具有多種電荷的膜的制作方法
【專利說明】具有多種電荷的月吳
[0001]發(fā)明背景
[0002]電荷鑲嵌膜和/或包含具有不同電荷的多個層(例如正電荷層、負電荷層)的膜被用于多種應(yīng)用中。
[0003]然而，存在著對于具有多種電荷的改進的膜的需求。
[0004]本發(fā)明提供了對于至少某些現(xiàn)有技術(shù)的缺點的改進。本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點將根據(jù)下文的說明而變得明顯。
[0005]發(fā)明概述
[0006]本發(fā)明的實施方式提供了包含單獨層的多微孔膜，所述的單獨層具有(i)第一多微孔表面；(?)第二多微孔表面；和(iii)第一多微孔表面和第二多微孔表面之間的本體，其中所述本體具有第一電荷連續(xù)區(qū)域、中性電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域，連續(xù)區(qū)域通常被設(shè)置為平行于第一和第二多微孔表面，其中中性連續(xù)區(qū)域被設(shè)置于第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域之間，并且其中第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域具有相反電荷。
[0007]在另一種實施方式中，提供多微孔膜，所述膜包含單獨的層，其具有⑴第一多微孔表面；(?)第二多微孔表面；和(iii)第一多微孔表面和第二多微孔表面之間的本體，其中所述本體具有第一電荷連續(xù)區(qū)域、中性電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域，其中中性連續(xù)區(qū)域被設(shè)置在第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域之間，并且其中第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域具有相反電荷，所述膜具有其中第一電荷連續(xù)區(qū)域接觸中性連續(xù)區(qū)域的部分，和其中第二電荷連續(xù)區(qū)域接觸中性連續(xù)區(qū)域的部分，其中所述部分通常被設(shè)置為相互平行的。在一種實施方式中，所述的連續(xù)區(qū)域通常還被設(shè)置為平行于第一和第二多微孔表面。
[0008]所述膜可以是不對稱的或者等軸的。
[0009]在一種實施方式中，第一多微孔表面包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，并且第一多微孔表面的第一區(qū)域和第二多微孔表面之間的距離比第一多微孔表面的第二區(qū)域和第二多微孔表面之間的距離大至少約10%，并且在一些實施方式中，所述膜具有局域化的不對稱性。
[0010]在其它實施方式中，提供了包含所述膜的裝置，包含所述裝置的系統(tǒng)，通過使流體通過所述膜來處理所述流體的方法，以及制備所述膜的方法。
【附圖說明】
[0011]圖1為概括的圖解說明，示出用于制備根據(jù)本發(fā)明實施方式的膜的系統(tǒng)。
[0012]圖2為掃描電子顯微圖(SEM)，示出根據(jù)本發(fā)明的不對稱非模板化膜的實施方式的橫截面視圖，其具有第一和第二多微孔表面，和所述表面之間的本體，所述本體具有第一電荷連續(xù)區(qū)域、中性電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域，連續(xù)區(qū)域通常被設(shè)置為平行于第一和第二多微孔表面，其中中性連續(xù)區(qū)域被設(shè)置于第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域之間，并且其中第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域具有相反電荷。
[0013]圖3為SEM，示出根據(jù)本發(fā)明的不對稱模板化膜的實施方式的橫截面視圖，其中所述膜具有至少具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的第一多微孔表面，和第二多微孔表面，其中第一多微孔表面的第一區(qū)域和第二多微孔表面之間的距離比第一多微孔表面的第二區(qū)域和第二多微孔表面之間的距離大至少約10%。另外，所述膜具有其中帶正電荷的連續(xù)區(qū)域接觸中性電荷連續(xù)區(qū)域的部分，和其中帶負電荷的連續(xù)區(qū)域接觸中性連續(xù)區(qū)域的部分，其中所述部分通常被設(shè)置為相互平行。
[0014]發(fā)明詳述
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，提供多微孔膜，所述膜包含(a)單獨的層，其具有
(i)第一多微孔表面；(ii)第二多微孔表面；和(iii)第一多微孔表面和第二多微孔表面之間的本體，其中所述本體具有第一電荷連續(xù)區(qū)域、中性電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域，連續(xù)區(qū)域通常被設(shè)置為平行于第一和第二多微孔表面，其中中性連續(xù)區(qū)域被設(shè)置在第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域之間，并且其中第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域具有相反電荷。
[0016]在另一種實施方式中，提供多微孔膜，所述膜包含單獨的層，其具有(i)第一多微孔表面；(?)第二多微孔表面；和(iii)第一多微孔表面和第二多微孔表面之間的本體，其中所述本體具有第一電荷連續(xù)區(qū)域、中性電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域，其中中性連續(xù)區(qū)域被設(shè)置在第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域之間，并且其中第一電荷連續(xù)區(qū)域和第二電荷連續(xù)區(qū)域具有相反電荷，所述膜具有其中第一電荷連續(xù)區(qū)域接觸中性連續(xù)區(qū)域的部分，和其中第二電荷連續(xù)區(qū)域接觸中性連續(xù)區(qū)域的部分，其中所述部分通常被設(shè)置為相互平行。在一種實施方式中，連續(xù)區(qū)域通常被設(shè)置為平行于第一和第二多微孔表面。
[0017]根據(jù)本發(fā)明提供不對稱的和等軸的膜。
[0018]在膜的“模板化”實施方式中，第一多微孔表面包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，并且第一多微孔表面的第一區(qū)域和第二多微孔表面之間的距離比第一多微孔表面的第二區(qū)域和第二多微孔表面之間的距離大至少約10% (在某些實施方式中，大至少約15% ) O
[0019]在一些實施方式中，例如其中所述膜具有至少一個圖案化的或者織構(gòu)化的表面(“模板化表面”)，其中所述膜具有包含第一區(qū)域和第二區(qū)域的第一多微孔表面，所述第一多微孔表面具有包含第一區(qū)域和第二區(qū)域的預(yù)定圖案。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可以將待加工的流體在中性區(qū)域和帶負電荷的區(qū)域之前與帶正電荷的區(qū)域相接觸，或者可以將待處理的流體在中性區(qū)域和帶正電荷的區(qū)域之前與帶負電荷的區(qū)域相接觸。
[0021]例如，在一些實施方式中，其中第一多微孔表面提供所述膜的上游表面，第一電荷連續(xù)區(qū)域由第一多微孔表面延伸至本體內(nèi)，并且第一電荷連續(xù)區(qū)域為帶正電荷的區(qū)域，和第二電荷連續(xù)區(qū)域由第二多微孔表面延伸至本體內(nèi)，并且第二電荷連續(xù)區(qū)域為帶負電荷的區(qū)域。
[0022]在一些其它的實施方式中，其中第一多微孔表面提供所述膜的上游表面，第一電荷連續(xù)區(qū)域由第一多微孔表面延伸至本體內(nèi)，并且第一電荷連續(xù)區(qū)域為帶負電荷的區(qū)域，和第二電荷連續(xù)區(qū)域由第二多微孔表面延伸至本體內(nèi)，并且第二電荷連續(xù)區(qū)域為帶正電荷的區(qū)域。
[0023]在另一種實施方式中，提供處理流體的方法，包括使流體經(jīng)過膜的實施方式，例如由第一多微孔表面并經(jīng)過本體和第二多微孔表面。在其中所述膜具有模板化表面的那些實施方式中，所述方法的實施方式可以包括使流體由包含模板化表面的第一多微孔表面流過，并經(jīng)過本體和第二多微孔表面，或者包括使流體由非模板化多微孔表面流過本體并經(jīng)過模板化多微孔表面。
[0024]在另一種實施方式中，提供過濾裝置，包含設(shè)置在殼體中的膜，所述殼體包含至少一個入口和至少一個出口，并在入口和出口之間限定至少一個流體流動路徑，其中所述膜橫跨流體流動路徑。在一種實施方式中，過濾裝置包含殼體，所述殼體包含至少一個入口以及至少第一出口和第二出口，并且在入口和第一出口之間限定第一流體流動路徑，以及入口和第二出口之間的第二流體流動路徑，其中過濾器橫跨第一流體流動路徑，例如允許切向流動，從而使得第一流體沿著第一流體流動路徑從入口經(jīng)過過濾器并經(jīng)過第一出口，并且第二流體沿著第二流體流動路徑從入口流過并且在不經(jīng)過過濾器的情況下經(jīng)過第二出
□ O
[0025]制備根據(jù)本發(fā)明實施方式的膜的方法，包括(a)制備包含正電荷的聚合物溶液；(b)制備包含中性電荷的聚合物溶液；(c)制備包含負電荷的聚合物溶液；(d)在移動支撐物上相繼地流延所述溶液，其中(i)包含正電荷的聚合物溶液或者包含負電荷的聚合物溶液被首先流延，形成預(yù)制膜；(ii)第二在預(yù)制膜上流延包含中性電荷的聚合物溶液；(iii)第三在包含中性電荷的聚合物溶液上流延(a)中未流延的聚合物溶液；和(e)在非溶劑液體中實現(xiàn)溶液的相分離。
[0026]在另一種實施方式中，制備包含模板化表面的膜的方法，包括(a)獲得模板(例如具有預(yù)定圖樣或者幾何形狀的模板，如壓花模板)；(b)隨后在所述模板上流延包含正電荷、中性電荷和負電荷的聚合物溶液，其中(i)首先流延包含正電荷的聚合物溶液或者包含負電荷的聚合物溶液；(ii)第二流延包含中性電荷的聚合物溶液；(iii)第三流延(a)中未流延的聚合物溶液；(c)將流延的聚合物溶液沉淀以提供膜；和(d)從所述模板分離膜。
[0027]有利地，可在單獨的膜層中提供多種電荷，避免多個層的分層的風險。在某些應(yīng)用中，可提供與多層膜相比具有減小厚度的膜。
[0028]與電荷鑲嵌膜相比，可更加有效地控制電荷的位置，允許對于特定的流體處理應(yīng)用(例如過濾)定制膜。
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