CN113680217A - 一种多层聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新材料技术领域，尤其是一种多层聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。步骤包括：将聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂、纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂、芳纶纤维以及玻璃纤维按比例混合均匀，形成聚四氟乙烯物料；物料挤压形成聚四氟乙烯中空管；然后将聚四氟乙烯中空管进行拉伸和150‑160℃低温烧结30‑40s热定型，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；浸渍于由聚四氟乙烯分散树脂、水和乙醇组成的涂覆浸渍液中，浸渍后150‑160℃下低温烧结20‑30s，重复浸渍和低温烧结3~5次；最后置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，干燥，得到具有多层膜结构的聚四氟乙烯中空纤维膜，具有优异的抗污染性和高通量性能。

Description

一种多层聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法
技术领域
本发明属于新材料技术领域，尤其是一种多层聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。
背景技术
目前全球水质污染问题日益突出，用水需求量持续增长，尤其是我国许多地区水资源匮乏，这造成了水资源供给的严重供需矛盾。在此背景下，水资源循环利用是解决供需矛盾的有效途径，这决定了水处理行业在未来较长的时间内具有刚性需求属性，潜力巨大。膜法水处理具有出水水质高、可直接回用、出水水质稳定、占地面积小、自动化程度高、管理方便等诸多优势，已经在很多领域获得推广应用。聚四氟乙烯滤膜常用于电子工业、半导体、大规模集成电路生产中使用的高纯水等的进一步过滤。
在塑料配混中，为了改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能，会使用各种表面改性剂和填充剂，利用这些添加剂来获得良好的表面质量、强度和过滤性能。
但是目前使用的很多聚四氟乙烯中空纤维膜在强度、过滤通量和粘结强度还存在很多的不足。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种多层聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。
（1）混料：将聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂、纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂、芳纶纤维以及玻璃纤维按质量比为20-60：1-15：0.1-10：2-10：0.001-5：1.2-3.6：0.8-1混合均匀，形成聚四氟乙烯物料；
（2）压坯、挤出和低温烧结：将步骤（1）所得的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯，将毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管；然后将聚四氟乙烯中空管进行拉伸和150-160℃低温烧结30-40s热定型，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）将聚四氟乙烯分散树脂用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（2）中定型后的聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于涂覆浸渍液中，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在150-160℃下低温烧结20-30s，重复浸渍和低温烧结3~5次后，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（4）表面亲水稳定剂处理：将步骤（3）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，然后干燥，得到多层聚四氟乙烯中空纤维膜。
步骤（1）中，聚四氟乙烯分散树脂的分子量为100～900万，纳米二氧化硅的平均粒径为20-50nm，芳纶纤维长度为2-2.5mm、单丝直径8-10μm，所述的玻璃纤维为100-110目的玻璃纤维粉末。
步骤（1）中，偶联剂为DL602硅烷偶联剂，DL171硅烷偶联剂，KH560硅烷偶联剂、KH792硅烷偶联剂中的一种或多种。
步骤（1）中，助挤剂为液态石蜡、石油醚或煤油。
步骤（2）中，挤出速度为80～200厘米/分钟。
步骤（3）中，所述涂覆浸渍液中，聚四氟乙烯分散树脂、纯净水和乙醇的用量比为10~20g：10mL：10mL。
本发明的有益效果为：
（1）聚四氟乙烯PTFE具有耐强酸强碱腐蚀、耐高温的性能，因此本发明的纳滤膜可用于强酸强碱、高温等苛刻环境废水的处理。
（2）本发明中，有石墨烯的协同作用，会产生更强的吸附效果，提升了对于含有污水的吸附过滤效率。
（3）由于纤维高强度和刚度以及良好的导热性，利用这些优点，将芳纶纤维和玻璃纤维复合到PTFE基体中，提高聚合物PTFE的摩擦性能和机械性能。由于基体与其它材料接触发生摩擦而产生磨损时，纤维能起到很好的承载作用，会在对偶件表面形成均匀连续的转移膜，从而复合材料的耐磨性得到了显著提高。
（4）本发明通过多次浸渍、低温烧结后，得到具有多层膜结构的聚四氟乙烯中空纤维膜，并且表面通过亲水稳定剂处理后，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜具有过滤精度高、高过滤通量、高强度的优点，具有优异的抗污染性和高通量性能，在过滤微粒的过程中不发生因微粒堵塞膜孔而使得过滤流速和通量下降、过滤性能降低的现象。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
（1）混料：将分子量为100～900万的聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂液态石蜡、平均粒径为20-50nm纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂DL602、长度为2-2.5mm芳纶纤维以及100-110目的玻璃纤维粉末按质量比为20：1：0.1：2：0.001：1.2：0.8混合均匀，形成聚四氟乙烯物料；
（2）压坯、挤出和低温烧结：将步骤（1）所得的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯，将毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管；挤出速度为80厘米/分钟；然后将聚四氟乙烯中空管进行拉伸和150℃低温烧结30-40s热定型，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）按聚四氟乙烯分散树脂、纯净水和乙醇的用量比为10g：10mL：10mL将聚四氟乙烯分散树脂用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（2）中定型后的聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于涂覆浸渍液中，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在150℃下低温烧结20-30s，重复浸渍和低温烧结3~5次后，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（4）表面亲水稳定剂处理：将步骤（3）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，然后干燥，得到多层聚四氟乙烯中空纤维膜。
实施例2
（1）混料：将分子量为100～900万的聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂石油醚、平均粒径为20-50nm纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂DL171、长度为2-2.5mm芳纶纤维以及100-110目的玻璃纤维粉末按质量比为40：10：5：6：1：2：0.9混合均匀，形成聚四氟乙烯物料；
（2）压坯、挤出和低温烧结：将步骤（1）所得的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯，将毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管；挤出速度为100厘米/分钟；然后将聚四氟乙烯中空管进行拉伸和155℃低温烧结30-40s热定型，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）按聚四氟乙烯分散树脂、纯净水和乙醇的用量比为15g：10mL：10mL将聚四氟乙烯分散树脂用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（2）中定型后的聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于涂覆浸渍液中，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在155℃下低温烧结20-30s，重复浸渍和低温烧结3~5次后，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（4）表面亲水稳定剂处理：将步骤（3）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，然后干燥，得到多层聚四氟乙烯中空纤维膜。
实施例3
（1）混料：将分子量为100～900万的聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂煤油、平均粒径为20-50nm纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂KH560、长度为2-2.5mm芳纶纤维以及100-110目的玻璃纤维粉末按质量比为60：15：10：10：5：3.6：1混合均匀，形成聚四氟乙烯物料；
（2）压坯、挤出和低温烧结：将步骤（1）所得的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯，将毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管；挤出速度为200厘米/分钟；然后将聚四氟乙烯中空管进行拉伸和160℃低温烧结30-40s热定型，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）按聚四氟乙烯分散树脂、纯净水和乙醇的用量比为20g：10mL：10mL将聚四氟乙烯分散树脂用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（2）中定型后的聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于涂覆浸渍液中，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在160℃下低温烧结20-30s，重复浸渍和低温烧结3~5次后，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（4）表面亲水稳定剂处理：将步骤（3）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，然后干燥，得到多层聚四氟乙烯中空纤维膜。
对实施例1~3制备的多层聚四氟乙烯中空纤维膜的水通量进行检测，并考察了连续工作24小时后，水通量的变化情况，仅降低了1-2%。
Figure 263357DEST_PATH_IMAGE001
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多层聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）混料：按比例将聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂、纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂、芳纶纤维以及玻璃纤维混合均匀，形成聚四氟乙烯物料；
（2）压坯、挤出和低温烧结：将步骤（1）所得的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成毛坯，将毛坯通过推压机挤出形成聚四氟乙烯中空管；然后将聚四氟乙烯中空管进行拉伸和150-160℃低温烧结30-40s热定型，制备成聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）将聚四氟乙烯分散树脂用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（2）中定型后的聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于涂覆浸渍液中，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在150-160℃下低温烧结20-30s，重复浸渍和低温烧结数次后，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（4）表面亲水稳定剂处理：将步骤（3）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇的混合溶液中处理，然后干燥，得到多层聚四氟乙烯中空纤维膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，聚四氟乙烯分散树脂、助挤剂、纳米二氧化硅、纳米石墨烯、偶联剂、芳纶纤维以及玻璃纤维的质量比为20-60：1-15：0.1-10：2-10：0.001-5：1.2-3.6：0.8-1。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，聚四氟乙烯分散树脂的分子量为100～900万，纳米二氧化硅的平均粒径为20-50nm，芳纶纤维长度为2-2.5mm、单丝直径8-10μm，所述的玻璃纤维为100-110目的玻璃纤维粉末。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，偶联剂为DL602硅烷偶联剂，DL171硅烷偶联剂，KH560硅烷偶联剂、KH792硅烷偶联剂中的一种或多种。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，助挤剂为液态石蜡、石油醚或煤油。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，挤出速度为80～200厘米/分钟。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述涂覆浸渍液中，聚四氟乙烯分散树脂、纯净水和乙醇的用量比为10~20g：10mL：10mL；重复浸渍和低温烧结的次数为3~5次。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，亲水稳定剂与乙醇的混合溶液中，亲水稳定剂与乙醇的体积比为1:1。
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CN114984770A (zh) * 2022-06-22 2022-09-02 江苏诺莱智慧水务装备有限公司 一种抗污染中空纤维膜及其制备方法

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