製備力學性能良好的pvdf超細纖維膜的方法

2023-04-30 10:29:21

專利名稱：製備力學性能良好的pvdf超細纖維膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備力學性能良好的PVDF超細纖維膜的方法，屬於聚偏氟乙烯過濾膜製備技術。
背景技術：
通過電紡的方法可以製備由納米級超細纖維構成的聚合物膜。由於具有高孔隙率、孔徑小等特點，電紡纖維膜在生物醫學、光電學和紡織工程學等領域具有廣泛應用前景。然而，由於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性能一般較差，難以適用於力學性能要求較高的場合。
通過化學交聯辦法，可以使聚合物電紡纖維膜的力學性能略有提高。例如，以乙二醛交聯聚乙烯醇電紡纖維膜，不僅使之耐水性能提高了，而且其拉伸強度也稍有增加，但大大降低了其斷裂伸長率(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，是另一種對電紡纖維膜後處理提高其性能的方法，如對L-聚乳酸電紡纖維膜在180℃烘箱中持續加熱30min或60min，可使其拉伸強度由3.59MPa分別提高到4.14MPa和4.19MPa，同時斷裂伸長率由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)和聚碸(PSF)是廣泛用於膜分離技術領域的原料，具有易加工、化學穩定性好等優點。本項申請專利的發明者曾對PVDF和PSF電紡纖維膜的製備及性能進行研究(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度僅為3～5MPa，斷裂伸長率約為10％；而PSF電紡纖維膜的拉伸強度為2～3MPa，斷裂伸長率約為30％。這些數據表明，單由電紡得到的PVDF和PSF超細纖維膜，其力學性能較低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種製備力學性能良好的PVDF超細纖維膜的方法，以此法製備的膜材料，其力學性能良好，製備過程簡單。
為達到上述目的，本發明是通過下述技術方案加以實現的所述力學性能良好的聚偏氟乙烯(PVDF)超細纖維膜，是由直徑為50nm～500nm的PVDF超細纖維形成的，膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強度為5～25MPa，斷裂伸長率為50～100％，該PVDF超細纖維膜的製備方法，其特徵在於包括以下過程將相對分子質量為25～50萬的聚偏氟乙烯(PVDF)溶於N，N-二甲基甲醯胺(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的條件下靜電紡絲並再經真空乾燥製得PVDF超細纖維膜，將單層或雙層的PVDF超細纖維膜，在PHOTOART-24LSI型連續熱合裝置上於60～135℃溫度和過膠速度為0.3m/min～0.8m/min條件下連續熱處理，得到力學性能良好的PVDF超細纖維膜。
本發明的優點在於，製備過程簡單，製得的PVDF超細纖維膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強度為5～25MPa，斷裂伸長率為50～100％。該方法亦適用於製備力學性能良好的PSF、聚丙烯腈、聚丙交酯及其共聚物等的超細纖維膜。
具體實施例方式
實施例1取相對分子質量為25萬的PVDF1.9g，在磁力攪拌下溶解於9mL DMF和1mL丙酮的混合溶劑中，配製成紡絲溶液。向帶有內徑為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鼓接收裝置。將針頭與12kV高壓直流電源相連，設定溶液流量均為0.2mL/h進行靜電紡絲，經100h後將接收轉鼓上收集到的直徑為100nm～300nm的超細纖維膜取下，於45～55℃和真空度為200Pa條件下乾燥12h，得到厚度為28μm的PVDF超細纖維膜。將雙層的PVDF超細纖維膜使用PHOTOART-24LSI型過膠機(韓國巨山公司)於65℃、過膠速度為0.43m/min下連續熱合得到力學性能良好的PVDF超細纖維膜，該力學性能良好的PVDF超細纖維膜的厚度為40μm，孔隙率為80％，拉伸模量為70MPa，拉伸強度為6MPa，斷裂伸長率為72％。
實施例2取相對分子質量為42萬的PVDF 1.6g，在磁力攪拌下溶解於7mL DMF和3mL丙酮的混合溶劑中，配製成紡絲溶液。向帶有內徑為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鼓接收裝置。將針頭與15kY高壓直流電源相連，設定溶液流量為0.3mL/h進行靜電紡絲，經86h後將接收轉鼓上收集的到直徑為10nm～450nm的超細纖維膜取下，於45～55℃和真空度為200Pa條件下真空乾燥12h，製得PVDF超細纖維膜，將雙層的PVDF超細纖維膜使用PHOTOART-24LSI型過膠機，於100℃、過膠速度為0.56m/min下連續熱合得到力學性能良好的PVDF超細纖維膜材料，該力學性能良好的PVDF超細纖維膜的厚度為28μm，孔隙率為64％，拉伸模量為120MPa，拉伸強度為12MPa，斷裂伸長率為80％。
實施例3取相對分子質量為50萬的PVDF1.0g，在磁力攪拌下溶解於9.5mL DMF和0.5mL丙酮的混合溶劑中，配製成紡絲溶液。向帶有內徑為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鼓接收裝置。將針頭與20kV高壓直流電源相連，設定溶液流量均為0.4mL/h進行靜電紡絲，經72h後將接收轉鼓上收集的到直徑為50nm～600nm的超細纖維膜取下，於45-55℃和真空度為200Pa條件下真空乾燥12h，製得PVDF超細纖維膜，將雙層的PVDF超細纖維膜，使用PHOTOART-24LSI型過膠機於135℃、過膠速度為0.9m/min下連續熱合得到力學性能良好的PVDF超細纖維膜材料，該力學性能良好的PVDF超細纖維膜的厚度為18μm，孔隙率為63％，拉伸模量為170MPa，拉伸強度為23MPa，斷裂伸長率為88％。
實施例4取相對分子質量為35萬的PVDF1.8g，在磁力攪拌下溶解於9.5mLDMF和0.5mL丙酮的混合溶劑中，配製成紡絲溶液。向帶有內徑為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鼓接收裝置。將針頭與20kV高壓直流電源相連，設定溶液流量均為0.4mL/h進行靜電紡絲，經72h後將接收轉鼓上收集到的直徑為50nm～600nm的超細纖維膜取下，於45-55℃和真空度為200Pa條件下真空乾燥12h，得到厚度為28μm的PVDF超細纖維膜。該PVDF超細纖維膜的性能參數如下膜的孔隙率為83％，拉伸模量為25MPa，拉伸強度為2.6MPa，斷裂伸長率為53％。將單層的該PVDF超細纖維膜，使用PHOTOART-24LSI型過膠機，於130℃、過膠速度為0.7m/min下連續熱合得到力學性能良好的PVDF超細纖維膜材料，該力學性能良好的PVDF超細纖維膜的厚度為15μm，孔隙率為60％，拉伸模量為200MPa，拉伸強度為25MPa，斷裂伸長率為60％。
權利要求
1.一種製備力學性能良好的聚偏氟乙烯超細纖維膜的方法，所述的力學性能良好的聚偏氟乙烯超細纖維膜，是由直徑為50nm～500nm的聚偏氟乙烯超細纖維形成的，膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強度為5～25MPa，斷裂伸長率為50～100％，其特徵在於包括以下過程將相對分子質量為25～50萬的聚偏氟乙烯溶於N，N-二甲基甲醯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的條件下靜電紡絲並經真空乾燥製得聚偏氟乙烯超細纖維膜，將單層或雙層的聚偏氟乙烯超細纖維膜，在PHOTOART-24LSI型過膠機上，於60～135℃溫度和過膠速度為0.3m/min～0.9m/min條件下連續熱合處理，得到力學性能良好的聚偏氟乙烯超細纖維膜。
全文摘要
本發明涉及一種製備力學性能良好的PVDF超細纖維膜的方法，屬於聚偏乙烯過濾膜製備技術。其製備方法過程包括將聚偏乙烯溶於N，N－二甲基甲醯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時靜電紡絲並經真空乾燥製得PVDF超細纖維膜，將單層或雙層的PVDF超細纖維膜，在PHOTOART－24LSI型過膠機上連續熱合處理，得到力學性能良好的PVDF超細纖維膜。本發明的優點在於，製備過程簡單，得到的PVDF超細纖維膜的厚度為15μm～40μm，孔隙率為60～85％，拉伸模量為70～200MPa，拉伸強度為5～25MPa，斷裂伸長率為50～100％。該方法亦適用於製備力學性能良好的PSF、聚丙烯腈、聚丙交酯及其共聚物等超細纖維膜。
文檔編號B01D69/08GK101069822SQ200710056878
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月6日 優先權日2007年3月6日
發明者袁曉燕, 那海寧, 趙玉平 申請人:天津大學