聚四氟乙烯滤膜关键加工技术与应用进展(2)

　　2 PTFE 滤膜关键加工技术

　　2. 1 孔径控制技术

　　滤膜的孔径决定过滤精度，因此孔径控制至关重要。孔径控制途径总结如下：

　　1） 制膜工艺，无论是平板膜还是中空纤维膜，均采用拉伸法加工。加工过程中的制膜工艺影响微孔结 构，主 要 包 括： 拉 伸 速 度[9 -10]、倍 数 和 温度[11 -12],热定型温度和时间等[13 -14].

　　2） 平板膜的双层共拉伸技术，PTFE 分散树脂在强剪切力和高温作用下发生原纤和结点相互纠缠的现象，进而发生黏结。利用此现象，发明了平板膜双层共拉伸技术[15].黏结发生后，界面层的材料堆积密度显着增加，提高了横向拉伸（ 扩幅） 过程中两侧夹持应力向中间的传递速度，从而提高了薄膜整体均匀性和降低了孔径。

　　3） 后整理技术，通过后整理 PTFE 乳 液 和F46（ 聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物） 乳液也可降低滤膜孔径[16].

　　4） 平板膜包缠中空纤维膜技术，在微孔结构的控制上，双向拉伸平板膜较单向拉伸的中空纤维膜容易控制。基于此日本 Sumitomo 公司开发了一种平板膜包缠中空纤维膜的孔径控制技术[17],它是将PTFE 平板膜分切成 4 ~ 6 mm 宽的窄带，然后，螺旋式包缠在中空纤维膜的表面（ 见图 1） ,再经过高温处理发生黏结。

　　2. 2 亲水技术

　　PTFE 滤膜用于液固分离，持久亲水性是关键，但 PTFE 中氟原子极化率低和原子排列紧密的结构特征，使之亲水改性困难。从文献来看，接枝亲水性单体是 PTFE 亲水改性最常用的方法，亲水性单体一般是含磺酸、羧基、羟基等亲水基团的乙烯基单体[18 -20]; 最常用的引发方式是辐照，包括等离子体、辉光放电、离子等表面辐照以及 γ 射线、电子束等[21 -23].但这类方法多停留在实验室阶段。

　　本课题组发展了一种滤膜后整理技术，亲水剂为双组分，其中一组分含磺酸基、羧基、羟基等亲水基团的预聚体，另一组分含反应性基团，将 2 个组分共混后整理在 PTFE 滤膜表面，利用“藤缠树”机制将亲水材料包覆在原纤和结点表面（ 见图 2） ,从而赋予滤膜持久亲水性。

　　3 PTFE 滤膜应用的最新进展

　　利用膜对颗粒的截留和筛分作用进行分离的超微滤技术得到迅速发展，PTFE 滤膜化学稳定性好，可用于多种苛刻条件下的过滤，如气固分离、液固分离等领域； 利用 PTFE 材料的强疏水性，可用于膜蒸馏领域。

　　将 PTFE 中空纤维膜用于新风系统是最新进展。与平板膜比较，中空纤维膜具有占地少的特点；与传统的空气净化滤材（ 如 HEPA、滤纸等） 相比，PTFE 中空纤维膜具有孔径精准控制，可水冲洗循环使用的优势。测试结果表明，经过滤后的空气，PM2. 5 含量为 0. 9 μg / m3,指标远低于 GB/T 3095-2012 《环境空气质量标准》（ 2016 年 1 月 1 日实施）中规 定 的 一 类 区 年 平 均 15 μg/m3、24 h 平 均35 μg / m3的浓度限值。

　　膜蒸馏是一种以疏水微孔膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离技术，对无机盐、大分子等不挥发性组分的截留率接近 100%,并且可以处理高浓度盐水。在膜蒸馏中，疏水性微孔膜材料的选择是关键。PTFE 中空纤维膜表面水接触角高达 130°，并且具有装填密度高、占地面积小、运行费用低等优点，是膜蒸馏的理想材料。目前，基于 PTFE 中空纤维膜的膜蒸馏技术已在海水淡化[24 -25]、海水反渗透浓水[26]、垃圾渗滤液反渗透浓水[27]等方面展开研究。

　　4 结 语

　　PTFE 滤膜广泛用于空气和水净化等领域，孔径控制和亲水改性是关键加工技术。用于更加精细场合过滤是滤膜的发展方向之一； 随着废水排放标准的提高以及膜蒸馏和吸收等膜过程技术的进步，PTFE 滤膜有望得到进一步的应用。

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