[發(fā)明專利]通過PEO模板犧牲法制備聚四氟乙烯納米纖維多孔膜的方法

有效

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• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN105862256B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯豪情;馮艷;周小平;王琦;呂曉義
• 申請（專利權(quán)）人: 江西先材納米纖維科技有限公司
• 主分類號: D04H3/007
• 分類號: D04H3/007;D04H3/009;D04H3/03;D04H3/147;B01D39/08
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備納米纖維多孔膜的方法，特別涉及一種制備聚四氟乙烯納米纖維多孔膜的方法。

背景技術(shù)

電紡聚合物溶液、熔體和乳液制備纖維多孔膜是一種快速發(fā)展的技術(shù)。此技術(shù)由John Francis Cooley在1900年發(fā)明，在20世紀90年代早期得到普及。在過去的15年，該技術(shù)已經(jīng)得到了非常快速的發(fā)展，受到了眾多科學(xué)家的青睞。在2013年，關(guān)于電紡的發(fā)表論文達3578篇。通過簡易和方便操作的靜電紡絲技術(shù)，制備的纖維具有直徑可控、纖維膜孔隙率高及比表面積大的特點，被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、過濾、傳感器和組織工程等領(lǐng)域。

被稱為“塑料王”的聚四氟乙烯（PTFE）是一種非極性線型晶狀聚合物，具有許多獨特的物理和化學(xué)性能，如良好的電絕緣性和熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐老化性、極小的吸水率、抗紫外輻射性以及優(yōu)異的化學(xué)惰性等。因此，被廣泛應(yīng)用于電子電氣、防腐減磨、機械、石油化工、紡織及航空航天，尤其在耐高溫濾材和耐酸堿等領(lǐng)域。然而，目前還沒有找到合適的溶劑可以溶解聚四氟乙烯，而且因其粘度極高，到了熔點也不會流動，這導(dǎo)致了聚四氟乙烯的加工比較困難。傳統(tǒng)制備聚四氟乙烯纖維的方法主要有膜裂紡絲法、糊料擠出法、熔體紡絲法、乳液紡絲法，這些方法得到的纖維直徑比較難控制，并且加入的表面活性劑較多，不利于產(chǎn)品的性能。

現(xiàn)有技術(shù)中有使用聚乙烯醇和聚四氟乙烯乳液的混合物通過靜電紡絲技術(shù)成功制備聚四氟乙烯納米纖維膜，但因所加入的聚乙烯醇太多（30%），在熱處理過程中無法完全去除而使纖維產(chǎn)生缺陷，影響聚四氟乙烯纖維膜的力學(xué)性能，如強度不超過10MPa，而斷裂伸長率不到100%，而且尚未討論酸堿對該聚四氟乙烯纖維膜的影響。

因此需要通過改進現(xiàn)有的聚四氟乙烯納米纖維膜的制備方法，以增強聚四氟乙烯纖維膜的拉伸性能以及耐酸堿性，拓寬聚四氟乙烯纖維膜的發(fā)展和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高性能的聚四氟乙烯納米纖維多孔膜的制備方法。

本發(fā)明提供了一種通過PEO模板犧牲法制備聚四氟乙烯納米纖維多孔膜的方法，包括如下步驟：

（1）將PTFE乳液與PEO水溶液混合，獲得紡絲混合液；

（2）所述紡絲混合液通過靜電紡絲形成PEO/PTFE初生復(fù)合納米纖維膜；

（3）對所述PEO/PTFE初生復(fù)合納米纖維膜進行熱處理獲得PTFE納米纖維多孔膜。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述PEO水溶液通過將超高分子量PEO粉末溶解在35～45 ℃的水中，攪拌均勻后獲得；所述超高分子量PEO粉末的重均分子量為10⁵～10⁷ g/mol。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述步驟（1）中PEO與PTFE的質(zhì)量比為0.5～10：100。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述步驟（1）中PEO與PTFE的質(zhì)量比為2～3：100。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述PEO水溶液含有3～6 wt%的PEO；所述PTFE乳液含有55～65 wt%的PTFE。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述步驟（2）靜電紡絲時電壓為10～30kV；紡絲噴嘴到對置電極收集基板的距離為15～25cm；紡絲流速為0.001～0.005mm/s。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述步驟（3）的熱處理包括：首先將PEO/PTFE初生復(fù)合納米纖維膜置于50～80℃任一溫度條件下干燥0.5～1 h；接著在330～450℃的溫度條件下加熱處理5～30min，使PEO分解去除，同時PTFE納米顆粒熔融粘結(jié)形成連續(xù)的PTFE納米纖維多孔膜。

在一種優(yōu)選地實施方式中，所述步驟（3）的熱處理包括：首先將PEO/PTFE初生復(fù)合納米纖維膜置于50～80℃任一溫度條件下干燥1～2 h；接著在360～400 ℃的溫度條件下加熱處理5～15min，使PEO分解去除，同時PTFE納米顆粒熔融粘結(jié)形成連續(xù)的PTFE納米纖維多孔膜。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述任意一項所述的制備聚四氟乙烯納米纖維多孔膜的方法制備獲得。

本發(fā)明還提供了一種上述任意一種聚四氟乙烯納米纖維多孔膜在高性能縫紉線、過濾介質(zhì)、油水分離和膜蒸餾材料、低磨和抗磨材料以及電氣絕緣部件中的應(yīng)用；尤其作為過濾介質(zhì)在普通過濾領(lǐng)域、高溫過濾領(lǐng)域以及惡劣化學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用。