CN111249930B - 具有侧链亲水基的亲水滤膜与其制备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种具有侧链亲水基的亲水滤膜与相关制备及使用方法。所描述亲水聚合物(包含呈含有亲水聚合物的滤膜形式)具有侧链离子基；及制备具有侧链离子基的所述亲水聚合物与衍生物膜及过滤器的方法；及一种使用所述滤膜来过滤例如液体化学品的流体以从所述流体移除多余材料的方法。

Description

具有侧链亲水基的亲水滤膜与其制备及使用方法
技术领域
下文描述涉及包含具有侧链离子基的亲水聚合物的多孔聚合物滤膜；制作所述滤膜及包含此滤膜的过滤器的方法；及使用所述滤膜来过滤例如液体化学品的流体以从所述流体移除多余材料的方法。
背景技术
过滤器产品是现代工业必不可少的工具，其用来从有用流体流移除多余材料。使用过滤器处理的有用流体包含水、液体工业溶剂及处理流体、用于制造或处理(例如，在半导体制造中)的工业气体、以及具有医疗或制药用途的液体。从流体移除的多余材料包含杂质及污染物，例如颗粒、微生物及溶解的化学物种。过滤器应用的特定实例包含将其与液体材料一起用于半导体及微电子装置制造。
为了执行过滤功能，过滤器包含滤膜，所述滤膜负责从穿过所述滤膜的流体移除多余材料。根据需要，滤膜可呈平板的形式，其可为缠绕的(例如，螺旋形)、扁平的、褶状的或盘状的。滤膜可替代地呈中空纤维的形式。滤膜可经容纳在外壳内或以其它方式经支撑使得经过滤的流体通过过滤器入口进入且需要在经过过滤器出口之前经过滤膜。
滤膜可由具有可基于过滤器的用途(即，由过滤器执行的过滤类型)选择的平均孔径的多孔结构构成。典型孔径在微米或亚微米范围内，例如从约0.001微米到约10微米。具有从约0.001微米到约0.05微米的平均孔径的滤膜有时被分类为超滤膜。具有约0.05微米与10微米之间的孔径的滤膜有时被称为微孔滤膜。
具有微米或亚微米范围孔径的滤膜可有效地通过筛分机制或非筛分机制或两者而从流体流移除多余材料。筛分机制是其中通过将颗粒机械地保持在滤膜的表面上来从液体流移除颗粒的过滤模式，其用以机械地干扰颗粒的运动且将颗粒保留在过滤器内，从而机械地防止颗粒流过过滤器。通常，颗粒可大于过滤器的孔。“非筛分”过滤机制是其中滤膜以非完全机械的方式(例如，其包含静电机制，其中颗粒或溶解的杂质被静电地吸引到过滤器表面并保留在过滤器表面处且从流体流移除)保留通过滤膜的流体流中含有的悬浮颗粒或溶解材料的过滤模式；颗粒可溶解，或可为具有小于过滤介质的孔的粒径的固体。
从溶液移除离子材料(例如溶解的阴离子或阳离子)在许多工业(例如微电子工业)中是重要的，其中非常低浓度的离子污染物及颗粒会不利地影响微处理器及存储器装置的质量及性能。可通过非筛分过滤机制、通过由吸引溶解的离子材料的聚合物材料制成的微孔滤膜来移除溶解的离子材料。此类微孔滤膜的实例由化学惰性的低表面能聚合物(如超高分子量聚乙烯(“UPE”)、聚四氟乙烯、尼龙等)制成。由于将尼龙形成为展现高渗透性的滤膜的能力及由于尼龙的良好非筛分过滤行为，尼龙滤膜特定用于半导体处理工业中的各种不同过滤应用中。
发明内容
由亲水聚合物(例如尼龙)制成的滤膜用于半导体及微电子工业中的各种过滤应用。尼龙可制成为展现高渗透性、亲水性及良好非筛分过滤性能的滤膜。尼龙聚合物具有取决于尼龙的类型且有助于尼龙聚合物的非筛分过滤性质的固有表面电荷。如果可在滤膜的总体流动性质及过滤性质损失最小的情况下将额外带电官能基添加到滤膜，那么可改善亲水聚合物(例如尼龙)的非筛分过滤性质。
一种对聚合物的表面进行改性的一般模式是将官能(离子)团接枝到聚合物表面上。然而，用于将离子键带电基接枝到聚合物上的技术未必有效地允许接枝到所有类型的聚合物上。许多接枝技术涉及使用具有疏水性质的光引发剂。为了将官能基接枝到具有疏水表面的聚合物(例如聚乙烯)上，使用疏水光引发剂可很好地起作用。对于其它聚合物，尤其是展现亲水表面的聚合物(例如尼龙)，这些技术效果不佳(如果有用的话)。
本文中揭示一种用于将离子基接枝到亲水聚合物的新技术。所述技术涉及在溶液中将疏水光引发剂施加到亲水聚合物的表面，此后进行任选干燥步骤且接着用单体溶液重新润湿所述表面。所述技术可确保相对高水平的光引发剂经沉积在亲水聚合物的表面上。存在于表面上的所述水平的光引发剂足以允许将带电单体接枝到亲水表面上，带电单体的量相对于允许亲水聚合物(作为滤膜的部分)有效地作为滤膜将是有用的或有利地为高的。将离子基化学地附接到滤膜的亲水聚合物上的步骤对可经过滤膜的流体量(流率或流量)没有任何实质性影响--可经过滤膜的流体量(流率或流量)基本上不受将离子基化学地添加到滤膜的不利影响。同时，滤膜的过滤性能(尤其是如通过染料结合能力、颗粒保持率及金属离子移除率测量的非筛分过滤)可大大地改善。
在一个方面，一种多孔聚合物滤膜包含亲水聚合物，所述亲水聚合物包含：聚合物主链；侧链亲水基，其选自羟基、胺基、羧基或其组合；及侧链离子基，其与所述侧链亲水基不同。
在另一方面，揭示一种将离子基接枝到亲水聚合物的方法。所述方法包含：使亲水聚合物与包括溶剂及光引发剂的光引发剂溶液接触以将所述光引发剂放置在所述亲水聚合物的表面处；在使所述表面与所述光引发剂溶液接触以将所述光引发剂放置在所述表面处之后，使所述表面与包括带电单体的单体溶液接触，所述带电单体包括所述离子基；使所述表面暴露于电磁辐射以引起所述离子基接枝到所述亲水聚合物。
一种制备多孔聚合物滤膜的方法包含具有经接枝的离子基的亲水聚合物。所述方法包含：使所述滤膜与包括溶剂及光引发剂的光引发剂溶液接触以将所述光引发剂放置在所述滤膜的表面处；在使所述表面与所述光引发剂溶液接触以将所述光引发剂放置在所述表面处之后，使所述表面与包括带电单体的单体溶液接触，所述带电单体包括所述离子基；及使所述表面暴露于电磁辐射以引起所述离子基接枝到所述亲水聚合物。
附图说明
图1(其是示意性的且未必按比例绘制)展示如本文中所描述的过滤器产品的实例。
具体实施方式
下文描述涉及用于将离子基化学地附接(即，“接枝”)到亲水聚合物上的新颖且创造性的方法；包含侧链离子基的亲水聚合物材料；包含此亲水聚合物材料的滤膜、过滤器组件及过滤器；及使用滤膜或过滤器组件来过滤流体以从流体移除多余材料的方法。
申请人已确定，通过包含使用光引发剂的某些化学接枝技术将带电(“离子”)化学基化学地附接到亲水聚合物涉及某些特定技术挑战。许多这些技术涉及使聚合物表面与含有带电反应性化合物(例如，“带电单体”)及光引发剂的溶液接触，接着使聚合物及溶液暴露于电磁辐射。带电单体包含反应性部分(例如，非饱和部分)及要化学地附接到聚合物的带电化学基。当含有带电单体、聚合物及光引发剂的溶液暴露于辐射时，光引发剂引发非饱和部分与亲水聚合物之间的化学反应。所述反应导致非饱和部分化学地附接到聚合物，即，“接枝”到聚合物。
离子基可为任何基。侧链离子基与侧链亲水基不同。在其中亲水聚合物包含在滤膜中的特定实施例中，离子基可有效地改善滤膜的过滤性能，尤其是滤膜的非筛分过滤性能。可包含在如所描述的亲水聚合物上(尤其是在滤膜中包含的亲水聚合物上)的离子基的实例包含：阳离子含氮离子基、阴离子含硫离子基及阴离子含磷离子基，包含其化学对应物(例如，盐或酸)。作为某些特定实例，侧链离子基可为：阳离子含氮环状芳族基、阳离子咪唑或阳离子胺、或阴离子膦酸基或阴离子磺酸基。
当使用这些技术来将带电单体附接到亲水聚合物上时，存在某些特定技术挑战。典型光引发剂(例如，二苯甲酮及二苯甲酮衍生物)是疏水的且不会被固有地吸引到亲水聚合物的亲水表面。带来的挑战是将有效量的疏水光引发剂放置在亲水聚合物的表面处。
本文中揭示带电单体可通过其化学地附接到(即，接枝到)亲水聚合物或由亲水聚合物制成的制品(包含但不限于多孔滤膜)的新技术。所述技术通常包含：将光引发剂放置在亲水聚合物的表面处；且接着将带电单体放置在表面处；及接着将存在于亲水聚合物的表面处的光引发剂及带电单体暴露于辐射。辐射引起光引发剂引发非饱和部分与亲水聚合物之间的反应，借此非饱和部分化学地附接到(即，接枝到)所述聚合物，使得所得亲水聚合物包含通过共价化学键化学地附接到亲水聚合物的带电(离子)化学基。
这种方法的更特定实例涉及将离子基接枝到被制成为包含亲水聚合物的多孔滤膜(例如，亲水多孔滤膜)上。所述方法包含将带电单体的带电化学基化学地附接到滤膜的亲水聚合物表面，包含(优选地)在滤膜的内孔表面处附接。所述方法可包含：使滤膜与含有溶剂及光引发剂的光引发剂溶液接触以将光引发剂放置在亲水聚合物的表面处，包含内孔表面；任选地例如通过冲洗(用水)步骤、干燥(溶剂蒸发)步骤或冲洗步骤及干燥步骤两者从表面移除过量的光引发剂溶液；在使表面与光引发剂溶液接触之后且任选地在从表面移除过多光引发剂溶液之后，将带电单体放置在表面处；及使表面(具有光引发剂及带电单体)暴露于电磁辐射以引起带电单体与亲水聚合物发生反应且通过共价化学键化学地附接到亲水聚合物，即，接枝到亲水聚合物。
与某些先前接枝方法相比，本描述涉及使用疏水光引发剂来将带电(离子)化学基化学地附接到亲水的聚合物。如本文中所使用，用于描述亲水聚合物的术语“亲水”是指由于存在附接到聚合物主链的足量亲水侧链官能基(例如羟基(-OH)、羧基(-COOH)、氨基(-NH2)或附接到聚合物主链的类似官能基)而吸引水分子的聚合物。在一些实施例中，侧链亲水基选自由羟基、胺基、羧基或其组合组成的群组。当亲水聚合物经形成为多孔滤膜时，这些亲水基辅助将水吸附到多孔滤膜上。
实例亲水聚合物是尼龙聚合物，其包含聚酰胺聚合物。这些聚合物通常被理解为包含在聚合物主链中含有循环酰胺基的共聚物及三元共聚物。通常，尼龙及聚酰胺树脂包含二胺及二羧酸的共聚物或内酰胺及氨基酸的均聚物。用于制造如本文中所描述的滤膜的优选尼龙是六亚甲基二胺及己二酸的共聚物(尼龙66)、六亚甲基二胺及癸二酸的共聚物(尼龙610)、聚己内酰胺的均聚物(尼龙6)、及四亚甲基二胺及己二酸的共聚物(尼龙46)。尼龙聚合物具有相对于在从约15,000到约42,000的范围内的分子量(数均分子量)明显变化的多种等级且具有其它特性。
在一些实施例中，聚合物或其制品(例如，多孔滤膜)可完全由亲水聚合物制成或完全由尼龙聚合物制成，例如可由亲水聚合物(例如尼龙聚合物)组成或本质上由其组成，且不与另一非疏水或非尼龙聚合物混合。所述聚合物可为非氟化的且不需要及可明确地排除其它类型的聚合物，例如含氟聚合物、全氟聚合物、聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯)等。如本文中所使用，“本质上由指定成分或材料组成”的材料是含有规定成分或材料及不超过少量的其它材料的材料，例如含有至少98、99、99.5、99.9或99.99重量百分比的指定成分或材料及不超过2、1、0.5、0.1或0.01重量百分比的其它任何成分或材料的材料。替代地，如果有用或需要，那么聚合物(或滤膜或其它制品)可包含与亲水聚合物混合的一定量的非亲水聚合物，例如微量的(小于50、40、30、20、10、或5重量百分比)非亲水单体。
根据如所描述的方法，将光引发剂放置在亲水聚合物的表面处，例如，在多孔滤膜或其它含有亲水聚合物的制品的表面处。通过优选技术，可将光引发剂溶解在溶剂中以形成光引发剂溶液，接着将光引发剂溶液施加到亲水聚合物以将光引发剂放置在表面处。可将光引发剂溶解在液体溶剂(其可为水、有机溶剂或有机溶剂及水的组合)中，以形成光引发剂溶液。接着使光引发剂溶液以任何有用方式(例如通过喷洒、浸没、浸泡、吸附等)与聚合物接触。
光引发剂溶液的溶剂可为有效地溶解光引发剂且将光引发剂递送到亲水聚合物的表面(例如，到亲水多孔聚合物滤膜的表面)的任何溶剂。对于亲水聚合物及疏水光引发剂，溶剂必须与这两种组分中的每一者相容以成功地使期望的大量疏水光引发剂与亲水聚合物的表面接触，包含与由亲水聚合物制成的滤膜的内孔接触。为此，如所描述的实例光引发剂溶液的溶剂可含有至少一定量的水，同时仍能够溶解有用量的光引发剂。包含水作为光引发剂溶剂的部分可有效地使溶剂更具极性，这可使疏水光引发剂从溶剂递送(例如，沉淀)到亲水聚合物上更有效。另外，水可在所述过程期间改善滤膜的幅材处置，因为将亲水聚合物(例如尼龙)暴露于更浓缩(例如，纯)有机溶剂可能会引起聚合物滤膜在处置期间变形。
术语“溶剂”是指有效地含有有用量的溶解的光引发剂的任何液体，以允许所述液体将溶解的光引发剂携带到亲水聚合物或被制成为包含亲水聚合物的制品(例如包含内孔表面的聚合物滤膜)的表面。溶剂可包含有机溶剂、水或两者。有机溶剂的实例包含醇，尤其是低级醇(C1到C5醇)，其中异丙醇及甲醇是有用实例。
用于光引发剂溶液的实例溶剂包含有机溶剂及水的混合物，由机溶剂及水的混合物组成或本质上由机溶剂及水的混合物组成，例如水及低级(C1到C4)醇的混合物，例如甲醇及水的混合物或异丙醇及水的混合物。低级醇(例如异丙醇或甲醇)与水的组合在溶解疏水引发剂(例如，二苯甲酮(或其衍生物))时可能尤其有效，同时仍对润湿亲水聚合物的表面(例如由亲水聚合物制成的多孔滤膜的表面(包含内孔表面))高度有效。这些溶剂混合物溶解疏水光引发剂(例如，二苯甲酮或其衍生物)且润湿亲水基材的有效性可允许溶剂混合物用来有效地将有用量的疏水光引发剂递送到亲水聚合物的表面上，包含多孔亲水滤膜的内孔表面。溶剂中的有机溶剂(例如，低级醇，例如甲醇、异丙醇或其混合物)及水的相对量可为任何有效量，例如水:有机溶剂的比(wt:wt)可在从10:90到90:10、20:80到80:20(例如，从30:70到70:30或从40:60到60:40)的范围内。
光引发剂可为将有效地响应于辐射(例如，紫外线辐射)引发如本文中所描述的带电单体的反应性基与亲水聚合物之间的反应的任何光引发剂。实例包含在化学领域中被称为“II型”光引发剂的光引发剂。II型光引发剂的已知且有用的实例包含二苯甲酮及二苯甲酮衍生物。
光引发剂溶液中的光引发剂的量可为足够高以允许光引发剂溶液将期望、有用或最大量的光引发剂递送到亲水聚合物表面的任何量(浓度)。所述量及其施加方法应足以将一定量的光引发剂放置在聚合物表面处，这可有效地使期望的大量带电单体与聚合物表面发生反应。光引发剂溶液中的光引发剂的有用量的实例可在至多5重量百分比的范围内，例如从0.1重量百分比或0.5重量百分比到4.5重量百分比或从1重量百分比或2重量百分比到3重量百分比或4重量百分比。
可通过任何有用技术将光引发剂溶液施加到亲水聚合物的表面，例如通过将光引发剂溶液喷洒到亲水聚合物上、通过将亲水聚合物浸没或浸泡在光引发剂溶液中等。期望地，包含亲水聚合物的制品的整个表面可与光引发剂溶液接触且被光引发剂溶液润湿，包含例如多孔滤膜的所有内表面。如果有必要，那么施加步骤可包含例如通过滚压或挤压多孔过滤介质以引起多孔过滤介质的所有表面润湿来操纵亲水聚合物或包含亲水聚合物的制品。在一些实施例中，光引发剂溶液包括从0.1重量百分比到2重量百分比的二苯甲酮或二苯甲酮衍生物、水、及异丙醇及甲醇中的一或多者。在一些实施例中，基于总共100重量份的异丙醇及水，光引发剂溶液包括从20重量份到80重量份的异丙醇及从80重量份到20重量份的异丙醇。
随后，如果需要，可移除残留在亲水聚合物的表面上的光引发剂溶液的部分，同时仍有效地在表面上留下期望量的光引发剂溶液。光引发剂溶液存在的量可大于必要量，且可通过任何一或多种机械移除技术移除过过多的量。对于多孔滤膜，用于移除过多光引发剂溶液的技术的实例包含滴干滤膜、挤压滤膜、拧干滤膜、折叠滤膜或使用机械力或压力(例如辊子)滚压滤膜、用喷雾器或水浴(例如，用去离子水)冲洗、或通过借助于使用气流或热量中的一或多者(例如，使用风扇或“气刀”干燥机、热量或这些方法的组合)从存在于亲水聚合物表面上的光引发剂溶液蒸发溶剂。
通过移除过多光引发剂溶液的一个任选步骤，可使用水(例如，去离子水)冲洗包含接触其表面的光引发剂溶液的亲水聚合物，例如多孔亲水滤膜。冲洗步骤可通过任何有用技术来执行，例如通过将冲洗(例如，去离子)水喷洒到亲水聚合物上、通过浸没或浸泡亲水聚合物水(例如，去离子水)等，借此从亲水聚合物表面移除过多光引发剂溶液(包含其有机溶剂)的至少部分。冲洗步骤应允许有用量的光引发剂保留在亲水聚合物的表面处，优选地使来自光引发剂溶液的减少量的溶剂保留在表面上。
在从亲水单体的表面移除光引发剂溶液的部分的不同任选步骤(其可任选地在冲洗步骤或机械干燥步骤或两者之后执行)中，可处理具有接触其表面的光引发剂溶液的亲水聚合物(例如，多孔亲水滤膜)以通过借助蒸发干燥光引发剂溶液的溶剂来移除所述溶剂，以在亲水聚合物表面处留下浓缩量的光引发剂。这种类型的用来在亲水聚合物的表面处蒸发光引发剂溶液的溶剂的干燥步骤可通过以下操作来执行：将热量施加到光引发剂溶液，使气流或另一气态流体经过光引发剂溶液，或借助于在环境条件下(例如，在室温下的空气中)静置达有效地允许光引发剂溶液的溶剂的所期望部分蒸发的一定量的时间而有效地允许溶剂从光引发剂溶液蒸发。期望地，大部分溶剂可被蒸发且从光引发剂溶液移除，例如至少40重量百分比、50重量百分比、70重量百分比或90重量百分比的溶剂。因此，浓缩量的光引发剂保留在亲水聚合物的表面上，优选相当均匀地分布在整个表面上方，例如包含在多孔滤膜的内孔处。
任选地，根据需要，在干燥步骤之后，可再次用水(例如，去离子水)润湿存在于其表面处的光引发剂的亲水聚合物，例如通过将去离子水喷洒在亲水聚合物上、将亲水聚合物浸没在去离子水中或通过有效地重新润湿光引发剂而无需从亲水聚合物的表面移除光引发剂的任何其它技术。
根据如所描述的方法，在将光引发剂放置在亲水聚合物的表面处之后的下一步骤(任选干燥或润湿步骤)，可将带电单体与光引发剂组合地放置在表面处。可通过任何有用技术将带电单体放置在具有预先放置在其上的光引发剂的表面处，其中有用实例包含通过使表面与含有溶解在溶剂中的带电单体的单体溶液接触。这些技术的特定实例包含喷洒、浸没、浸泡、吸附等。在成功将带电单体与光引发剂组合地放置在表面处之后，使表面(具有光引发剂及带电单体)暴露于辐射以引发将带电单体化学地附接(通过共价化学键)到亲水聚合物的化学反应，通常被称为化学“接枝”的过程。
带电单体可为反应性化合物，其包含反应性部分(例如非饱和部分，例如乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等)及离子部分(其可为阴离子或阳离子)。
合适阳离子带电单体的实例包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、胺(例如，伯胺、仲胺、叔胺及季胺)及具有季铵、咪唑鎓、鏻、胍、锍、吡啶鎓官能基的乙烯基类型。合适丙烯酸酯单体的实例包含盐酸2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯及氯化[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基铵。合适甲基丙烯酸酯单体的实例包含甲基丙烯酸2-氨基乙酯盐酸盐、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐酸盐、2-(甲基氨基甲基)乙基丙烯酸盐酸盐、[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵溶液及[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵。合适丙烯酰胺单体的实例包含丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵。合适甲基丙烯酰胺单体的实例包含2-氨基乙基甲基丙烯酰胺盐酸盐、N-(2-氨基乙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐及N-(3-氨基丙基)-甲基丙烯酰胺盐酸盐。其它合适单体包含二烯丙基二甲基氯化铵、烯丙胺盐酸盐、乙烯基咪唑鎓盐酸盐、乙烯基吡啶鎓盐酸盐及乙烯基苄基三甲基氯化铵。
合适阴离子单体包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺及具有磺酸、羧酸、膦酸或磷酸官能基的乙烯基类型。合适丙烯酸酯单体的实例包含2-乙基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸2-羧乙基酯、丙烯酸3-磺丙基丙基钾盐、2-丙基丙烯酸及2-(三氟甲基)丙烯酸。合适甲基丙烯酸酯单体的实例包含甲基丙烯酸、2-甲基-2-丙烯-1-磺酸钠盐、马来酸单-2-(甲基丙烯酰氧基)乙基酯及甲基丙烯酸3-磺基丙基酯钾盐。合适丙烯酰胺单体的实例是2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸。合适甲基丙烯酰胺单体的实例是3-甲基丙烯酰胺基苯基硼酸。其它合适单体包含乙烯基磺酸(或乙烯基磺酸钠盐)及乙烯基膦酸(及其盐)。
其它合适单体是N-(羟甲基)丙烯酰胺(HMAD)、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵(APTAC)及(乙烯基苄基)三甲基氯化铵(VBTAC)。
用于单体溶液的溶剂的类型可为有效地允许单体溶液溶解且将有用量的带电单体递送到亲水聚合物的表面的任何类型。用于单体溶液的优选溶剂是水或添加有机溶剂的水。溶剂可包含有机溶剂、水或两者。有机溶剂的实例包含醇，尤其是低级醇(C1到C5醇)，其中异丙醇、甲醇及己二醇是有用实例。用于特定过程、单体溶液及带电单体的特定溶剂可基于例如单体溶液中的带电单体的类型及量、亲水聚合物的类型、及其它因素的因素。在含有水及有机溶剂两者的溶剂中，可包含任何量的有机溶剂，例如量小于90重量百分比、75重量百分比、50重量百分比、40重量百分比、30重量百分比、20重量百分比或10重量百分比；作为实例，有用溶剂组合物可在水中含有从1重量百分比到10重量百分比的己二醇。
单体溶液中的带电单体的量可为足够高以允许单体溶液将期望、有用或最大量的带电单体递送到亲水聚合物表面的任何量(浓度)。单体溶液的量、单体溶液中的带电单体的浓度及用来将单体溶液施加到亲水聚合物的方法应足以将一定量的带电单体放置在聚合物表面处，所述量有效地使期望的大量带电单体与亲水聚合物表面发生反应。单体溶液中的单体的有用量的实例可在至多5重量百分比或10重量百分比的范围内，例如从0.5重量百分比到5重量百分比或从1重量百分比或2重量百分比到3重量百分比或4重量百分比。在一些实施例中，带电单体包括乙烯基咪唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、丙烯酸、(乙烯基苄基)三甲基氯化铵或聚二烯丙基二甲基氯化铵。在一些实施例中，基于总重量的单体溶液，单体溶液包括溶解在从90重量百分比到99.5重量百分比的去离子水中的从0.5重量百分比到10重量百分比的带电单体。
在已有效地将单体溶液递送到亲水聚合物(其包含先前放置在其上的光引发剂)的表面之后，使亲水聚合物(在其表面处具有光引发剂及带电单体)暴露于电磁辐射(通常在光谱的紫外线部分内)或有效地引起光引发剂引发化学反应的另一能量源，所述化学反应导致带电单体的反应性部分与亲水聚合物发生反应且化学地(共价地)附接到亲水聚合物。
可附接到亲水聚合物的离子基的量(或用化学地附接到亲水单体或含有亲水单体的过滤介质的反应性单体的量来表示)可为任何有用量，例如将有效地增加离子基所附接的亲水滤膜的非筛分过滤功能的量。优选地，侧链离子基的存在及量不会对滤膜的其它性质(例如流动性质)产生实质性或不可接受水平的有害影响。
例如，通过使用涉及光引发剂、包含亲水聚合物的制品或组合物(例如，由所述聚合物制成的滤膜)的接枝技术来将离子基化学地附接到其的亲水聚合物可(尽管并非优选)包含非常小但分析上可检测(残留)的光引发剂量。
在本描述的方法及装置的各种实例中，亲水聚合物可包含在多孔滤膜中。如本文中所使用，“多孔滤膜”是含有从滤膜的一个表面延伸到滤膜的相对表面的多孔(例如，微孔)互连通道的多孔固体。所述通道通常提供经过滤的液体必须经过的曲折隧道或路径。随着含有颗粒的流体穿过滤膜，这种液体中含有的大于孔的任何颗粒被阻止进入微孔滤膜或经捕获在微孔滤膜的孔内(即，通过筛分类型过滤机制移除)。小于孔的颗粒也经捕获或吸附到孔结构上，例如可通过非筛分过滤机制移除。液体及可能减少量的颗粒或溶解的物质穿过微孔滤膜。
如本文中所描述的实例多孔聚合物滤膜(被视为在将离子基接枝到其表面的步骤之前或之后)可以包含孔径、泡点及孔隙率的物理特征为特征。
多孔聚合物滤膜可具有将允许滤膜有效地表现为滤膜的任何孔径，例如如本文中所描述，包含有时被视为微孔滤膜或超滤膜的孔径(平均孔径)的孔。有用或优选多孔滤膜的实例可具有在从约0.001微米到约1微米或2微米的范围内的平均孔径，例如从0.01微米到0.8微米，其中孔径是基于一或多种因素来选择，所述因素包含：要移除的杂质的粒径或类型、压力及压降要求、及由过滤器处理的液体的粘度要求。超滤膜可具有在从0.001微米到约0.05微米的范围内的平均孔径。孔径通常被报告为可通过已知技术(例如水银孔隙率测定法(MP)、扫描电子显微镜(SEM)、液体置换(LLDP)或原子力显微镜(AFM))测量的多孔材料的平均孔径。
泡点也是多孔滤膜的已知特征。通过泡点测试方法，将多孔聚合物滤膜的样本浸没在具有已知表面张力的液体中并用所述液体润湿，且将气压施加到样本的一侧。气压是逐渐增加的。气流流过样本的最小压力被称为泡点。在摄氏20度到摄氏25度的温度下使用HFE 7200测量根据本说明书有用或优选的多孔聚合物滤膜的有用泡点的实例可在从2psi到400psi的范围内，例如在从20psi到200psi的范围内。在一些实施例中，在摄氏20度到摄氏25度的温度下使用HFE 7200测量的泡点可在从5psi到200psi的范围内。
如所描述的多孔聚合物滤层可具有将允许多孔聚合物滤层如本文中所描述那样有效的任何孔隙率。实例多孔聚合物滤层可具有高孔隙率，例如至少60％、70％或80％的孔隙率。如本文中所使用且在多孔体领域中，多孔体的“孔隙率”(有时也被称为空隙率)是体内空隙(即，“空白”)空间占所述体的总体积的百分比的量度，且被计算为所述体的空隙体积占所述体的总体积的分数。具有零百分比孔隙率的体是完全固体的。
如所描述的多孔聚合物滤膜可呈具有任何有用厚度的板或中空纤维的形式，例如厚度在从5微米到100微米的范围内，例如在从10微米或20微米到50微米或80微米的范围内。
如所描述的滤膜可用于过滤液体以从液体移除非期望材料(例如，污染物或杂质)以产生可用作工业过程材料的高纯度液体。滤膜可用来通过筛分机制或非筛分机制及优选地通过组合的非筛分机制及筛分机制，从被迫使流过经涂覆滤膜的液体移除溶解或悬浮的污染物或杂质。亲水滤膜本身(在将离子基附接到其之前)可展现有效的筛分及非筛分过滤性质以及所期望流动性质。进一步包含如所描述的化学附接侧链离子基的相同亲水滤膜展现相当的筛分过滤性质、有用或相当的(未过度减弱)流动性质、及改善的(例如，大幅改善的)非筛分过滤性质。
本描述的滤膜可用于需要高纯度液体材料作为输入的任何类型的工业过程。此类过程的非限制性实例包含制备微电子或半导体装置的过程，其特定实例是过滤用于半导体光刻的液体过程材料(例如，溶剂或含溶剂液体)的方法。存在于用于制备微电子或半导体装置的工艺液体或溶剂中的污染物的实例可包含溶解在液体中的金属离子、悬浮在液体中的固体颗粒及存在于液体中的胶凝或凝结材料(例如，在光刻期间生成)。
如所描述的滤膜的特定实例可用来纯化在半导体或微电子制造应用中用于或可用于例如过滤半导体光刻方法中使用的液体溶剂或其它工艺液体的液体化学品。可使用如所描述的滤膜过滤的溶剂的一些特定非限制性实例包含：乙酸正丁酯(nBA)、异丙醇(IPA)、乙酸2-乙氧基乙酯(2EEA)、二甲苯、环己酮、乙基乳酸、甲基异丁基甲醇(MIBC)、甲基异丁基酮(MIBK)、乙酸异戊酯、十一烷、丙二醇甲醚(PGME)及丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)。如所描述的实例滤膜可有效地从含有水、胺或两者的溶剂移除金属，例如碱及水性碱(例如NH4OH、四甲基氨氢氧化物(TMAH)及相当的溶液)，其可任选地含有水。在一些实施例中，使包含选自以下项的溶剂的液体穿过具有本文中所描述的滤膜的过滤器且从溶剂移除金属：氢氧化四甲基铵(TMAH)或NH4OH。在一些实施例中，使含溶剂液体穿过滤膜以从含溶剂液体移除金属导致含溶剂液体中的金属浓度降低。
如所描述的滤膜(包含化学地附接到亲水聚合物的所描述侧链离子基)也可以滤膜的染料结合能力为特征。具体来说，可引起带电染料结合到滤膜的表面。可结合到滤膜的染料的量可通过光谱方法基于在染料的吸附频率下滤膜的所测量吸附读数的差异定量地测量。染料结合能力可通过使用带负电染料并且也可通过使用带正电染料来评估。根据如所描述的优选滤膜，如所描述那样使用亲水聚合物制成的滤膜(具有来自亲水聚合物的侧链离子基)可具有带正电染料、带负电染料或两者的染料结合能力，所述染料结合能力大于包含由相同聚合物制成的相同亲水滤膜但不包含侧链离子基的相当的滤膜；即，与含有侧链离子基的亲水聚合物的相同滤膜相比，使用没有侧链离子基的亲水聚合物制成的滤膜具有更小(例如，显著更小)的染料结合能力，如所描述。
使用具有侧链离子基的亲水聚合物制成的经涂覆滤膜可具有滤膜的每平方厘米至少1微克(μg/cm2)(例如大于1μg/cm2、10μg/cm2、20μg/cm2或50μg/cm2)的亚甲基蓝染料的染料结合能力；替代地或另外，如所描述的经涂覆滤膜可具有至少1μg/cm2(例如大于1μg/cm2、10μg/cm2、20μg/cm2或50μg/cm2)的丽春红S染料的染料结合能力。
替代地或另外，本说明书的滤膜的染料结合能力可根据相对于使用亲水聚合物制成的相当的滤膜的改善来测量，且其在其它方面相同，但是不含有如本文中所描述的侧链离子基。本发明的实例滤膜可展现相对于没有侧离离子基的相同亲水滤膜的染料结合能力改善至少10％、25％、50％或100％的染料结合能力；与使用亲水聚合物制成但没有粒子侧链的相同滤膜相比较(就孔径、孔隙率、厚度等来说)，使用亲水聚合物制成且含有如所描述的侧链离子基的滤膜可具有更大(例如，显著更大)的染料结合能力，例如至少大10％、25％、50％或100％的染料结合能力。
颗粒保持率可通过测量由放置在流体流中的滤膜从流体流移除的测试颗粒的数目来测量。通过一种方法，颗粒保持率可通过使含有达到0.5％、1％及2％的单层覆盖率的8ppm聚苯乙烯颗粒(0.025μm绿色荧光聚合物微球Fluoro-Max(可从ThermoFisherSCIENTIFIC购得)的0.1％Triton X-100的足够量水性进料溶液以每分钟7毫升的恒定流量穿过滤膜且收集滤液来测量。滤液中的聚苯乙烯颗粒的浓度可根据滤液的吸附率计算。接着使用以下方程式计算颗粒保持率：
在如所描述的复合滤膜的优选实施例中，对于0.5％、1.0％、1.5％及2.0％的单层覆盖率，复合滤膜可展现超过90％的保持率，且对于0.5％、1.0％的单层覆盖率，复合滤膜也可展现超过95％的保持率。在这个水平的保持率下，与许多目前市售滤膜相较，本发明复合滤膜的这些实例展现更高保持率水平，例如由UPE制成的相当的平板及中空纤维滤膜。这些实例复合滤膜还允许有用、良好、或非常良好的流率(低流动时间)，且展现允许复合滤膜被制备且组装到滤筒或过滤器产品中的机械性质。
另外，如所描述的滤膜可以通过滤膜的液体流的流率或流量为特征。流率必须足够高以允许滤膜高效且有效地过滤通过滤膜的流体流。流率或换句话说对通过滤膜的液体流的阻力可根据流率或流动时间(其与流率成反比)来测量。如本文中所描述的滤膜(包含具有侧链离子基的亲水聚合物)可优选地具有相对低流动时间，优选地与相对高的泡点组合，及良好过滤性能(例如，如通过颗粒保持率、染料结合能力或两者来测量)。有用或优选流动时间的实例可低于约6,000秒/500mL，例如低于约4,000秒/500mL或2,000秒/500mL。
滤膜水流动时间可通过将滤膜切成47mm盘且在将盘放置在附接到用于盛放一定体积的水的容器的过滤器支架中之前用水润湿来测定。容器经连接到压力调节器。水在14.2psi(磅每平方英寸)压差下流过滤膜。在达到平衡后，记录500ml水流过滤膜的时间。
优选地，使用亲水聚合物制成且具有如所描述的侧链离子基的滤膜的流动时间可近似等于且不显著大于不含有侧链亲水基的相同滤膜的流动时间。换句话说，在滤膜的亲水聚合物上具有离子基不会对滤膜的流动性质产生实质性负面影响，而仍可改善例如如通过染料结合能力、颗粒保持率或两者来测量的滤膜的过滤功能，尤其是滤膜的非筛分过滤功能。根据优选滤膜，本发明的滤膜的所测量流动时间(包含亲水聚合物及侧链离子基)与不包含经接枝的离子基的相同亲水聚合物的流动时间的不同(例如，大于)不超过30％或20％，例如不超过10％、5％或3％。
如所描述的滤膜可经容纳在较大过滤器结构内，例如用于过滤器系统中的多层过滤器组合件或滤筒。过滤器系统会将滤膜(例如作为多层过滤器组合件的部分或作为滤筒的部分)放置在过滤器外壳中以使滤膜暴露于液体化学品的流动路径以引起液体化学品流的至少部分穿过滤膜，使得滤膜从液体化学品移除一定量的杂质或污染物。多层过滤器组合件或滤筒的结构可包含各种额外材料及结构中的一或多者，所述材料及结构将复合滤膜支撑在过滤器组合件或滤筒内以引起流体从过滤器入口流过复合滤膜(包含滤层)，且流过过滤器出口，由此在穿过过滤器时经过复合滤膜。由过滤器组合件或滤筒支撑的滤膜可呈任何有用形状，例如尤其是褶状圆柱体、圆柱形垫、一或多个非褶状(扁平)圆柱形板、褶状板。
包含呈褶状圆柱体形式的滤膜的过滤器结构的一个实例可被制备为包含以下组件部分，其中任一者可包含在过滤器结构中，但是可能不是必需的：刚性或半刚性芯，其在褶状圆柱形经涂覆滤膜的内部开口处支撑褶状圆柱形经涂覆滤膜；刚性或半刚性罩，其在滤膜的外部支撑或围绕褶状圆柱形经涂覆滤膜的外部；任选端件或“塞子”，其位于褶状圆柱形经涂覆滤膜的两个相对端中的每一者处；及过滤器外壳，其包含入口及出口。过滤器外壳可具有任何有用且期望的尺寸、形状及材料，且可优选地由合适聚合材料制成。
作为一个实例，图1展示过滤器组件30，其是褶状圆柱形组件10及端件22与其它任选组件的产物。圆柱形组件10包含如本文中所描述的滤膜12，且是褶状的。端件22经附接到(例如，“罐装”)到圆柱形过滤器组件10的一端。端件22可优选地由可熔融处理的聚合物材料制成。芯(未展示)可经放置在褶状圆柱形组件10的内部开口24处，且罩(未展示)可围绕褶状圆柱形组件10的外部放置。第二端件(未展示)可经附接(“罐装”)到褶状圆柱形组件30的第二端。接着，可将具有两个相对罐装端以及任选芯及罩的所得褶状圆柱形组件30放置到过滤器外壳中，所述过滤器外壳包含入口及出口且经配置使得进入入口的全部量的流体有必须必定在从出口离开过滤器之前穿过滤膜12。
实例：
实例1：将苯甲酮溶解在去离子水及异丙醇的混合物中以将单体接枝到尼龙
这个实例示范在对尼龙进行表面改性的同时，将50:50的去离子水与异丙醇混合物用作溶剂如何优于苯甲酮的100％异丙醇。
使用以下两种方法对具有107psi的平均泡点、1220秒/500mL的水流动时间、165μm的厚度的尼龙膜进行表面改性。对于第一实验，将未经改性尼龙膜切成47mm直径试片。第一步，将试片浸没在0.5％二苯甲酮+100％异丙醇(IPA)的溶液中。第二步，接着将IPA润湿的尼龙膜试片浸没到100％去离子水中。第三步，接着将去离子水交换的膜浸没在单体溶液中以使所述膜吸收带负电单体2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)。第四步，将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。第五步，用水洗涤UV固化的膜试片且在甲醇中洗涤两次，接着进行干燥。在这个过程期间，由于二苯甲酮及异丙醇溶液中所花费的时间，47mm尼龙试片在视觉上变形。对于第二实验，将1.0％苯甲酮溶解在49g异丙醇中，且接着用50g去离子水进行稀释。这种溶液取代第一实验的第一步中使用的0.5％二苯甲酮+100％异丙醇的溶液。与第一实验完全相同地重复剩余第二步到第五步。第二实验中的尼龙膜试片能够被改性而没有任何视觉变形。
实例2：用带负电AMPS单体改性的尼龙表面
这个实例示范用带负电单体，2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)对尼龙膜进行的表面改性。
通过表面改性生产带负电尼龙膜。可通过使用光引发剂将带负电单体AMPS共价地接枝到膜表面来实现表面改性。首先，将与实例1的未经改性尼龙膜类似的未经改性尼龙膜切成47mm直径试片，且接着浸没在0.5％二苯甲酮+50％异丙醇及50％去离子水的溶液中。接着，在100％去离子水的溶液中交换所述膜。接着，将经交换的膜浸没在AMPS单体溶液(表1A)中以使所述膜吸收单体溶液。将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。用水洗涤UV固化的膜试片并在甲醇中洗涤两次，且接着进行干燥。天然膜的HFE平均泡点被测量为107psi且不受表面改性影响。由于表面改性所致的流动时间百分比增加被测量为14％。
表1A：AMPS单体溶液
2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(g) 去离子水(g)
2.0 98.0
实例3：用带负电VPA单体改性的尼龙表面
这个实例示范用带负电单体，乙烯基膦酸(VPA)对尼龙膜进行的表面改性。
通过表面改性生产带负电尼龙膜。通过使用光引发剂将带负电单体VPA共价地接枝到所述膜来实现表面改性。首先，将与实例1的未经改性尼龙膜类似的未经改性尼龙膜切成47mm直径试片，且接着浸没在0.5％二苯甲酮+50％异丙醇及50％去离子水的溶液中。接着，在100％去离子水的溶液中交换所述膜。接着，将经交换的膜浸没在VPA单体溶液(表1B)中以使所述膜吸收单体溶液。将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。用水洗涤UV固化的膜试片并在甲醇中洗涤两次，且接着进行干燥。天然膜的HFE平均泡点被测量为107psi且不受表面改性影响。由于带负电表面改性所致的流动时间百分比增加被测量为0.0％。
表1B：VPA单体溶液
乙烯基膦酸(g) 去离子水(g)
6.0 94.0
实例4：带负电尼龙膜的染料结合能力的测定
这个实例示范可如何通过测量带正电染料分子亚甲基蓝的摄取来近似估计存在于经处理的多孔尼龙膜上的负电荷的程度。
这种方法用来测量施加到经表面改性的尼龙膜的电荷量。首先，将(例如实例2及3的)每一试片在异丙醇中再润湿并立即放置在含有50mL的稀(0.00075％重量百分比)亚甲基蓝染料(西格玛奥德里奇)进料溶液的50mL锥形管中，且盖上所述锥形管并旋转2小时。在旋转2小时之后，将膜试片从亚甲基蓝溶液移除并放置在含有50mL的100％异丙醇溶液的50mL锥形管中，盖上所述锥形管并旋转0.5小时。在异丙醇中旋转之后，视觉上确认膜试片被染成蓝色且对所述试片进行干燥。测量稀亚甲基蓝进料溶液的UV吸光度且与已被旋转的试片的溶液的UV吸光度进行比较。通过测定原始溶液与经旋转溶液的UV吸光度差异，可计算最终“染料结合能力”(DBC)且以μg/cm2来表示。这个数字是膜表面上的带电官能基的水平的近似值且与膜离子交换能力的水平相关。基础尼龙的亚甲基蓝DBC是0.0μg/cm2，用来自实例2的带负电AMPS改性的尼龙表面的DBC被测定为43.88μg/cm2，且用来自实例3的VPA改性的尼龙膜表面的DBC被测定为14.3μg/cm2。
实例5：用带正电APTAC单体改性的尼龙表面
这个实例示范用带正电单体，(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵(APTAC)对尼龙膜进行的表面改性。
通过表面改性制作带正电尼龙膜。通过使用光引发剂将带正电荷单体APTAC共价地接枝到所述膜来实现表面改性。首先，将与实例1的未经改性尼龙膜类似的未经改性尼龙膜切成47mm直径试片，且接着浸没在0.5％二苯甲酮+50％异丙醇及50％去离子水的溶液中。接着，在100％去离子水的溶液中交换所述膜。接着，将经交换的膜浸没在APTAC单体溶液(表1C)中以使所述膜吸收单体溶液。将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。用水洗涤UV固化的膜试片并在甲醇中洗涤两次，且接着进行干燥。天然膜的HFE平均泡点被测量为107psi且不受表面改性影响。由于带正电表面改性所致的流动时间百分比增加被测量为13.8％。
表1C：APTAC单体溶液
(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵溶液(75％去离子水)(g) 去离子水(g)
2.66 97.34
实例6：用带正电IM单体改性的尼龙表面
这个实例示范用带正电单体1-乙烯基咪唑(IM)对尼龙膜进行的表面改性。
通过表面改性生产带正电尼龙膜。通过使用光引发剂将带正电单体IM共价地接枝到所述膜来实现表面改性。首先，将与实例1的未经改性尼龙膜类似的未经改性尼龙膜切成47mm直径试片，且接着浸没在0.5％二苯甲酮+50％异丙醇及50％去离子水的溶液中。接着，在100％去离子水的溶液中交换所述膜。接着，将经交换的膜浸没在1M单体溶液中(表1D)以使所述膜吸收单体溶液。将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。用水洗涤UV固化的膜试片并在甲醇中洗涤两次，且接着进行干燥。天然膜的HFE平均泡点被测量为107psi且不受表面改性影响。由于IM表面改性所致的流动时间百分比增加被测量为0.0％。
表1D：IM单体解决方案
1-乙烯基咪唑(g) 去离子水(g)
2.0 98.0
实例7：通过风干接枝用带正电APTAC单体改性的尼龙表面
这个实例示范通过与风干光引发剂接枝，用带正电单体，(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵(APTAC)对尼龙膜进行的表面改性。
通过表面改性生产带正电尼龙膜。通过使用光引发剂将带正电单体APTAC共价地接枝到所述膜来实现表面改性。首先，将与实例1的未经改性尼龙膜类似的未经改性尼龙膜切成47mm直径试片。接着，将所述膜从溶液移除，且在受限的同时在室温下进行干燥。接着，将经干燥的膜浸没在APTAC单体溶液(表1E)中以使所述膜吸收单体溶液。将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。用水洗涤UV固化的膜试片并在甲醇中洗涤两次，且接着进行干燥。天然膜的HFE平均泡点被测量为107psi且不受表面改性影响。由于带正电表面改性所致的流动时间百分比增加被测量为1.6％。
表1E：APTAC单体溶液
实例8：通过风干接枝用带正电APTAC单体改性的碱涂底尼龙表面。
这个实例示范通过与风干光引发剂接枝，用带正电单体，(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵(APTAC)对碱涂底尼龙膜进行的表面改性。
通过表面改性制作带正电尼龙膜。通过使用光引发剂将带正电单体APTAC共价地接枝到所述膜来实现表面改性。首先，将与实例1的未经改性尼龙膜类似的未经改性尼龙膜切成47mm直径试片，且接着浸没在用1M氢氧化钠调到pH 11的去离子水(DIW)溶液中。接着，将所述膜从溶液移除且在受限的同时在室温下进行干燥。接着，将所述膜浸没在0.5％二苯甲酮+50％异丙醇及50％去离子水的溶液中。接着，将所述膜从溶液移除且在受限的同时在室温下进行干燥。接着，将经干燥的膜浸没在APTAC单体溶液(表1F)中以使所述膜吸收单体溶液。将试片从单体溶液移除并立即放置在两个透明聚乙烯片之间且以12英尺/分钟的速度通过融合系统宽带UV灯。用水洗涤UV固化的膜试片并在甲醇中洗涤两次，且接着进行干燥。天然膜的HFE平均泡点被测量为107psi且不受表面改性影响。由于带正电表面改性所致的流动时间百分比增加被测量为9.4％。
表1F：APTAC单体溶液
实例9：带正电尼龙膜的染料结合能力的测定
所述实例示范可如何通过测量带负电染料分子丽春红S的摄取来近似估计存在于经处理的多孔尼龙膜上的正电荷的程度。
这种方法用来测量施加到经表面改性的尼龙膜的电荷量。首先，将(例如，实例5、6、7及8的)每一试片在异丙醇中再润湿，并立即放置在含有50mL的稀(0.005％重量百分比)丽春红S红色染料(西格玛奥德里奇)进料溶液的50mL锥形管中，且盖上所述锥形管并旋转2小时。在旋转2小时之后，将膜试片从丽春红S溶液移除且放置在含有50mL的100％异丙醇溶液的50mL锥形管中，盖上所述锥形管并旋转0.5小时。在异丙醇中旋转之后，视觉上确认膜试片被染成红色且对所述试片进行干燥。测量丽春红S进料溶液的UV吸光度且与已被旋转的试片的溶液进行比较。通过测定原始溶液与经旋转溶液的UV吸光度差异，可计算最终“染料结合能力”(DBC)且以μg/cm2来表示。这个数字是膜表面上的带电官能基的水平的近似值且与膜离子交换能力的水平相关。尼龙基膜的春丽红S DBC是34.5μg/cm2，用带正电APTAC改性的尼龙表面的DBC被测定为48.90μg/cm2，通过使用风干光引发剂，用带正电APTAC改性的尼龙表面的DBC被测定为47.44μg/cm2，通过碱涂底且干燥的光引发剂，用带正电APTAC改性的尼龙表面的DBC被测定为62.32μg/cm2，且用IM改性的尼龙表面的DBC被测定为99.61μg/cm2。
实例10：尼龙膜、带负电尼龙膜及带正电膜对G25珠粒的过滤保持率的测定。
以下实例示范将额外带电官能基引入到尼龙膜可维持或改善所述膜的保持性质。
测定尼龙膜，使用与实例2类似的方法用负电荷改性的尼龙膜及使用与实例5类似的方法用正电荷改性的尼龙膜对G25珠粒(0.025μm绿色荧光聚合物微球Fluoro-Max)的过滤保留率。在去离子水中制备具有0.1％Triton-X(西格玛)的8ppb G25珠粒的进料溶液且将pH调整到10.6。切割尼龙膜试片且将所述膜固定到47mm过滤器组合件中。用去离子水冲洗含有尼龙膜的膜组合件，此后在调整到pH 10.6的去离子水中用0.1％Triton-X进行冲洗。在pH值10.6下用G25及Triton-X制备的溶液通过所述膜进行过滤，且以0.5％、1％、2％单层的经计算珠粒负载收集滤液。通过使用荧光分光光度计计算G25珠粒浓度来比较经收集的滤液样本与8ppb G25珠粒的0.1％Triton-X进料溶液。可计算所述膜在各种单层处的移除百分比。与未经改性尼龙膜相较，用正电荷改性的尼龙膜展现改善的G25珠粒保持率。结果是在表1H：水中金属移除率中以0.5％、1％及2％的单层保持率(％)进行描绘。
表1G：G25珠粒的过滤保持率
样本 0.5％单层(保持率％) 1％单层(保持率％) 2.0％单层(保持率％)
尼龙 90.4 83.3 74.7
带负电尼龙 90.3 83.7 79.1
带正电尼龙 98.8 96.4 91.9
实例11：使用天然尼龙膜及带负电尼龙膜对DIW中金属移除率的测定。
以下实例示范将额外带负电官能基引入到尼龙膜可改善所述膜的金属移除率性质。
使用与实例2类似的方法制备带负电尼龙膜且将其切成47mm膜试片。通过用0.35％HCl洗涤数次，此后在0.35％HCl中浸泡过夜且用去离子水平衡来调节这些膜试片。对于每一样本，将一个47mm膜试片固定到干净的PFA 47mm单级过滤器组合件(Savillex)中。用DIW冲洗膜所述及过滤器组合件。用含有21种金属的水性金属标准品(SCP Science)加标DIW以实现每种金属5ppb的目标浓度。为了测定过滤金属移除效率，使金属加标DIW以10mL/min经过含有每一过滤器的对应47mm过滤器组合件，且将滤液收集到干净的100mL的PFA广口瓶中。使用ICP-MS测定金属加标DIW及滤液样本的金属浓度。结果在表1H：水中金属移除率中以金属移除率(％)进行描绘。
表1H：水中金属移除率
在第一方面，一种多孔聚合物滤膜包括：亲水聚合物，其包括：聚合物主链；及侧链亲水基，其选自由羟基、胺基、羧基及其组合组成的群组；及侧链离子基，其与所述侧链亲水基不同。
根据第一方面的第二方面，其中与相同但不包含所述侧链离子基的滤膜相比，所述侧链离子基有效地改善所述滤膜的非筛分过滤性能。
根据第一或第二方面的第三方面，其中所述聚合物主链是聚酰胺。
根据前述方面中任一方面的第四方面，其中所述离子基是阳离子含氮基、阴离子含硫基或阴离子含磷基。
根据前述方面中任一方面的第五方面，其中所述离子基是阳离子含氮环状芳族基。
根据第一到第四方面中任一方面的第六方面，其中所述离子基是阳离子咪唑或阳离子胺。
根据第一到第四方面中任一方面的第七方面，其中所述离子基是阴离子膦酸或阴离子磺酸。
根据前述方面中任一方面的第八方面，其进一步包括残留光引发剂。
根据前述方面中任一方面的第九方面，其中所述多孔聚合物滤膜具有至少60％的孔隙率。
根据前述方面中任一方面的第十方面，其中所述多孔聚合物滤膜具有在从0.001微米到1.0微米的范围内的孔径。
在第十一方面，一种滤筒包含根据第一到第十方面中任一方面的滤膜。
在第十二方面，一种过滤器包含根据第一到第十方面中任一方面的滤膜。
在第十三方面，一种使用根据第一到第十方面中任一方面的滤膜的方法包含使含溶剂液体穿过所述滤膜。
在第十四方面，一种将离子基接枝到亲水聚合物的方法，所述方法包括：使亲水聚合物与包括溶剂及光引发剂的光引发剂溶液接触，以将所述光引发剂放置在所述亲水聚合物的表面处；在使所述表面与所述光引发剂溶液接触以将所述光引发在所述表面处之后，使所述表面与包括带电单体的单体溶液接触，其中所述带电单体包含离子基；及使所述表面暴露于电磁辐射以引起所述离子基接枝到所述亲水聚合物。
根据第十四方面的第十五方面，其中所述亲水聚合物是多孔聚合物滤膜。
根据第十四或第十五方面的第十六方面，其中所述溶剂包括有机溶剂及水。
根据第十四到第十六方面中任一方面的第十七方面，其包括：在使所述表面与所述光引发剂溶液接触之后，通过蒸发所述溶剂来至少部分对所述表面进行干燥；及在至少部分对所述光引发剂溶液进行干燥之后，使所述滤膜与所述单体溶液接触。
根据第十四到第十七方面中任一方面的第十八方面，其中所述光引发剂是二苯甲酮或二苯甲酮衍生物。
根据第十四到第十八方面中任一方面的第十九方面，其中所述光引发剂溶液包括从0.1重量百分比到2重量百分比的二苯甲酮或二苯甲酮衍生物，且所述光引发剂溶液包含水以及异丙醇及甲醇中的一或多者。
根据第十四到第十九方面中任一方面的第二十方面，其中所述带电单体包括乙烯基咪唑、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、丙烯酸、(乙烯基苄基)三甲基氯化铵或聚二烯丙基二甲基氯化铵。

Claims (9)

1.一种多孔聚合物滤膜，其包括：
亲水聚合物，其具有：
具有侧链亲水基和侧链离子基的聚合物主链，其中所述侧链亲水基选自由羟基、胺基、羧基及其组合组成的群组；及
其中，通过疏水光引发剂直接将带电单体接枝到所述聚合物主链，所述带电单体包括侧链离子基，所述侧链离子基接枝到所述聚合物主链，所述带电单体选自由二烯丙基二甲基氯化铵、烯丙胺盐酸盐、乙烯基咪唑鎓盐酸盐及其组合组成的群组，其中所述侧链离子基与所述侧链亲水基不同，
其中，在摄氏20度到摄氏25度的温度下使用HFE 7200测量，所述多孔聚合物滤膜具有从2psi到200psi的范围内的泡点。
2.根据权利要求1所述的多孔聚合物滤膜，其中与相同但不包含所述侧链离子基的滤膜相比，所述侧链离子基有效地改善所述滤膜的非筛分过滤性能。
3.根据权利要求1或2所述的多孔聚合物滤膜，其中所述聚合物主链是聚酰胺。
4.根据权利要求1或2所述的多孔聚合物滤膜，其中所述离子基是阳离子含氮基、阴离子含硫基或阴离子含磷基。
5.一种滤筒，其包含根据权利要求1或2所述的多孔聚合物滤膜。
6.一种过滤器，其包含根据权利要求1或2所述的多孔聚合物滤膜。
7.一种使用根据权利要求1或2所述的多孔聚合物滤膜的方法，所述方法包括使含溶剂液体穿过所述滤膜。
8.一种将离子基接枝到亲水聚合物的方法，
所述亲水聚合物具有聚合物主链，所述聚合物主链具有侧链亲水基，其中所述侧链亲水基选自由羟基、胺基、羧基及其组合组成的群组；
所述方法包括：
使亲水聚合物与包括溶剂及疏水光引发剂的光引发剂溶液接触，以将所述疏水光引发剂放置在所述亲水聚合物的表面处；
在使所述表面与所述光引发剂溶液接触以将所述疏水光引发剂放置在所述表面处之后，使所述表面与包括带电单体的单体溶液接触，其中所述带电单体包括侧链离子基，所述侧链离子基与所述侧链亲水基不同，所述带电单体选自由二烯丙基二甲基氯化铵、烯丙胺盐酸盐、乙烯基咪唑鎓盐酸盐及其组合组成的群组；及
使所述表面暴露于电磁辐射以引起包括所述侧链离子基的所述带电单体接枝到所述亲水聚合物的主链，从而形成多孔聚合物膜，在摄氏20度到摄氏25度的温度下使用HFE7200测量，所述多孔聚合物膜具有从2psi到200psi的范围内的泡点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述溶剂包括有机溶剂及水。
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