CN106232696B - 具有亲水表面的流体控制膜、其制造方法以及用于清洁结构化表面的方法 - Google Patents
具有亲水表面的流体控制膜、其制造方法以及用于清洁结构化表面的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种包括沿着通道纵向轴线延伸的流体控制通道的流体控制膜。每个流体控制通道具有表面并且被构造成允许液体在通道中毛细运动。流体控制膜还包括共价键合至流体控制通道的表面的至少一部分的亲水表面处理物。流体控制膜表现出至少10％的毛细升高百分比回收率。通常，亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸和/或两性离子膦酸盐的官能团。还提供一种用于形成流体控制膜的方法。此外，提供一种用于清洁结构化表面的方法，该方法包括提供结构化表面和共价键合至结构化表面的至少一部分的亲水表面处理物，以及用一种材料污染结构化表面。该方法还包括通过将结构化表面浸入水性流体中、用水性流体冲洗结构化表面、将水性流体冷凝在结构化表面上、或用清洁工具擦拭结构化表面中的至少一种来去除所述材料。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求来自2015年4月21日提交的美国临时专利申请序列号62/150498和2014年4月24日提交的美国临时专利申请序列号61/983585的优先权，这些专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本专利申请整体涉及流体控制膜层和用于清洁被污染的结构化表面的方法。
背景技术
如果没有以适当的方式进行处理，那么在基础设施内部收集液体可能导致长期的问题。具体地说，水冷凝可能在建筑物基础设施内部很成问题，导致增大的湿度、霉菌或霉病相关的污染、水损害、安全隐患以及腐蚀。由水冷凝导致的损害可能导致昂贵的修理、产品变质以及甚至归因于霉菌或细菌感染的严重疾病。
发明内容
本文讨论的一些实施方案涉及包括被构造成管理液体的结构的制品。在某些方面中，根据本公开的结构化表面表现出亲水易清洁性能并且在热老化或被油污染后保留水的毛细升高。
在第一方面，提供了流体控制膜。流体控制膜包括沿着通道纵向轴线延伸的流体控制通道。每个流体控制通道具有表面并且被构造成允许液体在通道中毛细运动。流体控制膜还包括共价键合至流体控制通道表面的至少一部分的亲水表面处理物。流体控制膜表现出至少10％的毛细升高百分比回收率。在许多实施方案中，亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
在第二方面，提供了用于形成流体控制膜的方法。该方法包括连续地使可流动材料与模塑工具的模塑表面彼此线接触，从而在可流动材料内形成微通道，以及固化可流动材料以形成伸长的流体控制膜。流体控制膜具有沿着纵向轴线的长度和宽度，其中该长度大于该宽度。微通道沿着通道纵向轴线而形成。该方法还包括使亲水表面处理物共价键合至微通道表面的至少一部分。该亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
在第三方面，提供了用于清洁结构化表面的方法。该方法包括提供结构化表面和共价键合至该结构化表面的至少一部分的亲水表面处理物，以及用一种材料污染该结构化表面。该方法还包括通过将结构化表面浸入水性流体中、用水性流体冲洗结构化表面、将水性流体冷凝在结构化表面上，或用清洁工具擦拭结构化表面中的至少一种来去除该材料。结构化表面至少50％的二维投影面积不含该材料。该亲水表面处理物通常包括选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
上述发明内容并非旨在描述本公开的每个所公开的实施方案或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地说明示例性实施方案。
附图说明
图1a和图1b是用于示出流体在表面上的相互作用的原理图。
图2a、图2b和图2d直至图2j是流体控制膜的示例性实施方案的剖面图。
图2c是还具有粘合剂层和释放层的流体控制膜的示例性实施方案的剖面图。
图2k是还具有硅质底漆设置在其上的流体控制膜的示例性实施方案的剖面图。
图3a是具有一定量流体在其上的本公开通道化微结构化表面的示意图。
图3b是沿着图3a中直线3b-3b截取的示意性截面图。
图3c示出了具有根据示例性实施方案的主通道和次通道的流体控制膜层的横截面。
图4a示出了具有根据示例性实施方案的成角度通道的流体控制膜层。
图4b示出了示例性实施方案的流体控制膜层的横截面。
图5a和图5b分别示出了具有多个通道设置在其上的结构的侧视图和底视图，这些通道沿着相对于根据示例实施方案的结构的纵向轴线形成小于45°的角度的轴延伸；
附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号指示相似的部件。然而，应当理解，对于在给定附图中是指部件的标号使用并非旨在对另一附图中用相同标号标记的部件的限制。尽管上述绘图示出了本公开的各种实施方案，但如详细说明中指出，还可以想到其它的实施方案。在所有情况下，本公开都通过示例性实施方案的表示而非通过表述限制来描述当前公开的发明。应当理解，本领域的技术人员可设计出许多其它修改形式和实施方案，这些修改形式和实施方案在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
现在将具体参照实施例和附图对本公开的各种示例性实施方案进行描述。在不脱离本公开实质和范围的前提下，本公开的示例性实施方案可进行各种修改和更改。因此，应当了解，本公开的实施方案并不限于以下所述的示例性实施方案，而是受到权利要求及其任何等同形式中所述的限制的控制。
如贯穿本说明书和所附实施方案中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非贯穿本说明书和所附实施方案中另外指明，否则说明书和实施方案中所用的表达数量或成分、性质量度等的所有数值在所有情况下均应理解成被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则前述说明书和所附实施方案列表中阐述的数值参数可根据本领域技术人员使用本公开的教导内容寻求获得的所需性质而变化。在最低程度上，并且不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的条件下，至少应该根据所记录的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。
对于下面定义术语的术语表，整个申请，包括权利要求书应都将应用这些定义。
术语表
术语“一个(种)”和“该”与“至少一个(种)”可互换使用，意指一个(种)或多个(种)所描述的要素。
术语“和/或”意指两者之一或两者。例如，“A和/或B”意指只有A、只有B或既有A又有B。
术语“合适的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本公开的实施方案。然而，其它实施方案在相同或其它情况下也可能是合适的。此外，对一个或多个合适的实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并不旨在将其它实施方案排除在本公开的范围之外。
术语“包含”及其变型形式(例如，“包括”)在说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限制的含义。所谓“由......组成”是指包括并且限于短语“由......组成”随后的内容。因此，短语“由......组成”指示列出的要素为需要的或强制的，并且不可存在其它要素。所谓“基本上由......组成”是指包括在该短语之后所列出的任何要素，并且限于不妨碍或有助于本公开中对所列要素规定的活性或作用。因此，短语“基本上由......组成”指示所列要素是所需的或强制性的，但其它要素是任选的并且可存在或可不存在，取决于它们是否实质上影响所列要素的活性或作用。
术语“有机基团”意指被归类为脂族基团、环状基团或脂族基团和环状基团的组合(例如，烷芳基基团和芳烷基基团)的烃基团(除了碳和氢之外具有任选的元素，诸如氧、氮、硫和硅)。术语“脂族基团”意指饱和或不饱和的直链或支链烃基团。该术语用于涵盖例如烷基、烯基和炔基基团。术语“烷基基团”意指饱和的直链或支链烃基团，包括(例如)甲基、乙基、异丙基、叔丁基、庚基、十二烷基、十八烷基、戊基、2-乙基己基等。术语“亚烷基”为二价烷基。术语“烯基基团”意为具有一个或多个碳-碳双键的不饱和直链或支链的烃基基团，诸如乙烯基基团。术语“炔基基团”意为具有一个或多个碳-碳三键的不饱和直链或支链的烃基基团。术语“环状基团”意为被归类为脂环族基团、芳族基团、或杂环基团的闭环烃基团。术语“脂环族基团”意为特性类似于脂族基团特性的环状烃基团。术语“芳族基团”或“芳基基团”是指单环或多环芳香烃基团。术语“杂环基团”意为环中的原子中的一个或多个为除碳之外的元素(例如，氮、氧、硫等)的闭环烃基。可为相同或不同的基团有时被称为“独立的”基团。
当基团不止一次存在于本文所述的式中时，无论是否明确陈述，每个基团都是“独立”选择的。例如，当式中存在不止一个Y基团时，每个Y基团被独立地选择。此外，这些组内包含的子组也被独立地选择。例如，当每个Y基团包含R，则每个R也被独立地选择。
在本公开的复合物的有机基团上的取代是可预期的。作为对本专利申请全文中使用的某些术语的讨论和表述的简化手段，术语“基团”和“部分”用于区分允许取代或可被取代的化学物类和不允许或不能如此被取代的化学物类。因此，当术语“基团”用于描述化学取代基时，所描述的化学材料包括未取代的基团以及例如在链中具有O、N、Si或S原子的基团(如在烷氧基中)以及羰基或其它常规取代。当术语“部分”用于描述化合物或化学取代基时，其旨在仅包括未取代的化学物质。例如，短语“烷基”旨在不仅包括纯开链饱和烃烷基取代基，例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等，而且包括带有本领域已知的其他取代基例如羟基、烷氧基、烷磺酰基、卤素原子、氰基、硝基、氨基、羧基等的烷基取代基。因此，“烷基”包括醚基、卤代烷基、硝基烷基、羧基烷基、羟烷基、磺基烷基等。另一方面，短语“烷基部分”仅限于包括仅纯开链饱和烃烷基取代基，例如甲基、乙基、丙基、叔丁基等。
术语“原生粒度”是指未附聚的单个二氧化硅粒子的平均粒度。
术语“亲水的”用于指被水性溶液润湿，并且未表现出该层是否吸收水性溶液的表面。根据ASTM D7334-08，其上的水滴或水性溶液滴显示具有小于45°的前进水接触角的表面称为“亲水性的”。疏水性基底具有90°或更大的水接触角。
水冷凝在制造和加工设备的操作中可能是有问题的。具体地说，管理冷凝在需要定期清洁(例如，高压清洁和使用热水和/或液体清洁溶液的消毒)的情况下可能是困难的。持续冷凝可能导致归因于水损害和/或腐蚀的结构损坏，可能导致归因于霉菌和霉病的环境损害，并且提供细菌滋生的温床。霉菌、霉病和细菌感染可能导致严重疾病。
本文讨论的实施方案涉及能够使冷凝的快速蒸发的流体输送表面(例如，流体控制膜和其它结构化表面)。含有亲水微复制毛细结构的流体输送部件允许液滴或冷凝在较大面积上延展。液体表面与液体体积比率的增大提高了蒸发速率并且促进更快速干燥。
当涂覆有常规亲水性材料的结构化表面被诸如无机油或有机油物种污染时，该表面的亲水性和水输送特性倾向于降低(或完全失去)。接触这些油污染结构化表面的水不通过毛细作用延展，并且油性污染物在例如，浸入水中时不从该膜表面去除。相比之下，用本文所述的亲水易清洁官能团进行官能化的结构化表面即使在它们的表面完全被污染物(诸如油)覆盖后也能保留大体上的亲水性。例如，接触水可以在流体控制膜的毛细通道中芯吸和延展，并且油性污染物通过诸如将污染样品浸入水中的操作而被去除，因此根据本公开某些实施方案的结构化表面在污染和清洁后是可再利用的。然而，不是所有的亲水官能团都对结构化表面提供易清洁能力。
另外，某些官能化的结构化表面在热老化后保留至少一些它们的亲水性，而具有等离子体沉积的类金刚石玻璃(DLG)涂层且未亲水官能化的相同表面在热老化后不能将水芯吸至显著程度。这种在油污染和/或热老化后的亲水性以及水毛细现象的维持有利于实现成功的冷凝管理程序，这是因为潜在地同时改善了产品的贮藏寿命和性能寿命。
一种用于定量流体控制膜的易清洁性能的方式是通过将未被污染的流体控制膜的水毛细升高与被污染后并且随后通过用水冲洗进行清洁的相同流体控制膜的毛细升高相比较。通过测量两分钟内在流体控制膜上被输送的水的垂直高度来测量毛细升高。在此测试中，流体控制膜取向成垂直于水的表面，并被放置在一定体积的水中，其中一个边缘(具有通道开口)浸入水下。对输送的水的垂直高度(在浸没边缘的上方)的每次测量重复三次并求平均值。在表面被硅油污染之前和之后测量毛细升高。在进行“污染后”毛细高度测量之前，以每10平方英寸(64.5平方厘米)膜600mL/分钟的流速用去离子水冲洗流体控制膜30秒，并且允许在20摄氏度(68华氏度)下干燥过夜。可以计算回收率，该回收率是污染后保留的毛细升高相对于污染前毛细升高的百分比。本公开亲水表面处理物的流体控制膜的毛细升高百分比回收率为至少10％、或至少15％、或至少20％、或至少25％、或至少30％、或至少35％、或至少40％、或至少45％、或至少50％、或至少55％、或至少60％或至少65％。
当在可能积聚液体的大致水平结构(例如架空管道的天花板或底面)上使用时，如本文所述的流体输送表面可以是特别有效的。液体在这些区域中的积聚可能是天然冷凝的结果或来自被分散在表面上例如用于清洁目的液体。在大致水平表面上，冷凝液滴倾向于持续较长时间，除非作出另外的冷凝减轻努力，诸如用拖把擦拭天花板和架空管道。
以下讨论的流体输送表面被构造成将悬挂的液滴芯吸至亲水微复制通道中，并且通过毛细作用将液体分散在整个流体输送表面上，由此显著增大液体表面与液体体积比率并且促进蒸发。在具有凸形外表面的水平取向结构上的流体输送部件(诸如管道)提供使得组件垂直于重力方向的毛细芯吸方向。在一些实施方案中，流体输送部件可将冷凝的流体引至指定位置。这些位置可基于排水点或指定的液滴点来选择。指定的液滴点可引导冷凝的流体远离潜在的敏感设备，诸如食品加工线。一般来讲，通过流体沉积在水平设置表面上并且允许在其上稳定之后与该固体表面形成的接触角来表征固体表面被流体浸湿的敏感度。它有时被称为“静态平衡接触角”，有时仅被称为“接触角”。一般来讲，亲水材料与水形成小于45°的接触角。
如图1a和图1b所示，接触角Theta(θ)是表面上的流体珠在与该表面接触点处与该表面的切线和该表面平面之间的角度。切线垂直于表面平面的流体珠将具有90°的接触角。通常，如图1a所示，如果接触角为45°或更小，那么固体表面被认为是被流体润湿的。其上的水滴或水性溶液显示具有小于45°的接触角的表面通常被称为“亲水性的”。如本文所用，“亲水的”仅用于指材料的表面特性，即，其被水性溶液润湿，并且不表达该材料是否吸收水性溶液。因此，材料可被称为亲水的，无论该材料的片材是否对水性溶液不可渗透或可渗透。因此，用于本专利申请的亲水膜可由固有的亲水性的树脂材料(诸如例如，聚(乙烯醇))制备的膜形成。在表面上产生接近零的接触角的流体被认为将该表面完全润湿。然而，聚烯烃类通常固有地是疏水的，聚烯烃膜(诸如聚乙烯或聚丙烯)与水的接触角通常大于90°，诸如图1b所示。
在第一方面，提供了流体控制膜。流体控制膜包括沿着通道纵向轴线延伸的流体控制通道。每个流体控制通道具有表面并且被构造成允许液体在通道中毛细运动。流体控制膜还包括共价键合至流体控制通道表面的至少一部分的亲水表面处理物。流体控制膜表现出至少10％的毛细升高百分比回收率。通常，该亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
在第二方面，提供了用于形成流体控制膜的方法。该方法包括连续地使可流动材料与模塑工具的模塑表面彼此线接触，从而在可流动材料内形成微通道，以及固化可流动材料以形成伸长的流体控制膜。流体控制膜具有沿着纵向轴线的长度和宽度，其中该长度大于该宽度。微通道沿着通道纵向轴线而形成。该方法还包括使亲水表面处理物共价键合至微通道表面的至少一部分。该亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
以下公开涉及该第一方面和该第二方面两者。
根据本公开的流体控制膜包括微结构化表面。流体控制膜可具有多种外貌特征。示例性流体控制膜包括具有V形或矩形横截面以及这些的组合，以及具有通道、次通道(即，通道内的通道)的结构的多个通道。另外，该外貌特征可包括微结构化柱和突起。
微结构化表面上的通道具有通道末端。在某些实施方案中，流体控制膜可包括去除装置。去除装置通常从与一个通道末端相邻的通道抽出流体。在另一个实施方案中，去除装置从与两个通道末端相邻的通道抽出流体。去除装置可包括与通道连通设置的吸收材料。在一个实施方案中，去除装置包括流体液滴收集器。
一般来讲，微结构中的通道由大致平行的脊来限定，这些脊包括具有第一高度的第一组脊以及具有第二更高高度的第二组脊。第二组脊中的每个脊的上部可具有比其下部更低的熔融温度。通道具有选自线性、曲线、径向、平行、不平行、随机或交叉的图案几何形状。
如图2a所示，流体控制膜层112a具有第一主表面113和第二主表面115，其中第一主表面113包括多个微结构化通道116。根据例证性实施方案，通道116由一系列v形侧壁117和峰118被限定在结构化表面113内。在一些情况下，侧壁117和峰118可从层112a的一个边缘向另一个边缘完全延伸而不改变--尽管，在一些应用中，可能期望缩短侧壁117并且因此使峰118仅沿着结构化表面113的一部分延伸。即，被限定在峰118之间的通道116可从层112a的一个边缘向另一个边缘完全延伸，或者此类通道116可被限定为仅在层112a的一部分上延伸。仅在一部分上延伸的通道可在层112a的边缘处开始，或者它们可在层112a的结构化表面113的中间开始和结束。这些通道预先确定地被限定，优选地顺序排列在聚合物材料的连续表面上。
如图2b所示，流体控制膜层112b的另一个实施方案被示出包括通道116'，该通道116'具有在稍微平坦的峰118'之间的更广阔平坦的凹部。在此实施方案中，底部表面130在通道侧壁131之间延伸，而在图2a实施方案中，侧壁117连接在一起以形成线119。
图2c示出了流体控制膜层112c的另一个实施方案，该流体控制膜层112c被构造有限定在峰118”之间的宽通道132。然而，代替在通道侧壁117”之间提供平坦表面的是，多个较小峰133位于峰118”的侧壁117”之间。因此这些较小峰133在其间限定次通道134。峰133可以升高或不升高至与峰118”相同的水平，并且如例示地产生包括较小通道134分布在其中的第一宽通道132。峰118”和133不需要相对于它们自身或彼此而均匀地分布。在图2c中示出的流体控制膜层112c还包括与流体控制膜层112c相反的任选粘合剂层210和设置在粘合剂层210表面上的任选释放层212。释放层212可被包括以便在将粘合剂层210应用至外表面之前保护粘合剂层210。常规的释放层通常包括可以污染流体控制膜层表面的硅树脂。因此，根据本公开实施方案的流体控制膜的易清洁功能有助于最小化来自任选释放层的任何硅树脂污染的影响。
图2e直至图2j示出了流体控制膜的各种另选的实施方案。尽管图2a直至图2j示出了伸长的、线性构造的通道，但这些通道可以其它构造来提供。例如，通道可具有沿着通道长度的不同横截面宽度；即，通道可沿着通道的长度发散和/或汇集。通道侧壁还可以是成轮廓的而不是在通道的延伸方向上或者在通道高度上为直的。一般来讲，设想可以提供从流体输送装置内的第一点向第二点延伸的至少多个离散通道部分的任何通道构造。如果需要，通道可被构造成沿着其整个长度保持离散。在根据本公开流体控制膜的大多数实施方案中，通道被构造成对通道中的液体提供大于该液体上重力的毛细力。
参照图2d，流体控制膜层112d的示例性实施方案，包括具有在平台101之间形成的多个直线主通道102的通道几何形状。主通道102包括由多个凹口105形成的次通道103。凹口105(或次通道103，其中通道是V形的并且具有基本上直的侧壁)具有约10°至约120°、优选约10°至约100°并且最优选20°至约95°的夹角，Alpha(α)。凹口夹角通常是取自从该凹口到离形成该凹口的侧壁上的凹口2至1000微米的点的割线角，优选地该夹角是在次通道侧壁一半的点处所取的割线角。
除了不应该宽到使得主通道引导液体失效之外，主通道夹角不是关键的。一般来讲，主通道最大宽度为小于3000微米并且优选小于1500微米。V-通道形主通道的夹角通常将为约10°至120°、优选30°至90°。如果主通道的夹角太窄，那么主通道可能在其基部不具有足够宽度使得它能够容纳足够数目的次通道。一般来讲，优选的是，主通道的夹角大于次通道的夹角，以便在该主通道的基部容纳两个或更多个次通道。一般来讲，次通道具有比主通道的夹角小至少20％的夹角(针对V形主通道)。
参照图2d和图2i，主通道102、122的深度d(超过最低通道凹口的峰或顶部的高度)优选地是基本上均匀的。深度d适合地为约5至约3000微米、通常约50至约3000微米、优选约75至约1500微米并且最优选约100至约1000微米。应当理解，在一些实施方案中，可使用具有深度d大于指定范围的通道102、122的膜。如果通道102、122是过度深的，那么流体控制膜的总体厚度将不必要的高并且该膜可能倾向于比所需的更硬。在根据本公开流体控制膜的某些实施方案中，通道包括小于500微米、或小于400微米，或小于300微米的深度。当流体控制膜被用于其中重力可以作用于(act against)通道中的流体液滴的构造(例如，附接至制品的下表面)时，此类最大深度可以是相关的。在大多数实施方案中，通道被构造成对通道中的液体提供大于该液体上重力的毛细力。
图2i和图2j示出了在主表面120和121两者上具有主通道的流体控制膜112i和112j。如图2i所示，主通道122可侧向地从一个表面120向另一个表面121偏移，或者可如图2j所示彼此相反地直接对准。具有如图2i所示偏移通道的流体控制膜112i提供用于流体输送的最大量表面积同时使用最小量的材料。此外，可以制备具有偏移通道的流体控制膜112i以使得感觉更柔软，这归因于与具有如图2j所示对准通道的流体控制膜112j相比，片材减小了厚度和刚度。参照图2j，可用于本公开的流体控制膜112j可具有一个或多个洞或孔124在其中，这些洞或孔124使与流体控制膜112j第一表面120接触的液体的一部分能够被输送至膜的第二表面121，以便改善液体控制并且增强液体流动的多功能性。孔124不需要与通道的凹口对准，但只要必须或方便即可被定位。此外，孔124可改变从孔到孔的宽度，并且可相对于通道改变宽度。流体控制膜在孔124内的表面优选地被设计成鼓励流体流动穿过孔124。
如图2d和图2i代表性例证性的，在每个主通道102、122中至少有两个次通道103、123和至少两个凹口105、125，凹口105、125或每个次通道103、123的凹口由次峰106、126分隔开。一般来讲，每个次通道103、123通常将仅具有一个凹口105、125，但如果次通道103、123是矩形的，那么次通道103、123将具有两个凹口105、125。V-通道形次通道103、123的次峰106、126通常特征在于夹角Beta(β)通常等于(α1+α2)/2，其中α1和α2是两个相邻V-通道形次通道103、123的夹角，假设形成每个次通道的两个侧壁是对称并且不弯曲的。一般来讲，角度β将为约10°至约120°、优选约10°至约90°，并且最优选约20°至约60°。次峰还可以是平坦的(在这种情况下夹角理论上将为0°)或甚至弯曲的(例如，凸的或凹的)，没有明显的顶部或夹角。优选地，对于每个主通道102、122，存在至少三个次通道103、123和/或至少三个凹口，包括与如图2d所示的末端通道相联的任何凹口108或109。
次通道103、123中的一个的深度d'(是如图2d所示次峰106的顶部高于凹口105的高度)在流体控制膜整个长度上是均匀的并且通常为至少5微米。次通道103、123的深度d'通常为主通道深度的0.5％至80％，优选5％至50％。在峰106、126任何一侧上的凹口105、125的间距也优选地是在流体控制膜112i、112j整个长度上是均匀的。对于每个通道，在流体控制膜的给定长度上，优选地，主通道和/或次通道深度和宽度变化程度小于20％，优选小于10％。超过此范围的次通道深度和形状的变化对于沿着流体控制膜的液体输送的速率和均匀性具有实质性的负面影响。通常主通道和次通道是连续的和不受干扰的。
在某些实施方案中，一种硅质底漆被提供在流体控制膜上。例如，图2k示出了具有设置在流体控制膜表面至少一部分上的硅质底漆230的流体控制膜112k。取决于硅质底漆230如何被沉积在流体控制膜112k上(例如，溶液涂覆、等离子体沉积等)，底漆可以被设置在流体控制膜的通道的部分或全部表面上。图2k示出通道表面被硅质底漆230覆盖范围的变化。
图3a和图3b示出了跨过具有多个平行通道的结构化表面的面上的流体流动影响，并且具体地说，示出了当流体被设置在结构化表面上时所实现的暴露的流体表面积的增加。具有多个通道252限定在其上的结构化表面250具有引入其上的流体。在此示例性图示中，结构化表面具有类似于图2a的外貌特征，具有交替的峰254和谷256。流体260被引入结构化表面250之上。通道252被形成以便自发地沿着每个通道芯吸流体，这些通道在其中接收流体以增大流体在x方向上的空间分布。随着流体260填入每个通道252，它在每个通道252的脊之间的y方向上的空间分布也增大，并且流体260在每个通道252中的z方向上的弯液面高度发生改变，如图3b可见。相邻的每个脊，流体的暴露表面262更高。三维空间中的这些影响用于增加流体260的暴露蒸发有效表面积，这进而具有增强流体260从结构化表面250的蒸发速率的效果。
图3c是根据示例性实施方案的流体控制膜200的横截面。流体控制膜200包括具有由主脊220和次脊221限定的主通道230和次通道231的流体控制膜层201，其中通道230、231和脊220、221沿着相对于流体控制膜层201的纵向轴线形成角度θ的通道轴(例如，如先前结合图2a所讨论的x轴)延伸。每个主通道230由主通道230任何一侧上的一组主脊220(第一和第二)限定。主脊220具有从通道230的底部表面230a至脊220的顶部表面220a测量的高度hp。在一些实施方案中，微结构被设置在主通道230内。在一些实施方案中，微结构包括被设置在主通道230的第一主脊和第二主脊220之间的次通道231。每个次通道231均与至少一个次脊221相联。次通道231可位于一组次脊221之间或位于次脊221和主脊220之间。
主脊之间的中心到中心距离dpr可在约25微米至约3000微米范围内；主脊和最近的次脊之间的中心到中心距离dps可在约5微米至约350微米范围内；两个次脊之间的中心到中心距离dss可在约5微米至约350微米范围内。在一些情况下，主脊和/或次脊可随着从基部的距离逐渐变细。主脊在基部处的外表面之间的距离dpb可在约15微米至约250微米范围内，并且可逐渐变细至在约1微米至约25微米范围内的较小距离dpt。次脊在基部处的外表面之间的距离dsb可在约15微米至约250微米范围内，并且可逐渐变细至在约1微米至约25微米范围内的较小距离dst。在一个示例中，dpp＝0.00898英寸(228微米)，dps＝0.00264英寸(67微米)，dss＝0.00185英寸(47微米)，dpb＝0.00251英寸(64微米)，dpt＝0.00100英寸(25微米)，dsb＝0.00131英寸(33微米)，dst＝0.00100英寸(25微米)，hp＝0.00784英寸(199微米)，以及hs＝0.00160英寸(41微米)。
次脊具有从通道230的底部表面230a至次脊221的顶部表面221a测量的高度hs。主脊220的高度hp通常大于次脊221的高度hs。在一些实施方案中，主脊的高度在约25微米至约3000微米之间，并且次脊的高度在约5微米至约350微米之间。在一些实施方案中，次脊221高度hs与主脊220高度hp的比率为约1:5。主脊220可以被设计成向流体控制膜层200提供耐久性，并且向次通道231、次脊和/或设置在主脊220之间的其它微结构提供保护。
流体控制膜200任选地具有设置在流体控制膜层201的底部表面201a上的粘合剂层205。粘合剂层205可允许流体控制膜层200被附接至一些外表面202以在整个外表面上帮助管理液体分散。粘合剂层205和流体控制膜层201的组合形成流体控制带。粘合剂层205可以是连续或不连续的。
流体控制膜层201被构造成将流体分散在流体控制膜层201的整个表面上以有利于流体的蒸发。在一些实施方案中，粘合剂层205可以是或者包括排斥粘合剂层205和外表面202之间的界面202a处液体的疏水性材料，从而减少在界面202a处的液体收集。
粘合剂层205具有厚度ta，并且流体控制膜层201具有从通道230、231的底部表面230a至流体控制膜层201的底部表面201a的厚度tv。在一些实施方案中，通道230、231的底部表面230a和粘合剂层205的底部表面205a之间的总厚度tv+ta可以小于约300微米，例如，约225微米。此总厚度tv+ta可被选择为足够小以便允许液体通过在流体控制膜层201边缘处的通道开口从外表面202被有效地芯吸并且进入通道230、231。
图4a示出了具有相对于流体控制膜层的纵向轴线(图4a的x轴)以角度θ设置的流动通道(微通道)的伸长的流体控制膜层。流体控制膜层400包括在整个流体控制膜层400上沿着通道纵向轴线412延伸的通道430的阵列。脊420在流体控制膜层400的表面上方沿着z轴升高以形成通道430，其中每个通道430具有在沿着通道纵向轴线412延伸的任何一侧上的脊420。在一些实施方案中，每组相邻脊420被等距地间隔开。在其它实施方案中，相邻脊420的间距可以至少两个不同的距离隔开。流体控制膜层400的纵向轴线411与通道纵向轴线412相交以形成通道角度410。角度410可介于0°和90°之间。在一些实施方案中，通道角度410小于约45°。在一些实施方案中，通道角度410在约5°和约30°、或约5°至约20°或约10°至约15°之间。在一些实施方案中，通道角度110为约20°。
通道430被构造成提供流体在通道430中以及在整个流体控制膜层400上的毛细运动。毛细作用芯吸流体以便将其分散在整个流体控制膜层400上，从而增大流体表面与流体体积的比率并且使能够更快速地蒸发。通道开口440的尺寸可以被构造成通过毛细作用将在流体控制膜层400的边缘401、402、403、404处收集的流体芯吸至通道430。通道横截面430、通道表面能以及流体表面张力确定了毛细力。平台厚度tv提供可以阻止液体采集的凸缘。优选地，保持最小的平台厚度以鼓励快速的液体采集。小的通道角度410在顶部边缘401和底部边缘403处提供如图4a所示沿着流体控制膜层400的纵向轴线延伸的较大开口440。通道430的较大开口440导致沿着流体控制膜层400的顶部边缘401和底部边缘403的每单元长度开口440更少。
流体控制膜层400中的每个通道430具有在流体控制膜层400第一边缘处的第一开口和在流体控制膜层400第二边缘处的第二开口。例如，第一开口可位于第一边缘401上并且第二开口可位于与第一边缘401相邻并且相交的第二边缘402上。在此示例中，取决于通道角度410，第一和第二开口可以是相同尺寸或不同尺寸的。流体可以在沿着第一方向451的第一边缘处进入流体控制膜层400，并且可以在沿着第二方向452的第二边缘处进入流体控制膜层400。又如，第一开口可位于第一边缘402上并且第二开口可位于相对边缘403上。在一些实施方案中，通道开口440存在于流体控制膜层400的全部四个边缘401–404上。这种布置提供多个开口440用于液滴进入通道430，并且然后分散在流体控制膜层400的通道430内。
图4b示出了流体控制膜层400的横截面。流体控制膜层400的通道430由设置在通道430任何一侧上的第一和第二脊420限定。如图4b所示，在一些实施方案中，脊420可以沿着z轴延伸，通常垂直于通道430的底部表面430a。另选地，在一些实施方案中，脊可以相对于通道的底部表面以非垂直的角度延伸。第一主脊和第二主脊420具有从通道430的底部表面430a至脊420的顶部表面420a测量的高度hp。脊高度hp可被选择以便向流体控制膜层400提供耐久性和保护。在一些实施方案中，脊高度hp为约25微米至约3000微米，横截面通道宽度wc为约25微米至约3000微米，并且横截面脊宽度wr为约30微米至约250微米。
在一些实施方案中，如图4b所示，通道430的侧表面420b的横截面可能是倾斜的，使得脊在通道底部表面430a处的宽度大于该脊在脊420顶部表面420a处的宽度。在此情形下，通道430在通道底部表面430a处的宽度小于通道430在脊420顶部表面420a处的宽度。另选地，通道的侧表面可以是倾斜的，使得在通道底部表面处的通道宽度大于在脊顶部表面处的通道宽度。
流体控制膜层400具有从流体控制膜层400的底部表面410a至通道430a的底部表面测量的厚度tv。厚度tv可以被选择以允许液滴被芯吸至流体控制膜层400中并且仍维持坚固的结构。在一些实施方案中，流体控制膜层厚度tv小于约75微米厚，或者在约20微米至约200微米之间。亲水涂层450可被设置(例如，等离子体沉积)在流体控制膜层400的微结构化表面上。
在某些实施方案中，根据本公开的流体控制膜可被附接至结构的外表面并且沿着该外表面的纵向轴线延伸，其中通道纵向轴线相对于外表面的纵向轴线形成介于0°和90°之间的角度。例如，图5a是管道结构550的侧视图并且图5b是管道结构550的底视图，该管道结构550具有流体控制部件530设置在结构550外表面551的底部551a上的外表面551，其中底部551a和顶部之所以这样命名是由于它们相对于重力g方向561的取向。由脊520限定的流体分散通道530沿着相对于结构550的纵向轴线511以角度θ成角度的通道轴512延伸。
外表面551与由虚线560例证的最低线相联，该最低线是连接外表面551的最底点的线。在例证性实施方案中，最低线560基本上平行于该结构的纵向轴线511。多个通道530与最低线560相交，这归因于它们沿着与纵向轴线511相交的通道轴512对准。
每个通道均与某些饱和容量或体积相关联。图5b示出了与液体饱和的多个流体控制通道530a和未饱和的多个流体控制通道530b。当流体控制通道530a中的流体的量超过通道的容量时，该通道是饱和的并且超过通道容量的任何液体将着最低线560收集为液滴570。如果流体继续以液滴收集，那么液滴可能变得如此之大以至于重力将液滴从流体控制表面拉离。如图5a和图5b所示，液滴570沿着最低线560被设置在整个饱和通道530a上。例如，这些液滴可以归因于通道的布置沿着结构的底部表面相对均匀地被间隔开。
如图5a和图5b的实施方案所示，相对于最低线成角度的流体控制通道在许多通道中提供液滴形成。相比之下，在具有与该结构的纵向轴线紧密对准(即，θ等于或接近0°)的通道的流体控制表面中，仅一个或仅几个通道沿着或靠近最低线560设置。与最低线相交的相对大数目的通道产生更大的流体控制表面整体流体保持容量。每个通道被设计成通过芯吸沿着通道分散流体。因此，采用成角度通道的实施方案在最低线处接合更多的通道，从而提供更大的流体含有容量，进而导致多余流体较小体积的液滴和/或减少的液滴脱离。较小体积的液滴更迅速地蒸发并且减少液滴脱离，从而导致减少来自冷凝液体的污染。
如图5a和图5b所示，当与具有基本上平行于外表面纵向轴线的通道的流体控制表面的边缘采集相比时，具有相对于凸形表面的纵向轴线成角度(即，沿着管道的最低线)的通道的流体控制膜层可以具有增大的沿着膜边缘的流体采集。例如，考虑以下情形，其中水液滴在管道外表面上冷凝并且朝向最低线流出管道。当流体控制膜层或表面沿着管道的下部存在时，冷凝的液滴碰撞流体控制表面的边缘。如果流体控制表面在与最低线紧密对准的边缘处具有通道，那么液滴可被阻止通过靠近沿着最低线延伸的边缘的脊进入流体控制表面。因此，脊阻止在流体控制通道中进行流体的边缘采集，并且这些液滴可以变成通过脊“固定”在边缘处。相比之下，如果流体控制表面包括如本文公开相对于最低线成角度的通道，那么该边缘包括增强流体边缘采集的多个通道开口。
其中通道轴和该结构纵向轴线之间的角度等于或接近90°的构造在流体控制表面的饱和期间接合沿着该结构最低线560的许多通道。然而，当比较相对于该结构的纵向轴线形成较浅角度(例如，小于45°)的通道时，必须通过毛细力来克服以便通过芯吸以朝向该结构顶部的方向(沿着箭头599)移动液体的重力分力增大。因此，当与相对于该结构的纵向轴线以90°取向的类似结构化通道相比时，具有相对于纵向轴线以小于45°成角度的通道的流体控制表面能够分散流体的更大量的流体。
可以通过各种技术来实现以与管道的外表面成一定角度来布置流体控制通道。例如，包括流体控制通道的流体控制膜层可通过粘附被固定至管道或以其它方式将流体控制膜层固定至管道的外表面。在一些实施方案中，流体控制膜层是带的一部分，该带是设置在与流体控制通道相反的流体控制膜层表面上的粘合剂层。用于形成可用于带实施方式的流体控制膜层的合适的技术包括挤出、压花、激光切割和/或热固。在一些实施方式中，通道沿着与带的纵向轴线形成小于45°的角度的轴延伸。在这些实施方式中，在管道上的带的安装可以包括沿着管道的最低线施加带的至少一个片条。在一些实施方式中，当通道平行于带的纵向轴线延伸时，带自身可以例如，通过将流体控制带围绕管道进行螺旋缠绕以小于45°的角度被设置在管道上。
在一些(非带)实施方式中，流体控制通道可例如在管道的制造过程中在外表面管道上直接形成，或可在沉积于外表面上的层上形成。用于形成具有流体控制膜层的管道的合适的技术包括滚花、压花、热层压等。
本文所述的微通道可以在预先确定的图案中被复制，该预先确定的图案形成沿着流体控制膜层的主表面延伸的一系列单独打开的毛细通道。在片材和膜中形成的这些微复制通道基本上沿着每个通道长度(例如从通道至通道)通常是均匀和规则的。该膜或片材可以是薄的、柔性的、成本有效地来产生，可以形成为拥有所需的材料特性用于其预期应用，并且如果需要，可以在其一侧上具有附接装置(诸如粘合剂)以允许准备应用至在使用中的多种表面。
本文讨论的流体控制膜层能够通过毛细作用沿着通道自发地输送流体。影响流体控制膜层自发地输送流体的能力的两个一般因素是：(i)该表面的几何形状或外貌特征(通道的毛细现象、尺寸和形状)和(ii)膜表面的性质(例如，表面能)。为了实现所需量的流体输送能力，设计者可调整流体控制膜的结构或外貌特征，并且/或者调整流体控制膜表面的表面能。为了使通道通过由毛细作用进行的自发芯吸用于流体输送，通道通常足够亲水以允许流体润湿通道的表面，这些表面具有在流体和流体控制膜层的表面之间的等于或小于90°的接触角。
在一些实施方式中，本文所述的流体控制膜可以使用允许连续和/或辊对辊膜制造的挤出压花工艺来制备。根据一种合适的方法，可流动材料连续地与模塑工具的模塑表面线接触。模塑工具包括切入工具表面的压花图案，该压花图案是流体控制膜为负性浮雕的微通道图案。多个微通道通过模塑工具在可流动材料中形成。可流动材料被固化以形成具有沿着纵向轴线的长度和宽度的伸长的流体控制膜，该长度大于该宽度。微通道可以沿着相对于膜的纵向轴线形成大于0°并且小于90°的角度的通道纵向轴线而形成。在一些实施方案中，该角度小于例如，45°。
可流动材料可从模头直接挤出至模塑工具的表面上，使得可流动材料与模塑工具的表面线接触。可流动材料可包括，例如，各种可光致固化、热固化以及热塑性的树脂组合物。线接触由树脂的上游边缘限定并且随着模塑工具旋转而相对于模塑工具和可流动材料二者移动。所得流体控制膜可以是单层制品，该单层制品可以被置于辊上以产生呈卷状物品形式的制品。在一些实施方式中，该制造工艺还可以包括处理带有微通道的流体控制膜表面，诸如等离子体沉积如本文公开的亲水涂层。在一些实施方式中，模塑工具可以是辊或皮带并且与相对辊一起形成辊隙。模塑工具和相对辊之间的辊隙有助于将可流动材料压制为模塑图案。可以调整形成辊隙的间隙的间距以便有助于形成流体控制膜预先确定的厚度。有关用于公开的流体控制膜的适合制造工艺的另外信息描述于共同拥有的美国专利6,375,871和6,372,323中，这些专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
本文讨论的流体控制膜可以由适用于铸造或压花的任何聚合物材料形成，包括，例如，聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚醚酯、聚酰亚胺、聚酰胺酯、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯的水解衍生物等。具体的实施方案使用聚烯烃、特别是聚乙烯或聚丙烯、其共混物和/或共聚物，以及丙烯和/或乙烯与较小比例其它组分(诸如醋酸乙烯脂或丙烯酸酯(诸如丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯))的共聚物。聚烯烃类易于复制铸造辊或压花辊的表面。它们是坚韧、耐用并且保持其形状良好的，由此制成在铸造或压花工艺后容易处理的此类膜。亲水聚氨酯具有物理性能和固有的高表面能。另选地，流体控制膜可以由诸如聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂以及硅树脂的热固性材料(可固化树脂材料)来铸造，并且由曝光辐射(例如，热、UV或E-电子束辐射等)或湿度来固化。这些材料可含有各种添加剂，包括表面能改性剂(诸如表面活性剂和亲水性聚合物)、增塑剂、抗氧化剂、颜料、剥离剂、抗静电剂等。合适的流体控制膜还可以使用压敏粘合剂材料来制造。在一些情况下，通道可使用无机材料(例如，玻璃、陶瓷或金属)来形成。一般来讲，流体控制膜在暴露于流体时基本上保持其几何形状和表面特征。关于适用于本文讨论的微通道流体控制膜的材料的另外信息描述于共同拥有的美国专利公布2005/0106360，该专利公布以引用方式并入本文。
该膜的表面被修饰以确保足够的毛细力。更具体地说，该表面被修饰以便确保它足够亲水。这些膜通常可以是被修饰的(例如，通过表面处理、表面涂层或试剂的应用)，使得膜表面变得亲水以便表现出与水性流体的45°或更小的接触角。任何合适的已知方法可以被利用以实现在本公开流体控制膜上的亲水表面。可采用诸如等离子体处理、真空沉积、亲水单体的聚合反应、将亲水部分接枝到膜表面上、电晕或火焰处理等的表面处理。对于某些实施方案，亲水表面处理物包含两性离子型硅烷，并且对于某些实施方案，亲水表面处理物包含非两性离子型硅烷。非两性离子型硅烷包括例如，非两性离子阴离子硅烷。
非两性离子型硅烷包括，例如但不限于，非两性离子EDTA官能的硅烷，和非两性离子磺酸醇官能的硅烷，例如非两性离子磺酸盐-有机硅烷醇化合物，诸如在美国专利No.4,152,165(Langager等人)和4,338,377(Beck等人)中公开的那些。
合适的两性离子型硅烷包括两性离子磺酸盐官能的硅烷、两性离子羧酸盐官能的硅烷、两性离子磷酸盐酯官能的硅烷、两性离子膦酸官能的硅烷、两性离子膦酸盐官能的硅烷或它们的组合。在某些实施方案中，用于本公开中的两性离子型硅烷化合物具有下各式(I)，其中：
(R1O)p-Si(Q1)q-W-N+(R2)(R3)-(CH2)m-Zt-
(I)
其中：
每个R1独立地为氢、甲基基团或乙基基团；
每个Q1独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团；
每个R2和R3独立地为饱和或不饱和的、直链、支链、或环状的有机基团(优选地具有20个碳原子或更少)，其可任选地与基团W的原子连接在一起形成环；
W为有机连接基团；
Zt-为–SO3 -、–CO2 -、–OPO3 2-、–PO3 2-、–OP(＝O)(R)O-或它们的组合，其中t为1或2，并且R为脂族、芳族、支链、直链、环状或杂环基团(优选地具有20个碳原子或更少，更优选地R为具有20个碳原子或更少的脂族，并且甚至更优选地R为甲基、乙基、丙基或丁基)；
p和m为1至10(或1至4，或1至3)的整数；
q为0或1；并且
p+q＝3。
在某些实施方案中，式(I)的有机连接基团W可选自饱和或不饱和的、直链、支链或环状的有机基团。连接基团W优选为亚烷基基团，其可包括羰基基团、氨基甲酸酯基团、脲基基团、诸如氧、氮和硫的杂原子及它们的组合。合适的连接基团W的示例包括亚烷基基团、亚环烷基基团、烷基取代的亚环烷基基团、羟基取代的亚烷基基团、羟基取代的一氧杂亚烷基基团、具有一氧杂主链取代的二价烃基基团、具有一硫杂主链取代的二价烃基基团、具有一氧-硫杂主链取代的二价烃基基团、具有二氧-硫杂主链取代的二价烃基基团、亚芳基基团、芳基亚烷基基团、烷基亚芳基基团以及取代的烷基亚芳基基团。
式(I)的两性离子化合物的合适示例描述于美国专利No.5,936,703(Miyazaki等人)和国际公布No.WO 2007/146680以及WO 2009/119690中，并且包括以下两性离子官能团(-W-N+(R3)(R4)-(CH2)m-SO3 -)：
磺烷基咪唑鎓盐
两性离子型硅烷的合适示例描述于美国专利5,936,703(Miyazaki等人)中，包括，例如：
(CH3O)3Si-CH2CH2CH2-N+(CH3)2-CH2CH2CH2-SO3 -；以及
(CH3CH2O)2Si(CH3)-CH2CH2CH2-N+(CH3)2-CH2CH2CH2-SO3 -。
可以使用在美国申请公布No.2012/0273000(Jing等人)中举例说明的标准技术制备的合适两性离子型硅烷的其它示例包括下列化合物：
用于本公开的合适两性离子磺酸盐官能的硅烷化合物的优选示例描述于实验部分。特别优选的两性离子磺酸盐官能的硅烷为：
两性离子羧酸盐官能的硅烷化合物的示例包括：
其中每个R独立地为OH或烷氧基，并且n为1至10的整数。两性离子磷酸盐官能的硅烷化合物的示例包括：
(N,N-二甲基,N-(2-磷酸乙酯乙基)-胺丙基-三甲氧基硅烷(DMPAMS))。两性离子膦酸盐官能的硅烷化合物的示例包括：
在某些实施方案中，根据本公开使用的非两性离子型硅烷具有下式(II)：
[(MO)(Q2)nSi(XCH2Vt-)3-n]Y2/nr +r
(II)
其中：
每个Q2独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团；
M选自氢、碱金属和平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子；
X为有机连接基团；
Vt-为–SO3 -、–CO2 -、–[OCH2CH2]nO-或它们的组合，
其中t为1或2，并且n为1至10的整数；
Y选自氢、碱土金属(例如镁、钙等)、平均分子量小于200且pKa小于11的质子化弱碱(例如，4-氨基吡啶、2-甲氧基乙胺、苄胺、2,4-二甲基咪唑、3-[2-乙氧基(2-乙氧基乙氧基)]丙胺)的有机阳离子、碱金属以及平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子(例如，+N(CH3)4、+N(CH2CH3)4)，前提条件是当Y选自氢、碱土金属和所述质子化弱碱的有机阳离子时，M为氢；
r等于Y的化合价；并且
n为1或2。
优选地，式(II)的非两性离子阴离子化合物为烷氧基硅烷化合物(例如，其中Q2为含有1至4个碳原子的烷氧基基团)。
式(II)的这些化合物中的氧的重量百分比为至少30％，或至少40％。优选地，其在45％至55％的范围内。在这些化合物中硅的重量百分比不大于15％。这些百分比中的每一个均基于无水酸形式的化合物的重量。
在某些实施方案中，式(II)的有机连接基团X可选自亚烷基基团、亚环烷基基团、烷基取代的亚环烷基基团、羟基取代的亚烷基基团、羟基取代的一氧杂亚烷基基团、具有一氧杂主链取代的二价烃基基团、具有一硫杂主链取代的二价烃基基团、具有一氧-硫杂主链取代的二价烃基基团、具有二氧-硫杂主链取代的二价烃基基团、亚芳基基团、芳基亚烷基基团、烷基亚芳基基团以及取代的烷基亚芳基基团。优选地，X选自亚烷基基团、羟基取代的亚烷基基团和羟基取代的一氧杂亚烷基基团。
磺酸盐官能的硅烷化合物具有烷氧基硅烷和/或硅烷醇官能的基团(可以结合至基底表面)以及磺酸根基团(-SO3 -)(可以提供基底表面亲水性)。示例包括非两性离子磺酸盐官能的硅烷化合物，诸如在美国专利4,152,165(Langager等人)和4,338,377(Beck等人)中公开的那些，并且包括，例如以下化合物：
(HO)3Si-CH2CH2CH2-O-CH2-CH(OH)-CH2SO3 -H+；
(HO)3Si-CH2CH(OH)-CH2SO3 -H+；
(HO)3Si-CH2CH2CH2SO3 -H+；
(HO)3Si-C6H4-CH2CH2SO3 -H+；
(HO)2Si-[CH2CH2SO3 -H+]2；
(HO)-Si(CH3)2-CH2CH2SO3 -H+；
(NaO)(HO)2Si-CH2CH2CH2-O-CH2-CH(OH)-CH2SO3 -Na+；以及
(HO)3Si-CH2CH2SO3 -K+。
聚乙二醇官能的硅烷化合物具有烷氧基硅烷和/或硅烷醇官能的基团(可以结合至基底表面)以及聚乙二醇基团(-[OCH2CH2]nO-)；其中n可以为1至10的整数。示例包括可从盖勒斯特(Gelest)商购获得的2-[甲氧基(聚氧乙烯基)6-9丙基]三甲氧基硅烷。
羧酸盐官能的硅烷化合物具有烷氧基硅烷和/或硅烷醇官能的基团(可以结合至基底表面)以及羧酸根基团(-CO2 -)(可以提供基底表面亲水性)。示例包括非两性离子羧酸盐官能的硅烷化合物，诸如可从多个供应商(包括，例如，陶氏(Dow)和盖勒斯特)商购获得的那些。在某些实施方案中，用于本公开组合物的非两性离子含羧酸盐的化合物包括：
和
令人惊讶的是，已发现与从碱性溶液共价键合的非两性离子EDTA硅烷亲水表面处理物相比，当非两性离子EDTA硅烷亲水表面处理物共价键合至来自酸性溶液的微通道至少一部分时，它提供显著更好的易清洁表面。
在一些实施方案中，流体控制膜层可包括改变特征的添加剂。添加剂的示例包括阻燃剂、疏水剂、亲水剂、抗微生物剂、无机物、阻蚀剂、金属颗粒、玻璃纤维、填料、粘土以及纳米粒子。
任选地，表面活性剂或其它合适的试剂也可与在膜挤出时作为改变内部特征的添加剂的树脂共混。通常，表面活性剂并入由其制成流体控制膜的聚合物组合物中。可以并入聚乙烯流体控制膜中的表面活性剂的示意性示例是TRITONTMX-100(可得自康涅狄格州丹伯里的联合碳化物公司(Union Carbide Corp.,Danbury,Conn.))，例如，以约0.1重量％和0.5重量％之间使用的辛基苯氧基多乙氧基乙醇非离子型表面活性剂。适用于增加为本公开建筑和建造应用所用的耐久性要求的其它表面活性剂材料包括POLYSTEP B22(可得自伊利诺伊州诺斯菲尔德的斯特潘公司(Stepan Company,Northfield,IL))和TRITONTMX-35(可得自康涅狄格州丹伯里的联合碳化物公司)。表面活性剂或表面活化剂的混合物可浸渍到制品内以便调整流体控制膜或制品的特性。
另选地，亲水单体可被添加至制品并且原位聚合以形成互穿聚合物网络。例如，亲水丙烯酸酯和引发剂可以被添加并且通过加热或光化辐射聚合。合适的亲水性聚合物包括：环氧乙烷的均聚物和共聚物；并入乙烯基不饱和单体(诸如乙烯基吡咯烷酮、羧酸、磺酸或膦酸官能的丙烯酸酯(诸如丙烯酸)、羟基官能的丙烯酸酯(诸如丙烯酸羟乙酯)、乙酸乙烯酯及其水解衍生物(例如，聚乙烯醇)、丙烯酰胺、聚乙氧基化丙烯酸酯等)的亲水性聚合物；亲水改性的纤维素，以及诸如淀粉和改性淀粉、右旋糖酐的多糖等。
在某些实施方案中，亲水表面处理物还包括至少一种硅酸盐，例如但不限于，包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、二氧化硅、原硅酸四乙酯、聚(二乙氧基硅氧烷)或它们的组合。一种或多种硅酸盐可被混合至含有亲水硅烷化合物的溶液中，用于施加至结构化表面。
在某些实施方案中，硅质底漆被设置在流体控制通道表面的至少一部分上。在此类实施方案中，亲水表面处理物通过硅质底漆结合至微通道的表面。例如但不限于，亲水表面处理物可通过以下结合至流体控制膜的表面：将流体控制膜与含有一种或多种亲水硅烷化合物的溶液接触至少48小时，随后用水冲洗并且在环境条件下干燥。亲水表面处理物通过例如，使用常规技术(诸如棒涂、辊涂、幕式淋涂、轮转凹板涂覆、喷涂或浸涂技术)在制品上涂覆含有亲水硅烷化合物的组合物，或通过将流体控制膜浸入组合物中来与流体控制膜的表面接触。
合适的硅质底漆包括例如但不限于，包括被布置为形成连续的三维多孔网络的多个酸烧结互连二氧化硅纳米粒子的硅质底漆和相关联地结合至流体控制通道的含硅材料。硅质底漆被附接至流体控制通道表面的至少一部分上。
在某些实施方案中，含纳米粒子的底漆涂料组合物(用于形成包含多个酸烧结互连二氧化硅纳米粒子的硅质底漆)包含pH小于5的水性分散体，所述水性分散体包含平均粒径为40纳米或更小的二氧化硅纳米粒子和pKa≤3.5(优选<2.5，最优选小于1)的酸。这些酸化的二氧化硅纳米粒子底漆涂料组合物可在无需有机溶剂或表面活性剂的条件下直接涂覆到疏水性有机和无机基底上。这些无机纳米粒子水性分散体在疏水性表面(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC))上的润湿性能随分散体的pH以及酸的pKa而变化。当利用HCl将底漆涂料组合物酸化至pH＝2至3、在一些实施方案中甚至酸化至5时，可将底漆涂料组合物涂覆到疏水性有机基底上。相比之下，底漆涂料组合物于中性或碱性pH下会在有机基底上形成小珠。
在水性介质中的无机二氧化硅溶胶在本领域中是熟知的，并且可商购获得。水或水-醇溶液中的二氧化硅溶胶可以诸如商品名LUDOX(由特拉华州威尔明顿的杜邦有限公司(E.I.duPont de Nemours and Co.,Inc.(Wilmington,DE))制造)、NYACOL(购自NyacolCo.(Ashland,MA))或NALCO(由伊利诺斯州奥克布鲁克的欧帝纳尔科化学公司(OndeaNalco Chemical Co.,Oak Brook,IL)制造)商购获得。一种可用的二氧化硅溶胶为NALCO2326，其可作为平均粒度为5纳米、pH值为10.5、固体含量为15重量％的二氧化硅溶胶获得。其它市售的二氧化硅纳米粒子包括可从NALCO Chemical Co.商购获得的“NALCO 1115”和“NALCO 113”、可从Remet Corp.商购获得的“Remasol SP30”和可从E.I.Du Pont deNemours Co.,Inc.商购获得的“LUDOX SM”，以及可得自Nissan Chemical Co.的SnowtexST-OUP、Snowtex ST-UP、Snowtex ST-PS-S。
也可以使用非-水性二氧化硅溶胶(也称为有机二氧化硅溶胶)，其为二氧化硅溶胶分散体，其中液相为有机溶剂，或水性有机溶剂。在本公开的实践中，选择二氧化硅溶胶使得其液相通常为水性溶剂或水性有机溶剂。然而，观察到钠稳定的二氧化硅纳米粒子在用诸如乙醇之类的有机溶剂稀释之前应首先被酸化。在酸化之前进行稀释可能产生不良或不均匀的涂层。通常可按任何顺序稀释和酸化铵稳定化的二氧化硅纳米粒子。
所述底涂料组合物含酸或酸的组合，各个酸的pKa(H2O)为≤3.5，优选地为<2.5，更优选地小于1。可用的酸包括有机酸和无机酸两者并且可列举为草酸、柠檬酸、H2SO3、H3PO4、CF3CO2H、HCl、HBr、HI、HBrO3、HNO3、HClO4、H2SO4、CH3SO3H、CF3SO3H、CF3CO2H以及CH3SO2OH。最优选的酸包括HCl、HNO3、H2SO4以及H3PO4。在一些实施方案中，希望提供有机酸和无机酸的混合物。在一些实施方案中，可使用包含pKa≤3.5(优选地为<2.5、最优选地小于1)的那些任选地与较少量pKa’s>0的其它酸的酸混合物。已经发现的是，pKa>4的较弱酸，诸如乙酸，不提供具有所需的透射率、清洁性和/或耐久性的性质的均一涂层。具体地讲，具有诸如乙酸之类的较弱酸的底漆涂料组合物通常在基底的表面上形成小珠。
底漆涂料组合物通常包含足够的酸，从而得到小于5、优选小于4、最优选小于3的pH。在一些实施方案中，已发现，涂料组合物的pH可在将该pH降低至小于5之后被调节至pH5-6。这允许涂覆pH敏感型基底。
四烷氧基偶联剂，尤其是四烷氧基硅烷，例如原硅酸四乙酯(TEOS)，以及四烷氧基硅烷的寡聚物形式，例如聚硅酸烷基酯(例如聚(二乙氧基硅氧烷))，也可用于提高二氧化硅纳米粒子之间的结合。偶联剂的最佳量是通过实验确定的并且取决于偶联剂的种类、分子量和折射率。添加到组合物中的偶联剂(一种或多种，当存在时)的含量通常为二氧化硅纳米粒子浓度的0.1重量％至50重量％(wt-％)，并且更优选为二氧化硅纳米粒子的1重量％至15重量％。
在一个实施方案中，粒子的平均原生粒度优选为40纳米或更小，优选为20纳米或更小，并且更优选为10纳米或更小。较小的纳米粒子，即20纳米或更小的那些粒子，在酸化时且无需诸如四烷氧基硅烷、表面活性剂或有机溶剂之类的添加剂的条件下通常提供更好的底漆涂层。此外，纳米粒子的表面积通常大于约150m2/克，优选大于200m2/克，更优选大于400m2/克。粒子优选地具有较窄的粒度分布，也就是说，多分散度(即粒度分布)为2.0或更小，优选地为1.5或更小。如果需要，可以添加较大的二氧化硅粒子，其含量不应不利地降低组合物在选定基底上的可涂覆性。
在另一个实施方案中，粒子优选具有至少双峰分布，其中一种二氧化硅纳米粒子平均粒径为40纳米或更小而另一种二氧化硅纳米粒子平均粒径大于50纳米。二氧化硅纳米粒子的平均粒径至多为500纳米。在一个实施方案中，二氧化硅纳米粒子的双峰分布的第一分布在2纳米至15纳米范围内且第二分布在20纳米至500纳米范围内；第一分布在2纳米至20纳米范围内且第二分布在30纳米至500纳米范围内，或甚至第一分布在5纳米至15纳米范围内且第二分布在20纳米至100纳米范围内。在另一方面，在一些实施方案中，第一分布纳米粒子与第二分布纳米粒子的重量比在1:99至99:1；10:90至90:1；20:80至80:20；或甚至30:70至70:30的范围内。在一个实施方案中，第一分布纳米粒子与第二分布纳米粒子的重量比在1:99至99:1范围内。
本公开中所述的纳米二氧化硅可为球形或非球形的。二氧化硅纳米粒子优选未进行表面改性。平均粒度可使用透射电子显微镜来测定。如本文所用，术语“连续的”是指覆盖基底的表面，其中实质上在施加凝胶网络的区域中无中断或间隙。术语“网络”是指连接在一起形成多孔三维网络的纳米粒子聚集物或附聚物。本文所用的术语附聚是指将纳米粒子连接在一起(或烧结纳米粒子)，如WO WO 2009/140482的图1中所示和所述。术语“原生粒度”是指未附聚的单个二氧化硅粒子的平均粒度。
术语“多孔的”是指当纳米粒子形成连续涂层时在所产生的二氧化硅纳米粒子之间存在空隙。优选地，当干燥时，网络具有25体积％至45体积％，更优选30体积％至40体积％的孔隙率。在一些实施方案中，孔隙率可更高。孔隙率可按涂层的折射率根据例如W.L.Bragg,A.B.Pippard,Acta Crystallographica(结晶学报)第6卷第865页(1953年)中出版的程序计算。取决于应用，诸如用于去除不想要的颗粒的易于清洁，底漆涂层厚度可以较高，例如，高达几微米或密耳厚。
优选利用常规技术(例如棒涂、辊涂、帘式涂覆、轮转凹版涂覆、喷涂、或浸涂技术)将底漆涂料组合物涂覆到制品上。优选的方法包括棒涂和辊涂，或气刀涂覆以调节厚度。为了确保膜的均一涂覆和润湿，可能期望的是在使用电晕放电或火焰处理方法进行涂覆之前氧化基材表面。
本公开的底漆涂层优选涂覆为均一的平均厚度，变化程度小于
并且更优选小于
最佳的平均干燥涂层厚度取决于具体的底漆涂料组合物，但一般来讲，涂层的平均厚度为
至
优选为
至
更优选为
至
并且甚至更优选为
至
这是利用诸如Gaertner Scientific Corp ModelNo.L115C之类的椭率计测得的。然而应该指出的是，尽管平均涂层厚度优选为均匀的，但实际的涂层厚度可从涂层上的一个特定点到另一个点而变化相当大。如图2k例示的，完全涂覆结构化表面的通道的全部表面(即，流体控制膜)不是必需的。
一旦涂覆，通常在循环烘箱中于20℃至150℃的温度下干燥涂底漆的制品。可使惰性气体循环。在底漆涂料组合物涂覆到基底上并干燥后，涂层优选包含60重量％至95重量％(更优选70重量％至92重量％)的附聚的酸烧结二氧化硅纳米粒子和0.1重量％至20重量％(更优选10重量％至25重量％)的四烷氧基硅烷。
因此，在某些实施方案中，将硅质底漆施加至流体控制膜包括使多个微通道表面的至少一部分与含纳米粒子的涂料组合物接触，并且干燥含纳米粒子的涂料组合物以便在多个微通道表面的至少一部分上设置硅质底漆。含纳米粒子的涂料组合物包含pH小于5的水性分散体，该水性分散体包括平均粒径为40纳米或更小的二氧化硅纳米粒子和pKa为小于或等于3.5的酸。
在一些实施方案中，含硅底漆可通过等离子体沉积而被沉积在流体控制膜层表面上，该沉积可在分批方法或连续方法中发生。如本文所用，术语“等离子体”意思是指部分电离的气态或流体状态的包含反应性物种的物质，所述反应性物种包括电子、离子、中性分子、自由基，以及其它激发态的原子和分子。
一般来讲，等离子体沉积涉及在减压条件(相对于大气压)下移动流体控制膜通过填满一种或多种气态含硅化合物的室。向与膜相邻定位或者与膜接触的电极提供功率。这产生了电场，该电场由气态含硅化合物形成富含硅的等离子体。
然后来自等离子体的电离分子朝向电极加速并且撞击流体控制膜表面。由于这种撞击，电离分子与形成底漆层的表面起反应并且结合至该表面。用于等离子体沉积涂层的温度是相对低的。这是有益的，因为已知可选择的沉积技术(例如，化学气相沉积)所需要的高温会降解适用于流体转移膜的许多材料。
等离子体沉积的程度可取决于多种工艺因素，诸如气态含硅化合物的组成、其它气体的存在、流体控制膜层表面对等离子体的暴露时间、提供给电极的功率电平、气体流速以及反应室压力。这些因素相应地帮助确定底漆层的厚度。
等离子体可以是如下种类，包括氧气、氮气、二氧化氮、一氧化二氮、氨气、二氧化硫、硅烷、硅氧烷和金属有机化合物。将流体控制膜层暴露于至少一种等离子体可以由一个步骤、两个步骤或更多步骤实现。底漆层可包括一种或多种含硅材料，诸如硅/氧材料、类金刚石玻璃(DLG)材料及它们的组合。用于沉积硅/氧材料的层的合适气态含硅化合物的示例包括硅烷(例如，SiH4)。用于沉积DLG材料的层的合适气态含硅化合物的示例包括在反应室的减小压力下为气态的气态有机硅化合物。合适的有机硅化合物的示例包括三甲基硅烷、三乙基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、四甲基硅烷、四乙基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、六甲基环三硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、四乙基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷、双三甲硅烷基甲烷及它们的组合。特别合适的有机硅化合物的示例包括六甲基二硅氧烷和四甲基硅烷。
因此，施加硅质底漆任选地包括通过等离子体沉积形成共价键合至流体控制膜微通道的至少一部分的含硅材料的层。在某些实施方案中，等离子体沉积包括使用至少一种含硅烷材料和氧气的气态混合物。
在使用气态含硅化合物完成等离子体沉积后，气态或蒸发的非有机化合物可继续用于等离子体处理以便从沉积材料去除表面甲基基团。这增加了硅在表面处的百分比。特别合适的非有机化合物的一个示例为氧气。
关于用于将等离子体涂层施加至如本公开讨论的流体控制膜层的材料和方法的另外信息描述于共同拥有的美国专利公布2007/0139451，该专利公布以引用方式并入本文。
流体转移膜可被提供为卷状物品，其中以连续辊对辊方式进行将它的表面暴露于至少一种等离子体。关于用于在连续卷状物品上施加等离子体沉积层的设备和方法的另外信息可以见于共同拥有的美国专利公布2003/134515和2005/0064275，这些专利公布以引用方式并入本文。
一般来讲，当根据本公开的流体控制膜与水和油两者接触时，流体控制膜优先地是水润湿的。
令人惊讶的是，某些官能化的结构化表面在热老化后保留至少一些它们的亲水性。具体地说，流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少15％、或至少20％、或至少25％、或至少30％、或至少35％、或至少40％、或至少45％、或至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少65％的水毛细升高。相比之下，如以下实施例部分中所示的，缺乏根据本公开的亲水表面处理物的流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后表现出在暴露于升高温度之前水毛细升高的至多5％、或至多7％、或至多10％、或至多12％的水毛细升高。
在第三方面，提供了用于清洁结构化表面的方法。该方法包括提供结构化表面和共价键合至该结构化表面的至少一部分的亲水表面处理物，以及用一种材料污染该结构化表面。该方法还包括通过将结构化表面浸入水性流体中、用水性流体冲洗结构化表面、将水性流体冷凝在结构化表面上，或用清洁工具擦拭结构化表面中的至少一种来去除该材料。结构化表面至少50％在平面上的二维投影面积不含该材料。该亲水表面处理物通常包括选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。优选地，结构化表面至少70％、或80％、或90％或甚至95％在平面上的二维投影面积不含该材料。
在某些实施方案中，该材料包括油，诸如无机油、有机油或它们的组合。有机油包括例如但不限于：原油、杏仁油、蓖麻油、椰子油、大豆油、油菜籽油、棉籽油、向日葵籽油、花生油、棕榈油、棕榈仁油、芝麻油、亚麻籽油、玉米油、椰子油、花生油、橄榄油、大麻籽油、玉米油、芥子油、亚麻油、杏仁油、摩洛哥坚果油、鳄梨油、辣木油、腰果油、葡萄籽油、榛子油、印度楝树油、南瓜籽油、米糠油、核桃油、红花油、椰子油及它们的组合。无机油包括例如但不限于，硅油、矿物油及它们的组合。
该材料任选地为复合材料，例如包括多个污染物的混合物，并且通常含有至少一种疏水性材料。污染结构化材料的材料可使用由水组成的水性流体容易地去除。如果需要，一种或多种另外的组分可以被包含在水性流体中，诸如两性离子材料、表面活性剂、生物杀灭剂、芳香剂和/或不影响流体管理性能的清洁溶液通常采用的其它添加剂。
取决于结构化表面的位置(例如，在地板或墙壁上)，可方便地使用诸如布或拖把的清洁工具来摩擦结构化表面。用清洁工具擦拭经常与浸没结构化表面组合，例如通过在结构化表面上倾倒一定体积的水性流体并且擦拭结构化表面上的流体。当结构化表面存在于难以触及的位置(例如，在架空管道或天花板上)时，可方便地用水性流体冲洗结构化表面(例如，在表面上喷洒水性流体)或在结构化表面上将来自饱和大气压的水性流体冷凝出。
当结构化表面包括流体控制膜(如以上详细公开)时，流体控制膜在浸没于水性流体或用水性流体冲洗时由于水性流体通过流体控制膜的毛细作用而至少部分地自清洁。例如，在某些实施方案中，通过水性流体毛细升高的至少一些自清洁可在流体控制膜的边缘刚浸没于水性流体时发生。因此，在水性流体和流体控制膜(即，结构化表面)之间需要最小的力来有效地去除污染流体控制膜的材料。在其中流体控制膜具有主通道和次通道的某些实施方案中，例如，以将填充次通道的水性流体体积的1至10倍的量使用水性流体以去除该材料。有利地，流体控制膜在去除该材料之后通常提供在污染该流体控制膜之前水毛细升高的至少20％、或至少40％、或至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少70％、或至少75％、或至少80％的水毛细升高。
这种在污染和/或热老化后的亲水性以及水毛细现象的维持有利于实现成功的冷凝管理程序，这是由于潜在地同时改善了产品的贮藏寿命和性能寿命。
本文描述了包括以下项目的各种实施方案。
项目1是一种流体控制膜，其包括沿着通道纵向轴线延伸的多个流体控制通道的，这些流体控制通道中的每个具有表面并且被构造成允许液体在通道中毛细运动；以及共价键合至流体控制通道的表面的至少一部分的亲水表面处理物。流体控制膜表现出至少10％的毛细升高百分比回收率。
项目2是根据项目1所述的流体控制膜，其中流体控制通道具有小于500微米的深度。
项目3是根据项目1或项目2所述的流体控制膜，其中亲水表面处理物包含非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合。
项目4是根据项目1至3中任一项所述的流体控制膜，其中该亲水表面处理物包含两性离子磺酸盐官能的硅烷、两性离子羧酸盐官能的硅烷、两性离子磷酸盐官能的硅烷、两性离子膦酸官能的硅烷、两性离子膦酸盐官能的硅烷或它们的组合。
项目5是根据项目1至4中任一项所述的流体控制膜，其中该亲水表面处理物包含具有下式(II)的两性离子型硅烷：
(R1O)p-Si(Q1)q-W-N+(R2)(R3)-(CH2)m-Zt-
(I)
在式(I)中，每个R1独立地为氢、甲基基团或乙基基团。在式(I)中，每个Q1独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团。在式(I)中，每个R2和R3独立地为饱和或不饱和的、直链、支链、或环状的有机基团(优选地具有20个碳原子或更少)，其可任选地与基团W的原子连接在一起形成环。在式(I)中，W为有机连接基团。在式(I)中，Zt-为–SO3 -、–CO2 -、–OPO3 2-、–PO3 2-、–OP(＝O)(R)O-或它们的组合，其中t为1或2，并且R为脂族、芳族、支链、直链、环状或杂环基团(优选地具有20个碳原子或更少，更优选地R为具有20个碳原子或更少的脂族，并且甚至更优选地R为甲基、乙基、丙基或丁基)。在式(I)中，p和m为1至10(或1至4，或1至3)的整数。在式(I)中，q为0或1，并且p+q＝3。
项目6是根据项目1至5中任一项所述的流体控制膜，其中该非两性离子阴离子硅烷包括非两性离子磺酸醇官能的硅烷、非两性离子EDTA官能的硅烷或它们的组合。
项目7是根据项目1至6中任一项所述的流体控制膜，其中该亲水表面处理物包含具有下式(II)的非两性离子阴离子硅烷：
[(MO)(Q2)nSi(XCH2Vt-)3-n]Y2/nr +r
(II)
在式(II)中，每个Q2独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团。在式(II)中，M选自氢、碱金属和平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子。在式(II)中，X为有机连接基团。在式(II)中，Vt-为–SO3 -、–CO2 -、–[OCH2CH2]nO-或它们的组合，其中t为1或2，并且n为1至10的整数。在式(II)中，Y选自氢、碱土金属(例如，镁、钙等)、平均分子量小于200且pKa小于11的质子化弱碱(例如，4-氨基吡啶、2-甲氧基乙胺、苄胺、2,4-二甲基咪唑、3-[2-乙氧基(2-乙氧基乙氧基)]丙胺)的有机阳离子、碱金属以及平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子(例如，+N(CH3)4、+N(CH2CH3)4)，前提条件是当Y选自氢、碱土金属和所述质子化弱碱的有机阳离子时，M为氢。在式(II)中，r等于Y的化合价；并且n为1或2。
项目8是根据项目1至7中任一项所述的流体控制膜，该流体控制膜还包括设置在流体控制通道的表面的至少一部分上的硅质底漆，其中亲水表面处理物通过硅质底漆结合微通道的表面。
项目9是根据权利要求8所述的流体控制膜，其中该硅质底漆包括被布置为形成连续的三维多孔网络的多个酸烧结互连二氧化硅纳米粒子。
项目10是根据项目8所述的流体控制膜，其中该硅质底漆包括相关联地附接至流体控制通道表面的至少一部分的含硅材料。
项目11是根据项目1至10中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜表现出至少15％、或至少20％、或至少25％、或至少30％、或至少35％、或至少40％、或至少45％、或至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少65％的毛细升高百分比回收率。
项目12是根据项目1至11中任一项所述的流体控制膜，其中该多个流体控制通道包括主通道，每个主通道包括具有高度hp的第一主脊和第二主脊。
项目13是根据项目12所述的流体控制膜，其中该多个流体控制通道还包括设置在主通道的第一主脊和第二主脊之间的次通道，每个次通道均与至少一个具有高度hs的次脊相联，其中hp>hs。
项目14是根据项目1至13中任一项所述的流体控制膜，其中该多个流体控制通道被构造成对通道中的液体提供大于该液体上的重力的毛细力。
项目15是根据项目1至14中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少15％的水毛细升高。
项目16是根据项目1至15中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少20％的水毛细升高。
项目17是根据项目1至16中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少25％的水毛细升高。
项目18是根据项目1至17中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少35％的水毛细升高。
项目19是根据项目1至18中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少40％的水毛细升高。
项目20是根据项目1至19中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少50％的水毛细升高。
项目21是根据项目1至20中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜在暴露于150华氏度(65.6摄氏度)的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少55％的水毛细升高。
项目22是根据项目1至21中任一项所述的流体控制膜，其中该流体控制膜附接至结构的外表面并且沿着该外表面的纵向轴线延伸，并且其中通道纵向轴线相对于外表面的纵向轴线形成介于0°和90°之间的角度。
项目23是根据项目1至22中任一项所述的流体控制膜，其中该亲水表面处理物还包括至少一种硅酸盐。
项目24是根据项目23所述的流体控制膜，其中该至少一种硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、二氧化硅、原硅酸四乙酯、聚(二乙氧基硅氧烷)或它们的组合。
项目25是一种用于形成流体控制膜的方法，该方法包括连续地使可流动材料与模塑工具的模塑表面彼此线接触；在可流动材料内形成多个微通道；固化可流动材料以形成伸长的流体控制膜，流体控制膜具有沿着纵向轴线的长度和宽度，该长度大于该宽度，其中微通道沿着通道纵向轴线而形成；以及使亲水表面处理物共价键合至微通道表面的至少一部分，该亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
项目26是根据项目25所述的方法，其中该亲水表面处理物包含两性离子型硅烷。
项目27是根据项目25或项目26所述的方法，其中该亲水表面处理物包含具有下式(I)的两性离子型硅烷：
(R1O)p-Si(Q1)q-W-N+(R2)(R3)-(CH2)m-Zt-
(I)
在式(I)中，每个R1独立地为氢、甲基基团或乙基基团。在式(I)中，每个Q1独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团。在式(I)中，每个R2和R3独立地为饱和或不饱和的、直链、支链、或环状的有机基团(优选地具有20个碳原子或更少)，其可任选地与基团W的原子连接在一起形成环。在式(I)中，W为有机连接基团。在式(I)中，Zt-为–SO3 -、–CO2 -、–OPO3 2-、–PO3 2-、–OP(＝O)(R)O-或它们的组合，其中t为1或2，并且R为脂族、芳族、支链、直链、环状或杂环基团(优选地具有20个碳原子或更少，更优选地R为具有20个碳原子或更少的脂族，并且甚至更优选地R为甲基、乙基、丙基或丁基)。在式(I)中，p和m为1至10(或1至4，或1至3)的整数。在式(I)中，q为0或1；并且p+q＝3。
项目28是根据项目25至27中任一项所述的方法，其中该非两性离子阴离子硅烷包括非两性离子磺酸醇官能的硅烷、非两性离子EDTA官能的硅烷、非两性离子磷酸盐官能的硅烷、非两性离子膦酸官能的硅烷或它们的组合。
项目29是根据项目25至28中任一项所述的方法，其中该亲水表面处理物包含具有下式(II)的非两性离子阴离子硅烷：
[(MO)(Q2)nSi(XCH2Vt-)3-n]Y2/nr +r
(II)
在式(II)中，每个Q2独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团。在式(II)中，M选自氢、碱金属和平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子。在式(II)中，X为有机连接基团。在式(II)中，Vt-为–SO3 -、–CO2 -、–[OCH2CH2]nO-或它们的组合，其中t为1或2，并且n为1至10的整数。在式(II)中，Y选自氢、碱土金属(如镁、钙等)、平均分子量小于200且pKa小于11的质子化弱碱(例如，4-氨基吡啶、2-甲氧基乙胺、苄胺、2,4-二甲基咪唑、3-[2-乙氧基(2-乙氧基乙氧基)]丙胺)的有机阳离子、碱金属以及平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子(例如，+N(CH3)4、+N(CH2CH3)4)，前提条件是当Y选自氢、碱土金属和所述质子化弱碱的有机阳离子时，M为氢。在式(II)中，r等于Y的化合价；并且n为1或2。
项目30是根据项目29所述的方法，其中该EDTA硅烷亲水表面处理物共价键合至来自酸性溶液的微通道的至少一部分。
项目31是根据项目25至30中任一项所述的方法，该方法还包括将硅质底漆施加至多个微通道表面的至少一部分，该亲水表面处理物通过硅质底漆结合至微通道的表面。
项目32是根据项目31所述的方法，其中该硅质底漆包括被布置为形成连续的三维多孔网络的多个酸烧结互连二氧化硅纳米粒子。
项目33是根据项目31或32所述的方法，其中施加硅质底漆包括使多个微通道表面的至少一部分与含纳米粒子的涂料组合物接触，其中含纳米粒子的涂料组合物包含pH小于5的水性分散体，该水性分散体包括平均粒径为40纳米或更小的二氧化硅纳米粒子和pKa小于或等于3.5的酸；并且
干燥含纳米粒子的涂料组合物以便在多个微通道表面的至少一部分上提供硅质底漆。
项目34是根据项目31至33中任一项所述的方法，其中该硅质底漆包括相关联地结合至多个微通道的至少一部分的含硅材料。
项目35是根据项目34所述的方法，其中施加硅质底漆包括通过等离子体沉积形成共价键合至微通道的至少一部分的含硅材料的层。
项目36是根据项目35所述的方法，其中该等离子体沉积包括使用至少一种含硅烷材料和氧气的气态混合物。
项目37是根据项目25至36中任一项所述的方法，该方法还包括将流体控制膜附接至结构的外表面使得该流体控制膜沿着该外表面的纵向轴线延伸，并且其中通道纵向轴线相对于外表面的纵向轴线形成介于0°和90°之间的角度。
项目38是根据项目25至37中任一项所述的方法，其中该流体控制膜表现出至少10％、或至少15％、或至少20％、或至少25％、或至少30％、或至少35％、或至少40％、或至少45％、或至少50％、或至少55％、或至少60％、或至少65％的毛细升高百分比回收率。
项目39是根据项目25至38中任一项所述的方法，其中该亲水表面处理物还包括至少一种硅酸盐。
项目40是根据项目39所述的方法，其中该至少一种硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、二氧化硅、原硅酸四乙酯、聚(二乙氧基硅氧烷)或它们的组合。
项目41是一种用于清洁结构化表面的方法，该方法包括提供结构化表面和共价键合至该结构化表面的至少一部分的亲水表面处理物；用一种材料污染该结构化表面；通过将结构化表面浸入水性流体中、用水性流体冲洗结构化表面、将水性流体冷凝在结构化表面上或用清洁工具擦拭结构化表面中的至少一种来去除该材料；其中该结构化表面至少50％的二维投影面积不含该材料。
项目42是根据项目41所述的方法，其中该结构化表面至少70％的二维投影面积不含该材料。
项目43是根据项目41或项目42所述的方法，其中该结构化表面至少90％的二维投影面积不含该材料。
项目44是根据项目41至43中任一项所述的方法，其中该亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
项目45是根据项目41至44中任一项所述的方法，其中该材料包括油。
项目46是根据项目41至45中任一项所述的方法，其中该材料包括有机油。
项目47是根据项目41至46中任一项所述的方法，其中该材料包括原油、杏仁油、蓖麻油、椰子油、大豆油、油菜籽油、棉籽油、向日葵籽油、花生油、棕榈油、棕榈仁油、芝麻油、亚麻籽油(linseed oil)、玉米油(maize oil)、椰子油、花生油、橄榄油、大麻籽油、玉米油(corn oil)、芥子油、亚麻籽油(flaxseed oil)、杏仁油、摩洛哥坚果油、鳄梨油、辣木油、腰果油、葡萄籽油、榛子油、印度楝树油、南瓜籽油、米糠油、核桃油、红花油、干椰子肉油及它们的组合。
项目48是根据项目41至47中任一项所述的方法，其中该材料包括无机油。
项目49是根据项目41至48中任一项所述的方法，其中该材料包括硅油或矿物油。
项目50是根据项目41至49中任一项所述的方法，其中该水性流体包括两性离子材料。
项目51是根据项目41至49中任一项所述的方法，其中该水性流体由水组成。
项目52是根据项目41至51中任一项所述的方法，其中用清洁工具的擦拭包括用布或拖把进行擦拭。
项目53是根据项目41至52中任一项所述的方法，其中该结构化表面包括流体控制膜。
项目54是根据项目53所述的方法，其中该流体控制膜在去除该材料后提供在污染该流体控制膜之前水毛细升高的至少20％的水毛细升高。
项目55是根据项目53或项目54所述的方法，其中该流体控制膜在去除该材料后提供在污染该流体控制膜之前水毛细升高的至少40％的水毛细升高。
项目56是根据项目53至55中任一项所述的方法，其中该流体控制膜在去除该材料后提供在污染该流体控制膜之前水毛细升高的至少50％的水毛细升高。
项目57是根据项目53至56中任一项所述的方法，其中该流体控制膜在去除该材料后提供在污染该流体控制膜之前水毛细升高的至少60％的水毛细升高。
项目58是根据项目53至57中任一项所述的方法，其中该流体控制膜在去除该材料后提供在污染该流体控制膜之前水毛细升高的至少80％的水毛细升高。
项目59是根据项目53至58中任一项所述的方法，其中该流体控制膜在浸没于水性流体或用水性流体冲洗时由于水性流体通过流体控制膜的毛细作用而至少部分地自清洁。
项目60是根据项目53至59中任一项所述的方法，其中该多个流体控制通道包括主通道，每个主通道包括具有高度hp的第一主脊和第二主脊。
项目61是根据项目60所述的方法，其中该多个流体控制通道还包括设置在主通道的第一主脊和第二主脊之间的次通道，每个次通道均与具有高度hs的至少一个次脊相联，其中hp>hs。
项目62是根据项目61所述的方法，其中以将填充次通道的水性流体体积的1至10倍的量使用该水性流体以去除该材料。
项目63是根据项目41至62中任一项所述的方法，其中该亲水表面处理物还包括至少一种硅酸盐。
项目64是根据项目63所述的方法，其中该至少一种硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、二氧化硅、原硅酸四乙酯、聚(二乙氧基硅氧烷)或它们的组合。
实施例
所用材料：
微通道流体控制膜-基底A的制备
根据美国专利No.6,372,323描述的方法，通过将低密度聚乙烯聚合物(DOW 955I，以“DOW LDPE 955I”的商品名购自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow ChemicalCompany))挤出压花到圆柱形工具上来制备微通道流体控制膜。通过金刚石车削图2B中示出的为负性浮雕的凹槽图案来制备该工具。相对于柱轴以80°螺旋角切割凹槽，从而产生具有相对于膜纵向的(幅材长度方向(down web))方向以20°而取向的通道的膜。将聚合物在挤出机中于365℉(185℃)下熔融并且使用500PSI的辊隙压力通过模头进入加热至200℉(93℃)的工具辊和70℉(21.1℃)的光滑支承辊之间的辊隙。调整挤出机速度和工具旋转速度以产生具有290微米总体厚度的膜。
微通道流体控制膜-基底B的制备
然后使用如美国专利公布2007/0139451所述的平行板电容耦合等离子体反应器将带有硅烷和硅氧烷基团的亲水涂层施加至基底A的膜上。腔室具有22.7ft2(2.5m2)的通电电极面积。在将流体转移膜放置在通电电极上后，反应室被降压至小于1.3Pa(10mTorr)的基准压。六甲基二硅氧烷和氧气(O2)气体的混合物分别以每分钟200标准立方厘米(SCCM)和1000SCCM的速率流入腔室内。使用等离子体增强式化学气相沉积(CVD)方法，通过以13.56MHz的频率和7500瓦特的外加功率将RF功率耦合至反应器中来进行处理。通过以30ft/min(9.1m/min)的速率移动流体转移膜通过反应区来控制处理时间，从而导致10秒的暴露时间。在初始处理后，腔室被抽空并且O2气体以1500SCCM的速率流入腔室内。以13.56MHz的频率和7500瓦特的外加功率将RF功率耦合至腔室中。通过以30ft/min(9.1m/min)的速率移动流体输送膜通过反应区来控制处理时间。在2nd处理后，停止RF功率和气体供应并且使腔室返回至大气压。
微通道流体控制膜-基底C和基底D的制备：
为了制备基底C和基底D，然后使用二氧化硅纳米粒子分散体和#4迈耶棒(Meyerrod)将带有二氧化硅纳米粒子的亲水涂层施加至以上制备的膜(基底A)上，接着将涂覆的基底在90℃下干燥10分钟。对于基底C，二氧化硅纳米粒子分散体是通过添加去离子水稀释至5重量％固体并且随后通过逐滴添加1M HNO3将pH调节至2的NALCO 1115。对于基底D，二氧化硅纳米粒子分散体是通过添加去离子水稀释至5重量％固体并且随后通过逐滴添加1MHNO3将pH调节至2的NALCO 1115和NALCO 2329的混合物(以70:30的重量比)。
两性离子型硅烷的合成
使用描述于US20120273000中的过程，通过向螺旋口瓶添加49.7g(239mmol)的3-(N,N-二甲基氨基丙基)三甲氧基硅烷，向同一螺旋口瓶添加82.2g去离子水和32.6g(239mmol)的1,4-丁烷磺内酯并且将混合物加热至75℃保持14小时来制备这种分子。
磺酸醇基硅烷的合成
使用描述于US4235638中的过程来制备以上示出的磺酸醇基硅烷。将包含20g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和100g甲醇的溶液缓慢添加至含有10.8g亚硫酸钠和208g去离子水的1L烧瓶中。当温度升高至50℃时搅拌反应混合物并且在该温度下保持17小时。所得溶液是非常淡的黄色。
制备例PE1-PE15
通过使用去离子(DI)水将所需的硅烷组分稀释至2重量％来制备PE1-PE15硅烷涂层溶液。如果该硅烷是PEG硅烷，那么使用95/5重量％的IPA/DI水混合物代替仅使用DI水来将PEG硅烷稀释至2重量％。按所稀释的样子使用溶液，或者通过向搅拌的硅烷溶液中逐滴添加1M HNO3或1M NaOH来调节pH。使用VWR sympHony SB70P pH计(可得自美国宾夕法尼亚州拉德诺的VWR公司)来测量每种溶液的pH。以下表1总结了PE1-PE15中每个的硅烷涂层溶液的组成。
表1.
实施例1-12(EX1-EX12)和比较例A-I(CEA-CEI)
为了制备EX1-EX12和CEE-CEI膜，将如上所述制备的基底B-D膜浸入PE1-PE15中如上所述制备的所需硅烷涂层溶液中至少48小时。然后将基底膜从涂层溶液去除，用600mL/min流动的去离子水冲洗30秒，并且允许在环境条件下干燥来制备硅烷涂层膜。CEA-CED样品分别为裸露的基底A-D(即，没有硅烷涂层)。然后，从EX1-EX12和CEA-CEI膜的每个上切割1"×1"(2.54cm×2.54cm)的片。将Texas原油移液至膜上，使得整个膜表面被覆盖。然后将油涂覆的膜样品在100mL的DI水中浸没3分钟并且移除。一旦移除，在视觉上估计无油表面的份数。以下表2总结了使用的基底膜、硅烷的类型，以及在针对EX1-EX12和CEA-CEI中每个的Texas原油测试之后无油表面的份数(％)。
表2.
实施例13-17(EX13-EX17)和比较例J-N(CEJ-CEN)
运行EX13-EX17和CEJ-CEN样品以确定EX1和CEB膜在暴露于矿物油、花生油、硅油或原油中的一种污染之前和之后的水毛细升高。选择EX1和CEB用于这些实施例，因为EX1在易清洁性能(即，最大的无油表面％)测试中具有以上最好性能。通过测定在EX1和CEB膜在暴露于矿物油、花生油、硅油或原油中的一种污染之前和之后两分钟内于其上输送的水的垂直高度来测量毛细升高。将每个测量重复三次并且记录随着变化的平均值。用去离子水冲洗每个样品并且允许在进行“污染后”毛细高度测量之前完全干燥。还可以确定回收率％，该回收率是污染后保留的毛细升高相对于污染前毛细升高的百分比。毛细升高(又名毛细高度)被认为是冷凝管理膜应用的一个重要性能参数，其中大的毛细升高表明水的广泛的延展/成片以及随之而来的水的快速蒸发。以下表3总结了EX13-EX17和CEJ-CEN中每个在污染之前和之后的毛细升高数据，污染物以及回收率％。
表3.
| 实施例 | 基底膜 | 污染物 | 毛细高度(cm) | 回收率％ |
| CEJ | CEB | 无 | 17.6±0.8 | N/A |
| CEK | CEB | 矿物油 | 15.2±1.7 | 86 |
| CEL | CEB | 花生油 | 3.3±0.1 | 19 |
| CEM | CEB | 硅油 | 0.5±0.1 | 3 |
| CEN | CEB | Texas原油 | 0.9±0.1 | 5 |
| EX13 | EX1 | 无 | 19.4±0.7 | N/A |
| EX14 | EX1 | 矿物油 | 17.5±1.2 | 90 |
| EX15 | EX1 | 花生油 | 9.5±1.0 | 49 |
| EX16 | EX1 | 硅油 | 10.4±1.1 | 54 |
| EX17 | EX1 | Texas原油 | 4.7±1.0 | 24 |
N/A意指不适用
实施例18-19(EX18-EX19)和比较例S-T(CEO-CEP)
运行EX18-EX19和CEO-CEP样品以确定EX1和CEB膜在150℉下热老化四天之前和之后的水毛细升高。选择EX1和CEB用于这些实施例，因为EX1在易清洁性能(即，最大的无油表面％)测试中具有以上最好性能。通过测定在EX1和CEB膜暴露于150℉下热老化四天之前和之后两分钟内于其上输送的水的垂直高度来测量毛细升高。将每个测量重复三次并且记录随着变化的平均值。还可以确定回收率％，该回收率是热老化后保留的毛细升高相对于热老化前毛细升高的百分比。以下表4总结了EX18-EX19和CEO-CEP中每个的在150℉下热老化四天之前和之后的毛细升高数据，以及回收率％。
表4.
| 实施例 | 基底膜 | 热老化 | 毛细高度(cm) | 回收率％ |
| CEO | CEB | 无 | 21.7±0.1 | N/A |
| CEP | CEB | 150℉下4天 | 2.0±0.3 | 9 |
| EX18 | EX1 | 无 | 21.4±0.6 | N/A |
| EX19 | EX1 | 150℉下4天 | 13.9±1.4 | 65 |
N/A意指不适用
公开的实施例中所提及的具体材料及其尺寸以及其它条件和细节，不应被解释为是对本公开的不当限制。尽管已经使用特定于结构特征和/或方法操作的语言描述了本主题，但应当理解，由所附权利要求书限定的主题不必局限于上文所述的具体特征或操作。更确切地说，上文所述的具体特征和操作是作为实施权利要求书的实施形式而公开的。此外，本文引用的所有出版物、公开的专利申请和公布的专利均以引用方式全文并入本文，犹如被特别地和单独地指出的各个出版物或专利都以引用方式并入一般。
Claims (13)
1.一种流体控制膜，所述流体控制膜包括：
沿着通道纵向轴线延伸的多个流体控制通道，所述流体控制通道中的每个均包括表面并且被构造成允许液体在所述通道中毛细运动；以及
共价键合至所述流体控制通道的所述表面的至少一部分的亲水表面处理物，并且其中所述流体控制膜表现出至少10％的毛细升高百分比回收率，其中所述毛细升高百分比回收率是污染后保留的毛细升高相对于污染前毛细升高的百分比，其中所述亲水表面处理物包含具有下式(I)的两性离子型硅烷：
(R1O)p-Si(Q1)q-W-N+(R2)(R3)-(CH2)m-Zt-
(I)
其中：
每个R1独立地为氢、甲基基团或乙基基团；
每个Q1独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团；
每个R2和R3独立地为饱和或不饱和的、直链、支链、或环状的有机基团，其可任选地与基团W的原子连接在一起形成环；
W为有机连接基团；
Zt-为–SO3 -、–CO2 -、–OPO3 2-、–PO3 2-、–OP(＝O)(R)O-或它们的组合，其中t为1或2，并且R为脂族、芳族、支链、直链、环状或杂环基团；
p和m为1至10的整数；
q为0或1；并且
p+q＝3。
2.根据权利要求1所述的流体控制膜，其中所述亲水表面处理物包含选自非两性离子磺酸盐、非两性离子羧酸盐、两性离子磺酸盐、两性离子羧酸盐、两性离子磷酸盐、两性离子膦酸、两性离子膦酸盐或它们的组合的官能团。
3.根据权利要求1所述的流体控制膜，其中所述亲水表面处理物包含具有下式(II)的非两性离子阴离子硅烷：
[(MO)(Q2)nSi(XCH2Vt-)3-n]Y2/nr +r
(II)
其中：
每个Q2独立地选自羟基、含有1至4个碳原子的烷基基团和含有1至4个碳原子的烷氧基基团；
M选自氢、碱金属和平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子；
X为有机连接基团；
Vt-为–SO3 -、–CO2 -、–[OCH2CH2]nO-或它们的组合，
其中t为1或2，并且n为1至10的整数；
Y选自氢、碱土金属、平均分子量小于200且pKa小于11的质子化弱碱的有机阳离子、碱金属、以及平均分子量小于150且pKa大于11的强有机碱的有机阳离子，前提条件是当Y选自氢、碱土金属和所述质子化弱碱的有机阳离子时，M为氢；
r等于Y的化合价；并且
n为1或2。
4.根据权利要求1所述的流体控制膜，所述流体控制膜还包括设置在所述流体控制通道的所述表面的至少一部分上的硅质底漆，其中所述亲水表面处理物通过所述硅质底漆结合微通道的表面。
5.根据权利要求4所述的流体控制膜，其中所述硅质底漆包括被布置为形成连续的三维多孔网络的多个酸烧结互连二氧化硅纳米粒子。
6.根据权利要求4所述的流体控制膜，其中所述硅质底漆包括相关联地附接至所述流体控制通道的所述表面的至少一部分的含硅材料。
7.根据权利要求1所述的流体控制膜，其中所述流体控制通道包括小于500微米的深度。
8.根据权利要求1所述的流体控制膜，其中所述多个流体控制通道包括主通道，每个主通道包括具有高度hp的第一主脊和第二主脊，并且其中所述多个流体控制通道还包括设置在所述主通道的所述第一主脊和所述第二主脊之间的次通道，每个次通道均与具有高度hs的至少一个次脊相联，其中hp>hs。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体控制膜，其中所述流体控制膜在暴露于150华氏度的升高温度四天之后提供在暴露于升高温度之前水毛细升高的至少20％的水毛细升高。
10.根据权利要求1所述的流体控制膜，其中所述流体控制膜附接至结构的外表面并且沿着所述外表面的纵向轴线延伸，并且其中所述通道纵向轴线相对于所述外表面的所述纵向轴线形成介于0°和90°之间的角度。
11.一种用于清洁结构化表面的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至10中任一项所述的流体控制膜，其中所述流体控制膜包含所述结构化表面；
用一种材料污染所述结构化表面；以及
通过将所述结构化表面浸入水性流体中、用水性流体冲洗所述结构化表面、或将水性流体冷凝在所述结构化表面上、或用清洁工具擦拭所述结构化表面中的至少一种来去除所述材料；
其中所述结构化表面的至少50％的二维投影面积不含所述材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述流体控制膜在去除所述材料后提供在污染所述流体控制膜之前水毛细升高的至少20％的水毛细升高。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述流体控制膜在浸没于所述水性流体或用所述水性流体冲洗时由于所述水性流体通过所述流体控制膜的毛细作用而至少部分地自清洁。
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