一種適宜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維膜的紡絲溶液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種適宜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維膜的紡絲溶液。
技術(shù)背景
[0002]隨著世界各國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，空氣污染、水污染日益嚴(yán)重，破壞了生態(tài)平衡，嚴(yán)重影響到人類的健康。隨著生活水平的提高，人們對(duì)空氣和水的純凈程度要求越來越高，高效空氣過濾材料和液體過濾膜材料研發(fā)至關(guān)重要。
[0003]聚四氟乙烯由于其使用溫度范圍廣(-250?260°C )，同時(shí)具有耐化學(xué)腐蝕和耐候性、摩擦系數(shù)低、優(yōu)異的電氣絕緣性、耐高低溫性等眾多優(yōu)良品質(zhì)，在空氣過濾和水過濾上應(yīng)用廣泛。聚四氟乙烯多孔膜的加工主要有三條路線，一是在聚四氟乙烯中添加成孔劑，將聚四氟乙烯制成膜后再將成孔劑加熱水洗除去(美國專利USP N0.4，863，604)。二是采用雙向拉伸的方法生產(chǎn)，將聚四氟乙烯粉末糊料擠出、壓延后，先縱向拉伸得到未燒成帶，再橫向拉伸，形成傾斜的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)(中國專利CN 1042498C，聚四氟乙烯多孔膜及制造方法)。三是采用靜電紡絲法，將聚四氟乙烯與基質(zhì)聚合物混合，制備紡絲溶液，靜電紡絲形成復(fù)合超細(xì)纖維多孔膜，再進(jìn)行燒結(jié)形成聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜(中國專利CN101530750A，聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜的制備方法)。盡管專利CN101530750A采用靜電紡絲技術(shù)成功制備出聚四氟乙烯超細(xì)纖維膜，但其最大問題主要聚合物基質(zhì)用量偏大，電紡絲速率，生產(chǎn)成本高。
[0004]本發(fā)明公布一種適宜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維膜的紡絲溶液，該紡絲液降低了基質(zhì)聚合物(聚乙烯吡咯烷酮)的使用量，減少了化學(xué)藥品的浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜的效率。由于靜電紡絲形成的超細(xì)纖維多孔膜比表面積大，孔隙率高，孔道不規(guī)則，不易堵塞，在保證優(yōu)異的過濾性能的同時(shí)又提高了透過性，在過濾方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，根據(jù)靜電紡絲法制備聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜技術(shù)的不足，提供一種能減少基質(zhì)聚合物的使用，并減少后道工序燒結(jié)壓力的紡絲溶液。
[0006]本發(fā)明所提供的聚四氟乙烯靜電紡絲溶液，其特征為由聚四氟乙烯水乳液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液組成，所述紡絲溶液中聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮二者間按質(zhì)量比計(jì)算，份額如下:
[0007](I)聚四氟乙烯3?9
[0008](2)聚乙烯吡咯烷酮I?3
[0009]所述聚四氟乙稀粒徑范圍為:10?lOOnm，優(yōu)選20?40nm ;所述聚乙稀卩比略燒酮為紡絲級(jí)，平均分子量為I?5萬。
[0010]與普通的塑料相比，聚四氟乙烯具有耐高低溫性、耐化學(xué)腐蝕和耐候性、摩擦系數(shù)低、優(yōu)異的電氣絕緣性、不粘性等眾多優(yōu)良品質(zhì)，但其幾乎不溶于所有的溶劑，只在300°C以上稍溶于全烷烴(約0.lg/100g)，這決定了聚四氟乙烯的難紡性。聚乙烯吡咯烷酮是白色有吸濕性的粉末，無臭或微臭，可溶于水、乙醇、氯仿和多數(shù)有機(jī)溶劑。由于其具有良好的成膜、成纖維特性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化纖等領(lǐng)域。
[0011]所述的靜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜紡絲溶液，是把聚四氟乙烯懸浮在聚乙烯吡咯烷酮中，對(duì)其進(jìn)行靜電紡絲得到聚四氟乙烯與聚乙烯吡咯烷酮的混合膜，在對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)得到聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜。
[0012]所述聚四氟乙烯靜電紡絲溶液的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0013](I)聚四氟乙烯水乳液合成
[0014]采用分散聚合法制備聚四氟乙烯水乳液。聚合時(shí)需加入少量分散劑(全氟辛酸銨)和穩(wěn)定劑(氟碳化合物)，由氧化還原催化劑引發(fā)聚合。聚合所得分散液用水稀釋至一定濃度后，于15?20°C進(jìn)行機(jī)械攪拌，再經(jīng)凝聚、洗滌、干燥，即得白色松散粉狀產(chǎn)品分散聚四氟乙烯。分散聚合制得固體含量20%左右的分散液后，再加入乳化劑制得固體含量約為60%的乳白色乳狀體的聚四氟乙烯濃縮分散液。
[0015](2)聚乙烯吡咯烷酮水溶液配制
[0016]稱取一定質(zhì)量的聚乙烯吡咯烷酮粉末和去離子水，將聚乙烯吡咯烷酮粉末倒入裝去離子水的廣口瓶中，放在磁力攪拌器上攪拌，使聚乙烯吡咯烷酮充分溶脹(有的溶解，大部分成塊)后，然后放入50°C的磁力攪拌器上邊加熱邊攪拌，等聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后停止加熱，冷卻到室溫，配出聚乙烯吡咯烷酮水溶液。
[0017]⑶制備紡絲液
[0018]取溶解好的聚乙烯吡咯烷酮溶液與聚四氟乙烯水乳液進(jìn)行混合，在磁力攪拌上攪拌配成紡絲液。
[0019]利用本紡絲溶液，進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紡絲溶液可紡性高，纖維均勻性好。所述紡絲溶液的作用機(jī)理主要是把聚四氟乙烯懸浮在聚乙烯吡咯烷酮中，對(duì)其進(jìn)行靜電紡絲得到聚四氟乙烯與聚乙烯吡咯烷酮的混合膜，在對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)得到聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過最佳實(shí)施例，進(jìn)一步描述其發(fā)明特征。
[0021]實(shí)施例一:
[0022]紡絲溶液的各組分，按質(zhì)量比計(jì)算份額如下:
[0023](I)聚四氟乙烯3
[0024](2)聚乙烯吡咯烷酮I
[0025]所述聚四氟乙烯粒徑為lOOnm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量為I萬。
[0026]實(shí)施例二:
[0027]紡絲溶液的各組分，按質(zhì)量比計(jì)算份額如下:
[0028](I)聚四氟乙烯5
[0029](2)聚乙烯吡咯烷酮I
[0030]所述聚四氟乙烯粒徑為70nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量為2萬。
[0031]實(shí)施例三:
[0032]紡絲溶液的各組分，按質(zhì)量比計(jì)算份額如下:
[0033](I)聚四氟乙烯6
[0034](2)聚乙烯吡咯烷酮I
[0035]所述聚四氟乙烯粒徑為50nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量為3萬。
[0036]實(shí)施例四:
[0037]紡絲溶液的各組分，按質(zhì)量比計(jì)算份額如下:
[0038](I)聚四氟乙烯7
[0039](2)聚乙烯吡咯烷酮I
[0040]所述聚四氟乙烯粒徑為30nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量為4萬。
[0041]實(shí)施例五:
[0042]紡絲溶液的各組分，按質(zhì)量比計(jì)算份額如下:
[0043](I)聚四氟乙烯9
[0044](2)聚乙烯吡咯烷酮I
[0045]所述聚四氟乙烯粒徑為10nm，所述聚乙烯吡咯烷酮平均分子量為5萬。
[0046]采用上述配方紡絲液，紡絲過程中，各濃度紡絲溶液噴絲穩(wěn)定，收集器接收良好，燒結(jié)后孔徑均勻，孔隙率高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適宜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維膜的紡絲溶液，其特征為由聚四氟乙烯水乳液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液組成，按質(zhì)量比計(jì)算份額如下: (1)聚四氟乙烯3?9 (2)聚乙烯吡咯烷酮I?3 所述的靜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜紡絲液，其特征是聚四氟乙烯乳液懸浮在可紡性強(qiáng)的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，利用自制的靜電紡絲設(shè)備紡成聚四氟乙烯與聚乙烯吡咯烷酮的超細(xì)纖維多孔膜，再高溫?zé)Y(jié)掉聚乙烯吡咯烷酮，即形成聚四氟乙烯超細(xì)纖維多孔膜。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適宜電紡聚四氟乙烯超細(xì)纖維膜的紡絲溶液，該紡絲液由聚四氟乙烯水乳液、聚乙烯吡咯烷酮溶液組成。配制方法為將預(yù)定份額的溶解好的聚乙烯吡咯烷酮溶液與聚四氟乙烯水乳液進(jìn)行混合，放在磁力攪拌器上攪拌，配成紡絲液。利用該紡絲液，進(jìn)行靜電紡絲可紡性高，纖維均勻性好。
【IPC分類】D01D5/00, D01D1/02, D04H1/728
【公開號(hào)】CN105220245
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510675470
【發(fā)明人】康衛(wèi)民, 李麗, 趙卉卉, 程博聞, 劉曉紅, 莊旭品, 趙義俠, 喬春梅
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月16日