双向拉伸PTFE微孔膜的制备及其孔性能

文章编号:1007-8924(2003)02-0019-04双向拉伸PTFE微孔膜的制备及其孔性能陈珊妹1李敖琪2(1.宁波大学分离膜材料与应用技术重点实验室,宁波315211;2.宁波昌祺氟塑料制品有限公司,宁波315029)摘要:以聚四氟乙烯(PTFE)细粉料为原料通过一系列机械操作:推挤、滚压和拉伸制得双向拉伸微孔膜.膜的孔性能由GTL-D孔径测定仪和扫描电镜观察膜形态结构来测定.实验结果表明:PTFE粉料和拉伸条件影响相互联系的各项膜孔性能数据,而在不同机械操作阶段的膜形态结构又有显著的差别.双向拉伸微孔膜是呈孔径大小较均匀的纤维网状结构.关键词:双向拉伸;PTFE微孔膜;孔性能中图分类号:TQ028.8文献标识码:A高分子微滤膜(MFM)的孔径大小处于0.1～10μm范围,具有截留气体或液体流体中的胶体粒子或微粒.从上世纪50年代开发应用以来,已在化工、制药、半导体、环保食品、饮料、酒等工业得到广泛的应用,现仍以8%的速度增加.从生产微滤膜的高分子材料而言,国内外已有CA、CA-CTA、CA-CN、PA、PAN、PES、PS、PVDF和PE、PP等多种高聚物.除PE、PP是通过拉伸方法制得MFM以外,其他大部分均由高分子材料和一定的溶剂、添加剂组成的铸膜液,通过相转化法制得,以上这些高分子材料的共同不足点在于不耐溶剂和酸、碱,耐热和老化性不够,孔隙率有限等.人们很早就注意到高分子材料中综合性能最突出的聚四氟乙烯(PTFE),其优良的高低温性能,突出的化学稳定性,以及良好的介电性能和疏水性,是在一些苛刻条件下分离微粒子的理想膜材料.但是PTFE的不熔、不溶的特性,使制造其微滤膜的技术长期难以解决,限制了它的应用开发.上世纪60年代,DuPont公司首先用单向拉伸方法制得PTFE拉伸膜,虽然其微孔的大小、孔隙率、膜的强度都不适合用于微滤器,但以后广泛用作密封带.70年代中期美国研制成功PTFE双向拉伸微滤膜,随后日本、欧洲也相继有生产.但迄今还只是有限的几家公司生产销售PTFE拉伸膜,它们是:Gore、Pall、Milli-pore、Whatman、Gelman、DDS、Dominick、Sartorius和日本的日东电工、大金、旭硝子,以美国Gore公司的Gore-TexR专利产品销售量最大.该公司生产2000多种相关产品,1998年销售额为60亿美元,广泛应用于医药行业的除尘、除菌,空气中粉尘、微粒的过滤,化工生产中的产品纯化和物料回收,以及防水、透气纺织品和水处理等各行业.Gore公司严格控制了其生产技术外,并垄断了PTFE粉料供应,在全世界以高价销售膜材料和制品[1～3].我国从70年代后也开始有研制PTFE拉伸膜的工作,但长期以来一直停留在单向拉伸的工艺.90年代以来,已有个别单位研制生产出双向拉伸微滤膜,膜制品大都集中在防水透气纺织品的开发[4,5].我们为了生产出高质量的双向拉伸PTFE微孔膜,在研制过程中特别注意了各种因素与膜孔性能和形态结构的关系,以优化生产的工艺条件.1实验部分1.1双向拉伸PTFE微滤膜的制造工艺干燥的PTFE细粉料与添加剂充分混合后,进入挤压机中,粉料受推挤压出条状PTFE,见图1,然后在滚压机下压延成膜片.加热挥发去添加剂后即收稿日期:2001-12-27;修改稿收到日期:2002-06-04基金项目:科技部“十五”、“863”项目资助(2002AA328030)作者简介:陈珊妹(1933-),女,浙江省宁波市人,教授,从事高分子分离膜研究.第23卷第2期膜科学与技术Vo1.23No.22003年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2003DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2003.02.005图1双向拉伸PTFE微滤膜制造工艺示意图可进行纵横向拉伸,再通过热处理定型、切割和收卷得到双向拉伸微滤膜.1.2微滤膜孔性能的测定微滤膜的孔性能关系到它在应用中阻截流体中介质粒子的大小、脱除率和渗透量,是开发应用中必要的性能数据.由于各种高分子材料微滤膜孔结构的复杂性,迄今尚缺少较为完善的孔性能测定方法,在已有的几种方法中各有优缺点.我们选用气泡-压力法与流体流速法及其结合,并采用杭州水处理中心以此为基础设计生产的GTL-D膜孔径测定仪来进行检测.1.3微滤膜孔形态结构的观察膜的制样是喷以Au薄层,在日本HitachiS-570型扫描电子显微镜下观察微孔膜的孔形态结构,加速电压20kV,放大倍数可到20.0K,选择最具有代表性的微孔结构区进行照相.2实验结果与讨论2.1表征微滤膜孔性能的各项指标在GTL-D膜孔径测定仪上检测得到PTFE微滤膜的气通量Q/t(L/s),泡点压力p,并可以通过膜的表观密度D,厚度L等实测数据,计