金属涂覆的聚合薄膜及通过金属涂覆的聚合薄膜进行电过滤和电吸附的方法技术

本发明专利技术涉及一种金属涂覆的聚合薄膜，一种用于制造所述聚合薄膜的方法，一种电过滤装置或吸附装置，以及一种通过金属涂覆的聚合薄膜进行电过滤和电吸附的方法。本发明专利技术目的在于：提供用于简单制造金属涂覆的聚合薄膜的方法，其适用于电过滤和/或电吸附，而不会本质地减少孔隙率，且由此，减少薄膜的过滤特性或封闭孔。提供在聚合薄膜的基础上简单制造非常耐用的、灭菌的和/或惰性的薄膜的方法。还提供一种有效的装置及用于电过滤和/或电吸附的有效方法。另外，所述目的通过下述方式实现，即，通过借助于ALD的金属涂覆的聚合薄膜，借助于ALD的具有金属的聚合薄膜的涂层，以及使用用于电过滤和/或电吸附，或在相应装置中的金属涂覆的聚合薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属涂覆的聚合薄膜，一种用于制造其的方法，一种电过滤装置或吸附装置，以及一种通过金属涂覆的聚合薄膜进行电过滤和电吸附的方法。
技术介绍
长时间以来，已知微多孔薄膜。该薄膜主要由聚合物制成，既用于水净化(废水、饮用水、工业用水)，还在制药工业中用于制造超纯净水，也在医疗技术中用作无菌过滤器或呼吸过滤器。使用范围是多样的且非常分散。微多孔薄膜通常具有在0.01μm与10μm之间的孔径大小，且限制了对应于该孔径大小的材料。典型地，微多孔过滤器用于分离溶解在水中的材料及获得纯净的过滤液。这通常机械地通过孔径大小而实现。大于孔径大小的所有材料被机械地阻止。除了该特征，还有另一机构，其用于在通过薄膜时阻止材料。在此涉及通过构成薄膜自身的材料的非限定吸附，如聚醚砜、聚丙烯或聚偏氟乙烯(PVDF)。在此，不同的材料不同程度地吸附不同的被溶解的材料(“AnalyteLossDuetoMembraneFilterAdsorptionasDeterminedbyHigh-PerformanceLiquidChromatography”，M.Carlson和R.D.Thompson，JournalofChromatographicScience，卷38，二月，2000)。对小于微多孔薄膜的孔径大小的材料定向吸附，借助于薄膜材料的材料特性，通过处理薄膜材料的化学成分而实现。例如，通过连接具有正电荷(positivgeladenen)的四价铵化合物的薄膜材料产生正电荷。在US5,282,971中或在US7,396,465B2中已知的正电荷的薄膜，在US7,132,049B2中已知的负电荷的薄膜。例如，正电荷的微多孔薄膜用于机械地阻止细菌，及允许正电荷的材料通过，从而避免通过薄膜材料的非定向的、非量化的吸附。然而，正电荷和负电荷的薄膜还可用于通过吸附约束及聚集蛋白质。正电荷的微多孔的薄膜还用于除了过滤通过吸附约束内毒素和病毒，如在DE1999981099947A1中所示的。在CH678403中，已知金属涂覆的薄膜，具有在大孔与金属侧上的微孔之间的可能轻微多孔的通道。例如，在DE10164214A1中，已知具有隧道状的通道的金属薄膜。所述隧道状的通道与在本申请的语言应用中的多孔的通道不同之处在于，例如，已知多孔的聚合薄膜，其在薄膜内的实际通道之外不形成空腔。由此，多孔不能通过表述而保持一致，薄膜具有孔，即，通道，如在DE10164214A1中的。由此，多孔的通道具有在薄膜内的表面，所述薄膜以相同厚度的薄膜明显超过具有相同的孔径大小的圆形通道的表面至少50％，特别地，超过多倍，特别地，超过至少3倍。此外，在WO1999/22843A1中已知的通过金属喷涂的聚合薄膜。此外，在US4,857,080中已知的通过金属涂层封闭的薄膜。吸附的另一种形式是电吸附。通过在两个电极上施加正、负电压，在表面上产生带电场，实现电吸附。由电吸附和超多孔过滤的组合出现在“Removalofarsenicandhumicsubstances(HSs)byelectro-ultrafiltration(EUF)”(Weng,Y.-H.etal.,Chem.Eng.R&D卷77，1999年7月，461-468页)中。在此，通过在超过滤薄膜的附近定位的外部电极产生电场，在过滤被砷污染的水过程中，通过超过滤，负电荷的砷(V)的吸附实现提升30％至90％。在US2013/0240361A1中描述了与薄膜组合的电吸附的类似应用。在具有强吸附特征的材料与通过电荷的其再生物的组合中，描述了对透析水的清洁。结合透析薄膜过滤器描述该方法。在EP0872278A1中描述了电吸附薄膜。在此，提供一种具有由高温分解碳构成的导电层的陶瓷薄膜。同时，气孔通过高温分解碳被封闭，且陶瓷表面在高温下，通过陶瓷表面转换为碳化物而具有导电性。在吸附方面，盐通过表面上的电吸附与该陶瓷薄膜结合。
技术实现思路
除了通过化学处理的正或负电荷的薄膜的优点，即，机械过滤和吸附组合的优点，也有缺点。因为电荷不能变化，通过吸附被结合的材料，在薄膜加载电荷之后，仅可通过涂覆电荷的移位通过待通过的溶液，通常通过pH值变化，再次脱离薄膜或被薄膜获取。特别地，这在获取例如蛋白质的有效物质时，通过浓缩而呈现额外的成本。在陶瓷薄膜具有导电性的表面上可能的电吸附允许对材料的灵活吸附，当然在制造方面，费用非常昂贵。在此，薄膜的孔在制造具有导电性的表面的方法内被封闭，以便在接下来的制造步骤中，通过非常高的温度为陶瓷表面提供具有导电性的碳化物层。本专利技术的目的在于提供用于简单制造具有金属涂覆的聚合薄膜的方法，其适用于电过滤和/或电吸附，而不会本质地减少孔隙率，且由此降低薄膜的过滤特性或封闭气孔。本专利技术的目的还在于提供用于在聚合薄膜的基础上简单制造非常耐用的、灭菌的和/或惰性的薄膜的方法。本专利技术的目的还在于提供有效的装置以及用于电过滤和/或电吸附的有效方法。本专利技术的目的通过根据权利要求1所述的方法，以及通过根据权利要求5所述的电过滤和/或电吸附装置，根据权利要求10所述的金属涂覆的聚合薄膜以及根据权利要求12所述的用于制造金属涂覆的聚合薄膜的方法解决。从属权利要求2至4、6至9和11以及13至15提供有利的扩展方案。通过磁控管喷涂(Magnetronsputtern)的沉积使得可大面积地制造具有均匀层厚度和复杂层结构的薄层。磁控管沉积的基础是在诸如氩的惰性气体环境中的等离子体放电(Plasmaentladung)，其通过静态磁场增强(A.Anders，HandbookofPlasmaImmersionIonImplantationandDeposition，Wiley-VHC，2004)。过程气体的离子被阴极加速，及在撞击原子时从中飞出。因此，阴极(靶)必须由应沉积的材料构成。然后，从靶飞出的原子凝聚(kondensieren)在待涂覆的基底上，且形成连续的薄层。层厚度可受控地被生产成从几个纳米至几个微米。例如，在结构玻璃涂覆中，除了圆形的磁控管，特别是对大面积涂覆，扩展具有几米长度的矩形的变型方案。由此，可涂覆薄膜的表面。原子层沉积(英文:atomiclayerdeposition-ALD)是一种方法，其用于通过自限制表面反应从气相中沉积原子薄且一致的表面层(S.M.George,Chem.Rev.110,2010,111-130)。通常采用在两种反应物之间的两级反应过程。在此，第一气态的前体(Precursor)被导入处理腔(Prozesskammer)中且被吸附在表面上。同时，由于在表面上仅可附着前体单层(Monolage)，导致处理(Prozesses)的自限制。多余的部分在接下来的通常用氩气的惰性气体的冲扫步骤中离开反应腔。然后，第二前体气体被导入反应腔中，且同样被附着在表面上。现在进行两种被附着的前体的化学反应，这导致形成反应产物的单层厚的层。然后，气态反应产物再次通过惰性气体被冲扫出反应腔。通过该四级过程，前体仅在表面上且非气相地反应，由此，出现非常薄的且均匀的层。因此，通过重复所述步骤，可受限地逐原子层涂覆气体可进入的表面。从气相中吸附反应产物，使得可形成具有高长宽比的复杂结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电吸附和/或电过滤的方法，包括下述步骤：a.提供聚合薄膜，至少在所述聚合薄膜的第一侧上具有由金属构成的平且多孔的涂层；b.提供对应电极；c.在用于收纳液体的容器中布置聚合薄膜和对应电极；d.将液体注入容器；e.在聚合薄膜的由金属构成的涂层与对应电极之间施加电压；f.从容器中至少部分地移除液体，或至少部分地使液体通过薄膜；g.电压反转。

【技术特征摘要】
2015.07.07 EP 15175700.21.一种用于电吸附和/或电过滤的方法，包括下述步骤：a.提供聚合薄膜，至少在所述聚合薄膜的第一侧上具有由金属构成的平且多孔的涂层；b.提供对应电极；c.在用于收纳液体的容器中布置聚合薄膜和对应电极；d.将液体注入容器；e.在聚合薄膜的由金属构成的涂层与对应电极之间施加电压；f.从容器中至少部分地移除液体，或至少部分地使液体通过薄膜；g.电压反转。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对应电极通过由金属构成的另一平且多孔的涂层形成在与第一侧对置的第二侧上，其中，由金属构成的平的涂层彼此通过聚合薄膜绝缘；或者，对应电极通过被布置在绝缘且可渗透的垫片的中间层之下的可渗透电极形成，特别是，通过金属网形成。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，具有由金属构成的涂层的聚合薄膜的孔隙率在基于初始沸点孔和/或平均孔径大小相对于未涂覆的聚合薄膜减少1％至50％，特别地，减少1至20％。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由金属构成的涂层的厚度为5至50nm，且未涂覆的聚合薄膜的孔径大小特别地大于0.01μm。5.一种电吸附和/或电过滤装置，包括：聚合薄膜，具有在其至少一侧上的平且多孔的由金属构成的涂层；由金属构成的涂层的接触部；对应电极，以及特别是另一电极。6.根据权利要求5所述的电吸附和/或电过滤装置，其特征在于，对应电极通过由金属构成的另一平且多孔的涂层形成在与第一侧对置的第二侧上，或者，对应电极通过被布置在绝缘且可渗透的垫片的中间层之下的可渗透电极形成，特别是，通过金属网形成。7.根据权利要求5至6中任一项所述的电吸附和/或电过滤装置，其特征在于，具有由金属构成的涂层的聚合薄膜的孔隙率基于初始沸点孔和/或平均孔径大小相对于未涂覆的聚合薄膜减少1％至50％，特别地，减少1至20％。8.根据权利要求5至7中任一项所述的电吸附和/或电过滤装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：布林克赛费斯·斯蒂芬，
申请(专利权)人：I三薄膜有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE