本發(fā)明涉及一種膨體聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法和處理方法。

背景技術(shù)：

聚四氟乙烯(PTFE)具有諸多優(yōu)點，如耐高低溫、耐酸堿、耐腐蝕等，因而被人們稱為“塑料王”。近年來，單向及雙向拉伸的PTFE膨體材料廣泛應(yīng)用于氣體及液體過濾，特別是對PTFE微孔膜的要求越來越高，然而目前單層的單向及雙向拉伸的膨體PTFE微孔膜都存在著耐壓、強力不足和過濾精度不高的缺陷，限制了膨體PTFE微孔膜的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用增加膨體PTFE微孔膜的厚度來克服上述缺陷，但單純依靠增加厚度不僅成本高還會大幅增加微孔膜的過濾阻力或降低流量。因此，開發(fā)一種耐壓高、強力高、過濾阻力小、流量高、過濾精度高且成本低的膨體PTFE微孔膜成為目前重點研究的方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的膨體PTFE微孔膜存在耐壓、強力不足和過濾精度不高的缺陷，以及單純依靠增加膨體PTFE微孔膜厚度來提高耐壓和強力性不僅成本高還會大幅增加微孔膜的過濾阻力或降低流量的缺陷，提供一種膨體聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法和處理方法。本發(fā)明通過引入強力和平均孔徑數(shù)都高于膨體PTFE微孔膜的PTFE膜切長纖維織物作為增強層，通過高溫燒結(jié)熔融，形成具有三維貫通孔道結(jié)構(gòu)的增強增厚型膨體PTFE微孔膜，克服了現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品缺陷，提高了膨體PTFE微孔膜的使用壓力和壽命，擴大了膨體PTFE微孔膜的應(yīng)用范圍，可用在高精度過濾場合，例如生物科技和大規(guī)模集成電路的空氣凈化。

本發(fā)明提供了一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，所述膨體聚四氟乙烯微孔膜 的第一側(cè)部和第二側(cè)部具有微孔結(jié)構(gòu)，中部具有大孔結(jié)構(gòu)，所述第一側(cè)部和所述第二側(cè)部的微孔及所述中部的大孔形成部分三維貫通的孔道結(jié)構(gòu)；所述中部由聚四氟乙烯膜切長纖維基布形成，所述第一側(cè)部和所述第二側(cè)部均由一層以上的聚四氟乙烯微孔膜形成。

其中，所述膨體聚四氟乙烯微孔膜的形式包括平板膜和管式膜。所述管式膜的內(nèi)徑為本領(lǐng)域常規(guī)的管式膜內(nèi)徑。

其中，所述第一側(cè)部和所述第二側(cè)部的微孔的平均孔徑一般為0.1～5μm。

其中，所述中部的大孔的平均孔徑較佳地為1～1.5mm。

其中，所述第一側(cè)部較佳地由2～40層聚四氟乙烯微孔膜燒結(jié)而成。所述第二側(cè)部較佳地由2～40層聚四氟乙烯微孔膜燒結(jié)而成。本發(fā)明的膨體聚四氟乙烯微孔膜根據(jù)具體使用要求，第一側(cè)部和第二側(cè)部可選擇由不同層數(shù)的聚四氟乙烯微孔膜燒結(jié)而成，只要第一側(cè)部和第二側(cè)部的聚四氟乙烯微孔膜層數(shù)在2～40層范圍內(nèi)即可。

其中，所述聚四氟乙烯膜切長纖維基布可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的聚四氟乙烯膜切長纖維基布，其組織結(jié)構(gòu)可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種組織結(jié)構(gòu)，較佳地包括長纖維平紋機織、長纖維針織和鉤編中的一種或多種。所述聚四氟乙烯膜切長纖維基布一般由下述方式制備：將聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑混合均勻，然后經(jīng)擠出，壓延，雙向拉伸，切割，加捻制成長纖維，最后對所述長纖維進行織造即得；其中，所述聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑均為本領(lǐng)域常規(guī)使用的聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑。所述聚四氟乙烯膜切長纖維基布更佳地為遼寧金氟龍氟材料有限公司生產(chǎn)的規(guī)格為每平方米100～140克重、線密度為450～550dtex和經(jīng)緯密度為(108*54～152*76)/10cm的聚四氟乙烯膜切長纖維基布。

其中，所述聚四氟乙烯微孔膜為本領(lǐng)域常規(guī)使用的聚四氟乙烯微孔膜，較佳地為雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜。所述雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜一般由下述方式制備：將聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑混合均勻，然后經(jīng)擠出，壓延，雙向拉伸即得；其中，所述聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑均為本 領(lǐng)域常規(guī)使用的聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑。所述雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜更佳地為湖州森諾氟材料科技有限公司生產(chǎn)的厚度為0.3～3μm的空氣過濾膜和/或為上海靈氟隆膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的厚度為35～50μm的服裝膜。

本發(fā)明的膨體聚四氟乙烯微孔膜具有三維貫通孔道結(jié)構(gòu)，其厚度可達300μm～1.0mm，起泡點≥0.2MPa，強力為120～200N，孔隙率為50～65％。

本發(fā)明還提供了上述膨體聚四氟乙烯微孔膜的制備方法，其包括如下步驟：

將一層以上所述聚四氟乙烯微孔膜鋪平或卷繞成管，形成第一過濾層；然后在所述第一過濾層上疊合所述聚四氟乙烯膜切長纖維基布，形成一增強層；再將一層以上所述聚四氟乙烯微孔膜平疊或卷繞在所述增強層上，形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將所述疊配物在350～390℃下燒結(jié)，即得膨體聚四氟乙烯微孔膜。

其中，所述聚四氟乙烯微孔膜為本領(lǐng)域常規(guī)使用的聚四氟乙烯微孔膜，較佳地為雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜。所述雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜一般由下述方式制備：將聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑混合均勻，然后經(jīng)擠出，壓延，雙向拉伸即得；其中，所述聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑均為本領(lǐng)域常規(guī)使用的聚四氟乙烯分散樹脂和助擠劑。所述雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜更佳地為湖州森諾氟材料科技有限公司生產(chǎn)的厚度為0.3～3μm、寬度為1.8～2.6m的空氣過濾膜和/或為上海靈氟隆膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的厚度為35～50μm、寬度為1.9～2.3m的服裝膜。

其中，所述的燒結(jié)可在本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種設(shè)備中進行，例如層壓機、烘干爐和燒結(jié)爐。所述的燒結(jié)的溫度較佳地為358～390℃，所述的燒結(jié)的時間較佳地為20～50分鐘，更佳地為30～40分鐘。當采用層壓機燒結(jié)時，所述層壓機的壓力較佳地為0.1～1MPa，更佳地為0.3MPa。

其中，所述的燒結(jié)完畢后，所述第一過濾層與所述增強層之間的界面以及所述增強層和所述第二過濾層之間的界面融為一體。所述第一過濾層燒結(jié) 后即為所述膨體聚四氟乙烯微孔膜的第一側(cè)部，所述增強層燒結(jié)后即為所述膨體聚四氟乙烯微孔膜的中部，所述第二過濾層燒結(jié)后即為所述膨體聚四氟乙烯微孔膜的第二側(cè)部。

本發(fā)明還提供了上述膨體聚四氟乙烯微孔膜的處理方法，其按下述步驟進行：將1～3％的聚乙烯醇縮甲乙醛溶解在質(zhì)量分數(shù)為5～10％的鹽酸水溶液中，加熱至55～60℃，使其溶解，得到混合液；將所述膨體聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2～3小時，然后再在50～60℃的1～2％燒堿溶液中浸漬半小時，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。較佳地按下述步驟進行：將1％的聚乙烯醇縮甲乙醛溶解在質(zhì)量分數(shù)為10％的鹽酸水溶液中，加熱至60℃，使其溶解，得到混合液；將所述膨體聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2小時，然后再在50℃的1％燒堿溶液中浸漬半小時，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。

在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。

本發(fā)明的積極進步效果在于：

1、本發(fā)明通過引入強力和平均孔徑數(shù)都高于膨體PTFE微孔膜的PTFE膜切長纖維織物作為增強層，通過高溫燒結(jié)熔融，形成具有三維貫通孔道結(jié)構(gòu)的增強增厚型膨體PTFE微孔膜，其微孔膜厚度可達300μm～1.0mm，孔隙率高達50％～65％。

2、本發(fā)明的膨體PTFE微孔膜的拉伸強力大幅提升，可高達200N，提高了常規(guī)膨體PTFE微孔膜的使用壓力和壽命，且過濾精度高，起泡點從0.07MPa提高到了0.2MPa以上，平均孔徑從1μm精確到了0.1μm，可以用于制造平板膜、管式膜、片材、帶材和板材等，擴大了膨體PTFE微孔膜的應(yīng)用范圍，尤其可用在高精度過濾場合，例如生物科技和大規(guī)模集成電路的空氣凈化。

3、本發(fā)明的膨體PTFE微孔膜經(jīng)本發(fā)明的處理方法處理后其水接觸角 由處理前的大于100度降到小于30度，應(yīng)用面更廣、效果更佳。

附圖說明

圖1為實施例1膨體聚四氟乙烯微孔膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中1表示第一側(cè)部，2表示中部，3表示第二側(cè)部，4表示微孔，5表示大孔。

圖2為實施例2膨體聚四氟乙烯微孔膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中1表示第一側(cè)部，2表示中部，3表示第二側(cè)部，4表示微孔，5表示大孔。

圖3為實施例膨體聚四氟乙烯微孔膜的掃描電子顯微鏡照片，其中圖3a為表面形貌電鏡圖，圖3b為橫截面電鏡圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。

下述實施例中，所用聚四氟乙烯膜切長纖維基布由遼寧金氟龍氟材料有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為每平方米100～140克重、線密度為450～550dtex和經(jīng)緯密度為(108*54～152*76)/10cm。所用雙向拉伸的聚四氟乙烯微孔膜中，空氣過濾膜為湖州森諾氟材料科技有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為厚度0.3～3μm、寬度1.8～2.6m；服裝膜為上海靈氟隆膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為厚度35～50μm、寬度1.9～2.3m。

實施例1

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，截面結(jié)構(gòu)如圖1所示，為平板膜，其中第一側(cè)部1由30層空氣過濾膜疊合而成，中部2為聚四氟乙烯膜切長纖維基布，第二側(cè)部3由30層空氣過濾膜疊合而成；第一側(cè)部1的微孔4的平均孔徑為3μm，中部2的大孔5的平均孔徑為1mm，第二側(cè)部3的微孔4的平均孔徑為0.45μm，第一側(cè)部1、中部2和第二側(cè)部3的孔形成部分三維貫通的孔道結(jié)構(gòu)。該膨體聚四氟乙烯微孔膜的厚度為0.3mm。

其由如下制備方法制得：

將30層空氣過濾膜疊壓鋪平，以形成第一過濾層；然后在該第一過濾層上疊合一聚四氟乙烯膜切長纖維基布，形成一增強層；再在增強層上疊合30層空氣過濾膜，形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將疊配物用層壓機在0.3MPa壓力下，380℃燒結(jié)30分鐘，制成膨體聚四氟乙烯微孔膜。

實施例2

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，截面結(jié)構(gòu)如圖2所示，為管式膜，其中第一側(cè)部1由10層服裝膜疊合而成，中部2為聚四氟乙烯膜切長纖維基布，第二側(cè)部3由10層服裝膜疊合而成；第一側(cè)部的微孔4的平均孔徑為3.5μm，中部的大孔5的平均孔徑為1.2mm，第二側(cè)部的微孔4的平均孔徑為1μm，第一側(cè)部、中部和第二側(cè)部的孔形成部分三維貫通的孔道結(jié)構(gòu)。該膨體聚四氟乙烯微孔膜的厚度為1.0mm。

其由如下制備方法制得：

將10層服裝膜在卷管機上卷繞成內(nèi)徑為2cm的圓管，以形成第一過濾層；然后在該第一過濾層上卷繞一聚四氟乙烯膜切長纖維基布，形成一增強層；再在增強層上卷繞10層服裝膜，形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將疊配物用烘干爐在390℃下燒結(jié)40分鐘，即得膨體聚四氟乙烯微孔膜。

實施例3

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，為管式膜，其中第一側(cè)部由30層空氣過濾膜疊合而成，中部為聚四氟乙烯膜切長纖維基布，第二側(cè)部由10層服裝膜疊合而成；第一側(cè)部的微孔的平均孔徑為5μm，中部的大孔的平均孔徑為1.5mm，第二側(cè)部的微孔的平均孔徑為0.45μm，第一側(cè)部、中部和第二側(cè)部的孔形成部分三維貫通的孔道結(jié)構(gòu)。該膨體聚四氟乙烯微孔膜的厚度為0.8mm。

其由如下制備方法制得：

將30層空氣過濾膜在卷管機上卷繞成內(nèi)徑為2cm的圓管，以形成第一過濾層；然后在該第一過濾層上卷繞一聚四氟乙烯膜切長纖維基布，形成一增強層；再在增強層上卷繞10層服裝膜，形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將疊配物用燒結(jié)爐在385℃下燒結(jié)35分鐘，即得膨體聚四氟乙烯微孔膜。

實施例4

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，為平板膜，其中第一側(cè)部由40層空氣過濾膜疊合而成，中部為聚四氟乙烯膜切長纖維基布，第二側(cè)部由20層空氣過濾膜疊合而成；第一側(cè)部的微孔的平均孔徑為3μm，中部的大孔的平均孔徑為1mm，第二側(cè)部的微孔的平均孔徑為0.45μm，第一側(cè)部、中部和第二側(cè)部的孔形成部分三維貫通的孔道結(jié)構(gòu)。該膨體聚四氟乙烯微孔膜的厚度為0.3mm。

其由如下制備方法制得：

將40層空氣過濾膜疊壓鋪平，以形成第一過濾層；然后在該第一過濾層上疊合一聚四氟乙烯膜切長纖維基布，形成一增強層；再在增強層上疊合20層空氣過濾膜，形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將疊配物用層壓機在0.1MPa壓力下，350℃燒結(jié)50分鐘，制成膨體聚四氟乙烯微孔膜。

實施例5

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜的處理方法，其按下述步驟進行：將1％的聚乙烯醇縮甲乙醛溶解在質(zhì)量分數(shù)為10％的鹽酸水溶液中，加熱至60℃，使其溶解，得到混合液；將實施例3的膨體聚四氟乙烯微孔膜在上述混合液中浸泡2小時，然后再在50℃的1％燒堿溶液中浸漬半小時，最后取出，水洗至中性，烘干，即可。

對比例1

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，其由如下制備方法制得：

將30層空氣過濾膜疊壓鋪平，所用空氣過濾膜的微孔平均孔徑為3μm， 以形成第一過濾層；然后在該第一過濾層上疊合一聚四氟乙烯膜切長纖維基布，所用聚四氟乙烯膜切長纖維基布的大孔平均孔徑為1mm，以形成一增強層；再在增強層上疊合30層空氣過濾膜，所用空氣過濾膜的微孔平均孔徑為0.45μm，以形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將疊配物用層壓機在0.3MPa壓力下，340℃燒結(jié)30分鐘，制得的膨體聚四氟乙烯微孔膜出現(xiàn)分層，無法形成一體的微孔膜，嚴重影響了其實際應(yīng)用。

對比例2

一種膨體聚四氟乙烯微孔膜，其由如下制備方法制得：

將30層空氣過濾膜疊壓鋪平，所用空氣過濾膜的微孔平均孔徑為3μm，以形成第一過濾層；然后在該第一過濾層上疊合一聚四氟乙烯膜切長纖維基布，所用聚四氟乙烯膜切長纖維基布的大孔平均孔徑為1mm，以形成一增強層；再在增強層上疊合30層空氣過濾膜，所用空氣過濾膜的微孔平均孔徑為0.45μm，以形成第二過濾層，疊合完畢后得到一疊配物；然后將疊配物用層壓機在0.3MPa壓力下，400℃燒結(jié)30分鐘，制得的膨體聚四氟乙烯微孔膜硬化，嚴重影響了其過濾精度。

效果實施例1

對實施例1制得的膨體聚四氟乙烯微孔膜用掃描電子顯微鏡表征，觀察其微觀形貌，結(jié)果如圖3所示。圖3a為膨體聚四氟乙烯微孔膜的表面形貌電鏡圖，從圖中可以看到膨體聚四氟乙烯微孔膜的表面呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布在0.5μm至10μm之間。圖3b為膨體聚四氟乙烯微孔膜的橫截面電鏡圖，可以看到其截面出現(xiàn)明顯的孔道結(jié)構(gòu)。實施例2～4的膨體聚四氟乙烯微孔膜的微觀形貌效果同實施例1。

效果實施例2

對實施例1～3制得的膨體聚四氟乙烯微孔膜進行起泡點、拉伸強力和孔隙率的測定。其中，起泡點按照行業(yè)標準HY/T039-1995微孔濾膜孔性能測定方法進行；拉伸強力按照國家標準GB/T10654-2001高聚物多孔彈性材料拉伸強度和拉斷伸長率的測定方法進行；孔隙率由下述計算公式得到：孔隙 率＝(1-材料的表面密度/材料的真密度×100％，其中密度按照國家標準GB/T10331-2008非泡沫塑料的密度測定方法測得。起泡點、拉伸強力和孔隙率的具體測試結(jié)果如下。實施例1膨體聚四氟乙烯微孔膜的起泡點為0.2MPa，拉伸強力為120N，孔隙率為65％；實施例2膨體聚四氟乙烯微孔膜的起泡點為0.26MPa，拉伸強力為200N，孔隙率為50％；實施例3膨體聚四氟乙烯微孔膜的起泡點為0.22MPa，拉伸強力為140N，孔隙率為55％。

效果實施例3

測試實施例3制得的膨體聚四氟乙烯微孔膜以及經(jīng)實施例5處理方法處理后的膨體PTFE微孔膜的水接觸角，測試標準按照ISO 15989:2004《塑料薄膜和薄板電暈處理薄膜的水接觸角度的測量》。測試結(jié)果顯示，膨體聚四氟乙烯微孔膜的水接觸角由處理前的大于100度降到小于30度，親水性能明顯提高。