一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于膜分离技术领域，具体涉及并公开了一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜，纳米尺度的聚苯胺粒子以点阵的形式紧密排布在微米尺度的PTFE原纤表面，组成立体式的微纳结构。本发明专利技术了还公开了上述PTFE微孔膜的制备方法，包括如下步骤：1）配制苯胺单体乳液；2）原位聚合反应；3）后处理。本发明专利技术的一种耐化学亲水性可逆的聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法，聚四氟乙烯原纤表面紧密排布纳米尺度的聚苯胺粒子，其分子链中具有亲水的氨基，本身是一种亲水的材料，结合立体式的微纳结构可以得到超亲水的表面，其优异的耐化学性，可以长期在恶劣的水质条件下运行，从而真正发挥聚四氟乙烯的优异性能。优异性能。优异性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]PTFE材料具有很多优异性能，例如耐化学腐蚀性、热稳定性、抗老化性、良好的润滑性和电绝缘性能等，具有“塑料王”的美誉，被广泛应用于密封、航天、汽车机械电子、生物医疗、电缆、纺织、环保等领域。但是，由于聚四氟乙烯分子所含的碳氟键键能较高、分子结构高度对称以及较低的表面能，从而导致了聚四氟乙烯微孔膜具有较强的疏水性，使得水分子在常压或较低压力下无法透过聚四氟乙烯膜膜孔，从而限制了聚四氟乙烯膜在水性溶液处理中的应用。因此，对聚四氟乙烯微孔膜进行改性，提高其亲水性能，具有重要的现实意义和经济价值。
[0003]目前，国内外专家学者们利用化学和物理等一系列方法对PTFE平板膜表面亲水改性进行了研究，并取得了一定的效果。专利CN201610490422.0公开了一种聚四氟乙烯微孔膜的亲水改性方法，将聚四氟乙烯微孔膜浸入丙烯酸酯单体溶液中充分置换，再通过热引发或紫外光引发聚合反应。专利CN201310153056.6公开了一种聚四氟乙烯微孔膜的持久亲水改性方法，将聚四氟乙烯微孔膜浸渍二乙醇胺、聚乙烯醇或水溶性淀粉等多羟基化合物后，采用戊二醛或乙二醛交联。专利CN201810633164.6公开了一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，将聚四氟乙烯微孔膜浸入左旋多巴胺聚合液中反应一段时间，再用固化液（甲醛、多聚甲醛或戊二醛）加热固化。专利CN201610123764.9公开了一种聚四氟乙烯中空纤维膜表面亲水化改性的方法，将聚四氟乙烯中空纤维膜浸渍于含亲水基团的溶液中，然后用射频等离子体对聚四氟乙烯中空纤维膜进行处理，对膜体本身和膜表面的亲水性物质同时进行轰击、刻蚀，以产生活性自由基，进而将亲水基团引发接枝到聚四氟乙烯中空纤维膜上，形成稳定的亲水层。
[0004]这些改性方法都能达到PTFE膜具有一定的亲水性，改性过程中均是在膜的表面引入亲水基团，例如羰基、羟基、氨基、磺酸基。在这些改性方法中，辐射接枝、等离子处理等均需要复杂以及昂贵的设备，从而导致工业化生产应用严重受到限制。更重要的是，引入的亲水物质本身不耐酸、碱、氧化环境，容易受到化学试剂的侵蚀、降解、流失，无法长期在恶劣的水质条件下运行；亲水改性层破坏后，尽管聚四氟乙烯膜骨架完好，疏水的膜材料已无水处理应用价值。不耐药的亲水改性层使得聚四氟乙烯的超级稳定性无从体现。因此PTFE膜的亲水改性还需进一步研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种亲水改性层具有良好的耐酸碱、氧化稳定性，可以长期在恶劣的水质条件下运行，从而真正发挥聚四氟乙烯优异性能的耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜及其制备方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种耐化学亲水性可逆的PTFE（聚四氟乙烯）微孔膜，包括微米尺度的聚四氟乙烯原纤，还包括纳米尺度的聚苯胺粒子，所述纳米尺度的聚苯胺粒子以点阵的形式紧密排布在微米尺度的聚四氟乙烯原纤表面，组成立体式的微纳结构。
[0007]聚苯胺是近年来发展较快，应用较广的材料之一。聚苯胺分子链中具有亲水的氨基，本身是一种亲水的材料，通过改变其表面的微观粗糙程度可以得到超亲水的表面。同时，与其它亲水性高聚物相比，聚苯胺具有良好的环境稳定性，将聚苯胺用作防腐涂料已有很长的历史。本专利技术中，纳米尺度的聚苯胺粒子以点阵的形式紧密排布在微米尺度的聚四氟乙烯原纤表面，组成立体式的微纳结构，具有优异的亲水性与耐化学性。
[0008]作为优选，在使用过程中其亲水性随表面聚苯胺粒子的掺杂/脱掺杂双向响应或氧化/还原双向响应而产生可逆性变化，水接触角的可逆变化范围为10~70
°
。
[0009]聚苯胺纳米结构可逆的掺杂/脱掺杂和氧化/还原过程伴随亲水性的可逆变化，可对不同环境显示不同的亲水特性。在强酸或强碱条件下，聚苯胺纳米结构展现出超亲水特性，因而特别适用于一般膜材料无法胜任的强酸、强碱等恶劣条件的废水处理。
[0010]作为优选，所述聚苯胺粒子的平均直径为5~60nm，所述聚四氟乙烯原纤直径为0.05~2.0μm。
[0011]作为优选，可以为平板膜、中空纤维膜、均质膜或复合膜，其平均孔径为0.02~10μm。
[0012]一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜的制备方法，包括如下步骤：1）配制苯胺单体乳液：将表面活性剂溶解在水中，边搅拌边逐滴加入苯胺单体，通过掺杂酸调节其pH值为1~6，得到浓度为0.01~0.5 M的均一稳定的苯胺单体乳液；2）原位聚合反应：将PTFE微孔膜放入配制好的苯胺单体乳液中浸润10~60min后取出，置于pH值为1~6的氧化剂水溶液中，在0~40℃下反应5 min~24h，氧化剂水溶液的PH值通过掺杂酸调节；3）后处理：将原位聚合反应后的PTFE微孔膜取出，用水反复漂洗，晾干。
[0013]表面活性剂是制备聚苯胺纳米粒子的结构导向剂。由于苯胺分子微溶于水，表面活性剂在水中形成胶束后将苯胺包裹起来，这样水溶液中就形成了许多包裹着苯胺的纳米级粒子。加入氧化剂后，氧化剂穿过表面活性剂将苯胺氧化，得到聚苯胺纳米颗粒。
[0014]作为优选，所述表面活性剂为辛烷基磺酸钠、辛烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚-9、聚乙烯乙二醇异辛酚醚、硬脂酸、硬脂酸钾、油酸钾、月桂酸钾、带有烷基的偶氮苯磺酸盐、辛基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、溴化十二烷基代吡啶、十六烷基三甲基氯化铵、1-十六烷基-3-甲基-氯化咪唑啉、月桂醇聚氧乙烯醚、十四醇聚氧乙烯醚、丁二酸二辛基磺酸钠、月桂酸蔗糖酯、棕榈酸蔗糖酯、硬脂酸蔗糖酯、吐温、司盘等中的任意一种或两种的混合物。
[0015]作为优选，所述表面活性剂浓度为1.0
×
10-4
~0.3M，且为其临界胶束浓度的1~10倍。胶束的形状和稳定性不仅与表面活性剂本身的性质有关，也与表面活性剂的浓度、分散介质的性质、剪切力等有关。表面活性剂胶束并非以某种特定的形状出现，往往是几种形状共存，并且胶束的主要形态与表面活性剂的浓度有很大的关系。当表面活性剂的浓度不是
很大时，胶束大多呈球状。当浓度在10倍于临界胶束浓度或更大时，会形成棒状胶束，其表面由亲水基团构成，内核由疏水基构成。
[0016]作为优选，所述掺杂酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、高氯酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、水杨酸、草酸、乳酸、甲基磺酸、对甲基苯磺酸、偶氮苯磺酸、樟脑磺酸、萘磺酸等中的任意一种或两种的混合物。
[0017]作为优选，所述氧化剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钾、重铬酸钾、氯化铁等中的任意一种。
[0018]作为优选，所述氧化剂浓度为0.01~0.5 M，且与苯胺单体物质的量之比为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜，包括微米尺度的聚四氟乙烯原纤，其特征在于：还包括纳米尺度的聚苯胺粒子，所述纳米尺度的聚苯胺粒子以点阵的形式紧密排布在微米尺度的聚四氟乙烯原纤表面，组成立体式的微纳结构。2.根据权利要求1所述的一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜，其特征在于：在使用过程中其亲水性随表面聚苯胺粒子的掺杂/脱掺杂双向响应或氧化/还原双向响应而产生可逆性变化，水接触角的可逆变化范围为10~70
°
。3.根据权利要求1所述的一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜，其特征在于：所述聚苯胺粒子的平均直径为5~60 nm，所述聚四氟乙烯原纤直径为0.05~2.0μm。4.根据权利要求1所述的一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜，其特征在于：可以为平板膜、中空纤维膜、均质膜或复合膜，其平均孔径为0.02~10μm。5.一种如权利要求1-4中任一条所述的一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）配制苯胺单体乳液：将表面活性剂溶解在水中，边搅拌边逐滴加入苯胺单体，通过掺杂酸调节其pH值为1~6，得到浓度为0.01~0.5 M的均一稳定的苯胺单体乳液；2）原位聚合反应：将PTFE微孔膜放入配制好的苯胺单体乳液中浸润10~60min后取出，置于pH值为1~6的氧化剂水溶液中，在0~40℃下反应5 min~24h，氧化剂水溶液的PH值通过掺杂酸调节；3）后处理：将原位聚合反应后的PTFE微孔膜取出，用水反复漂洗，晾干。6.根据权利要求5所述的一种耐化学亲水性可逆的PTFE微孔膜的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄赋，董文龙，张星星，沈红梅，王丽琴，钟蕾，徐锦锦，
申请(专利权)人：浙江长兴求是膜技术有限公司，
类型：发明
国别省市：