專利名稱：制備力學(xué)性能良好的pvdf超細(xì)纖維膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的方法，屬于聚偏氟乙烯過(guò)濾膜制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
通過(guò)電紡的方法可以制備由納米級(jí)超細(xì)纖維構(gòu)成的聚合物膜。由于具有高孔隙率、孔徑小等特點(diǎn)，電紡纖維膜在生物醫(yī)學(xué)、光電學(xué)和紡織工程學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，由于電紡纖維的直徑通常為幾百納米，使得聚合物電紡纖維膜的力學(xué)性能一般較差，難以適用于力學(xué)性能要求較高的場(chǎng)合。
通過(guò)化學(xué)交聯(lián)辦法，可以使聚合物電紡纖維膜的力學(xué)性能略有提高。例如，以乙二醛交聯(lián)聚乙烯醇電紡纖維膜，不僅使之耐水性能提高了，而且其拉伸強(qiáng)度也稍有增加，但大大降低了其斷裂伸長(zhǎng)率(Ding B，Kim HY，Lee SC，et al.“Preparation andcharacterization of a nanoscale poly(vinyl alcohol)fiber aggregate producedby an electrospinning method”，Journal of Polymer Science-Polymer Physics2002，401261-1268)。加熱退火處理，是另一種對(duì)電紡纖維膜后處理提高其性能的方法，如對(duì)L-聚乳酸電紡纖維膜在180℃烘箱中持續(xù)加熱30min或60min，可使其拉伸強(qiáng)度由3.59MPa分別提高到4.14MPa和4.19MPa，同時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率由12.8％分別提高到102.5％和35.5％(You Y，Lee SW，Lee SJ，et al.“Thermal interfiber bonding ofelectrospun poly(L-lactic acid)nanofibers”，Materials Letters 2006，601331-1333)。
聚偏氟乙烯(PVDF)和聚砜(PSF)是廣泛用于膜分離技術(shù)領(lǐng)域的原料，具有易加工、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)申請(qǐng)專利的發(fā)明者曾對(duì)PVDF和PSF電紡纖維膜的制備及性能進(jìn)行研究(Zhao ZZ，Li JQ，Yuan XY，et al. “Preparation and properties ofelectrospun poly(vinylidene fluoride)membranes”，Journal of Applied PolymerScience 2005，97466-474；Yuan XY，Zhang YY，Dong CH，et al.“Morphologyof ultrafine polysulfone fibers prepared by electrospinning”，PolymerInternational 2004，531704-1710)，但所得PVDF電紡纖維膜的拉伸強(qiáng)度僅為3～5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為10％；而PSF電紡纖維膜的拉伸強(qiáng)度為2～3MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為30％。這些數(shù)據(jù)表明，單由電紡得到的PVDF和PSF超細(xì)纖維膜，其力學(xué)性能較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的方法，以此法制備的膜材料，其力學(xué)性能良好，制備過(guò)程簡(jiǎn)單。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的所述力學(xué)性能良好的聚偏氟乙烯(PVDF)超細(xì)纖維膜，是由直徑為50nm～500nm的PVDF超細(xì)纖維形成的，膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強(qiáng)度為5～25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為50～100％，該P(yáng)VDF超細(xì)纖維膜的制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程將相對(duì)分子質(zhì)量為25～50萬(wàn)的聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)與丙酮的按體積比為(9.5～7)∶(0.5～3)的混合溶劑中，配成濃度為0.10～0.25g/mL的紡絲溶液。將該紡絲溶液注入到靜電紡絲裝置中的注射器中，在電壓為5kV～30kV、溶液流量為0.1mL/h～0.5mL/h、接收距離為5cm～25cm的條件下靜電紡絲并再經(jīng)真空干燥制得PVDF超細(xì)纖維膜，將單層或雙層的PVDF超細(xì)纖維膜，在PHOTOART-24LSI型連續(xù)熱合裝置上于60～135℃溫度和過(guò)膠速度為0.3m/min～0.8m/min條件下連續(xù)熱處理，得到力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的PVDF超細(xì)纖維膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強(qiáng)度為5～25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為50～100％。該方法亦適用于制備力學(xué)性能良好的PSF、聚丙烯腈、聚丙交酯及其共聚物等的超細(xì)纖維膜。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取相對(duì)分子質(zhì)量為25萬(wàn)的PVDF1.9g，在磁力攪拌下溶解于9mL DMF和1mL丙酮的混合溶劑中，配制成紡絲溶液。向帶有內(nèi)徑為0.7mm平口針頭的50mL注射器中注入以上紡絲溶液，將注射器固定在微量注射泵上，在距離針頭18cm處放置接地的金屬轉(zhuǎn)鼓接收裝置。將針頭與12kV高壓直流電源相連，設(shè)定溶液流量均為0.2mL/h進(jìn)行靜電紡絲，經(jīng)100h后將接收轉(zhuǎn)鼓上收集到的直徑為100nm～300nm的超細(xì)纖維膜取下，于45～55℃和真空度為200Pa條件下干燥12h，得到厚度為28μm的PVDF超細(xì)纖維膜。將雙層的PVDF超細(xì)纖維膜使用PHOTOART-24LSI型過(guò)膠機(jī)(韓國(guó)巨山公司)于65℃、過(guò)膠速度為0.43m/min下連續(xù)熱合得到力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜，該力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的厚度為40μm，孔隙率為80％，拉伸模量為70MPa，拉伸強(qiáng)度為6MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為72％。
實(shí)施例2取相對(duì)分子質(zhì)量為42萬(wàn)的PVDF 1.6g，在磁力攪拌下溶解于7mL DMF和3mL丙酮的混合溶劑中，配制成紡絲溶液。向帶有內(nèi)徑為0.8mm平口針頭的50mL注射器中注入以上紡絲溶液，將注射器固定在微量注射泵上，在距離針頭15cm處放置接地的金屬轉(zhuǎn)鼓接收裝置。將針頭與15kY高壓直流電源相連，設(shè)定溶液流量為0.3mL/h進(jìn)行靜電紡絲，經(jīng)86h后將接收轉(zhuǎn)鼓上收集的到直徑為10nm～450nm的超細(xì)纖維膜取下，于45～55℃和真空度為200Pa條件下真空干燥12h，制得PVDF超細(xì)纖維膜，將雙層的PVDF超細(xì)纖維膜使用PHOTOART-24LSI型過(guò)膠機(jī)，于100℃、過(guò)膠速度為0.56m/min下連續(xù)熱合得到力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜材料，該力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的厚度為28μm，孔隙率為64％，拉伸模量為120MPa，拉伸強(qiáng)度為12MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為80％。
實(shí)施例3取相對(duì)分子質(zhì)量為50萬(wàn)的PVDF1.0g，在磁力攪拌下溶解于9.5mL DMF和0.5mL丙酮的混合溶劑中，配制成紡絲溶液。向帶有內(nèi)徑為0.8mm平口針頭的50mL注射器中注入以上紡絲溶液，將注射器固定在微量注射泵上，在距離針頭20cm處放置接地的金屬轉(zhuǎn)鼓接收裝置。將針頭與20kV高壓直流電源相連，設(shè)定溶液流量均為0.4mL/h進(jìn)行靜電紡絲，經(jīng)72h后將接收轉(zhuǎn)鼓上收集的到直徑為50nm～600nm的超細(xì)纖維膜取下，于45-55℃和真空度為200Pa條件下真空干燥12h，制得PVDF超細(xì)纖維膜，將雙層的PVDF超細(xì)纖維膜，使用PHOTOART-24LSI型過(guò)膠機(jī)于135℃、過(guò)膠速度為0.9m/min下連續(xù)熱合得到力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜材料，該力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的厚度為18μm，孔隙率為63％，拉伸模量為170MPa，拉伸強(qiáng)度為23MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為88％。
實(shí)施例4取相對(duì)分子質(zhì)量為35萬(wàn)的PVDF1.8g，在磁力攪拌下溶解于9.5mLDMF和0.5mL丙酮的混合溶劑中，配制成紡絲溶液。向帶有內(nèi)徑為0.8mm平口針頭的50mL注射器中注入以上紡絲溶液，將注射器固定在微量注射泵上，在距離針頭20cm處放置接地的金屬轉(zhuǎn)鼓接收裝置。將針頭與20kV高壓直流電源相連，設(shè)定溶液流量均為0.4mL/h進(jìn)行靜電紡絲，經(jīng)72h后將接收轉(zhuǎn)鼓上收集到的直徑為50nm～600nm的超細(xì)纖維膜取下，于45-55℃和真空度為200Pa條件下真空干燥12h，得到厚度為28μm的PVDF超細(xì)纖維膜。該P(yáng)VDF超細(xì)纖維膜的性能參數(shù)如下膜的孔隙率為83％，拉伸模量為25MPa，拉伸強(qiáng)度為2.6MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為53％。將單層的該P(yáng)VDF超細(xì)纖維膜，使用PHOTOART-24LSI型過(guò)膠機(jī)，于130℃、過(guò)膠速度為0.7m/min下連續(xù)熱合得到力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜材料，該力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的厚度為15μm，孔隙率為60％，拉伸模量為200MPa，拉伸強(qiáng)度為25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為60％。
權(quán)利要求
1.一種制備力學(xué)性能良好的聚偏氟乙烯超細(xì)纖維膜的方法，所述的力學(xué)性能良好的聚偏氟乙烯超細(xì)纖維膜，是由直徑為50nm～500nm的聚偏氟乙烯超細(xì)纖維形成的，膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強(qiáng)度為5～25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為50～100％，其特征在于包括以下過(guò)程將相對(duì)分子質(zhì)量為25～50萬(wàn)的聚偏氟乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺與丙酮的按體積比為(9.5～7)∶(0.5～3)的混合溶劑中，配成濃度為0.10～0.25g/mL的紡絲溶液，將該紡絲溶液注入到靜電紡絲裝置中的注射器中，在電壓為5kV～30kV、溶液流量為0.1mL/h～0.5mL/h、接收距離為5cm～25cm的條件下靜電紡絲并經(jīng)真空干燥制得聚偏氟乙烯超細(xì)纖維膜，將單層或雙層的聚偏氟乙烯超細(xì)纖維膜，在PHOTOART-24LSI型過(guò)膠機(jī)上，于60～135℃溫度和過(guò)膠速度為0.3m/min～0.9m/min條件下連續(xù)熱合處理，得到力學(xué)性能良好的聚偏氟乙烯超細(xì)纖維膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜的方法，屬于聚偏乙烯過(guò)濾膜制備技術(shù)。其制備方法過(guò)程包括將聚偏乙烯溶于N，N－二甲基甲酰胺與丙酮的混合溶劑中，配成濃度為0.10～0.25g/mL的紡絲溶液，將紡絲溶液注入到靜電紡絲裝置中的注射器中，在電壓為5kV～30kV、溶液流量為0.1mL/h～0.5mL/h、接收距離為5cm～25cm時(shí)靜電紡絲并經(jīng)真空干燥制得PVDF超細(xì)纖維膜，將單層或雙層的PVDF超細(xì)纖維膜，在PHOTOART－24LSI型過(guò)膠機(jī)上連續(xù)熱合處理，得到力學(xué)性能良好的PVDF超細(xì)纖維膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，得到的PVDF超細(xì)纖維膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強(qiáng)度為5～25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為50～100％。該方法亦適用于制備力學(xué)性能良好的PSF、聚丙烯腈、聚丙交酯及其共聚物等超細(xì)纖維膜。
文檔編號(hào)B01D69/08GK101069822SQ200710056878
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者袁曉燕, 那海寧, 趙玉平 申請(qǐng)人:天津大學(xué)