一种改性聚四氟乙烯浸渍液的制备方法及产品与流程

本发明涉及柔性膜材的制备领域，具体涉及一种改性聚四氟乙烯浸渍液的制备方法及产品。

背景技术：

聚四氟乙烯具有超疏水、自清洁、难燃、防腐蚀等特点，将聚四氟乙烯涂覆于玻璃纤维织物表面，生产各种聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材。而且它是用于建筑行业的高性能产业用纺织品，主要用于大型体育场馆、公共娱乐休闲广场、购物中心等各项大型建筑中。随着北京2008年奥运会、2010年上海世博会以及广州亚运会等大型体育场馆的建设，聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的市场需求在不断地增加。

但由于玻璃纤维本身易脆和易断的特点，再加上聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材在生产、运输及安装过程中，不可避免地会遇到弯折或折叠问题，而且膜材在折叠后强力会有较大的损失，随着弯折或折叠次数增加，力学性能损失越大。此外，采用现有技术中的聚四氟乙烯分散液通过浸渍制备而成的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材，其柔韧性较差，在运输和施工时比较困难，导致成本升高。

因此，开发新型的聚四氟乙烯浸渍液对玻璃纤维织物进行浸渍加工，以改善聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的强度和柔韧性，具有重要的经济价值和社会意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改性聚四氟乙烯浸渍液的制备方法，所得的改性聚四氟乙烯浸渍液在制备聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材时，能够大幅度地提高其柔韧性、粘结强度、力学性能和耐折叠性。

本发明所提供的技术方案为：

一种改性聚四氟乙烯浸渍液的制备方法，包括如下步骤：

1)将蒙脱土加入到乙醇中，然后加入硅烷偶联剂，65-85℃条件下反应3-6h，冷却、过滤、干燥，得到中间物；

2)将中间物加入到水中，然后加入N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺，65-85℃条件下反应3-6h，冷却、过滤，得到改性蒙脱土；

3)将聚四氟乙烯分散液加入到水中，然后加入改性蒙脱土，混合均匀，即得改性聚四氟乙烯浸渍液。

由于硅烷偶联剂和N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺均是小分子，在基体内容易发生迁移和析出，导致污染环境，损害材料力学性能。因此上述技术方案中，先将硅烷偶联剂和蒙脱土进行表面羟基反应，生成带有硅烷基团的蒙脱土，再将其与N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺反应，生成带有N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺长分子链的蒙脱土。上述的工艺具有如下优势：(1)避免硅烷偶联剂和N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺的迁移和析出；(2)由于N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺自身具有优异的抗菌性能，使含有N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺长分子链的蒙脱土具有永久抗菌性；(3)可使改性蒙脱土在水溶液中均匀分散，无团聚和沉淀现象，获得的改性蒙脱土与基体相容性优异。

作为优选，所述步骤1)中蒙脱土与乙醇的质量比1:3-10。

作为优选，所述步骤1)中蒙脱土为钠基蒙脱土、钙基蒙脱土或镁基蒙脱土。

作为优选，所述步骤1)中硅烷偶联剂与蒙脱土的质量比1:1-10。

作为优选，所述步骤1)中硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种或几种。

作为优选，所述步骤2)中间物与水的质量比1:1-10。

作为优选，所述步骤2)中间物与N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺的质量比1:1-10。

作为优选，所述步骤3)中改性蒙脱土与聚四氟乙烯分散液的质量比1:50-100。

作为优选，所述步骤3)中水与聚四氟乙烯分散液的质量比1:0.5-10。

作为优选，所述步骤3)中聚四氟乙烯分散液为聚四氟乙烯TE3859型、F-104型、FR303A型、FR302型、DF311型中的一种或几种。

作为优选，改性聚四氟乙烯浸渍液的制备方法，包括如下步骤：

1)将蒙脱土加入到乙醇中，然后加入硅烷偶联剂，65-85℃条件下反应3-6h，冷却、过滤、干燥，得到中间物；所述蒙脱土与乙醇的质量比1:3-3.5；所述蒙脱土为钠基蒙脱土；所述硅烷偶联剂与蒙脱土的质量比1:1-1.5；所述硅烷偶联剂为KH550硅烷偶联剂；

2)将中间物加入到水中，然后加入N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺，65-85℃条件下反应3-6h，冷却、过滤，得到改性蒙脱土；所述中间物与水的质量比1:2.5-3.5；所述中间物与N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺的质量比1:1-1.5；

3)将聚四氟乙烯分散液加入到水中，然后加入改性蒙脱土，混合均匀，即得改性聚四氟乙烯浸渍液；所述改性蒙脱土与聚四氟乙烯分散液的质量比1:50-55；所述水与聚四氟乙烯分散液的质量比1:0.5-0.7；所述聚四氟乙烯分散液为聚四氟乙烯TE3859型。

本发明还提供一种如上述的制备方法制备得到的改性聚四氟乙烯浸渍液。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明所制备的改性聚四氟乙烯浸渍液中的改性蒙脱土分散均匀，不易团聚且稳定性好。

(2)本发明所制备的改性聚四氟乙烯浸渍液以水为溶剂，避免大量有毒溶剂挥发，污染周围环境和人类健康。

(3)本发明所制备的改性聚四氟乙烯浸渍液，可大幅度地提高聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的柔韧性和耐折叠性，使其便于生产、运输和安装。

附图说明

图1为实施例1制备的改性聚四氟乙烯浸渍液的光学显微镜图；

图2为实施例5制备的改性聚四氟乙烯浸渍液的光学显微镜图；

图3为实施例6制备的改性聚四氟乙烯浸渍液的光学显微镜图；

图4为对比例2制备的聚四氟乙烯浸渍液的光学显微镜图；

图5为对比例3制备的聚四氟乙烯浸渍液的光学显微镜图；

图6为对比例4制备的聚四氟乙烯浸渍液的光学显微镜图；

图7为由实施例1制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图；

图8为由实施例5制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图；

图9为由实施例6制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图；

图10为由对比例1制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图；

图11为由对比例2制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图；

图12为由对比例3制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图；

图13为由对比例4制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

1)先将100g钠基蒙脱土加入到95wt％乙醇中(钠基蒙脱土与乙醇的质量比为1/3)，然后加入KH560硅烷偶联剂(KH560与钠基蒙脱土的质量比为1/1)，80℃条件下反应3h，冷却、过滤、干燥，得到中间物；

2)将中间物加入到去离子水中(中间物与水的质量比为1/3)，然后加入N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺(中间物与N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺的质量比为1/1)，80℃条件下反应3h，冷却、过滤，得到改性蒙脱土。

3)将TE3859型聚四氟乙烯分散液加入到去离子水(水与聚四氟乙烯的质量比为1/0.66)中，然后加入改性蒙脱土(改性蒙脱土与聚四氟乙烯的质量比为1/50)，25℃的条件下混合均匀，即获得40wt％改性聚四氟乙烯浸渍液。

针对实施例1制备的改性聚四氟乙烯浸渍液进行光学显微镜表征，如图1所示。

实施例2

参考实施例1进行制备，不同之处在于，水与聚四氟乙烯的质量比为1/1.5，获得60wt％改性聚四氟乙烯浸渍液。

实施例3

参考实施例1进行制备，不同之处在于，钠基蒙脱土与乙醇的质量比为1/5。KH560与钠基蒙脱土的质量比为1/5。中间物与水的质量比为1/5。中间物与N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺的质量比为1/5。改性蒙脱土与聚四氟乙烯的质量比为1/75，获得改性聚四氟乙烯浸渍液。

实施例4

参考实施例1进行制备，不同之处在于，钠基蒙脱土与乙醇的质量比为1/10。KH560与钠基蒙脱土的质量比为1/10。中间物与水的质量比为1/10。中间物与N,N-二甲基十二烷基二甲基叔胺的质量比为1/10。改性蒙脱土与聚四氟乙烯的质量比为1/100，获得改性聚四氟乙烯浸渍液。

实施例5

参考实施例1进行制备，不同之处在于，钠基蒙脱土改为钙基蒙脱土，获得改性聚四氟乙烯浸渍液。

针对实施例5制备的改性聚四氟乙烯浸渍液进行光学显微镜表征，如图2所示。

实施例6

参考实施例1进行制备，不同之处在于，钠基蒙脱土改为镁基蒙脱土，获得改性聚四氟乙烯浸渍液。

针对实施例6制备的改性聚四氟乙烯浸渍液进行光学显微镜表征，如图3所示。

对比例1

采用纯TE3859型聚四氟乙烯分散液。

对比例2

将TE3859型聚四氟乙烯分散液加入到去离子水(水与聚四氟乙烯的质量比为1/0.66)中，然后加入钠基蒙脱土(钠基蒙脱土与聚四氟乙烯的质量比为1/50)，25℃的条件下混合均匀，即获得40wt％聚四氟乙烯浸渍液。

针对对比例2制备的聚四氟乙烯浸渍液进行光学显微镜表征，如图4所示。

对比例3

将TE3859型聚四氟乙烯分散液加入到去离子水(水与聚四氟乙烯的质量比为1/0.66)中，然后加入钙基蒙脱土(钙基蒙脱土与聚四氟乙烯的质量比为1/50)，25℃的条件下混合均匀，即获得40wt％聚四氟乙烯浸渍液。

针对对比例3制备的聚四氟乙烯浸渍液进行光学显微镜表征，如图5所示。

对比例4

将TE3859型聚四氟乙烯分散液加入到去离子水(水与聚四氟乙烯的质量比为1/0.66)中，然后加入镁基蒙脱土(镁基蒙脱土与聚四氟乙烯的质量比为1/50)，25℃的条件下混合均匀，即获得40wt％聚四氟乙烯浸渍液。

针对对比例4制备的聚四氟乙烯浸渍液进行光学显微镜表征，如图6所示。

性能试验

先将玻璃纤维织物浸渍于实施例1～6及对比例1～4中得到的聚四氟乙烯浸渍液中，然后150℃烘燥60s，280℃烘燥60s，380℃烘燥60s，得到聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材。

分别针对实施例1、5、6和对比例1～4所制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材进行SEM表征，如图7～13，可知由实施例1、5和6所制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的断面形貌呈片状堆积，相互之间密集堆砌，与传统“砖-瓦”结构相似，可大幅度提高力学强度和柔韧性。

由对比例1～4所制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材断面形貌看出，玻璃纤维与聚四氟乙烯粘结强度比较差，呈分离状态，因此不能大幅度提高力学强度和柔韧性。

进一步测试耐折叠性，参照ASTM D 4851标准，采用质量为4.5kg和直径90mm钢辊往复滚压聚四氟乙烯/玻纤膜材成圈试样0、10、20、30、40、50次后，测定其断裂强力，其结果如表1所示。

表1为实施例1～6及对比例1～4制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材断裂强力比较

“—”表示测试之前样品已经断裂，不能进一步测试。

采用耐折试验机，对聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材进行耐折性能测试，如下表2所示。

表2为实施例1～6和对比例1～4制备的聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材耐折性能

表1和2的实验结果表明，采用本发明的制备方法的实施例1～6所得到的改性聚四氟乙烯浸渍液，可大幅度地提高聚四氟乙烯/玻璃纤维膜材的柔韧性、粘结强度、力学性能和耐折叠性，使其便于生产、运输和安装。