具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜制造技术

本发明专利技术涉及一种具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜、用于生产根据本发明专利技术的膜的方法、所述膜在气态流体的无菌过滤中的应用以及所述膜作为液体屏障在待排放的含液体的体系中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜
本专利技术涉及一种具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜、用于生产根据本专利技术的膜的方法、所述膜在气态流体的无菌过滤中的应用以及所述膜在待排放的含液体的体系中作为液体屏障(liquidbarrier)的应用。
技术介绍
在可重复使用的金属容器的工业应用中的习惯方法步骤是使用过热蒸汽进行清洁和消毒、以及液体的灌装、温度调节、运输和倒出。除了清洁步骤之外，所提及的方法在至少一个容器开口(突缘)上需要无菌过滤排放元件(排放装置)，以便防止由于正压或负压引起的设备损坏并且同时在排放期间确保溶液接触的内部没有微生物。所述排放元件是在优选无菌的含液体的容器内部(例如，透析装置、输液容器或发酵罐中的液体屏障的形式)和外部(优选未经消毒的大气)之间的界面。在大多数情况下，选择由合成聚合物构成的无菌过滤膜过滤器作为排放单元中的实际分离介质。在极少数情况下，并入了由合成纤维材料制成的无纺布。在许多情况下，合成的聚合物具有归因于该合成材料的固有疏水性的疏水表面特性。疏水性是材料常数。其是由于形成所述聚合物的原子团的外分子间相互作用引起的。由于它们相对于水的低表面张力，因此这些材料与含水和极性介质具有降低的润湿性。对于光滑、无孔的表面，相对于水的接触角是表面张力的量度。相对于水具有大于90°的接触角的表面被称为疏水性的。疏水性物质与水不混溶的或不可湿。所述物质通常是非极性的并且它们的表面张力在20℃下低于72mN/m。具有特别高的疏水性的疏油性物质与油和其它非极性物质不混溶或不可湿。它们的表面张力在20℃下低于21mN/m。被加工以形成膜的聚合物的典型表面张力以及它们相对于水的接触角列在表1中。表1：光滑、无孔聚合物的表面张力以及它们相对于水的接触角a)MembraneScienceandTechnologySeries,11,“MembraneContactors:Fundamentals,ApplicationsandPotentialities”,2005,E.Driolietal.b)J.Appl.Polym.Sci.,1969,13,1741-1747,D.K.Owensetal.因为两个不同的原因，无菌过滤分离介质的疏水特征是并入到排放元件的先决条件。首先，在与水或含水介质或特别是蒸汽(在生物反应器的汽蒸或出气过程中)接触后，在分离介质的表面上或在其内一定不能形成封闭的水膜。该水膜会防止内部气氛和外部气氛之间的压力交换(气体交换)并由此破坏容器的机械完整性。在这种情况下，强疏水性(例如，如同含氟有机聚合物的情形)直至分离介质的疏油性质是有利的。例如，排放应用采用了常规材料用于膜过滤器，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)和聚偏氟乙烯(PVDF)，并且在纤维材料的情况下使用了聚乙烯(PE)。如从表1可以显然的是，例如全氟化材料如聚四氟乙烯(PTFE)特别地表现出疏水性。如果起始聚合物不含任何氯取代基，则正如例如对于聚砜(PSU)或聚醚砜(PES)的情形，使用单体、低聚或聚合形式的含氟剂对膜表面进行改性是可行的，从而降低该聚合物的表面张力，并由此不会发生与低表面张力的液体如表面活性剂溶液、醇类或油类等的润湿(比较表2)。表2：液体的表面张力a)A.W.Adamson,PhysicalChemistryofSurfaces,第6版,Wiley1997b)J.Appl.Polym.Sci.,1969,13,1741-1747,D.K.Owensetal.c)J.Chem.Eng.Data,1981,26,323-333,G.etal.在现有技术中，已经描述了用于提供同时具有疏水和疏油性质的膜的各种方法。例如，US5,217,802和US5,286,382描述了具有聚合物涂层的多孔膜，所述聚合物涂层来源于由具有氟取代基的单体产生的聚合物的原位交联。优选使用的单体是氟代烯烃、氟代丙烯酸酯或氟代苯乙烯的衍生物或氟烷基硅氧烷。设置有聚合物涂层的膜具有大于21达因/厘米(21mN/m)的表面张力。WO2009/065092A1公开了由PE组成的微孔性织物-增强的聚烯烃膜，该膜的主表面通过浸渍法而使得选择性地呈现出疏水性和疏油性，即具有低于21mN/m的表面张力。通过前述的浸渍法，使用含氟取代基的聚合物可以将所述微孔性PE膜的一个主表面制成疏油性的，而使该PE膜的相对主表面保持其起始的疏水性质。已经被证明在服装制造中作为透气材料原则上是有效的由WO2009/065092A1已知的这些膜的缺点是，它们相对于高能量辐射(例如γ辐射)而言不能呈现出充足的抗性，并且仅具有不充分的温度稳定性。US6,579,342B2描述了用于静脉内给药流体的疏油性排放过滤器的生产。该排放过滤器是通过将具有全氟化烷基磺酰胺基团的氟砜低聚物接枝到聚合基材上来生产的。该聚合基材优选地包括聚(醚)砜、聚酰胺、PVDF、聚丙烯酸酯类或PTFE。来自现有技术的这样的过滤器膜的特征在于由膜表面的化学性质引起的比非润湿介质明显更低的表面张力。在本质疏水性材料(例如如在表1中所列的聚合物)上获得了用水或水性介质的自洁效应。技术上这种效应用来获得自清洁材料，因为在这样的涂层上的污物颗粒与表面只有很少的单独接触点，因此可以容易地被冲洗掉。这种滴落效应，即所谓的“荷叶效应”，对于无微孔的表面如膜、纺织纤维或金属部件是熟悉的，并且例如是通过印记和和压印表面结构或通过颗粒涂层的部分可移除应用来实现的。在技术上使用的这种荷叶效应参照了在莲属植物中观察到的自洁效应。在莲属植物中，这种自洁效应是由表面的疏水性双层结构引起的，由此接触面积以及由此在表面与上覆的颗粒和水滴之间的粘合力被极大地降低至自洁发生的程度。这种双层结构是莲属植物的特征形成的表皮的结果，其具有位于最外的表皮层上的蜡。这些被支持的蜡是疏水性的并且形成该双层结构的第二部分。因此，水不再可能到达叶面的间隙并且由此表面和水之间的接触面积被急剧降低。EP2011629A1公开了具有聚合物涂层的微阵列，并且在该聚合物涂层上的表面区域可以通过激光辐射而被选择性地粗糙化和疏水化，以便产生荷叶效应。激光辐射优选地是在仅导致粗糙化表面但不会从经辐射的表面上去除聚合物材料的能量密度(即低于烧蚀极限的能量密度)下进行的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种疏水性或疏油性微孔聚合物膜，其具有增加的液体排斥性并且由此特别地适合在待排放的体系中作为液体屏障或阻断膜。该提供的聚合物膜此外还允许液体介质从膜表面的无残留物滴落，从而防止所述介质在表面上不期望的扩散。该目的是通过权利要求中表征的本专利技术的实施方式来实现的。特别地，本专利技术提供了一种具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜，其中该聚合物膜的至少一个主表面是粗糙化的并且相对于水具有至少125°的接触角。在本专利技术的上下文中，“主表面”应该理解为是指膜的两个外表面，这两个外表面由通过膜本体厚度的孔而彼此相连。在本专利技术的上下文中，“疏水性”和“疏油性”应被理解为是指聚合物膜在20℃下的表面张力分别低于72mN/m和低于21mN/m。因此，疏油性是疏水性的增强形式，即，疏油性膜具有比疏水性膜更低的表面张力并且由此表现出更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜，其中，所述聚合物膜的至少一个主表面是粗糙化的并且相对于水具有至少125°的接触角。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.13 DE 102011121018.41.一种具有结构诱导的滴落效应的疏水性或疏油性微孔聚合物膜，其中，所述聚合物膜的至少一个主表面是粗糙化的并且相对于水具有至少125°的接触角，其中，所述聚合物膜的至少一个粗糙化的主表面的粗糙度是通过机械处理产生的，以及可选地所述聚合物膜在所述机械处理之前和/或之后具有固有疏水性或疏油性和/或已被疏水或疏油改性，其中，所述聚合物膜的耐辐射多达50kGy。2.根据权利要求1所述的聚合物膜，其中，所述聚合物膜具有0.1μm至20μm的孔径。3.根据权利要求1或2所述的聚合物膜，其中，所述聚合物膜的两个主表面是粗糙化的并且具有相同的表面粗糙度。4.根据权利要求1或2所述的聚合物膜，其中，所述聚合物膜的两个主表面是粗糙化的并且具有不同的表面粗糙度。5.根据权利要求1或2所述的聚合物膜，其中，所述聚合物膜的至少一个粗糙化的主表面具有0.1μm至20μm高度的表面粗糙度。6.根据权利要求1或2所述的聚合物膜，其中，所述聚合物膜具有对称或不对称的海绵结构。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃伯哈德·温，托比亚斯·施洛伊斯，
申请(专利权)人：赛多利斯史泰迪生物技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE