生产结构化的膜的方法 |
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| 申请号 | CN201480046736.0 | 申请日 | 2014-08-21 | 公开(公告)号 | CN105658418B | 公开(公告)日 | 2017-09-08 |
| 申请人 | W.L.戈尔有限公司; | 发明人 | A·扎吉; B·海勒; A·哈特曼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及形成结构化的膜的方法,结构化的膜本身,包含该结构化的膜的制品,用于连续地形成这种结构化的膜的装置以及包含该结构化的膜的 复合材料 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种形成结构化的多孔的膜的方法，该方法包含 |
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| 说明书全文 | 生产结构化的膜的方法技术领域背景技术[0002] 对材料的形状进行结构化，特别是对在一个方向上的延伸部分小于其它方向的延伸部分的材料(膜)的表面形状进行结构化，是改善和/或微调其性质的有用工具。获得这种结构化的常用方法是光刻，然后在该蚀刻的表面上浇铸聚合物。在其它结构化方法中，已使用了弹性基材。 [0003] 例如,US2012/0058302批露在层状复合材料的表面上形成微米或纳米形貌以改善其防污性质的方法。 [0004] 在该方法中，拉伸基材，并随后涂覆该基材。通过引发的化学气相沉积(iCVD)或喷涂或蒸发技术来施加涂层，从而在基材的拉伸的表面上形成涂层，并牢固地粘附到该表面。在松弛拉伸的基材中的应变之后，涂覆的表面发生变形，因此形成微观尺度的表面结构。 [0005] 然而，因为涂层牢固地粘附到表面，涂层的变形迫使基材的表面遵循涂层的微观结构，因此涂层和粘附基材形成复合材料的微观结构化的表面。不可能在不损坏微观结构化的表面甚至全部涂层和/或基材的情况下，将涂层与复合材料分离。 [0006] 此外，在“柔性电子”领域，已通过使薄的硬膜起皱和脱层来生产用于电子电路的周期性结构。例如，维拉(Vella)等研究了粘附到聚合物基材的薄的硬膜的“气泡”的形成和尺寸(“薄膜从弹性基材的宏观脱层(Themacroscopic delamination of thin films from elastic substrates)”《,国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)》,卷号：106,期号：27,10901-10906)。在该研究中，将双取向的PP膜层压到基材上，然后对其进行单轴压缩，且使膜以清楚限定的波长起皱。 [0007] 然而，所有这些已知方法都完全没有批露多孔的材料的结构化，从而本领域仍然需要对多孔的膜材料进行结构化，特别是微观结构化和纳米结构化的方法。此外，这种方法也应使得能获得结构化的膜本身，即与基材分离。 [0008] 因此，本发明的目的是提供用于形成结构化的多孔的膜的方法，其显示任意类型的几何面外结构,例如皱纹、折叠等，该方法应使得能在微米和纳米尺度水平调节结构，以获得膜的永久结构化,获得与基材分离的结构化的膜本身。 [0009] 此外，该方法实施时应简单和成本有效。 [0010] 令人惊讶的是，本发明人发现这些目标可通过下述方法来获得，该方法包含将多孔的膜施加到拉伸的弹性基材上,并松弛拉伸的基材从而形成结构化的膜。 发明内容[0011] 因此，本发明提供形成结构化的多孔的膜的方法，其包含 [0012] a)将多孔的膜施加到处于拉伸的状态的弹性基材上，从而在拉伸的基材上进行膜的可逆的粘附，和 [0013] b)松弛上面具有施加的膜的基材，以获得该结构化的多孔的膜。 [0014] 本发明的方法使得能以简单的方式在宏观水平甚至微观水平或纳米尺度水平对多孔的膜进行结构化。该方法是简单的，因为可将多孔的膜照原样(as it is)地施加到拉伸的弹性基材上，即无需任何的物理或化学改性。令人惊讶地是，在松弛拉伸的基材/膜复合材料之后,复合材料甚至膜不是简单地被损坏，例如通过膜和基材的完全脱层或膜的破裂被损坏,而是膜仍然完整且以循环的方式至少部分地粘附到基材,从而以受控的方式进行结构化。 [0015] 因为膜的部分非粘附,处于最终松弛状态的基材没有发生结构化而是恢复其平坦的、非拉伸的状态。这使得能在不损坏膜或其结构的情况下容易地从基材移除结构化的多孔的膜,即可容易地获得与基材分离的结构化的多孔的膜本身。 [0016] 虽然无意受限于理论，但据信多孔的膜的这种性质至少部分地由膜的 高柔性带来的，其通过例如低刚性来表示。 [0017] 因为本发明的方法简单，可以成本有效的方式连续地或间歇地来实施本发明的方法。 [0018] 例如，在本发明的方法中形成的结构化的多孔的膜可用于过滤或排气应用。使用这种结构化的多孔的膜的特别优势在于过滤器或通风器的表面积以及由此导致的它们的性能显著提高，而所需的过滤器或通风器的空间可仍然保持相同。 [0019] 在本发明的方法中，应将多孔的膜施加到弹性基材，从而使膜“可逆粘附”到基材。这意味着当基材处于其拉伸的状态时，膜粘附到基材,且基材处于松弛的状态时，可在不损坏结构化的膜的情况下将随后获得的结构化的膜从基材移除。 [0020] 如本文所使用，术语“膜”通常指任意种类的“薄”材料,即两个维度上的延伸部分大于其余维度的延伸部分的材料,例如大至少10倍,或至少100或甚至更多倍。这种薄材料有时也称作“2D结构”。 [0021] “结构化的膜”指膜显示任意种类的几何面外结构,例如皱纹、折叠等。这意味着结构化的膜不仅显示图案化的表面,例如通过改变本来平坦的膜的总厚度，而且“完整”的膜是折叠的或起皱的，从而显示面外结构。膜厚度通常保持与未结构化的膜中的厚度基本相同。 [0022] 如本文所使用，术语“多孔”指一种材料，该材料在全部内部结构都有空穴，从一个表面到另一个表面形成相互连接的、连续的空气路径。 [0023] 如本文所使用，术语“多孔的膜”包含多孔的材料或由多孔的材料组成的膜。例如,多孔的材料可为膨胀的聚四氟乙烯(PTFE)和/或任意其它浆料处理的膨胀的含氟聚合物及其组合。 [0025] 多孔的膜可具有多层结构,其中至少一个层包含多孔的材料,或由多孔的材料组成。因此，多孔的膜可包括下述或由下述组成：1层、2层、3层或更多层。 [0026] 例如,多孔的膜可包含下述或由下述组成：用整体膜涂覆的ePTFE层,其还可在相反的侧面包含第二层ePTFE。 [0027] 多孔的膜可包含下述或由下述组成：纺织材料或无纺材料。例如,多孔的膜可包含下述或由下述组成：电纺丝的无纺材料。 [0028] “多孔的”指多孔的材料，其中孔是空的，但只要多孔的材料仍然是可主导材料性质的多孔的基质，也指部分或全部吸胀的多孔的材料,即具有多孔的结构的材料且其中孔被物质部分或全部填充。例如,这种吸胀的多孔的材料可为多孔的材料，其中用柔性的材料例如液体或未固化的柔性物质部分或全部地填充孔。 [0029] 这种吸胀的多孔的膜的刚性可例如通过温度来调节。如果填充材料是柔性的例如未固化的液体状或熔融的材料,多孔的膜的基质使材料固定到位并仍然主导膜性质。 [0030] 就其化学组成而言，膜可为均匀的或非均匀的。膜可包含空穴,即横向切割时膜的横截面不显示任何物质，或者优选地,膜可不包含空穴,即是封闭的。 [0031] 由本发明的方法获得的结构化的多孔的膜可以非破坏性的方式从弹性基材移除。 [0032] 在一种实施方式中,本发明的方法在室温下实施,即在18-27℃特别是在20-25℃的温度下实施。然而,如果发现对于本发明的方法特别是步骤b)而言，多孔的膜的刚性过高，本发明的方法也可在例如升高的温度下实施，其中膜的刚性低于膜的室温刚性。 [0033] 在本发明的方法中,基材可进行单轴或双轴拉伸。 [0034] 因为多孔的膜的柔性,在本发明的方法中，所得膜的结构必须通常用合适的方式来固定，从而获得永久地结构化的膜。 [0035] 因此,在本发明的方法的一种实施方式中,将衬底(backer)材料施加到结构化的膜。 [0036] 衬底材料通常也是膜的形式。通常将衬底材料永久地粘附即连接到结构化的膜,从而该衬底材料稳定/固定膜的结构,因此使它们永久地保持在一起。 [0037] 为了将衬底材料连接到结构化的膜,例如,在将其施加到结构化的膜之前，可为衬底材料提供胶粘剂层。 [0038] 衬底材料通常是不可拉伸的。然而，也可使用可拉伸的材料。在一种实施方式中,可通过用于对膜进行结构化的可拉伸的基材来形成衬底。 [0039] 例如,可将无纺材料例如共聚酯生物组分材料用作衬底材料。此外,可使用胶粘剂例如热熔卷材胶粘剂来将衬底材料连接到结构化的膜,该胶粘剂首先施加到衬底材料。 [0040] 可将衬底材料施加到仍然粘合在松弛的弹性基材上的结构化的多孔的膜的“自由”侧面(与基材相反)。在另一种实施方式中,在已将膜从弹性基材移除以后，可将衬底施加到结构化的膜的任意侧面。 [0042] 特别是聚乙烯醇和聚氨酯也可为包含这些材料或由这些材料组成的纺织纤维或无纺纤维的多孔的膜的形式。 [0043] 在一种实施方式中，所述多孔的膜包括下述，或由下述组成：聚四氟乙烯(PTFE)、改性PTFE、含氟热塑性树脂、含氟弹性体或它们的任意组合。 [0044] 如本文所使用，术语“改性PTFE”用于指一类四氟乙烯共聚物，其中还存在全氟化的、氟化的或非氟化的共聚单体单元。 [0045] 在一种实施方式中,多孔的膜包含膨胀的PTFE(ePTFE)或由其组成。PTFE可沿着一个或多个方向进行膨胀(即,拉伸)，从而使含氟聚合物膜变成多孔的。用于制备ePTFE的方法是本技术领域所公知的,例如参见US3,953,566或US5,814,405。 [0046] 优选地,多孔的膜的厚度是至少0.5μm,更优选地至少1μm,甚至更优选地至少1.5μm,和最优选地至少2μm。 [0047] 多孔的膜的厚度优选地是最多250μm,更优选地最多200μm,甚至更优选地最多175μm,和最优选地最多50μm。 [0048] 多孔的膜的面积重量可为0.01g/m2或更大,更优选地0.1g/m2或更大, 和还更优选地0.2g/m2或更大。 [0049] 多孔的膜的面积重量可为100g/m2或更小,更优选地80g/m2或更小,还更优选地2 2 50g/m或更小,和又更优选地30g/m或更小。 [0050] 本发明的方法中所用的弹性基材可为任意弹性材料，其显示所需的拉伸能力，并显示与施加的多孔的膜充分粘附。 [0051] 优选地,基材包含下述或由下述组成：弹性体，例如硅酮橡胶,含氟和全氟弹性体丁腈橡胶,异戊二烯橡胶,乙烯/丙烯橡胶,聚丙烯酸橡胶,聚氯丁橡胶,聚氯乙烯橡胶,硅酮橡胶,天然橡胶和/或热塑性橡胶,例如热塑性聚氨酯橡胶。 [0053] 在将多孔的膜施加到弹性基材上之前,在至少一个方向上对基材进行拉伸。拉伸可单轴地(例如沿着加工方向在连续的过程中进行拉伸)或双轴地,即沿着两个垂直的方向(例如沿着加工方向和横切的方向在连续的过程中进行拉伸)进行。 [0054] 拉伸的程度用加工比例p来定义，如本文所使用，加工比例定义为： [0055] p(％)＝100(l-L)/L+100 [0056] 其中l是处于拉伸的状态的弹性基材的最终长度或宽度,且其中L是弹性基材的初始长度或宽度,即处于未拉伸的松弛的状态。 [0057] 例如,加工因子为200％指基材处于拉伸的状态的最终长度l是初始的松弛状态长度L的两倍,即l＝2·L。 [0058] 优选地,在步骤a)中弹性基材以至少110％的加工比例沿着至少一个方向进行拉伸,更优选地以至少150％的比例沿着至少一个方向进行拉伸,和最优选地以至少200％的比例沿着至少一个方向进行拉伸。 [0059] 弹性基材优选地以最多1100％的加工比例进行拉伸,更优选地以最多850％的比例进行拉伸,和最优选地以最多600％的比例进行拉伸。 [0060] 在一种实施方式中,弹性基材是单轴地拉伸的。单轴地意指弹性基材只沿着一个方向进行拉伸,如果加工连续进行时，该方向可为加工方向(MD)或横切方向(TD)。 [0061] 在另一种实施方式中,弹性基材是双轴地拉伸的。双轴地意指弹性基材 沿着两个垂直的方向进行拉伸,如果加工连续进行时，其可为加工方向(MD)和横切方向(TD)。 [0062] 双轴拉伸可同时或相继地进行。同时意指弹性基材同时沿着两个垂直的方向拉伸，例如加工方向和横切方向。相继地意指弹性基材首先沿着一个方向(完全)拉伸，然后沿着另一个垂直的方向拉伸。 [0063] 将多孔的膜施加到处于拉伸的状态的弹性基材上，从而在拉伸的弹性基材上可逆地粘附膜。 [0064] 通常，将多孔的膜直接施加到拉伸的基材上,即不使用任何中间层。然而,当需要获得适当的粘附时，可使用这种中间层。 [0065] 将多孔的膜施加到基材上优选地通过将多孔的膜机械地压制到拉伸的弹性基材上来进行。例如，可使用橡胶辊在较小压力下来进行压制。 [0066] 如本文所使用，术语“粘附”指多孔的膜物理地粘合到弹性基材。虽然无意受限于理论，但据信因为范德华力，膜物理地粘合到弹性基材。 [0067] “可逆的粘附”意指在基材和膜之间应不存在牢固的“连接”,如果通过例如化学气相沉积将涂层施加到处于拉伸的状态的基材上时基材具有牢固的“连接”，则不能以非破坏性的方式将膜从基材移除。 [0068] 在特殊的加工温度下，将膜施加和粘附到弹性基材上。该加工温度可为室温,或者例如为了调节膜的刚性，可为升高的温度，尤其是在方法的步骤b)中。 [0069] 在将膜施加到拉伸的弹性基材之后,在本发明的方法的步骤b)中，使弹性基材松弛。如本文所使用，松弛(relaxing)意指从基材释放应变，且基材返回到其初始的、未拉伸的和平坦的状态。 [0070] 拉伸的弹性基材的松弛导致粘合的自我支撑的多孔的膜起皱，由此形成结构化的膜。虽然无意受限于理论，但据信拉伸的基材的松弛导致施加的膜和弹性基材之间的粘附发生部分的或局部的损失。在粘附发生部分损失的那些地方，可在施加的膜中形成皱纹。 [0071] 在一种实施方式中,基材可显示图案化的表面形貌,即包含升高的区段的表面,例如为栅格结构的形式或为凸起物(bump)和/或脊状物的形式。使用这种基材，还可改善对多孔的膜的结构化的控制，且例如可将更细的结 构施加到膜。 [0072] 在一种实施方式中,该方法还包含步骤c)：从弹性基材移除结构化的多孔的膜,其已经提供有衬底材料。移除可通过将结构化的膜从松弛弹性基材机械地揭开来进行。 [0073] 本发明还提供可通过如上所述的任意实施方式的方法获得的结构化的膜。 [0074] 在一种实施方式中,所述膜的结构的高度是未结构化的膜的厚度的至少两倍，且沿着至少一个方向的结构密度是至少1个/毫米。 [0075] 本发明还提供包含结构化的区段的多孔的膜，其中所述区段中的结构的高度是未结构化的膜的厚度的至少两倍，且沿着至少一个方向的结构密度是至少1个/毫米。 [0076] 优选地,本发明的结构化的多孔的膜通过本发明的方法以任意如上所述的实施方式来形成。 [0077] 此外，当适用时，如上所述的用于本发明的方法的所有实施方式也是本发明的结构化的多孔的膜的优选的实施方式。例如,结构化的多孔的膜也可包含下述或由下述组成：聚合物,例如ePTFE。 [0078] 在本发明的结构化的多孔的膜的其它实施方式中,沿着至少一个方向的结构密度是至少2个/毫米,或是至少3个/毫米,或是至少5个/毫米。 [0079] 多孔的膜中的结构的高度优选地是2μm-2000μm,和更优选地20μm-1000μm。 [0080] 在一种实施方式中，结构化的多孔的膜的理论或测量的面积增加因子应为至少1.8,在其它实施方式中，面积增加因子应为至少3.0,在又一实施方式中，面积增加因子应为至少5.0。 [0081] “面积增加因子”指相比于未结构化的膜，结构化的膜的总表面积的增加,其是因结构化即在膜中存在面外结构而造成的。 [0082] 该面积增加因子可通过考虑加工比例来从理论上确定，或面积增加因子可通过下述来测量：例如移除结构化的膜的衬底材料并拉伸膜从而从膜移除结构。 [0083] 例如,通过单轴拉伸基材且所用加工比例为2的方法获得的结构化的 膜显示的(理论)面积增加因子为2。通过双轴拉伸基材且在每个方向上所用加工比例为2的方法获得的结构化的膜显示的(理论)面积增加因子为4。 [0084] 本发明还涉及包含如可用本发明的方法在如上所述的任意实施方式中获得的结构化的多孔的膜的制品或包含如上所述的任意实施方式的本发明的结构化的多孔的膜的制品。 [0085] 优选地,制品是通风器或过滤器。 [0086] 特别是在通风器或过滤器的应用中，结构化的膜显示显著优于未结构化的膜的优势。例如,因为多孔的膜的结构化，大大增加了用于通风或过滤的膜的有效表面积,同时与包含未结构化的膜的通风器或过滤器相比，所需的通风器或过滤器的空间没有发生改变。 [0087] 此外，本发明涉及用于以任意如上所述的实施方式以连续的方式实施本发明的方法的装置，该装置包含 [0088] a)可移动的弹性基材带，其经过设置从而在带的移动过程中，至少一部分的弹性基材带从拉伸的状态转换到松弛的状态,和 [0089] b)将膜施加到处于拉伸的状态的所述弹性基材带上的工具(means)，从而膜在拉伸的基材上进行粘附， [0090] 其中，通过在将膜施加到弹性带的情况下，将弹性带从拉伸的状态转换到松弛的状态来获得结构化的膜。 [0091] 在装置的一种实施方式中,弹性基材带是封闭的带或管,并在至少两个可旋转的辊上运行。 [0092] 在这种实施方式中,沿着加工方向的拉伸可通过以下方式来实施：驱动上面运行带的第一辊，其表面速度高于上面也运行带的第二辊的表面速度。 [0093] 在装置的其它实施方式中，沿着垂直于带的移动方向的方向(即横切方向)的拉伸通过夹具对来实施，该夹具对设置成彼此相对，从而在带的各侧固定该带并与带一起移动，其中改变一对中夹具的距离，从而带的宽度从拉伸的状态改变到松弛的状态。 [0094] 可设置夹具，从而它们与带一起在轨道中运行。 [0095] 在装置的其它实施方式中，在其中拉伸带的位置提供至少一个压力辊，其将膜压到拉伸的基材带上，从而实施将膜粘附到基材。 [0096] 此外，该装置可包含工具,例如辊,结构化的膜在脱粘附(即从基材带移除)之后在该工具上缠绕。 [0097] 此外，该装置可包含工具,例如辊,从该工具将衬底材料供应给结构化的膜。 [0098] 该装置还可包含加热器，在衬底材料接触结构化的膜之前用该加热器预热该衬底材料。这可用于熔融在衬底材料上提供的胶粘剂。 [0099] 此外，本发明还涉及包含支撑在衬底材料上的结构化的膜的复合材料，其不对称的气流为至少30％。 [0100] 如本文所使用，“不对称的气流”指从相反的方向穿过薄膜的气流的相对差异,即方向“向下”和方向“向上”的气流的差异。 [0101] 气流方向“向上”和“向下”定义如下:如本文所使用，“向上”指气流垂直于复合材料流动，该气流从衬底的一侧进入复合材料并从结构化的膜的一侧离开复合材料。如本文所使用，术语“向下”对应于气流沿着与“向上”相反的方向流动。 [0102] 例如,复合材料在方向“向下”的气流是100L/h，且在方向“向上”的气流是130L/h，该复合材料的不对称的气流是30％。 [0103] 据信在方向“向下”和“向上”的气流差异是由下述事实造成的：当空气流动沿着“向下”方向时结构化的膜中的结构被挤压在一起,且当气流沿着“向上”方向时结构化的膜中的结构被展开。 [0105] 结合下面的附图，通过如下所述的实施例来进一步阐述本发明： [0106] 图1a)到d)显示用于实施本发明的方法的示例性装置的示意图，其涉及以不连续的方式进行双轴拉伸。 [0107] 图2显示用于实施本发明的方法的装置的第一实施方式的示意图，其涉及以连续的方式进行横切单轴拉伸。 [0108] 图3显示用于实施本发明的方法的装置的第一实施方式的示意图，其 涉及以连续的方式进行单轴拉伸或双轴拉伸。 [0109] 图4显示用于实施本发明的方法的装置的第一实施方式的示意图，其涉及以连续的方式进行双轴拉伸。 [0110] 图5显示用于实施本发明的方法的装置的第一实施方式的示意图，其涉及以连续的方式进行单轴拉伸。 [0111] 图6显示用于实施本发明的方法的装置的第二实施方式的示意图，其涉及以连续的方式进行单轴拉伸。 [0112] 图7显示比较例1A的膜的侧视图的SEM图像。 [0113] 图8显示SEM图像(俯视图)，其显示实施例1C的膜的结构。 [0114] 图9显示SEM图像，其显示实施例1C的侧视图。结构化的多孔的膜支撑在衬底材料上。 [0115] 在图10中,显示测定实施例1C的结构化的膜的结构密度(左边图像)。在右边图像中,显示表面形貌。 [0116] 图11是实施例1D的膜结构的SEM图像(俯视图)。 [0117] 图12是SEM图像，其显示支撑在衬底材料上的实施例1D的结构化的膜的侧视图。 [0118] 在图13中,显示测定实施例1D的膜的结构密度(左边图像)。在右边图像中,显示膜的表面形貌。 [0119] 图14是实施例1E的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0120] 图15是SEM图像，其显示支撑在衬底材料上的实施例1E的结构化的膜的侧视图。 [0121] 在图16中,显示测定实施例1E的膜的结构密度(左边图像)。在右边图像中,显示表面形貌。 [0122] 图17是实施例1F的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0123] 图18是SEM图像，其显示支撑在衬底材料上的实施例1F的结构化的膜的侧视图。 [0124] 图19是实施例1G的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0125] 图20是SEM图像，其显示支撑在衬底材料上的实施例1G的结构化的膜的侧视图。 [0126] 图21是实施例1H的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0127] 图22是实施例1I的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0128] 图23是SEM图像，其显示支撑在衬底材料上的实施例1I的结构化的膜的侧视图。 [0129] 图24是参比实施例2A的膜的SEM图像(俯视图)。 [0130] 图25是实施例2B的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0131] 图26是实施例2C的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0132] 图27是用于实施例4的过滤的实验装置。 [0133] 图28是实施例6B的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 [0134] 在图29中,显示测定实施例6B的膜的结构密度(左边图像)。在右边图像中,显示膜的表面形貌。 [0135] 图30是实施例3的结构化的膜的SEM图像(俯视图)。 具体实施方式[0136] 测量方法 [0137] a)刚性测量 [0138] 多孔的膜的刚性可根据ASTMD-2923-08程序B来进行测量。虽然标明该方法适用于聚烯烃膜,但它也可用于由其它材料制成的膜。 [0139] 为了测量刚性,可使用Handle-O-Meter测试装置(TA仪器公司(Thwing-Albert Instrument Company))。 [0140] b)ATEQ气流 [0141] 在70mbar的压力下，使用ATEQ气流流量计测量气流。 [0142] c)格瑞数(Gurley Number) [0143] 根据ASTM D 726-58，使用格瑞密度计(Gurley Densometer)来测量格瑞数。 [0144] 结果以格瑞数表示，即在1.215kN/m2水的压降下，100立方厘米的空气通过6.54cm2测试样品所需的时间(秒)。 [0145] d)结构高度 [0146] 使用面积共焦3D测量系统“μ表面探索者(μsurf explorer)”(纳米聚 焦公司(Nanofocus AG))来构建形貌图像。例如，在图10,13,16和30的右侧给出这种形貌图像。 [0147] 结构的高度是通过图像分析评估的代表性样品的高度峰值和高度凹地(谷)之间的最大距离。 [0148] e)结构密度 [0149] 为了测定沿着x(例如横切)方向和y(例如纵向或加工)方向的结构密度,分析3D形貌或SEM图像。对每个轴进行多次测量，并进行平均来测定沿着相互垂直的x和y方向的结构密度。 [0150] 在图像上施加沿着x和y方向的线。标记与线相交的所有的结构边缘。进行多次测量，并求平均。该步骤在图10,13,16和30的左侧图中描述。 [0151] 使用下述公式来评估结构密度:(因为2个边缘限定一个结构,所以平均边缘数目除以2) [0152] 沿方向x的结构密度＝(x的边缘平均数目/2)/评估的样品宽度x [0153] 沿方向y的结构密度＝(y的边缘平均数目/2)/评估的样品宽度y [0154] 例如,对于如图13左侧所示的实施例1E的结构化的膜，该步骤得到下述结构密度： [0155] x方向：(18+13+13)/3/2/4.29mm＝1.5/mm [0156] y方向：(10+12+16)/3/2/4.28mm＝1.5/mm。 [0157] f)其它性质 [0158] 除非另有说明，其它性质例如泡点、水进入压力、孔径和孔隙率如US2007/0012624所示来测量。 [0159] 实施例 [0160] A)装置 [0161] 实施例D1: [0162] 图1显示用于以不连续的方式实施本发明的方法和获得本发明的结构化的多孔的膜的典型的和简单的装置,其中使弹性载体(a)膨胀来拉伸弹性载体(a)，且在拉伸的状态时施加膜(d)。通过打开阀门来降低内部压力，从而使基材松弛，并由此在弹性载体(a)上形成结构化的膜(c)。 [0163] 实施例D2： [0164] 图2显示本发明的连续的加工方法和装置的另一实施方式的示意图，其中将可旋转的弹性载体带(a)固定到两个旋转的元件，其沿着圆周运动将横切拉伸诱导和释放到硅酮基材。在拉伸的弹性载体带(a)上，通过压力辊(h)施加膜(d)。该膜在拉伸的弹性载体带(a)上移动，且在使弹性载体带(a)松弛的过程中，形成结构化的膜(c)。任选地,用例如IR加热器(g)预热衬底材料(e)，并在结构化的膜(c)上通过压力辊(b)来施加，从而形成包含结构化的膜(c)和衬底材料(e)的复合材料(f)。 [0165] 实施例D3： [0166] 图3显示本发明的连续的加工方法和装置的另一实施方式的示意图，其中可旋转的弹性载体带(a)在具有表面速度比例的两个辊之间进行旋转。 [0167] 为了诱导弹性载体(a)中的拉伸，辊2的表面速度低于辊1的表面速度。该比例导致弹性载体带(a)在旋转过程中将其拉伸状态从松弛的变化到拉伸的。用在轨道(g)中运行的夹具(i)在侧面固定弹性载体(a)，从而它们可根据弹性载体(a)中的拉伸比例来改变它们的距离，其中它们进行固定以将弹性载体(a)保持在恒定的宽度。 [0168] 在该方法的另一种形式中，轨道(g)形成角度，从而除了纵向拉伸以外,弹性载体带(a)还沿横切方向拉伸，在旋转过程中可反复地改变其宽度。 [0169] 在拉伸的弹性载体上，通过压力辊(b)施加膜(d)。 [0170] 在弹性载体(a)上形成结构化的膜(c)。提供衬底材料(e)，并通过压力辊(h)层压到在弹性载体(a)上的结构化的膜(c)，从而形成包含结构化的膜(c)的复合材料(f)。 [0171] 实施例D4： [0172] 图4显示本发明的连续的加工方法和装置的另一实施方式的示意图，其中可旋转的弹性载体带(a)在具有表面速度比例的两个辊之间进行旋转。 [0173] 为了诱导弹性载体(a)中的拉伸，辊2的表面速度低于辊1的表面速度。该比例导致弹性载体带(a)在旋转过程中将其拉伸状态从松弛的变化到拉伸的。 [0174] 在拉伸的弹性载体上，通过压力辊(b)施加膜(d)。 [0175] 在弹性载体(a)上形成结构化的膜(c)。提供衬底材料(e)，并用IR加 热器(f)预热以熔融胶粘剂组分，且通过压力辊(h)层压到在弹性载体(a)上的结构化的膜(c)，从而形成包含结构化的膜(c)的复合材料(g)。 [0176] 在该方法中，弹性载体(a)和所得膜(d)沿加工方向收缩，同时取决于弹性载体材料的泊松比，施加沿横切方向作用的膨胀力。 [0177] 实施例D5: [0178] 图5显示本发明的连续的加工方法和装置的另一实施方式的示意图，其中提供弹性载体材料(a)的卷。在使用压力辊(b)施加膜(d)之前，该卷是至少沿一个方向进行拉伸。在这种情况下，弹性载体通过在侧面上的夹具(e)来固定，夹具增加它们沿加工方向的距离，以拉伸弹性载体。在施加膜之后，释放拉伸。在弹性载体上形成结构化的膜(c)。在该方法结束时，夹具释放弹性载体。 [0179] 如图所示，具有结构化的膜的弹性载体在辊上缠绕。该辊随后可用于其它过程例如涂覆步骤,然后，将弹性载体从涂覆的结构化的膜移除。另一种方法是将弹性载体在辊上缠绕之前，将结构化的膜从弹性载体移除。 [0180] 实施例D6: [0181] 图6显示本发明的连续的加工方法和装置的另一实施方式的示意图，其中提供弹性载体材料(a)的卷。在施加膜之前，该卷沿加工方向进行拉伸。辊1和辊2的表面速度之间的比例拉伸弹性载体(a)。在拉伸的弹性载体上，通过压力辊(b)施加膜(d)。使用辊3释放拉伸，该辊3的表面速度低于辊2,从而形成结构化的膜(c)。通常，辊1的表面速度约等于辊1的表面速度。在该方法中，弹性载体(a)和所得膜(d)沿加工方向收缩，同时取决于弹性载体材料的泊松比，施加沿横切方向作用的膨胀力。 [0182] B)方法/结构化的多孔的膜 [0183] 在下面的实施例中，将双组分共聚酯纺粘织物(BicomponentCopolyester Spunbond)用作“标准衬底材料”。为了将衬底材料粘合到薄膜样品，使用聚氨酯热熔卷材胶2 粘剂(产品编号:D6C8F10g/m ；公司:普乐特科公司(Protechnic)(法国))。在120℃和5psi(0.34巴(bar))面积压力且停留时间为15秒的热压制下，将卷材胶粘剂预施加到衬底材料。 [0184] 实施例1 [0185] 用本技术领域所公知的方法例如US3,953,566所述的方法来制备ePTFE薄膜。该薄2 2 膜的平均基质拉伸强度沿加工方向为10N/mm且沿横切方向为25N/mm ,气流为8格瑞秒,泡点为1.5巴,厚度为35μm,质量/面积是17g/m2,平均流量孔径是0.18μm。 [0186] 参比实施例1A(没有结构化) [0187] 将薄膜置于1mm Elastosil RT620硅酮(瓦克(Wacker)硅酮)的片材上。混合组分A和B，并倾倒至15cm×40cm矩形玻璃板上，该玻璃板在边缘处具有1mm厚铝型材。在铝型材上移动小的玻璃板，以在玻璃板上均匀地分布硅酮，以在室温下固化3小时的时间之后，获得1mm厚片材。 [0188] 将具有预粘合的胶粘剂层的衬底材料设置在薄膜顶部,胶粘剂层朝向薄膜。在烘箱中，将10mm厚、150mm直径的硅酮片材(ElastosilRT620)预热到150℃。将上方的硅酮片材放置在衬底材料的顶部。将直径为80mm和质量为5kg的铝杆在上方的硅酮片材顶部放置10秒，从而在薄膜样品和衬底材料之间形成连接。 [0189] 在10秒之后，移除杆和上方的硅酮片材，且将样品冷却3分钟，然后从下方的硅酮片材材料移除。 [0190] 实施例1B-1E [0191] 双轴加工： [0192] 使用空气膨胀，将根据图1的装置的弹性基材拉伸到所需的加工比例。在下面表1示出加工比例。 [0193] 在达到所需的拉伸的状态之后,关闭阀门，以将加工比例保持在恒定的状态。在拉伸的弹性基材上施加膜样品，并用橡胶辊筒来施加力，从而将膜样品粘合到弹性基材。 [0194] 在取得充分的粘附之后，打开空气阀门来释放拉伸弹性基材的内部压力。 [0195] 将Elastosil RT620膨胀到200％的加工比例的典型加工时间是3秒。弹性基材收缩回到其原始的未拉伸的、平坦的形状。粘合的膜与弹性基材一起收缩,但在该过程之后进行结构化。 [0196] 以与参比实施例1相同的方式，施加标准衬底材料。 [0197] 实施例1B-1E显示了弹性基材的加工比例的变化，和因此导致的弹性基材和所得收缩的膜的收缩量的变化。 [0198] 实施例1F,1H和1I [0199] 对于实施例1F,1H和1I,还使用具有结构化的表面的弹性基材对膜进行结构化,其在下面分别称为“微观结构1”,“微观结构2”,和“微观结构3”。 [0200] 为此，将待拉伸的膜放置在包含微观结构化的表面的片材上，其通过如下所述来制备： [0201] 微观结构1 [0202] 用砂纸P180(根据FEPA(磨料生产商欧洲联盟)标准的磨料规格)覆盖模具表面,其零件号:2871000，“Bogen Schleifpapier Nass-/Trocken”，购自沃夫卡夫特公司(Wolfcraft GmbH)。 [0203] 微观结构2 [0204] 用砂纸Vitex P60(根据FEPA(磨料生产商欧洲联盟)标准的磨料规格)覆盖模具表面,其零件号:KK114F VSM，购自VSMF公司(VereinigteSchmirgel-und Maschinen-Fabriken AG)。 [0205] 微观结构3 [0206] 用微穿孔的聚乙烯膜覆盖浇铸的硅酮表面，从而构建微观结构化的表面。 [0207] 以与参比实施例1相同的方式，施加标准衬底材料。 [0208] 实施例1G和1I [0209] 连续的横切加工: [0210] 将薄膜样品设置在厚度为2mm的连续旋转的带上。 [0211] 在实施例1G中，将具有平滑、未图案化表面的ECOFLEX 0010硅酮(斯莫斯公司(Smooth on,Inc.))用作弹性基材。混合组分A和B，并倾倒至15cm×80cm矩形玻璃板上，该玻璃板在边缘处具有2mm厚铝型材。在铝型材上移动小的玻璃板，以在玻璃板上均匀地分布硅酮，以在室温下固化3小时的时间之后，获得1mm厚片材。 [0212] 在实施例1I中，将具有点状表面微观结构的Elastosil RT 620硅酮 用作基材。 [0213] 在旋转系统中夹持基材片材，该旋转系统沿着圆周运动拉伸硅酮片材和释放对硅酮片材的拉伸，如实施例D2所述。提供具有预粘合的胶粘剂(聚氨酯热熔卷材胶粘剂)层的标准衬底材料的卷，并用热空气预热到130℃，然后用压力辊压制到结构化的膜上，从而形成复合材料。 [0214] 实施例1A-1I的膜的性质示于表1。 [0215] 表1： [0216] [0217] [0218] [0219] 实施例2 [0220] 用本技术领域所公知的方法例如如US5,814,405或DE69617707所述的方法制备ePTFE薄膜。该薄膜的平均ATEQ气流是54L/hr(在12毫巴测试压力下),WEP(水进入压力)是28psi(1.93巴),泡点是8.2psi(0.57巴),平均格瑞数是2.8格瑞秒，且质量/面积是10g/m2。 薄膜的平均横切方向刚性是29.7g/m，平均加工方向刚性是9.8g/m,它们根据ASTM D2923– 08方法B使用Handle-O-Meter测试装置(TA仪器公司(Thwing-Albert InstrumentCompany))在20℃进行测量。 [0221] 在该实施例中,以与参比实施例1相同的方式施加标准衬底材料。在实施例2B和2C中，使用了如表所示的不同的加工类型。结果在下表2中给出。 [0222] 表2： [0223] [0224] [0225] 实施例3 [0226] 使用本技术领域所公知的方法例如如US 2007/0012624A1所述的方法来制备ePTFE薄膜。薄膜沿加工方向的平均最大负载是6N和沿横切方向的最大负载是7N，且平均质量/面积是0.3g/m2。 [0227] 所用弹性基材是Elastosil RT620，且厚度是250μm。将基材拉伸到200％的加工比例。在样品中不存在可见的结构化。将样品直接转移到压敏导电胶，从而在SEM分析中检测所得结构。 [0228] 测定的沿方向x的结构密度是270.8个/mm,沿方向y的是354.2个/mm。因此,结构密度非常高，这解释了为什么在样品上不能看到可见的结构。 [0229] 实施例4–过滤实施例 [0230] 实施例4A [0231] 使用US7,306,729所述的方法制备3层复合材料ePTFE薄膜。该复合材料薄膜的平均基质拉伸强度是13798(PSI)(95.1MPa)，ATEQ气流是74.9L/h,泡点是34.8psi(2.34巴),孔隙率是81％,厚度为1.6密耳(mil),质量/面积是16.7g/m2,且孔径是0.147微米。使用本技术领域所公知的方法例如US 5,874,165所述的那些方法，通过使用聚乙烯醇涂覆来使该薄膜变得亲水和能用水润湿。 [0232] 实施例4C [0233] 使用例如US 3,953,566或US 5,814,405所述的本领域已知的方法制 备整体件ePTFE薄膜。该薄膜的平均基质拉伸强度是18726(PSI)(129.1MPa)，ATEQ气流是10.2L/h,泡2 点是32psi(2.21巴),孔隙率是88％,厚度为1.99密耳,质量/面积是13g/m ,且平均流动孔径是0.184微米。 [0234] 制备实施例4A和4C的结构化的膜 [0235] 使用空气膨胀，将图1所示的装置的弹性基材(ECOFLEX 0030)拉伸到200％(对于实施例4A)和150％(对于实施例4C)的加工比例。 [0236] 在达到所需的拉伸的比例之后,关闭阀门，以将拉伸比例保持在恒定的状态。在弹性基材上施加实施例4A的膜样品，并用橡胶辊筒来施加力，从而将膜样品粘合到弹性基材。 [0237] 在取得充分的粘附之后，打开空气阀门来释放拉伸弹性载体的内部压力。因此，弹性基材收缩回到其原始的、平坦的形状。粘合的样品与弹性基材一起收缩,且在该方法之后进行结构化。 [0238] 将聚丙烯纤维卷材用作用于结构化的膜的衬底材料。为了将衬底材料粘合到结构化的膜样品，使用聚氨酯热熔卷材胶粘剂(产品编号:D6C8F 10g/m2；公司:普乐特科公司(Protechnic)(法国))。在120℃和5psi(0.34巴(bar))面积压力且停留时间为15秒的热压制下，将卷材胶粘剂预施加到衬底材料。 [0239] 以与实施例4A相同的方式，加工实施例4C的膜。此外,在实施例4A中,在收缩过程中将丙烯酸玻璃板放置在膜顶部，从而引导形成更加均匀的皱纹。 [0240] 比较例4B和4D [0241] 对于比较例4B和4D，分别将实施例4A和4C的薄膜设置在未拉伸的2mm厚ECOFLEX 0030硅酮(斯莫斯有限公司(Smoothon,Ltd.))片材上。混合组分A和B，并倾倒至15cm×40cm矩形玻璃板上，该玻璃板在边缘处具有2mm厚铝型材。在铝型材上移动小的玻璃板，以在玻璃板上均匀地分布硅酮，以在室温下固化3小时的时间之后，获得2mm厚片材。 [0242] 将具有预粘合的胶粘剂层的衬底设置在膜顶部,胶粘剂层朝向薄膜。使用130℃且停留时间为15秒的机械热压制来施加压力，从而在膜和衬底材 料之间形成连接。在3分钟的冷却之后，将样品从硅酮载体移除。 [0243] 颗粒过滤容量测试 [0244] 通过在水和表面活性剂的溶液(在MilliQ去离子水中的TritonX100西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))中稀释1重量％的纳米球(多科学纳米珠(Poly Sciences Nanobead)，NIST可追踪的粒度标准PN 64015)母液，来制备300纳米聚苯乙烯胶乳纳米球的3ppm的悬浮液。将薄膜过滤器盘和无纺支架冲切成25mm的直径,并装载进入25mm直径的可换膜(swinnex)过滤器固定器(Sterlitech PN 540100PP 25聚丙烯在线过滤器固定器)。 [0245] 然后，将过滤器固定器连接到4通切换阀门歧管，其具有关闭位置和用于润湿、冲洗和聚苯乙烯胶乳悬浮液的3个进口进料。将3个进口进料容纳在连接的压力容器(用压缩气体调节到5psi(0.34巴)的设定压力)中。在连接到PC的天平上收集来自过滤器出口的滤液，并记录随时间变化的质量数据。 [0246] 然后使用密度(1g/cm3)处理这些数据，将质量转换成体积(V)和时间图案，以计算流量(体积(V)/时间(t)的变化)和渗透能力(体积(V)/(时间(t)x过滤器面积(a)x压力(p))。还以t/V随t变化的形式来对数据进行作图，以通过使用标准方法(斜率＝1/V最大)对t/V随t变化图表的线利用最小二乘法拟合，计算堵塞之前的预期的最大加工体积(V最大),(F.巴德明顿(F.Badmington),M.佩恩(M.Payne),R.威金斯(R.Wilkins),E.荷尼格(E.Honig),生物医药加工中实际微滤行列放大的V最大测量(Vmax testing forpractical microfiltration train scale-up in biopharmaceuticalprocessing),Pharmaceut.Tech.,19(1995)64)。 [0247] 切换阀门使得样品能用异丙醇润湿，用水和表面活性剂(如上所述的在水中的1重量％TritonX100)溶液冲洗,且随后用3ppm聚苯乙烯胶乳悬浮液进行挑战。用10毫升的乙醇润湿疏水性薄膜样品，用100ml表面活性剂水溶液冲洗，然后用3ppm胶乳珠进行挑战。亲水性样品在没有预润湿的情况下用3ppm胶乳溶液进行挑战。比较例4B和4D的面积数值基于O形环的内径,对于发明性实施例4A和4C则基于从数字图片测量的样品展开面积的测 量。 [0248] 实施例4的测试结果见表3: [0249] 表3： [0250] [0251] “面积增加因子”通过用结构化的膜的面积除以衬底的面积来测定。在通过加热样品以熔融胶粘剂将结构化的膜从衬底移除之后，以及在后续的展开移除的膜之后，测定结构化的膜的面积。 [0252] 实施例5 [0253] 使用US7,306,729所述的方法制备3层复合材料ePTFE薄膜。该复合材料薄膜的平均基质拉伸强度是13768PSI(94.9MPa)，ATEQ气流是74.9L/h,泡点是34.8psi(2.40巴),孔隙率是81％,厚度为1.6密耳,质量/面积是16.7g/m2,且孔径是0.147微米。使用本技术领域所公知的方法例如US5,874,165A所述的那些方法，通过使用聚乙烯醇涂覆来使该薄膜变得亲水和能用水润湿。 [0254] 对于参比实施例5A和实施例5B和5C,像参比实施例1一样采用如上所述的标准衬底材料。 [0255] 在如图1所示的装置上，通过标准的双轴加工来处理实施例5B和5C。对于实施例5C，还在距离施加的样品4cm的距离处设置热空气枪。在加热 获得所需温度(用设置在材料上的IR加热器测量)所需要的时间之后，用橡胶辊将样品压向载体并如上所述缩回。完全打开阀门，从而该过程小于1秒，以避免在加工时冷却。 [0256] 结果在下表4中给出： [0257] 表4： [0258] [0259] 实施例6 [0260] 使用Elmarco Nanospider，通过如US7,585,437B2所述的方法和溶液条件，通过自由表面电纺，将一层电纺PVA(聚乙烯醇)纳米纤维沉积到聚丙烯纺粘无纺织物上。通过小心的剥离，将PVA纳米纤维层完整的从纺粘 织物移除。这样移除的层的基础重量是1.7g/m2,纤维直径是250nm和ATEQ气流是219L/h。 [0261] 与参比实施例1一样，使用和施加如上所述的标准衬底材料。 [0262] 使用标准双轴加工处理实施例6B。此外,在实施例6B中,在收缩过程中将丙烯酸玻璃板放置在膜顶部，从而引导形成更加均匀的皱纹。 [0263] 结果在下表5中给出。 [0264] 表5： [0265] |
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