一种改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法与流程

本发明属于聚四氟乙烯过滤材料，涉及一种改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法。

背景技术：

1、生产半导体的过程会产生大量的废水，半导体废水污染物种类多，成分复杂，通常包括多种重金属废水、有机废水以及硅和氟废水；随着半导体集成电路技术的快速升级，超高纯过滤技术一直用来从生产半导体的液体气体中去除粒子。集成电路的集成度越高，对液体、气体洁净要求也越高。所以在半导体领域应用到的所有液体气体都会应用到过滤技术，确保了产品的纯度等级。

2、聚四氟乙烯（ptfe）作为纳滤膜的基材，由于其稳定的化学特性而受到越来越多的关注。聚四氟乙烯是一种具有独特分子结构即结构完全对称的中性高分子化合物，特殊的结构使其具有良好的热稳定性、化学稳定性、绝缘性、润滑性、抗水性等。聚四氟乙烯是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，具有优秀的抗酸、抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，耐高温达250 ℃。在半导体生产工艺中广泛应用于强酸碱、溶解性强的液体过滤，例如浓硫酸、盐酸、硝酸、磷酸，ekc，双氧水等液体。虽然ptfe具有极好的化学稳定性，可以耐受大多数的酸、碱和有机溶剂，但其孔结构较松散，适合气体过滤。

3、根据半导体行业的特殊性，其对过滤膜的过滤精度也提出了更高要求，因而，很有必要提供一种半导体液体过滤可用的聚四氟乙烯过滤膜的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，所制备的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜具有较高的过滤精度和强度，可以应用于半导体领域的分离、过滤。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述复合纳滤膜的具体制备过程如下：

4、s1、在氮化硼粉末中加入5 mol/l的氢氧化钠溶液、表面活性剂，通过常温下尖端超声处理1～1.5 h得到稳定的分散体，后将溶液加热至80 ℃，搅拌3～5 h使其充分混合，冷却至室温进行抽滤，并用去离子水和无水乙醇对得到的混合物清洗2～3次直至溶液呈中性，经干燥、粉碎、过筛200目得到表面改性的纳米氮化硼粉末；

5、s2、通过聚乙烯醇、表面改性的纳米氮化硼粉末、聚四氟乙烯来制备亲水的聚四氟乙烯树脂，具体制备过程如下：

6、在氮气保护下，在反应釜中加入有机溶剂和分散剂搅拌均匀，再加入聚乙烯醇、表面改性的纳米氮化硼粉末、聚四氟乙烯混合均匀，在80～110 ℃下，经超声处理30 min混合均匀，即得所述亲水聚四氟乙烯树脂；

7、s3、将亲水聚四氟乙烯树脂与润滑剂进行熔融共混，获得改性聚四氟乙烯乳液，然后通过挤出机挤出、冷却成型、萃取、高温双向拉伸和高温330～360 ℃烧结固化10～20min制备得到改性聚四氟乙烯基膜；

8、s4、将海藻酸钠固体用去离子水充分溶解并配制为质量分数为3 %的海藻酸钠溶液，充分搅拌后进行真空脱泡处理，去除海藻酸钠溶液中的气泡，加入硅烷偶联剂、peg200和海藻酸钠溶液超声处理6 h得到均相的铸膜液；

9、s5、用乙醇和去离子水浸泡改性聚四氟乙烯基膜30 min，后将改性聚四氟乙烯基膜干燥后平铺，将配制好的均相铸膜液均匀地涂覆在改性聚四氟乙烯基膜上，静置干燥10min 后，在50 ℃的真空干燥箱中干燥固化 1.5～2 h，然后在温度80～100 ℃环境中将膜片放入质量分数为1～3 %的环氧氯丙烷溶液中交联9～10 h，取出后再放入 70～85 ℃的鼓风干燥箱中热处理 10 min，待热处理结束后清洗得到改性聚四氟乙烯复合纳滤膜。

10、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s1中，所述氮化硼粉末、表面活性剂、氢氧化钠溶液的质量比为10：1：10。

11、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中，所述有机溶剂为二甲苯、六甲基二硅氧烷、乙腈中的一种。

12、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中，所述分散剂为聚二甲基硅氧烷、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种。

13、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二酰、过硫酸盐、过氧化氢、过氧化碳酸酯中的一种。

14、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中，所述有机溶剂、分散剂、聚乙烯醇、表面改性的纳米氮化硼粉末、聚四氟乙烯的质量比为45～70%：1.5～3 %：3～6 %：3～6 %：35～50 %。

15、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s3中，所述润滑剂为硅油、硬脂酸酰胺、油酸酰胺中的一种，所添加的量为改性聚四氟乙烯树脂的4～8 %。

16、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s4中，所述硅烷偶联剂、 peg200和海藻酸钠溶液的质量比为1～4 %：50～70 %：30～40 %，其中硅烷偶联剂为氨基新己基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-三甲氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺或n,n-(氨丙基三乙氧基)硅烷中的一种。

17、本发明的有益效果：

18、（1）聚四氟乙烯作为纳滤膜的基材，是一种化学特性稳定且耐腐蚀的材料，但由于聚四氟乙烯固有的低表面能导致其疏水性，因此很难在聚四氟乙烯表面构建功能纳滤层，导致基材与功能层之间的附着力较差。聚乙烯醇分子侧链含有大量亲水性羟基，表现出超强的亲水的性质，因此将其作为亲水剂对聚四氟乙烯表面进行亲水改性，但由于聚乙烯醇的吸湿性大、耐水性差导致聚四氟乙烯膜之间的结合力被减弱，材料强度发生下降。因此通过添加纳米氮化硼来增加材料的强度，此外，纳米氮化硼的表面带负电荷和而且具有亲水性，在恶劣条件下也可以保持良好的化学稳定性，纳米氮化硼的机械坚固性可以延长膜处理废水的寿命，从而突出了这些材料的适用性。同时通过纳米无机材料的添加使膜的结构更加紧密、膜的分布更加均匀，从而提高纳滤膜的分离性能。

19、（2）海藻酸钠是一种成本低、无毒、生物降解性好、且具有良好的成膜性能和亲水性的制膜材料，大分子链上有大量的羟基和羧基，可以发生交联反应，被广泛的用于制备离子交换膜和超滤膜，可以提升膜的分离性。但海藻酸钠的机械性能差,并具有溶胀性,因此在吸附水中污染物时容易被破坏，用硅烷偶联剂对海藻酸钠进行改性，硅烷偶联剂作为体系的增粘剂，可以改善体系的胶接强度和提高附着力，有助于后续保护层的粘结；利用强黏附性提高表面层与聚四氟乙烯层之间的附着力，防止表面层的溶胀。

技术特征：

1.一种改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述复合纳滤膜的具体制备过程如下：

2.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述氮化硼粉末、表面活性剂、氢氧化钠溶液的质量比为10：1：10。

3.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述有机溶剂为二甲苯、六甲基二硅氧烷、乙腈中的一种。

4.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述分散剂为聚二甲基硅氧烷、十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述有机溶剂、分散剂、聚乙烯醇、表面改性的纳米氮化硼粉末、聚四氟乙烯的质量比为45～70%：1.5～3 %：3～6 %：3～6 %：35～50 %。

6.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤s3中，所述润滑剂为硅油、硬脂酸酰胺、油酸酰胺中的一种，所添加的量为改性聚四氟乙烯树脂的4～8 %。

7.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤s4中，所述硅烷偶联剂、peg200和海藻酸钠溶液的质量比为1～4 %：50～70 %：30～40 %，其中硅烷偶联剂为氨基新己基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-三甲氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺或n,n-(氨丙基三乙氧基)硅烷中的一种。

技术总结
本发明涉及一种改性聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备方法，属于聚四氟乙烯过滤材料技术领域。本发明所述的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜由改性亲水聚四氟乙烯基膜和改性海藻酸钠表面层组成，具体制备方法：首先通过聚乙烯醇、表面改性的纳米氮化硼粉末对聚四氟乙烯进行亲水改性，制备得到改性的聚四氟乙烯基膜，再通过涂覆‑交联法利用海藻酸钠制备改性聚四氟乙烯复合纳滤膜。本发明制备的改性聚四氟乙烯复合纳滤膜具有较高的过滤精度和强度，可以满足半导体领域的分离、过滤。

技术研发人员：马传顺,邓华清
受保护的技术使用者：保视丽（上海）新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24