炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说，涉及一种炭黑填充并且颜色均匀、透 气性与抗油性能良好的聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚四氟乙烯(PTFE)根据制备方法的不同可分为悬浮树脂和分散树脂，聚四氟乙烯 悬浮树脂一般采用模压成型工艺，分散聚合的聚四氟乙烯分散液应用于喷涂、浸渍、流延及 湿法混合填料。在填充聚四氟乙烯制品中，炭黑既可作为黑色染料，另外具有补强作用和增 强基体的导电性能。
[0003] 在中国国家专利CN201510198882.1中，公开了一种炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜及 其制备方法，得出的产品较现有技术虽然工艺简单，适合产业化，但是在产品的透气性和孔 隙率方面的性能并没有显著的提高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种工艺简单、着色均匀、透气性能和力学性能更加优异的 炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜。
[0005] 本发明的另一目的提供一种上述聚四氟乙烯微孔膜的制备方法。
[0006] -种炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜，以重量计，炭黑的填充量为聚四氟乙烯的 4%_7%，还包括质量为炭黑质量2%_4%用于增强炭黑与聚四氟乙烯之间界面结合力的偶 联剂、质量为聚四氟乙烯量25%-28%的挤出助剂、质量为炭黑质量0.5%-1.5%的分散剂 以及质量为炭黑质量0.2 %-0.5 %的稳定剂。
[0007] -种制备权利要求1所述炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，包括以下步 骤：
[0008] (1)炭黑的预处理:炭黑分散于水中后滴加入偶联剂搅拌分散10分钟，然后加入分 散剂进行二次搅拌分散，时间持续5-10min;
[0009] (2)配制聚四氟乙烯分散体:将四氟乙烯分散液原料加入凝聚桶中，用水调节四氟 乙烯分散液的比重至1.05-1.08以降低粘度，然后调PH至9以使凝聚过程稳定，再将预处理 后炭黑倒入分散液中进行凝聚，调节搅拌转速至200-2000rpm，至观察到混合物颜色变成无 色;待混合物变为无色，加入稳定剂，静置5min，然后以1000-2000rpm转速搅拌lOmin;
[0010] (3)凝聚完毕后调节转速至100-800rpm进行陈化搅拌，陈化搅拌时间为5-30min， 使炭黑与聚四氟乙烯混合物料均漂浮在表面，为小颗粒状的细粉料；
[0011] (4)用水洗涤细粉料；
[0012] (5)干燥细粉料；
[0013 ] (6)将干燥后的细粉料与助挤剂充分混合后制成薄膜。
[0014]优选的，所述偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧）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种;所述炭黑为炭黑Mogul-L。
[0015] 优选的，所述聚四氟乙烯分散液原料经40-80目滤布过滤。
[0016] 优选的，所述助挤剂为石油醚、石蜡油或白油。
[0017]优选的，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺;所述稳定剂为硬脂酸镁。
[0018]本发明通过在炭黑的预处理过程中添加偶联剂和分散剂，使炭黑均匀分散，控制 聚四氟乙烯分散液的比重和酸碱度，通过加入稳定剂使聚四氟乙烯分散液和炭黑均匀混 合，不但时混合物分布均匀，而且不会出现粒径较大的凝聚物，使最终的产品孔隙率更高， 透气性更好。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1微孔膜的SEM图，（a)微孔膜放大500倍的表面形貌图；（b)微孔膜放 大2000倍的断面形貌图。
[0020] 图2为实施例1与实施例2聚四氟乙烯微孔膜照片对比。
[0021] 图3为实施例2微孔膜的SEM图：（a)微孔膜放大500倍的表面形貌图；（b)微孔膜放 大2000倍的断面形貌图。
[0022]图4为实施例3微孔膜的SEM图：（a)微孔膜放大500倍的表面形貌图；（b)微孔膜放 大2000倍的断面形貌图。
[0023]图5为实施例4微孔膜的SEM图：（a)微孔膜放大500倍的表面形貌图；（b)微孔膜放 大2000倍的断面形貌图。
【具体实施方式】
[0024] 一种炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜，以重量计，炭黑的填充量为聚四氟乙烯的 4%-7%，还包括质量为炭黑质量2%-4%用于增强炭黑与聚四氟乙烯之间界面结合力的偶 联剂、质量为聚四氟乙烯量25%-28%的挤出助剂、质量为炭黑质量0.5%-1.5%的分散剂 以及质量为炭黑质量0.2 %-0.5 %的稳定剂。
[0025] 一种制备权利要求1所述炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法，包括以下步 骤：
[0026] (1)炭黑的预处理：炭黑分散于水中后滴加入偶联剂搅拌分散10分钟，转速为 1000-3000rpm，然后加入分散剂进行二次搅拌分散，时间持续5-10min ;搅拌速率为200-600rpm；
[0027] (2)配制聚四氟乙烯分散体:将四氟乙烯分散液原料加入凝聚桶中，用水调节四氟 乙烯分散液的比重至1.05-1.08以降低粘度，然后加氨水调PH至9以使凝聚过程稳定，再将 预处理后炭黑倒入分散液中进行凝聚，调节搅拌转速至200-2000rpm，至观察到混合物颜色 变成无色；待混合物变为无色，加入稳定剂，静置5min，然后以1000-2000rpm转速搅拌 lOmin；
[0028] (3)凝聚完毕后调节转速至100-800rpm进行陈化搅拌，陈化搅拌时间为5-30min， 使炭黑与聚四氟乙烯混合物料均漂浮在表面，为小颗粒状的细粉料；
[0029] (4)用去离子水洗涤细粉料1至3次；
[0030] (5)干燥细粉料；
[0031] (6)将干燥后的细粉料与助挤剂充分混合压制成毛坯，再用推压机压成片状带坯， 温度控制在80~100°C，经压延机等速压延成排列整齐的纤维状薄膜。下一步用双向拉伸法 拉伸，再烧结、冷却，烧结时控制升温速度，烧结温度控制在340~380°C后，保温4~6h。得到 厚度为〇.2mm的微孔膜。
[0032] 所述偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3_环氧丙氧)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种;所述炭黑为炭黑Mogul-L。
[0033] 所述聚四氟乙烯分散液原料经40-80目滤布过滤。
[0034] 所述助挤剂为石油醚、石蜡油或白油。
[0035] 所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺;所述稳定剂为硬脂酸镁。
[0036] 下面实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发 明。
[0037] 在以下实施例中：
[0038]聚四氟乙烯分散液为FR203,上海三爱富新材料股份有限公司生产；
[0039] 炭黑为美国CABOT生产，粒径为24-30nm;
[0040]滤布为60目尼龙滤布；
[0041 ] 去离子水导电率为0.7yS/m
[0042] 凝聚桶容量为40L，内有双层六叶桨，单叶浆长为15cm，可通冷却水控制温度在20-25〇C；
[0043] 其中孔隙率使用压汞法测量，透气量使用GB1038气体渗透仪测量，抗油性按 IS014419-1998纺织品抗油性标准测定。
[0044] 实施例1
[0045] 本实施例按如下步骤制备一种炭黑填充的聚四氟乙烯微孔膜：
[0046] (1)将称取好的66g炭黑Mogul-L加入到1.5L的去离子水中搅拌，转速为2400rpm， 然后滴加0.66g的5ml乙醇与5ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合液，转速控制在500rpm搅拌 lOmin，然后加入0.66g乙烯基双硬脂酰胺搅拌9分钟，搅拌速率为400rpm。
[0047] (2)将15L聚四氟乙烯分散夜（固含量为20%)通过滤布倒入凝聚桶中，再将去离子 水加入到分散液中，用比重计测量混合液的比重，直到混合液的比重至1.065后停止加去离 子水，启动搅拌，搅拌速度为SOOrpm。然后加入氨水调混合液的PH至9后，将准备好的预处理 炭黑倒入凝聚桶中，调节转速至2000rpm，搅拌30min;然后加入硬脂酸镁0.25g，静置5min， 然后1500rpm转速搅拌10min。
[0048] (3)凝聚完毕后继续搅拌，调节转速至550rpm，搅拌时间为20min。
[0049] (4)将这些粉料小心取出，避免有剪切动作，加入去离子水洗涤2次，调节转速为 500rpm，时间为 1 Omin。
[0050] (5)将上述聚四氟乙烯细粉料取出至托盘中，140°C烘干72h。
[0051] (6)将干燥后的细粉料与石蜡油充分混合后压制成毛坯，厚度为2mm，再用推压机 压成片状带坯，温度控制在80_100°C，经压延机等速压延成排列整齐的纤维状薄膜。下一步 用双向拉伸法拉伸，再烧结、冷却，烧结时控制升温速度，烧结温度控制在340-380°C后，保 温4-6h。得到厚度为0.2mm的微孔膜。
[0052]实施例1所得微孔膜的孔隙率、透气量、抗油性和拉伸强度见表1，另外其形貌结构 见图1。在制备工艺相同的条件下与现有技术下的炭黑填充PTFE微孔膜相比，微孔膜的拉伸 强度提高，力学性能变好，孔隙率和透气率明显提高。
[0053] 实施例2
[0054]本实施例按如下步骤制备一种炭黑填充的聚四氟