CN112423869B - 包括多孔聚对二甲苯膜或多孔聚对二甲苯/聚四氟乙烯复合膜的高流量液体过滤装置 - Google Patents

包括多孔聚对二甲苯膜或多孔聚对二甲苯/聚四氟乙烯复合膜的高流量液体过滤装置 Download PDF

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Abstract

提供一种包含多孔聚对二甲苯(PPX)过滤制品的过滤装置。PPX过滤制品包括至少一个PPX聚合物膜层和一个或多个基材。任选地，PPX过滤制品可以包括一个或多个支撑层。PPX聚合物膜的孔径为约1nm至约100nm。过滤制品的PVA_20小于约0.6厘米3/米2并且/或者质量/面积(MPA)小于约30克/米2。PPX过滤制品以高渗透率从进料流体中分离并保留纳米颗粒。在使用中，PPX过滤制品通过使进料流体通过过滤制品内的至少一个PPX聚合物膜而从进料流中过滤纳米颗粒，其中，纳米颗粒从进料流体中分离并去除。PPX聚合物膜可以耐化学侵蚀，耐伽玛辐射，并且具有热稳定性，生物相容性和牢固性。

Description

包括多孔聚对二甲苯膜或多孔聚对二甲苯/聚四氟乙烯复合 膜的高流量液体过滤装置
技术领域
本发明一般涉及聚对二甲苯，更具体地涉及液体过滤装置，其包含至少一个其中具有至少一个PPX聚合物膜层的多孔聚对二甲苯(PPX)过滤制品。还提供了用于制造多孔PPX过滤制品以及使用PPX过滤装置的方法。
背景技术
多孔聚四氟乙烯(PTFE)已被用作过滤介质，用于从液体介质中分离较大的纳米颗粒(例如，从大约20纳米(nm)到大约100nm)，例如，用于制备用于半导体和制药行业的超纯水。多孔PTFE可以呈膨胀形式，通常被称为膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，其具有节点和原纤维微结构，该结构提供了高度多孔的网络，该网络可以制成具有非常小的平均孔径以用于较大的纳米颗粒过滤。
然而，对于保留相对较小的纳米颗粒(例如，约5nm到小于约25nm)，ePTFE膜的过滤性能有限。更具体地说，使用ePTFE膜可实现的保留率和通量有限。
因此，在本领域中需要一种过滤膜，该过滤膜能够从液体介质中分离和保留各种类型和尺寸的颗粒，例如纳米颗粒(例如，约5nm至约100nm)，包括相对较大的纳米颗粒和相对较小的颗粒，理想的情况是当液体介质以高流速行进时。合适的颗粒的非限制性实例包括蛋白质，大分子，病毒，胶体颗粒，胶束，囊泡和内毒素/热原。过滤膜还应具有耐化学侵蚀性，耐伽玛辐射性，热稳定性，生物相容性和牢固性。
发明内容
根据一个实例(“实例1”)，一种用于过滤进料流体的方法包括：使具有颗粒群的进料流体通过至少一个PPX聚合物膜，使得颗粒群的至少一部分从进料流体分离。
根据实例1的进一步的另一个实例(“实例2”)，至少一个PPX聚合物膜的厚度为约50微米或更小。
根据实例2的进一步的另一个实例(“实例3”)，至少一个PPX聚合物膜的厚度为约0.05微米至约3微米。
根据前述实例中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例4”)，至少一个PPX聚合物膜包括
Figure GDA0003798099800000021
(PPX-N)，
Figure GDA0003798099800000022
(PPX-AF4)，
Figure GDA0003798099800000023
(PPX-VT4)或其组合。
根据前述实例中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例5”)，至少一个PPX聚合物膜与多孔基材的至少一侧连接。
根据实例5的进一步的另一个实例(“实例6”)，多孔基材包括选自聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、硅、玻璃和锌的材料。
根据实例5的进一步的另一个实例(“实例7”)，多孔基材的厚度大于至少一个PPX聚合物膜的厚度。
根据实例5的进一步的另一个实例(“实例8”)，多孔基材的孔隙率大于至少一个PPX聚合物膜的孔隙率。
根据前述实例中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例9”)，至少一个PPX聚合物膜的渗透率为至少约0.44克/厘米2/分钟/Mpa(0.003克/厘米2/分钟/psi)。
根据前述实例中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例10”)，至少一个PPX聚合物膜的渗透率为约1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)至约43.51克/厘米2/分钟/Mpa(0.3克/厘米2/分钟/psi)。
根据前述实例中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例11”)，进料流体是水性液体，非水性液体或它们的混合物。
根据前述实例中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例12”)，进料流体是生物液体。
根据另一个实例(“实例13”)，一种过滤装置包括至少一个PPX过滤制品，该制品包括多孔基材和至少一个连接到该多孔基材的至少一侧的PPX聚合物膜，其中至少一个PPX聚合物膜的孔径为约1nm至约100nm，并且其中PPX过滤制品具有以下特征中的至少一种：PVA_20小于约0.6厘米3/米2；质量/面积(MPA)小于约30克/米2。
根据实例13的进一步的另一个实例(“实例14”)，至少一个PPX聚合物膜的厚度为约0.05微米至约3微米。
根据实例13的进一步的另一个实例(“实例15”)，至少一个PPX聚合物膜的渗透率为至少约0.44克/厘米2/分钟/Mpa(0.003克/厘米2/分钟/psi)。
根据实例13的进一步的另一个实例(“实例16”)，至少一个PPX聚合物膜的孔径为约5nm至约50nm。
根据实例13的进一步的另一个实例(“实例17”)，PPX过滤制品的PVA_20为约0.1厘米3/米2至约2.0厘米3/米2。
根据实例13的进一步的另一个实例(“实例18”)，PPX过滤制品的质量/面积为约5克/米2至约30克/米2。
根据实例13的进一步的另一个实例(“实例19”)，PPX过滤制品的PVA_20为约0.1厘米3/米2至约2.0厘米3/米2，并且质量/面积为约5克/米2至约30克/米2。
根据实例13-19中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例20”)，至少一个PPX聚合物膜包括PPX-AF4膜。
根据实例13-19中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例21”)，过滤制品还包括第二PPX聚合物膜，其连接至多孔基材的相反侧。
根据另一实例(“实例22”)，过滤装置包括(1)过滤壳体，该过滤壳体具有构造为将包含颗粒群的进料流体引导到过滤壳体中的流体入口和构造为将滤液引导出过滤壳体的流体出口，和(2)至少一个多孔聚对二甲苯(PPX)聚合物膜，其设置在过滤壳体内的流体入口和流体出口之间，并且构造成将颗粒群的至少一部分从进料流体分离。
根据实例22的进一步的另一个实例(“实例23”)，至少一个PPX聚合物膜包括(1)第一PPX聚合物膜，其连接至多孔基材的第一侧，其中第一PPX聚合物膜与流体入口流体连通，和(2)第二PPX聚合物膜，其连接至所述多孔基材的第二侧，其中第二PPX聚合物膜与流体出口流体连通。
根据实例22和23中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例24”)，至少一个PPX聚合物膜的渗透率为至少约0.43克/厘米2/分钟/Mpa(0.003克/厘米2/分钟/psi)。
根据实例22，23和24中任一个实例的进一步的另一个实例(“实例25”)，至少一个PPX聚合物膜的渗透率为约1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)至约43.51克/厘米2/分钟/Mpa(0.3克/厘米2/分钟/psi)。
附图简要说明
包括附图以提供对本公开的进一步理解，附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一些实施方式的具有多孔聚对二甲苯过滤制品的过滤装置的示意图；
图2A是根据一些实施方式的用于构造多孔聚对二甲苯(PPX)过滤制品的方法的第一实施方式的流程图；
图2B是根据一些实施方式的图2A中描绘的方法的应用的示意图；
图2C是根据一些实施方式的依据图2的方法的具有一个PPX聚合物膜的多孔PPX过滤制品的示意图；
图2D是根据一些实施方式的另一种包含一个PPX聚合物膜的多孔PPX过滤制品的示意图；
图3是用于构造多孔PPX过滤制品的另一种方法的示意图；
图4是根据一些实施方式的用于构造多孔PPX过滤制品的另一种方法的流程图；
图5是根据一些实施方式的图4中描绘的方法的应用的示意图；
图6是根据一些实施方式的另一种多孔PPX过滤膜的示意图；
图7是根据一些实施方式的另一种多孔PPX过滤膜的示意图；和
图8是根据一些实施方式的另一种多孔PPX过滤膜的示意图；
图9是根据一些实施方式的几种涂覆工艺的纳米颗粒保留率相对于滤液渗透率的图示；
图10是根据一些实施方式的PPX过滤制品的品质因数相对于PVA_20(厘米3/米2)的图示；和
图11是根据一些实施方式的PPX过滤制品的品质因数相对于质量/面积(MPA)的图示。
术语汇总
术语“PPX”是指聚对二甲苯或帕利灵。
术语“PPX聚合物”是指包括所有形式的PPX，包括但不限于下表1中列出的那些及其组合。
表1PPX聚合物形式
Figure GDA0003798099800000051
Figure GDA0003798099800000061
如本文所用，术语“PPX聚合物薄膜(film)”是指未膨胀的PPX聚合物，其为下方没有基材的独立式构造或在基材的一侧或多侧上的复合构造(例如，PPX聚合物薄膜/基材，PPX聚合物薄膜/基材/PPX聚合物薄膜)。
如本文所用，术语“PPX聚合物膜(membrane)”是指已经在一个或多个方向上膨胀的PPX聚合物薄膜。
术语“单轴膨胀率”是指将应变定义为沿轴向的膨胀成分(例如，PPX聚合物膜)的最终长度除以未膨胀成分(例如，PPX聚合物薄膜)的原始长度。
术语“面积膨胀率”是指将应变定义为膨胀成分(例如PPX聚合物膜)的最终面积除以未膨胀成分(例如PPX聚合物薄膜)的原始面积，或一个或多个单轴膨胀率的乘积。
术语“原纤维轴”旨在描述平行于原纤维的长尺寸的方向。
术语“显著变形”旨在描述基材能够在一个或多个方向上伸长而不破裂。
具体实施方式
本领域的技术人员应理解，可通过构造用于执行目标功能的任何数量的方法和设备来实现本公开内容的各个方面。还应注意，本文参考的附图不一定是按比例绘制，而是有可能放大以说明本公开的各个方面，就此而言，附图不应视为限制性的。
应当理解，本文所述的多孔聚对二甲苯(PPX)聚合物膜也可以称为PPX聚合物膜层，并且这些术语在本文中是可互换的。类似地，PPX聚合物薄膜在本文中也称为PPX聚合物薄膜层，它们在本文中可互换使用。还应理解，术语“PPX过滤制品”，“多孔PPX过滤制品”和“过滤制品”在本文中可以互换使用。而且，术语“支撑物”，“支撑层”和“多孔支撑层”在本文中可以互换使用。
本发明涉及多孔PPX过滤制品(本文也称为PPX过滤制品或过滤制品)，其包含至少一个具有节点和原纤维微结构的聚对二甲苯(PPX)膜。在至少一个实施方式中，原纤维包含以原纤维轴取向的PPX聚合物链。任选地，形成PPX膜的PPX聚合物可以包含一种或多种共聚单体。如本文所用，术语“PPX聚合物”是指包括所有形式的PPX，包括PPX-N，PPX-AF4，PPX-VT4及其组合。应当理解，本文所述的过滤装置是流体过滤装置，其中流体可以是水性流体，非水性流体或其混合物。
首先参考图1，示出了过滤装置100的一个实施方式，其中PPX过滤制品102设置在过滤壳体104的内部空间内。PPX过滤制品102包括至少一个多孔聚对二甲苯(PPX)聚合物膜。在一些实施方式中，过滤制品102具有复合构造，其包括PPX聚合物膜层110，PPX聚合物膜层112(其可以与PPX聚合物膜层110相同或不同)以及被定位在它们之间的多孔基材114。PPX过滤制品102可以是圆盘形的，但是，过滤制品102的尺寸和形状可以变化以适合在期望的过滤壳体104内和/或适应期望的过滤应用。例如，过滤制品102可以具有圆柱形状，打褶的筒形状，螺旋缠绕形状或其他合适的形状。
过滤壳体104具有与PPX聚合物膜层110流体连通的至少一个流体入口120和与PPX聚合物膜层112流体连通的至少一个流体出口122。通常，流体入口120和流体出口122与PPX过滤制品的上游表面和下游表面流体连通，所述上游表面和下游表面可以是PPX聚合物膜或支撑层。过滤壳体104还包括一个或多个支撑结构(未显示)，例如环形搁板，其构造成在流体入口120和流体出口122之间将过滤制品102支撑在过滤壳体104中。
在过滤装置100的操作期间，将包含颗粒群(未示出)的进料流体124通过流体入口120以箭头A1所示的方向进料到过滤壳体104中。进料流体124可以是水性的，非水性的或它们的混合物。进料流体124可用于制药，微电子，化学或食品工业。在某些实施方式中，进料流体124可以是浓缩或稀释的生物流体。进料流体124中的颗粒可以是蛋白质，大分子，病毒，胶体颗粒，胶束，囊泡，内毒素/热源，以及它们的组合。进料流体124在箭头A2所示的方向上通过壳体104流向PPX过滤制品102。过滤制品102将颗粒从进料流体124分离，并且滤液126沿箭头A3所示的方向行进通过壳体104。滤液126沿箭头A4所示的方向通过流体出口122从过滤壳体104中移除。在某些实施方式中，过滤装置100包括第二流体出口128，其沿箭头A5所示的方向移除渗余物129(即，一部分未通过PPX聚合物膜层110、112并且可能富含被PPX聚合物膜阻挡的颗粒的进料流)，如图1所示。在另一些实施方式中，过滤装置100没有第二流体出口128，并且被保留的颗粒保留在PPX过滤制品102上或其中。
PPX过滤制品102的每个PPX聚合物膜层110、112具有节点和原纤维微结构。在至少一个实施方式中，PPX聚合物膜层110、112之一或两者中的原纤维含有沿原纤维轴取向的PPX聚合物链。
如图所示，图1的PPX过滤制品102在基材114的相反侧上具有两个PPX聚合物膜层110、112，但是过滤制品102仅在基材114的一侧上包括单个PPX聚合物膜层(例如，PPX聚合物膜层110或PPX聚合物膜层112)也在本公开的范围内。PPX过滤制品102包括多于两个的PPX聚合物膜层也在本公开的范围内。
过滤制品102的多孔基材114没有特别限制，只要基材114在尺寸上是稳定的即可。基材114应该是多孔的，使得进料流体124能够通过基材114的孔。合适的多孔基材114的非限制性实例包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)(例如，已经单轴膨胀的适形ePTFE带或已经双轴膨胀的ePTFE膜)，聚酰亚胺，聚酰胺-酰亚胺，硅，玻璃，锌，超高分子量聚乙烯或任何能够承受膨胀温度的材料。在一些实施方式中，基材114能够在一个或多个方向上显著变形，并且可以由未膨胀的PTFE薄膜或部分膨胀的ePTFE带或膜形成。图1的PPX过滤制品102具有单个基材114，但是过滤制品102包括多个基材也在本公开的范围内。仍参考图1，PPX过滤制品102可以包括一个或多个任选的多孔支撑层116。支撑层116可以与基材114相同或彼此不同。合适的支撑层116的非限制性实例包括织造材料，非织造材料，稀松织物和网状物。
可以优化过滤制品102的每个PPX聚合物膜层110、112和/或基材114的各种性质，以实现期望的过滤性能，对于从进料流体124中分离特定颗粒具有期望的渗透率。如以下段落中所讨论的，可以被优化的性质包括例如PPX聚合物膜层110、112和/或基材114的厚度，孔径和孔隙率百分比。可以被优化的PPX聚合物膜层110、112的其他性质包括，例如，节点和/或原纤维的几何结构或尺寸和密度。另一方面，可以被优化的PPX过滤制品102的性质包括例如如下所述的品质因数，质量/面积(MPA)和PVA_20。
如上所述，可以优化PPX聚合物膜层110、112和基材114的厚度。过滤制品102的每个PPX聚合物膜层110、112的标称厚度可小于约50微米，小于约40微米，小于约30微米，小于约20微米，小于约10微米，小于约5微米，小于约3微米，小于约2微米，或小于约1微米。在一些实施方式中，每个PPX聚合物膜层110、112的厚度为约0.05微米至约50微米，约0.05微米至约40微米，约0.05微米至约30微米，约0.05微米至约20微米，约0.05微米至约10微米，约0.05微米至约5微米，约0.05微米至约3微米，约0.05微米至约2微米，或约0.05微米至约1微米。相比之下，PPX过滤制品102的基材114可以相对较厚(例如，厚度大于约50微米)。
另外，可以优化PPX聚合物膜层110、112和基材114的孔隙率。PPX过滤制品102的每个PPX聚合物膜层110、112可以具有相对较小的孔，其平均孔径小于约100纳米(nm)，小于约60纳米(nm)，小于约40nm，小于小于约20nm，或小于约10nm。在一些实施方式中，每个PPX聚合物膜层110、112可以具有平均孔径为约1nm至约100nm，约1nm至约60nm，约1nm至约40nm，约1nm至约20nm，约1nm至约10nm，约5nm至100nm，约5nm至60nm或约5nm至50nm的孔。而且，每个PPX聚合物膜层110、112的孔隙率百分比可以为至少约5％，至少约10％，至少约15％，至少约20％，至少约25％，至少约30％，至少约35％，至少约40％，至少约45％，至少约50％，至少约55％，至少约60％，至少约65％，至少约70％，至少约75％，至少约80％，至少约85％，至少约90％或最高达(并包括端值)约95％。在另一些实施方式中，每个PPX聚合物膜层110、112的孔隙率百分比可以为约5％至约95％，约5％至约75％，约10％至约50％或约10％至约25％。相比之下，PPX过滤制品102的基材114可能比PPX聚合物膜层110、112具有更高的孔隙率。
本文所述的PPX聚合物膜层可具有一种或多种不同的微结构。在至少一个实施方式中，PPX聚合物膜层110、112共享相同的微结构或基本相同的微结构，使得这些微结构不能彼此区分。在另一个实施方式中，PPX聚合物膜层110具有第一微结构，而PPX聚合物层112具有与第一微结构不同的第二微结构。PPX聚合物膜层110、112的各种微结构之间的差异可以通过例如孔隙率的差异，节点和/或原纤维的几何结构或尺寸的差异，和/或密度的差异来衡量。
仍然参考图1，PPX聚合物膜层110、112中的小孔可以使得PPX过滤制品102能够从进料流体124中分离并保留各种类型和尺寸的颗粒，例如纳米颗粒(例如，约5nm至约100nm)，包括相对较大的纳米颗粒(例如，约20nm至约100nm)和相对较小的纳米颗粒(例如，约5nm至小于约20nm)。在某些实施方式中，例如当从进料流体124中分离相对较大的纳米颗粒时，过滤制品102每次通过可实现约40％或更多，约60％或更多，约80％或更多或约90％或更多的纳米颗粒保留。在另一些实施方式中，例如当从进料流体124中分离相对较小的纳米颗粒时，PPX过滤制品102每次通过可实现约40％或更少，约30％或更少，约20％或更少，或约10％或更少的纳米颗粒保留。取决于PPX聚合物膜层110、112中的孔的尺寸，过滤制品102可以实现不同程度的过滤。例如，当平均孔径为约100nm(0.1微米)或更小时，PPX过滤制品102可以实现微滤(MF)，或者当平均孔径为约10nm(0.01微米)或更小时，可以实现超滤(UF)。
另外，PPX聚合物膜层110、112的薄构造和/或基材114中的相对大的孔产生了高渗透性(即，低流动阻力)PPX过滤制品102，其适应给定压力下高流速的进料流体124。例如，过滤制品102可具有至少约0.43克/厘米2/分钟/Mpa(0.003克/厘米2/分钟/psi)，至少约1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)，至少约7.25克/厘米2/分钟/Mpa(0.05克/厘米2/分钟/psi)，至少约14.5克/厘米2/分钟/Mpa(0.1克/厘米2/分钟/psi)，至少约43.51克/厘米2/分钟/Mpa(0.3克/厘米2/分钟/psi)和至少约72.52克/厘米2/分钟/Mpa(0.5克/厘米2/分钟/psi的渗透率)。在一些实施方式中，过滤制品102的渗透率可为约1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)至约72.52克/厘米2/分钟/Mpa(0.5克/厘米2/分钟/psi)，约1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)至约43.51克/厘米2/分钟/Mpa(0.3克/厘米2/分钟/psi)，或约7.25克/厘米2/分钟/Mpa(0.05克/厘米2/分钟/psi)至约14.50克/厘米2/分钟/Mpa(0.1克/厘米2/分钟/psi)。PPX过滤制品102的渗透率可以根据过滤应用而变化。例如，如果从进料流体124中分离相对小的纳米颗粒，则PPX过滤制品102的渗透率可能降低，而如果从进料流体124中分离相对较大的纳米颗粒，则PPX过滤制品102的渗透率可能增大。过滤制品102还可以耐化学侵蚀，耐腐蚀，耐γ辐射，具有热稳定性，生物相容性，牢固性，以及它们的组合。
现在参考图2A和2B，示出了构造过滤制品的示例性方法200。在图2A和2B所示的实施方式中，在步骤202中，将PPX聚合物薄膜层210、212沉积在未膨胀或部分膨胀的基材214上。基材214没有特别限制，前提是基材214是可膨胀的，具有尺寸稳定性，并且如果需要，在其上形成的PPX聚合物薄膜可以移除。合适的基材的一个非限制性实例是膨胀的(或部分膨胀的)聚四氟乙烯(ePTFE)基材。在步骤204中，PPX聚合物薄膜210、212和基材214例如在箭头205的方向上共同膨胀，以形成多孔PPX过滤制品230，其包括PPX聚合物膜层220、222和在它们之间的膨胀基材224。在一些实施方式中，PPX过滤制品230等同于图1中所示的PPX过滤制品102。
任选地，在步骤206中，可以从膨胀PPX过滤制品230中去除PPX聚合物膜层220、222，从而得到在其上具有PPX膜层220、222之一的膨胀基材224。如图2C所示，多孔PPX过滤制品240具有膨胀基材224和PPX聚合物膜层220。如图2D所示，制品250具有膨胀基材224和PPX聚合物膜层222。每个PPX过滤制品240、250可用作图1所示的过滤装置100中的多孔PPX过滤制品102。
方法200的沉积步骤202可以包括例如通过常规的气相沉积方法将PPX聚合物薄膜层210、212依次或同时沉积到基材214的一侧或两侧上。在沉积步骤202期间，基材214可具有小于约40％，小于约30％，小于约20％或小于约10％的相对低的孔隙率百分比，使得PPX聚合物薄膜层210、212主要沉积在基材214的外表面上，而不是渗入或进入基材214的孔中。因此，尽管基材214可以在沉积步骤202之前部分地膨胀，但是基材214和PPX聚合物薄膜210、212两者的膨胀大部分(或全部)在膨胀步骤204期间发生。
如图2A和2B所示，膨胀步骤204可以包括将来自步骤202的PPX聚合物薄膜层210、212和基材214一起沿一个或多个方向拉伸，以将PPX聚合物薄膜层210、212转化成多孔的膨胀PPX聚合物膜层220、222，同时将基材114共膨胀为膨胀基材224。如果在沉积步骤202之前使基材214部分膨胀，则基材214可以在膨胀步骤204中进一步膨胀并转化为膨胀基材224。膨胀可在约80℃至约220℃(例如，约130℃)，约100℃至约220℃，约220℃至约340℃，或约290℃至约340℃的温度下发生。在一些实施方式中，膨胀可在高于基材的熔融温度的温度发生。另外，膨胀步骤204可以以最高达10,000％/秒，1％/秒至10,000％/秒，或10％/秒至5000％/秒的工程应变率(ESR)进行，包括其间的所有范围。
任选地，可以将PPX聚合物膜层220、222之一从多孔PPX过滤制品230的基材224上去除。在一些实施方式中，基材214至少部分地熔融而不使得相应的PPX聚合物膜层220、222熔融。然后，将PPX聚合物膜层220、222之一与软化或熔融的基材214分离，以产生具有单个PPX聚合物膜层和基材224的多孔制品，如图2C和2D所示。在另一个实施方式中，可以例如通过将PPX聚合物膜层220或222从基材224上拉去来将PPX聚合物膜层220或222从基材224上移除，例如通过使用粘合材料(例如粘合胶带)进行，或通过化学降解或磨损PPX聚合物膜来进行该移除。所得的多孔PPX过滤制品240、250包含一个PPX聚合物膜层210或212以及基材214，分别如图2C和2D所示。在又一个实施方式中，可以通过在膨胀步骤204之前在步骤202中从基材214去除PPX聚合物薄膜层210或212来形成PPX过滤制品240、250。特别是，PPX聚合物薄膜层210或212可以如上所述被移除并丢弃。然后，按照步骤204的说明，将剩余的PPX聚合物薄膜层210或212与基材214共膨胀，以形成PPX过滤制品240、250。
在一些实施方式中，支撑层216可以位于过滤制品230、240和250的一个或多个PPX聚合物薄膜上，位于基材224上，或者既位于一个或多个PPX聚合物薄膜上又位于基材上。图2A和2B的方法200示出了任选的支撑步骤208。支撑步骤208可以包括将一个或多个支撑层成层、粘结、层压或以其他方式粘附至PPX过滤制品240、250，如图2B，2C和2D所示。其他支撑层可以在图1、7和8中看到。
参考图3，描绘了形成具有单个PPX聚合物膜层的PPX过滤制品的第二种方法。在步骤302中，将PPX聚合物薄膜层310、312沉积到未膨胀或部分膨胀的基材314上，接下来，去除PPX聚合物薄膜层310、312之一。如步骤304所示，在该实施方式中，PPX聚合物薄膜层312被去除并丢弃，留下PPX聚合物薄膜层310和基材314。应当理解，PPX聚合物薄膜层310可以被去除并丢弃，从而留下PPX聚合物薄膜层312(未示出)，这被认为在本发明的范围内。或者，可以去除并丢弃PPX聚合物薄膜层310，从而在基材314上留下PPX聚合物薄膜层312(未示出)，这样的实施方式也被认为在本发明的范围内。在步骤306中，PPX聚合物薄膜层310和基材314例如在箭头305所示的方向上共膨胀。膨胀步骤306导致具有PPX聚合物膜层320和膨胀基材324的PPX过滤制品350。如上所述，在添加或不添加支撑层(未示出)的情况下，PPX过滤制品350可用作PPX过滤制品102。
应当理解，可以在PPX聚合物膜层之间或之上设置任何数量的基材和/或支撑层，并且这样的实施方式被认为在本公开的范围内。例如，图6中所示的过滤膜600包括四个PPX聚合物膜层610a，610b，612a，612b。图6中所示的过滤膜600包括两个基材614a、614b，其中基材614a被夹在相应的PPX聚合物膜层610a，612a之间，而基材614b被夹在相应的PPX聚合物膜层610b，612b之间。在一些实施方式中，相邻的PPX聚合物膜层610b，612a可以结合在一起。在图7中示出了另一个实施方式，其示出了具有两个支撑层716a，716b的过滤膜700，其中支撑层716a结合到上PPX聚合物膜层710，而支撑层716b结合到下PPX聚合物膜层712。
作为另一个非限制性实例，图8中所示的过滤膜800包括三个支撑层816a，816b，816c，其中支撑层816a结合到上PPX聚合物膜层810a，支撑层816b结合到内PPX聚合物膜层812a，810b，而支撑层816c结合到下PPX聚合物膜层812b。应当理解，本文所述的基材可以彼此相同或不同，并且本文所述的PPX聚合物膜层可以彼此相同和/或不同。还应理解，PPX过滤制品中可以存在任何数量的支撑层和/或PPX聚合物膜层。支撑层可以位于PPX过滤制品内的任何位置，例如，它们可以彼此相邻设置，它们可以被一个或多个PPX聚合物膜层隔开，以及/或者它们可以提供滤液从中通过的PPX过滤制品的第一层或最后一层。
接下来参考图4，其描绘了构造PPX过滤制品的另一种方法400。方法400包括在步骤402中形成润滑的PPX聚合物混合物，在步骤403中将润滑的PPX聚合物混合物形成为PPX聚合物薄膜，在步骤404中将PPX聚合物薄膜附着至未膨胀或部分膨胀的基材，在步骤405中使PPX聚合物薄膜和基材膨胀，形成PPX聚合物制品。方法400还包括任选步骤，以在步骤406中用一个或多个支撑层支撑PPX聚合物膜。每个步骤将在下面详细讨论。
方法400的混合物形成步骤402可以包括将粉末形式的PPX聚合物与加工助剂例如润滑剂混合。润滑剂可以是不可压缩的流体，其在方法400期间不是PPX聚合物的溶剂。润滑剂的选择没有特别限制，可以取决于可燃性，蒸发速率和经济考虑。合适的润滑剂包括，例如，轻矿物油，脂族烃，芳族烃，卤代烃及其组合。
一旦混合，PPX聚合物和润滑剂可以混合在一起，从而均匀地或基本上均匀地将润滑剂分配在混合物中并产生均匀的混合物。可以使用各种混合时间和混合方法。例如，对于PPX-AF4，混合物形成步骤402可以在约80℃至约220℃，约100℃至约290℃，或约220℃至约290℃，或约290℃至约450℃的温度下进行。对于经受热分解和氧化作用的PPX-N和PPX-VT4，混合物形成步骤402可以在低于分解温度的温度下，即约220℃至约250℃，和/或在惰性气氛中进行。
方法400的薄膜形成步骤403可以包括施加足够量的热，压力和/或剪切以形成颗粒间连接并形成连贯的PPX聚合物薄膜410。合适的形成方法包括，例如，柱塞挤压(即，当存在润滑剂时的糊料挤出或糊料加工)和压延。薄膜形成步骤403可以在与混合物形成步骤402相同或相似的温度下进行。PPX聚合物薄膜是独立式结构(未示出)。而且，PPX聚合物薄膜应足够坚固以用于随后的层压步骤404和膨胀步骤405。然后在步骤404中，将在薄膜形成步骤403中获得的PPX聚合物薄膜粘附、层压或以其他方式附着至基材或部分膨胀的基材414。一旦将一个或多个PPX聚合物薄膜附着到基材上，则在步骤405中将一个或多个PPX聚合物薄膜和基材在一个或多个方向上共膨胀以形成PPX过滤制品450(在膨胀基材424上包含至少一个PPX聚合物膜层420、422)。在步骤406中，支撑层416可以任选地附接到一个或多个PPX聚合物膜层。
在图5中，两个PPX聚合物薄膜410、412附接到基材414的相反侧。方法400的膨胀步骤405包括沿一个或多个方向(诸如沿箭头425的方向)拉伸PPX聚合物薄膜和基材414以形成多孔PPX过滤制品450。方法400的膨胀步骤405可以与方法200的膨胀步骤204相似或相同。但是，应当指出，膨胀步骤204、405可以产生具有不同微结构的PPX聚合物膜层110、112。
可以有利地定制本文所述的方法以实现所需的PPX过滤制品。例如，可以选择基材以具有期望的性质，例如但不限于厚度，孔径和孔隙率百分比。另外，可以控制PPX聚合物薄膜和基材在一个或多个方向上的膨胀速率，膨胀温度和膨胀率，以实现某些性能。例如，增加膨胀步骤204、306的单轴膨胀率或面积膨胀率可增加PPX聚合物膜层和基材的孔隙率，并因此增加所得PPX过滤制品的渗透率。在每个实施方式中，可以优化PPX过滤制品中的PPX聚合物膜层和/或基材，以实现具有所需渗透率和性能的所需过滤性能。
另外，本文描述的方法还可以包括任选的表面改性步骤(未示出)，其中可以改变一个或两个PPX聚合物膜层的表面能以适应预期的过滤应用。例如，为了能够用水溶液润湿或防止脱离水溶液的润湿，可以使一个或两个PPX聚合物膜层的PPX聚合物(参见表1)中的苯环结构被乙烯-乙烯醇、聚乙烯醇、胺或其他合适的官能团包覆或以其他方式改性。相同或不同的表面改性步骤也可以应用于存在于PPX过滤制品或过滤装置中的支撑层。
测试方法
应理解，虽然下文描述了某些方法和设备，但也可替代性地采用本领域普通技术人员确定适用的其它方法或设备。
ATEQ气流
ATEQ气流测试测量了空气通过膜样品的层流体积流速。将每个膜样品以密封整个流动路径上2.99厘米2面积的方式夹在两块板之间。使用
Figure GDA0003798099800000161
(ATEQ公司，密歇根州利沃尼亚)Premier D紧凑型流动测试仪来测量通过每个膜样品的气流速率(L/小时)，通过使每个膜样品挑战通过膜的1.2kPa(12毫巴)的气压差来进行。
格利气流
格利(Gurley)气流测试测量了在0.177psi(～1.22kPa)压差下100厘米3空气流过1英寸2(～6.45厘米2)膜样品的时间(以秒计)。在GURLEYTM透气度测定仪和4340型平滑度测定仪(格利精密仪器公司(Gurley Precision Instruments)，纽约州特洛伊)中测试样品。
厚度
使用Keyence LS-7010M数字测微仪(基恩士公司(Keyence Corporation)，比利时梅赫伦)测量样品厚度。
单位面积质量(质量/面积)
膜的质量/面积是通过使用标尺测量膜样品明确限定面积的质量来计算的。使用模具或任何精密切割仪器将样品切割到限定的面积。
密度
通过将单位面积质量除以厚度来计算密度。
通过珠球测试确定渗透率和保留率
珠球测试可测量膜样品的渗透率和珠球保留率。将膜样品限制在25毫米的过滤器支架中。首先用异丙醇(IPA)-去离子水溶液(70:30v/v IPA:水)润湿膜。使用气压迫使该溶液通过膜。使7克溶液流过样品，然后10克由1体积％非离子表面活性剂TRITONTM X-100(CAS9002-93-1；西格马-阿德瑞奇公司(Sigma Aldrich)，密苏里州圣路易斯)在去离子水中制成的水溶液流过。然后用分散在由1体积％TRITONTM X-100在去离子水中制成的水溶液中的直径为0.025微米的聚苯乙烯乳胶珠(Fluoro-Max R25红色荧光聚合物微球赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)，马萨诸塞州沃尔瑟姆)的溶液攻击膜，使得膜被足量的珠攻击，从而在膜表面区域上覆盖单层珠。使用已知浓度的珠球溶液建立的校准曲线确定攻击溶液和滤液中微珠的浓度，并使用安捷伦科技(Agilent Technologies)的Cary Eclipse荧光分光光度计(安捷伦科技，加利福尼亚州圣克拉拉)测量溶液的荧光。
膜的渗透率使用以下的式(1)计算。
Figure GDA0003798099800000171
在上式(1)中，k是膜的渗透率，g是滤液的等分试样的质量，A是过滤器支架中膜样品的物理面积，t是收集滤液等分试样所需的时间，P是通过膜的压差。在式(1)中，g/t是通过膜的质量流速，而g/At是通过膜的质量通量。
使用下面的式(2)计算溶液中被膜保留的珠球的百分比。
Figure GDA0003798099800000172
在上式(2)中，C攻击是攻击溶液中珠球的浓度，C滤液是滤液中珠球的浓度。
品质因数
使用珠球测试的指标，利用下式(3)计算过滤制品的品质因数：
品质因数＝-ln(P)*渗透率 (3)
其中P是由式(4)定义的过滤器渗透率：
P＝(1-％保留率/100) (4)。
确定气体吸附的方法
气体吸附的确定是在康塔仪器(Quantachrome Instruments)(美国佛罗里达州博因顿海滩)的AutoSorb iQ MP-XR气体吸附仪上使用87K氩气进行的。在高真空下，使用最高达130℃的步进加热曲线对约0.1克的样品脱气3小时。使用p/p0的低初始值，以评估样品的孔结构，直至微孔状态(<2nm)。吸附的气体量在标准温度和压力下(273.15K(0℃)和760托(～101.33kPa))转换为体积，然后除以脱气样品的质量，得到比体积。在每个等温线点测量氩气的蒸气压(p0)，并用它根据剂量压力计算分压(即p/p0)。然后根据在每个分压下测得的比容生成等温线。
使用康塔的VersaWin软件和包括的计算模型(称为“碳上87K氩(狭缝孔，NLDFT平衡模型)”)通过等温线计算样品的孔径分布。这些DFT计算的输出是在0.35纳米至40纳米的孔径范围内有效的孔径分布，以及在同一范围内以厘米2/克为单位的累积孔体积。将小于20.056纳米的孔径的每单位质量的累积孔体积值乘以样品的每单位面积的质量，得到每单位膜面积小于20纳米的孔体积，表示为PVA_20，其中PVA_20是每单位膜面积小于20纳米的孔体积(厘米3/米2)。PVA_20由式(5)定义：
PVA_20＝累积孔体积[厘米3/克,20.065纳米]*MPA[克/米2] (5)。
实施例
上文中已经概括性地并且结合具体实施方式描述了本申请的发明。对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下，对实施方式进行各种修改和变动。因此，实施方式旨在覆盖对本发明的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。
比较例1
将根据Baillie的美国专利第6,541,589号的教导制备的聚四氟乙烯聚合物细粉与0.184lb/lb的异烷烃润滑剂(ISOPARTM K，埃克森美孚(Exxon)，德克萨斯州休斯顿)混合。然后将所得混合物混合，压制成圆柱状小丸，并在49℃的温度下热调理至少8小时。然后将圆柱状小丸以72:1的缩小比例通过矩形孔口模头挤出以形成带。然后将带在辊之间以3:1的压延比压延。然后将压延的带以3.6:1的比例横向拉伸并在200℃的温度下干燥。
然后将干燥的带在330℃，在纵向上膨胀至7:1的单轴膨胀率。随后将所得材料在约310℃的温度下沿横向方向膨胀至12:1的面积膨胀率。
将该双轴膨胀膜在辊之间(25℃)以1米/分钟的速度和10牛/毫米的压缩力压缩。
比较例2
将根据Baillie的美国专利第6,541,589号的教导制备的聚四氟乙烯聚合物细粉与0.151lb/lb润滑剂(ISOPARTM K，埃克森美孚(Exxon)，德克萨斯州休斯顿)混合。然后将所得混合物混合，压制成圆柱状小丸，并在49℃的温度下热调理至少8小时。然后将圆柱状小丸以72:1的缩小比例通过矩形孔口模头挤出以形成带。然后将带在辊之间以3:1的压延比压延。然后将压延的带以3.6:1的比例横向拉伸并在200℃的温度下干燥。
然后将干燥的带在330℃，在纵向上膨胀至5:1的单轴膨胀率。随后将所得材料在约310℃的温度下沿横向方向膨胀至10.8:1的面积膨胀率。然后将该膜在约380℃的温度下烧结25秒。
将该双轴膨胀膜在辊之间(25℃)以1米/分钟的速度和20牛/毫米的压缩力压缩。
比较例3
将根据Baillie的美国专利第6,541,589号的教导制备的聚四氟乙烯聚合物细粉与0.145lb/lb润滑剂(ISOPARTM K，埃克森美孚(Exxon)，德克萨斯州休斯顿)混合。然后将所得混合物混合，压制成圆柱状小丸，并在49℃的温度下热调理至少8小时。然后将圆柱状小丸以72:1的缩小比例通过矩形孔口模头挤出以形成带。然后将带在辊之间以3:1的压延比压延。然后将压延的带以3.6:1的比例横向拉伸并在230℃的温度下干燥。
然后将干燥的带在325℃，在纵向上膨胀至5:1的单轴膨胀率。随后将所得材料在约300℃的温度下沿横向方向膨胀至12.3:1的面积膨胀率。
将该双轴膨胀膜在辊之间(90℃)以5米/分钟的速度和80牛/毫米的压缩力压缩。
实施例1
部分1：聚四氟乙烯(PTFE)基材带
将根据Malhotra等人的美国专利第4,576,869号的教导制备的聚四氟乙烯聚合物细粉与0.176lb/lb异烷烃润滑剂(ISOPARTM K，埃克森美孚(Exxon)，德克萨斯州休斯顿)混合。然后将所得混合物混合，压制成圆柱状小丸，并在70℃的温度下热调理至少8小时。然后将圆柱状小丸以72:1的缩小比例通过矩形孔口模头挤出以形成带。然后将带在辊之间以3:1的压延比压延。然后将压延的带以3.6:1的比例横向拉伸并在240℃的温度下干燥。这产生了PTFE带，该PTFE带用作用于随后被
Figure GDA0003798099800000201
涂覆并膨胀的基材。
部分2：PPX涂层
将PTFE基材输送到特殊涂料***公司(Specialty Coating Systems，印第安纳州印第安纳波利斯)。使用特殊涂料***公司的市售默认涂层工艺在带样品的两侧上均涂覆
Figure GDA0003798099800000202
膜至约1微米的厚度，该工艺在本文中称为“标准工艺”，形成了相应的“标准涂层”。该样品在双轴受电弓机中于335℃双轴(即沿两个方向)膨胀至3.22的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例2
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000203
膜至厚度为约1微米。该样品在双轴受电弓机中于335℃双轴(即沿两个方向)膨胀至12.1的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例3
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000211
膜至厚度为约5微米。该样品在双轴受电弓机中于335℃双轴(即沿两个方向)膨胀至2.71的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。随后将样品放入380℃的烘箱中30秒。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例4
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000212
膜至厚度为约5微米。该样品在双轴受电弓机中于335℃双轴(即沿两个方向)膨胀至11.3的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。随后将样品放入380℃的烘箱中30秒。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例5
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000213
膜至厚度为约2微米。该样品在双轴受电弓机中于300℃双轴(即沿两个方向)膨胀至16.6的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。随后将样品放入380℃的烘箱中30秒。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例6
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000214
膜至厚度为约1微米。该样品在双轴受电弓机中于320℃双轴(即沿两个方向)膨胀至42.3的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。随后将样品放入380℃的烘箱中30秒。这产生了PPX过滤制品。将一层粘合胶带(ULINE S-1893，普莱曾特普雷里，威斯康星州)施加到膜表面上，并迅速除去，从而从PPX过滤制品的那一侧除去
Figure GDA0003798099800000221
层。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例7
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000222
膜至厚度为约2微米。该样品在双轴受电弓机中于150℃双轴(即沿两个方向)膨胀至7.04的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以10％/秒的速率进行膨胀。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
实施例8
将PTFE基材带(实施例1，部分1)输送到特殊涂料***公司(印第安纳州印第安纳波利斯)。根据标准工艺(实施例1)，在带样品的两侧上都涂覆
Figure GDA0003798099800000223
膜至厚度为约2微米。该样品在双轴受电弓机中于200℃双轴(即沿两个方向)膨胀至15.6的面积膨胀率。沿纵向和横向同时在两个方向中的每个方向上以25％/秒的速率进行膨胀。这产生了PPX过滤制品。PPX过滤制品的性能列于表2中。
表2
PPX过滤制品的性能和涂覆工艺
Figure GDA0003798099800000224
Figure GDA0003798099800000231
N/A＝不适用
a＝进行25秒
还使用上述测试程序评估了每种PPX过滤制品的气流(ATEQ和/或格利值)，平均滤液渗透率(参见上述式(1))和珠球保留率(参见上述式(2))。结果在下表3中提供。
表3
PPX过滤制品性能
Figure GDA0003798099800000232
N/A＝不适用
将各种PPX过滤制品的平均滤液渗透率相对于纳米颗粒珠保留率作图，并示于图9。通常，PPX聚合物膜表现出比对比ePTFE膜更好的渗透率和纳米颗粒保留率。
图10分别描绘了实施例1-8的PPX过滤制品的品质因数，其通过PVA_20和质量/面积(MPA)来评级。PPX过滤制品的品质因数对应于PPX过滤制品的相对保留率和渗透率性能。PVA_20和质量/面积(MPA)是与PPX过滤制品的品质因数密切相关的性质。通常，较低的PVA_20值对应较高的品质因数。可以通过减少质量/面积(MPA)和/或PVA_20来优化过滤制品的品质因数。数据表明，为了使得流量和保留率之间的平衡最大化，希望使得PVA_20值和/或质量/面积(MPA)值最小化。如图10所示，可以通过减小PVA_20来优化品质因数。在一些实施方式中，PVA_20小于约2.0厘米3/米2，小于约1.5厘米3/米2，小于约1.0厘米3/米2，小于约0.75厘米3/米2，小于约0.6厘米3/米2，小于约0.5厘米3/米2，小于约0.4厘米3/米2，小于约0.3厘米3/米2，小于约0.2厘米3/米2，或小于约0.1厘米3/米2。在一些实施方式中，PVA_20为约0.1厘米3/米2至约2.0厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约1.5厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约1.0厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约0.75厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约0.6厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约0.5厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约0.4厘米3/米2，约0.1厘米3/米2至约0.3厘米3/米2，或约0.1厘米3/米2至约0.2厘米3/米2。图11示出了可以通过减小PPX过滤制品的质量/面积(MPA)来优化品质因数。在一些实施方式中，质量/面积(MPA)小于30克/米2。质量/面积(MPA)可以在约5克/米2至约30克/米2，约5克/米2至约25克/米2，约5克/米2至约20克/米2，约5克/米2至约15克/米2，或约5克/米2至约10克/米2的范围内。
上文中已经概括性地并且结合具体实施方式描述了本申请的发明。对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下，对实施方式进行各种修改和变动。因此，实施方式旨在覆盖对本发明的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。

Claims (23)

1.一种方法，其包括：
使包括颗粒群的进料流体通过至少一个聚对二甲苯聚合物膜，使得颗粒群的至少一部分与进料流体分离，所述聚对二甲苯聚合物膜包括已经在一个或多个方向上膨胀的聚对二甲苯聚合物薄膜，所述聚对二甲苯聚合物薄膜是未膨胀的聚对二甲苯聚合物，所述聚对二甲苯聚合物包含
Figure FDA0003995835260000011
Figure FDA0003995835260000012
或它们的组合，至少一种聚对二甲苯聚合物膜(220,222)具有以下的至少一种：PVA_20小于0.6厘米3/米2和/或质量/面积(MPA)小于30克/米2，其中PVA_20是每单位膜面积小于20纳米的孔体积(厘米3/米2)，PVA_20由下式定义：
PVA_20＝累积孔体积[厘米3/克,20.065纳米]*MPA[克/米2]。
2.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的厚度为0.05微米至50微米。
3.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜包含
Figure FDA0003995835260000013
或它们的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜与多孔基材的至少一侧连接。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述多孔基材包含选自以下的材料：聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、硅、玻璃和锌。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述多孔基材的厚度大于至少一个聚对二甲苯聚合物膜的厚度。
7.如权利要求4所述的方法，其中，所述多孔基材的孔隙率大于至少一个聚对二甲苯聚合物膜的孔隙率。
8.如权利要求4所述的方法，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的渗透率为1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)至43.51克/厘米2/分钟/MPa(0.3克/厘米2/分钟/psi)。
9.如权利要求1所述的方法，其中，进料流体是水性液体，非水性液体或它们的混合物。
10.如权利要求1所述的方法，其中，进料流体是生物液体。
11.一种过滤装置，其包括：
至少一个聚对二甲苯过滤制品，其包括：
多孔基材；和
至少一个连接到所述多孔基材的至少一侧的聚对二甲苯聚合物膜，
其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的孔径为1nm至100nm，以及
其中，过滤制品具有以下特征中的至少一种：PVA_20小于0.6厘米3/米2和/或质量/面积(MPA)小于30克/米2，所述聚对二甲苯聚合物膜包括已经在一个或多个方向上膨胀的聚对二甲苯聚合物薄膜，所述聚对二甲苯聚合物薄膜是未膨胀的聚对二甲苯聚合物，所述聚对二甲苯聚合物包含
Figure FDA0003995835260000031
Figure FDA0003995835260000032
或它们的组合，
其中PVA_20是每单位膜面积小于20纳米的孔体积(厘米3/米2)，PVA_20由下式定义：
PVA_20＝累积孔体积[厘米3/克,20.065纳米]*MPA[克/米2]。
12.如权利要求11所述的过滤装置，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的厚度为0.05微米至3微米。
13.如权利要求11所述的过滤装置，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的渗透率为1.45克/厘米2/分钟/Mpa(0.01克/厘米2/分钟/psi)至43.51克/厘米2/分钟/MPa(0.3克/厘米2/分钟/psi)。
14.如权利要求11所述的过滤装置，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的孔径为1nm至100nm。
15.如权利要求11所述的过滤装置，其中，聚对二甲苯过滤制品的PVA_20为0.1厘米3/米2至2.0厘米3/米2，其中PVA_20是每单位膜面积小于20纳米的孔体积(厘米3/米2)，PVA_20由下式定义：
PVA_20＝累积孔体积[厘米3/克,20.065纳米]*MPA[克/米2]。
16.如权利要求11所述的过滤装置，其中，聚对二甲苯过滤制品的质量/面积为5克/米2至30克/米2。
17.如权利要求11所述的过滤装置，其中，聚对二甲苯过滤制品的PVA_20为0.1厘米3/米2至2.0厘米3/米2，并且质量/面积为5克/米2至30克/米2。
18.如权利要求11-17中任一项所述的过滤装置，其中，聚对二甲苯聚合物膜是PPX-AF4膜。
19.如权利要求11-17中任一项所述的过滤装置，其还包括连接至多孔基材的相反侧的第二聚对二甲苯聚合物膜。
20.一种过滤装置，其包括：
过滤壳体，其包括：
构造为将包含颗粒群的进料流体引导到过滤壳体中的流体入口；和
构造为将滤液引导出过滤壳体的流体出口；和
至少一个多孔聚对二甲苯聚合物膜，其设置在过滤壳体内的流体入口和流体出口之间，并且构造成将颗粒群的至少一部分与进料流体分离；
所述聚对二甲苯聚合物膜是未膨胀的聚对二甲苯聚合物，所述聚对二甲苯聚合物包含
Figure FDA0003995835260000041
Figure FDA0003995835260000042
或它们的组合，
所述聚对二甲苯聚合物膜具有以下的至少一种：PVA_20小于0.6厘米3/米2和/或质量/面积(MPA)小于30克/米2，
其中PVA_20是每单位膜面积小于20纳米的孔体积(厘米3/米2)，PVA_20由下式定义：
PVA_20＝累积孔体积[厘米3/克,20.065纳米]*MPA[克/米2]。
21.如权利要求20所述的过滤装置，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜包括：
第一聚对二甲苯聚合物膜，其连接至多孔基材的第一侧，其中第一聚对二甲苯聚合物膜与流体入口流体连通；和
第二聚对二甲苯聚合物膜，其连接至所述多孔基材的第二侧，其中第二聚对二甲苯聚合物膜与流体出口流体连通。
22.如权利要求20或21所述的过滤装置，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的渗透率为至少0.003克/厘米2/分钟/psi。
23.如权利要求20，21或22所述的过滤装置，其中，至少一个聚对二甲苯聚合物膜的渗透率为0.01克/厘米2/分钟/psi至0.3克/厘米2/分钟/psi。
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