CN108367246A - 多孔膜上的特征 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种多孔膜，其包含以下各者：多孔膜的表面上的至少一个聚合特征，其中使用纳米级注入模制装置将所述至少一个聚合特征接合到所述膜。本发明的另一方面包含一种多孔膜，其包含以下各者：第一薄膜层；第二薄膜层；所述第一薄膜层与所述第二薄膜层之间的至少一个聚合特征，其中所述至少一个聚合特征接合到至少所述第一薄膜层。

Description

多孔膜上的特征
相关申请案的交叉参考
本申请案主张来自2015年11月19日申请的标题为“膜上的3D打印特征(3DPRINTED FEATURES ON MEMBRANES)”的第62/257355号美国临时申请案及2015年11月19日申请的标题为“使用3D打印的膜层压(MEMBRANE LAMINATION USING 3D PRINTING)”的第62/257359号美国临时申请案的优先权，所述美国申请案两者以引用方式完全并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于液体过滤的多孔膜，更具体来说，本发明涉及用于增加的功能性的多孔膜的表面或多孔膜的薄膜上的聚合特征。
背景技术
使用多孔膜来过滤例如若干应用中的液体及气体的材料。这些多孔膜可以是平坦薄片或中空纤维，且可由聚合物、塑料、陶瓷、金属或复合材料制成。膜可接合到外壳以将原料流材料与过滤的材料或滤液分离。在过滤器的若干配置中，平坦薄片膜以特定方式接合到所述外壳，此取决于过滤的需求。在外壳中增加过滤器膜表面积的一种常见方法是打褶膜且接着将其接合到外壳中。在此配置中，膜的不同褶状物需要保持分离状态以优化通过过滤器的液体的流动。
过滤制造中的常见做法是包含多孔膜或薄膜的褶状物或层之间的开孔式滤筛或间隔物材料。例如，在过滤器外壳中的打褶多孔膜中，沿膜定位滤筛或间隔物使得所述膜中的相邻褶状物仍然由滤筛或间隔物材料分离。另一实例是在多孔膜滤筛或间隔物的层中，所述多孔膜滤筛或间隔物定位于这些层之间以维持层之间的分离，使得每一层执行对流动通过的液体的过滤。
这些滤筛及间隔物是开孔式的，在过滤期间促进低压力下降且通常制作为编织及非编织网、纤维网、冲孔薄片、波形及皱纹薄片、有肋薄片、多孔金属、多孔陶瓷及其它类似滤筛。滤筛及间隔物存在若干缺陷。举例来说，滤筛及间隔物通常阻挡大部分可选择膜。间隔物及滤筛通常由具有50微米或更大的厚度的挤压薄片或纤维网制成，此增加的厚度减少可堆填到外壳内的膜量。此外，在一些情况中，难以充分将滤筛密封到膜且因此减弱性能。此外，导致可从过滤器提取的高阶杂质的间隔物及滤筛材料损害过滤器的清洁度。
制造多层多孔膜的传统方法需要通过加热将多层聚合物材料层压在一起。此工艺的缺点是可损害层压或可产生膜的特征的缺陷或扭曲。出于那个理由，层压限于单个加热事件以防止执行的多孔膜的连续扭曲。举例来说，由传统技术层压的开孔式多孔膜可随着时间的推移遭受分层，这是因为大孔产生层之间的最小接触点。
在半导体产业及其它前进产业中，需要不阻挡大部分多孔膜以优化通过膜的液体的流动的超净材料。此外，需要使得多孔膜经历具有对膜的最小扭曲的层压工艺。
发明内容
本发明的一个方面包含多孔膜，其包含以下各者：多孔膜的表面上的至少一个聚合特征，其中使用纳米级注入模制装置将所述至少一个聚合特征接合到膜，其中所述聚合特征可接合到膜。
本发明的另一方面包含多孔膜，其包含以下各者：第一薄膜层；第二薄膜层；第一薄膜层与第二薄膜层之间的至少一个聚合特征，其中将所述至少一个聚合特征接合到至少所述第一薄膜层。
制作多孔膜上的至少一个聚合特征的另一方面包含将材料从纳米级注入模制装置施配到多孔膜的表面上。所述方法进一步包含经由分子间反应将聚合特征的材料接合到用于多孔膜的材料。
本发明的另一方面包含膜堆，其包含以下各者：打褶多孔膜，其中所述褶状物包括交替峰及谷及使得褶状物的交替峰及谷互连的对置膜壁，且其中所述多孔膜具有第一表面及第二表面且包括接合到对置膜壁的至少一者的至少第一表面的一部分的一或多个聚合特征，所述聚合特征分离褶状物的对置壁。
附图说明
图1展示根据本发明的版本的施配材料以将聚合特征接合到膜上的3D打印机；
图2a展示具有接合的聚合特征的打褶多孔膜且图2b展示具有打褶多孔膜的过滤器筒，其中根据本发明的一个版本说明膜的表面上的聚合特征的非均匀分布的梯度；
图3展示根据本发明的另一版本的多孔膜上设计为巷道的聚合特征；
图4展示根据的多孔膜上接合为桥的聚合特征；
图5a展示在多孔膜上具有似金字塔样式的几何形状的聚合特征且图5b展示根据本发明的版本的以交错方式在多孔膜的薄膜或多孔膜上配置的聚合特征；
图6展示根据本发明的版本的具有六边形的受挤压聚合特征；
图7展示根据本发明的版本的以沙漏形状接合到膜表面的聚合特征；
图8a展示设计为多孔膜上的不对称圆锥的聚合特征且图8b展示根据本发明的版本的多孔膜或层压于聚合特征的接触点处的一多孔膜或多个多孔膜的两个薄膜。
具体实施方式
本发明的版本涉及具有与表面集成以维持多孔膜的功能性的一或多个聚合特征(在本文中称为“聚合特征”或“特征”)的膜。所述特征可经设计以修改膜的表面以形成：流动特征；用于吸收的亲和力点；筛分通道；传导中心；生物活性点；生物相容中心及更多。在各种版本中，可通过3D印刷形成的热塑性或热固性聚合特征可接合且完全集成到多孔膜的薄膜或多孔膜或多孔膜的任何取样上，包含多孔膜的薄膜。聚合特征可具有特定图案、形状及/或配置以优化膜的功能性。聚合特征经配置以经由接合集成到膜以增强流动路径、膜的清洁度及/或膜的功能性。应理解，本文描述分离印刷的聚合特征的任何配置(例如，随机或几何图案)形状、尺寸及数目。
根据本发明的一个版本，使用三维(3-Dimensional，3D)印刷将聚合特征接合到多孔膜的薄膜或多孔膜。聚合特征可印刷成通常可由所属领域已知的纳米级注入模制设备制成的任何配置。3D打印机是纳米级注入模制设备的实例。3D印刷可用于精确控制膜或膜的薄膜之间的聚合特征的形状、配置及放置，此可用于产生界定的流动路径。特征可由可施配或排出到薄膜的表面顶上且接合或连锁到薄膜的任何材料制成。特征的形状可取决于用于制作特征的材料以及用于操作3D打印机的条件而不同。在一些版本中，包括聚合物的特征可以是对称或不对称的，如由图中的理想化特征所说明。
此外，3D印刷技术允许以正使用的3D打印机的分辨率精确印刷聚合材料。当前3D打印机可产生的聚合特征的当前分辨率是大约20微米(宽度/直径)乘20微米(高度)。然而，本发明不限于此分辨率。聚合特征可基于相关技术中已知的3D打印机分辨率而不同。随着3D打印机的发展，印刷分辨率可经改进以实现甚至更小的特征。
可在图1中说明本发明的一个版本。图1展现在其表面上具有集成的聚合特征102的多孔膜101。根据本发明的版本，多孔膜可以是包含多孔膜的薄膜的多孔膜的任何取样。聚合特征可配置为具有顶部到底部基本上相同的直径的对称圆柱。参考图1，多孔膜101可以是多孔聚合物，例如但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子重量聚乙烯(UHMWPE)、尼龙、聚酰胺、聚砜聚苯砜、聚偏二氟乙烯(PVDF)及/或全氟烷氧基(PFA)或聚氨酯。
图1展示与多孔膜101接合或集成的多个聚合特征102。聚合特征102可由相关技术中已知的任何热塑性或热固性树脂制成。可使用相关技术中已知的方法清理聚合特征。在本发明的另一版本中，可使用相关技术中已知的方法清理聚合特征而不化学修改聚合特征。热塑性聚合物是可通过加热到特定温度且接着当冷却时经硬化而塑形或模制的聚合物。热固树脂是不可逆地固化成不溶解聚合物交联网络的材料，其中由加热引起固化。作为实例而非限制，聚合特征可由以下各者或以下的组合制成：过氟烷氧基(MFA)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、聚砜、尼龙、聚乙烯、聚碳酸酯、液晶聚合物，单独或其两个或两个以上的组合。
聚合特征的形状可取决于过滤器所需的液体的流动而不同。举例来说，形状可以是但不限于几何及非几何形状，例如圆柱、桥、圆锥及/或菱形。尺寸可取决于纳米级注入模制设备的能力及/或过滤器的优选流动需求而不同。特征的每一者之间的距离可不同，此也取决于多孔膜的应用需求。距离的特征之间的不同范围促成不同流动路径。举例来说，每单元区域的特征浓度越高，压力下降越高。参考图1，圆柱聚合特征102之间的间隔可以是大约100微米，但可使用任何间隔尺寸或配置。
参考图1，103是用于排出或施配材料(例如聚合物)以在多孔膜的表面上形成特征的纳米级注入模制装置。在本发明的版本中，纳米级注入模制设备是3D打印机且施配的材料是聚合物滴。应理解，本发明中包含相关技术中已知的分离印刷的聚合特征的任何配置(例如，随机或几何放置)形状、尺寸及数目。3D打印机允许以3D打印机的分辨率精确地沉积或施配聚合材料。根据本发明的实施例，3D打印机可产生2微米(直径/宽度)乘以20微米(高度)的特征。
本发明的实施例不限于所描述的分辨率且随着3D打印机的发展，印刷分辨率将经改进以实现甚至更小的分辨率且产生更小的特征。在本发明的版本中，可将用于聚合特征的材料的细丝原料馈入3D打印机。根据本发明的另一版本，其它热塑性塑料可用作为反应组分。举例来说，当与多孔膜表面互相作用时，树脂可在3D打印机的喷嘴处或内反应且形成原位热凝物。在另一实例中，可在3D印刷之前制作聚合物及孔形成物。
根据本发明，具有如图1中展示的聚合特征102的膜可通过使得液体位于聚合特征之间而帮助引导液体的流动路径通过过滤器。这些聚合特征将归因于聚合特征的放置及尺寸而具有顺流。这是因为聚合特征提供打褶膜或多孔膜中的压延结构中的分离。根据本发明的版本，压延是当温度高于聚合物的玻璃化温度Tg时聚合物通过压缩集成在一起。因此，所属领域的一般技术人员可基于应用而定制聚合特征的设计及尺寸以定制接触且移动通过膜的液体的流动路径。
根据本发明的版本，3D打印机将聚合物排出到多孔膜上以将至少一个聚合特征接合到多孔膜的表面。如在相关技术中所已知，如果聚合特征包括热塑性树脂，那么压力及温度的合适选择将驱动特征粘合到表面。聚合特征接合且集成到多孔膜内，其中所述多孔膜可以是多孔膜的任何取样。
根据本发明的版本，可通过聚合特征与多孔膜之间的分子间反应实现接合。取决于用于多孔膜的材料及聚合特征，接合的多孔可以是相关技术中已知的均质掺合物或复合物。所期望的接合类型是基于使用聚合特征的材料或聚合物掺合物及多孔膜的材料或聚合物掺合物。基于材料的表面张力及/或聚合特征与多孔膜之间的接触角度可确定接合。在本发明的一个版本中，两种配接材料或聚合物掺合物的表面能量可在彼此的表面张力的20％内。
根据本发明的版本，确定用于聚合特征的聚合物或材料与多孔膜的材料或聚合物之间的兼容性。聚合特征与多孔膜之间的分子间反应可以是化学上类似或不同材料的组合物或掺合物。如所属领域的一般技术人员所知，如果组分是兼容的且在以分子级混合，那么这些掺合物是均质的。如果组分呈现为分离相，那么掺合物是异质的或不相容的。两种或两种以上材料或聚合物掺合物兼容还是不兼容还取决于温度。如果材料或聚合物掺合物是不兼容的，那么需要机械能量来分散次相(混合)且如果掺合形态不稳定，那么发生凝聚。举例来说，接口力(例如接口张力)变得重要且可显著改变掺合物的流变特性。根据本发明的版本，基于所期望的接合将考虑以下至少一或多者：聚合物掺合物、温度、接触角度及表面张力。
根据本发明，一旦确定用于聚合特征的材料或聚合物掺合物及用于多孔膜的材料或聚合物掺合物，便经由分子间反应将聚合特征及多孔膜结合在一起。为了促进材料或聚合物掺合物之间的结合，将多孔膜及聚合特征的温度设置为分子间反应的最低组成部分的熔化温度。此可允许聚合特征及多孔膜经由分子间反应而接合。在所属领域中熔化温度经设置以熔化最低组成部分是众所周知的。所属领域的一般技术人员可设置温度使得多孔膜的孔不封闭及/或扭曲。
此外，根据本发明的版本，可测量聚合特征与多孔膜的表面之间的接合范围，更具体来说是聚合物链缠结及聚合特征与多孔膜之间的分子间反应的范围。作为实例而非限制，可测量多孔膜的表面处的动态流变及切变。如果聚合特征与多孔膜的表面接合或相互渗透，那么将测量高于基底材料的存储模数的存储模数。
图2展示根据本发明的版本的打褶多孔膜。图2a展示具有接合到膜202的表面的一或多个聚合特征的打褶多孔膜201。图2b展示与聚合特征202接合的打褶多孔膜201，所述膜插入到过滤器筒203且在其中打褶。打褶多孔膜的实例是但不限于打褶PTFE或超高分子重量聚乙烯膜。根据本发明，相较于无聚合特征的膜，膜表面上的聚合特征允许褶状物隔开使得维持或改进通过过滤器的液体流动。在本发明的一个版本中，过滤器之间可隔开大约20到1000微米。基于聚合特征的设计及一致性，可控制溶液的流动。参考图2，聚合特征仅使用膜表面上方的一小部分空间。在本发明的版本中，多孔膜的表面的聚合特征覆盖的空间百分比可小于1％或高达50％。取决于用法，聚合特征的覆盖率也可高于50％。在本发明的一个实施例中，将特征设置为间隔20微米的距离。特征的距离及量可基于溶液的预期流动而不同。应理解，所属领域的技术人员可定制特征以实现多孔膜的所要流动特性。如图2b中所展示，打褶膜201在不同于图2a中展示的设计中具有聚合特征。在本发明的版本中，聚合特征可存在于打褶膜的一侧或两侧上。在本发明的另一版本中，聚合特征可在打褶膜的褶皱上接合。
图3展示接合到多孔膜301上作为巷道的聚合特征，其中所述多孔膜可以是多孔膜的任何取样，例如多孔膜的薄膜。参考图3，聚合特征302可经接合作为具有针对预期特征选择的高度及宽度的巷道。在本发明的一个版本中，所述巷道的高度可不限于20到1000微米且巷道的宽度可以是20微米或更小(例如大约2微米)，且每一巷道之间的距离可以是100微米或更小(例如10微米)。在本发明的版本中，印刷巷道302可集成到多孔膜内以改进横向流动。在本发明的版本中，多孔膜的边缘可部分或完全层压或密封到外壳中。为了实现此举，聚合物的带或条303可分开形成或3D印刷于边缘上到适合宽度(例如20微米)以当热层压到另一薄膜时提供密封。图3可见印刷条的说明。在本发明的版本中，带或条可以是大约1mm到大约15mm宽。带条可以是但不限于过氟烷氧基(MFA)，此是铁氟龙及全氟甲基乙烯基醚的共聚物。
图4展示根据本发明的接合到多孔膜或其取样401作为桥结构402的聚合特征。如图4中所展示，桥结构402可具有邻接于端处(具有倒U形的外观)的两个柱以提供具有充足结构完整性但不破坏多孔膜的流动特征的多孔膜的多孔薄膜层之间的接触的接合点。在本发明的版本中，一个聚合特征的两个柱可相距20微米，尽管100微米到10微米的范围中的其它间隔也可行。污染粒子403经展示在桥的柱之间。当薄膜层经压延时，围绕桥结构的流体空间将被保存且可具有筛分性质。具有桥结构的多孔膜的实例可以是具有PFA桥聚合特征的PTFE膜。
图5a及5b展示多孔膜或具有接合成构造以允许所期望流动图案的聚合特征502及504的多孔膜501及503的取样。图5a展示接合到多孔膜501为允许多孔膜之间的支撑的似金字塔结构的聚合特征502。图5b展示为交错构造的聚合特征504，此允许流动图案505增加多孔膜的表面上的污染物的积累，从而可通过堆积污染物且冲洗所述污染物而增加过滤器的功能。交错构造允许如505中展示的湍流图案。
图6展示可以是包含多孔膜的薄膜的多孔膜的任何取样的多孔膜601，多孔膜601具有接合到所述多孔膜的聚合特征602。所述聚合特征经塑形为挤压的六边形以允许流动图案。此配置可具有20到1000微米的六边形宽度的尺寸。在本发明的版本中，挤压六边形聚合特征可接合到多孔膜以操纵过滤器内的压力下降。根据本发明，聚合特征的间隔可增加或降低膜中的压力下降。作为实例而非限制，由于聚合特征经设计具有聚合特征之间的更少空间，所以压力下降增加。在另一实例中，设计聚合特征以使得多孔膜中间的特征相较于多孔膜的外部表面变窄将偏移压力下降中的此增加。
图7展示多孔膜701或多孔膜的任何取样，多孔膜701具有接合到多孔膜的聚合特征702。聚合特征是似沙漏的以允许所期望流动图案。此配置可在沙漏的基底或顶部处具有20微米到1000微米的尺寸。如以上所论述，当流体穿过膜时，聚合特征的设计及间隔可操纵膜的压力下降。作为实例而非限制，由于聚合特征经设计更靠近在一起，所以压力下降增加。在另一实例中，设计聚合特征以使得多孔膜中间的特征变窄将偏移此增加。参考图7，可操纵聚合特征702的形状以调整Z轴而不仅是Y轴及X轴上的形状。
根据本发明的版本，可将聚合特征排出或施配到多孔膜的表面或其取样上且同时将3D打印机定位于与多孔薄膜成大约90°的角度处。此配置期望用于印刷薄膜或多孔膜之间的结构完整性的聚合特征及/或界定流动的区域。3D打印机的喷嘴的轴与印刷特征的多孔膜的表面之间的角度可基于所期望的亲水聚合物及形状的接触角度而不同。举例来说，在球体的情况中是大约1度且在柱的情况中是大约89度。
表1展示接触角度及表面张力的一些实例。如本文所论述，表面张力及接触角度可用于确定用于聚合特征的聚合物掺合物以获得聚合特征与多孔膜之间的所期望接合。
表1
在本发明的另一版本中，聚合特征可在所述特征中具有孔。因此，可通过允许液体或流体穿过特征而非使流转向而优化膜的流动效率。此可通过在聚合特征中产生孔而实现。可通过并入聚合物内的粘土、盐或溶剂(孔形成物)以产生夹带聚合物而修改聚合特征的多孔性。因此，在材料或聚合物掺合物接合为多孔膜上的聚合特征之后，可(例如)通过利用适合溶剂清洗或分离孔形成物而移除夹带的粘土、盐或溶剂。用于清洗聚合特征的溶剂可以是相关技术中已知的任何溶剂。在一些实例中，所述溶剂可以是水或与孔形成物或溶剂相容的溶剂。此产生特征中允许流动通过弯曲路径的孔或空隙。根据本发明的版本，为了维持特征的结构完整性，孔形成材料可小于特征的总百分比区域，例如大约0.1％到小于大约50％cm2。聚合特征内的孔的百分比区域可以微米或任何区域单位测量，使得空闲空间或2维孔容积在总区域的大约0.1％到大约50％之间。
在本发明的另一版本中，纳米级注入模制装置或3D打印机还可用于印刷多孔膜的表面上及/或聚合特征的层析介质。在本发明的版本中，层析介质通常制成可印刷为如在相关技术中已知的膜上的细丝的球形聚苯乙烯珠。在一个实例中，具有多个特征的膜的表面包括全氟磺酸(基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物共聚物)或任何带电物种(阳离子或阴离子)。在另一实例中，两个单体可3D印刷于多孔膜的表面上且允许原位聚合。
在本发明的另一版本中，表面可与可充当为生物活性配体或生物兼容中心的聚合物特征接合。此提供多孔膜上的聚合特征的另一功能性。因此，聚合特征不仅用于产生薄膜或多孔膜的层之间的空间或增强层压，还增加流体的过滤熟练程度。根据本发明的版本，层析介质可印刷于多孔膜、聚合特征或其组合上。
在本发明的另一版本中，聚合特征可允许膜中的两个多孔薄膜之间的改进的层压。基于多孔膜的薄膜上的配置聚合特征，聚合特征可提供用于两层薄膜或多孔膜之间的层压的接触点。所述接触点是两层薄膜或多孔膜之间的聚合特征上的点。
图8A展示具有多个聚合特征802的多孔膜801的薄膜，其中所述聚合特征塑形为不对称圆锥。参考图8b，不对称聚合特征具有圆锥的小端且所述圆锥形的所述小端将与待层压的薄膜803接触。根据本发明的版本，圆锥形的目的是在压延期间最小化聚合物的合并。此将允许薄膜层层压且同时最大化膜区域。根据本发明的版本，801可以是多孔膜且803可以是层压在一起的第二多孔膜。
根据本发明的另一版本，具有接合的聚合特征802的多孔膜801的薄膜及薄膜803未经层压而是彼此上下放置作为堆叠。根据本发明的此版本，801可以是多孔膜且803可以是堆叠于一者的顶部上而非层压的第二多孔膜。根据本发明的版本，801可以是多孔膜且803可以是层压在一起的第二多孔膜。
根据本发明，聚合特征圆锥可以确保薄膜保持层压的图案及量印刷于多孔膜的表面上。在本发明的一个版本中，通过使用相关技术中已知的3D打印机将聚合物特征圆锥接合到薄膜表面。3D打印机可战略上印刷特定图案及个别量的聚合物特征圆锥以增加多孔膜的层之间的层间结合强度。相关技术中已知增加层间强度的图案。此极其有助于加强开孔式多孔膜的不对称层之间的接合。在本发明的版本中，10nm孔尺寸膜可在两层膜之间的聚合特征的接触点处层压到0.1微米膜。
包括在表面上具有聚合特征的一或多层膜的本发明的版本可包含具有对称孔结构、不对称孔结构的膜或连续堆叠或在多孔膜中具有交替层的此类膜的组合。本发明的版本中的多孔膜是微孔。在本发明的其它版本中，多孔膜可以是但不限于超大孔膜、无皮膜及交叉流动过滤膜且可以是湿式膜，非多孔性薄膜也可以是具有其中的特征的湿式薄膜。
在本发明的一个版本中，聚合特征圆锥在薄膜的表面的至少一部分上的离散点上方或薄膜的整个表面上的离散点处印刷为设计的图案以用于与另一薄膜的层压。聚合物圆锥可印刷于一层薄膜上或待层压在一起的两层薄膜的两个表面上。
根据本发明，针对某些膜，膜的边缘也可需要部分或完全层压。相对于将间隔的聚合特征圆锥印刷于薄膜的边缘上，聚合物的带或条可3D印刷于边缘上到适合宽度以当热层压到另一薄膜时确保最佳密封。见图3，带或条303的宽度可以是大约1mm到15mm。所述条可由与聚合特征相同的聚合物(例如MFA)制成。
在一个实例中，多孔薄膜的表面可经印刷具有聚合特征圆锥而薄膜的边缘可经印刷具有聚合物的带或条。所述条可由类似与圆锥或不同的材料制成，此取决于终端使用应用。针对高压应用，柱无需如密封条一样的强度，因此条的材料可不同于相关技术中已知的圆锥的材料。
根据本发明，可通过允许流动到穿过印刷的层压特征而非使流转向来优化膜的流动效率。如以上所论述，在本发明的一个版本中，聚合特征可具有特征内的孔。可通过并入聚合物内的粘土、盐或溶剂(孔形成物)以产生夹带聚合物而修改特征的多孔性。形状的周边尺寸可以是但不限于20微米到1000微米。
根据本发明的版本，可在聚合特征的熔化温度但低于多孔膜的薄膜层的熔化温度的温度处实现将具有聚合特征的薄膜层压在一起。在本发明的版本中，在聚合特征的接触点处完成层压。接触点位于与多孔膜的薄膜或多孔膜接触的聚合特征的一部分上。根据本发明的版本，如果聚合特征包含热塑性或热固性树脂，那么热固性树脂的热塑性塑料具有比材料的熔化温度更低的熔化温度。接着，层压温度可设置为用于聚合特征的材料或聚合物掺合物的熔化温度。由于熔化温度低于多孔膜的材料或聚合物掺合物的温度，所以未在层压工艺中损害孔的完整性及多孔膜。作为实例而非限制，PFA(全氟烷氧基树脂)聚合物掺合物可用于聚合特征且PTFE可用作为用于多孔膜的聚合物掺合物。PFA在280到316℃的范围下熔化而PTFE在326℃下熔化。因而，可在大约280到316℃的熔化温度下执行层压工艺。
在本发明的版本中，可通过移植或曝露到如氧气的气体及来自UV灯的能量而表面修改多孔膜。可在形成特征之前或之后执行处理或修改。所述温度可改变多孔膜的表面能量。
在本发明的版本中，使用3D印刷聚合特征的层压工艺允许制造随后可组装到最终膜内的组件，此被称为多级层压。举例来说，组件可以是少于最终多孔膜的层的必要数目个组合件。所述组件在制造工艺中的后续时间处可组装成最终产品。作为实例而非限制，可通过将A-B组件组装到C-D组件而制作包括A-B-C-D层的膜。根据本发明，层压膜具有比印刷聚合特征更高的熔化温度，因此层压可在多个阶段中发生，因为基底膜从不受特征熔化的温度影响，此最小化或消除孔或多孔膜的扭曲。
在本发明的另一版本中，聚合特征促进不同材料的层压。举例来说，连结层可经印刷以将不同膜接合在一起。根据本发明，连结层是采用不同聚合物材料的两层之间的连结层的共挤压。所述连结层形成于包含两种材料或聚合物掺合物的一者及包含功能群组(至少与第二聚合物上的功能群组反应)的耦合试剂的组合物的挤压熔化中。耦合试剂可并入到按重量计高于5％的量的连结层材料内。
因此，聚合特征可接合到不同膜以形成作为复合层压。举例来说，可能将尼龙层压到具有高密度聚乙烯柱的超高分子重量聚乙烯以免UHMWPE或尼龙在层压期间扭曲。可层压在一起的不同膜是但不限于尼龙/PTFE、尼龙/PE、聚砜/PE、聚砜/PTFE、PTFE/尼龙、PVDF/PTFE、其两者或两者以上的组合。
本发明的另一实施例包含打褶多孔膜的膜堆。褶状物包含交替峰谷及使得褶状物的交替峰谷互连的对置膜壁，所述多孔膜具有第一表面及第二表面且包含接合到对置膜壁的至少一者的至少第一表面的一部分的一或多个聚合特征，所述聚合特征分离褶状物的对置壁。
在本发明的另一实施例中，其包含以上描述的膜堆，所述膜堆在具有聚合特征的两个对置膜壁上包含聚合特征。
在本发明的另一实施例中，以上描述的膜堆包含褶状物的峰及谷，褶状物的峰及谷包含聚合特征。
在本发明的另一实施例中，以上描述的膜堆包含膜的第一表面及第二表面，所述第一表面及第二第二表面包括一或多个聚合特征。
在本发明的另一实施例中，以上描述的膜堆包含褶状物，所述褶状物包含峰及谷，对置膜壁具有一或多个高度且可包含“M褶状物”、“W褶状物”或其组合。所述褶状物也可配置为褶状物上方的轨道。
在本发明的另一实施例中，以上描述的膜堆包含经打褶具有第一膜的第二膜。
在本发明的另一实施例中，以上描述的膜堆包含聚合特征，所述聚合特征包括至少一种净化介质。净化介质的实例可包含活化碳、离子交换及螯合介质。
本发明的另一实施例包含过滤器筒，所述过滤器筒包括具有如本文描述的特征的多孔膜，且所述多孔膜包含：多孔圆柱核心部件；所述筒的对置端处的端盖，且所述多孔膜安置于核心部件周围且由端盖固持于所述筒中；具有特征的多孔膜的打褶膜堆，其中褶状物的轴通常平行于核心部件的轴延伸，圆柱形打褶过滤器元件，其具有接合到端盖的端；圆柱笼，其环绕打褶过滤器元件且在筒的端盖中与所述打褶过滤器元件密封；及圆柱笼，其环绕打褶过滤器元件且在筒的端盖中与所述打褶过滤器元件密封。
本发明的另一实施例包含过滤器，所述过滤器包括具有本文描述的特征的多孔膜且包含：本体，其具有空腔及由侧壁界定的非圆柱形；多个褶状物盖，其界定第一侧通道、第一区域、中心通道、第二区域及空腔中的第二侧通道，多个褶状物盖的每一褶状物盖具有开口；具有特征的多孔膜的多个打褶堆，所述打褶堆包括定位于第一区域中的第一打褶堆及定位于第二区域中的第二打褶堆，所述第一打褶堆及所述第二打褶堆各自包括具有特征的多孔膜；膜，其包括接合到所述膜的至少一个表面的聚合特征；第一端盖，其在本体的第一端处接合到所述本体，所述第一端盖具有第一开口及第一流动通道，所述第一开口连接到入口端口，所述第一流动通道经构造以将流体从所述入口端口引导到中心通道，其中所述流体从中心通道引导通过定位于第一区域中的第一打褶堆，通过定位于第二区域中的第二打褶堆，且经由平行流动通过开口分别到第一侧通道及第二侧通道；及第二端盖，其在本体的第二端处接合到所述本体，所述第二端盖具有第二开口及第二流动通道，将第二开口连接到出口端口，所述第二通道经构造以将流体从第一侧通道及第二侧通道引导到出口端口。
在本发明的另一实施例中，以上描述的过滤器包含：第一打褶堆，其包含第一打褶膜；及第二打褶堆，其包含第二打褶膜，且所述第一打褶膜及所述第二打褶膜由相同材料或不同材料制成。
本发明的另一实施例包含净化器盒子，所述净化器盒子包含至少以下内容：净化器本体，其进一步包括至少部分界定介质空腔的一组介质空腔侧壁，所述组介质空腔侧壁包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁，所述第一侧壁相对于所述第二侧壁且第三侧壁相对于第四侧壁；一或多个张力部件，其耦合到介质空腔的第一侧壁及第二侧壁，所述一或多个张力部件将所述介质空腔分为多个区段；打褶膜堆，其包括具有如本文描述的特征的多孔膜，所述打褶膜堆安置于所述介质空腔中；第一净化器端口，其流体连接到所述介质空腔；及第二净化器端口，其流体连接到所述介质空腔。
本发明的另一实施例包含如以上描述的净化器盒子，一或多个张力部件平行于第三侧壁及第四侧壁运行且将介质空腔分为多个巷道。
尽管已展示体现本发明的方面的一些示范性物品、组合物、设备、方法，但当然将理解本发明不限于这些实施例。可由所属领域的技术人员尤其是鉴于以上教示而作出修改。举例来说，一个实施例的组件及特征可代替另一实施例的对应组件及特征。此外，本发明可包含为任何组合或子组合的这些实施例的各种方面。
尽管已描述各种组合物及方法，但将理解本发明不限于特定分子、组合物、设计、方法论或描述的协议，这是因为这些可改变。还将理解，描述中使用的术语仅是为了描述特定版本或实施例的目的且不希望限制将仅由所附权利要求书限制的本发明的范围。
还必须注意，如在本文及所附权利要求书中所使用，除非本文清楚指示，否则单数形式“一”(a、an)及“所述”包含复数形式。因此，例如，参考“聚合特征”是参考所属领域的技术人员已知的一或多个聚合特征及其等效物等等。除非本文界定，否则本文使用的所有技术及科学术语具有与所属领域的一般技术人员通常理解的相同意义。类似或等效于本文描述的方法及材料可在本发明的实施例的实践或测试中使用。本文提及的所有公开案以全文引用方式并入本文中。本文不应解译为因为现有发明而不授权本发明先于此发明内容的允许。“任选”或“任选地”意味着随后描述的事件或情况可发生或可不发生，且描述包含其中事件发生的例子且其中事件不发生的例子。无论是否明确指示，本文的所有数值可由术语“大约”修改。术语“大约”通常是指所属领域的技术人员将考虑等效于所述值(即，具有相同功能或结果)的数字的范围。在一些实施例中，术语“大约”是指所陈述值的±10％，在其它实施例中，术语“大约”是指所陈述值的±2％。尽管以术语“包括”描述组合物及方法，但各种组件或步骤(解译为意味着“包含但不限于”)、组合物及方法也可“基本上由各种组件及步骤组成”或“由各种组件及步骤组成”，此术语应解译为基本上界定封闭部件群组。
尽管已相对于一或多个实施方案展示及描述本发明，但所属领域的技术人员将基于对本说明书及附图的阅读而明白等效替代及修改。本发明包含所有此类修改及替代且仅由以下权利要求书的范围限制。另外，尽管已仅相对于若干实施方案的一者揭示本发明的特定特征或方面，此特征或方面可与所期望的其它实施方案的一或多个其它特征或方面及针对任何给定或特定应用的优势组合。此外，在此意义上，术语“包含”、“具有”(having、has)、“其中”或其变体用于详细描述或权利要求书中，此类术语希望以类似于术语“包括”的方式具有包含性。而且，术语“示范性”仅意味着实例而非最佳。还应了解，为简明及易于理解的目的，本文描绘的特征、层及/或元件被说明具有相对于彼此的特定尺寸及/或定向，且实际尺寸及/或定向基本上可不同于本文说明的尺寸及/或定向。
尽管已参考本发明的某些实施例详细描述本发明，但其它版本也是可能的。因此，所附权利要求书的精神及范围不应限于此说明书内含有的描述及版本。

Claims (20)

1.一种多孔膜，其包括：
多孔膜的表面上的至少一个聚合特征，其中将所述至少一个聚合特征接合到所述多孔膜。
2.根据权利要求1所述的多孔膜，其中所述多孔膜是打褶多孔膜且所述至少一个聚合特征分离所述打褶多孔膜的相邻褶皱。
3.根据权利要求1所述的多孔膜，其中通过至少一个聚合特征的第一材料与所述多孔膜的第二材料之间的分子间反应接合所述至少一个聚合特征。
4.根据权利要求3所述的多孔膜，其中所述至少一个聚合特征在所述第一材料及/或所述第二材料的最低熔化组成部分的熔化温度下接合。
5.根据权利要求1到4所述的多孔膜，其中所述多孔膜堆叠于第二多孔膜的顶部上。
6.根据权利要求1到5所述的多孔膜，其中所述至少一个聚合特征及/或所述多孔膜包括层析介质。
7.根据权利要求1到6所述的多孔膜，其中所述至少一个聚合特征是多孔的。
8.一种多孔膜，其包括
第一多孔薄膜层；
第二多孔薄膜层；
至少一个聚合特征，其在所述第一多孔薄膜层与所述第二多孔薄膜层之间，其中将所述至少一个聚合特征接合到至少所述第一薄膜层。
9.根据权利要求8所述的多孔膜，其中所述第一多孔薄膜层在至少一个聚合特征的接触点处接合到第二多孔薄膜层。
10.根据权利要求8到9所述的多孔膜，其中通过用于所述至少一个聚合特征的第一材料与用于所述多孔膜的第二材料之间的分子间反应将所述至少一个聚合特征接合到所述至少第一薄膜层。
11.根据权利要求8到10所述的多孔膜，其中所述第一多孔薄膜具有孔尺寸且所述第二多孔薄膜具有不同于所述第一薄膜的所述孔尺寸的第二孔尺寸。
12.根据权利要求8所述的多孔膜，其中所述至少一个聚合特征是热塑性聚合物、热固性树脂或其组合。
13.一种在多孔膜上制作至少一个聚合特征的方法，其包括：
将材料从纳米级注入模制装置施配到所述多孔膜的表面上以在所述多孔膜的所述表面上产生聚合特征。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括经由分子间反应将所述聚合特征的所述材料接合到用于所述多孔膜的材料。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述纳米级注入模制装置是3D打印机。
16.根据权利要求13到15所述的方法，其中所述3D打印机与所述多孔膜的所述表面成90度的角度且同时施配所述材料以接合所述多孔膜的所述表面上的聚合特征。
17.一种膜堆，其包括：
打褶多孔膜，其中所述褶状物包括交替峰及谷及使得所述褶状物的所述交替峰及谷互连的对置膜壁，且其中所述多孔膜具有第一表面及第二表面及所述对置膜壁的一者的至少所述第一表面的一部分上的一或多个聚合特征，所述聚合特征分离所述褶状物的所述对置壁。
18.根据权利要求17所述的膜堆，其中两个对置膜壁具有所述聚合特征。
19.根据权利要求17到18所述的膜堆，其中所述褶状物的所述峰及谷包含聚合特征。
20.根据权利要求17到19中任一权利要求所述的膜堆，其中所述膜的所述第一及第二表面包括一或多个聚合特征。
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