CN114870653A - 一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜及其制备方法，其中方法包括：1)将聚四氟乙烯材质的且具有多孔隙结构的薄膜基体放置于热源上，以对薄膜基体单面加热；2)取含有低沸点溶剂的全氟磺酸聚合物溶液作为改性剂涂覆于薄膜基体的非受热面上，挥发掉溶剂，制备得到由薄膜基体与氟磺酸膜复合形成的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜。本发明不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法简单，高效，可控，通过单面涂覆含有低沸点溶剂的全氟磺酸聚合物溶液，且在单面加热过程中，利用低沸点溶剂在一定温度下快速挥发，使全氟磺酸聚合物的含量沿薄膜基体厚度方向呈现梯度分布，从而实现在超薄的薄膜基体中实现不对称润湿性的结构。

Description

一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料制备领域，具体涉及一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜及其制备方法。
背景技术
聚合物不对称润湿性多孔膜由于在膜分离，膜蒸馏，乳化等领域具有巨大的应用潜力，因此其制备方法受到了广泛的关注。根据聚合物不对称润湿性多孔膜应用领域的不同，膜不对称润湿性结构的制备成为了聚合物不对称润湿性多孔膜制备的重点。在聚合物不对称润湿性多孔分离膜的实际使用过程中，其不对称润湿性的结构制备成为了不对称润湿性薄膜的核心问题。而不对称润湿性的结构决定着分率的效率，而膜的厚度决定着过膜阻力，因此膜厚与不对称制造之间往往无法得到兼顾。
因此，很有必要开发一种性能优异的不对称润湿性薄膜及其制造方法。
发明内容
基于此，本发明提供了一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜及其制备方法，以解决现有技术的聚合物不对称润湿性多孔膜，其膜厚与不对称制造之间往往无法得到兼顾的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜，其包括薄膜基体，以及复合于所述薄膜基体内的全氟磺酸聚合物，所述薄膜基体为聚四氟乙烯材质且具有多孔隙结构，所述全氟磺酸聚合物的含量在沿所述薄膜基体的厚度方向呈梯度分布。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述薄膜基体的厚度为6μm-10μm。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其包括以下步骤：
1)将聚四氟乙烯材质的且具有多孔隙结构的薄膜基体放置于热源上，以对薄膜基体单面加热；
2)取含有低沸点溶剂的全氟磺酸聚合物溶液作为改性剂涂覆于薄膜基体的非受热面上，低沸点溶剂受热快速挥发，从而制备得到由薄膜基体与氟磺酸膜复合形成的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述热源为热台，且热台的加热温度大于全氟磺酸聚合物溶液中的低沸点溶剂的沸点。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述热台的加热温度为200℃。
作为本发明的进一步优选技术方案，步骤2)中，薄膜基体在预设的加热温度下加热至少一分钟后，再进行全氟磺酸聚合物溶液的涂覆。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述全氟磺酸聚合物溶液中的低沸点溶剂包括乙醇。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述全氟磺酸聚合物溶液的浓度为6～10％。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述全氟磺酸聚合物溶液的浓度为8％。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述薄膜基体加热时平铺于热源的上方，薄膜基体的底面为受热面，薄膜基体的顶面为非受热面，全氟磺酸聚合物溶液涂覆于薄膜基体的顶面。
本发明不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜及其制备方法，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
1)本发明的聚四氟乙烯多孔膜具有较好耐化学腐蚀性和支撑性，膜可以做到水下对于油相反的润湿性；
2)本发明的聚四氟乙烯多孔膜，具有不对称润湿性膜，该膜对于油可实行单向传递，该膜在油水混合体系中具有对油分离较好的性能；
3)本发明的聚四氟乙烯多孔膜可用作环保、工业等领域，具体润湿性程度可根据应用调整；
4)本发明的制备方法简单，高效，可控，通过单面涂覆含有低沸点溶剂的全氟磺酸聚合物溶液，且在单面加热过程中，利用低沸点溶剂在一定温度下快速挥发，使全氟磺酸聚合物的含量沿薄膜基体厚度方向呈现梯度分布，从而实现在超薄的薄膜基体中实现不对称润湿性的结构。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明聚四氟乙烯多孔膜宏观涂覆前后的形貌；
图2为本发明聚四氟乙烯多孔膜涂覆前正反面扫描图，其中标尺为10μm；
图3为本发明聚四氟乙烯多孔膜涂覆后正反面扫描图，其中标尺为10μm；
图4为本发明聚四氟乙烯多孔膜涂覆前正反面水下油接触角，其中油选用为重油四氯化碳；
图5为本发明聚四氟乙烯多孔膜涂覆后正反面水下油接触角，其中油选用为重油四氯化碳。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供了一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜(简称为聚四氟乙烯多孔膜)，包括薄膜基体，以及复合于所述薄膜基体内的全氟磺酸聚合物，所述全氟磺酸聚合物的含量在沿所述薄膜基体的厚度方向呈梯度分布，所述薄膜基体为聚四氟乙烯材质且具有多孔隙结构，所述薄膜基体的厚度为6μm-10μm，并薄膜基体决定聚四氟乙烯多孔膜的厚度。
本发明的聚四氟乙烯多孔膜通过具有上述结构，使得其具有良好的以下特性：亲水性由全氟磺酸聚合物的润湿性提供，疏水性由聚四氟乙烯材质的润湿性提供，不对称润湿性由全氟磺酸聚合物的含量呈梯度分布提供。
本发明还提供了一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚四氟乙烯材质的且具有多孔隙结构的薄膜基体平铺于热源的上方，以薄膜基体的底面为受热面，对薄膜基体单面加热；
2)以薄膜基体的顶面为非受热面，取含低沸点溶剂为乙醇的全氟磺酸聚合物溶液作为改性剂涂覆于薄膜基体的该非受热面上，低沸点溶剂受热快速挥发，从而制备得到由薄膜基体与氟磺酸膜复合形成的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜。
在一实施例中，所述热源为热台，且热台的加热温度大于全氟磺酸聚合物溶液中的低沸点溶剂的沸点。
实际加热过程中，若温度太低，低沸点溶剂未快速挥发，使得全氟磺酸聚合物溶液在涂覆后能迅速渗透到薄膜基体的另一面，这样会导致制得的膜为对称润湿性膜而非不对称润湿性膜；若温度太高，则会导致膜本身的损坏，同时改性剂全氟磺酸聚合物溶液容易在表面富集而堵孔。因此选择该温度可以使得既有不对称润湿性的特性，也不破坏膜本身或是堵孔导致通量的下降。具体实施中，其加热温度范围为150℃～250℃。优选地，所述热台的加热温度为200℃。加入过程中，薄膜基体在预设的加热温度下加热至少一分钟后，再进行全氟磺酸聚合物溶液的涂覆。
实际使用中，若全氟磺酸聚合物溶液浓度太高会导致膜堵孔现象，浓度太稀则在达到同样效果，而且还需要涂覆更多次数，造成成本的提升和能源的浪费。具体实施中，所述全氟磺酸聚合物溶液的浓度为6～10％。优选地，所述全氟磺酸聚合物溶液的浓度为8％。
本发明在制备过程中，通过在薄膜基体下方加上热源，在薄膜基体上方涂覆，全氟磺酸聚合物溶液的溶剂是乙醇，那么在下方热源的加热下，乙醇会快速挥发，并且热源温度较高，使得全氟磺酸聚合物溶液并未渗透到薄膜基体底面时溶剂就快速挥发干了，从而使全氟磺酸聚合物沿薄膜基体的厚度方向呈梯度分布，进而使得制备的聚四氟乙烯多孔膜的正反两面的润湿性不对称。利用低沸点溶剂在一定温度下快速挥发，并在单面涂覆后，全氟磺酸聚合物的含量沿薄膜基体厚度方向呈现梯度分布，是本发明的主要创新性技术特征。
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明所带来的有益效果，下面对本发明制备方法在一实例中所制备的聚四氟乙烯多孔膜进行以下测试：
参阅图1，宏观图而言，经过改性处理完的薄膜基体表面并未出现堵孔现象，若有则薄膜基体宏观看起来并不呈现纯白，而是呈现透明。
参阅图2-5，微观图而言，经过改性处理完的薄膜基体表面为孔径及孔隙并未出现明显的变化，以及并未出现堵孔现象，且材料未被破坏；涂覆前后薄膜基体表现为纯聚四氟乙烯膜的润湿性，两面均表现为水下亲油的状态，而经过涂覆改性之后，薄膜基体呈现涂覆面(图中所示正面)水下疏油，未涂覆面(图中所示反面)水下亲油的状态，从而达到膜两面润湿性不对称的特性，图5为该现象的接触角图，聚四氟乙烯多孔膜在水下对油润湿性为亲水面36°，亲油面133.7°。
实际应用中，聚四氟乙烯多孔膜的润湿性程度可根据需求进行调整，分别为：可使用不同改性剂浓度对涂覆面进行润湿性调控，可使用不同温度对涂覆面进行润湿性调控，可使用不同涂覆次数对涂覆面进行润湿性调控，可使用不同的底膜替换聚四氟乙烯膜对未涂覆面进行润湿性调控。
具有聚四氟乙烯具有优良的耐化学腐蚀性、耐高温性以及优良的柔韧性，因此常作为聚合物分离膜的选择材料。本发明采用低于十微米的聚四氟乙烯材质的且具有多孔隙结构的薄膜基体，利用热台单面加热，并在非受热面上涂覆的方式制备具有不对称润湿性的多孔分离膜，其可在油水分离，膜蒸馏，乳化等多个领域得以应用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜，其特征在于，包括薄膜基体，以及复合于所述薄膜基体内的全氟磺酸聚合物，所述薄膜基体为聚四氟乙烯材质且具有多孔隙结构，所述全氟磺酸聚合物的含量在沿所述薄膜基体的厚度方向呈梯度分布。
2.根据权利要求1所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜，其特征在于，所述薄膜基体的厚度为6μm-10μm。
3.一种权利要求1或2所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将聚四氟乙烯材质的且具有多孔隙结构的薄膜基体放置于热源上，以对薄膜基体单面加热；
2)取含有低沸点溶剂的全氟磺酸聚合物溶液作为改性剂涂覆于薄膜基体的非受热面上，低沸点溶剂受热快速挥发，从而制备得到由薄膜基体与氟磺酸膜复合形成的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜。
4.根据权利要求3所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，所述热源为热台，且热台的加热温度大于全氟磺酸聚合物溶液中的低沸点溶剂的沸点。
5.根据权利要求4所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，所述热台的加热温度为200℃。
6.根据权利要求3所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，薄膜基体在预设的加热温度下加热至少一分钟后，再进行全氟磺酸聚合物溶液的涂覆。
7.根据权利要求3所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸聚合物溶液中的低沸点溶剂包括乙醇。
8.根据权利要求3所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸聚合物溶液的浓度为6～10％。
9.根据权利要求8所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸聚合物溶液的浓度为8％。
10.根据权利要求3-9任一项所述的不对称润湿性的聚四氟乙烯多孔膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜基体加热时平铺于热源的上方，薄膜基体的底面为受热面，薄膜基体的顶面为非受热面，全氟磺酸聚合物溶液涂覆于薄膜基体的顶面。
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