[發(fā)明專利]PTFE微孔膜的紫外臭氧改性方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010411828.1
• 申請(qǐng)日: 2020-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN111533945A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于洋洋;馮威;張恒;趙玉會(huì);周珊珊;張永明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東東岳未來氫能材料有限公司
• 主分類號(hào): C08J9/36
• 分類號(hào): C08J9/36;H01M8/1086;C08L27/18
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

本發(fā)明屬于燃料電池的質(zhì)子交換膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PTFE微孔膜的紫外臭氧改性方法。本發(fā)明將PTFE微孔膜置于紫外臭氧處理設(shè)備中，無需真空環(huán)境，只需調(diào)節(jié)紫外線燈功率、照射處理時(shí)間、測(cè)試距離，同時(shí)控制氧氣濃度，就可得到處理改性后的PTFE微孔膜，提高PTFE膜的親水性，水接觸角由原來的130度降至40度左右，且親水性始終保持較高水平，此外PTFE膜的力學(xué)性能得到保持。與現(xiàn)有等離子體處理技術(shù)相比，紫外臭氧處理使用氧自由基，沒有等離子體放電，不會(huì)對(duì)樣品性能造成影響；而且紫外臭氧處理不需要任何特殊的真空室、氣體或特殊設(shè)備，可在空氣中操作，成本低，適合工業(yè)連續(xù)化處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池的質(zhì)子交換膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PTFE微孔膜的紫外臭氧改性方法。

背景技術(shù)

聚四氟乙烯(PTFE)膜具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，耐酸堿、耐化學(xué)腐蝕，并且孔隙率高、通量大，可適應(yīng)苛刻環(huán)境的膜分離，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是由于PTFE膜表面能低，具有極強(qiáng)的疏水性，表面潤(rùn)濕性差，在質(zhì)子交換膜應(yīng)用中，存在樹脂溶液浸潤(rùn)性差、表面不平整等問題，影響產(chǎn)品的最終性能。

對(duì)聚四氟乙烯膜進(jìn)行親水改性一直是研究者們的研究對(duì)象，目前對(duì)聚四氟乙烯膜材料親水改性的方法主要有等離子體處理、浸漬涂覆法、化學(xué)處理法等。專利CN102773026A對(duì)聚四氟乙烯膜進(jìn)行等離子體處理，利用原子沉積技術(shù)在膜表面沉積一層金屬氧化物層，膜表面水接觸角從原來的130°可降低至20°以下；專利CN1633450A報(bào)導(dǎo)了采用含氫化合物和環(huán)狀化合物改性劑對(duì)PTFE膜浸漬處理后進(jìn)行加熱或紫外輻照，提高了聚四氟乙烯膜的親水性且氟含量降低，對(duì)水的接觸角由120°降至20～90°，改善膜的生物相容性且滲透性提高，適用于人造血管；專利CN105885081A采用甲烷和氮?dú)饣旌蠚怏w等離子體處理方法對(duì)PTFE微孔膜進(jìn)行表面改性，通過控制低溫等離子體處理的工藝參數(shù)，改善PTFE微孔膜的親水性，改性后水接觸角由原來的130°降至40°；以上PTFE多孔膜的改性技術(shù)雖然均在一定程度上提高了膜的親水性，但是這種親水性能持久性差，用于質(zhì)子交換膜領(lǐng)域會(huì)引入雜質(zhì)，且只能在封閉環(huán)境下進(jìn)行，限制了這些技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種親水持久性良好、不引入化學(xué)物質(zhì)的可連續(xù)處理PTFE微孔膜的紫外臭氧改性方法，進(jìn)一步提高其親水性能且親水性始終保持較高水平，同時(shí)PTFE膜的力學(xué)性能得到保持。

本發(fā)明所述的PTFE微孔膜的紫外臭氧改性方法，在氧氣環(huán)境下，將所述PTFE微孔膜置于紫外線燈下照射進(jìn)行改性，得到改性后的PTFE微孔膜。

所述的氧氣濃度為21-50％，優(yōu)選21-40％。

所述的紫外線燈為低壓石英汞蒸汽燈。

所述的紫外線燈的紫外線波長(zhǎng)為185nm和254nm。

所述的PTFE微孔膜與紫外線燈之間的照射距離為5-15cm，優(yōu)選5-10cm。

所述的紫外線燈的功率為10-300W，優(yōu)選10-200W，更優(yōu)選30-100W。

所述的照射時(shí)間為1-10min，優(yōu)選1-5min。

紫外臭氧處理設(shè)備采用低壓石英汞蒸汽燈，會(huì)產(chǎn)生254nm和185nm波長(zhǎng)的紫外線，185nm的紫外光可以將氧分子O₂分解成氧原子O，一部分氧原子O與氧分子O₂轉(zhuǎn)變成活性的O₃臭氧分子，對(duì)薄膜表面的雜質(zhì)起到光敏氧化分解作用，去除粘附在物體表面上的雜質(zhì)，獲得超潔凈的表面。

同時(shí)254nm波長(zhǎng)的紫外光被薄膜表面吸收后，將表層的化學(xué)結(jié)構(gòu)切斷，氧分子O₂吸收185nm的紫外光分解的另一部分氧原子O，會(huì)與被切斷的表層分子結(jié)合，并將之變換成具有高度親水性的官能基(如-OH，-CHO，-COOH)，從而提高表面的浸潤(rùn)性。