本發(fā)明涉及一種多孔材料，具體是一種聚四氟乙烯纖維膜，特別適用于膜蒸餾。
背景技術(shù)：
：含一定數(shù)量孔洞的固體叫多孔材料，是一種由貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料。相對(duì)連續(xù)介質(zhì)材料而言,多孔材料一般具有相對(duì)密度低、比強(qiáng)度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點(diǎn)。按照孔徑大小的不同，多孔材料又可以分為微孔（孔徑小于2nm）材料、介孔（孔徑2-50nm）材料和大孔（孔徑大于50nm）材料。多孔材料按其材質(zhì)區(qū)分，可分為金屬多孔材料和非金屬多孔材料。非金屬多孔材料一般具有比表面積大、密度小、熱導(dǎo)率小、相對(duì)密度小、孔隙率大等特點(diǎn)，在催化劑（包括載體）、吸附劑、保溫、絕熱、污水和廢氣處理、過濾液體和氣體（甚至細(xì)菌）、輕質(zhì)建筑材料，環(huán)保、改良土壤、化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中，聚四氟乙烯多孔膜材料以其溫度穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣、阻燃、自潤(rùn)滑等性能，其應(yīng)用范圍極廣。然而，由于孔結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性、不規(guī)則性，其仍然不能滿足很多應(yīng)用性能。在很多應(yīng)用中，都需要其多孔材料本身均勻，其孔徑大小、孔的分布均勻，使得性能均勻一致，但實(shí)際上，很多多孔材料達(dá)不到此要求，其均勻性補(bǔ)足；盡管有的材料自稱達(dá)到了較高的均勻性，但其均勻性仍是大體積尺度下的均勻性，若用小體積尺度進(jìn)行衡量，比如在材料上任取多塊體積不大于一立方厘米的三維體，分別測(cè)其質(zhì)量，其均勻程度差異仍然非常大，因此造成聚四氟乙烯多孔膜材料的各種性能如強(qiáng)度、彈性模量、通量等的不均勻，嚴(yán)重影響其功能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于給出結(jié)構(gòu)適宜、可控、高度均勻的多孔聚四氟乙烯纖維膜。本發(fā)明的目的是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的：一種聚四氟乙烯纖維膜，包括聚四氟乙烯材料本體，聚四氟乙烯呈纖維狀，纖維直徑為30～200nm，本體具有10nm～1000nm孔徑的孔腔以及呈三維空間圍繞孔腔形成的腔壁，其孔腔呈均勻性分布，各孔腔均三維貫通，孔腔呈均勻性分布是指各孔腔在多孔材料上任意單位級(jí)體積下呈均勻性分布；孔隙率70%以上，透光率為50%以上，拉伸強(qiáng)度20N/mm2以上,耐水壓4kg/cm2以上。具體的，上述聚四氟乙烯纖維膜，具有30～1000nm孔徑的孔腔以及呈三維空間圍繞孔腔形成的腔壁，腔壁上設(shè)置10～100nm的下級(jí)孔腔，各級(jí)孔腔均各自三維貫通且各級(jí)孔腔相互間也彼此貫通；孔腔均呈均勻性分布，孔腔呈均勻性分布是指各孔腔在多孔材料上任意單位級(jí)體積下呈均勻性分布。具體地，上述單位級(jí)體積是指立方厘米級(jí)或立方毫米級(jí)或更小單位級(jí)體積。更具體地，上述孔腔呈均勻性分布是指在該多孔材料上任取的體積不大于一立方厘米且相同大小的各三維體，它們的質(zhì)量基本相當(dāng)。更具體地，上述質(zhì)量基本相當(dāng)是指在多孔材料上任取的多個(gè)體積不大于一立方厘米且相同大小的三維體，分別稱其質(zhì)量，得到它們質(zhì)量的平均值，而任一三維體質(zhì)量相對(duì)于質(zhì)量平均值的偏差絕對(duì)值不大于三維體質(zhì)量平均值的4%。進(jìn)一步地，在該多級(jí)材料上任取的體積不大于一立方毫米的相同大小的三維體，它們質(zhì)量基本相當(dāng)。更具體地，所述質(zhì)量基本相當(dāng)是指在多孔材料上任取的多個(gè)體積不大于一立方毫米的相同大小的三維體，分別稱其質(zhì)量，得到它們質(zhì)量的平均值，而任一三維體質(zhì)量相對(duì)于質(zhì)量平均值的偏差絕對(duì)值不大于三維體質(zhì)量平均值的4%。優(yōu)選地，上述聚四氟乙烯纖維膜由多級(jí)多孔材料構(gòu)成，本體是以材料孔徑大小進(jìn)行分級(jí)的孔腔，及呈三維空間圍繞孔腔的腔壁構(gòu)成，腔壁上設(shè)置下級(jí)孔腔，各級(jí)孔腔均各自三維貫通且各級(jí)孔腔相互間也彼此貫通。更具體地，下一級(jí)多孔材料構(gòu)成上一級(jí)孔腔的腔壁。上級(jí)孔腔的腔壁是由其下級(jí)的多級(jí)多孔材料復(fù)合構(gòu)成，或是由其下級(jí)的各級(jí)多孔材料復(fù)合構(gòu)成，可使得材料滿足特定的功能需求。具體地，材料本體的每級(jí)多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體。每一級(jí)多孔材料的最大外邊界與整個(gè)材料本體空間邊界相當(dāng)。即每級(jí)多孔材料可以作為一級(jí)獨(dú)立的多孔材料存在于本體中，且具有其獨(dú)自的物化性能。這樣的結(jié)構(gòu)可以使得各級(jí)多孔材料的物化性能有所差異，在相對(duì)固定的材料整個(gè)空間中具有不同的物化性能，更好的滿足多方面的功能需求。有益效果1.本發(fā)明提供了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的聚四氟乙烯纖維膜，明確了其結(jié)構(gòu)形式，其孔腔的分級(jí)結(jié)構(gòu)形式及其均勻性結(jié)構(gòu)使其能滿足多種功能需求。2.本發(fā)明對(duì)聚四氟乙烯纖維膜的孔腔分布均勻提出了具體而明確的度量方式，明確了是以小單位級(jí)體積的尺度下來度量多孔材料以及其多級(jí)結(jié)構(gòu)的孔分布均勻性，這樣的多孔結(jié)構(gòu)是高度均勻的，從而保證了多孔材料的各個(gè)性能的均勻一致性。3.本發(fā)明聚四氟乙烯纖維膜是三維貫通的，包括每級(jí)孔三維連通，以及各級(jí)孔相互三維貫通，貫通性好，能充分滿足材料的功能需求。4.本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維膜是具有多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)的疏水表面。表面水接觸角可達(dá)到160°以上。5.聚四氟乙烯膜有漫反射現(xiàn)象，聚四氟乙烯多孔纖維膜，如孔分布、分級(jí)結(jié)構(gòu)、孔隙率、孔形等結(jié)構(gòu)特性、工藝等與透光率、機(jī)械強(qiáng)度、耐水壓等膜性能有關(guān)，本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維膜，膜色透亮、光澤明亮亮滑，無需支撐，形態(tài)穩(wěn)定，厚度可控，應(yīng)用于膜蒸餾過程，通量>42L/m2·h，截留率在99.8%以上，拉伸強(qiáng)度可達(dá)到32N/mm2以上,耐水壓7kg/cm2以上。6.本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維膜，可以為平板式、管式、中空纖維式或卷式等不同形狀和規(guī)格的膜，無需支撐，形態(tài)穩(wěn)定，厚度可控。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述實(shí)施方式。在不脫離和改變本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和/或慣用手段，顯然還可以做出多種形式的替換或變更，并均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。實(shí)施例1本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維膜，具有二級(jí)孔結(jié)構(gòu)，其中，均勻分布、相互貫通的第一級(jí)孔腔的腔壁上有均勻分布、相互貫通的第二級(jí)孔腔，且兩級(jí)孔相互之間也彼此貫通，所述貫通為三維貫通。材料本體的每級(jí)多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體。總有效孔隙率為75%，纖維直徑為150±20nm，大孔平均孔徑為0.45μm，在大孔的腔壁上有平均孔徑30nm的貫通小孔。用機(jī)械加工方法在該多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三維體，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平測(cè)試其質(zhì)量，結(jié)果如表1所示，其中，相對(duì)于平均值的偏差絕對(duì)值用百分比表示，其值為相對(duì)于平均值的偏差絕對(duì)值除以質(zhì)量平均值，由表1可知，其質(zhì)量偏差不大于4%。透光率測(cè)定：采用LCD5200光電特性測(cè)試儀，掃描380-780nm波段按照GBT2680-1994公布的太陽光各波段分布特性，計(jì)算樣品對(duì)可見光的透光率。表1件號(hào)質(zhì)量（mg）相對(duì)于平均值的偏差絕對(duì)值（%）1602.7561.7%2612.3340.1%3606.9831.0%4619.5001.0%5614.9020.3%6620.5931.2%7615.6210.4%8616.1640.5%9609.2140.6%質(zhì)量平均值613.119該聚四氟乙烯多孔材料的制備方法是：（1）將固含量60%的聚四氟乙烯乳液，粒徑30nm殼聚糖、5%（質(zhì)量比）聚環(huán)氧乙烷溶液、20wt%淀粉乳液，均勻混合，按照45：25：3：3的質(zhì)量比，配成紡絲液；（2）在真空條件下，在取向靜電紡纖維絲裝置中采用靜電紡絲方法制取聚四氟乙烯前驅(qū)膜，在真空條件下100℃處理30min；（3）將前驅(qū)膜纏繞5層到圓筒支撐模上，送入管式爐中在真空或保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)采用程序控溫分段連續(xù)燒結(jié)，以5℃/min的速率從室溫升溫到160℃，在180℃保溫30min；以5℃/min的速率升溫到260℃，在260℃保溫60min；以2℃/min的速率升溫到360℃，在360℃保溫30min；以6℃/min的速率升溫到400℃，在400℃保溫80min；（4）燒結(jié)后程序控溫冷卻，按照常規(guī)技術(shù)后續(xù)處理，抽出圓筒后，剪開，得到平板式具有兩級(jí)孔結(jié)構(gòu)的多孔聚四氟乙烯纖維膜，厚度為167μm。該聚四氟乙烯纖維膜無需支撐，形態(tài)穩(wěn)定，厚度可控，可用于氣液分離和液液分離，實(shí)現(xiàn)精確分級(jí)過濾，比如其適用于兩元或多元?dú)猓ㄒ海w的濾過，其通量大，截留率高，不易被污染（如多元液體的浸潤(rùn)膜污染），具有高效長(zhǎng)效的優(yōu)勢(shì)。膜水接觸角168°，透光率為65%，拉伸強(qiáng)度32N/mm2以上,耐水壓5kg/cm2以上。如，應(yīng)用于酸/醇-水-非揮發(fā)溶質(zhì)體系的膜蒸餾中，總通量可達(dá)到42kg/m2·h以上，體系中非揮發(fā)溶質(zhì)截留率在99.8%以上，揮發(fā)酸/醇分離因子=[餾出液中酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)×（1-原料液酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]÷[原料液酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)×（1-餾出液酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]可達(dá)到10以上。實(shí)施例2本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維膜，具有三級(jí)孔結(jié)構(gòu)，其中，均勻分布、相互貫通的第一級(jí)孔腔的腔壁上有均勻分布、相互貫通的第二級(jí)孔腔，且兩級(jí)孔相互之間也彼此貫通，所述貫通為三維貫通。材料本體的每級(jí)多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體。總有效孔隙率為85%，纖維直徑為180±20nm，大孔平均孔徑為1000nm，在大孔的腔壁上有平均孔徑60nm的貫通二級(jí)孔，在第二級(jí)孔的孔壁上有平均孔徑10nm貫通的第三級(jí)孔。用機(jī)械加工方法在該多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三維體，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平測(cè)試其質(zhì)量，結(jié)果如表1所示，其中，相對(duì)于平均值的偏差絕對(duì)值用百分比表示，其值為相對(duì)于平均值的偏差絕對(duì)值除以質(zhì)量平均值，由表2可知，其質(zhì)量偏差不大于4%。表2件號(hào)質(zhì)量（mg）相對(duì)于平均值的偏差絕對(duì)值（%）1501.7231.8%2508.0590.5%3522.2782.2%4503.8821.4%5526.0663.0%6507.1650.7%7510.9910.0%8516.2661.1%9500.9291.9%質(zhì)量平均值510.818該聚四氟乙烯多孔材料的制備方法是：（1）將PTFE細(xì)粉末、分子量為1000的聚乙二醇混合，攪拌加熱至380℃，持續(xù)攪拌60min，快速冷卻至室溫進(jìn)行破碎，在零下攝氏度進(jìn)行粉碎得到聚四氟乙烯顆粒；（2）將粒徑為200nm聚四氟乙烯顆粒分散配置為固含量60%乳液，將其與粒徑100nm殼聚糖、5%（質(zhì)量比）聚環(huán)氧乙烷溶液、20wt%淀粉乳液，均勻混合，按照45：25：3：3的質(zhì)量比，配成紡絲液；（3）在真空條件下，在取向靜電紡纖維絲裝置中采用靜電紡絲方法制取聚四氟乙烯前驅(qū)膜，在真空條件下100℃處理30min；（4）將前驅(qū)膜纏繞5層到直徑2mm圓筒支撐模上，送入管式爐中在真空或保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)采用程序控溫分段連續(xù)燒結(jié)，以5℃/min的速率從室溫升溫到160℃，在180℃保溫30min；以5℃/min的速率升溫到270℃，在270℃保溫60min；以2℃/min的速率升溫到360℃，在360℃保溫30min；以6℃/min的速率升溫到400℃，在400℃保溫80min；（5）燒結(jié)后程序控溫冷卻，按照常規(guī)技術(shù)后續(xù)處理，得到具有三級(jí)孔結(jié)構(gòu)的多孔聚四氟乙烯中空膜，厚度為160μm，中空纖維膜直徑2mm。該聚四氟乙烯纖維膜無需支撐，形態(tài)穩(wěn)定，厚度可控，可用于氣液分離和液液分離，實(shí)現(xiàn)精確分級(jí)過濾，比如其適用于兩元或多元?dú)猓ㄒ海w的濾過，其通量大，截留率高，不易被污染（如多元液體的浸潤(rùn)膜污染），具有高效長(zhǎng)效的優(yōu)勢(shì)。膜水接觸角171°，透光率為70%，拉伸強(qiáng)度29N/mm2,耐水壓7kg/cm2。如，應(yīng)用于多元（或混合）醇/酸-水-非揮發(fā)溶質(zhì)體系的膜蒸餾中，總通量可達(dá)到42kg/m2·h以上，體系中非揮發(fā)溶質(zhì)截留率在99.9%以上，揮發(fā)酸/醇分離因子=[餾出液中酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)×（1-原料液酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]÷[原料液酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)×（1-餾出液酸/醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]可達(dá)到10以上。當(dāng)前第1頁1 2 3