干货 | 聚四氟乙烯(PTFE)材料的性能和中空纤维技术

聚四氟乙烯是氟塑料(主要包括聚三氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯等)中作重要的一种。今天塑联网就来讲讲它的性能和中空纤维技术。
聚四氟乙烯树脂为白色粉末,外观蜡状、光滑不粘,平均密度2.2 g/ m3。该材料具有卓越的性能,它的化学稳定性是其他任何塑料无法比拟的,强酸、强碱及各种氧化剂甚至沸腾的“王水”和原子工业中常用的强腐蚀剂五氟化铀等腐蚀性很强的化工品都无法显著发挥腐蚀作用,也就是拥有很高的化学稳定性。
它的耐热耐寒性能优良,可在-195~250℃的温度范围内长期使用而不发生性能变化。聚四氟乙烯具有良好的电气绝缘性,且不受环境湿度、温度和电频率的影响。
聚四氟乙烯的缺点是容易热膨胀,不耐磨,机械强度差,刚性不足且成型困难。制件一般是先将粉末冷压成坯件,然后烧结成型。
PTFE被认为是一种理想的疏水膜材料,就是因其优异的耐腐蚀性、热稳定性和疏水性,但其难被溶解,熔融流动性差,难以进行加工。
目前PTFE中空纤维膜的唯一加工方法是机械拉伸法,但是该方法所制备的膜孔隙率低,严重制约了分离过程的效率。
中科院过程工程所曹宏斌研究员团队提出以水溶液粘度高、易于热分解的聚氧乙烯(PEO)作为粘结剂和PTFE颗粒混合成水性纺丝液,以非旋转线电极作为连续化制备的接收器。
PEO包覆PTFE颗粒在高电压下被拉伸成PTFE/PEO混合纳米纤维,沉积在线电极上形成初始膜。在一定温度下烧结后,初始膜中的PEO分子被完全分解,PTFE颗粒之间熔融成纳米纤维并通过纤维节点粘结组装成目标PTFE中空纤维膜。
该成果发表于国际膜科学领域TOP期刊Journal of Membrane Science上。
(A) 制备过程和原理(B) 膜的横截面和
(C) 表面电镜图(D) 照片显示膜的自支撑性(E) 组件
该膜在膜蒸馏应用中蒸汽通量达到商业PTFE中空纤维膜的4.6~8.8倍、文献报道的3.2~11.6倍。
PTFE膜超疏水性,在长时间和盐度不断升高的膜蒸馏实验中表现出高而稳定的脱盐性能,表明其在海水淡化、高盐废水处理等领域具有良好的应用前景!
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