TWI618634B - 多孔膜上之特徵 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一多孔膜，其包含以下各者：一多孔膜之一表面上之至少一聚合特徵，其中使用一奈米級注入模製裝置將該至少一聚合特徵接合至膜。本發明之另一態樣包含一多孔膜，其包含以下各者：一第一薄膜層；一第二薄膜層；該第一薄膜層與該第二薄膜層之間之至少一聚合特徵，其中該至少一聚合特徵接合至至少該第一薄膜層。

Description

多孔膜上之特徵
本發明係關於用於液體過濾之多孔膜，更具體言之，本發明係關於用於增加之功能之多孔膜之表面或多孔膜之薄膜上之聚合特徵。
使用多孔膜來過濾諸如一些應用中之液體及氣體之材料。此等多孔膜可為平坦薄片或中空纖維，且可由聚合物、塑膠、陶瓷、金屬或複合材料製成。膜可接合至一外殼以將原料流材料與過濾之材料或濾液分離。在一過濾器之一些構形中，一平坦薄片膜以特定方式接合至該外殼，此取決於過濾之需求。在一外殼中增加過濾器膜表面積之一普遍方法係打褶膜且接著將其接合至一外殼中。在此一構形中，膜之不同褶狀物需要保持分離狀態以最小化通過過濾器之液體之流動。 過濾製造中之一普遍實踐係包含多孔膜或薄膜之褶狀物或層之間之一開孔式濾篩或間隔物材料。例如，在一過濾器外殼中之一打褶多孔膜中，沿膜定位一濾篩或間隔物使得該膜中之相鄰褶狀物仍然由濾篩或間隔物材料分離。另一實例係在一多孔膜濾篩或間隔物之層中，該多孔膜濾篩或間隔物定位於此等層之間以維持層之間之分離，使得各層執行對流動通過之液體之過濾。 此等濾篩及間隔物係開孔式的，在過濾期間促進低壓力下降且通常製作為編織及非編織網、纖維網、衝孔薄片、波形及皺紋薄片、有肋薄片、多孔金屬、多孔陶瓷及其他類似濾篩。濾篩及間隔物存在一些缺陷。例如，濾篩及間隔物通常阻擋大部分可選擇膜。間隔物及濾篩通常由具有50微米或更大之一厚度之擠壓薄片或纖維網製成，此增加之厚度減少可打包至一外殼內之膜量。此外，在一些情況中，難以充分將濾篩密封至膜且因此減弱效能。此外，導致可自過濾器提取之高階雜質之間隔物及濾篩材料損害過濾器之乾淨度。 製造多層多孔膜之傳統方法需要藉由加熱層疊在一起之多層聚合物材料。此程序之一缺點係可損害層疊或可產生膜之特徵之缺陷或扭曲。出於該理由，層疊限制於一單一加熱事件以防止執行之多孔膜之連續扭曲。例如，由傳統技術層疊之一開孔式多孔膜可隨著時間之推移遭受分層，因為大孔產生層之間之最小接觸點。 在半導體產業及其他前進產業中，需要不阻擋大部分多孔膜以最佳化通過膜之液體之流動之超淨材料。此外，需要使得多孔膜經歷具有對膜之最小扭曲之層疊程序。
本發明之一個態樣包含一多孔膜，其包含以下各者：一多孔膜之一表面上之至少一聚合特徵，其中使用一奈米級注入模製裝置將該至少一聚合特徵接合至膜，其中該等聚合特徵可接合至膜。 本發明之另一態樣包含一多孔膜，其包含以下各者：一第一薄膜層；一第二薄膜層；第一薄膜層與第二薄膜層之間之至少一聚合特徵，其中將該至少一聚合特徵接合至至少該第一薄膜層。 製作一多孔膜上之至少一聚合特徵之另一態樣包含將材料自一奈米級注入模製裝置施配至多孔膜之表面上。該方法進一步包含將聚合特徵之材料經由一分子間反應接合至用於多孔膜之一材料。 本發明之另一態樣包含一膜堆，其包含以下各者：一打褶多孔膜，其中該等褶狀物包括交替峰及谷及使得褶狀物之交替峰谷互連之對置膜壁，且其中該多孔膜具有一第一表面及一第二表面且包括接合至對置膜壁之至少一者之至少第一表面之一部分之一或多個聚合特徵，該等聚合特徵分離褶狀物之對置壁。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張名為「3D PRINTED FEATURES ON MEMBRANES」之2015年11月19日申請之美國臨時申請案第62/257355號及名為「MEMBRANE LAMINATION USING 3D PRINTING」之2015年11月19日申請之第62/257359號之優先權，該兩者以引用之方式完全併入本文中。 本發明之型式係關於具有與表面整合以維持一多孔膜之功能之一或多個聚合特徵(在本文中稱為「聚合特徵」或一「特徵」)之膜。該等特徵可經設計以修改一膜之表面以形成：流動特徵；用於吸收之親和力點；篩分通道；傳導中心；生物活性點；生物相容中心及更多。在各種型式中，可藉由3D印刷形成之熱塑性或熱固性聚合特徵可接合且完全整合至一多孔膜之一薄膜或多孔膜或一多孔膜之任何取樣上，包含一多孔膜之一薄膜。聚合特徵可具有一特定圖案、形狀及/或構形以最佳化膜之功能。聚合特徵經構形以經由接合至增強流動路徑而整合至膜、膜之清潔度及/或膜之功能內。應瞭解，本文描述分離印刷之聚合特徵之任何構形(例如，隨機或幾何圖案)形狀、尺寸及數目。 根據本發明之一個型式，使用三維(3D)印刷將聚合特徵接合至一多孔膜之薄膜或一多孔膜。聚合特徵可印刷成通常可由此項技術中已知之一奈米級注入模製設備製成之任何構形。一3D印表機係一奈米級注入模製設備之一實例。3D印刷可用於精確控制膜或一膜之薄膜之間之聚合特徵之形狀、構形及放置，此可用於產生一界定之流動路徑。特徵可由可施配或排出至薄膜之一表面頂上且接合或連鎖至薄膜之任何材料製成。特徵之形狀可取決於用於製作特徵之材料以及用於操作3D印表機之條件而不同。在一些型式中，包括聚合物之特徵可係對稱或不對稱的，如由圖中之理想化特徵所繪示。 此外，3D印刷技術允許以正使用之3D印表機之解析度精確印刷聚合材料。一現有3D印表機可產生之一聚合特徵之現有解析度係大約20微米(寬度/直徑)乘20微米(高度)。然而，本發明不限制於此解析度。聚合特徵可基於相關技術中已知之3D印表機解析度而不同。隨著3D印表機之發展，印刷解析度可經改良以達成甚至更小之特徵。 可在圖1中繪示本發明之一個型式。圖1展現在其表面上具有整合之聚合特徵102之一多孔膜101。根據本發明之型式，多孔膜可為包含一多孔膜之一薄膜之一多孔膜之任何取樣。聚合特徵可構形為具有實質上相同於頂部至底部之一直徑之一對稱圓柱。參考圖1，多孔膜101可為一多孔聚合物，諸如(但不限制於)聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子重量聚乙烯(UHMWPE)、尼龍、聚醯胺、聚碸聚苯碸、聚偏二氟乙烯(PVDF)及/或全氟烷氧基(PFA)或聚氨酯。 圖1展示與多孔膜101接合或整合之複數個聚合特徵102。聚合特徵102可由相關技術中已知之任何熱塑性或熱固性樹脂製成。可使用相關技術中已知之方法清理聚合特徵。在本發明之另一型式中，可使用相關技術中已知之方法清理聚合特徵而無化學修改聚合特徵。一熱塑性聚合物係可藉由加熱塑形或模製至一特定溫度且接著當冷卻時經硬化之一聚合物。一熱固樹脂係不可逆地固化成一不溶解聚合物交聯網絡之一材料，其中由加熱引起固化。例如(但不限制於)，一聚合特徵可由以下各者或以下之一組合製成：過氟烷氧基(MFA)、全氟烷氧基樹脂(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、聚碸、尼龍、聚乙烯、聚碳酸酯、液晶聚合物，單獨或其等兩個或兩個以上之組合。 聚合特徵之形狀可取決於過濾器所需之液體之流動而不同。例如，形狀可為(但不限制於)幾何及非幾何形狀，諸如圓柱、橋、圓錐及/或菱形。尺寸可取決於奈米級注入模製設備之能力及/或過濾器之較佳流動需求而不同。特徵之各者之間之距離可不同，此亦取決於多孔膜之應用需求。距離之特徵之間之不同範圍有助於不同流動路徑。例如，每單元區域之特徵濃度越高，壓力下降約高。參考圖1，圓柱聚合特徵102之間之間隔可為大約100微米，但可使用任何間隔尺寸或構形。 參考圖1，103係用於排出或施配材料(諸如一聚合物)以在一多孔膜之一表面上形成特徵之一奈米級注入模製裝置。在本發明之一型式中，奈米級注入模製設備係一3D印表機且施配之材料係聚合物滴。應瞭解，本發明中包含相關技術中已知之分離印刷之聚合特徵之任何構形(例如，隨機或幾何放置)形狀、尺寸及數目。一3D印表機允許以3D印表機之解析度精確地沈積或施配一聚合材料。根據本發明之一實施例，一3D印表機可產生2微米(直徑/寬度)乘以20微米(高度)之一特徵。 本發明之實施例不限制於所描述之解析度且隨著3D印表機之發展，印刷解析度將經改良以達成甚至更小之解析度且產生更小之特徵。在本發明之一型式中，可將用於聚合特徵之材料之一細絲原料饋入3D印表機。根據本發明之另一型式，其他熱塑性塑膠可用作為一反應組件。例如，當與多孔膜表面互相作用時，樹脂可在3D印表機之噴嘴處或內反應且形成原位熱凝物。在另一實例中，可在3D印刷之前製作聚合物及孔形成物。 根據本發明，具有如圖1中展示之聚合特徵102之膜可藉由使得液體位於聚合特徵之間而幫助引導一液體之流動路徑通過過濾器。此等聚合特徵將歸因於聚合特徵之放置及尺寸而具有順流。此係因為聚合特徵提供一打褶膜或一多孔膜中之壓延結構中之一分離。根據本發明之一型式，壓延係當溫度高於聚合物之玻璃化溫度(Tg)時聚合物通過壓縮整合在一起。因此，一般技術者可基於應用而定製聚合特徵之設計及尺寸以定製接觸且移動通過膜之液體之流動路徑。 根據本發明之一型式，3D印表機將一聚合物排出至多孔膜上以將至少一聚合特徵接合至多孔膜之一表面。如在相關技術中所已知，若聚合特徵包括一熱塑性樹脂，則接著壓力及溫度之合適選擇將驅動特徵黏合至表面。聚合特徵接合且整合至多孔膜內，其中該多孔膜可為一多孔膜之任何取樣。 根據本發明之一型式，可由一聚合特徵與一多孔膜之間之一分子間反應達成接合。取決於用於多孔膜之材料及聚合特徵，接合之多孔可為相關技術中已知之一均勻摻合物或一複合物。所要之接合類型係基於使用聚合特徵之材料或聚合物摻合物及一多孔膜之材料或聚合物摻合物。基於材料之表面張力及/或聚合特徵與多孔膜之間之接觸角度可判定接合。在本發明之一個型式中，兩種配接材料或聚合物摻合物之表面能量可在彼此之表面張力之百分之20內。 根據本發明之一個型式，判定用於聚合特徵之聚合物或材料與多孔膜之材料或聚合物之間之相容性。聚合特徵與多孔膜之間之分子間反應可為化學類似或不同材料之組合物或摻合物。如一般技術者所知，若成分係相容的且在分子位準處混合則此等摻合物係均勻的。若成分呈現為分離相則摻合物係異質的或不相容的。不論兩種或兩種以上材料或聚合物摻合物是否相容，此亦取決於溫度。若材料或聚合物摻合物係不相容的，則需要機械能量來分散次相(混合)且若摻合形態不穩定則發生凝聚。例如，介面力(諸如介面張力)變得重要且可顯著改變摻合物之流變特性。根據本發明之一型式，基於所要之接合將考慮以下至少一或多者：聚合物摻合物、溫度、接觸角度及表面張力。 根據本發明，一旦判定用於聚合特徵之材料或聚合物摻合物及用於多孔膜之材料或聚合物摻合物，則經由一分子間反應將聚合特徵及多孔膜結合在一起。為了促進材料或聚合物摻合物之間之結合，將多孔膜及聚合特徵之溫度設定為分子間反應之最低組成部分之熔化溫度。此可允許聚合特徵及多孔膜經由一分子間反應而接合。在技術中已知熔化溫度經設定以熔化最低組成部分。一般技術者可設定溫度使得多孔膜之孔不封閉及/或扭曲。 此外，根據本發明之一型式，可量測聚合特徵與多孔膜之表面之間之接合範圍，更具體言之係聚合物鏈纏結及聚合特徵與多孔膜之間之分子間反應之範圍。例如(但不限制於)，可量測多孔膜之表面處之動態流變及切變。若聚合特徵與多孔膜之表面接合或相互滲透，則將量測高於基底材料之一儲存模組之一儲存模組。 圖2展示根據本發明之一型式之一打褶多孔膜。圖2a展示具有接合至膜202之一表面之一或多個聚合特徵之一打褶多孔膜201。圖2b展示與聚合特徵202接合之打褶多孔膜201，該膜插入至過濾器筒203且在其中打褶。一打褶多孔膜之一實例係(但不限制於)一打褶PTFE或超高分子重量聚乙烯膜。根據本發明，相較於無聚合特徵之一膜，一膜表面上之聚合特徵允許褶狀物隔開使得維持或改良通過過濾器之液體流動。在本發明之一個型式中，過濾器之間可隔開大約20微米至1000微米。基於聚合特徵之設計及一致性，可控制溶液之流動。參考圖2，聚合特徵僅使用膜表面上方之一小部分空間。在本發明之一型式中，多孔膜之表面之聚合特徵覆蓋之空間百分比可小於百分之1或高至百分之50。取決於用法，聚合特徵之覆蓋率亦可高於百分之50。在本發明之一個實施例中，將特徵設定為間隔20微米之距離。特徵之距離及量可基於溶液之預期流動而不同。應瞭解，熟習技術者可定製特徵以達成多孔膜之所要流動特性。如圖2b中所展示，打褶膜201在不同於圖2a中展示之一設計中具有聚合特徵。在本發明之一型式中，聚合特徵可存在於打褶膜之一側或兩側上。在本發明之另一型式中，聚合特徵可在打褶膜之折疊上接合。 圖3展示接合至多孔膜301上作為一巷道之聚合特徵，其中該多孔膜可為多孔膜之任何取樣，諸如一多孔膜之一薄膜。參考圖3，聚合特徵302可經接合作為具有針對預期特徵選擇之一高度及寬度之一巷道。在本發明之一個型式中，該巷道之高度可不限制於20微米至1000微米且巷道之寬度可為20微米或更小(例如大約2微米)，且各巷道之間之距離可為100微米或更小(例如10微米)。在本發明之一型式中，印刷巷道302可整合至多孔膜內以改良橫向流動。在本發明之一型式中，多孔膜之邊緣可部分或完全層疊或密封至一外殼中。為了達成此舉，聚合物之一帶或條303可分開形成或3D印刷於(若干)邊緣上至一適合寬度(例如20微米)以當熱層疊至另一薄膜時提供一密封。圖3可見印刷條之一繪示。在本發明之一型式中，帶或條可為大約1 mm至大約15 mm寬。帶條可為(但不限制於) MFA (過氟烷氧基)，此係鐵氟龍及全氟甲基乙烯基醚之一共聚物。 圖4展示根據本發明之接合至一多孔膜或其之取樣401作為橋結構402之聚合特徵。如圖4中所展示，橋結構402可具有鄰接於一端處(具有一倒U形之外觀)之兩個柱以提供具有充足結構完整性但不破壞多孔膜之流動特徵之多孔膜之多孔薄膜層之間之接觸之一接合點。在本發明之一型式中，一個聚合特徵之兩個柱可相距20微米，儘管100微米至10微米之範圍中之其他間隔亦可行。污染粒子403經展示在橋之柱之間。當薄膜層經壓延時，圍繞橋結構之流體空間將被保存且可具有篩分性質。具有橋結構之一多孔膜之一實例可為具有PFA橋聚合特徵之PTFE膜。 圖5a及圖5b展示多孔膜或具有接合成一構造以允許一所要流動圖案之聚合特徵502及504之多孔膜501及503之取樣。圖5a展示接合至一多孔膜501為允許多孔膜之間之支撐之一似金字塔結構之聚合特徵502。圖5b展示為一交錯構造之聚合特徵504，此允許流動圖案505增加多孔膜之表面上之污染物之累積，從而可藉由堆積污染物且沖洗該污染物而增加過濾器之功能。交錯構造允許如505中展示之一動盪之流動圖案。 圖6展示可為包含一多孔膜之一薄膜之一多孔膜之任何取樣之一多孔膜601，該多孔膜601具有接合至該多孔膜之聚合特徵602。該等聚合特徵經塑形為擠壓之六邊形以允許一流動圖案。此構形可具有20微米至1000微米之六邊形寬度之尺寸。在本發明之一型式中，擠壓六邊形聚合特徵可接合至一多孔膜以操縱過濾器內之壓力下降。根據本發明，聚合特徵之間隔可增加或降低膜中之壓力下降。例如(但不限制於)，由於聚合特徵經設計具有聚合特徵之間之更少空間，所以壓力下降增加。在另一實例中，相較於多孔膜之外部表面，設計聚合特徵以使得多孔膜中間之特徵變窄將偏移壓力下降中之此增加。 圖7展示一多孔膜701或一多孔膜之任何取樣，該多孔膜701具有接合至多孔膜之聚合特徵702。聚合特徵係似沙漏的以允許一所要流動圖案。此構形可在沙漏之基底或頂部處具有20微米至1000微米之尺寸。如以上所討論，當流體穿過膜時，聚合特徵之設計及間隔可操縱膜之壓力下降。例如(但不限制於)，由於聚合特徵經設計更靠近在一起，所以壓力下降增加。在另一實例中，設計聚合特徵以使得多孔膜中間之特徵變窄將偏移此增加。參考圖7，可操縱聚合特徵702之形狀以調整Z軸而不僅係Y軸及X軸上之形狀。 根據本發明之一型式，可將一聚合特徵排出或施配至一多孔膜之表面或其之取樣上且同時將3D印表機定位於與多孔薄膜成大約90°之一角度處。此構形期望用於印刷薄膜或多孔膜之間之結構完整性之聚合特徵及/或界定流動之一區域。3D印表機之噴嘴之軸與印刷特徵之多孔膜之表面之間之角度可基於所要之親水聚合物及形狀之接觸角度而不同。例如，在一球體之情況中為大約1度且在一柱之情況中為大約89度。 表1展示接觸角度及表面張力之一些實例。如本文所討論，表面張力及接觸角度可用於判定用於聚合特徵之聚合物摻合物以獲得聚合特徵與多孔膜之間之所要接合。 表1 在本發明之另一型式中，聚合特徵可在該特徵中具有孔。據此，可藉由允許液體或流體穿過特徵而非轉向流動而最佳化一膜之流動效率。此可藉由在聚合特徵中產生孔而達成。可藉由併入聚合物內之黏土、鹽或溶劑(孔形成物)以產生一夾帶聚合物而修改聚合特徵之多孔性。據此，在材料或聚合物摻合物接合為多孔膜上之一聚合特徵之後，可(諸如)藉由利用適合溶劑清洗或分離孔形成物而移除夾帶之黏土、鹽或溶劑。用於清洗聚合特徵之溶劑可為相關技術中已知之任何溶劑。在一些實例中，該溶劑可為水或與孔形成物或溶劑相容之一溶劑。此產生特徵中允許流動通過一彎曲路徑之孔或空隙。根據本發明之一型式，為了維持特徵之結構完整性，孔形成材料可小於特徵之總百分比區域，例如大約0.1%至小於大約50% cm2 。聚合特徵內之孔之百分比區域可以微米或任何區域單位量測，使得空閒空間或2維孔容積在總區域之大約0.1%至大約50%之間。 在本發明之另一型式中，一奈米級注入模製裝置或3D印表機亦可用於印刷一多孔膜之表面上及/或聚合特徵之層析介質。在本發明之一型式中，層析介質通常製成可印刷為如在相關技術中已知之膜上之一細絲之球形聚苯乙烯珠。在一個實例中，具有複數個特徵之一膜之表面包括全氟磺酸(基於磺化四氟乙烯之含氟聚合物共聚物)或任何帶電物種(陽離子或陰離子)。在另一實例中，兩個單體可3D印刷於多孔膜之表面上且允許原位聚合。 在本發明之另一型式中，表面可與可充當為生物活性配體或生物相容中心之聚合物特徵接合。此提供多孔膜上之聚合特徵之進一步功能。因此，聚合特徵不僅用於產生薄膜或多孔膜之層之間之空間或增強層疊，亦增加流體之過濾熟練程度。根據本發明之一型式，層析介質可印刷於多孔膜、聚合特徵或其之一組合上。 在本發明之另一型式中，聚合特徵可允許一膜中之兩個多孔薄膜之間之改良之層疊。基於一多孔膜之一薄膜上之構形聚合特徵，聚合特徵可提供用於兩層薄膜或多孔膜之間之層疊之接觸點。該等接觸點係兩層薄膜或多孔膜之間之聚合特徵上之點。 圖8A展示具有複數個聚合特徵802之一多孔膜801之一薄膜，其中該等聚合特徵塑形為不對稱圓錐。參考圖8b，不對稱聚合特徵具有一圓錐之一小端且該圓錐形之該小端將與待層疊之一薄膜803接觸。根據本發明之一型式，圓錐形之目的係在壓延期間最小化聚合物之合併。此將允許薄膜層層疊且同時最大化膜區域。根據本發明之一型式，801可為一多孔膜且803可為層疊在一起之一第二多孔膜。 根據本發明之另一型式，具有接合之聚合特徵802之多孔膜801之薄膜及薄膜803未經層疊而係彼此上下疊置作為一堆疊。根據本發明之此型式，801可為一多孔膜且803可為堆疊於一者之頂部上而非層疊之一第二多孔膜。根據本發明之一型式，801可為一多孔膜且803可為層疊在一起之一第二多孔膜。 根據本發明，聚合特徵圓錐可印刷於為一圖案及將確保薄膜保持層疊之量之一多孔膜之一表面上。在本發明之一個型式中，藉由使用相關技術中已知之一3D印表機將聚合物特徵圓錐接合至薄膜表面。3D印表機可戰略上印刷一特定圖案及個別量之聚合物特徵圓錐以增加一多孔膜之層之間之層間結合強度。相關技術中已知增加層間強度之圖案。此極其有助於加強一開孔式多孔膜之不對稱層之間之接合。在本發明之一型式中，一10 nm孔尺寸膜可在兩層膜之間之聚合特徵之接觸點處層疊至一0.1微米膜。 包括在表面上具有聚合特徵之一或多層膜之本發明之型式可包含具有一對稱孔結構、一不對稱孔結構之膜或連續堆疊或在一多孔膜中具有交替層之此等膜之組合。本發明之一型式中之多孔膜係微孔。在本發明之其他型式中，多孔膜可為(但不限制於)超大孔膜、無皮膜及交叉流動過濾膜且可為濕式膜，非多孔性薄膜亦可為具有其中之特徵之濕式薄膜。 在本發明之一個型式中，聚合特徵圓錐在薄膜之表面之至少一部分上之離散點上方或薄膜之整個表面上之離散點處印刷為一設計之圖案以用於與另一薄膜之層疊。聚合物圓錐可印刷於一層薄膜上或待層疊在一起之兩層薄膜之兩個表面上。 根據本發明，針對某些膜，膜之邊緣亦可需要部分或完全層疊。相對於將間隔之聚合特徵圓錐印刷於一薄膜之邊緣上，聚合物之一帶或條可3D印刷於(若干)邊緣上至一適合寬度以當熱層疊至另一薄膜時確保一最佳密封。見圖3，帶或條303之寬度可為大約1 mm至15 mm。該條可由與聚合特徵相同之聚合物製成，諸如MFA。 在一項實例中，多孔薄膜之表面可經印刷具有聚合特徵圓錐而薄膜之(若干)邊緣可經印刷具有聚合物之一帶或一條。該條可由類似與圓錐或不同之材料製成，此取決於終端使用應用。針對一高壓應用，柱無需如密封條一樣之強度，因此條之材料可不同於相關技術中已知之圓錐之材料。 根據本發明，可藉由允許流動至穿過印刷之層疊特徵而非轉向流動來最佳化一膜之流動效率。如以上所討論，在本發明之一個型式中，聚合特徵可具有特徵內之孔。可藉由併入聚合物內之黏土、鹽或溶劑(孔形成物)以產生一夾帶聚合物而修改特徵之多孔性。形狀之周邊尺寸可為(但不限制於) 20微米至1000微米。 根據本發明之一型式，可在聚合特徵之熔化溫度但低於多孔膜之薄膜層之熔化溫度之一溫度處達成將具有聚合特徵之薄膜層疊在一起。在本發明之一型式中，在聚合特徵之接觸點處完成層疊。接觸點位於與多孔膜之薄膜或多孔膜接觸之聚合特徵之一部分上。根據本發明之一型式，若聚合特徵包含熱塑性或熱固性樹脂，則熱固性樹脂之熱塑性塑料具有比材料之熔化溫度更低之一熔化溫度。接著，層疊溫度可設定為用於聚合特徵之材料或聚合物摻合物之熔化溫度。由於熔化溫度低於多孔膜之材料或聚合物摻合物之溫度，所以未在層疊程序中損害孔之完整性及多孔膜。例如(但不限制於)，一PFA (全氟烷氧基樹脂)聚合物摻合物可用於聚合特徵且PTFE可用作為用於多孔膜之聚合物摻合物。PFA在280°C至316°C之一範圍中熔化而PTFE在326°C處熔化。因而，可在大約280°C至316°C之一熔化溫度處執行層疊程序。 在本發明之一型式中，可藉由移植或曝露至如氧氣之一氣體及來自一UV燈之能量而表面修改多孔膜。可在形成特徵之前或之後執行處理或修改。該溫度可改變多孔膜之表面能量。 在本發明之一型式中，使用3D印刷聚合特徵之層疊程序允許製造隨後可組裝至最終膜內之組件，此被稱為多級層疊。例如，一組件可為少於最終多孔膜之層之必要數目之一總成。該等組件在製造程序中之一後續時間處可組裝成最終產品。例如(但不限制於)，可藉由將A-B組件組裝至C-D組件而製作包括A-B-C-D層之一膜。根據本發明，層疊膜具有比印刷聚合特徵更高之一熔化溫度，因此層疊可在多個階段中發生，因為基座膜從不受特徵熔化之溫度影響，此最小化或消除孔或多孔膜之扭曲。 在本發明之一進一步型式中，聚合特徵促進不同材料之層疊。例如，一連結層可經印刷以將不同膜接合在一起。根據本發明，一連結層係採用不同聚合物材料之兩層之間之一連結層之一共擠壓。該連結層形成於包含兩種材料或聚合物摻合物之一者及包含功能群組(至少與第二聚合物上之功能群組反應)之一耦合試劑之一組合物之擠壓熔化中。耦合試劑可併入至高於5重量%之量之連結層材料內。 據此，聚合特徵可接合至不同膜以形成作為一複合層疊。例如，可能將尼龍層疊至具有高密度聚乙烯柱之超高分子重量聚乙烯以不使得UHMWPE或尼龍在層疊期間扭曲。可層疊在一起之不同膜係(但不限制於)尼龍/PTFE、尼龍/PE、聚碸/PE、聚碸/PTFE、PTFE/尼龍、PVDF/PTFE、其等兩者或兩者以上之組合。 本發明之一進一步實施例包含係一打褶多孔膜之一膜堆。褶狀物包含交替峰谷及使得褶狀物之交替峰谷互連之對置膜壁，該多孔膜具有一第一表面及一第二表面且包含接合至對置膜壁之至少一者之至少第一表面之一部分之一或多個聚合特徵，該等聚合特徵分離褶狀物之對置壁。 在本發明之一進一步實施例中，其包含以上描述之膜堆，該膜堆在具有聚合特徵之兩個對置膜壁上包含聚合特徵。 在本發明之一進一步實施例中，以上描述之膜堆包含褶狀物之峰及谷，褶狀物之峰及谷包含聚合特徵。 在本發明之一進一步實施例中，以上描述之膜堆包含膜之第一表面及第二表面，該第一表面及第二第二表面包括一或多個聚合特徵。 在本發明之一進一步實施例中，以上描述之膜堆包含褶狀物，該等褶狀物包含峰及谷，對置膜壁具有一或多個高度且可包含「M褶狀物」、「W褶狀物」或其之一組合。該等褶狀物亦可構形為褶狀物上方之軌道。 在本發明之一進一步實施例中，以上描述之膜堆包含經打褶具有第一膜之一第二膜。 在本發明之一進一步實施例中，以上描述之膜堆包含聚合特徵，該等聚合特徵包括至少一淨化介質。淨化介質之實例可包含活化碳、離子交換及螯合介質。 本發明之另一實施例包含一過濾器筒，該過濾器筒包括具有如本文描述之特徵之多孔膜，且該等多孔膜包含：一多孔圓柱核心部件；該筒之對置端處之端蓋，且該等多孔膜安置於核心部件周圍且藉由端蓋固持於該筒中；具有特徵之一多孔膜之一打褶膜堆，其中褶狀物之軸通常平行於核心部件之軸延伸，圓柱形打褶過濾器元件，其具有接合至端蓋之端；一圓柱籠，其環繞打褶過濾器元件且在筒之端蓋中與該打褶過濾器元件密封；及一圓柱籠，其環繞打褶過濾器元件且在筒之端蓋中與該打褶過濾器元件密封。 本發明之另一實施例包含一過濾器，該過濾器包括具有本文描述之特徵之多孔膜且包含：一本體，其具有一空腔及由側壁界定之一非圓柱形；複數個褶狀物蓋，其等界定一第一側通道、一第一區域、一中心通道、一第二區域及空腔中之一第二側通道，複數個褶狀物蓋之各褶狀物蓋具有開口；具有特徵之多孔膜之複數個打褶堆，該等打褶堆包括定位於第一區域中之一第一打褶堆及定位於第二區域中之一第二打褶堆，該第一打褶堆及該第二打褶堆各包括具有特徵之一多孔膜；膜，其包括接合至該膜之至少一表面之聚合特徵；一第一端蓋，其在本體之一第一端處接合至該本體，該第一端蓋具有一第一開口及一第一流動通道，該第一開口連接至一入口端口，該第一流動通道經構造以將一流體自該入口端口引導至中心通道，其中該流體自中心通道引導通過定位於第一區域中之第一打褶堆，通過定位於第二區域中之第二打褶堆，且經由平行流動通過開口分別至第一側通道及第二側通道；及一第二端蓋，其在本體之一第二端處接合至該本體，該第二端蓋具有一第二開口及一第二流動通道，將第二開口連接至一出口端口，該第二通道經構造以將流體自第一側通道及第二側通道引導至出口端口。 在本發明之一進一步實施例中，以上描述之過濾器包含：一第一打褶堆，其包含一第一打褶膜；及一第二打褶堆，其包含一第二打褶膜，且該第一打褶膜及該第二打褶膜由相同材料或不同材料製成。 本發明之另一實施例包含一淨化器盒子，該淨化器盒子包含至少以下內容：一淨化器本體，其進一步包括至少部分界定一介質空腔之一組介質空腔側壁，該組介質空腔側壁包括一第一側壁、一第二側壁、一第三側壁及一第四側壁，該第一側壁相對於該第二側壁且第三側壁相對於第四側壁；一或多個張力部件，其耦合至介質空腔之第一側壁及第二側壁，該一或多個張力部件將該介質空腔分為複數個區段；一打褶膜堆，其包括具有如本文描述之特徵之多孔膜，該打褶膜堆安置於該介質空腔中；一第一淨化器端口，其流體連接至該介質空腔；及一第二淨化器端口，其流體連接至該介質空腔。 本發明之一進一步實施例包含如以上描述之一淨化器盒子，一或多個張力部件平行於第三側壁及第四側壁運行且將介質空腔分為複數個巷道。 儘管已展示體現本發明之態樣之一些例示性物品、組合物、設備、方法，但當然將瞭解本發明不限制於此等實施例。可由熟習技術者尤其係鑒於以上教示而作出修改。例如，一個實施例之組件及特徵可代替另一實施例之對應組件及特徵。此外，本發明可包含為任何組合或子組合之此等實施例之各種態樣。 儘管已描述各種組合物及方法，但將瞭解本發明不限制於特定分子、組合物、設計、方法論或描述之協定，因為此等可改變。亦將瞭解，描述中使用之術語僅係為了描述特定型式或實施例之目的且不意欲限制將僅由隨附申請專利範圍限制之本發明之範疇。 亦必須注意，如在本文及隨附申請專利範圍中所使用，除非本文清楚指示，否則單數形式「一」(a、an)及「該」包含複數形式。因此，例如，參考一「聚合特徵」係參考熟習技術者已知之一或多個聚合特徵及其等等效物等等。除非本文界定，否則本文使用之所有技術及科學術語具有與一般技術者通常理解之相同意義。類似或等同於本文描述之方法及材料可在本發明之實施例之實踐或測試中使用。本文提及之所有公開案以引用之方式併入本文中。本文不應解譯為因為先前發明而不授權本發明先於此發明內容之一允許。「視情況」或「視情況地」意謂後續描述之事件或情況可發生或可不發生，且描述包含其中事件發生之例項且其中事件不發生之例項。無論是否明確指示，本文之所有數值可由術語「大約」修改。術語「大約」通常係指熟習技術者將考量等同於所述值(即，具有相同功能或結果)之數字之一範圍。在一些實施例中，術語「大約」係指所陳述值之±10%，在其他實施例中，術語「大約」係指所陳述值之±2%。儘管以術語「包括」描述組合物及方法，但各種組件或步驟(解譯為意謂「包含但不限制於」)、組合物及方法亦可「基本上由各種組件及步驟組成」或「由各種組件及步驟組成」，此術語應解譯為基本上界定封閉部件群組。 儘管已相對於一或多個實施方案展示及描述本發明，但熟習技術者將基於對本說明書及所附圖式之一閱讀而明白等效替代及修改。本發明包含所有此等修改及替代且僅由以下申請專利範圍之範疇限制。另外，儘管已僅相對於一些實施方案之一者揭示本發明之一特定特徵或態樣，此特徵或態樣可與所要之其他實施方案之一或多個其他特徵或態樣及針對任何給定或特定應用之優勢組合。此外，在此意義上，術語「包含」、「具有」(having、has)、「其中」或其等變體用於詳細描述或申請專利範圍中，此等術語意欲以類似於術語「包括」之一方式具有包含性。再者，術語「例示性」僅意謂一實例而非最佳。亦應明白，為簡明及易於理解之目的，本文描繪之特徵、層及/或元件經繪示具有相對於彼此之特定尺寸及/或定向，且實際尺寸及/或定向實質上可不同於本文繪示之尺寸及/或定向。 儘管已參考本發明之某些實施例詳細描述本發明，但其他型式亦可。因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應限制於此說明書內含有之描述及型式。
101‧‧‧多孔膜
102‧‧‧聚合特徵
103‧‧‧奈米級注入模製裝置
201‧‧‧打褶多孔膜
202‧‧‧膜/聚合特徵
203‧‧‧過濾器筒
301‧‧‧多孔膜
302‧‧‧聚合特徵/印刷巷道
303‧‧‧帶或條
401‧‧‧多孔膜或其之取樣
402‧‧‧橋結構
403‧‧‧污染粒子
501‧‧‧多孔膜
502‧‧‧聚合特徵
503‧‧‧多孔膜
504‧‧‧聚合特徵
505‧‧‧流動圖案
601‧‧‧多孔膜
602‧‧‧聚合特徵
701‧‧‧多孔膜
702‧‧‧聚合特徵
801‧‧‧多孔膜
802‧‧‧聚合特徵
803‧‧‧薄膜
圖1展示根據本發明之一型式之施配一材料以將一聚合特徵接合至一膜上之一3D印表機； 圖2a展示具有接合之聚合特徵之一打褶多孔膜且圖2b展示具有一打褶多孔膜之一過濾器筒，其中根據本發明之一型式繪示膜之一表面上之聚合特徵之非一致分佈之一梯度； 圖3展示根據本發明之另一型式之多孔膜上設計為巷道之聚合特徵； 圖4展示根據本發明之一型式之多孔膜上接合為橋之聚合特徵； 圖5a展示在一多孔膜上具有似金字塔方式之一幾何形狀之聚合特徵且圖5b展示根據本發明之一型式之以一交錯方式在一多孔膜之薄膜或多孔膜上構形之聚合特徵； 圖6展示根據本發明之一型式之具有一六邊形之受壓聚合特徵； 圖7展示根據本發明之一型式之以沙漏形狀接合至一膜表面之聚合特徵； 圖8a展示設計為一多孔膜上之不對稱圓錐之聚合特徵且圖8b展示根據本發明之一型式之一多孔膜或層疊於聚合特徵之接觸點處之多孔膜之兩個薄膜。

Claims (19)

  1. 一種多孔膜，其包括：一多孔膜之一表面上之至少一聚合特徵，其中將該至少一聚合特徵接合至該多孔膜，其中該多孔膜係一打褶多孔膜且該至少一聚合特徵分離該打褶多孔膜之相鄰折疊。
  2. 如請求項1之多孔膜，其中該多孔膜包括若干聚合特徵，在該等聚合特徵之間具有100微米(microns)或更小之一間隔。
  3. 如請求項1之多孔膜，其中由至少一聚合特徵之一第一材料與該多孔膜之一第二材料之間之一分子間反應接合該至少一聚合特徵。
  4. 如請求項3之多孔膜，其中該至少一聚合特徵在該第一材料及/或該第二材料之一最低熔化組成部分之一熔化溫度處接合。
  5. 如請求項1之多孔膜，其中該多孔膜堆疊於一第二多孔膜之頂部上。
  6. 如請求項1之多孔膜，其中該至少一聚合特徵及/或該多孔膜包括一層析介質。
  7. 如請求項1之多孔膜，其中該至少一聚合特徵係多孔的。
  8. 一種多孔膜，其包括一第一多孔薄膜層；一第二多孔薄膜層；至少一聚合特徵，其位於該第一多孔薄膜層與該第二多孔薄膜層之間，其中將該至少一聚合特徵接合至至少該第一薄膜層，其中該第一多孔薄膜具有一孔尺寸且該第二多孔薄膜具有不同於該第一多孔薄膜之該孔尺寸之一第二孔尺寸。
  9. 如請求項8之多孔膜，其中該第一多孔薄膜層在至少一聚合特徵之該接觸點處接合至一第二多孔薄膜層。
  10. 如請求項8之多孔膜，其中藉由用於該至少一聚合特徵之一第一材料與用於該多孔膜之一第二材料之間之一分子間反應將該至少一聚合特徵接合至該至少第一薄膜層。
  11. 如請求項8至10中任一項之多孔膜，其中該第一多孔薄膜具有一孔尺寸且該第二多孔薄膜具有不同於該第一多孔薄膜之該孔尺寸之一第二孔尺寸，該多孔膜包括若干聚合特徵，在該等聚合特徵之間具有100微米(microns)或更小之一間隔。
  12. 如請求項8之多孔膜，其中該至少一聚合特徵係一熱塑性聚合物、一熱固性樹脂或其之一組合。
  13. 一種在一多孔膜上製作至少一聚合特徵之方法，其包括：將一材料自一奈米級注入模製裝置施配至該多孔膜之一表面上以在該多孔膜之該表面上產生一聚合特徵，進一步包括經由一分子間反應將該聚合特徵之該材料接合至用於該多孔膜之一材料。
  14. 如請求項13之方法，其中該奈米級注入模製裝置係一3D印表機。
  15. 如請求項13之方法，其中該3D印表機與該多孔膜之該表面成一90度之角度且同時施配該材料以接合該多孔膜之該表面上之一聚合特徵。
  16. 一種膜堆，其包括：一打褶多孔膜，其中該等褶狀物包括交替峰及谷及互連該等褶狀物之該等交替峰及谷之對置膜壁，且其中該多孔膜具有一第一表面及一第二表面及該等對置膜壁之一者之至少該第一表面之一部分上之一或多個聚合特徵，該等聚合特徵分離該褶狀物之該等對置壁，其中該膜之該第一表面及該第二表面包括一或多個聚合特徵。
  17. 如請求項16之膜堆，其中兩個對置膜壁具有該等聚合特徵。
  18. 如請求項16之膜堆，其中該等褶狀物之該等峰及谷包含聚合特徵。
  19. 如請求項16至18中任一項之膜堆，其中該膜之該第一表面及該第二表面包括一或多個聚合特徵，在該一或多個聚合特徵之間之一間隔為100微米(microns)或更小。
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