專利名稱：一種聚四氟乙烯膨化膜的表面親水化改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯膨化膜的表面親水性改性方法，屬于膜材料親水性改 性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
玻璃纖維/PTFE覆膜濾料是玻璃纖維表面復(fù)合膨化微孔聚四氟乙烯制成的高效 耐高溫過(guò)濾材料，其生產(chǎn)工藝是采用國(guó)際上先進(jìn)的高溫?zé)釅簭?fù)合技術(shù)，采用高溫?zé)釅簭?fù)合 技術(shù)制備的覆膜濾料相比傳統(tǒng)有膠覆膜濾料具有適用溫度高、憎水透氣、除塵效率高等優(yōu) 點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中獲得很高評(píng)價(jià)。然而，高溫?zé)釅悍◤?fù)合技術(shù)對(duì)設(shè)備和材料提出了很高的要 求，由于PTFE膜具有表面自由能低、疏水性極強(qiáng)的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)與玻璃纖維織布的無(wú)膠化 粘合，并且保證玻纖織布與PTFE膜之間較高的粘結(jié)強(qiáng)度，需要對(duì)聚四氟乙烯膨化膜進(jìn)行覆 膜前的改性處理。傳統(tǒng)的對(duì)聚四氟乙烯膜親水化改性方法較多，主要包括表面化學(xué)處理、表面涂 覆、等離子體處理等。公開(kāi)發(fā)表和申請(qǐng)的專利有公開(kāi)號(hào)為CN03804097. 2的專利公開(kāi)了 一種聚四氟乙烯表面化學(xué)改性的方法，通過(guò)改性劑和輻照處理，降低聚四氟乙烯材料的表 面氟含量，改善材料的表面親水性；中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200610154892. 6公開(kāi)了一種含氟 聚合物親水化改性方法，通過(guò)高能射線預(yù)輻照聚四氟乙烯膜表面，在膜表面產(chǎn)生活性自由 基，并引發(fā)親水功能單體在膜表面進(jìn)行接枝聚合，以改善膜的親水性；中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng) 200810059172. 0公開(kāi)了一種通過(guò)表面涂覆和交聯(lián)親水性聚合物，在四氟乙烯表面形成親水 層，以提高膜表面親水性的方法；美國(guó)專利US4113912公開(kāi)了在含氟聚合物表面涂覆如聚 乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷或聚丙烯酸等親水性聚合物，再通過(guò)熱處理、縮醛化或酯化等方法對(duì)親 水性聚合物進(jìn)行交聯(lián)，使材料表面形成親水層的方法；美國(guó)專利US5630341通過(guò)在含氟聚 合物表面涂覆聚合物電解質(zhì)薄層，以改善親水性。這些改性方法各有特點(diǎn)，一般情況下，化 學(xué)處理方法往往對(duì)膜表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)有很大的影響，且由于聚四氟乙烯的化學(xué)惰性，使其 改性過(guò)程較為復(fù)雜，改性工藝繁瑣，并容易造成環(huán)境污染；單純的等離子體處理，其親水化 效果不確定，且保留時(shí)間短；表面涂覆受外界物理機(jī)械因素影響，涂覆層很容易遭到破壞而 不能保證持久的親水效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)聚四氟乙烯膜親水性處理技術(shù)的不足，提出一 種聚四氟乙烯膨化膜的表面親水化改性的方法，使聚四氟乙烯薄膜表面的親水性得到較大 程度的提高。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種聚四氟乙烯膨化膜的表面親水性改性方 法，其特征在于，先采用低壓輝光放電等離子對(duì)聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行預(yù)處理，使其表面產(chǎn)生 活性基團(tuán)，然后再接枝丙烯酸，形成較穩(wěn)定親水層；具體步驟為第一步、低壓輝光放電等離子體預(yù)處理
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將準(zhǔn)備處理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡5-10分鐘，然后用蒸餾水清洗 10-20分鐘，使其自然干燥；將聚四氟乙烯膨化膜放進(jìn)低壓等離子體處理設(shè)備的真空室中， 開(kāi)啟真空泵抽真空到3_5Pa，穩(wěn)定1-3分鐘后，打開(kāi)氦氣瓶的減壓閥，通入氦氣，使壓強(qiáng)達(dá)到 15-80Pa，穩(wěn)定1-3分鐘后，打開(kāi)射頻功率源，對(duì)聚四氟乙烯膨化膜進(jìn)行低壓等離子體預(yù)處 理，處理功率為50-200W，處理時(shí)間為30-120s ；第二步、丙烯酸接枝改性處理將丙烯酸配成體積濃度為5-10 %的溶液，放入恒溫水浴鍋中恒溫到50-80°C，再 將第一步處理后的聚四氟乙烯膨化膜暴露在空氣中10-30分鐘后，浸入配制好的丙烯酸溶 液中，進(jìn)行丙烯酸接枝改性處理，處理時(shí)間為l_3h，取出用蒸餾水清洗3-5次，使其自然干燥。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)低壓等離子處理在聚四氟乙烯膜表面產(chǎn)生活性基團(tuán)，再通過(guò)接枝丙烯酸處理， 能夠在薄膜表面形成較穩(wěn)定的親水層，有效改善了聚四氟乙烯膜的親水性，效果持久。(2)通過(guò)低壓等離子誘導(dǎo)接枝丙烯酸處理聚四氟乙烯薄膜，處理工藝簡(jiǎn)單、高效、 節(jié)水節(jié)能，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為低壓等離子體處理設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1-3中的聚四氟乙烯膨化膜是由江蘇 閎業(yè)機(jī)械有限公司提供；厚度為0. 02mm ；丙烯酸購(gòu)于國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司，型號(hào)為化學(xué) 純(含量彡98.0%)；丙酮購(gòu)于常熟市楊園化工有限公司，型號(hào)為分析純(含量彡99. 5%)； 氦氣瓶購(gòu)于學(xué)?；瘜W(xué)試劑部，型號(hào)為99. 999% ；恒溫水浴鍋購(gòu)于上海比朗儀器有限公司，型 號(hào)為HH-2 ；低溫等離子處理設(shè)備購(gòu)于常州中科常泰等離子科技有限公司，型號(hào)為HD-1A。如圖1所示，為低壓等離子體處理設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，所述的低壓等離子體處理設(shè) 備由真空室1、真空泵2、氦氣瓶3、氣體流量計(jì)4、射頻功率源5、試樣6以及電極7組成。實(shí)施例1(1)低壓輝光放電等離子體處理首先，將準(zhǔn)備處理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡5分鐘，然后用蒸餾水清洗 10分鐘，使其自然干燥，然后將聚四氟乙烯膨化膜放進(jìn)真空室1中，開(kāi)啟真空泵2抽真空到 5Pa，穩(wěn)定1分鐘后，打開(kāi)氦氣瓶3的減壓閥，通入He氣的反應(yīng)氣體，使壓強(qiáng)達(dá)到15Pa，再穩(wěn) 定1分鐘后，開(kāi)始使用低溫等離子對(duì)PTFE進(jìn)行表面處理，處理?xiàng)l件為等離子體反應(yīng)氣體為He氣，氣壓為15Pa，處理功率為100W，處理時(shí)間為60s ；(2)丙烯酸接枝改性處理首先，將丙烯酸配成溶液，放入恒溫水浴鍋中恒溫到60°C，再將經(jīng)步驟(1)處理后 的聚四氟乙烯膨化膜，暴露在空氣中30分鐘后，浸入事前配制好的丙烯酸溶液中，開(kāi)始進(jìn) 行丙烯酸接枝改性處理，處理?xiàng)l件為丙烯酸溶液濃度為6%，接枝溫度為60°C，接枝時(shí)間 為3h，待處理時(shí)間到了后取出，用蒸餾水清洗5次，使其自然干燥。
實(shí)施例2(1)低壓輝光放電等離子體處理首先，將準(zhǔn)備處理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡10分鐘，然后用蒸餾水清洗 20分鐘，使其自然干燥，然后將聚四氟乙烯膨化膜放進(jìn)真空室1中，開(kāi)啟真空泵2抽真空到 3Pa，穩(wěn)定2分鐘后，打開(kāi)氦氣瓶3的減壓閥，通入He氣的反應(yīng)氣體，使壓強(qiáng)達(dá)到30Pa，再穩(wěn) 定2分鐘后，開(kāi)始使用低溫等離子對(duì)PTFE進(jìn)行表面處理，處理?xiàng)l件為等離子體反應(yīng)氣體為He氣，氣壓為30Pa，處理功率為50W，處理時(shí)間為90s ；(2)丙烯酸接枝改性處理首先，將丙烯酸配成溶液，放入恒溫水浴鍋中恒溫到50°C，再將經(jīng)步驟(1)處理后 的聚四氟乙烯膨化膜，暴露在空氣中10分鐘后，浸入事前配制好的丙烯酸溶液中，開(kāi)始進(jìn) 行丙烯酸接枝改性處理，處理?xiàng)l件為丙烯酸溶液濃度為5%，接枝溫度為50°C，接枝時(shí)間 為lh，待處理時(shí)間到了后取出，用蒸餾水清洗3次，使其自然干燥。實(shí)施例3(1)低壓輝光放電等離子體處理首先，將準(zhǔn)備處理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡7分鐘，然后用蒸餾水清洗 15分鐘，使其自然干燥，然后將聚四氟乙烯膨化膜放進(jìn)真空室1中，開(kāi)啟真空泵2抽真空到 4Pa，穩(wěn)定3分鐘后，打開(kāi)氦氣瓶3的減壓閥，通入He氣的反應(yīng)氣體，使壓強(qiáng)達(dá)到50Pa，再穩(wěn) 定3分鐘后，開(kāi)始使用低溫等離子對(duì)PTFE進(jìn)行表面處理，處理?xiàng)l件為等離子體反應(yīng)氣體為He氣，氣壓為50Pa，處理功率為150W，處理時(shí)間為30s ；(2)丙烯酸接枝改性處理首先，將丙烯酸配好好溶液，放入恒溫水浴鍋中恒溫到70°C，再將經(jīng)步驟(1)處理 后的聚四氟乙烯膨化膜，暴露在空氣中20分鐘后，浸入事前配制好的丙烯酸溶液中，開(kāi)始 進(jìn)行丙烯酸接枝改性處理，處理?xiàng)l件為丙烯酸溶液濃度為8%，接枝溫度為70°C，接枝時(shí) 間為2h，待處理時(shí)間到了后取出，用蒸餾水清洗4次，使其自然干燥。將上述三個(gè)實(shí)施例制得的聚四氟乙烯(PTFE)膨化膜進(jìn)行接觸角測(cè)試，用接觸角 的大小來(lái)表征PTFE膜的親水性，測(cè)試條件為測(cè)試溫度為室溫，溶劑為蒸餾水；并通過(guò)對(duì)不 同放置時(shí)間的PTFE膜的接觸角進(jìn)行測(cè)量來(lái)表征PTFE膜親水性的穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)表1 表 1 由測(cè)試結(jié)果可以得出PTFE原樣的接觸角與放置時(shí)間無(wú)關(guān)，一直是145°C ；經(jīng)按實(shí) 施例1處理后的PTFE，接觸角由原來(lái)的145°C降低到66°C，并且放置30天后只上升2°C;經(jīng) 按實(shí)施例2處理后的PTFE，接觸角由原來(lái)的145°C降低到73°C，放置30天后上升到75°C ； 經(jīng)按實(shí)施例3處理后的PTFE，接觸角由原來(lái)的145°C降低到77°C，并且放置30天后只上升2 0C ； 因此，說(shuō)明了通過(guò)不同的低壓等離子誘導(dǎo)接枝丙烯酸工藝條件處理聚四氟乙烯薄 膜，接觸角都降低到66-79°C，親水性都得到了較好的改善，并隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)，接觸角只 上升1_2°C，具有較好的持久性。
權(quán)利要求
一種聚四氟乙烯膨化膜的表面親水性改性方法，其特征在于，先采用低壓輝光放電等離子對(duì)聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行預(yù)處理，使其表面產(chǎn)生活性基團(tuán)，然后再接枝丙烯酸，形成較穩(wěn)定親水層；具體步驟為第一步、低壓輝光放電等離子體預(yù)處理將準(zhǔn)備處理的聚四氟乙烯膨化膜在丙酮中浸泡5 10分鐘，然后用蒸餾水清洗10 20分鐘，使其自然干燥；將聚四氟乙烯膨化膜放進(jìn)低壓等離子體處理設(shè)備的真空室(1)中，開(kāi)啟真空泵(2)抽真空到3 5Pa，穩(wěn)定1 3分鐘后，打開(kāi)氦氣瓶(3)的減壓閥，通入氦氣，使壓強(qiáng)達(dá)到15 80Pa，穩(wěn)定1 3分鐘后，打開(kāi)射頻功率源(5)，對(duì)聚四氟乙烯膨化膜進(jìn)行低壓等離子體預(yù)處理，處理功率為50 200W，處理時(shí)間為30 120s；第二步、丙烯酸接枝改性處理將丙烯酸配成體積濃度為5 10％的溶液，放入恒溫水浴鍋中恒溫到50 80℃，再將第一步處理后的聚四氟乙烯膨化膜暴露在空氣中10 30分鐘后，浸入配制好的丙烯酸溶液中，進(jìn)行丙烯酸接枝改性處理，處理時(shí)間為1 3h，取出用蒸餾水清洗3 5次，使其自然干燥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯膨化膜的表面親水性改性方法，其特征在于，先采用低壓輝光放電等離子對(duì)聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行預(yù)處理，使其表面產(chǎn)生活性基團(tuán)，然后再接枝丙烯酸，形成較穩(wěn)定親水層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是低壓等離子處理在聚四氟乙烯膜表面產(chǎn)生活性基團(tuán)，再通過(guò)接枝丙烯酸處理，能夠在薄膜表面形成較穩(wěn)定的親水層，有效改善了聚四氟乙烯膜的親水性，效果持久；通過(guò)低壓等離子誘導(dǎo)接枝丙烯酸處理聚四氟乙烯薄膜，處理工藝簡(jiǎn)單、高效、節(jié)水節(jié)能，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01D71/82GK101890314SQ20101023116
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者俞建勇, 還偉海, 陳虧, 馬一梓, 高晶 申請(qǐng)人:東華大學(xué)