CN107405418A - 复合膜 - Google Patents
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Abstract
一种用于挥发性组合物的填充盒，包括：储层；所述储层中的挥发性组合物；以及与所述储层流体连通的复合膜。所述复合膜包括：阻挡层，具有小于10μm的厚度；和至少一个支撑层，与所述阻挡层接触，所述支撑层具有至少10μm的厚度。其中，在约25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1‑100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜。
Description
相关申请的交互参照
本申请要求2015年3月19日提交的题为“复合膜”的美国临时专利申请Nos.62/135,359，和2015年5月21日提交的题为“复合膜”的Nos.62/165,039的优先权，这两个临时专利申请被纳入此处作为参考。
关于联邦政府资助的研究或开发
不适用
序列表
不适用
发明背景
1发明领域
本发明涉及一种用于传递挥发性组合物的膜，更具体地说，涉及一种具有阻挡层和支撑层的复合膜。
2发明背景说明
为了有效去除各种环境中的空气恶臭(例如，家庭和封闭的公共建筑)，通常是通过气味掩蔽或破坏，以及通过分配害虫控制物质来杀死或阻止昆虫或其他害虫。各种汽相分配装置或系统已被用于这些目的。典型的汽相分配装置将无源或有源排放的挥发性组合物或物质提供到大气中。无源分配器的例子包括胶盒，混合香料，扩散器系统、气溶胶等。相比较而言，有源汽相分配装置可包括风扇、加热器或其它驱动分配机制，通常被设计用来增加传送速率、在特定方向上直接传送、按需分配汽相，或上述组合。
目前，无源和有源系统都可能会出现一些缺点，因为过量的元素可能影响汽相分配装置用于散发芳香剂、害虫控制剂或其他挥发性组合物的功效。例如，将处理的空间的整个体积因素，处理半径(即，自汽相分配装置的线性距离)、温度、湿度、气流、气压、地理位置、电源插座的可用性，安全性事项(如是否有小孩或宠物)等，可能对汽相分配装置的功效产生影响。
通常，汽相分配装置的制造商可以提供应用广泛的汽相分配装置，为此类装置的用户提供用于解决所遇到的不同条件、环境和需求的装置。制造商投资研究和开发各种不同的、可能完全不同的汽相分配装置技术。然后制造商可能依赖不同的技术、原材料和设备来生产膜、储层、壳体、电子元件等来制造所设计的装置。
鉴于汽相分配装置制造商面临的上述问题，需要提供一种方法，来跨平台的标准化或简化此类装置的开发和制备。此外(或附加地)，提供一种汽相分配装置，从而可更广泛或更有效地将芳香剂、害虫控制剂等传送到环境中。
发明内容
根据一个实施例，一种用于挥发性组合物的填充盒，包括：储层；所述储层中的挥发性组合物；和与所述储层流体连通的复合膜。所述复合膜包括阻挡层，具有约小于10μm的厚度，和至少一个支撑层，与所述阻挡层接触，所述支撑层具有至少约10μm的厚度，其中，在约25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1-100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜。
根据另一个实施例，一种用于挥发性组合物的填充盒，包括：储层；所述储层中的挥发性组合物；和与所述储层流体连通的复合膜，所述复合膜包括第一支撑层，具有至少10μm的厚度，第二支撑层，具有至少约10μm的厚度，和阻挡层，位于所述第一支撑层和所述第二支撑层之间，所述阻挡层具有约小于10μm的厚度，其中，在约25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1-100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜，其中，所述挥发性组合物包括多个芳香分子，且其中，在约25℃和101kPa下，所述芳香分子以至少约0.006g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜。
根据又另一个实施例，一种汽相分配装置，包括：壳体；复合膜，配置在所述壳体中；和储层，配置在所述壳体中并与所述复合膜流体连通。所述复合膜具有阻挡层，厚度约小于10μm，和至少一个支撑层，与所述阻挡层接触，所述支撑层具有至少约10μm的厚度。挥发性组合物配置在所述储层中，其中，在约25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1-100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜。进一步，所述阻挡层以低选择性为特征来传递所述挥发性组合物。
附图简要说明
以下参照附图进行更详细地说明，本发明的其他方面和优点将更加清楚。
图1是示出含有复合膜的分配器的正视图；
图2是示出图1的分配器的后视图；
图3是沿图1的线3-3示出第一条件下图1的分配器的横截面图；
图4A是类似于图3，示出图1的分配器的一个实施例的横截面图，分配器为空气可能进入储层的第二条件下；
图4B是类似于图3，示出图1的分配器的横截面图，分配器为空气可能没有进入储层的第二条件下；
图5是示出含有阻挡层和支撑层的复合膜的一个实施例的部分横截面图；
图6是示出含有位于两个支撑层之间的阻挡层的复合膜的另一实施例的部分横截面图；
图7是示出含有复合膜、挥发性组合物储层，和量表的测试单元的示意图；
图8是示出随时间变化的重量损失率图，数据显示出不包含膜、包含第一复合膜A、第二复合膜B，和控制膜的系统；
图9是示出随时间变化的重量损失率图，数据显示出含有PDMS复合膜的系统；
图10是示出代表性PISO系统的随时间变化的重量损失率图，数据显示出含有指定的C5成分和指定的C6成分的挥发性组合物；
图11是示出代表性PISO系统的随时间变化的重量损失率图，数据显示出含有指定的C9成分和指定的C10成分的挥发性组合物；
图12是示出代表性PISO系统的随时间变化的重量损失率图，数据显示出含有指定的C13成分和指定的C14成分的挥发性组合物；
图13是示出代表性PISO系统的随时间变化的重量损失率图，数据显示出含有指定的C1成分和指定的C2成分的挥发性组合物。
具体说明
在许多情况下，汽相分配装置可被配置用来将挥发性物质无源或有源地散发到大气中。在一个例子中，可用来将芳香剂散发到房间或家庭等空间以提供宜人的香气。在另一个例子中，可用来将害虫控制剂散放到大气中以驱除或消灭诸如蚊子或其他昆虫等有害生物。在另一个例子中，可用来将除臭剂散发到环境中，以中和恶臭或类似气味。因此，许多类型的汽相分配装置包括储层，来用于容纳挥发性组合物。然而，挥发性组合物从储层至大气的传送可能会因一个或多个因素而变得复杂。例如，类似插入式香油(PISO)分配器的有源分配器通常需要类似火焰或电的能源以传送挥发性物质。相比之下，无源分配器，类似基于凝胶的分配器可能无法以相当于有源分配器的高速率进行传送。此外，取决于所选择的汽相分配装置的类型或放置汽相分配装置的环境，可能还会出现更多的问题。因此，汽相分配装置的制造商可能需要投资装置的各种研究、开发和制造。这些尝试可能会在经济和运筹上面临挑战。
使用在此公开的示例性复合膜或含有复合膜的汽相分配装置可以解决这些问题和其他问题。在一个方面，本公开可提供多功能复合膜，用于多种汽相分配系统。因此，使用所公开的复合膜可进行更集中的研究和开发工作，以及更为简化的制造过程。复合膜的实施例可包括配置在支撑层上的阻挡层。阻挡层可以是厚度约小于10μm的相对较薄的半渗透膜(0.00001m)。阻挡层可以配置在厚度至少约为10μm的相对较厚的多孔支撑层上。在其他实施例中，阻挡层可小于10μm，且支撑层可至少为10μm或大于10μm。
在一般情况下，传统的基于膜的挥发性传递系统可包括厚度至少为10μm的膜。由于较薄的膜可能太脆弱或太容易损坏，因此厚度至少为10μm的膜可能被要求维持膜的机械完整性。然而，令人惊讶的发现具有配置在相对较厚的支撑层上厚度小于10μm的阻挡层的复合膜可用于在各种条件下传送挥发性组合物，包括显示出高温或压力降穿过膜，以及其他类似的条件。此外，与传统的基于膜的汽相分配装置相比，复合膜可以是具有较低的选择性和增强的渗透特性。因此，挥发性物质可以通过膜被传送至环境中，而不会随着时间变化大幅度改变包含在挥发性组合物中的各个物种的比例。
在一些实施例中，复合膜可以包括阻挡层，该阻挡层被配置为速率限制层，质量传递穿过复合膜。也就是说，对于具有阻挡层和支撑层的两层复合膜，阻挡层(而不是支撑层)可以限制速率来质量传递穿过复合膜。然而，应理解，复合膜的实施例中可具有三层或更多层，在此将被说明。相比之下，支撑层可以被配置成非速率限制层，赋予复合膜或其组合机械强度。阻挡层可以包括任何合适的材料，如聚丙烯、聚乙烯、低密度聚乙烯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。类似地，支撑层可以由任何相对多孔的材料(相对于阻挡层)形成，例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其他聚合物或非聚合物多孔材料。
在一些实施例中，复合膜可并入汽相分配装置中。汽相分配装置可以包括复合膜和储层。储层可含有类似芳香剂组合物、害虫控制组合物的挥发性组合物，类似醛类、醇类挥发性有机化合物、和各分子具有1-15个碳原子的酮(即C1-C15)等。对于双层复合膜，多孔支撑层可以朝向储层，并且阻挡层可以朝向挥发性组合物将被传送的环境。在一些实施例中，支撑层可以靠近储层或与其连通，以便将挥发性物质引至阻挡层。相比之下，也可以使用三层或多层膜。非多孔阻挡层可以夹在两个或多个支撑层之间。
在一些实施例中，分配器可以是有源分配器或无源分配器。汽相分配装置可被配置成以相对较高的速率或通量使挥发性组合物穿过复合膜传送到环境中。在无源分配器为例，复合膜可配置成以高达6g/(hr-m2)或更高的速率和通量来传递一种或多种挥发性化合物穿过膜。
实施例中，汽相分配装置可以是被容纳的(例如，防漏)，便携式装置。该装置可以通过在一个或多个复合膜和含有一种或多种挥发性组合物的储层之间形成不透液密封被配置。一段时间后挥发性组合物可被传送穿过膜进入到环境中。一方面，膜可与储层热封。例如，含有非多孔LDPE层的复合膜可与PET层热封。
在一些实施例中，穿过复合膜的目标传送率和通量可至少约为5g/(m2-hr)。在其他实施例中，目标传送率可至少高达10g/(m2-hr)或以上。在其他的实施例中，目标传送率可至少高达20g/(m2-hr)或以上。在实施例中，汽相分配装置是一种无源装置，目标传送率可在室温条件下实现而无需有效温度或压力控制(例如，热或真空中)。此外，复合膜可被功能至少30天且在性能上大幅下降(例如，由于挥发性化合物堵塞毛孔的膜)。相比之下，对于有源汽相分配装置，可以通过使用风扇，加热器，或其他有源分配方法满足或超过目标传送率。
在一方面，用于汽相分配装置的复合膜可通过任何合适的方式被制备。例如，复合膜可基于在准备工业分离系统过程中使用的复合膜时所使用的方法被制备。应该指出的是，虽然复合膜通常被应用到分离过程，但发明人发现复合膜也可以被制备来用于有源和无源汽相分配装置。一方面，发现复合膜的实施例可兼容用于分配或传送范围较广的化合物。此外，复合膜可以被用来制备在不同条件下或在不同环境中使用的汽相分配装置。
在此，用于分离过程的复合膜通常是选择性的，以便在混合物中分离一个或多个物种。相比之下，根据本发明的复合膜可被配置为在挥发性组合物至环境的传送中是非选择性的。在一个示例中，可有效地将组合物传送穿过膜，且不会随时间变化改变组合物的浓度。在另一个例子中，可以使更广泛的一系列化合物(例如，不同的分子量、疏水性、极性等)穿过膜，而不需要排除组合物的成分。此外，复合膜可以在不同的条件下操作。例如，与用于分离过程的膜相比，含有复合膜的无源汽相分配装置可以在环境温度和压力下操作，其通常用于高温或具穿过膜的压降。然而，对于复合膜的其他实施例，可以应用热、光、电能、压力、真空或化学、物理或机械能的其他形式，来有源地传送组合物(即，使用有源汽相分配装置)。
如上所述，复合膜一般用于分离过程，如纳滤、超滤、反渗透、渗透汽化等。然而，这些流程中的每一个可能与本本发明的流程不同。在一个方面，基于膜的分离通常依赖选择性膜来排除进料组合物的一部分，同时允许所需的物种穿过膜。选择性涉及膜调节组合物的一个或多个成分的通道的能力，且流动，涉及相关成分穿过膜的速率。在一个方面，流动可以涉及上下文中的通量(单位面积单位时间内传递穿过膜的质量)，质量损失率(单位时间内汽相分配装置的质量变化)，或渗透速率(单位时间内传递穿过膜的质量)。在另一方面，流动可以是单位面积和单位时间流动穿过膜的流体的体积单位。在一些情况下，渗透率可被归一化至施加的压力。
在另一方面，分离过程通常在非环境条件下操作。例如，渗透汽化过程可通过施加显著压降穿过膜或高温下被操作。虽然存在一些相似之处，但通过将本发明的膜与上述分离过程比较，可较好地理解其之间的差异。此外，理解已知的系统和用于提供分离过程的复合膜的方法可以有助于选择根据本发明的复合膜。
渗透汽化是一种连续的过程，用于分离两个或更多的液体成分，通过使用类似聚合物膜或沸石膜等膜。同样，其与发明的复合膜的实施例形成对比，其中，优选是以非选择性的方式通过复合膜传递组合物。关于渗透汽化，当液体混合物与膜接触时，可以根据分子量、疏水性、电荷等因素从混合物中选择性地除去其中的一个成分。一般来说，渗透汽化过程可以通过施加压降穿过膜被操作，类似在膜下游侧以真空操作。此外，可以向系统提供热量以进一步促进蒸发过程或扫去膜下游侧提供的气体，从而进一步促进质量传递过程。
与限于沸点分离(即蒸馏)的过程相比，基于膜的分离系统可以实现更为复杂的分离，如共沸混合物。然而，这种系统一般用在相对于混合物的其它成分，要分离的成分浓度较小。另外，分离膜被自然地选择，选择性地用于要分离的成分。应用基于膜的分离的系统的实例包括有机溶剂脱水、复原水中或其它水溶液中低浓度(例如，小于10％)的有机化合物，以及有机化合物的混合物分离。
在另一方面，基于膜的分离过程，如纳滤、反渗透和超滤通常是在膜上保持显著压降的情况下进行的。例如，超滤一般在约100kPa至500kPa的压力下进行，纳滤一般在约500kPa至2000kPa的压力下进行，反渗透通常在至少1000kPa的压力下进行。或者，上述分离过程可根据膜的分子量截断来分类。在一方面，反渗透可以用来阻止任何溶质分子的通过。在另一方面，约2nm以下的颗粒经纳滤膜可被排斥。在另一方面，约2nm-0.1mm的颗粒经超滤膜可被排斥。在渗透汽化的情况下，各滤膜的主要目的是通过选择分离。
相比之下，根据本发明的复合膜可在不同条件下被操作。一方面，复合膜可在常温常压下操作。例如，复合膜可以在25℃和100kPa下被操作。此外，穿过膜的压降可能是最小的。因此，复合膜可适合在环境条件下被操作。此外(或附加地)，在此公开的复合膜可在高温下被操作，具有穿过膜的压降，或其组合。
此外，在一些实施例中，复合膜可以非选择性地来用于传递给定的挥发性组合物。复合膜可以传递各种各样含C1-C15碳的分子，如醛类、醇类、酮类。分子可以在大致相同的速率下被传递，从而储层中的挥发性组合物的个别物种的比例在装置的整个使用寿命期间保持不变，复合膜具有以下所述的低选择性。
继续参照用于分离过程的复合膜，膜的过程可以依靠热量的添加或提取，施加压力，或使用真空。作为结果，因热、化学和机械作用，潜在地使系统受到更大磨损。此外，选择性膜容易被污染，从而受限制的分子被卡在膜的毛孔中。
相比之下，本系统可在环境(或非环境)下被操作，从而将挥发性组合物非选择性(即，低选择性)地传送到环境中。因此，本发明公开的膜除了在传送挥发性组合物方面比现有技术膜具优点外，还克服了用于分离的选择性膜相关的一个或多个问题。在一个方面，本发明公开的复合膜由于膜的非选择性配置而不易产生积垢。在另一方面，复合膜的实施例在环境温度或压力下被操作时不易磨损。此外还可实现其他优势。
在一个方面，在选择包含在膜中的一种或多种材料时可以基于诸如化学性质、机械性能、热稳定性、制造成本、选择性或吞吐量等考虑因素。例如，优选是将陶瓷材料包括在复合膜中，因为陶瓷材料在压力或膨胀下不易变形。此外，陶瓷部件对清洁的抵抗力较小。然而，一些陶瓷成分可能比其他类似聚合物的材料成本更高或机械弹性更小。
为了选择膜或膜层的组合以形成复合膜，优选是理解有关质量传递和扩散的理论。可用来模拟质量传递穿过非多孔或半渗透膜(即阻挡层)的一个机制是溶液扩散理论。这一理论解释了包括上游吸收进入至膜中，扩散穿过膜，以及从膜下游吸收或蒸发的过程。溶液扩散理论的一个方面包括分配系数，其由等式1定义：
其中[A]membrane是膜中物种A的浓度，[A]feed在进料的种类和浓度，K为分配系数，取决于系统的应用(即物种和膜的特征)。
与分配系数相比较，针于膜的选择性或性能来限制混合物的一个或多个成分的流动，a％排斥或分子量截断可被规定。在一个方面，等式2示出给定膜的a％排斥：
其中[A]membrane是渗透中物种A的浓度。
通过比较，分子量截断可以说明分子量中约90％的参考化合物被保留或拒绝。这些参数中的每一个都可以通过实验被确定。与此相反，在各种膜的文献中发现的值通常被提供来用于给定的实验条件。因此，当条件与这些文献中所述的不同时，很难预测膜的性能特性。推而广之，确定合适的膜来用于给定的过程可能具有挑战性或不可预测，其可能被要求筛选一些膜。
关于选择性和质量传递，菲克第一定律可被用来说明穿过膜的传递速率：
其中F是穿过膜的物种A的渗透通量，D是膜中的物种A的扩散系数，x是膜中的物种A位置。如等式4所示，可将等式1和3相结合来说明传递过程中的上游和下游方面：
其中ΔA是跨膜浓度，D和K是常数。重新排列等式4，渗透系数(p)可以定义为：
给定组合物的两种不同成分的渗透率，对该两个成分的膜的选择性可根据等式6被计算：
其中αAB是针对成分A和B的给定膜的选择性，PA是对于给定膜的成分A的渗透系数，而PB是对于给定膜的成分B的渗透系数。总的来说，两个渗透率(例如，PA，Pb)中的较大值可被选择作为等式6中的分子，较小值被选择作为分母αAB≥1。在一个方面，实验结果可能被要求计算复合膜中给定的膜或层的的实际选择性。
对于理想的分离系统，混合物的成分A可以容易地被传递穿过给定的膜，而混合物的成分B可以完全保留或防止穿过膜。在该系统中的成分A的渗透系数可能是较大的正数(即PA>>0)，而在该理想系统中的成分B的渗透系数接近零(即PB≈0)。由此产生的选择性(αAB)接近无穷大，类似PB接近零。因此，对于需要分离的系统来说，优选是提供一种膜，对于将被分离的两个或多个成分具有较大的选择性。通过比较，被配置为以大约相同的速率来将组合物中的各成分传递穿过膜的系统，其可有利于提供一种膜，经接近统一的选择性被特征化(例如，αAB≈1)。在一个方面，接近统一的选择性可能会导致组合物中的成分随时间浓度细微变化。
溶液扩散理论可以考虑系统的其他方面被进一步修改，如膜溶胀或增塑。在一个方面，膜和溶剂分子的聚合物链之间的相互作用可能导致自由体积的增加，其可能反过来导致给定物种或多个物种的扩散系数的增加。由于这些和其他膜物种相互作用的结果，可以考虑其他因素。可能影响质量传递的膜的其他方面包括膜基质中的极性基，膜的亲水性，膜的形态、给定的官能基存在或不存在、膜的离子交换容量、化学势，动力学和热力学的传递耦合等。例如，在热力学耦合的情况下，物种的吉布斯自由能可能受到周围系统的影响，从而导致膜中物种的传递特性的变化。
在一个方面，优选是根据化学相容性、质量传递能力和机械完整性等因素选择复合膜材料。复合膜的至少一层应与进料溶液中的一个或多个成分相容。因此，优选是考虑膜的性质，例如进料溶液中膜的溶解度或膜的极性。汉森溶解度参数可用于评价给定的挥发性混合物或组合物的膜的选择性程度。然而，可能需要膜的原子或微尺度结构来确定汉森溶解度参数。
复合膜成分的极性(或缺乏)可进一步有助于膜的性能参数。为了将进料组合物的给定成分传递到复合膜上，可以选择其中一个成分的的极性来与膜中的至少一个层的极性相兼容。在一个方面，将被传递穿过膜的组合物中的成分(i)与膜中的聚合物成分的相容性可以通过等式7被表示：
其中Δ是汉森溶解度参数，δd是分散贡献率，δp是极性贡献率，且δh氢键贡献率。此外，i表示进料组合物的一个成分，其可与复合膜中一个层或多个层相关联的聚合物相互作用。任何两个成分之间的相容性越大，Δ的量级将越小。
另一方面，优选是在确定与给定的进料组合物的相容性时考虑给定的膜的Flory-Huggins相互作用参数。现参照等式8，Flory-Huggins相互作用参数可如下定义：
其中χ是Flory-Huggins相互作用参数，vpolymer是聚合物的体积分数，且i表示进料液的成分。对于χ的较小值(接近且不低于0.5)，成分(i)和聚合物之间的相互作用通常变得更大。
在一个方面，等式可以被导出来说明复杂的传递现象。随着越来越多的物种变得越来越复杂，如果无法预测的话，要确定给定的膜在混合物中存在的特性可能会变得越来越困难。
有关预测给定的膜在给定的物种或组合物中存在的特性，发明人已经实验性地确定，令人惊讶的是，根据在此公开的复合膜可以与无源或有缘汽相分配装置兼容使用。此外，复合膜的实施例可用来以非选择性的方式传送组合物。然而，应理解，复合膜的一些实施例可以进一步包括一个或多个选择层，其将在此被说明。
选择性涉及用于两种不同分子的渗透率比。因此，选择性可定义为大于1、小于1或等于1，其取决于等式6中为分子和分母选择的值。在一个例子中，用于两个成分A和B的膜的选择性可定义为大于或等于1(即αAB≤1)。在这种情况下，渗透系数为较大值的成分(A或B)通常被选为分子。例如，第一分子的渗透系数可能是10，且第二分子的渗透系数可能为5，分别相对于给定的膜。对于两个分子的给定的膜的选择性可通过10除以5被计算，等于2(与5除以10，等于0.5以及小于1相反)。对于复合膜(或层)的选择性，非选择性膜可具有约1的选择性(即αAB≈1)。通常非选择性膜或低选择性膜可具有约1-1000的选择性(即αAB≤1,000)。另一方面，αAB≤100用于低选择性膜。另一方面，αAB≤50用于低选择性膜。在另一方面，αAB≤10用于低选择性膜。
在一些实施例中，通常选择性膜或高选择性膜可具有至少约1000的选择性(即αAB≥1,000)。另一方面，αAB≥5,000用于选择性膜。另一方面，αAB≥10,000用于选择性膜。
在一些方面，汽相分配装置能够在挥发性组合物和复合膜暴露于大气中一小时内检测的初始传送速率下，使挥发性组合物传送穿过复合膜。汽相分配装置可在将挥发性组合物和复合膜暴露于大气之后以固定时间测量的随后传送速率下，使挥发性组合物传送穿过复合膜。所述固定时间可以是汽相分配装置被要求提供挥发性组合物传送的任何时间长度。例如，固定时间可以六小时，十二小时，一天，两天，三天，四天，五天，六天，一周，十天，两周，十五天，二十天，三周，二十五天，四周，三十天，五周，四十天，六周，四十五天，七周，五十天，五十五天，八周等。
在此，按照等式9和10来计算，传送速率可由本领域普通技术人员已知的任何手段之一被计算，包括为重量损失率或通量，因为所有计算都在分子中具有一个传送速率，且在分母中具有另一个传送速率，从而导致单位取消。只要传送率是一致计算的，则随后的计算保持不变。
在具有单一成分的挥发性组合物的实施例中(换句话说，纯挥发性组合物)，用于测量汽相分配装置的传送速率的方法包括测量第一时间内汽相分配装置的重量，测量第二时间内汽相分配装置的质量，选择地测量第三，第四，第五以及第N时间内汽相分配装置的质量在，以及使用已知的拟合方法来拟合数据，例如最小二乘拟合。
在具有至少两个成分的异构挥发性组合物的实施例中，用于测量汽相分配装置的传送速率的方法包括上述用于单成分挥发性组合物的相同方法，以及用于区分成分的进一步步骤。以相同的时间质量被测量，逸出汽相分配装置的气体可以被收集，如以下参照图7说明的，且捕获的气体可被分析用于单个成分的相对百分比含量，例如，通过与质谱法或火焰离子检测相结合的汽相色谱法。另外，第一次质量测量之前以及第二次质量测量之后立即对残留在储层中的液体进行采样(注意：采样可以改变汽相分配装置的传送速率，不应该被用于长串测量中的单次测量)，通过汽相色谱-质谱法或液相色谱-质谱法来确定成分的相对浓度。当质量测量之前和之后液体中的成分的相对浓度为已知的，逸出的气体的相对浓度可通过逆反液体中各成分的相对浓度来确定。
在此，特定时间内的速率应涉及该时间与上述质量数据拟合的直线斜率。或者，特定时间内的速率应涉及先于该时间150秒的系统质量减去后于该时间150秒的系统质量，除以300秒。同样，对于多成分组合物，组合物的相对浓度可如上所述被确定。
初始传送速率是指一小时内暴露于大气中的速率。时间t内的传送速率是指暴露于大气后时间t内测量的传送速率。
与现有的传送系统相比，汽相分配装置可提供进一步连续传送的挥发性组合物。这种挥发性组合物的连续传递可以通过能够测量和计算的传送连续性系数被测量。传送连续性系数被定义为时间t内的传送速率除以初始传送速率。因此，传送连续性系数具时间依赖性。总的传送连续性系数是与挥发性组合物的所有成分相关的测量。成分传送连续性系数是与挥发性组合物的单个成分相关的测量。高传送连续性系数示出挥发性组合物的释放随时间更加一致。
时间t内总(T)的传送连续性系数，被表示为TDCFt，由等式9计算：
TRt是时间t内总的传送速率，且TRi是总的初始传送速率。
时间t内个别成分(i)的传送连续性系数被表示为iDCFt，由等式10计算：
其中iRt是用于单个成分i的时间t内的传送速率，iRi是单个成分i的初始传送速率。
例如，一天时间内总的传送连续性系数(TDCF1day)为一天内总的传送速率(TR1day)除以总的初始传送速率(iRi)。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统一天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.40，至少0.45，至少0.50，至少0.55，至少0.60，至少0.65，至少0.70，至少0.75，至少0.80，在至少0.85，至少0.90，或至少0.95。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统五天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.35、至少0.40、至少0.45、至少0.50、至少0.55、至少0.60、至少0.65、至少0.70或至少0.75。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统十天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.30、至少0.35、至少0.40、至少0.45、至少0.50、至少0.55、至少0.60、至少0.65、至少0.70或至少0.75。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统十五天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.25，至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，至少0.50，至少0.55，至少0.60，至少0.65，或至少0.70。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统二十天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.20、至少0.25、至少0.30、至少0.35、至少0.40、至少0.45、至少0.50、至少0.55或至少0.60。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统二十五天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.15、至少0.20、至少0.25、至少0.30、至少0.35、至少0.40、至少0.45、至少0.50或至少0.55。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统三十天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.10、至少0.15、至少0.20、至少0.25、至少0.30、至少0.35、至少0.40、至少0.45或至少0.50。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统五十天时间内总的传送连续性系数可以是至少0.05、至少0.10、至少0.15、至少0.20、至少0.25、至少0.30、至少0.35、至少0.40、至少0.45或至少0.50。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统一天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.40、至少0.45，至少0.50，至少0.55，至少0.60，至少0.65，至少0.70，至少0.75，至少0.80，至少0.85，至少0.90，或至少0.95。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统五天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.35、至少0.40、至少0.45、至少0.50、至少0.55、至少0.60、至少0.65、至少0.70或至少0.75。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统十天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，至少0.50，至少0.55，至少0.60，至少0.65，至少0.70，或至少0.75。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统十五天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.25，至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，至少0.50，至少0.55，至少0.60，至少0.65，或至少0.70。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统二十天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.20，至少0.25，至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，至少0.50，至少0.55，或至少0.60。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统二十五天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.15，至少0.20，至少0.25，至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，至少0.50，或至少0.55。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统三十天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.10，至少0.15，至少0.20，至少0.25，至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，或至少0.50。
在一些方面，在此所述的汽相传送系统五十天时间内个别成分传送连续性系数可以是至少0.05，至少0.10，至少0.15，至少0.20，至少0.25，至少0.30，至少0.35，至少0.40，至少0.45，或至少0.50。
在一些实施例中，膜可以包括均质膜、复合膜或其组合。此外，膜可涉及膜的层，例如阻挡层或支撑层。在一个方面，均质膜可以更容易地被制造或集成到传递系统中。在另一方面，根据膜的结构，复合膜可以产生更大的总通量，例如复合膜具有薄均质膜、活性层、或被支撑在多孔基板或支撑层上的阻挡层的示例性情况下。在一些实施例中，优选是提供具有多孔基板的复合膜，显示出对质量传递可忽略不计的阻力。然而，具有阻力增加的多孔基板可能有助于降低膜的生产率或选择性(Pinnau,et al.1991,Ind.Eng.Chem.,Res.30,1837–1840)。因此，在设计复合膜时，优选是考虑支撑层与阻挡层的相容性。
复合膜的实施例可以包括一个或多个选择层。在一个方面，其有助于基于复合膜的结构或含有复合膜的汽相分配装置来控制不同分子或组合物的传送。例如，复合膜可以具有可移除的选择性层。当与复合膜相关联时，选择性层可能限制或防止组合物中给定的分子子集的传递。因此，组合物中的至少一部分不能穿过复合膜传送到环境中。然而，选择性层可以选择性地允许组合物中的至少一部分被传递穿过复合膜以传送到环境中。在一些实施例中，选择性层可至少部分地从复合膜中剥去。例如，选择性膜可以是复合膜的外层，从而可从复合膜剥去。当选择性层的至少一部分被除去时，由于选择性层被除去，组合物的较大部分可被传递穿过复合膜。
关于整体构造，根据本发明的复合膜可以包括平坦屏障层，其一个或两个面与多孔支撑层接触。在一个例子中，阻挡层的厚度尺寸约小于10微米(μm)，可配置在较厚的(例如，至少约10μm)的多孔支撑层上(或其之间)。在另一个例子中，阻挡层的厚度尺寸可约小于5μm。在又一个例子中，阻挡层的厚度尺可约小于2μm。阻挡层寸可以被浇铸、胶合、融合，夹住，或其他方式被施加、安装或连接到支撑层。
支撑层可厚于阻挡层，通常厚度范围约为10μm至10mm。在一个例子中，支撑层的厚度约50μm至1000μm。在另一个例子中，支撑层的厚度约为100μm至400μm。在一些实施例中，支撑层可以是多孔的。支撑层可作为阻挡层的衬垫，为复合膜提供机械完整性。支撑层可以是微孔层和非纺织层的复合物，例如，以提供额外的机械支撑。也可存在其他层，例如阻挡层上的保护面层，免受损坏或改善结垢；阻挡层和多孔支撑层之间的中间层，来促进层之间的相容性或粘附性，或提高复合膜的质量传递特性，或上述组合。
在一方面，膜可通过本技术领域已知的一个或多个技术被制备。示例性的技术包括：相转化技术。相转化是一种以控制方式进行的浇铸聚合物膜从液体变成固体的相变技术。相转化可以通过例如浸没沉淀，热沉淀，控制蒸发，和汽相沉淀方法被实现。一方面，相转化可用于制备完整的非对称膜。
在一个方面中，浸没沉淀技术可能会导致大孔隙或泪珠孔，约为10μm至50μm，通常在分离应用中被认为是不可取的。在一些实施例中，优选是减少大孔隙的形成，因为其会降低膜的机械完整性。在其他实施例中，可以有目的地包括大孔隙，作为一种手段来配置膜的质量传递或选择性特性。此外(或附加地)优选是在膜中形成微尺度的穿孔，以调节膜的质量传递特性。.
通过浸没沉淀来制备膜的合适聚合物示例包括：聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺(例如MATRIMID,LENSING P84)、聚醚酰亚胺、聚酰胺类、聚酰胺、酰肼类、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮，磺化聚醚醚酮、聚芳醚砜醚酮酮，磺化聚苯甲醚砜、醋酸纤维素和聚苯并咪唑。
还可以使用其他技术制备复合膜。例如，可以使用薄膜或超薄膜工程来形成复合膜(例如参照Petersen,et al.1993,J.Membr.Sci.,83,81)。薄膜复合膜可以包括超薄(亚微米)分离阻挡，位于化学性质不同的多孔支撑体上。薄膜复合膜可采用浸渍涂层或界面聚合等技术被制备。在后一种方法的情况下，可先形成支撑层，例如通过相转化，然后将支撑层与阻挡层耦合。在一个方面，优选是形成一种复合膜，其中支撑层和阻挡层中的每一个根据应用被分别选择。
在一个方面，膜可以包括结构元素，例如芳族基、酰亚胺键或卤素基。这种结构元素的使用可以用来调整膜的溶液稳定性。在另一方面，可以进行共聚合，形成更刚性的膜，进一步赋予耐溶剂性。
一方面，膜可以由包含溶剂和一个或多个添加剂的组合物形成。一方面，类似四氢呋喃或1,4-二氧六环的挥发性溶剂，或非溶剂添加剂可包含在用于膜的浇铸溶液中，来处理生成的膜的选择性。此外，非溶剂添加剂可用于控制大孔隙的形成。
在一些实施例中，优选是控制膜内孔隙的形成。例如，优选是控制复合膜的一个或多个层中的孔数量、分布、集中度或尺寸。用于制备或控制孔隙形成的示例性材料(即成孔剂)包括：无机盐，如LiCl和LiNO3,Mg(ClO4)2，以及有机材料，如聚(乙二醇)和聚乙烯吡咯烷酮。在有机成孔添加剂的情况下，添加剂的分子量也可能影响膜的结构性质，如孔隙率。用于影响浇铸过程中膜性能的其他技术包括控制溶剂蒸发速率或包括化学、等离子体或光诱导交联步骤。
在一些实施例中，界面聚合可用于制备复合膜的阻挡层。界面聚合可以包括通过聚合反应在两个层的界面上使阻挡层与多孔支撑层耦合。
在一些实施例中，可以通过溶剂浇铸来制备膜，其中，聚合物溶液的涂层被应用至支撑材料。在一个方面，可以对浇铸溶液的粘度进行定制，以实现一定量的浇铸材料侵入到支撑材料的孔隙中。
在一些实施例中，可以根据本公开对用于调节膜的质量传送特性的一个或多个聚合物组分进行修改。在一个方面，聚合物的交联可以降低进料组合物在聚合物中的溶解度。在另一方面，交联可能导致在使用该膜时减少溶胀，从而影响膜的选择性。交联的例子包括通过化学反应或辐射形成共价键，以及物理交联(例如，物理相互作用或缠结的形成)。然而，交联程度可能会影响聚合物的机械性能(例如，脆性和弹性)。
在另一个实施例中，优选是使用制备一个或多个复合膜的接枝技术。例如，低聚物侧链可通过类似化学反应或辐照的过程以规则或不规则的间隔被共价地接枝到聚合物主链。一方面，使用具有一个或多个反应性官能基的聚合物主链可提供嫁接发生的位置。初级聚合物可作为嫁接过程的起点，包括聚偏氟乙烯、聚氟乙烯，和聚四氟乙烯。可被嫁接的低聚物和其他材料的示例可包括N-乙烯基吡咯烷酮、4-乙烯基吡啶、乙酸乙烯酯、丙烯酸和N-乙烯基咪唑。
制备聚合物膜的其他技术可包括共混。一个方面，可以使用两种或多种聚合物材料的共混物来调整生成的聚合物共混物的疏水性程度或其他性质。例如，亲水性聚合物能够以不同比例与疏水性聚合物结合。然后对生成的组合物(共混物)进行分析，以确定渗透性或选择性等特性。为了提供具有均匀或非均匀混合物，所选择的包含在共混物中的聚合物可多样化。例如，均匀共混物可以包括两种分子间互溶的聚合物。非均匀共混物可以包括两种或多种聚合物，其至少在分子水平上部分不混溶。异构共混物的示例与嵌段共聚物有相似之处，其在以下被说明。与接枝和其他聚合物形成技术相比，共混可对聚合物膜或组分层的机械特性产生影响。
与混合相比，两个或多个聚合物之间可形成共价键。一个方面，两个或多个聚合物之间形成的共价键可能影响膜的机械性能。共价键聚合物的示例包括接枝、嵌段和无规共聚物。一般来说，接枝共聚物可以是结晶性的。与用于渗透汽化或其它分离导向工程的膜相比，在实施例中，可使用含有无规共聚物的膜而不需要最小结晶度，其中优选是非选择性膜。应理解，使用上述技术可能不能相互排斥。因此，聚合物组合物的形成可以包括使用上述两种或多种技术。
在一般情况下，膜可由聚合物、陶瓷、纺织物、无纺布、沸石等，以及上述组合形成。此外，膜可以是均质的，异构的，对称的，不对称的，或是复合膜。非对称膜可以包括薄的致密层，位于相同材料的多孔支撑层的顶部。一方面，非对称膜可以使用类似相转化的技术被制备(例如参照Hong等人的美国专利No.5,708,040)。通过比较，复合膜可以包括支撑层以及配设置在其上面的阻挡层。一方面，该阻挡层可以由不同于支撑层的材料形成。
在一些实施例中，膜可以包括一个或多个陶瓷材料或层。优选是陶瓷膜，因为与其他材料相比，陶瓷纤维(或其他材料)可以赋予膜更大的热稳定性，可能更容易热降解或改变。陶瓷材料可以包括氧化铝、氧化硅、氧化钛和氧化锆。可以通过溶胶-凝胶合成方法来制备用于陶瓷膜的阻挡层。
在一些实施例中，阻挡层可以是聚合物、共聚物或聚合物共混物。其也可以是混合基质组合物，其中小固体颗粒被嵌入在连续聚合物基质中。阻挡层还可以含有其它添加剂来改变膜的选择性、渗透性、物理性质，或帮助形成膜。添加剂可以包括吸附剂，如沸石(例如，ZSM-5和USY)或其他分子筛，填料颗粒(如汽相二氧化硅、碳黑)、增塑剂、表面活性剂和稳定剂，但并不局限于此。阻挡层的厚度可被最小化，实现800-5000g/m2hr的高通量率，阻挡层厚度约为1μm-10μm.
阻挡层可选择性包含疏水性填料，例如，能够吸收挥发性有机化合物的吸附剂，目的是从溶液中分离。根据选择性层的总重量，选择性层中存在的疏水性填料可以为1wt.％至25wt.％。此外(或附加地)，可使用分子筛，例如活性碳，硅，或其他疏水性吸附剂。示例性吸附剂可包括疏水性吸附剂，例如由聚合物热解制成的碳基吸附剂；具有高比表面积的疏水性无机吸附剂，例如疏水性沸石基吸附剂；疏水性分子筛；疏水性聚合物树脂吸附剂等，以及含有上述至少一种的组合。典型的疏水性吸附剂在Sikdar等人的美国专利No.6,117,328和Meagher等人的美国专利No.5,755,967中被公开。
在一些实施例中，支撑层可以包括一个或多个层。例如，支撑层可以是均匀的(即，具有单层)或包括两层或多层的复合膜本身。此外(或附加地)，复合膜可以包括两个或多个不同的支撑层。此外，优选是根据所期望或所需的复合膜结构完整性来选择支撑层。支撑层可被选择来提供机械稳定性或以其它方式支撑阻挡层。另一方面，支撑层可起到芯吸层的作用，或以其它方式增强进料组合物往阻挡层方向或背离阻挡层方向的传递。与阻挡层相比，影响支撑层选择的因素可以包括支撑层材料的机械、化学或热性质。表面特性也有助于支撑层与阻挡层的接触能力。例如，支撑层表面的粗糙度或极性可影响阻挡层被附着、或与其粘结的能力，或以其它方式与阻挡层耦合的能力。支撑层的进一步特性可影响浇铸材料的粘附性，包括表面粗糙度、孔隙率和亲水性。
在一些实施例中，膜可以包括支撑层，例如聚酯或聚丙烯/聚乙烯非纺织基板。例如，可包括支撑层，以提高机械强度或在制造期间或制造后处理膜的能力。其他合适的支撑层材料包括不对称微孔聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、无机材料，或上述组合。支撑层的进一步示例在Barss等人的美国专利No.6,986,844和Boye等人的美国专利No.5,266,207中被说明。
在一些实施例中，支撑层可具有与阻挡层相比相对较小的流动阻力。例如，支撑层可配置成相对开的、多孔基板。然而，在另一个实施例中，支撑层可具有相对于阻挡层相对来说相同或更大的流动阻力。支撑层可以是一种惰性材料。此外，虽然膜可在传送挥发性组合物的环境条件下操作，当施加压降时，支撑层可配置成具有足够的结构完整性来支撑在施加压力梯度的应力下的膜的一个或多个其他层。进一步，包含在支撑层中的材料可以是金属、玻璃、石墨、聚合材料、陶瓷材料及其组合。
然而，用于制备支撑层的其他合适的聚合材料示例包括聚砜、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚烯烃、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚苯硫醚、聚丙烯、含氟聚烯烃，聚三甲基戊烯，聚偏氟乙烯，以及上述组合。用于制备支撑层的合适的陶瓷材料示例包括二氧化硅、氧化锆、氧化铝、无机氧化物载体，功能化无机氧化物载体，及其组合。准备一个合适的金属支撑层包括锌、钛、及其组合。制备的支撑层合适的金属合金的例子有：黄铜、不锈钢、等。进一步合适的支撑材料在Cohen的美国专利No.6,440,309和Neel等人的美国专利No.5,334,314中被公开。
一个方面，复合膜可在处理期间暴露于溶胀量。另一方面，复合膜可在处理期间暴露于热或冷的温度下。当阻挡层和支撑层不以协调方式膨胀时，复合膜的成分之间的界面可能产生较大的应力。因此，优选是调整复合膜的层的相容性，例如支撑层、阻挡层或其他层。
可以通过一种或多种可能途径，例如使用多层结构或非对称膜结构的交联来改善复合膜的结构稳定性(例如Cabasso等人的美国专利No.4,602,922或者Chiou等人的美国No.5,286,280)。进一步的方法由Shao和同事(Shao,et al.2007,J.Membrane Sci.,287,162-179)被说明。其还可以在与进料溶液接触时容纳膜的溶胀。例如，优选是控制复合膜的给定层或复合膜的层之间的交联程度。物理交联的示例在Koenitzer的美国专利No.4,929,358中被说明。
在一些实施例中，聚合物膜的交联程度可以优化，以提供具有低选择性的高吞吐量来用于多种挥发性化合物。在另一方面，交联可以多样化，以控制复合膜中一个或多个层在与挥发性物质接触时膨胀的程度。在另一个例子中，类似PDMS的溶胀聚合物可涂覆在支撑层的孔壁表面。当与化合物接触传递穿过膜时，PDMS可能膨胀，从而堵塞孔隙以防止泄漏，同时也起到扩散膜的作用。
在另一方面，优选是提供高结晶性聚合物，该聚合物可不易溶于挥发性有机化合物，如芳香剂或杀虫剂。其他聚合物组合物可以限制溶胀度，与本质上更无定形的聚合物相比，有利于降低渗透性。结晶度也可能影响进料混合物在膜中的溶解，由此限制溶胀或调节传递穿过膜。结晶聚合物的例子包括聚偏氟乙烯、低密度或高密度聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。在一个方面，不存在极性基团可以使聚合物吸收进料组合物中存在的挥发性有机化合物。然而，这种聚合物可以选择性地吸收更多的亲水性或水性物质，如水，或类似甲醇或苯的有机化合物。类似丁腈橡胶膜的弹性体也可包含在复合膜的设计中。
在一个方面，其可有助于形成阻挡层与支撑层的孔隙的互相贯穿层。然而，互相贯穿的程度可能会对膜的传质特性的影响。因此，其可有利于优化互相贯穿的程度。
在一方面，可以在膜的合成或制造之后实施膜调节步骤，但在选定的过程中使用该膜。例如，在使用之前可以将膜保持在存储液中。此后，膜可以在使用之前进行条件化，例如通过漂洗除去存储液。值得注意的是，如果调节步骤不足以制备所述膜，则膜的性能可能减退。应理解，适当的存储和漂洗条件可能需要实验确定，并可能取决于膜、存储条件、使用条件或其组合。
存储条件的示例可以包括膜在溶液中的存储，以便使用存储组合物填充膜的孔隙。在一个方面，如果允许变干，膜的孔隙可能由于毛细力而塌陷。由于膜的孔隙性质可有助于膜的特性，如吞吐量和选择性，因此考虑膜的存储和制备可能是有用的。在一个方面，存储溶液可以包括调节剂。合适的调节剂的例子包括类似油和甘油的润滑剂。存储溶液可进一步包括溶剂，如有机或水溶液。在一个方面，溶剂可根据膜的最终用途被选择。例如，如果要使用膜来传送有机溶液，优选是将膜存储在含有有机成分的存储液中。
在另一方面，应用于膜的调节剂可以在没有存储液或其它液体材料的情况下使膜存储。因此，可以在干燥或半干燥状态下将膜存储。在一个例子中，将润滑剂应用于膜的孔隙可以防止孔隙在没有液体介质的情况下塌陷。为了避免孔隙堵塞和随之而来的低通量，在应用前调节剂可通过适当的溶剂被小心地除去。一旦调节剂被除去，膜不会干燥，除非重新引入调节剂。一般情况下，带有致密橡胶顶层的膜，由足够大的表面孔隙层支撑，可以干燥存储，无须许多预防措施。有关孔隙保护的进一步细节在Linder等人的美国专利No.5,265,734中被说明。
在一些实施例中，膜可以进行后处理步骤。合适的后处理示例包括嫁接、固化、等离子体、UV和化学处理。例如，这些后处理步骤可用于改变膜的质量传递性质。选择性地(或附加地)，涂层可被用作后处理步骤。用于制备复合膜的合适涂层材料可以包括PDMS、聚醚酰亚胺、聚(2,6-二甲基-1,4苯醚)、聚乙烯醇、壳聚糖和其他纤维素衍生物、聚醚-b-酰胺类、聚丙烯酸、聚磷腈，聚脂肪质萜烯、聚[1-(三甲基硅烷基)-1-丙炔]、聚氨酯、及其组合。
在一些实施例中，膜可纳入模块中。模块的示例包括膜和用于支撑或容纳膜的壳体。膜可以是特定的配置，如平板或圆筒状。因此，该模块的整个几何形状可能至少部分地受到膜结构的影响。一方面，模块的膜的几何形状选择会影响系统的紧凑性。汽相分配装置可以包括一个或多个模块。在一个实施例中，模块可以具有平板配置的膜。该模块可进一步包括储层或定义具有膜的储层。该模块还可以进一步被插入至壳体中。另外，该模块可以包括或定义壳体。
在一些实施例中，膜可被形成作为管状模块。例如，管状膜通常是圆柱形的，在圆柱形膜的外部形成支撑层或机械层。在一个方面，管状膜模块可以包括位于支撑管和膜之间的多孔层。在另一方面，管状模块可以包括两个或多个同心膜层。在包括多个膜的模块的情况下，可以在各个层之间设置多孔层。
在一些实施例中，膜可被形成作为毛细管模块。例如，毛细管模块可以包括毛细纤维的排列或束。纤维可以通过平行或交织的方式被定位。此外，每个纤维的一端或两端可以耦合至顶板。在一个方面，毛细管模块的高堆积密度可对质量传递提供增加的阻力，与其他模块设计相比可能会导致较低的质量损失率或通量。
在一些实施例中，膜可被形成作为中空纤维模块。例如，中空纤维模块可以包括具中空芯的一个或多个圆柱形纤维。纤维可以放置在容器或壳体中。此外，类似于毛细管模块，每个纤维的一端或两端可以耦合至顶板。进料组合物可以在壳体的一端被提供，从而其能够径向或平行于中空纤维流动。在一个方面，与其他模块设计相比，中空纤维模块可以实现更高的填充密度。
在一些实施例中，膜可被形成作为板和框架体系，例如在Kim等人的美国专利公开2002/0038782中被说明。在其他实施例中，膜可被形成作为螺旋状模块(例如，参照Foreman等人的美国专利No.4,033,878)。在为螺旋状膜的情况下，进料组合物可沿轴向流动路径进入膜。此后，以径向方向扩散退出膜。
在一个方面，膜或汽相分配装置的配置可多样化以达到指定的目标。例如，配置可用于控制传送速率、汽相分配装置的形式或形状因数或其他因素。特定配置的选择还可取决于诸如膜的数量和几何形状、费用和制造成本、清洗或更换膜的性能、含膜的盒或模块等的因素。
在一个方面，优选是提供复合膜，以一定的速率来传送挥发性组合物。例如，在此发现，复合膜的实施例能够以至少30g/(m2hr)的速度将挥发性组合物传送到环境中。然而，优选是提供一种膜能够将挥发性组合物以较大或较低的速率传送到环境中。为了控制挥发性组合物的传送速率，可以采取几种方法之一。
对复合膜的阻隔层，用于调节传送速率的性能可包括孔径、弯曲度、厚度、疏水性等。在一个例子中，孔的尺寸可以增加以增加传送速率，或减少以降低传送速率。另一个例子是，阻挡层的弯曲度或阻挡层的厚度可以增加以减少传送速率。在另一示例中，可以根据挥发性组合物的化学性质选择阻挡层的疏水性或其他化学性质，以改变传送速率。在为聚乙烯阻挡层的示例性情况下，与相对更亲水组合物相比，疏水组合物可以更容易越过阻挡层。非挥发性组合物包括烃类物质，例如烷烃、烯烃、炔烃等，或其组合，被普遍认为是一种疏水性组合物。相比之下，含烃类物质的水性组合物或挥发性组合物，例如醇类、酯类、羧酸类或其组合，可能是相对更亲水的组合物。因此，阻挡层的疏水性可以基于穿过阻挡层的组合物的疏水性被选择。通过改变阻挡层的组合物、阻挡层的功能或其他已知的技术，可以实现阻挡层的疏水性的微调。
此外(或附加地)，可改变挥发性组合的性质物赋予特殊的阻挡层。例如，可基于给定的阻挡层和所期望的性能来制定组合物。为了增加穿过疏水性膜的组合物的传送速度，优选是选择具疏水性成分的挥发组合物。此外，可以改变给定成分的化学结构从而来改变性质，如疏水性、分子量，来增加或减少成分被传递穿过膜的速度。另一方面，成分的相对浓度可以改变。在不脱离本发明的范围内还可针对给定的挥发性组合物进行其他修改。
在一些实施例中，可针对复合膜的支撑层进行改性，来操作用于给定的挥发性组合物的整个膜的传送速率。在阻挡层的情况下，操作支撑层来调节传送速率的方面可包括孔径、弯曲度、厚度、疏水性等。在一个方面中，用于改变阻挡层性能的上述技术中的每一个可应用于复合膜的支撑层。可以进一步修改支撑层的性能，以与阻挡层的性能相匹配。因此，可以同时修改或配置支撑层和阻挡层，来实现给定的传送速率。
在另一方面，支撑层可以提供改进的机械强度而不会速率限制传递穿过复合膜。相比之下，单层或非复合膜可能更厚以实现更大的机械强度，其可能会导致单层膜通量的减少。
图1-4B示出用于散发挥发性物质22的汽相分配装置或分配器20的一个实施例。参照图1、2、分配器20或套筒包括吸塑24，外围法兰26，以及可释放地附于吸塑24和法兰26的不透水层28。吸塑24包括复合膜30和杯状结构32或储层。杯状结构32包括底壁34和四个侧壁36，与复合膜30结合形成封闭的储层来容纳挥发性物质22(在图1和2中示出)。具体来说，杯状结构32、复合膜30由清晰的和/或半透明的材料制成，从而使挥发性物质22清晰可见。外围法兰26较平坦与杯状结构32耦合并从其顶部边缘向外延伸。在一个实施例中，外围法兰26从侧壁36的上边缘向外延伸并与其一体形成。
图1示出第一条件下的分配器20。分配器20在第一条件下完全或基本上满，即，不透水层28未从吸塑24中被除去，很少或没有挥发性物质22通过复合膜30被扩散。当分配器20被填充时，挥发性物质22基本上不扩散，并且不透水层28覆盖复合膜30。具体来说，用户握住不透水层28的端部并将其从吸塑24剥离，从而不透水层28可从吸塑24中被除去。可以包括垂片、延伸部或其他抓取手段来作为不透水层28的延伸，以帮助去除不透水层。所述延伸部可位于不透水层28的角部、端部和/或表面。
在除去不透水层28之后，分配器20开始从满的或第一条件(图3)过渡到空的或第二条件(图4A或4B)。可能有少量的挥发性物质22残留在吸塑24中，并且分配器20仍被认为是已达到第二条件。参照图4A的分配器20a，随着挥发性物质22的扩散穿过复合膜30仅有少许挥发性物质22被包含在分配器20中。挥发物质22扩散之后，空气可能进入分配器20以保持均衡(即可忽略膜上存在的压降)。一方面，如图3所示，压力梯度的缺乏使分配器20a和复合膜30保持相对于分配器20的第一条件的形状。
根据挥发性物质22的性质，分配器20a的取向可至少部分地影响挥发性物质22和复合膜30之间的接触程度。例如，在图4A所示的方向中，分配器20a与面向下的复合膜30保持水平。因此，当挥发性物质22具流动性时，挥发性物质22可形成为配置在复合膜30上的层。由此，当分配器20a被旋转90度时，复合膜30面向一侧，挥发性物质22可流向分配器20a的侧壁36。因此，只有复合膜30的一部分与挥发性物质22接触。一方面，分配器20a(或另一个分配器)的取向可能影响复合膜30和挥发性物质22之间的接触程度，因此也可能影响挥发性物质22穿过复合膜30的通量。
现参照图4B，在第二个实施例中，当挥发性物质34通过复合膜26扩散时，复合膜26在底壁30处缓慢塌陷。随着挥发性物质22穿过复合膜30扩散之后，分配器20内仅含有较少的挥发性物质22。挥发物质22扩散之后，基本上没有新的空气进入分配器20。其结果是压力梯度穿过复合膜30，与分配器20中的压力相比，环境空气中存在更高的压力。压力梯度使环境空气在分配器20上施加净正压，其使复合膜30压向剩余的挥发性物质22并最终到达底壁34。
Th挥发性物质22可包括芳香剂，杀虫剂，除臭剂，杀真菌剂，杀菌剂，消毒剂，宠物阻隔剂，或配置在载液中的其他活性挥发性或其他化合物(例如，油基或水基载体)、除臭液、等。杀虫剂的示例包括metafluthrin和四氟苯菊酯。挥发性物质22的其他示例包括OUSTTM，一种家居、商业和机构使用的空气和地毯清洁剂，或是一种家用除臭剂，都由威斯康星州Racine市的S.C.Johnson公司销售。挥发性物质22还包括其他活性剂，如消毒剂、空气和/或织物清香剂，清洁剂，气味消除剂，防菌或防霉剂、驱虫剂，等，或具有芳香特性。挥发性物质22可选择性地包括本领域技术人员已知的能够从容器中被分配的任何流体，例如悬浮在气体中的和/或通过推进剂被推进的颗粒或液滴形式适合扩散的流体。在一个例子中，可以形成汽相，被分配(例如，使用推进剂)或以其他方式提供至储层或腔室中，与复合膜流体连通。此后，汽相中的一个或多个物种可被传递穿过复合膜并进入环境中。在另一个例子中，悬浮在气体中的和/或通过推进剂被推进的颗粒或液滴，可以应用于复合膜的一个或多个表面，从而穿过膜并进入环境中。因此，分配器20适于分配任何数量不同的流体或产品配方。
在一个方面，挥发性物质可包括一种或多种天然或合成芳香分子。在一些实施例中，挥发性物质可以是含有十个或更多芳香分子的组合物。然而，挥发性物质中包含的芳香分子范围可有所不同。在一些实施例中，芳香分子的分子量大约在150至300之间，且具有较大或较小分子量的芳香分子可以适当地并入芳香剂组合物中。
一般，芳香分子可以包括天然或合成的醛、酮、酯、醇、萜类、天然植物提取物、香精、香料油等。例如油和提取物可来自植物包括杏仁、檀香、茴香、蒿草、佛手柑、苦橙、红檀香，金盏花，香水树、香菜、雪松、洋甘菊、丁香、椰子、桉树、茴香、天竺葵、茉莉、熏衣草，薰衣草，刺柏，柠檬，柑橘，橙花，橙，牛至属、棕榈、广藿香，薄荷，苦橙叶、苦木、迷迭香、百里香、玫瑰精油等。进一步，芳香分子可来自植物材料和水果包括dimyrcetol、苯乙醇和tetrahydromuguol、癸醛、正十一醛，十一碳烯醛、月桂醛、戊基肉桂醛、单苯基甘油酸、甲基壬乙醛、肉豆蔻醛、壬内酯、壬醛、辛醛、十一烷酸内酯、己基肉桂醛、苯甲醛、香兰素、洋茉莉醛、樟脑、羟基酚丁酮，6-乙酰基-1,1,3,4,4,6-六甲基四氢萘、α-甲基紫罗兰酮、γ-甲基离子-1，和戊基-环己酮及其混合物。此外(或交替地)，挥发性物质可包括或与其它分子及组合物结合的例如挥发性农药或治疗剂(例如薄荷醇)。进一步，用于提供挥发性物质的合适芳香分子在Saint Victor等人的美国专利No.8,778,860、Tasz等人的美国专利No.8,662,409、Martin等人的欧盟专利No.912,200、以及Martin等人的国际专利WO 1998/026809中被说明。
在一些实施例中，挥发性物质可以是香油。一般来说，香油可以包括木质或土质基，如檀香油、麝香、广藿香油等。其他香油可以是淡淡的花香，如玫瑰提取物或紫罗兰提取物。香油可进一步被配制以提供理想的果香，如青柠、柠檬或橙子。单独或与天然油相结合的合成芳香剂组合物的示例在Wiegers等人的美国专利No.4,314,915、Schulte-Elte等人的美国专利No.4,411,829、以及Kobayashi等人的美国专利No.4,434,306中被说明。其他人造液体芳香剂香包括香叶醇、乙酸香叶酯、丁香酚、异丁香酚、芳樟醇、乙酸芳樟酯、苯乙醇、甲基乙基酮、甲基紫罗兰酮、乙酸异龙脑酯等。
在一些实施例中，挥发性物质可以是结晶固体。在一方面，晶体固体可以在室温下升华至汽相。水晶芳香剂原料可选自有机化合物，包括香兰素、乙基香兰素、香豆素、吐纳麝香、西瓜酮，天芥菜，二甲苯麝香，雪松，麝香酮、苯甲酮、覆盆子酮、甲基萘酮β，苯基水杨酸乙酯，veltol、麦芽酚、枫内酯，proeugenol acetate、evernyl等。
在一些实施例中，挥发性物质可以包括或与载体组合物相结合的例如固体、液体、凝胶或其组合物。载体组合物可以包括芳香分子和非芳香分子。在一方面，载体组合物可以是凝胶，例如卡拉胶凝胶、瓜尔豆基凝胶、聚丙烯酸酯凝胶等或其组合物。示例性凝胶在Lanzet的美国专利No.2,927,055、Modi的美国专利No.5,741,482、Hurry等人的美国专利No.7,138,367、以及Modi的国际专利WO1998/019717中进一步被说明。其他示例性载体可以包括液体载体。在一个方面，液体载体可具有密度或疏水性，与芳香剂组合物或其他载体组合物不相混。在其他实施例中，载体组合物可以包括固体载体基质，例如多孔固体材料或海绵。此外，还考虑单个分配装置中的不同类型的载体组合。
现参照图5，复合膜30的一个实施例包括配置在支撑层42上的阻挡层40。如上所述，支撑层42可朝向储层44并与其连通。在一个方面，支撑层42可配置为将挥发性物质引导至阻挡层40。在另一方面，如图4B所示，支撑层可以向内挤压，以保持与储层内的挥发性物质的接触。在另一方面，如上所述，可以使用三层或更多层膜30'，且如上所述阻挡层40夹在支撑层42和46之间。进一步的示例性复合膜可与本发明的汽相分配装置兼容，其在Linder等人的美国专利No.5,039,421、Linder等人的美国专利No.5,024,765、Parnas等人的美国专利No.8,597,518、Offerma等人的美国专利No.8,617,395、Radomyselski等人的美国专利No.7,297,277。
图7示出用于类似膜30的复合膜特性的测试单元。在一个方面，膜30可与含有挥发性组合物的储层连通。膜30和储层可由框架48支撑以形成测试单元50。测试单元50可以位于测试室内的质量平衡或刻度52上。
在一个实验，测试单元50被装有具0.0036平方米表面积PERVATECH PDMS复合膜的(见以下膜A)。该膜包括厚度小于5μm的阻挡层，配置在厚度至少为10μm的支撑层上。芳香剂储层被填有挥发性组合物。该测试装置包括顶空分析仪。装有测试单元的仪器壳体以每分钟200升的气流运行。系统重量每300秒自动记录一次。固相微萃取(Carboxen/PDMS)被执行，通过分析装备有火焰离子化检测器的气相色谱仪对散发的芳香剂进行采样。在最初几天中每隔26分钟取样一次。此后，每天收集约10个样本。由此产生的数据被用来确定失重速率作为时间函数。
经图7收集的测试单元数据在图8和9中被示出。针对不同复合膜A和B收集的数据显示出失重速率作为时间函数，与没有膜的测试单元收集的数据具同等水平。膜A是非支撑的4/1000PDMS膜。膜B是夹在两个Entek高密度聚乙烯层之间的含有PDMS层的膜。图8所示的通量绝对值不一定彼此相关，因为实验是在不同的条件下进行的。然而，图8所示的数据表明，与无膜相比，膜A和B的通量相对变化率具有可比性。将膜A与膜B进行比较，其性能特点相似。然而，膜A(未经支撑的PDMS)在整个实验中显示出明显的膨胀，而膜B表现出增强的力学性能并且没有膨胀。
与图8类似的数据在图9中被示出，用于另一芳香剂组合物和膜C。膜C为PERVATECHPDMS平板膜，具有厚度为130μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撑层、厚度约为100μm的第一中间聚异戊二烯层，和厚度约为3μm至5μm的PDMS层。PDMS层充分交联并具有－130℃的玻璃转换温度，105°(±8)的接触角，和1.15的密度。在一个方面，图9中的数据示出复合膜在约30天内的失重速率。峰值失重速率在0.0036平方米的膜上以约0.07g/hr被观察。在最大观测通量值方面，0.07g/hr对应于约19.5g/(m2-hr)的通量。在30天的过程中，失重速率下降，但仍保持在大于0.01g/hr。同样，应理解，在至少30天的环境条件下，复合膜能够实现高达19.5g/(m2-hr)的高通量率，平均通量约为8g/(m2-hr)。相比之下，没有膜的现有PISO系统数据在图10-13中示出用于专属芳香剂。数据被指定为C1、C2、C5、C6、C9、C10、C13、C14、。C1和C2是相同的芳香剂，C5和C6是相同的芳香剂，C9和C10是相同的芳香剂，且C13和C14是相同的芳香剂。C1、C5、C9和C13表示低热设置的PISO系统，且C2，C6，C10和C14表示高热设置的PISO系统。
参照图8-13中所示的数据。据观察，复合膜在环境条件下操作能够以与无膜系统(即储层开放于空气中；图8)同等水平的变化通量率且在高温操作下能够以与高热下的PISO系统同等水平的通量(图10-13)传递挥发性组合物。因此，根据本公开的复合膜可以是用于汽相分配装置的更全面的膜。在一个方面，挥发性分配装置的用户能够以几种方式之一使用该装置。例如，用户可以将该装置放置在平面上或将该装置连接至车辆的壁、搁板、仪表板上等。该装置在使用时通过按下按钮被启动，展开装置的至少一部分，解开和打开装置，露出膜的一部分，或类似等。在另一个示例中，箔层或其它阻碍层可以从膜的表面除去，例如通过剥离阻碍层。阻碍层可能是阻挡物。然而，应理解，阻碍层可区别于复合膜的阻挡层。在另一个示例中，相对于与复合膜连通的储层内的挥发性组合物而言，阻碍层可基本上是不可穿透的或不渗透的。
在一些实施例中，用户可以补充挥发性组合物或与汽相分配装置一起使用的材料。例如，分配器可包括填充储层，或一个或多个可更换的部件，例如可替换的储层，可更换的复合膜，可更换的分配器壳体，或上述组合。在一个示例中，分配器的填充盒可包括含有挥发性组合物的储层和与储层耦合的膜。使用过的盒可以从汽相分配装置中取出(例如含有挥发性组合物的储层和与储层耦合的膜)。此后，填充盒可放置在所使用的盒空出的位置。
在一些实施例中，分配器(例如，分配器20)可以包括类似蜡烛、电(例如电阻)加热元件、化学加热元件(例如放热组合物)的加热元件，或其它类似加热元件。加热元件的激活可导致分配器的一个或多个组成升温。结果，与未加热的分配器相比，挥发性物质能够以更高的速度被传递穿过复合膜。在一些实施例中，分配器可插入到电源插座中以激活加热元件。在其他实施例中，复合膜可纳入电加热装置，其在威斯康星州Racine市S.C.Johnson&Son公司的美国专利Nos.4,849,606和5,937,140中被说明。
根据本发明的复合膜可以提供比传统使用的传送挥发性组合物的其他类型膜或包含这些膜的汽相分配装置具更多的优点(例如，非复合或单层膜)。在一个方面，使用在此公开的复合膜可以使汽相分配装置的设计具有更大的整体灵活性。对于两个相同尺寸的传送系统，与单层膜相比，具有复合膜的系统可表现出更大的总通量。例如，与单层膜相比，复合膜的芳香分子的通量约是其的3至20倍。因此，与单层膜具相同尺寸的复合膜可以获得更大的通量。
进一步，由于相对于较大的单层膜，较小的复合膜可以实现相同的挥发性组合物传送速率，复合膜可以适合小型规格设计的汽相分配装置。例如，具有0.001平方米表面积的复合膜可以达到与具有0.002平方米面积的单层膜同等水平的传送速率。在一个示例中，用于复合膜的分子量约为240的环芳香分子(例如，甲基柏木醚)的通量约为相同尺寸单层膜的5倍。另一个示例中，用于复合膜的分子量约为155的支链芳香分子(如芳樟醇)的通量约为相同尺寸单层膜的15倍。
在一些实施例中，与单层膜相比，具有更高总通量的复合膜可以提供更大范围，在该范围内可将挥发性组合物传送至环境中。因此，汽相分配装置可设计成使传送速率(即，每单位时间穿过复合膜的材料质量)相对于复合膜的最大传送速率被调整或减小。在一个方面，可以通过覆盖复合膜的一部分或以其他方式降低复合膜的总表面积来实现对传送速率的调节。进一步调节传送速率的方法可包括：调节含有复合膜的汽相分配装置上的面板或孔径。
在一些实施例中，相比单层膜，复合膜选择性较低。因此，与单层膜相比，低选择性的复合膜可具有传递范围更广的分子。因此，一方面，复合膜能够传递分子量约为100和200的分子。另一方面，复合膜能够传递分子量约为125和175的分子。另一方面，复合膜能够传递分子量约为140和160的分子。
在另一方面，低选择性可能与包括在挥发性组合物中范围更广的分子或托盘有关。例如，在为芳香剂组合物的情况下，香料商可以包括更大或更多各种各样的芳香分子。类似地，害虫控制组合物的情况下，可与杀虫剂或其他害虫控制分子一起运作，其与单层膜不相容。在一些实施例中，复合膜或含有复合膜的汽相分配装置可以被配置成防止泄漏、逸出、暴露、或接触到挥发性组合物。
示例
一系列的复合膜被选择与单层膜进行比较。对于每一种膜，测定了五种不同的芳香分子穿过膜的通量。芳香分子具有不同的分子量(MW)，包括乙酸己酯(MW＝144.2)、芳樟醇(MW＝154.3)，乙酸芳樟酯(MW＝196.3)，jasmacyclene(MW＝192.3)，和甲基柏木醚(MW＝236.4)。每一个芳香分子的通量数据在表1-5中被示出。选择的膜由PERVATEVCH或POLYMERPLUS制造。
表1:
1PERVATECH(参照膜C)
2PERVATECH(聚辛基甲基硅氧烷(POMS)，用来代替膜C中的PDMS)
3POLYMER PLUS
表2:
1PERVATECH(参照上述膜C)
2PERVATECH(POMS，用来代替膜C中的PDMS)
3POLYMER PLUS
表3:
1PERVATECH(参照上述膜C)
2PERVATECH(POMS，用来代替膜C中的PDMS)
3POLYMER PLUS
表4:
1PERVATECH(参照上述膜C)
2PERVATECH(POMS，用来代替膜C中的PDMS)
3POLYMER PLUS
表5:
1PERVATECH(参照上述膜C)
2PERVATECH(POMS，用来代替膜C中的PDMS)
3POLYMER PLUS
基于表1-5所提供的通量值，可以计算每个复合膜相对于单层膜的增强系数。在一个方面，增强系数可以被定义为给定复合膜的给定物种的通量值，该通量除以参考单层膜的相同物种的通量值。因此，第1天，PDMS复合膜的乙酸己酯的增强系数为3.401/0.309＝11.0(参照表1)。增强系数可以指示出在可比条件下，相对于参考单层膜，给定的分子穿过复合膜的通量被提高(即增加)。
在一些实施例中，相对于单层膜的给定复合膜的增强系数可以是约1.5至20之间。在一个示例中，复合膜的增强系数可以至少为3。在另一个例子中，复合膜的增强系数可以至少为5。在另一个示例中，复合膜的增强系数可以至少为10。在进一步的示例中，复合膜的增强系数可以至少为12。在另一个示例中，复合膜的增强系数可以至少为15。
在另一方面，基于表1-5所提供的通量值，可以计算每个复合膜的选择系数。在一个方面中，选择系数可以被定义为给定膜的第一物种的通量值除以相同膜的第二物种的通量值。因此，第1天，对于PDMS复合膜的芳樟醇的乙酸己酯的选择系数可计算为3.401/0.322＝10.6(参照表1和表2)。通过比较，第1天，对于单层膜的芳樟醇的乙酸己酯的选择系数可计算为0.309/0.020＝15.1(见表1和表2)。选择系数可以指示出在可比条件下，两种不同分子穿过复合膜的通量相似。一方面，选择系数接近一致(即选择系数≈1)可以表示给定膜的两种不同分子的通量相似。此外，接近一致的选择系数可以指示出膜通常是非选择性的或对两种不同分子具有低选择性。
另一方面，可以比较两种不同膜的选择系数以确定选择性增强系数。一方面，选择性增强系数可以被定义为第一膜的第一选择系数和第二膜的第二选择系数的比，其中第一和第二选择系数的每一个针对其两种不同分子被计算。因此，第1天，对于单层膜，对于PDMS复合膜的芳樟醇的乙酸己酯的选择性增强系数可计算为10.6/15.1＝0.7(参照表1和表2并说明选择系数)。
选择性增强系数可以指示出在相似的测试条件下，两种不同分子的第一膜的选择性与第二膜具可比性。一方面，选择性增强系数接近一致(即选择性增强系数≈1)可以表明，不同膜的选择性是相似的。然而，选择性增强系数<1可指示出相对于两种不同物种，第一膜相比第二膜选择性较低。因此，优选是提供相对于(第二)单层膜具有选择性增强系数<1的(第一)复合膜。
在此，选择系数或选择性增强系数可能不等于选择性或选择性比。应注意，如等式6定义的选择性，等于给定膜的两种不同分子的渗透率比。虽然渗透率与通量成比例，但渗透率取决于膜中分子(物种)的位置和跨膜浓度，如上面等式5所描述的。然而，选择性增强系数仍可提供有关膜的相对选择性的估计或指示。
在一些实施例中，复合膜或其层可以通过强度系数被特征化。强度系数可以基于复合膜的层特性，如弯矩、弹性模量、厚度、表面积或其他尺寸或材料性能。在另一方面，强度比可用于比较膜的两个层。例如，强度比可以定义为两层复合膜的强度系数比。在一些实施例中，可以指定复合膜的最小强度比。
本领域的技术人员应理解可针对本发明进行各种变化。其它实施例包括在此所述的各实施例的个别特征的各种组合。
在本发明的详细说明中引用的所有文件，相关部分被纳入此处作为参考；任何文件的引用不应被解释为是本发明的现有技术。
工业性应用
在此所述的复合膜和汽相分配系统的实施例，有利地将低选择性阻挡层的特征与支撑层相结合，用来以相对较高的通量传递广范围的分子，从而提供机械强度，且不限制穿过复合膜的传递速度。因此，公开的复合膜和汽相分配系统可用于广范围的应用。
本技术领域的技术人员可根据上述说明对本发明进行多种修改。相应地，示图及解释的说明其目的仅在于使本技术领域的技术人员来制备和使用本发明以引导出执行相同性能的最佳模式。所有的修改权由后附的权利要求范围所定义。
Claims (16)
1.一种用于挥发性组合物的填充盒，包括：
储层；
所述储层中的挥发性组合物；和
与所述储层流体连通的复合膜，所述复合膜包括阻挡层，具有小于10μm的厚度，和至少一个支撑层，与所述阻挡层接触，所述支撑层具有至少10μm的厚度，
其中，在25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1-100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜。
2.根据权利要求1所述的填充盒，其中，所述挥发性组合物为芳香剂、消毒剂、空气清新剂、织物清洁剂、清洁剂、气味消除剂、霉菌抑制剂、防霉剂、驱虫剂、杀虫剂、芳香分子，或选自C1-C20醛、C3-C20酮和C1-C20醇类的分子。
3.根据权利要求1所述的填充盒，进一步包括：
吸塑，定义具有顶部边缘的杯状结构；和
外围法兰，与所述杯状结构的所述顶部边缘耦合并从其中向外延伸，所述复合膜与所述吸塑和所述外围法兰中的至少一个耦合，从而定义所述储层。
4.根据权利要求3所述的填充盒，其中，所述杯状结构进一步包括：矩形底壁和四个侧壁，所述顶部边缘沿所述四个侧壁的外围延伸，且其中所述复合膜，通过热封与所述吸塑和所述外围法兰中的至少一个耦合。
5.根据权利要求1所述的填充盒，其中，在25℃和101kPa下，穿过所述膜的甲基柏木醚的通量至少为0.006g/(m2·hr)。
6.根据权利要求1所述的填充盒，其中，所述挥发性组合物的第一分子相对于所述挥发性组合物的第二分子的所述复合膜的选择性小于1000，且所述第二分子与所述第一分子不同。
7.根据权利要求1所述的填充盒，其中，所述复合膜相对于单层膜的增强系数至少为3。
8.根据权利要求1所述的填充盒，其中，所述复合膜相对于单层膜的选择性增强系数小于1。
9.一种用于挥发性组合物的填充盒，包括：
储层；
所述储层中的挥发性组合物；和
与所述储层流体连通的复合膜，所述复合膜包括第一支撑层，具有至少10μm的厚度，第二支撑层，具有至少10μm的厚度，和阻挡层，位于所述第一支撑层和所述第二支撑层之间，所述阻挡层具有小于10μm的厚度，
其中，在25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1-100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜，
其中，所述挥发性组合物包括多个芳香分子，且
其中，在25℃和101kPa下，所述芳香分子以至少0.006g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜。
10.根据权利要求9所述的填充盒，其中，所述挥发性组合物为芳香剂、消毒剂、空气清新剂、织物清洁剂、清洁剂、气味消除剂、霉菌抑制剂、防霉剂、驱虫剂、杀虫剂、芳香分子，或选自C1-C20醛、C3-C20酮和C1-C20醇类的分子。
11.根据权利要求9所述的填充盒，进一步包括：
吸塑，定义杯状结构，具有矩形底壁、四个侧壁，和沿所述四个侧壁外围延伸的顶部边缘；和
外围法兰，与所述杯状结构的所述顶部边缘耦合并从其中向外延伸，所述复合膜，被热封至所述吸塑和所述外围法兰中的至少一个，从而定义所述储层。
12.根据权利要求9所述的填充盒，其中，在25℃和101kPa下，穿过所述膜的乙酸己酯的通量至少为1.462g/(m2·hr)。
13.一种汽相分配装置，包括：
壳体；
复合膜，配置在所述壳体中，所述复合膜具有阻挡层，厚度小于10μm，和至少一个支撑层，与所述阻挡层接触，所述支撑层具有至少10μm的厚度；
储层，配置在所述壳体中并与所述复合膜流体连通；和
所述储层中的挥发性组合物，
其中，在25℃和101kPa下，所述挥发性组合物以1-100g/(m2·hr)的通量从所述储层被传递穿过所述复合膜，且
其中，所述阻挡层以低选择性为特征来传递所述挥发性组合物。
14.根据权利要求13所述的装置，进一步包括：所述壳体内的风扇。
15.根据权利要求13所述的装置，进一步包括：所述壳体内的加热元件。
16.根据权利要求13所述的装置，进一步包括：调节式盖，配置在所述复合膜的表面的至少一部分，其中，所述盖被操作使所述表面的部分变化，从而与所述壳体的外部流体连通。
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