超疏水-超亲油聚四氟乙烯超细纤维膜的制备及应用研究

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聚四氟乙烯（PTFE）是一种具有优异的耐热、耐化学以及疏水性能的高分子材料，它被广泛应用于医疗卫生、纺织工业、过滤和水处理等领域。PTFE膜具有特殊润湿表面特性，可实现油水分离。PTFE超细纤维膜具有很高的比表面积和孔隙率，这可提高油水分离的通量与分离效率，因此在油水分离的应用方面，PTFE超细纤维膜具有一定的优势。　　然而PTFE熔体的粘度很高，且无法溶于常见溶剂，因此PTFE纤维无法通过常规的溶液纺丝或者熔体纺丝法制备而成。PTFE超细纤维膜可通过载体纺丝法制备，主要的工艺是将PTFE乳液与成纤性的水溶聚合物混合纺丝形成前驱体纤维膜，然后进行烧结处理。本文采用马铃薯淀粉作为载体与PTFE乳液共混，利用离心纺丝技术和烧结后处理工艺，制备了具有特殊突起结构的超疏水-超亲油PTFE超细纤维膜。主要研究内容及结论如下：　　第二章制备了以马铃薯淀粉作为载体的PTFE/马铃薯淀粉纺丝液，并展开了马铃薯淀粉含量对前驱体纤维的形貌以及可纺性的影响的研究。当纺丝液中马铃薯淀粉的含量为8.6wt%和10wt%时获得的前驱体纤维整体形貌较好，且纤维粗细相对均匀。然后以获得的前驱体纤维作为研究对象，研究了烧结时间和烧结温度对PTFE超细纤维表面形貌的影响。在烧结后，纤维表面会形成特殊的半球状突起和条纹状突起。当烧结温度为370℃，烧结时间为1h时，纤维表面形成了纳米状条纹突起；烧结时间为5h时，纤维表面在形成了条纹状突起的基础上开始形成微米级半球状突起；当烧结时间为9h时，纤维表面形成了明显的条纹状与半球状突起。此外，实验结果证实，在烧结温度为370℃，烧结时间为9h的基础上增加烧结时间或提高温度都会使纤维膜变脆，进而影响纤维的应用。通过观察纤维形貌和分析烧结工艺，本文得到的最佳烧结工艺为：烧结温度370℃，烧结时间9h。　　第三章探索了PTFE超细纤维及其表面特殊突起结构的形成机理，并通过改变马铃薯淀粉中直链淀粉的含量成功对纤维表面的特殊突起结构进行了调控。结果表明，PTFE超细纤维由前驱体纤维中的马铃薯淀粉受热分解及PTFE纳米粒子受热熔融形成。纤维表面的特殊突起结构由马铃薯淀粉受热分解收缩和PTFE受热熔融膨胀的共同作用下形成。纤维表面的半球状突起可通过改变马铃薯淀粉中的直链淀粉的含量对其进行调控，纤维表面的半球状突起随着直链淀粉含量增加而密度变大，高度变高。　　第四章测试了PTFE超细纤维膜的疏水性、亲油性、孔隙率以及透气性和透湿性，并探讨了纤维膜的油水分离性能。结果表明PTFE超细纤维膜的疏水性能随着烧结程度（时间及温度）的上升或者直链淀粉含量的增加而不断提高，水接触角最高可达160°，水滑动角最低为3.4°。PTFE超细纤维膜的孔隙率随着烧结程度的上升而提高，最高可达93.57%。超疏水的表面特性和较高孔隙率赋予了纤维膜良好的油水分离性能，纤维膜的疏水性越好，其对应的除油率越高，除油率最高可达99.7%；纤维的孔隙率越大，油通量越高，油通量最高可达6800L?m-2?h-1。同时，随着烧结程度的提高，纤维膜的透气性与透湿性均得以提高。

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作者
张香归;
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作者单位

浙江理工大学;

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授予单位浙江理工大学;
学科纺织科学与工程
授予学位硕士
导师姓名杨斌;
年度 2022
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类
关键词
聚四氟乙烯微纳米纤维,离心纺丝,超疏水-超亲油,油水分离;

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