TW201404458A - 於多孔載體上製備聚合物膜之方法 - Google Patents
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Abstract
於多孔載體上製備聚合物膜之方法可包含提供多孔載體，該多孔載體擁有外壁、第一端、第二端及多孔通道表面，該等多孔通道表面界定複數個從該第一端穿越該多孔載體至該第二端的通道。該複數個通道包含薄膜通道。界定該等薄膜通道的通道表面係薄膜-通道表面。該聚合物膜可塗佈在該多孔載體上，藉由首先在該外壁與該複數個通道間建立差壓。然後，可藉由漿料塗佈或乳劑塗佈將預聚合物溶液施加至該等薄膜-通道表面及，選擇性地，該第一與第二端，同時維持該差壓。這導致預聚合物層形成在至少該等薄膜-通道表面上。接下來，可固化該預聚合物層以形成該聚合物膜。
Description
本申請案根據專利法主張於2012年6月5日提出申請之美國臨時申請案第61/655,692號之權益，本案依賴該申請案之內容且該申請案以全文引用之方式併入本文。
本發明大體而言係有關於滲透蒸發膜並且，更明確地說，係有關於將聚合物滲透蒸發膜塗佈在多孔陶瓷載體上的方法。
滲透蒸發係由包含滲透步驟與蒸發步驟的製程所衍生出的用詞。在滲透蒸發期間，可容許例如流體(即，液體或氣體)混合物的饋料滲透進入薄膜。該薄膜可經選擇以使該流體混合物的預期成份較該流體混合物的其他成份快速吸收進入並輸送通過該薄膜。然後可蒸發該滲透流體以從該薄膜釋出而形成「滲入物」，該「滲入物」若非實質上富含預期成份(相對於原始液體混合物)即是純的預期成份。該蒸發一般是由該薄膜相反側的差壓驅動。未滲透通過該薄膜的饋料部分稱為「滯留物」。該滯留物可含有量較該饋料少的預期成份
或是實質上沒有該預期成份。因此，滲透蒸發成為日益重要且受關注的領域，特別是在例如共沸或沸點相近成份之有機-有機混合物的分離以及汽油的車載分離(OBS)的應用上。
由於膨脹及/或持續使用後薄膜完整度喪失之薄膜劣化，可購得的聚合物材料通常不適合用做滲透蒸發薄膜材料。為此，可施加含有聚合物膜的複合物至像陶瓷的穩定多孔載體上，例如，以提供機械支撐以及對熱與化學老化的抗性。此外，該可滲透膜應是真空密封且無洩漏，以維持對預期滲入物的選擇性，更含有最少量的聚合物材料以最大化通過滲透蒸發系統的流通量。但是，施加最佳可滲透聚合物膜至高度多孔載體仍然十分艱鉅。
據此，對於能夠可再現地塗佈聚合物材料至多孔載體上以提供無洩漏、真空密封、高流通量、高選擇性的滲透蒸發膜的方法有持續的需求。
根據若干實施例，於多孔載體上製備聚合物膜之方法可包含提供多孔載體，該多孔載體擁有外壁、第一端、第二端及多孔通道表面，該等多孔通道表面界定複數個從該第一端穿越該多孔載體至該第二端的通道。該複數個通道包含薄膜通道。界定該等薄膜通道的通道表面係薄膜-通道表面。該聚合物膜可塗佈在該多孔載體上，藉由首先在該外壁與該複數個通道間建立差壓。然後，預聚合物塗佈溶液可被施加至該等薄膜-通道表面同時維持該差壓。這導致預聚合物層形成在該等薄膜-通道表面上。接下來，可固化該預聚
合物層以形成該聚合物膜。
在此所述實施例的其他特徵與優勢會在如下細節描述中提出，並且熟知技藝者能夠從該描述輕易認知到或藉由實施在此所述實施例理解到一部分，包含如下詳細實施例、申請專利範圍以及附圖。
應了解上面概述與下面詳細描述兩者皆描述若干實施例，並且旨在提供了解所主張標的物的本質與特性之綜觀與架構。包含附圖以提供對若干實施例的進一步了解，並且係併入且構成此說明書的一部分。該等圖式示出在此所述若干實施例，且連同說明能夠解釋所主張標的物的原理與運作。
10‧‧‧多孔載體
20‧‧‧外壁
30‧‧‧第一端
40‧‧‧第二端
50、60‧‧‧多孔通道表面
55、65‧‧‧通道
70‧‧‧預塗層
80‧‧‧聚合物膜
100‧‧‧塗佈槽
110‧‧‧槽壁
120‧‧‧腔室
130‧‧‧第一密封件
140‧‧‧第二密封件
150‧‧‧第一密封座
155‧‧‧第二密封座
160‧‧‧第一端板
165‧‧‧第二端板
170‧‧‧第一埠
180‧‧‧第二埠
190‧‧‧第三埠
第1圖係根據在此所述方法在多孔載體上施加聚合物膜的多孔載體的例示實施例；第2圖係第1圖多孔載體的薄膜通道的詳圖；第3圖係塗佈槽的例示實施例的剖面圖，該塗佈槽係根據在此所述方法用於施加該聚合物膜至該多孔載體；及第4圖係根據在此所述實施例施加至多孔載體的若干塗層的孔徑分佈，以及用來製備聚合物膜的若干聚合物乳劑的微粒尺寸分佈的曲線圖。
現在將詳細論述在多孔載體上製備聚合物膜的方法的實施例。在某些實施例中，該等方法可包含提供多孔載體，該多孔載體擁有外壁、第一端、第二端及多孔通道表面，該等多孔通道表面界定複數個從該第一端穿越該多孔載體至該
第二端的通道。該複數個通道包含薄膜通道。界定該等薄膜通道的通道表面係薄膜-通道表面。該聚合物膜可塗佈在該多孔載體上，藉由首先在該外壁與該複數個通道間建立差壓。然後，預聚合物塗佈溶液可被施加至該等薄膜-通道表面及，選擇性地，該第一端與該第二端，同時維持該差壓。這導致預聚合物層形成在該等薄膜-通道表面及，選擇性地，該第一端與該第二端上。接下來，可固化該預聚合物層以形成該聚合物膜。
第1圖提供多孔載體10的例示實施例。為了與該等薄膜通道65區隔，第1圖的多孔載體10係經示為具有已利用在此所述方法施加的既存聚合物膜80。該多孔載體10可擁有外壁20、第一端30及第二端40。該多孔載體也含有多孔通道表面50、60，該等多孔通道表面50、60界定複數個從該第一端30穿越該多孔載體10至該第二端40的通道55、65。該複數個通道55、65包含薄膜通道65。界定該等薄膜通道65的該等多孔通道表面50、60係薄膜-通道表面60。在某些實施例中，該複數個通道55、65可包含非薄膜通道55。在某些實施例中，所有通道55、65皆可是薄膜通道65。應了解第1圖中薄膜通道65穿插在該等非薄膜通道55之間的配置僅在例示，並且該等薄膜通道65可以任何預期方式設置在該等非薄膜通道55(若存在)之間。
在某些實施例中，如在第1圖實施例中，該多孔載體10可以是蜂巢狀塊體型態。該多孔載體10，例如蜂巢狀塊體，可擁有，例如，每平方英吋50單元至600單元的通道密
度。但是，預期該多孔載體10可有低於每平方英吋50單元或高於每平方英吋600單元的通道密度。也適用於在此所述方法的實施例之蜂巢狀塊體的範例在美國專利第3,885,977號與第3,790,654號中揭示，兩者的內容在此藉由引用的方式併入本文中。
為讓流動通過該載體的液流與該多孔載體10本身更全面接觸，例如用於分離應用時，在某些未示出的實施例中可能希望至少某些通道55、65在該多孔載體10的一端被堵塞，而其他通道則是在該多孔載體10的另一端被堵塞。在某些實施例中，可能希望在該多孔載體10的每一端，該等堵塞及/或未堵塞通道彼此形成棋盤圖案。在某些實施例中，可能希望當一個通道在該多孔載體10的一端(稱為「參考端」)被堵塞但非該相反端時，與該通道緊鄰(與所關注通道分享至少一個側壁者)的至少某些，例如大部分，通道(或者在某些其他實施例中所有的通道)在該多孔載體10的此相反端被堵塞但非該參考端。此外，可以若干方式堆疊或容置例如蜂巢的個別多孔載體以形成擁有各式尺寸、服務期間及諸如此類的較大多孔載體，以滿足不同使用條件的需求。
在一實施例中，該多孔載體10可以是無機材料。適合的無機多孔載體材料包含，例如，陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、金屬、黏土及前述各者之組合物。某些例示材料包含，例如，堇青石、富鋁紅柱石、黏土、氧化鎂、金屬氧化物、滑石、鋯、氧化鋯、鋯酸鹽、氧化鋯-尖晶石、鎂鋁矽酸鹽、尖晶石、氧化鋁、矽石、矽酸鹽、硼化物、鋁-矽酸鹽、瓷、鋰
鋁矽酸鹽、氧化矽鋁、長石、氧化鈦、熔矽石、氮化物、例如碳化矽的碳化物、氮化矽，或任何這些的組合物。在某些實施例中，該多孔載體10可以是選自堇青石、富鋁紅柱石、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰及前述各者之組合物的陶瓷。
該多孔載體10在界定通道55、65的通道表面50、60方面可擁有任何大範圍的孔隙度與孔徑。在一實施例中，施加該聚合物膜80之前該等通道表面50、60的孔洞可擁有0.5微米至100微米的中位孔徑，例如從0.5微米至10微米。該等通道表面50、60，在塗佈任何塗層之前，可擁有30%至60%的孔隙度，例如，利用壓汞式孔隙分析儀測得者。
在某些實施例中，該多孔載體10可有任何形狀或尺寸，並且可由任何能夠塗佈或施加塗層，例如該聚合物膜80，之堅固的多孔材料形成。該多孔載體10可被形成、擠壓成形，或鑄模成形，例如。雖然第1圖的多孔載體10係經示為圓柱狀，但應了解這僅是例示用，並非旨在限制。在進一步的例示實施例中，該多孔載體10可擁有多至12英吋(30.5公分)的長度以及1英吋(2.54公分)至3英吋(7.62公分)的外徑，例如。該多孔載體10的形狀之進一步實施例不僅包含圓柱體，並且也包含，無限制性地，擁有例如橢圓形、六角形、五角形、矩形、方形、菱形、三角形，或甚至是不規則形狀的剖面之形狀。在某些實施例中，該多孔載體10可以是過濾器，像，例如，蜂巢式過濾器。
在某些實施例中，該多孔載體10可含有任何數量的通道55、65，從單一通道至數千通道。在某些實施例中，該
等通道55、65可有多種剖面形狀，例如圓形、橢圓形、三角形、方形、五角形、六角形、鑲嵌組合或任何這些，例如，並且可以任何適當幾何配置來設置。該等通道55、65可有在該多孔載體10內可以相同或不同的多種尺寸或直徑。在範例實施例中，該多孔載體10可以是圓柱狀或橢圓形堇青石蜂巢狀塊體，擁有圓形、橢圓形，或六角形的通道55、65。
在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法包含在該多孔載體10上沈積該聚合物膜80。在某些實施例中，在該多孔載體10上沈積該聚合物膜80包含在該多孔載體10的外壁20與該複數個通道55、65間建立差壓，然後施加預聚合物塗佈溶液至該薄膜-通道表面60，同時維持該差壓。在某些實施例中，該預聚合物塗佈溶液也可施加至該第一端30與該第二端40。結果是預聚合物層形成在該薄膜-通道表面60及，選擇性地，該第一端30與該第二端40上。接著，可固化該預聚合物層以形成該聚合物膜80。選擇性地，在沈積並固化該聚合物膜80之前，可施加例如預塗層70的一或多個額外層至至少該薄膜-通道表面60上。
參見第3圖，根據某些實施例，建立該差壓可包含將該多孔載體10置於塗佈槽100內，塗佈槽100內界定腔室120。應了解第3圖的塗佈槽100係以具有該多孔載體10設置在塗佈槽100內的剖面圖示。該塗佈槽100可包含從第一端板160延伸至第二端板165的槽壁110，使得該槽壁110、該第一端板160與該第二端板165圍封該多孔載體10。該腔室120可界定在位於該多孔載體10的第一端30處的第一密
封件130與位於該多孔載體10的第二端40處的第二密封件140之間。雖然在較佳實施例中該塗佈槽100可垂直定位，如第3圖所示，應了解該塗佈槽100可以其他方向定位，像水平定位，例如。
在第3圖實施例中，該第一密封件130與該第二密封件140係由適當材料製成的環，例如橡膠。該第一密封件130可坐落在第一密封座150內，該第一密封座150適於在該多孔載體10的第一端30附近該多孔載體10的外壁20周圍形成真空密封。同樣地，該第二密封件140可坐落在第二密封座155內，該第二密封座155適於在該多孔載體10的第二端40附近該多孔載體10的外壁20周圍形成真空密封。選擇性地，可藉由沿著該等密封座150、155接觸該多孔載體10的外壁20處的任何邊緣施加例如填隙料的密封材料來輔助該第一密封座150與該第二密封座155的真空密封。該第一密封件130與該第二密封件140接觸該塗佈槽100的槽壁110。
在該聚合物膜80沈積期間，該多孔載體10至少一部分的外壁20係設置在該腔室120內，並且該多孔載體10的第一端30與第二端40皆在該腔室120外部。因此，該部分外壁20係與該第一端30及該第二端40隔離，使得該複數個通道65與該腔室120間的流體交流僅能透過該外壁20發生，如第3圖所示。該複數個通道65與該腔室120間的此流體交流是有可能的，只要該複數個通道65的通道表面60保持幾分孔隙度，而當足夠的真空密封聚合物膜設置在該等通道表面60上及，選擇性地，該第一端30與該第二端40上時，
該流體交流可中斷。
該塗佈槽100可包含與該多孔載體10的第一端30耦合的第一埠170及與該多孔載體10的第二端40耦合的第二埠180，使得該第一埠170與該第二埠180間的流體交流直接透過該複數個通道65發生。該塗佈槽100可更包含與該腔室120耦合的第三埠190，使得該第三埠190與該第一及第二埠170、180間的流體交流僅透過該多孔載體10的外壁20發生。在某些實施例中，可透過該第一埠170或從該第二埠180將塗佈材料及/或洗滌溶劑通入該複數個通道65。可利用與該第三埠190相連的適當幫浦(未示出)或加壓氣體源(未示出)施加真空或背壓至該腔室120。因此，當施加例如預聚合物塗佈溶液的塗佈溶液至該薄膜-通道表面60時，可建立起該外壁20與該複數個通道65間的差壓，如後方更詳細描述者。如第3圖般配置的塗佈槽100不僅適於塗佈該等通道表面60，也可塗佈該第一端30與該第二端40。
製備該聚合物膜80的方法可更包含施加預聚合物塗佈溶液至該等薄膜-通道表面60，同時維持該外壁20與該複數個通道65間的差壓以在該等薄膜-通道表面60以及，選擇性地，該第一端30與該第二端40上形成預聚合物層。在某些實施例中，該預聚合物塗佈溶液可利用漿料塗佈施加。在其他實施例中，該預聚合物塗佈溶液可利用乳濟塗佈施加。現在將描述該預聚合物塗佈溶液。該兩種塗佈施加方法會在後方描述。
在某些實施例中，該預聚合物塗佈溶液可選自多種
單體或寡聚物，該等單體或寡聚物固化以形成該聚合物膜80。就此而言，該預聚合物塗佈溶液可含有能夠在該等薄膜-通道表面60以及，選擇性地，該第一端30與該第二端40上形成均勻塗層的單體或寡聚物。在較佳實施例中，該預聚合物塗佈溶液實質上不滲入該等薄膜-通道表面60的孔洞內，以在該等通道間維持充足的孔隙度，此時滲透作用可在像滲透蒸發的應用中發生，例如。在例示實施例中，該預聚合物塗佈溶液可含有單體或寡聚物，該等單體或寡聚物，當固化時，形成聚合物材料，例如聚乙烯丁醛樹脂(poly(vinyl butyral)resins)、聚丙烯酸樹脂、聚腈(polynitriles)(包含羧酸化-丙烯腈-丁二烯共聚物)、聚氯丁二烯(氯丁橡膠)、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、例如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烴、聚四氟乙烯、矽氧樹脂、聚氨基甲酸酯、環氧樹脂、聚乙烯醇、聚矽氧烷、例如纖維素的多醣、含有這些的一或多種的複合物及這些的兩種或兩種以上的混合物，例如。該等例示實施例的材料係特別適用於由陶瓷製成的蜂巢狀基板，例如沸石、堇青石、碳化矽(SiC)、鈦酸鋁、富鋁紅柱石、尖晶石、鈣鈦礦(perovskites)、矽酸鹽、碳，或氧化鋁及前述各者之混合物，例如。
在較佳實施例中，該預聚合物塗佈溶液可含有能夠形成交聯的聚合物膜之單體或寡聚物。例如，該預聚合物塗佈溶液可含有環氧化物與二胺的混合物，該混合物形成交聯的環氧-胺聚合物。在一範例實施例中，該預聚合物塗佈溶液可含有環氧-二胺混合物，例如DENO/D400，包含1,2,7,8
-二環氧辛烷(DENO)與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇(O,O’-bis(2-aminopropyl)polypropylene glycol))(D400)。
在某些實施例中，可能希望併入官能化微米粒或奈米粒至該預聚合物塗佈溶液中。例如，為避免需要多次施加該預聚合物層以建構出無缺陷聚合物膜，可添加胺基化矽石微米粒(即以一或多種-NH2族功能化的二氧化矽微粒)至例如DENO/D400的聚合物前驅物，以修補裂隙與缺陷。在範例實施例中，該胺基化矽石可含有標稱粒子尺寸從約0.01微米至約0.05微米的矽石，以胺類官能化，藉由使該矽石粒子與例如胺基丙基二甲基乙氧基矽烷(APDMES)的矽烷反應。在此類實施例中，該等矽石粒子可有效地在該等缺陷區域內濾出，而後在該預聚合物層固化時連結至該交聯的聚合物網路內。該等矽石粒子與該聚合物網路的此連結可轉而造成密封，同時最小化聚合物材料在該聚合物膜80表面上的額外累積。會希望有最小化的聚合物累積以避免降低該塗佈的多孔載體的流通量負載能力。
如上所述，可利用漿料塗佈或利用乳劑塗佈來施加該預聚合物塗佈溶液。當欲利用漿料塗佈施加該預聚合物塗佈溶液時，在某些實施例中，該預聚合物塗佈溶液僅含有固化時形成該聚合物膜的該等單體或寡聚物，至少部分溶解在適當的有機溶劑中。在某些實施例中，該有機溶劑可以是不可與水混相的溶劑，像甲苯，例如。
在欲利用乳劑塗佈施加該預聚合物塗佈溶液的實施例中，可將該預聚合物塗佈溶液製備為水中油乳劑。該水中
油乳劑可含有水相、油相，分散在該水相內且含有聚合物前驅物(即，固化時形成該聚合物膜80的單體或寡聚物)以及介面活性劑。在某些實施例中，可藉由添加介面活性劑與水相至如上所述的預聚合物塗佈溶液來製備該水中油乳劑，以利用漿料塗佈施加該預聚合物層。該水相可含有水及一或多種水溶性或可與水混相的有機溶劑的混合物，或者該水相可由水構成，較佳地去離子水。該油相基本上可由該聚合物前驅物構成，或者可含有至少部分溶解在像甲苯，例如，之不可與水混相的有機溶劑中的聚合物前驅物。該介面活性劑可以是任何類型的介面活性劑，例如陰離子介面活性劑、陽離子介面活性劑、非離子介面活性劑，或前述各者之混合物，例如，該介面活性劑輔助油相在該水相內的水中油乳劑的形成。
在某些實施例中，該水中油乳劑可含有約0.1wt%至約10wt%的油相，較佳地約1wt%至約8wt%的油相，例如約3.0wt%、約4.0wt%，或約5.0wt%的油相，基於該水中油乳劑的總重量。在某些實施例中，該油相可包含約10wt%至約50wt%的聚合物前驅物在有機溶劑內，或約15wt%至約35wt%的聚合物在有機溶劑內，例如20wt%或25wt%或30wt%的聚合物前驅物在有機溶劑內，基於該油相的總重量。在某些實施例中，該水中油乳劑可含有約0.01wt%至約20wt%，或從約0.05wt%至約10wt%，或約0.1wt%至約0.5wt%的介面活性劑，基於該水中油乳劑的總重量。適合的介面活性劑的一範例是十二烷基硫酸鈉(SDS)。在例示實施例中，該水中油乳劑可含有約2wt%至約6wt%的油相，包含約15wt%
至約35wt%的DENO/D400寡聚物溶解在甲苯內(基於該油相的總重量)；0.1wt%至10wt%的SDS；以及補償至100wt%的去離子水。在較佳實施例中，該水中油乳劑可含有約4wt%的油相，包含約25wt%的DENO/D400寡聚物以及約75wt%的甲苯(基於該油相的總重量)；約0.1wt%至約5wt%的例如SDS的介面活性劑(例如，從0.1wt%至0.5wt%、從0.2wt%至1.0wt%、從0.3wt%至1.0wt%、約0.3wt%的SDS、約0.4wt%的SDS，或約0.5wt%的SDS、)；以及補償至100wt%的去離子水。
該水中油乳劑的油相可含有中位粒徑從0.1微米至500微米或從0.1微米至300微米，或從0.8微米至100微米，例如，的粒子。在某些實施例中，該等中位粒徑可從1微米至20微米。無意受到理論限制，咸信對於水中油乳劑內介面活性劑的選擇，連同添加至該水中油乳劑的介面活性劑量，會大幅影響粒徑。因此，可調整該水中油乳劑內的粒徑以接近施加該預聚合物塗佈溶液的薄膜-通道表面的孔徑。在某些實施例中，該等薄膜-通道表面可有薄膜-通道孔徑分佈，而該水中油乳劑能夠經調整使得該水中油乳劑內的油相粒子可擁有與該薄膜-通道孔徑分佈實質上重疊的油相粒徑分佈。就此而言，「實質上重疊」表示油相粒徑分佈曲線與該薄膜-通道孔徑分佈曲線下方總面積的至少20%是該兩條尺寸分佈曲線重疊的區域。在某些實施例中，該水中油乳劑可含有約0.1wt%至約15wt%的介面活性劑，或0.2wt%至約10wt%的介面活性劑，或約0.5wt%至約10wt%的介面活性
劑，或約0.5wt%至約5wt%的介面活性劑，基於該水中油乳劑的總重量。
在某些實施例中，該水中油乳劑可含有化學式為R(OC2H4)nOH的乙氧基化非離子介面活性劑，其中R係選自含有約8至約15個碳原子的脂肪族烴基及烷基含有從約8至約12個碳原子的烷基苯基所組成的族群，n係約3至約9。適合的乙氧基化非離子介面活性劑係烷基含有約8至約15個碳原子，直鏈或支鏈配置，之烷基酚與環氧乙烷的冷凝產物，該環氧乙烷係以每莫耳烷基酚等於約3至約9莫耳環氧乙烷的數量存在。其他可用的非離子介面活性劑包含一級或二級脂肪族醇與每莫耳醇約3至約9莫耳環氧乙烷的冷凝產物。該脂肪族醇的烷鏈可以是直鏈或支鏈並含有約8至約15個碳原子。
在某些實施例中，該介面活性劑可包含乙氧基化非離子介面活性劑，例如：(1)環氧乙烷與疏水鹼的冷凝產物，該疏水鹼係由環氧丙烷與丙二醇的冷凝形成，及/或(2)環氧乙烷與環氧丙烷和乙二胺反應形成的產品之冷凝產物。這些介面活性劑係由BASF Wyandotte公司分別以Pluronic®與Tetronic®的商品名銷售。
該水中油乳劑可有廣範圍的黏度，例如在25℃下從50cP至5000cP。除非另外註明，在此黏度指的是用Brookfield黏度計以LVF 3號轉子在25℃下以30r.p.m.旋轉測得者。在某些實施例中，該水中油乳劑可有0.1wt%至10wt%的固體含量，例如重量百分比從約1wt%至約5wt%，基於該乳劑的
總重量。如在此所使用者，「固體含量」一詞表示該聚合物前驅物的重量，基於該水中油乳劑的總重量。
無意受到理論限制，咸信根據上面所述實施例利用乳劑塗佈施加該預聚合物塗佈溶液導致僅有尺寸與穩定度足夠的油相粒子被該等薄膜-通道表面保留，而其他粒子(像較小或較不穩定的油相粒子，例如)通過該等薄膜-通道表面的孔洞並通過該多孔載體10。因為該等油相粒子通常與已在該等薄膜-通道表面上的陶瓷粒子不相容，因此會發生非常少量的預聚合物塗佈溶液沈積。在某些實施例中，可在該水中油溶液通過後藉由添加水至該等薄膜通道來稀釋該水中油乳劑。咸信稀釋可輔助形成更為均勻的預聚合物層，並且也可稀釋該介面活性劑對該油相總量的相對濃度。當該介面活性劑被洗去時，咸信該水中油乳劑會在該薄膜-通道表面上變不穩定，使該油相融合而形成均勻薄膜。咸信一旦該油相融合，該油相不太可能回到該水相，因為油-水相不相容。
為利用漿料塗佈來施加該預聚合物層，在某些實施例中，可透過該第二埠180利用該預聚合物塗佈溶液填充該等薄膜通道65(例如，對抗地心引力，由底部往上)。在利用漿料塗佈施加期間，可藉由透過該塗佈槽100的的第三埠190施加約5kPa至約80kPa，或約10kPa至約60kPa的背壓維持該外壁20與該複數個通道65之間的差壓。可藉由連接該第三埠190至壓縮氣體源(未示出)來施加該背壓，例如氮氣或其他惰性氣體源，例如。無意受到理論限制，咸信該背壓可迫使該預聚合物塗佈溶液的液體成分進入該多孔載體10，以
留下該預聚合物塗佈溶液的固體成分在該等薄膜-通道表面60，也避免任何預聚合物塗佈溶液滲入該等薄膜-通道表面60，該等薄膜-通道表面60可由於較厚的聚合物膜不利地導致流通量負載能力降低。
可容許該漿料塗佈的預聚合物塗佈溶液浸入至少該等薄膜-通道表面60一段適當時間，像30秒至5分鐘，例如，之後可透過該第二埠180從該等薄膜通道65排出該預聚合物塗佈溶液。選擇性地，可透過該第一埠170或該第二埠180施加短暫真空(5秒至2分鐘，例如)，以從該等薄膜通道65除去任何過量的預聚合物塗佈溶液。在某些實施例中，可在通入該預聚合物塗佈溶液前以水性或有機溶劑預填充該等薄膜通道65。無意受到理論限制，咸信該溶劑預填充可避免該預聚合物塗佈溶液實質滲入該等薄膜-通道表面60的孔洞或空隙中，因此保持該聚合物膜80內的高流通量負載能力。
為利用乳劑塗佈施加該預聚合物層，在某些實施例中，可透過該第一埠170以預聚合物塗佈溶液，該預聚合物塗佈溶液係乳劑，填充該等薄膜通道65(例如，受地心引力輔助，從頂部往下)，在後方更詳細描述。選擇性地，在填充該等薄膜通道65時，該第一端30與該第二端40的一或兩者可暴露在預聚合物塗佈溶液中，以在該等薄膜通道65、該第一端30與該第二端40上形成預聚合物層。與上述漿料塗佈程序相反，在乳劑塗佈期間，可藉由透過該塗佈槽100的第三埠190施加約-5kPa至約-100kPa，或約-10kPa至約-50kPa的真空維持該外壁20與該複數個通道65間的差壓。無意受
到理論限制，咸信以此方式施加真空可將該聚合物乳劑的水性成分引進該等薄膜-通道表面的孔洞，該聚合物乳劑的水性成分隨之行進通過該多孔載體10的外壁20並進入該腔室120。在某些實施例中，以該預聚合物塗佈溶液(即該聚合物乳劑)填充該等薄膜通道65之後可以水沖洗該等薄膜通道65。該等薄膜通道可以真空乾燥以除去任何殘留的水，例如藉由透過該第三埠190維持該真空，藉由透過該等薄膜通道65創造不同的真空(例如從該第一埠170與該第二埠180)，或兩者。
在多孔載體上製備聚合物膜的方法可更包含固化該預聚合物層以形成該聚合物膜。在某些實施例中，可用熱處理來固化該預聚合物層，例如藉由加熱該多孔載體至從約120℃至約180℃的固化溫度，取決於選用為該聚合物膜的材料。該固化可在約2小時至約24小時的固化時間內發生，也取決於選用為該聚合物膜的材料。在某些實施例中，可在惰性環境中執行該固化，例如氮氣。一旦完成該聚合物膜的固化，可測試該塗佈的多孔基板之真空密封度與質量增益。這些是有用的評價數字，因為滲透蒸發效能，例如，可受該聚合物膜的選擇性與通過該聚合物膜的流通量支配。這些參數會大幅取決於該聚合物膜沈積製程的控制。一般而言，該塗佈的多孔薄膜之真空密封度會與該塗佈的多孔薄膜在滲透蒸發應用中的選擇性直接相關。質量增益會與該聚合物膜的厚度及可能滲入該等薄膜-通道壁的孔洞內之聚合物材料(若有的話)的量相關。因此，該質量增益也可預料該塗佈的多孔載體的流通量負載能力。
在某些實施例中，若發現該真空密封度低於在例如滲透蒸發的預期應用中使用該塗佈的聚合物膜的最佳水準，例如，可在該既存聚合物膜上施加一或多層額外的聚合物膜。該一或多個額外層可以是缺陷修補層，該等缺陷修補層堵塞該聚合物膜中例如針孔的任何缺陷。可藉由重複施加預聚合物塗佈溶液以形成預聚合物層(缺陷修補層)，並固化該預聚合物層(該缺陷修補層)的步驟來形成該一或多個額外層，以增加該聚合物膜的厚度與真空密封度，藉此形成修補的聚合物膜。在某些實施例中，在施加該一或多個缺陷修補層期間，會傾向執行建立差壓的步驟但該步驟通常是選擇性的。雖然在某些實施例中，根據在此所述方法施加的單一層聚合物膜可提供適當地真空密封的聚合物膜，在其他實施例中，可在2至10次沈積後得到最佳真空密封度。即便如此，應理解利用多次沈積增加該聚合物膜的厚度的益處可被該塗佈的多孔載體在該塗佈的多孔載體的目標應用中流通量負載能力降低的任何可能性抵銷。在某些實施例中，當施加額外層時，可依需要建立例如背壓(就漿料塗佈而言)或施加真空(就乳劑塗佈而言)的差壓，取決於在施加該等額外層時該聚合物膜80的真空密封狀態如何。
在該多孔載體10上製備該聚合物膜80的方法的進一步實施例可包含施加預塗層70(見第2圖)至該等薄膜-通道表面60及選擇性地，該第一端30與該第二端40，在建立該差壓與施加該預聚合物塗佈溶液前。該預塗層的預塗平均孔徑可小於該多孔載體該等通道表面的平均孔徑。一般而
言，咸信在孔徑比所提供的多孔載體者小的表面上製備該聚合物膜80可輔助形成更均勻的聚合物膜，較不易產生會危及真空密封度的針孔缺陷。
雖然所提供的多孔載體的通道表面的平均孔徑範圍可從約0.5微米至100微米，例如，若施加預塗層70，該預塗平均孔徑範圍可從約0.3微米至約1微米，藉此提供較少孔表面，更適於在該表面上施加真空密封聚合物膜。也相信施加預塗層70可輔助提供擁有理想厚度的真空密封聚合物膜80的能力，像低於20微米，例如，以保持該等薄膜通道60的流通量負載能力。明確地說，該聚合物膜的厚度控制該等薄膜通道60的流通量負載能力，若該聚合物膜80太厚，在像滲透蒸發，例如，的應用中可通過該等薄膜-通道壁65的滲入物量可實質減少。因此，該預塗層70提供的較小無機孔徑可賦予該等薄膜-通道壁65密封的能力，至少部分藉由避免該聚合物膜80的聚合物實質滲入該多孔載體10內。一般而言，該聚合物滲入可導致不利地厚的聚合物膜(例如大於20微米)，該等聚合物膜造成擁有較小流通量的多孔載體。
在某些實施例中，該預塗層70可利用漿料塗佈施加。可利用上述塗佈槽100完成該漿料塗佈或者可利用任何其他習知技術完成。一般而言，該預塗層70的漿料塗佈可包含製備塗料做為載體液體中無機粒子的分散體、泥漿，或懸浮物，例如。該載體液體可以是水性或有機的。該塗料選擇性地可含有額外成分，例如分散劑、潤滑劑、塑化劑、防裂劑，或前述各者之混合物。
可在該預塗層70的塗料中使用種類繁多的無機粒子，包含，旦不限於堇青石、氧化鋁(例如α-氧化鋁與γ-氧化鋁)、富鋁紅柱石、鈦酸鋁、氧化鈦、氧化鋯、與氧化鈰粒子及前述各者之組合物。可取決於該多孔載體的孔徑來選擇該等無機粒子的尺寸。例如，該等無機粒子的中位粒徑可從0.02微米至10微米。在某些實施例中，該塗料可含有0.1wt%至50wt%的無機粒子，基於該塗料的總重量。一般而言，咸信較高的無機粒子濃度可產生較厚的、較黏的漿料，該漿料轉而傾向於在該多孔載體上產出較厚的預塗層。該塗料也可包含，例如，分散劑、接著劑、防裂劑、防沫劑，或前述各者之組合物，並且可包含水性或有機載體且是泥漿或懸浮物型態。
已描述在多孔載體上製備聚合物膜的若干方法之實施例。根據在此所述一或多個實施例製備的聚合物膜可再現地製備，並且可擁有適於例如滲透蒸發的應用之特性，該等應用需要實質上無洩漏、真空密封、高流通量以及高選擇性的塗佈的多孔載體。因此，其他實施例包含利用在此所述用來在多孔載體上製備聚合物膜的任何方法製備之塗佈的多孔載體。進一步實施例包含滲透蒸發系統或設備，該等滲透蒸發系統或設備包含利用在此所述用來在多孔載體上製備聚合物膜的任何方法製備的至少一個塗佈的多孔載體。
在此所述實施例會以如下範例進一步釐清。
為用於乳劑沈積，製備預聚合物塗佈溶液。製備聚合物前驅物溶液，該聚合物前驅物溶液含有25wt%的溶解在甲苯中的DENO/D400寡聚物。然後，將8克的聚合物前驅物溶液與10克的水性10wt%的十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液合併。搖晃並渦動該混合物以形成白色的黏膏，然後以182克去離子水稀釋該混合物，產生200毫升的預聚合物塗佈溶液，該預聚合物塗佈溶液含有0.5wt%的SDS與4wt%的有機相。添加磁性攪拌石，並在用來塗佈多孔載體前強力攪拌該乳劑3小時至16小時。
DENO/D400聚合物膜係在第3圖的塗佈槽內利用如範例1所述者製備的乳劑製備在多孔載體上。明確地說，測試含有0.1wt%的SDS、0.5wt%的SDS與5.0wt%的SDS乳劑以評估該乳劑中介面活性劑含量對該聚合物膜品質的影響。該等乳劑塗佈係施加至兩個平均孔徑為0.2微米和0.01微米之預塗多孔載體。0.01微米和0.2微米的平均孔徑係藉由漿料塗佈不同粒徑的預塗層至塊狀的來樣多孔載體上得到。
以該乳劑由頂至底填充該等多孔載體的薄膜通道，並且容許該乳劑滲透通過該多孔載體。容許乾燥該多孔載體，藉由使該多孔載體靜置在室溫(25℃)下16小時，然後執行真空測試以評估該塗層。如表1所示，發現雖然該0.1wt%的SDS與該5wt%的SDS乳劑產生真空密封度水準僅中等的
聚合物膜，但以0.5wt%的SDS穩定之乳劑提供水準超凡的真空密封度。雖然三種乳劑皆是乳白色，但注意到該0.5wt%的SDS乳劑一貫地比另兩種乳劑更不透明。
無意受到理論限制，咸信該等乳劑中的油相之粒徑會與所形成聚合物膜的真空密封度相關。執行粒徑分析。如第4圖所示，該等粒徑分析表示0.5wt%的SDS乳劑(B峰)的乳劑粒徑分布中心點係約2微米左右，而該0.1wt%的SDS乳劑(C峰)與該5wt%的SDS乳劑(D峰)的乳劑粒徑分布中心點分別是約30微米與約100微米左右。注意到該0.5wt%的SDS乳劑(B峰)的乳劑粒徑分佈實質上與施加至該0.2微米多孔載體的預塗層(C峰)的孔徑分佈重疊。
平均孔徑0.01微米的多孔載體的密封與平均孔徑0.2微米且利用顯示出增加的真空密封度之0.5wt%的SDS乳劑之多孔載體所展現者非常相似。雖然0.2微米載體的表面比0.01微米載體者粗糙許多，但結果與0.2微米載體者類似，推測是因為孔徑分佈的相似度。從第4圖注意到0.01微米載體(A峰)的孔徑分佈實質上也與0.5wt%的SDS乳劑(B峰)的乳劑粒徑分佈重疊，特別是透過0.3微米左右的廣範圍定中心區。
利用漿料塗佈施加額外的DENO/D400聚合物膜至平均孔徑0.2微米與0.01微米的多孔載體。以該預聚合物塗佈溶液塗料(12.5wt%的DENO/D400在甲苯中)從底部往上填充該等多孔載體的通道。從該等外壁施加約60kPa的背壓至該等通道內。使該塗料留置在該等通道內2分鐘然後排出。施加短暫真空(10秒)以從該等通道驅出過量塗佈溶液。從該塗佈槽移出該多孔載體，讓該多孔載體乾燥一晚(16小時)並在150℃下固化(4小時至18小時，在氮氣中)。檢查該等多孔載體的質量增益與該聚合物膜的真空密封度。
描述在範例2與範例3中製備的多種聚合物膜的特徵。利用SEM，顯示出該等聚合物膜係位於該等通道壁上的連續膜，並且在整個陶瓷塊體上有極少的滲透跡象。在該0.2微米多孔載體上一次乳劑處理後的聚合物膜厚度是1微米至2微米左右。在較粗糙預塗樣品上，有某程度的聚合物滲透跡象，推測是因為表面粗糙度的增加。
發現利用第一乳劑塗佈的聚合物膜是穩定的，且對芳香族化合物(石油)有優於乙醇的適度選擇性，但發現該選擇性係低於利用漿料塗佈形成的聚合物膜。該等乳劑塗佈薄膜選擇性的降低可能來自不受約束的膨脹(當該薄膜與石油接觸時)，因為該薄膜位於該陶瓷塗層上方而非如該漿料塗佈聚合物膜般嵌在該等粒子之間。也就是說，該等粒子可做為限制
膨脹的機械阻障。
發現利用該漿料塗佈製程塗佈的聚合物膜顯示出該薄膜聚合物明顯滲入該陶瓷，因此，雖然發現該漿料塗佈的薄膜擁有更高的選擇性，但增強的選擇性被流通量負載能力的犧牲抵銷掉。相反地，發現利用乳劑塗佈法塗佈的聚合物膜顯示出較少的滲透。在此點上，該乳劑塗佈的多孔載體更適於需要高流通量負載能力但選擇性的重要性較低的應用上。
製備胺官能化的白煙矽石以加入預聚合物乳劑以施加聚合物膜至多孔載體。為製備該官能化矽石，在具有攪拌石的50毫升Teflon®旋蓋離心管中合併標稱粒徑為0.014微米、團粒大小為數微米以及表面積200平方公尺/克之0.2克的白煙矽石(Sigma-Aldrich)與20毫升的甲苯。加入催化劑，0.1毫升的乙二胺，並混合該等成分2小時。添加矽烷，即0.1毫升的胺基丙基二甲基乙氧基矽烷(aminopropyldimethylethoxysilane；「APDMES」)，並持續攪拌。加熱該密封管至80℃持續2小時然後冷卻至室溫。接下來以6000rpm離心該懸浮液15分鐘，移入其他容器。沖洗所形成的凝膠兩次，並且每次沖洗皆以10毫升甲苯重新懸浮並離心。將該胺官能化凝膠，「APDMES-二氧化矽」儲存在氮氣中。將小量樣品乾燥一晚並發現含有6.05%的固體。
該胺官能化凝膠的懸浮液係藉由在範例1所述的
17.21克的甲苯中的12.5wt%的DENO/D400聚合物前驅物溶液內懸浮1.81克的凝膠製成。超音波震盪該懸浮液3分鐘。最終懸浮液的黏度是1.6cP，擁有0.577wt%的APDMES-二氧化矽、11.3wt%的D400-DENO在甲苯中。分出2克樣品置於秤盤中，在150℃下乾燥並固化3小時，產生0.23克無明顯裂痕的暗色聚合物。計算出固化的聚合物中的矽石含量為4.9%。
利用在範例5中製備的APDMES-二氧化矽/D400/DENO溶液漿料塗佈單通道，擁有1.6毫米至1.8毫米的通道直徑以及0.2微米的孔隙度的2英吋長之塗佈氧化鋁的富鋁紅柱石塊體以得到氧化矽-聚合物-陶瓷薄膜複合物。藉由填充稠密的環氧-陶瓷填料來堵塞塊體中的所有通道末端，除了中央通道兩端仍保持開啟之外。在16kPa的氮氣背壓下以該聚合物溶液填充該開啟通道並超音波震盪30秒。沒有觀察到氣泡。排出該聚合物溶液，在環境狀況下乾燥該多孔載體一晚，並在150℃下固化3小時。在觀察到第一塗層後僅有0.02克的重量增益，並且該塗佈的塊體並未保持真空。使用同樣的程序製造三個額外塗層，具有0.13克的最終重量增益。真空測試的結果壓力在10分鐘內從10kPa增加6.3kPa/min，表示該薄膜是真空密封的。
評估在範例6中製備的塗佈氧化矽-聚合物的載體之滲透蒸發。利用成分為10wt%的乙醇、45wt%的甲苯與45wt%的正庚烷之模型饋料評估該薄膜。該測試載體係水平安裝。饋料係以1.0mL/min供給，與約500mL/min的阻留物再循環混合，並加熱以先於該薄膜得到操作溫度。滲透蒸發測試條件係在650kPa(abs)的壓力下運用1.0mL/min饋料並且薄膜溫度為140℃建立出。利用真空幫浦施加真空以得到約0.5kPa的滲透壓力。透過乾冰收集滲透產物並用氣相色層分析法分析。
在140℃下判定該薄膜的最初效能與穩定度。測試在540小時的期間內執行。冷卻該薄膜至室溫並且饋送速率在每一天操作結束時終止。在140℃下花費的時間係約43小時。在最初輸出期間後，流通量速率在約0.89g/s‧m2下穩定。饋料之滲入物產率是1.8%(w/w)。該滲入物成分(w/w)係經判定為9.2%的正庚烷、37.7%的甲苯與53.2%的乙醇。對甲苯相對於正庚烷的選擇性係4.1，並且就整體乙醇加上甲苯相對於正庚烷而言是8.1。
從測試單元移出範例7中使用的複合膜並利用光學顯微鏡和SEM特徵化。光學顯微鏡顯示出暗色薄膜塗層位於該塊體開啟的中央通道表面上。在剖面中，發生至少一部分的聚合物前驅物溶液的滲透。用過薄膜的SEM顯示出約4微米厚的聚合物膜，擁有最低限度的位於下方載體粒子上的滲
入聚合物之表徵。該聚合物膜內許多小粒子(矽石的)是明顯的。該等粒子似乎是完全被該聚合物封住。
在第一態樣中，本揭示提供一種在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法。該方法包含提供多孔載體10，該多孔載體10擁有外壁20、第一端30、第二端40及多孔通道表面50、60，該等多孔通道表面界定複數個從該第一端30穿越該多孔載體10至該第二端40的通道55、65。該複數個通道55、65包含由薄膜-通道表面60界定的薄膜通道65。該方法更包含在該外壁20與該複數個通道55、65間建立差壓。該方法可包含施加預聚合物塗佈溶液至至少該等薄膜-通道表面60，同時維持該差壓以在該等薄膜-通道表面60上形成預聚合物層。該方法可包含固化該預聚合物層以形成該聚合物膜80。
在第二態樣中，本揭示提供一種根據該第一態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該多孔載體10係蜂巢狀塊體。
在第三態樣中，本揭示提供一種根據該第一或第二態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該多孔載體10包含選自堇青石、α-氧化鋁、富鋁紅柱石、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰及前述各者之組合物的陶瓷。
在第四態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第三態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該方法更包含在建立該差壓與施加該預聚合物塗佈溶液之前施加預塗層70至至少該等薄膜通道表面60。該預塗層70
可有小於該等薄膜-通道表面60的載體平均孔徑之預塗層平均孔徑。
在第五態樣中，本揭示提供一種根據該第四態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該預塗層包含選自堇青石、氧化鋁、富鋁紅柱石、鈦酸鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰及前述各者之組合物所組成的族群之陶瓷粒子。
在第六態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第五態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該預聚合物塗佈溶液係施加至該等薄膜-通道表面60、該第一端30與該第二端40，而該預聚合物層形成在薄膜-通道表面60、該第一端30與該第二端40上。
在第七態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第六態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中建立該差壓包含將該多孔載體10置於擁有腔室120界定在其中的塗佈槽100內，該腔室120係介於位在該多孔載體10第一端30處之第一密封件130與位在該多孔載體10第二端處的第二密封件140之間。該多孔載體10至少一部分的外壁20係設置在該腔室120內，而該多孔載體10的第一端30與第二端40皆在該腔室120外部。據此，該複數個通道55、65與該腔室120間的流體交流僅透過該外壁20發生。根據該第七態樣的方法可更包含施加真空或背壓至該腔室120。
在第八態樣中，本揭示提供一種根據該第七態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該塗佈槽100包含與該多孔載體10的第一端30耦合的第一埠170。第二埠
180係耦合至該多孔載體10的第二端40，使得該第一埠170與該第二埠180間的流體交流透過該複數個通道55、65發生。第三埠190係耦合至該腔室120，使得該第三埠190與該第一及第二埠170、180間的流體交流僅透過該多孔載體10的外壁20發生。
在第九態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第八態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該預聚合物塗佈溶液包含聚合物前驅物在不可與水混相的有機溶劑內。
在第十態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第九態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該預聚合物塗佈溶液包含聚合物前驅物在不可與水混相的有機溶劑內。
在第十一態樣中，本揭示提供一種根據該第七至第十態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中建立該差壓包含施加背壓至該腔室120。
在第十二態樣中，本揭示提供一種根據該第十或第十一態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該聚合物前驅物包含1,2,7,8-二環氧辛烷與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇單體或寡聚物的環氧-二胺混合物。
在第十三態樣中，本揭示提供一種根據該第十二態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該聚合物前驅物更包含懸浮在該環氧-二胺混合物中的胺官能化矽石粒子。
在第十四態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第十態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該預聚合物塗佈溶液係水中油乳劑，水中油乳劑包含水相；油相，分散在該水相內且含有在該不可與水混相的有機溶劑內之聚合物前驅物；以及介面活性劑。
在第十五態樣中，本揭示提供一種根據該第七至第十態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中建立該差壓包含施加真空至該腔室120。
在第十六態樣中，本揭示提供一種根據該第十四或第十五態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該等薄膜-通道表面60擁有薄膜-通道孔徑分佈，而該水中油乳劑包含油相粒子，該等油相粒子擁有與該薄膜-通道孔徑分佈實質上重疊的油相粒徑分佈。
在第十七態樣中，本揭示提供一種根據該第十四至第十六態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該聚合物前驅物包含1,2,7,8-二環氧辛烷與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇單體或寡聚物之環氧-二胺混合物。
在第十八態樣中，本揭示提供一種根據該第十四至第十七態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該介面活性劑包含十二烷基硫酸鈉或乙氧基化非離子介面活性劑。
在第十九態樣中，本揭示提供一種根據該第十四至第十八態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方
法，其中該水中油乳劑包含基於該水中油乳劑總重量從0.1wt%至10wt%的油相，其中該油相包含從10wt%至50wt%的聚合物前驅物，基於該油相的總重量。該水中油乳劑也包含從0.1wt%至10wt%的介面活性劑，基於該水中油乳劑的總重量。
在第二十態樣中，本揭示提供一種根據該第十四至第十九態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該聚合物前驅物包含1,2,7,8-二環氧辛烷與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇單體或寡聚物之環氧-二胺混合物；該水中油乳劑包含從0.2wt%至1wt%的介面活性劑，基於該水中油乳劑的總重量；並且該介面活性劑包含十二烷基硫酸鈉。
在第二十一態樣中，本揭示提供一種根據該第十四至第二十態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該介面活性劑包含乙氧基化非離子介面活性劑。
在第二十二態樣中，本揭示提供一種根據該第二十一態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該乙氧基化非離子介面活性劑係選自由(a)環氧乙烷與疏水鹼反應的冷凝產物，該疏水鹼係由環氧丙烷與丙二醇的冷凝形成；(b)環氧乙烷與環氧丙烷和乙二胺反應形成的分子反應之冷凝產物；以及(c)(a)與(b)的混合物所組成的族群。
在第二十三態樣中，本揭示提供一種根據該第十五至第二十二態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中從約-5kPa至約-100kPa的真空係經施加至該腔
室120。
在第二十四態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第二十三態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中藉由重複施加預聚合物塗佈溶液與在固化該聚合物膜80後固化該預聚合物層在該聚合物膜80上方施加2至10層額外的聚合物膜。
在第二十五態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第二十三態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該方法更包含在建立該差壓與施加該預聚合物塗佈溶液前先施加預塗層70至至少該等薄膜通道60表面。
在第二十六態樣中，本揭示提供一種根據該第二十五態樣在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該載體平均孔徑係從約0.5微米至約100微米，而該預塗層平均孔徑係從約0.3微米至約1微米。
在第二十七態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第二十六態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中利用該方法形成的聚合物膜80對於施加至該塗佈的多孔載體10的第一端30與第二端40之至少-50kPa的真空係密封的。
在第二十八態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第二十七態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該固化包含加熱該多孔載體10至從約120℃至約180℃的固化溫度一段從約4小時至約18小時的固化時間。
在第二十九態樣中，本揭示提供一種根據該第一至
第二十八態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該方法更包含在施加該預聚合物溶液與固化該預聚合物層之間以水沖洗該等通道表面(50、60)。
在第三十態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第二十九態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中該聚合物膜80係低於20微米厚。
在第三十一態樣中，本揭示提供一種根據該第一至第三十態樣的任一者在多孔載體10上製備聚合物膜80的方法，其中至少該等薄膜通道65係在施加該預聚合物塗佈溶液前以溶劑預填充。
在第三十二態樣中，本揭示提供一種利用根據該第一至第三十一態樣的任一者的方法製備的聚合物-薄膜塗佈的多孔載體。
在第三十三態樣中，本揭示提供一種滲透蒸發系統或設備，該滲透蒸發系統或設備含有至少一個該第三十二態樣的聚合物-薄膜塗佈的多孔載體。
能夠對在此所述實施例做出多種調整與變異而不背離所主張標的物的精神與範圍對熟知技藝者而言應是顯而易見的。因此，意在使本說明書涵蓋在此所述多種實施例的調整與變異，假設此類調整與變異落在附屬申請專利範圍與其等效物範圍內。
10‧‧‧多孔載體
20‧‧‧外壁
30‧‧‧第一端
40‧‧‧第二端
50、60‧‧‧多孔通道表面
55、65‧‧‧通道
80‧‧‧聚合物膜
Claims (20)
- 一種在一多孔載體上製備一聚合物膜的方法，包括以下步驟：提供一多孔載體，該多孔載體擁有一外壁、一第一端、一第二端及多孔通道表面，該等多孔通道表面界定複數個從該第一端穿越該多孔載體至該第二端的通道，該複數個通道包含由薄膜-通道表面界定的薄膜通道；在該外壁與該複數個通道間建立一差壓；施加一預聚合物塗佈溶液至至少該等薄膜-通道表面同時維持該差壓以在該等薄膜-通道表面上形成一預聚合物層；及固化該預聚合物層以形成該聚合物膜
- 如請求項1所述之方法，其中該多孔載體係一蜂巢狀塊體。
- 如請求項1所述之方法，其中該多孔載體包含一選自堇青石、α-氧化鋁、富鋁紅柱石、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰及前述各者之組合物的陶瓷。
- 如請求項1所述之方法，進一步包括在建立該差壓與施加該預聚合物塗佈溶液之前施加一預塗層至至少該等薄膜通道表面，該預塗層擁有小於該等通道表面的一載體平均孔徑之一預塗層平均孔徑。
- 如請求項4所述之方法，其中該預塗層包含選自堇青石、氧化鋁、富鋁紅柱石、鈦酸鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰及前述各者之組合物所組成的族群之陶瓷粒子。
- 如請求項1所述之方法，其中該預聚合物塗佈溶液係施加至該等薄膜一通道表面、該第一端與該第二端，而該預聚合物層形成在薄膜-通道表面、該第一端與該第二端上。
- 如請求項1所述之方法，其中建立該差壓包括以下步驟：將該多孔載體置於擁有一腔室界定在其中的一塗佈槽內，該腔室係介於位在該多孔載體第一端處之一第一密封件與位在該多孔載體第二端處的一第二密封件之間，該多孔載體至少一部分的外壁係設置在該腔室內，而該多孔載體的該第一端與該第二端兩者皆在該腔室外部，藉此該複數個通道與該腔室間的流體交流僅透過該外壁發生；及施加一真空或一背壓至該腔室。
- 如請求項7所述之方法，其中該塗佈槽包括：一第一埠，與該多孔載體的該第一端耦合；一第二埠，與該多孔載體的該第二端耦合，使得該第一埠與該第二埠間的流體交流透過該複數個通道發生；及一第三埠，與該腔室耦合，使得該第三埠與該第一及第二埠間的流體交流僅透過該多孔載體的外壁發生。
- 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：修補該聚合物膜內的缺陷，藉由：施加至少一層額外的預聚合物塗佈溶液至該聚合物膜以在該聚合物膜上形成一缺陷修補層；及固化該缺陷修補層以形成一修補的聚合物膜。
- 如請求項1所述之方法，其中該預聚合物塗佈溶液包含一聚合物前驅物在一不可與水混相的有機溶劑內。
- 如請求項10所述之方法，其中建立該差壓包含以下步驟：施加一背壓至該腔室。
- 如請求項11所述之方法，其中該聚合物前驅物包含1,2,7,8-二環氧辛烷與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇單體或寡聚物的環氧-二胺混合物。
- 如請求項11所述之方法，其中該聚合物前驅物更包含懸浮在該環氧-二胺混合物中的胺官能化矽石粒子。
- 如請求項10所述之方法，其中該預聚合物塗佈溶液係一水中油乳劑，包括：一水相；一油相，分散在該水相內且含有在該不可與水混相的有 機溶劑內之聚合物前驅物；及一介面活性劑。
- 如請求項14所述之方法，其中建立該差壓包含以下步驟：施加一真空至該腔室。
- 如請求項14所述之方法，其中該等薄膜-通道表面擁有一薄膜-通道孔徑分佈，而該水中油乳劑包含油相粒子，該等油相粒子擁有與該薄膜-通道孔徑分佈實質上重疊的一油相粒徑分佈。
- 如請求項14所述之方法，其中該聚合物前驅物包含1,2,7,8-二環氧辛烷與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇單體或寡聚物之環氧-二胺混合物。
- 如請求項14所述之方法，其中該介面活性劑包含十二烷基硫酸鈉或一乙氧基化非離子介面活性劑。
- 如請求項14所述之方法，其中該水中油乳劑包括：基於該水中油乳劑總重量從0.1wt%至10wt%的油相，其中該油相包含從10wt%至50wt%的聚合物前驅物，基於該油相的總重量；及從0.1wt%至10wt%的介面活性劑，基於該水中油乳劑的總重量。
- 如請求項19所述之方法，其中：該聚合物前驅物包含1,2,7,8-二環氧辛烷與O,O’-二(2-胺基丙基)聚丙二醇單體或寡聚物之環氧-二胺混合物；該水中油乳劑包含從0.2wt%至1wt%的介面活性劑，基於該水中油乳劑的總重量；及該介面活性劑包含十二烷基硫酸鈉。
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