TWI555568B - 具有多重尺寸的纖維之薄膜 - Google Patents
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Description
本發明係關於包含至少第一及第二組複數個纖維之薄膜,其中第一組纖維具有第一平均纖維直徑且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑大於第二平均纖維直徑,且關於製造及使用該等薄膜之方法。
合成聚合物薄膜在多種應用中被用於過濾。然而,需要提供足夠強度及對不合需要材料之足夠滯留性,同時提供良好通過量之薄膜。
本發明提供該等薄膜。
本發明之該等及其他優勢將自如下文所述之描述顯而易見。
本發明之一具體實例提供一種多孔聚合薄膜,其包含第一多孔表面;第二多孔表面;及位於第一表面與第二表面之間之主體,其中該主體包含至少第一及第二組複數個纖維,其中第一組纖維具有第一平均纖維直徑,且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑大於第二平均纖維直徑。
在另一具體實例中,提供一種用於製造包括纖維之多孔聚合薄膜的方法,該方法包含在支撐物上澆鑄聚合物溶液;誘導溶液之熱相轉換;且在溶液達到熱平衡之前淬滅溶液之上方部分。
在其他具體實例中,提供使用該等薄膜之方法及包括該等薄
膜之裝置。
10‧‧‧移動帶/支撐物
100‧‧‧塊體
110‧‧‧刮刀
150‧‧‧淬滅浴
200‧‧‧六個風扇
300‧‧‧薄膜
1000‧‧‧例示性系統
圖1展示用於製備根據本發明之薄膜之具體實例的說明性系統,所說明之系統包括用於加熱上面具有澆鑄溶液之塊體的水浴,該說明亦展示第一及第二氣隙。
圖2為根據本發明一具體實例之薄膜的橫截面圖,其展示第一及第二組纖維,其中第一組纖維具有第一平均纖維直徑,且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑大於第二平均纖維直徑。
圖3為根據本發明另一具體實例之薄膜的橫截面圖,其展示第一及第二組纖維,其中第一組纖維具有第一平均纖維直徑,且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑大於第二平均纖維直徑,且其中該圖亦展示了包含較大平均直徑纖維、較小平均直徑纖維及包含較大與較小平均直徑纖維之薄膜之所示部分的百分比。
圖4為根據本發明另一具體實例之薄膜的橫截面圖,其展示第一及第二組纖維,其中第一組纖維具有第一平均纖維直徑,且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑大於第二平均纖維直徑,且其中該圖亦展示了包含較大平均直徑纖維、較小平均直徑纖維及包含較大與較小平均直徑纖維之薄膜之所示部分的百分比。
根據本發明之一具體實例,提供一種多孔聚合薄膜,其包含第一多孔表面;第二多孔表面;及位於第一表面與第二表面之間之主體,其中該主體包含至少第一及第二組複數個纖維,其中第一組纖維具有第一平均纖維直徑,且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑比第二平均纖維直徑大出至少約10%。
在另一具體實例中,多孔聚合薄膜包含第一多孔表面;第二
多孔表面;及位於第一表面與第二表面之間之主體,其中該主體包含至少第一及第二組複數個連續纖維構成之網狀網絡(reticulate network),其中在與多孔表面垂直之橫截面圖中,第一組纖維具有第一平均纖維直徑,且第二組纖維具有第二平均纖維直徑,其中第一平均纖維直徑比第二平均纖維直徑大出至少10%。
在一些具體實例中,至少一組纖維係多孔的。
在一具體實例中,第一組纖維具有在約5μm至約50μm範圍內之平均纖維直徑,典型地在約5μm至約30μm範圍內之平均纖維直徑,較佳在約8μm至約15μm範圍內之平均纖維直徑。或者或另外,在一具體實例中,第二組纖維具有在約0.1μm至約3μm範圍內之平均纖維直徑。
聚合薄膜典型地包含一種碸薄膜,較佳為碸薄膜,更佳為聚醚碸薄膜。
本發明之另一具體實例包含一種用於加工流體之方法,該方法包含使流體穿過薄膜之一具體實例。在一較佳具體實例中,該方法包含藉由使含油墨流體穿過薄膜之一具體實例來對其進行過濾。
在又一具體實例中,提供一種用於製造包括纖維之多孔聚合薄膜的方法,該方法包含在支撐物上澆鑄聚合物溶液;誘導溶液之熱相轉換;且在溶液達到熱平衡之前淬滅溶液之上方部分。凝固之薄膜可與支撐物分離且經瀝濾以移除溶劑及其他可溶性成分(或者,可在瀝濾之前或期間自支撐物移開凝固之薄膜)。經分離之薄膜可經乾燥或保持濕潤。
在其他具體實例中,提供包括薄膜之裝置。舉例而言,在一具體實例中,將薄膜配置於裝置中以使其位於油墨儲集器與至少一個油墨噴嘴之間之油墨流徑中。作為說明,在一具體實例中,裝置包含用於噴墨過濾之過濾器容器(filter capsule),該容器包含外殼,其含有油墨且具有與
油墨噴嘴連通之端口;及過濾器,其包含經由該端口橫過油墨與油墨噴嘴之間之流體流徑的薄膜之具體實例。該裝置視情況包含不透明外殼以防UV光侵入。
有利地,可使用典型地未經熔噴之聚合物,而無需摻合聚合物來提供包括複數種纖維直徑之聚合物薄膜。另一優勢在於該等薄膜提供足夠強度及對不合需要材料之足夠滯留性,同時提供良好通過量。特定地就噴墨應用而言,該等薄膜捕獲粒子,從而防止或最小化噴嘴堵塞,同時允許高流量,防止或最小化噴嘴缺乏且使油墨盒排空更完全,具有與用於噴墨應用之習知薄膜相比有所減小之佔據面積(footprint)。在不受任何特定理論或機制約束情況下,咸信較大纖維結構滯留較大粒子,且較小纖維結構滯留較小粒子。
鑒於根據本發明具體實例之薄膜的強度,在某些應用中,該等薄膜可為無支撐之薄膜。
根據本發明具體實例之薄膜可用於多種應用中,包括例如噴墨應用(如上所述),診斷應用(包括例如樣品製備及/或診斷用橫向流動裝置)、用於在醫藥工業中過濾流體、用於在醫學應用中過濾流體(包括用於家庭及/或患者用途,例如靜脈內應用,亦包括例如過濾生物流體,諸如血液(例如用以移除白血球))、用於在電子工業中過濾流體、用於在食品及飲料工業中過濾流體、澄清、過濾含抗體及/或蛋白之流體、細胞偵測(包括就地偵測)、細胞收集及/或過濾細胞培養物流體。或者或另外,根據本發明具體實例之薄膜可用於過濾空氣及/或氣體,及/或可用於通風應用(例如,允許空氣及/或氣體(而非液體)穿過)。根據本發明具體實例之薄膜可用於多種裝置中,包括手術裝置及產品,諸如眼科手術產品。
如本文所用,術語「表層(skin)」(在第一及/或第二「微孔表層表面」中)不表示某些薄膜中存在之相對較厚且幾乎不可滲透之聚合物
層。此處,微孔表層係覆蓋在各種厚度之微孔區域上方之相對較薄的多孔表面。下伏之微孔區域之孔可為與表層孔相同或略小之尺寸。在第一微孔表層表面之孔結構(例如,平均孔尺寸)小於第二多孔表面之孔結構(例如,平均孔尺寸)的根據本發明之薄膜之一些具體實例中,該薄膜之反面(第二多孔表面)可稱作暗淡(dull)或粗糙有孔的表層表面。
薄膜可具有任何適合之孔結構,例如孔尺寸(例如,如由起泡點或由例如美國專利4,340,479中所述之KL所證實,或由毛細冷凝流動孔隙量測法(flow porometry)所證實)、平均流動孔(mean flow pore,MFP)尺寸(例如,當使用孔隙率計表徵時,例如Porvair孔隙率計(Porvair有限公司;Norfolk,UK)或以商標POROLUX購得之孔隙率計(Porometer.com;Belgium))、孔等級、孔直徑(例如,當使用例如美國專利4,925,572中所述之修改之OSU F2測試來表徵時),或在流體穿過多孔介質時減少或允許一或多種所關注材料之穿過的移除等級(removal rating)。所用孔結構取決於欲使用之粒子之尺寸、欲處理之流體之組成及所處理流體之所需流出物量。
薄膜之多孔表面可具有任何適合之平均孔尺寸,例如,如藉由例如由800倍放大率之SEM縮微照片計算平均表面孔尺寸所測定的。典型地,至少第一微孔表層表面具有至少約1μm之平均孔尺寸。在一些具體實例中,第一微孔表層表面具有至少約5μm或至少約10μm之平均孔尺寸。第二微孔表面之平均孔尺寸典型地大於第一微孔表面之平均孔尺寸。在一些具體實例中,第二微孔表層表面具有至少約15μm或至少約20μm之平均孔尺寸。第二微孔表層表面之平均孔尺寸典型地在約20μm至約100μm之範圍內。
薄膜之主體包含連續纖維構成之網絡(有時稱作「股束(strand)」或「纖維元件」)。連續意謂實質上所有纖維為整體地互連的(例如,一起成形),無需使用單獨黏合劑或單獨黏合材料。纖維元件不撕裂就無法
彼此分開。另外,第一及第二多孔表面(較佳為微孔表層表面)為與實質上所有的第一及第二組纖維相連的。
多種纖維直徑(例如,平均纖維直徑)適合於根據本發明之薄膜之具體實例,且具體實例可包括複數組具有不同纖維直徑之纖維。纖維直徑(包括平均纖維直徑)可如此項技術中已知的,例如藉由使用軟體(諸如,可購自Math Works®(例如,MATLAB)或Nikon(例如,NIS-Element))或藉由手動量測來測定及/或計算。薄膜之具體實例典型地包括至少第一組及第二組纖維,其中第一組纖維具有在約5μm至約50μm範圍內之平均纖維直徑,典型地在約5μm至約30μm範圍內之平均纖維直徑,較佳在約8μm至約15μm範圍內之平均纖維直徑,且第二組纖維具有在約0.1μm至約3μm範圍內之平均纖維直徑。
根據本發明具體實例之薄膜中第一組纖維(例如,較大平均直徑纖維)與第二組纖維(例如,較小平均直徑纖維)可為任何比率。在一具體實例中,較小平均直徑纖維:較大平均直徑纖維之比率為2:1。
根據本發明之薄膜典型地具有在約70μm至約300μm範圍內,較佳在約80μm至約150μm範圍內之厚度。
根據本發明具體實例之薄膜可具有包含微孔表層表面之第一及第二表面,其中第一與第二表面具有實質上相同之平均孔尺寸,或薄膜之一些具體實例可具有包含微孔表面之第一表面及包含孔之第二多孔表面(在一些具體實例中,第二多孔表面包含微孔表層表面),其中第二表面的平均孔尺寸大於第一微孔表層表面中之孔之平均孔尺寸。
根據本發明具體實例之薄膜可為各向同性(孔結構在整個薄膜主體內基本上相同)、各向異性(例如,孔結構自一個部分或表面至另一部分或表面的尺寸減小;或孔結構在各向異性薄膜之厚度內之某一位置具有最小孔尺寸)或多向性(multitropic)(例如,孔結構在整個薄膜主體內成
形為不規則或規則圖案)。
在一些具體實例中,根據本發明具體實例之薄膜主體具有在約1μm至約20μm範圍內之平均流動孔尺寸(MFP尺寸)。在其他說明性具體實例中,薄膜具有至少約8μm,例如至少約11μm或超過11μm之MFP尺寸。
根據本發明之各向同性薄膜(及多向性薄膜之一些具體實例)具有包含微孔表層表面之第一及第二表面,其中該等表面具有實質上相同之平均孔尺寸。舉例而言,第二微孔表層表面的平均孔尺寸可為第一微孔表層表面中之孔之平均孔尺寸的約1至約1.2倍。
各向異性(不對稱)薄膜具有在整個薄膜主體中變化之孔結構(例如,平均流動孔尺寸)。舉例而言,平均孔尺寸自一個部分或表面至另一部分或表面之尺寸減小(例如,平均流動孔尺寸自上游部分或表面至下游部分或表面減小)。然而,本發明具體實例涵蓋其他類型之不對稱性,例如孔尺寸在不對稱薄膜之厚度內之某一位置具有最小孔尺寸。不對稱薄膜可具有任何適合之孔尺寸梯度或比率。此不對稱性可藉由例如比較薄膜一個主要表面上之平均孔尺寸與薄膜另一主要表面之平均孔尺寸來量測。
在本發明薄膜包含不對稱薄膜之彼等具體實例(及本發明薄膜包含多向性薄膜之一些具體實例)中,第二多孔表面包含平均孔尺寸大於第一微孔表層表面中之孔之平均孔尺寸的孔。第二表面之平均孔尺寸典型地為第一表面之平均孔尺寸的至少約1.3倍。在一些具體實例中,第二表面之平均孔尺寸為第一表面之平均孔尺寸之至少約1.5倍或至少約2倍,例如在第一表面之平均孔尺寸的約3至約15倍之範圍內。
有利地,根據本發明之薄膜提供典型地在4吋水壓下至少約1500ml/min、較佳在4吋水壓下至少約2000ml/min之良好通過量(流動速率)。
或者或另外,根據本發明之薄膜具有約150帕斯卡(Pascal,Pa)或150Pa以下,較佳約125Pa或125Pa以下之△P跨膜壓差(transmembrane pressure,TMP)。舉例而言,在一些具體實例中,TMP在約30至約100Pa之範圍內。
根據本發明之薄膜可具有至少約20吋水之水起泡點。
有利地,薄膜可經定製以用於特定應用。
下文現將更詳細地描述本發明之每一組件,其中相同組件具有相同參考數字。
較佳藉由熱誘導之相轉換製程來製備薄膜。在相轉換製程期間,最初均質之聚合物溶液由於不同外部影響而變為熱力學不穩定的,且誘導相分離為聚合物貧相與聚合物富相。聚合物富相形成薄膜之基質,且聚合物貧相(具有增加之溶劑及非溶劑含量)形成孔。
可使用各種技術及系統來進行熱相轉換。舉例而言,作為說明,可使用加熱墊、加熱燈、另一加熱的物體、流體循環系統或水浴來加熱澆鑄台、帶或塊體(或在其上之移動載體或支撐物)。典型地,使用至少約80℉,較佳至少約85℉且在一些具體實例中至少約90℉之溫度進行熱相轉換,持續至少約30秒,較佳至少約35秒且在一些具體實例中在約40秒至約70秒範圍內之時間。
較佳在溶液達到熱平衡之前,向澆鑄溶液之上表面(不與澆鑄台、帶、塊體或支撐物接觸之表面)施用淬滅液體(例如,熱水)。淬滅液體之溫度典型地大於上面具有澆鑄溶液之澆鑄台、帶或塊體(或在其上之移動載體或支撐物)的溫度。在一些具體實例中,淬滅液體之溫度比上面具有澆鑄溶液之澆鑄台、帶或塊體(或在其上之移動載體或支撐物)溫度高出至少約10℉;較佳高出至少約15℉,且在一些具體實例中高出至少約25℉。作為說明,在將溶液澆鑄於越過具有在約80至約90℉範圍內溫度
之塊體之支撐物上的具體實例中,淬滅液體可具有至少約110℉之溫度。
作為說明,使用圖1中所示之例示性系統1000作為參考,將聚合物溶液典型地澆鑄(使用刮刀110)於移動帶/支撐物10上,該移動帶/支撐物在塊體100上移動(沿塊體上以單箭頭所示之澆鑄方向)且移至淬滅浴150(其亦可提供加熱浴以加熱塊體;或者,塊體可藉由例如使用至少一個加熱帶(未展示)加熱)中,以使得淬滅液體接觸溶液之上表面,之後使液體接觸下表面(例如,由該帶/支撐物覆蓋,其隨後可剝離)。
若需要氣流速度,則該系統可包括一或多個風扇以提供氣流速度。圖1展示六個風扇200。
在一些具體實例中,薄膜可包含兩個或兩個以上層,例如第一溶液在支撐物上展佈成一層,且第二溶液在第一溶液上展佈成一層且薄膜隨後可在淬滅之後自支撐物分離。在薄膜包含超過兩層之一些具體實例中,溶液可以所需次序於彼此上展佈。或者或另外,可例如美國專利6,596,112中所述來製備層壓物。
薄膜可手動(例如,以手傾倒、澆鑄或展佈於澆鑄表面上)或自動(例如傾倒或以其他方式澆鑄至移動床上)澆鑄。適合支撐物之實例包括例如聚乙烯塗佈紙或聚酯(諸如MYLAR)。
此項技術中已知多種澆鑄技術(包括雙重澆鑄技術)且均係適合的。此項技術中已知之多種裝置均可用於澆鑄。適合裝置包括例如機械展佈機,其包含展佈刮刀、刮漿刀或噴霧/加壓系統。展佈裝置之一個實例為擠壓模或狹縫塗佈器,其包含一澆鑄室,可將澆鑄調配物(包含聚合物之溶液)引入該澆鑄室中且將其在壓力下經狹窄縫隙擠出。作為說明,包含聚合物之第一與第二溶液可藉助於具有在約70微米至約300微米範圍內,更典型地在約80微米至約150微米範圍內之刮刀間隙的刮漿刀分開澆鑄。對於第一及第二溶液而言,刮刀間隙可不同。
多種氣隙均適用於本發明中,且對於刮刀/刮漿刀而言,氣隙可相同或不同。第一氣隙典型地在約3吋至約80吋之範圍內,更典型地在約12吋至約45吋之範圍內。第二氣隙典型地在約1吋至約30吋之範圍內,更典型地在約2吋至約12吋之範圍內。
如此項技術中所知,多種澆鑄速度均為適合的。例如,在至少約3吋之刮刀氣隙下,澆鑄速度典型地為至少約2呎/分鐘(feet per minute,fpm)。
多種聚合物溶液均適用於本發明中,且為此項技術中已知的。適合聚合物溶液可包括聚合物,諸如聚芳族物;碸(例如,聚碸,包括芳族聚碸,例如聚醚碸、聚醚醚碸、雙酚A聚碸、聚芳基碸及聚苯基碸)、聚醯胺、聚醯亞胺、聚偏二鹵乙烯(包括聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF))、聚烯烴(諸如聚丙烯及聚甲基戊烯)、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈(包括聚烷基丙烯腈)、纖維素聚合物(諸如乙酸纖維素及硝酸纖維素)、氟聚合物及聚醚醚酮(polyetherether ketone,PEEK)。聚合物溶液可包括聚合物混合物,例如疏水性聚合物(例如,碸聚合物)與親水性聚合物(例如,聚乙烯吡咯啶酮)之混合物。
聚合物溶液典型地具有至少約10%之固體濃度。
除一或多種聚合物以外,典型聚合物溶液包含至少一種溶劑,且可另外包含至少一種非溶劑。適合溶劑包括例如二甲基甲醯胺(dimethyl formamide,DMF);N,N-二甲基乙醯胺(dimethylacetamide,DMAC);N-甲基吡咯啶酮(N-methyl pyrrolidone,NMP);二甲亞碸(dimethylsulfoxide,DMSO)、甲基亞碸、四甲脲;二噁烷;丁二酸二乙酯;二甲亞碸;氯仿;及四氯乙烷;及其混合物。適合非溶劑包括例如水;各種聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG;例如,PEG-200、PEG-300、PEG-400、PEG-1000);各種聚丙二醇;各種醇,例如甲醇、乙醇、異丙醇(isopropyl alcohol,IPA)、
戊醇、己醇、庚醇及辛醇;烷烴,諸如己烷、丙烷、硝基丙烷、庚烷及辛烷;以及酮、醚及酯,諸如丙酮、丁基醚、乙酸乙酯及乙酸戊酯;及各種鹽,諸如氯化鈣、氯化鎂及氯化鋰;及其混合物。
若需要,包含聚合物之溶液可另外包含例如一或多種聚合引發劑(例如過氧化物、過硫酸銨、脂族偶氮化合物(例如,2,2'-偶氮雙(2-甲脒基丙烷)二鹽酸鹽(V50))及其組合中之任一者或多者),及/或微量成分,諸如界面活性劑及/或脫模劑。
此項技術中已知溶液之適合組分。包含聚合物之說明性溶液以及說明性溶劑與非溶劑包括例如美國專利4,340,579、4,629,563、4,900,449、4,964,990、5,444,097、5,846,422、5,906,742、5,928,774、6,045,899、6,146,747及7,208,200中所揭示者。
根據本發明,在包括兩個或兩個以上層之彼等具體實例中,薄膜層可由相同聚合物及溶劑,藉由改變黏度、添加劑及處理而形成,或不同聚合物可用於不同層。
薄膜可具有任何所需之臨界潤濕表面張力(critical wetting surface tension,CWST;例如美國專利4,925,572中所定義)。CWST可如此項技術中已知的,例如美國專利5,152,905、5,443,743、5,472,621及6,074,869中另外揭示的來進行選擇。對於液體穿過薄膜之應用而言,薄膜典型地具有親水性,具有72達因/公分(72×10-5N/cm)或超過72達因/公分之CWST。在一些具體實例中,該元件具有75達因/公分(約75×10-5N/cm)或超過75達因/公分之CWST。然而,對於液體不穿過薄膜之一些其他應用(例如,對於通風應用)而言,薄膜可具疏水性,具有小於72達因/公分(72×10-5N/cm)之CWST。
薄膜之表面特徵可藉由濕式或乾式氧化、藉由在表面上塗佈或沈積聚合物,或藉由接枝反應來改質(例如,以影響CWST;以包括表面
電荷,例如正電荷或負電荷;及/或改變表面之極性或親水性)。改質包括例如照射、極性或帶電單體、以帶電聚合物塗佈及/或硬化表面,及進行化學改質以在表面上附接官能基。可藉由曝露於能源(諸如氣體電漿、蒸氣電漿、電暈放電、熱、範德格拉夫(Van der Graff)發電機、紫外光、電子束)或曝露於各種其他形式之輻射,或藉由使用電漿處理進行表面蝕刻或沈積來啟動接枝反應。
包含至少一種根據本發明具體實例之薄膜的裝置可包括額外元件、層或組件,其可具有不同結構及/或功能,例如預過濾、支撐、排水、間隔及緩衝中之至少一者。作為說明,裝置之一具體實例亦可包括至少一個額外元件,諸如篩網及/或隔板。
根據本發明之具體實例,薄膜可具有各種組態,包括平面、打褶狀及中空圓柱形。
薄膜,在一些具體實例中包含該薄膜之過濾器(且該過濾器可包含複數個過濾器元件),可與外殼一起使用以提供諸如過濾器裝置之裝置。舉例而言,如先前所述,在一具體實例中,裝置包含用於噴墨過濾之過濾器容器,該容器包含外殼,其含有油墨且具有與油墨噴嘴連通之端口;及過濾器,其包含經由端口橫過油墨與油墨噴嘴之間之流體流徑的薄膜之具體實例。該裝置視情況包含不透明外殼以防UV光侵入。在另一具體實例中,薄膜或包含薄膜之過濾器被安置於外殼中,例如該外殼包含至少一個入口及至少一個出口且界定在入口與出口之間之至少一個流體流徑,其中該過濾器係橫跨流體流徑,由此提供過濾器裝置。在一些具體實例中,過濾器裝置係可滅菌的。可採用適合形狀之任何外殼且若需要,該外殼提供任何下述中之至少一者:端口、入口及出口。
外殼可由任何適合之剛性不滲透性材料來製造,包括任何不滲透性熱塑性材料,其可與所加工之流體相容。舉例而言,外殼可由金屬
(諸如不鏽鋼)或聚合物來製造。
以下實施例進一步說明本發明,但當然不應理解為以任何方式限制其範疇。
在以下實施例中,如在圖1中大體上顯示的,安裝系統以產生薄膜300。使用六個風扇來提供氣流速度。將溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上。
此實施例顯示根據本發明之一具體實例之薄膜的製備。
使用具有13密耳(mil)刮刀間隙與32吋第一氣隙之澆鑄刮刀將由11.0% PSF(P-3500)、2.0% DI水、5.25% PVP(k-90)、19.5% PEG200及62.25% NMP組成之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以4fpm之澆鑄速度)。風扇速度為60瓦特(watt)且第二氣隙為6吋。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶越過加熱的塊體(經加熱至約90℉溫度),歷時45秒,且隨後在約127℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅溶液一在溶液達到熱平衡之前,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。
圖2中展示具有網狀連續纖維之完整薄膜的橫截面SEM圖。
與大及小纖維相連之第一及第二表層表面各自之深度在約5至約10μm之範圍內。
使用掃描電子縮微照片且手動量測纖維直徑,較大與較小纖維之平均纖維直徑分別為10μm及1μm。
薄膜具有約390gF之拉伸強度及約12μm之粒子滯留尺寸等級。
此實施例顯示了根據本發明之一具體實例之薄膜的製備,且
顯示了包含較大平均直徑纖維、較小平均直徑纖維及包含較大與較小平均直徑纖維兩者之薄膜之無空隙部分的百分比。
使用具有13密耳(.013吋)刮刀間隙與30吋第一氣隙之澆鑄刮刀將如實施例1所述之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以4fpm之澆鑄速度)。風扇速度為70瓦特且第二氣隙為6吋。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶越過加熱的塊體(經加熱至約85℉溫度),歷時45秒,且隨後在約125℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅溶液一在溶液達到熱平衡之前,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。
圖3中展示具有網狀連續纖維之完整薄膜的橫截面SEM圖。
圖4亦展示了使用Math Works® MATLAB軟體得到的包含較大平均直徑纖維、較小平均直徑纖維及包含較大與較小平均直徑纖維兩者之薄膜之所示部分的百分比。所示部分包括空隙部分及無空隙部分。約50%之無空隙部分實質上包含較大平均直徑纖維,約25%之無空隙部分實質上包含較小平均直徑纖維且約25%之無空隙部分實質上包含較大與較小平均直徑纖維兩者。
使用MATLAB軟體計算出第一及第二表層表面之表面孔隙率分別為23%及46%。
與大及小纖維相連之第一及第二表層表面各自之深度在約5至約10μm之範圍內。
使用掃描電子縮微照片且手動量測纖維直徑,較大與較小纖維之平均纖維直徑分別為約10μm及約1μm。
此實施例顯示根據本發明之一具體實例之薄膜的製備。
使用具有13密耳刮刀間隙與32吋第一氣隙之澆鑄刮刀將由
10.7% PSF(P-3500)、2.0% DI水、5.30% PVP(k-90)、19.5% PEG200及62.50% NMP組成之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以3.5fpm之澆鑄速度)。風扇速度為65瓦特且第二氣隙為6吋。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶越過加熱的塊體(經加熱至約88℉溫度),歷時60秒,且隨後在約128.5℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅溶液一在溶液達到熱平衡之前,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。
與大及小纖維相連之第一及第二表層表面各自之深度在約5至約10μm之範圍內。
使用掃描電子縮微照片且手動量測纖維直徑,較大與較小纖維之平均纖維直徑分別為10至12μm及0.5至0.8μm。
此實施例顯示根據本發明之一具體實例之薄膜的製備。
使用具有13密耳刮刀間隙與32吋第一氣隙之澆鑄刮刀將由10.8% PSF(P-3500)、2.0% DI水、5.30% PVP(k-90)、19.5% PEG200及62.40% NMP組成之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以3.5fpm之澆鑄速度)。風扇速度為65瓦特且第二氣隙為6吋。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶穿過加熱的塊體(經加熱至約88℉溫度),歷時60秒,且隨後在約128℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅溶液一在溶液達到熱平衡之前,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。
與大及小纖維相連之第一及第二表層表面各自之深度在約5至約10μm之範圍內。
使用掃描電子縮微照片且手動量測纖維直徑,較大與較小纖維之平均纖維直徑分別為9至10μm及1μm。
此實施例顯示根據本發明之一具體實例之薄膜的製備,且顯示了包含較大平均直徑纖維、較小平均直徑纖維及包含較大與較小平均直徑纖維兩者之薄膜之無空隙部分的百分比。
使用具有13密耳刮刀間隙與30吋第一氣隙之澆鑄刮刀將如實施例1中所述之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以4.5fpm之澆鑄速度)。風扇速度為70瓦特且第二氣隙為6吋。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶越過加熱的塊體(經加熱至約85℉溫度),歷時40秒,且隨後在約125℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅溶液一在溶液達到熱平衡之前,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。
圖4中展示具有網狀連續纖維之完整薄膜的橫截面SEM圖。
圖4亦展示了使用MathWorks® MATLAB軟體得到的包含較大平均直徑纖維、較小平均直徑纖維及包含較大與較小平均直徑纖維兩者之薄膜之所示部分的百分比。所示部分包括空隙部分及無空隙部分。約30%之無空隙部分實質上包含較大平均直徑纖維,約50%之無空隙部分實質上包含較小平均直徑纖維且約20%之無空隙部分實質上包含較大與較小平均直徑纖維兩者。
使用MATLAB軟體計算出第一及第二表層表面之表面孔隙率分別為24%及46%。
與大及小纖維相連之第一及第二表層表面各自之深度在約5至約10μm之範圍內。
使用掃描電子縮微照片且手動量測纖維直徑,較大與較小纖維之平均纖維直徑分別為約10μm及約1μm。
此比較性實施例顯示在溶液達到熱平衡之前進行淬滅之重要性。
使用具有13密耳刮刀間隙、32吋第一氣隙及3吋第二氣隙之澆鑄刮刀將如實施例1中所述之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以3fpm之澆鑄速度)。風扇速度為70瓦特。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶越過加熱的塊體(經加熱至約105℉溫度),歷時55秒,且隨後在約127℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅溶液以使得在溶液達到熱平衡之後,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。
薄膜僅具有大纖維。
薄膜具有約390公克力(gram force,gF)之拉伸強度及約22μm之粒子滯留尺寸等級。
此比較性實施例顯示第二氣隙及熱相轉換之重要性。
使用具有13密耳刮刀間隙、30吋第一氣隙及0吋第二氣隙之澆鑄刮刀將由9.0% PSF(P-3500)、2.0% DI水、4.3% PVP(k-90)、19.5% PEG200及65.2% NMP組成之溶液澆鑄於移動之MYLAR帶上(以4fpm之澆鑄速度)。風扇速度為85瓦特。
澆鑄之後,使上面具有澆鑄溶液之帶越過加熱的塊體(經加熱至約80℉溫度),歷時40秒,且隨後在約110℉溫度下,在含水淬滅浴中淬滅以使得在溶液達到熱平衡之前,使水接觸溶液頂部(溶液表面不接觸MYLAR帶)。非溶劑誘導相分離,而非熱相轉換。
薄膜僅具有小纖維。
薄膜具有約100gF之拉伸強度及約12μm之粒子滯留尺寸等級。
本文引用之所有參考文獻,包括出版物、專利申請案及專利係以引用的方式併入本文中,其引用程度如同個別及具體地說明將各參考文獻以引用的方式併入且以其全文在本文中闡述一般。
除非本文另外指示或上下文明顯相矛盾,否則在描述本發明之上下文中(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)術語「一(a/an)」及「該(the)」以及「至少一個(種)(at least one)」及其類似指示物之使用應理解為涵蓋單數及複數。除非本文另外指示或上下文明顯相矛盾,否則在一或多個條目之清單後接術語「至少一個(種)」「例如,A與B中至少一個」)的用法應理解為意謂選自所列條目之一個項目(A或B)或者兩個或兩個以上所列條目之任意組合(A與B)。除非另外說明,否則術語「包含(comprising)」、「具有(having)」、「包括(including)」及「含有(containing)」應理解為開放式術語(亦即,意謂「包括(但不限於)(including,but not limited to)」。除非本文另外指示,否則本文中陳述值之範圍僅意欲充當速記方法來個別地提及在該範圍內之每一單獨值,且每一單獨值併入本說明書中,如同在本文中個別地陳述一般。除非本文另外指示或上下文另外明顯相矛盾,否則本文所述之所有方法均可以任何適合次序來進行。除非另外主張,否則本文中提供之任何及所有實例或例示性語言(例如,「諸如」)之使用僅意欲更好地說明本發明且不對本發明之範疇作限制。本說明書中所有語言均不應視為表明任何未主張之要素為實踐本發明所必需的。
本文描述了本發明之較佳具體實例,包括本發明者已知用於進行本發明之最佳模式。一般熟習此項技術者在閱讀前述描述後可顯而易見彼等較佳具體實例之變化形式。本發明者期望熟習此項技術者在適當時採用該等變化形式,且本發明者希望以除本文中具體描述以外之方式來實踐本發明。因此,本發明包括如適用法律所允許的對在隨附申請專利範圍中所述之主題的所有修改及等效物。此外,除非本文另外指示或上下文另
外明顯相矛盾,否則本發明涵蓋上述要素之所有可能變化形式的任何組合。
10‧‧‧移動帶/支撐物
100‧‧‧塊體
110‧‧‧刮刀
150‧‧‧淬滅浴
200‧‧‧六個風扇
300‧‧‧薄膜
1000‧‧‧例示性系統
Claims (15)
- 一種多孔聚合薄膜,其包含:(a)第一微孔表層表面,其具有第一微孔表面平均孔尺寸;(b)第二微孔表層表面,其具有第二微孔表面平均孔尺寸,其中該第二微孔表層表面之平均孔尺寸為該第一微孔表層表面之平均孔尺寸的至少約1.3倍;及(c)位於該第一表面與該第二表面之間之主體,其中該主體包含至少第一組複數個纖維及第二組複數個纖維,其中來自該第一組之至少一些纖維與來自該第二組之一些纖維相連,其中該第一組纖維具有在約5μm至約50μm範圍內之第一平均纖維直徑且該纖維為多孔的,且該第二組纖維具有在約0.1μm至約3μm範圍內之第二平均纖維直徑,其中該第一平均纖維直徑比該第二平均纖維直徑大出至少10%,其中該主體包含延伸自該第一微孔表層表面之實質上包含該第一組纖維之第一部份,延伸自該第二微孔表層表面之實質上包含該第二組纖維之第二部份,及位於該第一部份與該第二部份之間之實質上包含該第一組纖維和該第二組纖維二者之第三部份。
- 根據申請專利範圍第1項之薄膜,其中該第一微孔表面及該第二微孔表面與該第一組及該第二組纖維中之一部分相連。
- 根據申請專利範圍第1項之薄膜,其中該第一微孔表面具有至少約17%之表面孔隙率。
- 根據申請專利範圍第3項之薄膜,其中該第二微孔表面具有至少約35%之表面孔隙率。
- 根據申請專利範圍第1項之薄膜,其中該第一微孔表面與該第二微孔表面各自具有至少約4μm之厚度。
- 根據申請專利範圍第1項之薄膜,其中該第一微孔表面與該第二微 孔表面各自具有約14μm或14μm以下之厚度。
- 根據申請專利範圍第4項之薄膜,其中該第一組纖維具有在約8μm至約20μm範圍內之平均纖維直徑。
- 根據申請專利範圍第4項之薄膜,其中該第一組纖維具有在約10μm至約15μm範圍內之平均纖維直徑。
- 根據申請專利範圍第1項之薄膜,其具有在約3至約20μm範圍內之平均流動孔尺寸。
- 根據申請專利範圍第4項之薄膜,其中該第一微孔表面與該第二微孔表面各自具有至少約4μm之厚度。
- 根據申請專利範圍第4項之薄膜,其中該第一微孔表面與該第二微孔表面各自具有約14μm或14μm以下之厚度。
- 根據申請專利範圍第1項之薄膜,其中該第一組纖維具有在約8μm至約20μm範圍內之平均纖維直徑。
- 一種用於加工流體之方法,其包含:使該流體穿過根據申請專利範圍第1項至第12項中任一項之薄膜。
- 根據申請專利範圍第13項之方法,其中該流體為含油墨流體。
- 一種用於製造根據申請專利範圍第1項至第12項中任一項之多孔聚合薄膜的方法,其包含:(a)當聚合物溶液曝露於第一氣隙時,在移動支撐物上澆鑄該聚合物溶液;(b)在至少80℉下誘導該澆鑄溶液之熱相轉換,形成纖維,且將該含有纖維的澆鑄溶液朝淬滅浴傳送;及,在該澆鑄溶液曝露於第二氣隙之後,(c)在淬滅浴中淬滅該澆鑄溶液,該淬滅浴具有比該澆鑄溶液之溫度高出至少10℉之溫度,包括在該澆鑄溶液達到熱平衡之前淬滅該溶液之上方部分。
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