氟聚合物纳米纤维膜，为拓展全氟聚合物纤维的应用领域提出新思路。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种静电纺丝法全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法。该膜是采用静电纺丝技术纺出前驱体纤维膜，经高温烧结后制得纳米纤维膜材料。所得纤维膜微观呈现纳米纤维交织而成的三维网络结构。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种静电纺丝法全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法，包括以下工艺步骤：

A.制备纺丝液 

配制质量分数为6～15％的纺丝载体溶液，将纺丝载体与全氟聚合物浓缩分散乳液以固含量比为1∶2，1∶4，1∶6，1∶8和1∶10混和均匀，并加入占混和液重量百分比1～3％的无水乙醇和0.05～0.1％的溶液导电性调节剂制得纺丝液；所述纺丝载体质量浓度为6～15％，纺丝载体溶剂为蒸馏水，纺丝载体为具有低分解温度的聚乙烯醇，其聚合度为1700～2400，醇解度为88～99％；所述全氟聚合物浓缩分散乳液的重量固含量为50～70％，平均粒径为0.1～0.2μm；所述溶液导电性调节剂为氯化锂或氯化钠。

B.制备前驱体纳米纤维膜

将所制纺丝液注入静电纺丝装置中，设置纺丝参数，经静电纺丝、真空干燥后制得前驱体纳米纤维膜；所述纺丝参数为：电压为15～25KV，喷丝头与接收盘距离8～25cm，挤出速度0.3～1mL/h，静电纺丝纤维收集在旋转圆轴或平板上；所述干燥温度为50～60℃，干燥时间为8～12h。

C.制备全氟聚合物纳米纤维膜

将静电纺丝制备的前驱体纳米纤维膜，经高温烧结后制得全氟聚合物纳米纤维膜；所述烧结温度为280～390℃，烧结时间为1～2min，升温速率为1～10℃/min。

与现有技术相比，本发明以聚乙烯醇为纺丝载体，混合全氟聚合物乳液后，通过静电纺丝法制备前驱体纳米纤维膜，然后将前驱体纳米纤维膜烧结制备全氟聚合物纳米纤维膜，本发明提供的制备方法简单易行，制备出的纤维膜微观呈现纳米纤维交织而成的三维网络结构，且孔径分布均匀，孔隙率高。

具体实施方式

下面结合实施例进一步具体叙述本发明。

本发明设计的静电纺丝法全氟聚合物纳米纤维膜包括以下工艺步骤：

A.制备纺丝液