[发明专利]通过PEO模板牺牲法制备聚四氟乙烯纳米纤维多孔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米纤维多孔膜的方法，特别涉及一种制备聚四氟乙烯纳米纤维多孔膜的方法。

背景技术

电纺聚合物溶液、熔体和乳液制备纤维多孔膜是一种快速发展的技术。此技术由John Francis Cooley在1900年发明，在20世纪90年代早期得到普及。在过去的15年，该技术已经得到了非常快速的发展，受到了众多科学家的青睐。在2013年，关于电纺的发表论文达3578篇。通过简易和方便操作的静电纺丝技术，制备的纤维具有直径可控、纤维膜孔隙率高及比表面积大的特点，被广泛应用于复合材料、过滤、传感器和组织工程等领域。

被称为“塑料王”的聚四氟乙烯（PTFE）是一种非极性线型晶状聚合物，具有许多独特的物理和化学性能，如良好的电绝缘性和热稳定性、优良的耐老化性、极小的吸水率、抗紫外辐射性以及优异的化学惰性等。因此，被广泛应用于电子电气、防腐减磨、机械、石油化工、纺织及航空航天，尤其在耐高温滤材和耐酸碱等领域。然而，目前还没有找到合适的溶剂可以溶解聚四氟乙烯，而且因其粘度极高，到了熔点也不会流动，这导致了聚四氟乙烯的加工比较困难。传统制备聚四氟乙烯纤维的方法主要有膜裂纺丝法、糊料挤出法、熔体纺丝法、乳液纺丝法，这些方法得到的纤维直径比较难控制，并且加入的表面活性剂较多，不利于产品的性能。

现有技术中有使用聚乙烯醇和聚四氟乙烯乳液的混合物通过静电纺丝技术成功制备聚四氟乙烯纳米纤维膜，但因所加入的聚乙烯醇太多（30%），在热处理过程中无法完全去除而使纤维产生缺陷，影响聚四氟乙烯纤维膜的力学性能，如强度不超过10MPa，而断裂伸长率不到100%，而且尚未讨论酸碱对该聚四氟乙烯纤维膜的影响。

因此需要通过改进现有的聚四氟乙烯纳米纤维膜的制备方法，以增强聚四氟乙烯纤维膜的拉伸性能以及耐酸碱性，拓宽聚四氟乙烯纤维膜的发展和应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能的聚四氟乙烯纳米纤维多孔膜的制备方法。

本发明提供了一种通过PEO模板牺牲法制备聚四氟乙烯纳米纤维多孔膜的方法，包括如下步骤：

（1）将PTFE乳液与PEO水溶液混合，获得纺丝混合液；

（2）所述纺丝混合液通过静电纺丝形成PEO/PTFE初生复合纳米纤维膜；

（3）对所述PEO/PTFE初生复合纳米纤维膜进行热处理获得PTFE纳米纤维多孔膜。

在一种优选地实施方式中，所述PEO水溶液通过将超高分子量PEO粉末溶解在35～45 ℃的水中，搅拌均匀后获得；所述超高分子量PEO粉末的重均分子量为10⁵～10⁷ g/mol。

在一种优选地实施方式中，所述步骤（1）中PEO与PTFE的质量比为0.5～10：100。

在一种优选地实施方式中，所述步骤（1）中PEO与PTFE的质量比为2～3：100。

在一种优选地实施方式中，所述PEO水溶液含有3～6 wt%的PEO；所述PTFE乳液含有55～65 wt%的PTFE。

在一种优选地实施方式中，所述步骤（2）静电纺丝时电压为10～30kV；纺丝喷嘴到对置电极收集基板的距离为15～25cm；纺丝流速为0.001～0.005mm/s。

在一种优选地实施方式中，所述步骤（3）的热处理包括：首先将PEO/PTFE初生复合纳米纤维膜置于50～80℃任一温度条件下干燥0.5～1 h；接着在330～450℃的温度条件下加热处理5～30min，使PEO分解去除，同时PTFE纳米颗粒熔融粘结形成连续的PTFE纳米纤维多孔膜。

在一种优选地实施方式中，所述步骤（3）的热处理包括：首先将PEO/PTFE初生复合纳米纤维膜置于50～80℃任一温度条件下干燥1～2 h；接着在360～400 ℃的温度条件下加热处理5～15min，使PEO分解去除，同时PTFE纳米颗粒熔融粘结形成连续的PTFE纳米纤维多孔膜。

本发明还提供了一种根据上述任意一项所述的制备聚四氟乙烯纳米纤维多孔膜的方法制备获得。

本发明还提供了一种上述任意一种聚四氟乙烯纳米纤维多孔膜在高性能缝纫线、过滤介质、油水分离和膜蒸馏材料、低磨和抗磨材料以及电气绝缘部件中的应用；尤其作为过滤介质在普通过滤领域、高温过滤领域以及恶劣化学环境中的应用。