第36 卷第9 期

2015 年9 月

纺织学报

Journal of Textile Ｒesearch

Vol． 36，No． 9

Sep． ，2015

DOI: 10. 13475 /j． fzxb． 20150503105

聚四氟乙烯滤膜的发展及应用

郭玉海1，2，朱海霖1，2，王峰1，2，唐红艳1，2，张华鹏1，2

( 1． 浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心，浙江杭州310018;

2． 浙江理工大学丝纤维材料和加工技术研究实验室，浙江杭州310018)

摘要为了进一步开发聚四氟乙烯( PTFE) 材料，介绍了PTFE 滤膜的应用、微孔特点、关键加工技术及最新发展，

指出滤膜孔径的精准控制以及在新风系统和膜蒸馏等领域的应用是滤膜发展的趋势。认为采用调整制膜参数、双层

共拉伸、后整理和包缠等技术在孔径控制上有优势，后整理含有羧基、羟基、磺酸基等基团的亲水材料是赋予亲水性

能的主要方法。我国在服装膜、除尘膜上尚可满足国内要求，但泡点膜、亲水膜还存在一些急需解决的问题。

关键词聚四氟乙烯; 平板膜; 中空纤维膜; 拉伸

中图分类号: TQ 028. 8 文献标志码: A

Development and application of polytetrafluoroethylene filtration membrane

GUO Yuhai1，2

，ZHU Hailin1，2

，WANG Feng1，2

，TANG Hongyan1，2

，ZHANG Huapeng1，2

( 1． Engineering Ｒesearch Center for Eco-Dyeing and Finishing of Textiles，Ministry of Education，Zhejiang Sci-Tech

University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China; 2． Key Laboratory of Fiber Materials and Processing Technology，

Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China)

Abstract The application， microporestructure， key controlling techniques and development of

polytetrafluoroethylene( PTFE) filtration membrane are introduced． The development direction of PTFE

filtration membrane to precise control and the application in fresh air system and membrane distillation is

pointed out． The pore size controlling techniques including membrane preparation parameter adjustment，

co-stretching composite double-layered membrane，post finishing，and membrane wrapping have the

technology superiority． The hydrophilic modification method through pose finishing of hydrophilic

substances containing hydrophilic groups，such as carboxyl，hydroxyl，sulfonic group，etc． is used

frequently． In China， the processing technologies of the water-proof ＆ moisture-permeable membrane and

membrane bag filter could meet the requirements，but there are some problems needed to be resolved in

bubble membrane and hydrophilic membrane．

Keywords polytetrafluoroethylene; flat membrane; hollow fiber membrane; stretching

收稿日期: 2015 － 05 － 15 修回日期: 2015 － 05 － 27

基金项目: 国家科技支撑计划项目( 2013BAC01B01) ; 国家高技术研究发展计划项目( 863 计划No． 2013AA065003) ; 国家自然

科学基金资助项目( 21406207)

作者简介: 郭玉海( 1973—) ，男，研究员，博士。研究方向为PTFE 纤维和分离膜材料。E-mail: gyh@ zstu． edu． cn。

聚四氟乙烯( PTFE) 膜材一般采用压延、车削和

拉伸等方法加工，其中采用分散PTFE 原料和拉伸

法制备的膜材具备良好的微孔结构，才能用于过滤

领域。拉伸法加工的PTFE 滤膜分为平板膜、中空

纤维膜和管式膜，依据制品形状和微孔结构，PTFE

滤膜可用于空气和水净化等领域。

1 聚四氟乙烯滤膜国内外发展状况

1. 1 PTFE 平板膜

PTFE 平板膜起源于20 世纪60 年代的美国

DuPont 公司［1 － 2］，随后美国Gore 发明双向拉伸技术

加工出平板膜［3 － 5］。继美国之后，日本自行研制出

纺织学报第36 卷

多层、多孔、半烧结的PTFE 薄膜［6］。我国于20 世

纪70 年代开始研发拉伸法PTFE 平板膜， 21 世纪初

将产品推向市场，目前大约有40 家单位生产。根据

微孔结构和化学特征，PTFE 平板膜可用于面料、空

气除菌和除尘、水过滤等领域。国内外PTFE 产品

情况见表1。

表1 PTFE 平板膜国内外产品状况

Tab． 1 Product circumstance of PTFE flat membrane

at home and abroad

国家厂家产品类别备注

Gore 服装膜、泡点膜以服装膜为主，垄断

美国Donaldson

除尘膜厚度为12 ～ 20 μm，垄断

泡点膜厚度为50 ～ 80 μm，垄断

GE 服装膜、泡点膜市场占有率较低

日本Sumitomo

泡点膜厚度为50 ～ 80 μm，垄断

水过滤膜垄断

中国约40 家服装膜、除尘膜以除尘膜为主

1. 1. 1 服装用膜

美国Gore 于20 世纪70 年代率先将PTFE 与聚

氨酯( PU) 的复合膜与织物黏合后作为防水透湿功

能面料，目前成为户外服装、防护服及欧美军队重要

装备品之一。近年来GE 公司为提高湿阻抗等级，

推出纯PTFE 复合面料。就防水、透气、耐洗涤等综

合指标而言，以美国Gore 公司产品为最优，我国的

PTFE 膜以及后整理中的防油技术尚需进一步提高。

1. 1. 2 除尘用膜

PTFE 平板膜用于空气除尘是基于滤膜高的孔

隙率和较低的微孔孔径，从而赋予滤料较高的空气

通量，同时对空气中悬浮颗粒进行截留，实现净化空

气的目的。目前，国内生产的PTFE 平板膜大都用

于除尘领域，但与美国Donaldson 产品比较，厚度偏

薄( 一般低于10 μm，Donaldson 的厚度为12 ～

20 μm) ，因此滤膜使用寿命低。

1. 1. 3 泡点膜

泡点膜需要精准控制泡点( 即最大孔径) 、厚

度、透气量等指标，用于食品和医药领域的除菌。我

国PTFE 滤膜的加工工艺和设备是在服装膜和除尘

膜基础上发展而来，因此尚未突破泡点膜加工技术，

尤其是厚度在50 ～ 80 μm 之间的泡点膜均被美国

Donaldson 和日本Sumitomo 公司垄断。

1. 1. 4 水过滤膜

水过滤膜是在泡点膜的基础上进行亲水改性，

用于废水净化、食品和医药除菌等领域。目前

Sumitomo 公司垄断该产品，我国在泡点膜加工和亲

水改性等技术需要重点研发。

1. 2 中空纤维膜和管式膜

中空纤维膜和管式膜一般采用单向( 纵向) 拉

伸而成。国内外产品情况见表2。基于PTFE 材料

的高耐盐性，美国Gore 的管式膜在我国主要用于氯

碱行业的盐水精制上。日本Sumitomo 除将PTFE 中

空纤维膜用于盐水精制外，还用于垃圾渗滤液、电镀

等废水的处理上。

表2 PTFE 中空纤维膜和管式膜国内外产品状况

Tab． 2 Product circumstance of PTFE hollow fiber

membrane and tubular membraneat at home and abroad

国别厂家

产品类别及主要

应用领域

外径/mm

美国Gore 管式膜: 盐水精制12

日本Sumitomo 中空纤维膜: 水过滤2

中国

浙江东大集团

中空纤维膜: 空气和

水过滤1. 5 ～ 2. 3

天津洁海瑞泉

中空纤维膜: 膜蒸馏

和膜吸收0. 6 ～ 0. 9

文献［7 － 8］介绍了推压-膨化拉伸-定型PTFE

中空纤维膜生产技术，克服了挤出偏心、连续挤出、

出口胀大、拉伸中表面黏连等技术难题，形成年产

40 万m2 的生产能力，产品在新风系统中批量应用，

在垃圾渗滤液、生活污水、电镀废水、印染废水、玻璃

车削废水等领域建立示范工程。

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

积密度显著增加，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］。

·150·

第9 期郭玉海等: 聚四氟乙烯滤膜的发展及应用

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。

图1 平板膜包缠中空纤维膜示意图

Fig． 1 Diagram of hollow fiber membrane wrapped

by flat membrane

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，

图2 PTFE 滤膜亲水处理( × 3 000)

Fig． 2 Hydrophilic treatment of PTFE flat membrane．

( a) Before hydrophilic treatment ( × 10 000) ;

( b) After hydrophilic treatment ( × 3 000)

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。FZXB

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