專利名稱：一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的制備方法，及其這種制備方法制成的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜本身。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)和生活用水量急劇增加，這勢(shì)必對(duì)廢水處理帶來(lái)嚴(yán)重的壓力，淡水資源進(jìn)一步匱乏。工業(yè)用水最大的部分是冷卻水(約占60～65％)，其中的鈣鎂等結(jié)垢性離子采用固液分離技術(shù)進(jìn)行分離，生活用水也需要通過固液分離技術(shù)來(lái)去除水體中的懸浮物。而目前包括澄清池在內(nèi)的固液分離設(shè)備存在著占地體積大、分離效率低、單位體積設(shè)備的處理量小、適用面窄、對(duì)微細(xì)顆粒無(wú)法去除等缺點(diǎn)。在此背景下，利用膜實(shí)現(xiàn)的微濾技術(shù)得到迅速的發(fā)展。微濾技術(shù)是利用薄膜中的微孔(孔徑一般為0.1～10微米)對(duì)顆粒的吸附、截留、篩分等作用進(jìn)行分離，具有過濾精度高、阻力小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。微濾技術(shù)所面臨的主要挑戰(zhàn)是薄膜材質(zhì)的選擇和污染控制等方面。
在眾多的膜材料中，通過雙向拉伸技術(shù)加工的聚四氟乙烯微孔薄膜，熔點(diǎn)高(327℃)，使用溫度范圍廣(-200℃～260℃)，摩擦系數(shù)小，表面光滑，過濾精度高，過濾阻力小，能耗低，無(wú)介質(zhì)脫落，尤其具有耐化學(xué)性(能耐許多高腐蝕性介質(zhì))等特點(diǎn)為其在過濾方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但薄膜的強(qiáng)疏水性也限制了其在水溶液體系處理中的應(yīng)用。
目前薄膜的親水改性主要是通過包括電子束、等離子體等在內(nèi)的輻照源，輻照引發(fā)接枝親水性單體，從而賦予材料親水性能。電子束等輻照深度大，對(duì)材料的力學(xué)性能影響大；等離子體等屬表面輻照，接枝反應(yīng)只能發(fā)生表面。這些聚四氟乙烯微孔薄膜的親水性加工工藝，均未能很好地解決親水性性能良好的聚四氟乙烯微孔薄膜的工業(yè)生產(chǎn)，參見張乃慧的《戈?duì)柲み^濾新工藝與道爾澄清鹽水精制工藝、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的比較》(《中國(guó)氯堿》，2002，11-2)，王麗等人的《膜過濾技術(shù)治理活性白土廢水的實(shí)驗(yàn)研究》(《遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技》，2002，20(3)51～52)。目前市場(chǎng)上僅有的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜產(chǎn)品為美國(guó)Gore公司生產(chǎn)，其孔徑為0.5微米，在0.09MPa～0.12兆帕的過濾壓力下，水過濾速度大約為0.5立方米/平方米·小時(shí)，該產(chǎn)品售價(jià)高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，該方法是將親水性材料與膨體聚四氟乙烯樹脂粉末混合，經(jīng)過擠出、壓延、脫脂、拉伸和燒結(jié)等工藝加工而成。該方法解決了聚四氟乙烯薄膜的親水性問題，薄膜可直接用于水過濾行業(yè)。。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，其過濾阻力小、水過濾速度快。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，包括以下步驟1)將親水性聚合物與金屬化合物通過偶聯(lián)劑偶聯(lián)形成親水性材料；2)將所述親水性材料與膨體聚四氟乙烯樹脂粉末、液體潤(rùn)滑劑按比例混合均勻，在略高于室溫條件靜置一段時(shí)間，使樹脂粉末與液體潤(rùn)滑劑充分混合，形成聚四氟乙烯物料；3)將所述聚四氟乙烯物料壓延成聚四氟乙烯基帶；4)將所述聚四氟乙烯基帶在烘箱中進(jìn)行縱向拉伸，加工成脫脂基帶；5)將所述脫脂基帶進(jìn)行橫向拉伸和燒結(jié)，制備成親水性聚四氟乙烯微孔薄膜。
所述的親水性聚合物為淀粉的丙烯腈、丙烯酸鹽、丙烯酰胺的接枝物，淀粉羧甲基化材料，淀粉黃原酸鹽接枝丙烯酸鹽，淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺和順丁烯二酸酐的共聚物，纖維素羧甲基化材料，纖維素接枝丙烯腈，纖維素接枝丙烯酸鹽，纖維素黃原酸化接枝丙烯酸鹽，纖維素接枝丙烯酰胺，纖維素羧甲基化后環(huán)氧氯丙烷交叉交聯(lián)材料，聚丙烯酸鹽，聚丙烯酰胺，丙烯酸酯與醋酸乙烯酯共聚物，丙烯酸與丙烯酰胺共聚物，聚乙烯醇-酸酐交聯(lián)共聚物，聚乙烯醇-丙烯酸接枝共聚物，醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚水解物，醋酸乙烯-順丁烯二酸酐共聚物，聚氧撐系中至少一種。
所述的金屬化合物至少為銅、錫、稀土、鉻、鎳、鐵的氧化物或氫氧化物之一種。
所述的偶聯(lián)劑至少為KH550、KH560之一種。
所述膨體聚四氟乙烯樹脂粉末結(jié)晶度高不小于98％、分子量在200萬(wàn)～1000萬(wàn)。
上述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，更優(yōu)的是將所述步驟3)的壓延方法是將混合好的聚四氟乙烯物料在壓坯機(jī)上壓制成圓柱形毛坯，將此毛坯通過推壓機(jī)擠出棒狀物，然后此棒狀物經(jīng)壓延機(jī)壓延成聚四氟乙烯基帶，壓延過程中采用熱風(fēng)烘燥。
上述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，更優(yōu)的是將所述步驟4)的縱向拉伸是在100～300℃烘箱中進(jìn)行。
上述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，更優(yōu)的是將所述步驟5)中利用擴(kuò)幅機(jī)上橫向拉伸脫脂基帶，然后在250～380℃下燒結(jié)熱定型。
本發(fā)明的另一目的，即提供一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，是通過上述方法制備的。通過本發(fā)明的上述方法制備的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，其薄膜微孔孔徑為0.1微米～5微米，過濾壓力為0.006～0.009兆帕?xí)r水過濾速度為1.075～3.812立方米/平方米·小時(shí)。
本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明制備的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，工藝簡(jiǎn)單、成本低。利用本發(fā)明制備的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，薄膜微孔孔徑為0.1微米～5微米，水過濾速度為1.075～3.812立方米/平方米·小時(shí)(過濾壓力為0.006～0.009兆帕)。該薄膜可以直接廣泛用于水過濾行業(yè)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1親水性聚四氟乙烯薄膜的掃描電子顯微鏡照片具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式及有益效果。
實(shí)施例1一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其步驟如下1、親水性材料的制備將聚乙烯醇-酸酐交聯(lián)共聚物與氧化銅通過偶聯(lián)劑KH550偶聯(lián)；2、混料選擇結(jié)晶度高(≥98％)、分子量在300萬(wàn)的膨體聚四氟乙烯樹脂粉末，將膨體聚四氟乙烯樹脂粉末、親水性材料與液體潤(rùn)滑劑按重量比1∶1∶0.3的比例混合均勻，在25℃靜置一段時(shí)間，使樹脂粉末與液體潤(rùn)滑劑充分混合；3、壓坯與擠出將混合好的聚四氟乙烯物料在壓坯機(jī)上壓制成圓柱形毛坯，將毛坯通過推壓機(jī)擠出棒狀物，然后經(jīng)壓延機(jī)壓延成聚四氟乙烯基帶，壓延過程中采用熱風(fēng)烘燥；4、縱向拉伸將聚四氟乙烯基帶，在200℃烘箱中進(jìn)行縱向拉伸，拉伸過程中潤(rùn)滑劑揮發(fā)，加工脫脂基帶；5、橫向拉伸和燒結(jié)將脫脂基帶在擴(kuò)幅機(jī)上進(jìn)行橫向拉伸，最后在300℃下燒結(jié)熱定型，制備親水性聚四氟乙烯薄膜。
依據(jù)上述步驟制得的親水性聚四氟乙烯薄膜，其薄膜孔徑為0.8微米，水過濾速度為3.122立方米/平方米·小時(shí)(過濾壓力為0.006~0.009兆帕)。水過濾性能優(yōu)于市售的美國(guó)Gore公司的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜產(chǎn)品，同時(shí)成本低廉。
依據(jù)上述步驟制得的親水性聚四氟乙烯薄膜掃描電子顯微鏡照片見圖1。
實(shí)施例2一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其步驟如下1、親水性材料的制備將維素羧甲基化后環(huán)氧氯丙烷交叉交聯(lián)物與氧化銅通過偶聯(lián)劑KH550偶聯(lián)；2、混料選擇結(jié)晶度高(≥98％)、分子量在200萬(wàn)的膨體聚四氟乙烯樹脂粉末，將膨體聚四氟乙烯樹脂粉末、親水性材料、與液體潤(rùn)滑劑按重量比1∶1∶0.3的比例混合均勻，在35℃靜置一段時(shí)間，使樹脂粉末與液體潤(rùn)滑劑充分混合；3、壓坯與擠出將混合好的聚四氟乙烯物料在壓坯機(jī)上壓制成圓柱形毛坯，將毛坯通過推壓機(jī)擠出棒狀物，然后經(jīng)壓延機(jī)壓延成聚四氟乙烯基帶，壓延過程中采用熱風(fēng)烘燥；4、縱向拉伸；將聚四氟乙烯基帶，在200℃烘箱中進(jìn)行縱向拉伸，拉伸過程中潤(rùn)滑劑揮發(fā)，加工脫脂基帶；5、橫向拉伸和燒結(jié)將脫脂基帶在擴(kuò)幅機(jī)上進(jìn)行橫向拉伸，最后在310℃下燒結(jié)熱定型，制備親水性聚四氟乙烯薄膜。
依據(jù)上述步驟制得的親水性聚四氟乙烯薄膜，其薄膜孔徑為1.1微米，水過濾速度為3.812立方米/平方米·小時(shí)(過濾壓力為0.006~0.009兆帕)。水過濾性能優(yōu)于市售的美國(guó)Gore公司的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜產(chǎn)品，同時(shí)成本低廉。
權(quán)利要求
1.一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，包括以下步驟1)將親水性聚合物與金屬化合物通過偶聯(lián)劑偶聯(lián)形成親水性材料；2)將所述親水性材料與膨體聚四氟乙烯樹脂粉末、液體潤(rùn)滑劑按比例混合均勻，在略高于室溫條件靜置一段時(shí)間，使樹脂粉末與液體潤(rùn)滑劑充分混合，形成聚四氟乙烯物料；3)將所述聚四氟乙烯物料壓延成聚四氟乙烯基帶；4)將所述聚四氟乙烯基帶在烘箱中進(jìn)行縱向拉伸，加工成脫脂基帶；5)將所述脫脂基帶進(jìn)行橫向拉伸和燒結(jié)，制備成親水性聚四氟乙烯微孔薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其特征在于所述的親水性聚合物為淀粉的丙烯腈、丙烯酸鹽、丙烯酰胺的接枝物，淀粉羧甲基化材料，淀粉黃原酸鹽接枝丙烯酸鹽，淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺和順丁烯二酸酐的共聚物，纖維素羧甲基化材料，纖維素接枝丙烯腈，纖維素接枝丙烯酸鹽，纖維素黃原酸化接枝丙烯酸鹽，纖維素接枝丙烯酰胺，纖維素羧甲基化后環(huán)氧氯丙烷交叉交聯(lián)材料，聚丙烯酸鹽，聚丙烯酰胺，丙烯酸酯與醋酸乙烯酯共聚物，丙烯酸與丙烯酰胺共聚物，聚乙烯醇-酸酐交聯(lián)共聚物，聚乙烯醇-丙烯酸接枝共聚物，醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚水解物，醋酸乙烯-順丁烯二酸酐共聚物，聚氧撐系中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其特征在于所述的金屬化合物至少為銅、錫、稀土、鉻、鎳、鐵的氧化物或氫氧化物之一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種聚四氟乙烯微孔薄膜親水化加工方法，其特征在于所述的偶聯(lián)劑至少為KH550、KH560之一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其特征在于所述膨體聚四氟乙烯樹脂粉末結(jié)晶度高不小于98％、分子量在200萬(wàn)～1000萬(wàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一所述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其特征在于所述步驟3)的壓延方法是將混合好的聚四氟乙烯物料在壓坯機(jī)上壓制成圓柱形毛坯，將此毛坯通過推壓機(jī)擠出棒狀物，然后此棒狀物經(jīng)壓延機(jī)壓延成聚四氟乙烯基帶，壓延過程中采用熱風(fēng)烘燥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一所述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其特征在于所述步驟4)的縱向拉伸是在100～300℃烘箱中進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一所述親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，其特征在于所述步驟5)中利用擴(kuò)幅機(jī)上橫向拉伸脫脂基帶，然后在250～380℃下燒結(jié)熱定型。
9.一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于通過權(quán)利要求1～8任一所述的方法制備的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的親水性聚四氟乙烯微孔薄膜，其特征在于薄膜微孔孔徑為0.1微米～5微米，過濾壓力為0.006～0.009兆帕?xí)r水過濾速度為1.075～3.812立方米/平方米·小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種親水性聚四氟乙烯微孔薄膜的加工方法，該方法是將親水性材料與膨體聚四氟乙烯樹脂粉末混合，經(jīng)過擠出、壓延、脫脂、拉伸和燒結(jié)等工藝加工而成。該方法解決了聚四氟乙烯微孔薄膜的親水性問題。薄膜微孔孔徑為0.1微米～5微米，水過濾速度為1.075～3.812立方米/平方米·小時(shí)(過濾壓力為0.006～0.009兆帕)。薄膜廣泛用于水過濾行業(yè)。
文檔編號(hào)B29C55/02GK1673272SQ200410017158
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者郭玉海, 郝新敏, 張建春, 王峰, 張華鵬 申請(qǐng)人:上海新特紡織材料研究中心有限公司