炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高分子材料技術領域，具體地說，涉及一種炭黑填充并且顏色均勻、透 氣性與抗油性能良好的聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚四氟乙烯(PTFE)根據制備方法的不同可分為懸浮樹脂和分散樹脂，聚四氟乙烯 懸浮樹脂一般采用模壓成型工藝，分散聚合的聚四氟乙烯分散液應用于噴涂、浸漬、流延及 濕法混合填料。在填充聚四氟乙烯制品中，炭黑既可作為黑色染料，另外具有補強作用和增 強基體的導電性能。
[0003] 在中國國家專利CN201510198882.1中，公開了一種炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜及 其制備方法，得出的產品較現有技術雖然工藝簡單，適合產業化，但是在產品的透氣性和孔 隙率方面的性能并沒有顯著的提高。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種工藝簡單、著色均勻、透氣性能和力學性能更加優異的 炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜。
[0005] 本發明的另一目的提供一種上述聚四氟乙烯微孔膜的制備方法。
[0006] -種炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜，以重量計，炭黑的填充量為聚四氟乙烯的 4%_7%，還包括質量為炭黑質量2%_4%用于增強炭黑與聚四氟乙烯之間界面結合力的偶 聯劑、質量為聚四氟乙烯量25%-28%的擠出助劑、質量為炭黑質量0.5%-1.5%的分散劑 以及質量為炭黑質量0.2 %-0.5 %的穩定劑。
[0007] -種制備權利要求1所述炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜的制備方法，包括以下步 驟：
[0008] (1)炭黑的預處理:炭黑分散于水中后滴加入偶聯劑攪拌分散10分鐘，然后加入分 散劑進行二次攪拌分散，時間持續5-10min;
[0009] (2)配制聚四氟乙烯分散體:將四氟乙烯分散液原料加入凝聚桶中，用水調節四氟 乙烯分散液的比重至1.05-1.08以降低粘度，然后調PH至9以使凝聚過程穩定，再將預處理 后炭黑倒入分散液中進行凝聚，調節攪拌轉速至200-2000rpm，至觀察到混合物顏色變成無 色;待混合物變為無色，加入穩定劑，靜置5min，然后以1000-2000rpm轉速攪拌lOmin;
[0010] (3)凝聚完畢后調節轉速至100-800rpm進行陳化攪拌，陳化攪拌時間為5-30min， 使炭黑與聚四氟乙烯混合物料均漂浮在表面，為小顆粒狀的細粉料；
[0011] (4)用水洗滌細粉料；
[0012] (5)干燥細粉料；
[0013 ] (6)將干燥后的細粉料與助擠劑充分混合后制成薄膜。
[0014]優選的，所述偶聯劑選自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-環氧丙氧）丙基三甲氧 基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種;所述炭黑為炭黑Mogul-L。
[0015] 優選的，所述聚四氟乙烯分散液原料經40-80目濾布過濾。
[0016] 優選的，所述助擠劑為石油醚、石蠟油或白油。
[0017]優選的，所述分散劑為乙烯基雙硬脂酰胺;所述穩定劑為硬脂酸鎂。
[0018]本發明通過在炭黑的預處理過程中添加偶聯劑和分散劑，使炭黑均勻分散，控制 聚四氟乙烯分散液的比重和酸堿度，通過加入穩定劑使聚四氟乙烯分散液和炭黑均勻混 合，不但時混合物分布均勻，而且不會出現粒徑較大的凝聚物，使最終的產品孔隙率更高， 透氣性更好。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1微孔膜的SEM圖，（a)微孔膜放大500倍的表面形貌圖；（b)微孔膜放 大2000倍的斷面形貌圖。
[0020] 圖2為實施例1與實施例2聚四氟乙烯微孔膜照片對比。
[0021] 圖3為實施例2微孔膜的SEM圖：（a)微孔膜放大500倍的表面形貌圖；（b)微孔膜放 大2000倍的斷面形貌圖。
[0022]圖4為實施例3微孔膜的SEM圖：（a)微孔膜放大500倍的表面形貌圖；（b)微孔膜放 大2000倍的斷面形貌圖。
[0023]圖5為實施例4微孔膜的SEM圖：（a)微孔膜放大500倍的表面形貌圖；（b)微孔膜放 大2000倍的斷面形貌圖。
【具體實施方式】
[0024] 一種炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜，以重量計，炭黑的填充量為聚四氟乙烯的 4%-7%，還包括質量為炭黑質量2%-4%用于增強炭黑與聚四氟乙烯之間界面結合力的偶 聯劑、質量為聚四氟乙烯量25%-28%的擠出助劑、質量為炭黑質量0.5%-1.5%的分散劑 以及質量為炭黑質量0.2 %-0.5 %的穩定劑。
[0025] 一種制備權利要求1所述炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜的制備方法，包括以下步 驟：
[0026] (1)炭黑的預處理：炭黑分散于水中后滴加入偶聯劑攪拌分散10分鐘，轉速為 1000-3000rpm，然后加入分散劑進行二次攪拌分散，時間持續5-10min ;攪拌速率為200-600rpm；
[0027] (2)配制聚四氟乙烯分散體:將四氟乙烯分散液原料加入凝聚桶中，用水調節四氟 乙烯分散液的比重至1.05-1.08以降低粘度，然后加氨水調PH至9以使凝聚過程穩定，再將 預處理后炭黑倒入分散液中進行凝聚，調節攪拌轉速至200-2000rpm，至觀察到混合物顏色 變成無色；待混合物變為無色，加入穩定劑，靜置5min，然后以1000-2000rpm轉速攪拌 lOmin；
[0028] (3)凝聚完畢后調節轉速至100-800rpm進行陳化攪拌，陳化攪拌時間為5-30min， 使炭黑與聚四氟乙烯混合物料均漂浮在表面，為小顆粒狀的細粉料；
[0029] (4)用去離子水洗滌細粉料1至3次；
[0030] (5)干燥細粉料；
[0031] (6)將干燥后的細粉料與助擠劑充分混合壓制成毛坯，再用推壓機壓成片狀帶坯， 溫度控制在80~100°C，經壓延機等速壓延成排列整齊的纖維狀薄膜。下一步用雙向拉伸法 拉伸，再燒結、冷卻，燒結時控制升溫速度，燒結溫度控制在340~380°C后，保溫4~6h。得到 厚度為〇.2mm的微孔膜。
[0032] 所述偶聯劑選自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3_環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種;所述炭黑為炭黑Mogul-L。
[0033] 所述聚四氟乙烯分散液原料經40-80目濾布過濾。
[0034] 所述助擠劑為石油醚、石蠟油或白油。
[0035] 所述分散劑為乙烯基雙硬脂酰胺;所述穩定劑為硬脂酸鎂。
[0036] 下面實施例進一步描述本發明，但所述實施例僅用于說明本發明而不是限制本發 明。
[0037] 在以下實施例中：
[0038]聚四氟乙烯分散液為FR203,上海三愛富新材料股份有限公司生產；
[0039] 炭黑為美國CABOT生產，粒徑為24-30nm;
[0040]濾布為60目尼龍濾布；
[0041 ] 去離子水導電率為0.7yS/m
[0042] 凝聚桶容量為40L，內有雙層六葉槳，單葉漿長為15cm，可通冷卻水控制溫度在20-25〇C；
[0043] 其中孔隙率使用壓汞法測量，透氣量使用GB1038氣體滲透儀測量，抗油性按 IS014419-1998紡織品抗油性標準測定。
[0044] 實施例1
[0045] 本實施例按如下步驟制備一種炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜：
[0046] (1)將稱取好的66g炭黑Mogul-L加入到1.5L的去離子水中攪拌，轉速為2400rpm， 然后滴加0.66g的5ml乙醇與5ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合液，轉速控制在500rpm攪拌 lOmin，然后加入0.66g乙烯基雙硬脂酰胺攪拌9分鐘，攪拌速率為400rpm。
[0047] (2)將15L聚四氟乙烯分散夜（固含量為20%)通過濾布倒入凝聚桶中，再將去離子 水加入到分散液中，用比重計測量混合液的比重，直到混合液的比重至1.065后停止加去離 子水，啟動攪拌，攪拌速度為SOOrpm。然后加入氨水調混合液的PH至9后，將準備好的預處理 炭黑倒入凝聚桶中，調節轉速至2000rpm，攪拌30min;然后加入硬脂酸鎂0.25g，靜置5min， 然后1500rpm轉速攪拌10min。
[0048] (3)凝聚完畢后繼續攪拌，調節轉速至550rpm，攪拌時間為20min。
[0049] (4)將這些粉料小心取出，避免有剪切動作，加入去離子水洗滌2次，調節轉速為 500rpm，時間為 1 Omin。
[0050] (5)將上述聚四氟乙烯細粉料取出至托盤中，140°C烘干72h。
[0051] (6)將干燥后的細粉料與石蠟油充分混合后壓制成毛坯，厚度為2mm，再用推壓機 壓成片狀帶坯，溫度控制在80_100°C，經壓延機等速壓延成排列整齊的纖維狀薄膜。下一步 用雙向拉伸法拉伸，再燒結、冷卻，燒結時控制升溫速度，燒結溫度控制在340-380°C后，保 溫4-6h。得到厚度為0.2mm的微孔膜。
[0052]實施例1所得微孔膜的孔隙率、透氣量、抗油性和拉伸強度見表1，另外其形貌結構 見圖1。在制備工藝相同的條件下與現有技術下的炭黑填充PTFE微孔膜相比，微孔膜的拉伸 強度提高，力學性能變好，孔隙率和透氣率明顯提高。
[0053] 實施例2
[0054]本實施例按如下步驟制備一種炭黑填充的聚四氟