包括层状亲水性涂层的复合材料制造技术

本发明专利技术提供复合材料，该复合材料包括载体元件，该载体元件含有延伸通过载体元件的多个孔，持久地涂覆载体元件的孔的第一聚合物，第一聚合物层具有疏水性和亲水性两种性能，和布置在第一聚合物层表面上的第二聚合物层，第二聚合物的亲水性高于第一聚合物层。本发明专利技术也提供制备复合材料的方法，和它作为分离介质的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括层状(layered)亲水性涂层的复合材料，涉及它们的制备方法和涉及它们作为分离介质的用途。
技术介绍
公知的是降低膜的疏水性是有利的，这是由于它降低膜的结垢倾向。由于价格最少和最稳定的膜形成材料是相当疏水性的聚合物，这自然导致问题。在制备是亲水性的和因此可容易由水湿润的膜存在优点，这是由于这使膜的使用更简单和排除了润湿溶剂的需要。为降低大多数聚合物膜材料固有的疏水性，已知化学改性载体元件的表面和孔-壁或，采用亲水性层涂覆载体中孔的壁，层通常在本质上是聚合物的。涂覆的亲水性层改进复合材料对水的亲合力，增加它的润湿性和在一些情况，使膜可完全由水润湿。本领域中粘合亲水性层到载体的早期努力包括活化载体中孔的壁(例如采用等离子体处理)使得涂料化学连接到孔-壁。这些涂层也可以通过在要涂覆的载体元件中在这样形成的聚合物接枝到基材壁的条件下，聚合单体的混合物而制备。在其中不存在亲水性和特别地带电接枝聚合物的交联或存在低交联程度的某些状况下，接枝层可水化和膨胀厚度以基本填充基材的孔。发现这样的复合材料是非常亲水的和容易由水润湿。当发现交联聚合物的形成可以用作表面涂层时，产生本领域中的进一步进步，该表面涂层具有性能的优异结合，该性能包括热稳定的生物分子耐吸附性能，耐强碱性溶液的性能，和可提取物的低水平。专利技术概述现在已经发现可以施加两个或多个连续的孔-涂料层到多孔载体以达到非常亲水性复合材料。通过施加第一层到载体元件的孔达到本专利技术的复合材料，第一层包括聚合物材料，该材料显示如下两个特征疏水性特征，用于与孔表面的有利相互作用，和亲水性特征，用于与第二层的有利相互作用。第二层必须能够与第一层的亲水性部分结合或相互作用，但它的亲水性更大于第一层。在一方面，本专利技术提供复合材料，该复合材料包括a)载体元件(support member)，含有延伸贯穿载体元件的多个孔，b)持久地(durably)涂覆载体元件的孔的第一聚合物层，第一聚合物层具有疏水性和亲水性两种性能，和c)持久地涂覆第一聚合物层的表面的第二聚合物层，第二聚合物的亲水性高于第一聚合物层。在另一方面，本专利技术提供制备复合材料的方法，该方法包括如下步骤(a)采用具有疏水性和亲水性两种性能的第一聚合物涂覆多孔载体元件的孔-壁以形成第一聚合物层，(b)采用亲水性高于该第一聚合物的第二聚合物涂覆该第一聚合物层以形成第二聚合物层。在进一步的方面，本专利技术提供从溶液除去(removing)材料的方法，该溶液优选是水溶液，方法包括将含材料的水溶液流过在此所述的复合材料。在仍然另一方面，本专利技术提供包括在此所述的复合材料的过滤设备。″涂覆孔″和″涂覆表面″意味着载体元件的孔中空隙体积不完全由聚合物层占据，和通过复合材料的液体在聚合物层邻近流动但不必须通过层流动，尽管一些液体可通过聚合物层。″持久地涂覆″意味着当将水或水溶液通过复合材料时，聚合物层基本在载体元件的孔中保留。优选，当将复合材料浸入水中30天时，损失聚合物层中小于1wt％的聚合物。附图描述参考如下图讨论本专利技术的实施方案附图说明图1显示由沉淀(图1a)和蒸发(图1b)形成的聚(乙烯-共-乙烯醇)(EVAL)凝胶的环境扫描电镜(ESEM)图像。图2显示由沉淀(图2a)和蒸发(图2b)形成的EVAL复合材料的ESEM图像。专利技术详述一般特性本专利技术涉及包括多孔载体元件和亲水性聚合物层(在此称为第二聚合物层)的复合材料，在它们之间存在具有平衡的疏水性和亲水性性能的聚合物层(在此称为第一聚合物层)，它促进亲水性聚合物到载体元件粘附。第一聚合物层的存在在其中载体元件是疏水性的和第二聚合物层是非常亲水性的那些实施方案中促进粘附，这是由于第一聚合物层的省略可导致在载体元件和第二聚合物层之间非常弱的相互作用，或甚至排斥。第一聚合物层的组成如上所述，第一聚合物层包括具有平衡的疏水性和亲水性性能的聚合物。选择第一层使得它具有足够的疏水性特征以具有对疏水性载体元件的亲合力，而同时它的亲水性本质有助于结合亲水性第二层。尽管第一层具有对载体元件的亲合力，优选在第一层和载体元件之间没有共价键。″平衡的疏水性和亲水性性能″意味着聚合物具有疏水性和亲水性基团两者。聚合物的烃主链有益于疏水性性能，官能团，如醇，磺酸，和季铵基团有益于聚合物的亲水性性能。聚合物主链中存在的这些基团的数目涉及取代程度，它可以定义为官能团的数目对聚合物主链中用于取代的可利用位置总数目的比例。在一个实施方案中，″平衡的疏水性和亲水性性能″通过约40％-约90％，优选约50％-约80％，或更优选约50％-约70％的取代程度达到。在一些实施方案中，达到平衡的疏水性/亲水性性能必须的取代程度数值由亲水性取代基的本质影响，这是由于一些取代基贡献更多的亲水性特征到聚合物。优选，第一聚合物层包括胶凝聚合物。凝胶是在液体介质中溶胀的聚合物网络。溶胀液体防止聚合物网络毁坏和进而网络保留液体。为考虑为胶凝聚合物，聚合物对于具体的液体必须是基本不溶解但可溶胀。″基本不溶解但可溶胀″意味着形成胶凝聚合物的聚合物在具体的液体中溶解较差，而仍然保留足够的溶解度以当与液体接触时显示增加的体积。在本专利技术中，包括第一聚合物层的胶凝聚合物在水或水溶液中溶解差但可溶胀。优选，用于制备第一聚合物层的单体或聚合物溶液具有良好的成膜性能，它导致聚合物和层厚度的更均匀分布。第一聚合物层的厚度可以通过控制引入的聚合物的数量和本质而调节。优选，第一聚合物层的厚度为0.001μm-0.1μm。更优选，厚度为0.005μm-0.01μm。也优选涂料在载体元件的表面上均匀分布。形成第一聚合物层的胶凝聚合物的分子量优选为5,000-500,000g/mol，更优选10,000-100,000g/mol。然而，胶凝聚合物的分子量的这些范围不意味着是限制性的，这是由于分子量由载体元件的本质，胶凝聚合物的本质和经过复合材料的溶剂的本质指示。只要胶凝聚合物满足在经过复合材料的溶剂中基本不溶解但可溶胀的要求，它考虑为本专利技术的一部分。优选，胶凝聚合物是均匀的或微不均匀的。交联第一聚合物层在一个实施方案中，第一聚合物层包括交联胶凝聚合物。交联凝胶典型地在溶剂中，由单体和多官能化合物(交联剂)的聚合，或由可交联聚合物的交联获得，该溶剂是形成的聚合物网络的良溶剂和它溶胀聚合物网络。这样网络中的聚合物链可以假定在整个网络体积中均匀分布和已知为筛目尺寸的链之间的平均距离由交联密度确定。形成第一聚合物层的聚合物的交联可以热引发或由辐射引发，或它可以由化学方式进行，例如通过加入酸催化剂。形成凝胶的单体或聚合物的交联可以在第二聚合物层的沉积之前进行，或第一聚合物层的交联可以与形成第二聚合物层的单体或聚合物的交联同时进行。可形成交联第一层的聚合物的例子包括磺化聚(醚-醚-酮)(S-PEEK)和聚乙烯醇(PVA)，该聚合物可以是热交联的。非交联第一聚合物层在另一个实施方案中，第一聚合物层包括非交联的胶凝聚合物。″非交联的胶凝聚合物″意味着聚合物的不同条状物(strand)不由共价键相互连接。在这样的情况下，通过使用胶凝聚合物回避聚合物条状物的的交联，其中要求的聚合物-聚合物相互作用通过较弱的相互作用，如氢键达到。在这样的体系中，凝胶保持稳定，甚至当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，包括：ａ）载体元件，其含有延伸贯穿载体元件的多个孔，ｂ）持久地涂覆载体元件的孔的第一聚合物层，第一聚合物层具有疏水性和亲水性两种性能，和ｃ）持久地涂覆第一聚合物层的表面的第二聚合物层，第二聚合物的亲水性 高于第一聚合物层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德F蔡尔茨，泰潘K戴伊，埃琳娜N科姆科娃，
申请(专利权)人：麦克马斯特大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]