聚四氟乙烯膜的制备及性能

　第26卷第5期高分子材料科学与工程

Vol.26,No.5

　2010年5月

POL YM ER MA TERIAL S SCIENCE AND EN GIN EERIN G

May 2010

聚四氟乙烯膜的制备及性能

黄庆林,肖长发,胡晓宇,边丽娜

(天津工业大学材料科学与化学工程学院,中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室,天津300160)

摘要:以聚乙烯醇(PVA )为成膜载体,由聚四氟乙烯(PTFE )分散乳液制得PTFE 疏水膜,分析和讨论了膜烧结后的组成、动态力学性能的变化,用扫描电子显微镜(SEM )观察了膜表面形貌。结果表明:(1)制备的PTFE 膜较PTFE 在组成上无明显变化;(2)经定长和松弛状态烧结的PTFE 膜,其DMA 谱图的α转变较PTFE 未发现较大变化;(3)经定长状态下烧结后所得PTFE 膜中原纤网络结点之间构成了较为疏松的微孔结构,而在松弛状态下烧结所得膜的微孔结构较为致密。

关键词:聚四氟乙烯;聚乙烯醇成膜载体;平板膜;性能

中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:100027555(2010)0520123204

收稿日期:2009204207

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重点课题“高性能聚烯烃中空纤维超/微滤膜制备关键技术”

(2007AA030304)通讯联系人:肖长发,主要从事功能纤维材料研究,　E 2mail :cfxiao @

聚四氟乙烯具有极其良好的化学稳定性,耐强酸、强碱和耐多种化学产品的腐蚀以及宽广的耐温性能,因此,在特殊的分离环境中,PTFE 是一种理想的分离过滤材料[1,2]。PTFE 的表面张力为(22～33)×10-3N/m ,极好的疏水性使其成为膜蒸馏以及防水透气材料的首选材料[3]。但PTFE 的缺点是无合适的溶剂使其溶解,而且即使加热到分解温度也很难流动,因此PTFE “不溶不熔”的特性使其加工性能很差[4]。目前

制备PTFE 微孔膜的主要方法为双向拉伸法[5],即通

过将PTFE 树脂预压膜,烧结成型后再经双向拉伸形

成具有裂隙孔结构的微孔膜,而采用PTFE 分散乳液

制备薄膜的方法专利和文献尚未见报道。本文以PVA 为成膜载体,采用PTFE 分散乳液制备PTFE/PVA 共混膜,经烧结处理除去共混膜中的PVA 而制

得PTFE 膜。1　实验部分1.1　实验材料

PVA :2099型,山西三维集团股份有限公司;PTFE 浓缩分散乳液:型号FR301B ,上海三爱富新材

料有限公司,性能参数如Tab.1所示。

T ab.1　Characteristics of PTFE suspension

Solid content

(%)Nonionic surfactant content (%)

Average particle

size (

μm )Viscosity (Pa ・s )Density (g/cm 3)p H 60

5

0.19

25×10-3

2.20

9

note :typical values

1.2　样品制备

将PTFE 分散乳液破乳后得到的PTFE 粒状树脂

压制成膜,将所得膜在380℃烧结2min ,得到的样品记为PTFE 膜。按一定配比将PTFE 乳液和PVA 均匀溶解分散在去离子水中配成铸膜液,在洁净玻璃板上刮膜后在0℃的无水乙醇中固化成膜,得到PTFE/PVA 共混膜。将PTFE/PVA 膜烘干后分别在松弛和

定长状态下在380℃烧结2min 制得PTFE 膜,记为P 2PTFE 膜。1.3　测试与分析1.3.1　结构及性能测试:用德国Bruker 公司Ten 2sor37型傅里叶红外光谱(F T 2IR )仪,采用衰减全反射(A TR )技术对膜化学结构进行分析;用德国N ET 2ZSCH 公司DMA 242C 型动态粘弹谱分析(DMA )仪

对膜进行动态力学分析,升温速率10℃/min ,空气氛围,温度范围-100℃～200℃;用德国N ETZSCH 公司STA409PC 型热分析仪对膜的热性能进行分析,升、降温速率10℃/min ,空气氛围,温度范围100℃～700℃;用荷兰FEI 公司Quanta200型扫描电子显微镜(SEM )观察膜的形貌。1.3.2　接触角测定:用北京金盛鑫检测仪器有限公司J YSP 2180型接触角测量仪测定膜5个不同位置上的接触角,求取其平均值。当水滴落在膜上10s 时开始照相读数,取接近平均值的水滴照片为膜的水接触角照片。2　结果与讨论2.1　FT 2IR 分析

PTFE 和PTFE/PVA (5/1,10/1,15/1)、P 2PTFE

膜的F T 2IR 谱图如Fig.1所示。1250cm -1处为PTFE 的CF 2伸缩振动特征峰,1149cm -1处为CF 2的变形振动峰,而638cm -1处为CF 2的扇形振动峰[6]。Fig.1a 、Fig.1b 和Fig.1c 中,除PTFE 的特征峰外,也可观察到PVA 的特征峰,如在3291cm -1处为OH 的伸缩振动,2940cm -1、1447cm -1和851cm -1处为CH 2的特征峰。在Fig.1a ’,Fig.1b ’和Fig.1c ’中,不同比例PTFE 与PVA 共混膜经烧结后,PVA 的特征峰消失,除在2360cm -1处出现新的吸收峰外,谱图与纯PTFE 相似。可见,以PVA 为制膜载体制备的P 2PTFE 膜较PTFE 在化学组成上无明显变化

。

Fig.1　FT 2IR spectra of membranes PTFE/PVA

a :5/1;

b :10/1;

c :15/1;P 2PTFE :a ’:5/1;b ’:10/1;c ’:15/1;P :PTFE

2.2　动态力学分析

在PTFE 的动态力学谱图(见Fig.2)中,α损耗表

征PTFE 非晶部分的主转变,即玻璃化转变温度;β损耗的变化表征所测PTFE 存在不同的晶型。Fig.2(a 、c 、d )可见,PTFE/PVA 共混膜及不同状态烧结后的膜

的α转变峰较宽,Fig.2b 中PTFE 的α转变峰尖而窄,与其对应的T g 未发生明显偏移,表明在PTFE/PVA

共混膜中,因PVA 的存在使得PTFE 的链段更易运

动,烧结后的膜T g 与PTFE 膜并未发生明显变化。b 、d 为松弛烧结,c 为定长烧结,可以看出,经定长烧结

后PTFE 的β损耗温度低于松弛烧结,这可能与烧结过程中紧张或松弛状态对PTFE 结晶晶型的影响不同有关

。

Fig.2　DMA diagram of membrane samples

a :PTFE/PVA ;

b :PTFE ,relax sintering ;

c :P 2PTFE ,fixe

d sin 2tering

;d :

P 2PTFE ,relax sintering

(a )

(b )

Fig.3　Thermogravimetry curves of membranes PTFE/PVA :a :1/0;b :15:1;c :10:1;d :5:1

2.3　热重分析

Fig.3为试样的热失重曲线(Fig.3a )和微分曲线

(Fig.3b )。由Fig.3a 可以看出,PTFE/PVA 共混膜有

两个热失重阶段,第一阶段从200℃～400℃,第二阶

421高分子材料科学与工程2010年