FI104587B - Kapeakaistaisia säteilysuodatinkalvoja - Google Patents

Description

, 104587

Kapeakaistaisia säteilysuodatinkalvoja Tämä keksintö on tehty USA:n hallituksen tuella University of Pittsburghin tekemällä aiesopimuksella nro 5 3382-1, joka perustuu USA:n ilmavoimien kanssa tehtyyn pääsopimukseen nro F33615-88-C-5432. USA:n hallituksella on tiettyjä oikeuksia tähän keksintöön.

Keksintö koskee parannuksia kapeakaistaisiin sätei-lysuodattimiin. Tarkemmin määriteltynä keksintö tarjoaa 10 käyttöön suodattimen, joka käsittää polymeroituun kalvoon kiinnitetyistä mikrohiukkasista koostuvan hyvin järjestyneen kidemuodostelman. Tällä suodattimena on kyky taivuttaa ja siten suodattaa kapea säteilykaista eroon tulevasta leveämmästä säteilykaistasta.

15 Kiteisiä kolloidisia kapeakaistaisia säteilysuo- dattimia on kuvattu US-patenttijulkaisuissa 4 627 689 ja 4 632 517 (9.12.1986 ja vastaavasti 30.12.1986, Sanford A. Asher). Niissä kuvattujen keksintöjen mukaisesti sähköisesti varautuneita hiukkasia dispergoitiin dielektriseen 20 nesteeseen kolloidiseksi dispersioksi. Nestedispersio sisällytettiin ohueen tasomaiseen kennoon läpinäkyvästä materiaalista, kuten metakrylaattimuovista, päällystetystä lasista tai kvartsista, koostuvien seinämien sisään.

Hyvin järjestynyt kolloidihiukkasista koostuva ki- 25 demuodostelma, joka tarvitaan kapean kaistan diffraktioon, saatiin aikaan käyttämällä kolloidisen suspension valmistuksessa ja sisällytyksessä optimiolosuhteiden yhdistelmää. Asherin kuvaamilla kolloidisilla muodostelmasuodattimilla voitaisiin otaksuttavasti taivuttaa selektiivisesti kapea 30 säteilykaista, leveydeltään alle 20 nm. Asherin mukaan , ” joissakin edullisissa suoritusmuodoissa voitiin taivuttaa yli 99 % säteilystä kaistan leveyden ollessa alle 5 nm, samalla kun yli 80 % viereisten aallonpituuksien in tensiteetistä kulki läpi.

2 104587

Asherin kuvaamissa kiteisissä kolloidisissa muodostelmissa suspendoitiin sähköisesti varautuneita polysty-reenimikrohelmiä dielektriseen nesteeseen, edullisesti veteen, ja suspensiossa olevien varautuneiden hiukkasten 5 välinen sähköinen vuorovaikutus sai aikaan kiteisen hiuk-kasmuodostelman syntymisen. Mainitunlaisista kolloidisista suspensioista koostuvissa ohuissa kerroksissa, jotka olivat ohuissa kennoissa muovista, päällystetystä lasista tai kvartsista koostuvien seinämien sisällä, saavutettiin hyvin 10 järjestynyt kidemuodostelma. Polystyreenimikrohelmien korkea järjestymisaste kiteisessä kolloidisessa rakenteessa saavutettiin puhdistamalla huolellisesti mikrohelmet ja nesteväliaine elektrolyyttien ja pinta-aktiivisten epäpuhtauksien poistamiseksi niistä ja käyttämällä hiukkaskool-15 taan yhtenäisiä mikrohelmiä monodispergoidun suspension aikaansaamiseksi.

Tällaisissa kolloidisissa muodostelmissa taipuvan valon aallonpituuden määrää kiteisen kolloidisen rakenteen hilatasojen välinen etäisyys, jonka puolestaan määrää dis-20 pergoitujen hiukkasten koko, kolloidihiukkaspitoisuus väliaineessa ja kolloidikerroksen paksuus. Taipuneen valon kaistan leveys pienenee kiteiden järjestymisasteen kasvaessa suspensiossa. Asherin esittämiin kolloidimuodostelmiin liittyvä tärkein puute on niiden hauraus. Muodostelmahila 25 saattaa tuhoutua joutuessaan iskun, lämpötilan vaihteluiden ja ionien vaikutuksen kohteeksi. Tämä puute tekee muodostelmista käyttökelvottomia suodatinsovellutuksissa.

Edellä mainitussa Asherin US-patenttijulkaisusssa 4 627 689 on kuvattu myös menetelmää suodattimen valmis-30 tamiseksi nesteväliaineessa, jossa vallitsee pitoi- : suusgradientti "ja 'jäädyttämällä' sitten epäyhtenäinen tila, esimerkiksi polymerointimenetelmin". Tätä rakennetta ilmentävää suodatinta ei kuitenkaan ole kuvattu ; tarkemmin eikä myöskään mitään "polymerointimenetelmää".

3 104587 US-patenttijulkaisussa 4 451 412 (29.5.1984, B.

Loiseaux et ai.) kuvataan menetelmää diffraktoivien faasi-rakenteiden muodostamiseksi väliaineeseen, joka koostuu polymeroitavissa olevaan nesteeseen suspendoiduista poly-5 styreenimikrohelmistä. Interferenssikuviot muodostivat suspensiossa holografisen alkeiskuvan. Kuva kiinnitettiin sitten polymeroimalla väliaine. Orgaanisiin nesteisiin tehtyjen suspensioiden yhteydessä on kuvattu polymeroitavissa olevien akryylimonomeerien käyttöä. Vesipohjaiseen 10 väliaineeseen tehtyjen suspensioiden yhteydessä on kuvattu vesiliukoisten monomeerien, erityisesti akryyliamidimono-meerien, käyttöä yhdessä diatsovapaaradikaali-initiaatto-reiden kanssa.

On havaittu ettei Asherin patenteissa kuvatun kal-15 täistä polystyreenihelmien muodostamaa hyvin järjestynyttä kidemuodostelmaa voida kiinnittää Loiseauxin patentissa kuvatuilla polymerointimenetelmillä. Tämä johtuu silloi-tusaineen puuttumisesta ja US-patentti julkaisussa 4 451 412 kuvattujen diatsoinitiaattoreiden ionisista ominaisuuksis-20 ta, jotka ovat haitallisia järjestyneen muodostelman ylläpitämiselle vesiväliaineessa.

Tämä keksintö on helpommin ymmärrettävissä liitteenä olevien kuvioiden 1-5 avulla, jotka ovat graafisia esityksiä sekä tämän keksinnön piiriin kuuluvien suodat-• 25 timen että vertailusuodattimien absorptiospektreistä.

Tämä keksintö koskee kapeakaistaista säteilysuoda-tinta, joka käsittää varautuneista hiukkasista koostuvan kidekolloidimuodostelman kiinnitettynä polymeerisestä hydrogeelistä koostuvaan itsekantavaan kalvoon, jolloin 30 varautuneet hiukkaset ovat kopolymeeriä, joka on muodos-* tunut styreenistä ja komonomeeristä, joka on valittu ryhmästä 1-natrium-1-allyylioksi-2-hydroksipropaanisulfon- aatti, styreenisulfonaatti, 2-akryyliamido-2-metyylipro-paanisulfonaatti, 3-sulfopropyylimetakrylaatin kaliumsuola 35 ja vinyylisulfonaatti, ja hydrogeelissä oleva polymeeri on 4 104587 polymeeri, joka sisältää akryyliamidia, mahdollisesti kopolymeeriä, joka on vesiliukoinen ja on vinyylipyr-rolidoni tai hydroksietyylimetakryylihappoesteri, ja N,N-metyleenibisakryyliamidia.

5 Keksinnön kohteena on myös kapeakaistainen säteily- suodatin, joka käsittää varautuneiden hiukkasten muodostaman kidekolloidimuodostelman, joka on muodostettu vesipohjaisesta väliaineesta koostuvaan ohueen kalvoon ja kiinnitetty hydrogeelikalvoon, joka on muodostettu polyme-10 roimalla mainitussa vesiväliaineessa oleva akryyliamidin, mahdollisen vesiliukoisen komonomeerin ja vesiliukoisen silloitusaineen ja lisäaineen seos, joka lisäaine on yksinkertainen sokeri, polyhydrinen alkoholi tai niiden seos.

Tämän keksinnön käytännön toteutuksessa hyödynnet-15 tävä kiteinen muodostelma voi olla Asherin edellä mainitussa US-patenttijulkaisussa 4 627 689 kuvaama. Vaikka tällaisia polystyreenimikrohelmiä on saatavissa kaupallisesti, edullinen kolloidinen muodostelma valmistetaan käyttämällä mikrohelmihiukkasia, joita saadaan kopolymeroimalla styree-20 niä ja vesiliukoista vinyyli- tai akryylikomonomeeria, jossa on anioninen ryhmä, joka ei ole helposti hydrolysoitavissa. Edullinen anioninen ryhmä on sulfonaat-tiryhmä. Yksi tähän tarkoitukseen edullinen komonomeeri on 1-natrium-1-allyylioksi-3-hydroksipropaanisulfonaatti 25 (COPS-1). Muihin komonomeereihin, joissa on anionisia ryhmiä ja joita voidaan kopolymeroida styreenin kanssa tämän keksinnön yhteydessä käytettäväksi soveltuvan kopolyme-roitujen mikrohelmien emulsion muodostamiseksi, kuuluvat styreenisulfonaatin natriumsuola, 2-akryyliamidi-2-metyyli-30 propaanisulfonaatti, 3-sulfopropyylimetakrylaatin kalium- suola ja vinyylisulfonaatti.

Kolloidisen muodostelman valmistukseen käytettävässä kopolymeroidussa emulsiossa polymeroidun komonomeerin anio-nisilla ominaisuuksilla on suspendoitujen kopolymeerihiuk-35 kasten pintavaraustiheyttä suurentava vaikutus. Kasvanut , 104587 - 5 pintavaraus ilmeisesti voimistaa sähköisiä voimia, jotka muodostavat kidemuodostelman vesiväliaineeseen ja pitää sitä yllä, ja lujittaa siten kidemuodostelmaa nestemäisessä väliaineessa. Tällaisen komonomeerin käytön yhtenä etuna 5 on, että kopolymeeriemulsio muotoutuu hyvin järjestyneeksi kidemuodostelmaksi paljon nopeammin kuin polystyreeniemul-sio. Toinen etu on, että lujitettu muodostelma pystyy paremmin kestämään jännitystä silloittuneen hydrogeelin muodostumisen aikana vesiväliaineessa.

10 Kidemuodostelman "kiinnittämiseksi." tehtävän poly meerin muodostamisen suhteen on havaittu, että akryyliami-din ja silloittavien monomeerien yhdistelmät, jotka voidaan liuottaa yhdessä initiaattorin kanssa vesiväliaineeseen, jossa kidemuodostelma on suspendoituneena, ovat tar-15 peellisia tämän keksinnön käytännön toteutuksen kannalta.

Sähköisesti varautuneiden mikrohelmien suspensio vesiliuoksessa, jossa on akryyliamidia ainoana polymeroi-tavissa olevana monomeerina, voi käytettäessä varauksettomia initiaattoreita, säilyttää kidejärjestyksen ennen poly-20 merointia. Liuenneen monomeerin polymeroituessa ei kuitenkaan muodostu hydrogeelikalvoa. Tuloksena olevassa jäyk-käliikkeisessä nesteessä oleva kidemuodostelma heikkenee siinä määrin, että diffraktioaste alenee merkitsevästi, ellei häviä kokonaan. Silloittavan komonomeerin käyttö on ' ' 25 siksi välttämätöntä. Silloitusaineen läsnäolo johtaa geeleihin, joissa polymeerin yhteenkietoutumistiheys on alhainen (avoimet huokosrakenteet), mikä on välttämätöntä kolloidisten kiteiden sijoittumiselle.

Tämän keksinnön käytännön toteutuksessa käytettävä 30 reagoiva akryyliamidi voidaan korvata osittain vesiliukoi-w sella komonomeerilla tai sellaisten seoksella. Hydrogeelejä muodostavat komonomeerit ovat alalla hyvin tunnettuja, ja niihin kuuluvat esimerkiksi vinyylipyrrolidoni ja hydrok-sietyylimetakryylihappoesterit. Tällaisilla komonomeereilla 35 voidaan korvata korkeintaan 70 paino-%, edullisesti kor- β 104587 keintaan noin 50 paino-%, reagoivasta akryyliamidista. Tässä käytetyn termin "akryyliamidi" piiriin tulisi siksi ymmärtää kuuluvaksi seos, jossa amidi on osittain korvattu mainitunlaisilla komonomeereilla, ellei toisin mainita.

5 Akryyliamidin yhteydessä käytettävissä silloitusai- neissa on silloitusryhmä, joka tehtäessä polymerointi hyd-rogeelin valmistamiseksi, muodostaa silloittuneen polymee-riverkoston hydrogeeliin, millä on taipumus kiinnittää suspendoituneet hiukkaset muodostelmaan. Silloitusaine myös 10 edistää hydrogeelin muodostumista ja lujittaa kalvoa, niin että voidaan valmistaa itsekantava kalvo. Yksi edullinen silloitusaine käytettäväksi akryyliamidin yhteydessä toteutettaessa tämä keksintö käytännössä, on metyleenibisak-ryyliamidi. Muita käyttökelpoisia silloitusaineita ovat 15 metyleenibismetakryyliamidi tms. Voidaan muodostaa hydro-geelikalvoja, joissa kiderakenne säilyy jossakin määrin, kun silloitusainetta on niinkin vähän kuin sadasosa komo-nomeeriseoksen massasta. Kiderakenne säilyy paremmin sil-loitusaineen osuuden kasvaessa polymeroitavissa olevassa 20 seoksessa, ja erinomainen rakenteen säilyminen ja sen seurauksena erinomainen kapean kaistan taivutuskyvyn säilyminen saadaan aikaan käyttämällä silloitusaineen ja akryyliamidin (massa)suhdetta noin 1:5 - 1:12. Suhde on edullisesti noin 1:8 - 1:12. Suhde on erityisen edullisesti • 25 noin 1:9.

Lisäksi on havaittu, että monomeerisuhteiden ohella mainittujen monomeerien kokonaiskiintoainepitoisuudella mainitussa vesiliuoksessa on merkittävä vaikutus valmistetun suodattimen ominaisuuksiin. Lisäksi kokonaiskiintoai-30 nepitoisuuden ja monomeerisuhteiden on havaittu riippuvan jossakin määrin toisistaan. Kiintoainepitoisuudet voivat vaihdella suunnilleen arvosta 2 paino-% monomeerisuhteen ollessa noin 1:49 arvoon, joka suurempi kuin noin 20 monomeerisuhteen ollessa noin 1:15. Edullisten monomeeri- 7 104587 - suhteiden kannalta katsottuna kiintoainepitoisuudet noin 3-9 paino-% ovat edullisia.

Akryyliamidi, mahdollinen komonomeeri ja silloitus-aine voidaan liuottaa yhdessä initiaattorin kanssa kide-5 muodostelman vesiväliaineeseen häiritsemättä kidejärjestys-tä. Seos voidaan polymeroida initiaattorin toiminnan kautta valottamalla aktiinisella säteilyllä, jolloin muodostuu hydrogeeli, jossa kidejärjestys on kiinnittyneenä ja tallella. Tämän hydrogeelin muodostama kalvo kiinnittyneine 10 kidemuodostelmineen voi sitten toimia diffraktoivana suodattimena. Edullisissa suoritusmuodoissa kidejärjestys säilyy liuotettujen komonomeerien polymeroinnin jälkeen hydrogeelissä siinä määrin, että se pystyy selektiivisesti taivuttamaan kapean kaistan käytännöllisesti katsoen yhtä 15 tehokkaasti kuin ennen polymerointia.

Tämän keksinnön yhteydessä voidaan käyttää valon-herkkää varauksetonta vapaaradikaali-initiaattoria. Lämmön-herkkää vapaaradikaali-initiaattoria, joka voidaan aktivoida kohtuullisessa lämpötilassa, voidaan myös käyttää 20 joko sellaisenaan tai yhdistettynä aktivoivaan valoon. Esimerkkejä tämän keksinnön yhteydessä käytettäväksi soveltuvista vapaaradikaali-initiaattoreista ovat edullinen bentsoiinimetyylieetteri samoin kuin bentsoiinietyylieet-teri, meripihkahappoperoksidi, 2-hydroksi-2-metyyli-l-fe-·' 25 nyyli-propan-l-oni, 4-(2-hydroksietoksi)-fenyyli-(2-pro- pyyli) ketoni,2,2'-atsobis(2,4-dimetyyli-4-metoksivalero)-nitriili ja atsobis-isobutyronitriili. Initiaattori voidaan liuottaa vesiliukoiseen liuottimeen, kuten isopropanoliin tai etyleeniglykoliin, initiaattorin dispergoitumisen edis-30 tämiseksi vesiliuoksessa. Hyvin pienet katalyyttiset määrät * initiaattoria, tavallisesti alle 1 paino-% liuoksesta, ovat tehokkaita tämän keksinnön tarkoituksiin.

Initiaattoreita käytetään edullisesti 0,001 - noin 1 paino-% monomeeri(e)n kokonaismäärästä. On erityisen 35 edullista käyttää initiaattoreita noin 0,01 paino-% samalla 104587 8 tavoin laskettuna. Tämän keksinnön yhtenä päämääränä on saada aikaan kuvatun kaltainen hyvin järjestynyt kidekol-loidimuodostelmasuodatin, joka on suspendoitu ohueen poly-meroituun hydrogeelikalvoon dielektrisen nesteväliaineen 5 sijasta. Keksinnön yhtenä etuna on, että kun hyvin järjestynyt kolloidihiukkasista koostuva kidemuodostelma on kiinnitetty hydrogeeliin polymeroimalla, kiderakenteen säilyminen ei enää riipu varautuneiden hiukkasten sähköisistä vuorovaikutusvoimista. Polymeroidussa väliaineessa 10 oleva kiinnitetty muodostelma ei enää ole herkkä lämpötilan muutoksille (kuten jäätymiselle), sähkökentille eikä mekaanisille iskuille, jotka voisivat aiheuttaa nesteissä olevan kidejärjestyksen muuttumisen tai häviämisen.

Keksinnön yhtenä toisena etuna on, että hydrogeelis-15 sä oleva ohut dispersiokerros voi joissakin edullisissa suoritusmuodoissa olla itsekantava polymeerikalvo, jolloin ei tarvita suodattimen sisältäviä kennon seinämiä.

Lisäksi on havaittu, että yksinkertaisten sokerei-den, kuten sakkaroosin, fruktoosin, laktoosin ja glukoosin, 20 tai muiden polyhydristen alkoholien, kuten etyleeni- ja propyleeniglykolien, lisääminen parantaa edelleen suodattimien kestävyyttä pakkaslämpötiloissa, jotka tähän asti ovat kokonaan tuhonneet mainitun suodattimen suodatuskyvyn jopa sulamisen jälkeen. Tällaisia sokereita ja polyoleja 25 voidaan lisätä 0,01 paino-% akryyliamidin määrästä mainittuun vesiväliaineeseen liukeneva suurin määrä. Mainitunlaisia sokereita ja polyoleja on edullisesti läsnä noin 0,01 - 25 paino-% samalla tavoin laskettuna. Mainitunlaisia sokereita ja polyoleja on erityisen edullisesti läs-30 nä noin 0,1 - 25 paino-% samalla tavoin laskettuna.

* 9 104587

Esimerkki 1

Seuraava menettelyä käytetään valmistettaessa edullinen kopolymeerilateksi käytettäväksi tämän keksinnön yhteydessä. Sekoitetaan ennalta kolme liuosta käytettäviksi 5 emulsiopolymeroinnissa. Ne ovat seuraavat: 1. Liuos vesifaasia varten

Tislattua vettä 103,50 g

Natriumvetykarbonaattia 0,14 g 10 Aerosolia MA-80 2,10 g vesiliukoista komonomeeria (Cops-1) vaihteleva määrä (Latekseihin käytettiin 2,36 g 40-%:ista varas-toliuosta).

15 2. Liuos monomeerifaasia varten

Styreeniä (tislattua) 45,15 g

Divinyylibentseeniä (tislattua) 2,50 ml 3. Initiaattoriliuos

Kaliumpersulfaattia 14,40 g 20 Tislattua vettä 180,00 g.

Vesifaasi laitetaan reaktiopullon ja kuumennetaan lämpötilaan 95 °C vakiolämpötilassa olevassa vesihauteessa. Monomeerifaasi lisätään tiputussuppilon kautta tasaisena 25 virtana ja näiden kahden faasin annetaan tasapainottua reaktiolämpötilaan. Seoksen läpi syötetään jatkuva typ-pivirta, kunnes seoksen sekoittuminen on alkanut. Myös initiaattori huuhdotaan puhtaaksi hapesta syöttämällä sen läpi typpeä erillisessä pullossa. Käyttämällä injektioruis-30 kua lisätään 8,5 ml initiaattoriliuosta reaktiopulloon ' kumikorkin läpi. Seosta sekoitetaan 6 tuntia jatkuvasti vakiokierrostaajuudella 200 min'1 käyttämällä sekoitinta, jonka vääntömomentti on vakio. Seos on typen alla koko reaktion ajan.

10 104587

Kun reaktio on mennyt loppuun, liuos suodatetaan lasivillan läpi koagulaatin ja suurten makroskooppisten hiukkasten poistamiseksi ja dialysoidaan sitten 2-4 viikkoa tislattua vettä vastaan, joka sisältää sekoitettua 5 ioninvaihtohartsia. Dialysoidun lateksin keskimääräinen hiukkasläpimitta on 107 nm, polydispersiivisyysindeksi (PDI) 1,039, pintavaraustiheys 9,21 μΟ/οπι ja kiin-toainepitoisuus 23,2 paino-%. Tätä dialysoitua kopolymee-rilateksia käytetään kaikissa seuraavissa esimerkeissä 10 lukuun ottamatta esimerkkiä 5, jossa käytetään samankaltaista lateksia.

Esimerkki 2

Kiinteytetty kolloidimuodostelmasuodatin valmistettiin käyttämällä 5,5 ml edellä kuvattua dialysoitua kopo-15 lymeerilateksia yhdistettynä komonomeerin ja silloitusai-neen vesiliuokseen (5,0 ml), fotoinitiaattoriliuokseen (2,0 ml) ja tislattuun veteen (7,5 ml). Komonomeerin ja silloitusaineen liuos on akryyliamidin (AMD) ja N,N-mety-leenibisakryyliamidin (MBA) vesiliuos, jossa kiintoainepi-20 toisuus on 40 % ja suhde AMD:MBA 9:1 (10 % MBA:ta). Foto-initiaattoriliuos sisältää 0,2 % bentsoiinimetyylieetteriä (BME) ja 99,8 g etyleeniglykolia. Tässä seoksessa mikro-helmien osuus on noin 6,3 paino-% ja komonomeerien osuus noin 10 paino-%. Seos laitetaan pieneen lasipulloon yhdessä ; ' ' 2 5 hiukkasmaisen sekoitetun ioninvaihtohartsin (Dowex MR-12) kanssa ja sekoitetaan pyörresekoittimellä. Liuos laitetaan alipaineeseen 5 min:n ajaksi hapen poistamiseksi liuoksesta .

Osa liuoksesta, josta on poistettu kaasut, dekan-30 toidaan pullosta ja laitetaan pisaroittain puhdistetulle kvartsilevylle. Päälle laitetaan sitten toinen puhdistettu kvartsilevy, jolloin lateksi-monomeeriliuos leviää levyjen väliin ja muodostuu levyjen väliin suljettu nestekalvo. Ylimääräinen liuos poistetaan ja kokoonpano laitetaan ult-35 raviolettilampun alle (BlackRay Longwave UV, UVP Inc., San t X1 104587 ·

Gabriel, CA) 10 min:ksi, mikä saa aikaan polymeroitumisen ja sen seurauksena hydrogeelin muodostumisen. Kun on muodostunut kidemuodostelma levyjen välissä olevaan ohueen kalvoon ja ennen nestesuspension polymerointia, mitataan 5 muodostelman absorptiospektri näkyvän valon alueella. Havaitaan suunnilleen aallonpituudella 555 nm kapea diffrak-tiokaista, jossa yli 99 % säteilystä taipuu. Niinpä mono-meeriliuoksessa olevan suspension havaittiin olevan tehokas kapeakaistasuodatin. Polymeroinnin jälkeen mitataan toinen 10 absorptiospektri; hydrogeelin diffraktiopiikki on siirtynyt hieman siten, että maksimi on kohdalla 547 nm, mutta spektri on muuten käytännöllisesti katsoen sama kuin nestesuspension. Näissä mittauksissa saadut absorptiospek-trit esitetään kuviossa 1. Tämä osoittaa, että hyvin jär-15 jestynyt kidemuodostelma säilyy hydrogeelissä. Polymeroitu kalvo poistetaan levyjen välistä, ja se pysyy itsekantavana taipuisana kalvona, jotka voidaan käyttää kapeakaistaisena säteilysuodattimena.

Vertailuesimerkki 1 2 0 Yritettiin valmistaa kiinteytetty kolloidimuodostel- mahydrogeelisuodatin käyttämällä edellä esimerkissä 1 kuvattua lateksia, joka oli laimennettu deionisoidulla vedellä kiintoainepitoisuuteen 9,0 %, ja vesiliukoisena monomeerina akryyliamidia ilman silloitusainetta. Tässä • 25 tapauksessa sekoitettiin 1,0 ml lateksia tislattuun veteen valmistettuun AMD-varastoliuoksen (1,25 ml), jonka kiin-toainepitoisuus oli 40 %, ja liuokseen (0,25 ml), joka sisälsi 0,2 % BME:tä etyleeniglykolissa. Tämä johtaa lopulliseen AMD-kiintoainepitoisuuteen 20 paino-%.

3 0 Kun järjestelmää oli säteilytetty UV-valolla noin 16 tuntia käyttämällä esimerkin 2 mukaista UV-lähdettä, se ei kiinteytynyt itsekantavaksi kalvoksi. Absorptiospektrit ennen valotusta ja sen jälkeen esitetään kuviossa 2. UV-valotuksen jälkeen ei saada ollenkaan diffraktiopiikkiä, 35 mikä osoittaa ettei kidemuodostelmaa enää ole olemassa.

104587 .

12 Tämä osoittaa epäjärjestystä aiheuttavan vaikutuksen, joka väkevällä, silloitusaineettomalla, voimakkaasti kietoutuneella polymeeriverkostolla voi olla kolloidimuodostelma-kiteeseen.

5 Esimerkki 3

Valmistettiin kiinteytetty kolloidimuodostelmahyd-rogeelisuodatin käyttämällä 1,2 ml esimerkin 1 mukaista laimennettua lateksia yhdistettynä monomeerin ja silloi-tusaineen vesiliuokseen (0,5 ml) ja fotoinitiaattoriliuok-10 seen (0,1 ml). Lateksi on sama kuin esimerkissä 1 kuvattu, mutta se on laimennettu kiintoainepitoisuuteen 11,9 pai-no-%. Monomeerin ja silloitusaineen liuos on akryyliamidin (AMD) ja N,N-metyleenibisakryyliamidin (MBA) 40-%:inen vesiliuos, jossa suhde SMD/MBA on 49:1 (2 % MBA:ta). Foto-15 initiaattoriliuos sisältää 0,2 paino-% bentsoiinimetyyli-eetteriä (BME) isopropanolissa. Seos sisältää 9 paino-% mikrohelmiä ja 20 paino-% AMDrtä. Seos puhdistettiin ionin-vaihtohartsilla ja siitä poistettiin kaasut esimerkissä 2 kuvatulla tavalla.

20 Osa liuoksesta, josta oli poistettu kaasut, laitet tiin pisaroittain puhdistetulle kvartsilevylle ja sen päälle toinen puhdistettu kvartsilevy, jolloin lateksin ja monomeerin liuos levisi levyjen väliin. Ylimäärä poistettiin ja liuosta valotettiin UV-säteilyllä esimerkissä 2 • 25 kuvatulla tavalla. Polymeroitaessa saadaan hydrogeelikalvo.

Kuviossa 3 esitetään liuoksen absorptiokäyrät ennen valotusta ja sen jälkeen. Polymeroidun kalvon kaksipiikki-nen diffraktiokäyrä osoittaa, että kidemuodostelma säilyy hydrogeelissä, mutta siinä esiintyy jonkin verran vääris-30 tyrnistä, joka aiheuttaa kaksipiikkisen käyrän.

Esimerkki 4

Valmistetaan kiinteytetty kolloidimuodostel-masuodatin käyttämällä 0,8 ml esimerkin 1 mukaista lateksia, 1,0 ml 40-painoprosenttista vesiliuosta, joka 35 sisältää suhteessa 99:1 AMD:tä ja MBA:ta (1 % MBA:ta), ja 104587 13 0,2 ml esimerkissä 2 käytettyä 0,2-%:ista fotoinitiaatto-riliuosta. Seos sisältää 9,2 paino-% mikrohelmiä ja 20 paino-% komonomeereja. Seos puhdistetaan ja siitä muodostetaan ohut kalvo ja valotetaan se edellä olevissa esi-5 merkeissä kuvatulla tavalla. Valotusaika on 10 min. Muodostuu hydrogeelikalvo. Kuviossa 4 esitetään absorptiokäyrät ennen valotusta ja sen jälkeen. Kuvioiden 2 ja 4 vertaaminen osoittaa, että jopa 1 % silloittavaa komonomenee-ria akryyliamidiin yhdistettynä voi saada aikaan hydrogee-10 Iin muodostumisen ja kiderakenteen säilymisen ainakin osittain, kuten osoittavat kaksi diffraktiopiikkiä hydro-geelikalvon spektrissä kuviossa 4.

Esimerkki 5

Valmistetaan kiinteytetty kolloidimuodostelmasuoda-15 tin käyttämällä 1,8 ml dialysoitua kopolymeerilateksia, jolla on seuraavat ominaisuudet: keskimääräinen hiukkaslä-pimitta 109 nm, PDI 1,02, kiintoainepitoisuus 14,2 paino-%. Lateksi yhdistetään komonomeerin ja silloitusaineen vesiliuokseen (0,5 ml; AMD:MBA = 12:1, 20-painoprosenttinen 20 liuos), fotoinitiaattoriliuokseen (0,2 ml) ja sakkaroosin vesi- liuokseen (0,5 ml; 57,6-painoprosenttinen). Sitten seos puhdistetaan ja siitä muodostetaan ohut kalvo, joka valotetaan edellä olevissa esimerkeissä kuvatulla tavalla. Valotusaika on 10 min, ja muodostuu hydrogeelikalvo. 25 Kuviossa 5 esitetään absorptiokäyrät ennen valotusta ja sen jälkeen. Absorptiospektrissä ei havaita muutoksia poly-meroinnin jälkeen.

Sitten suodatinta pidetään lämpötilassa -15 - -20 °C yön yli. Havaitaan, että suodattimessa on sulatuksen jäl-30 keen olennaisilta osiltaan tallella alkuperäiset suodatusominaisuudet.

Claims (17)

104587 14

1. Kapeakaistainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että se käsittää varautuneista hiukkasista koostuvan 5 kidekolloidimuodostelman kiinnitettynä polymeerisestä hydrogeelistä koostuvaan itsekantavaan kalvoon, jolloin varautuneet hiukkaset ovat kopolymeeriä, joka on muodostunut styreenistä ja komonomeeristä, joka on valittu ryhmästä l-natrium-l-allyylioksi-2-hydroksipropaanisulfo-10 naatti, styreenisulfonaatti, 2-akryyliamido-2-metyylipro- paanisulfonaatti, 3-sulfopropyylimetakrylaatin kaliumsuola ja vinyylisulfonaatti, ja hydrogeelissä oleva polymeeri on polymeeri, joka sisältää akryyliamidia, mahdollisesti kopolymeeriä, joka on vesiliukoinen ja on vinyylipyr-15 rolidoni tai hydroksietyylimetakryylihappoesteri, ja N,N-metyleenibisakryyliamidia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että vesiliukoista komonomeeriä on läsnä vähemmän kuin noin 70 paino-% akryyliamidin ja mai- 20 nitun komonomeerin kokonaismäärästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että vesiliukoista komonomeeriä on läsnä vähemmän kuin noin 50 paino-% akryyliamidin ja mainitun komonomeerin kokonaismäärästä. • 25

4. Kapeakaistainen säteilysuodatin, tunnet - t u siitä, että se käsittää kidekolloidimuodostelman, joka koostuu varautuneista hiukkasista, jotka ovat kopolymeeriä, joka on muodostunut styreenistä ja komonomeeristä, joka on valittu ryhmästä l-natrium-l-allyylioksi-2-hydroksipropaa-30 nisulfonaatti, styreenisulfonaatti, 2-akryyliamido-2-metyy- lipropaanisulfonaatti, 3-sulfopropyylimetakrylaatin kalium-suola ja vinyylisulfonaatti, joka kidekolloidimuodostelma on muodostettu vesipitoisesta väliaineesta koostuvaan ohueen kalvoon ja kiinnitetty hydrogeelikalvoon, joka on 35 muodostettu polymeroimalla mainitussa vesipitoisessa 15 104587 väliaineessa oleva seos, jonka muodostavat akryyliamidi, mahdollinen vesiliukoinen komonomeeri, joka on vinyylipyr-rolidiini tai hydroksietyylimatakryylihappoesteri, ja sil-loitusaine, joka on N,N-metyleenibisakryyliamidi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että polymerointi käynnistetään johtamalla lämpöä mainitussa vesipohjaisessa väliaineessa olevaan varauksettomaan, lämmönherkkään vapaaradikaali-initiaattoriin.

6. Kapeakaistainen säteilysuodatin, tunnet - t u siitä, että se käsittää varautuneiden hiukkasten muodostaman kidekolloidimuodostelman, joka on kiinnitetty itsekantavaan kalvoon, joka on polymeeristä hydrogeeliä, joka sisältää yksinkertaista sokeria, polyhydristä alkoho- 15 lia tai niiden seosta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että mainittu yksinkertainen sokeri on sakkaroosi, fruktoosi, laktoosi, glukoosi tai niiden seos.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että mainittu polyhydrinen alkoholi on etyleeniglykoli, propyleeniglykoli tai niiden seos.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että mainittua sokeria, polyhydris- 25 tä alkoholia tai niiden seosta on läsnä noin 0,01 - 25 paino-% akryyliamidin määrästä.

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että mainittua sokeria, polyhydristä alkoholia tai niiden seosta on läsnä noin 0,1 - 25 30 paino-% akryyliamidin määrästä.

11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että mainitussa hydrogeelikalvossa oleva polymeeri on kopolymeeri, joka käsittää akryyliami-dia, mahdollisesti komonomeeriä, joka on vesiliukoinen, ja 35 silloitusainetta. 104587 . 16

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen säteily-suodatin, tunnettu siitä, että silloitusaine on N,lime tyleenibi sakryyliamidi.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen säteilysuoda-5 tin, tunnettu siitä, että vesiliukoista komono-meeriä on läsnä vähemmän kuin noin 70 paino-% akryyliamidin ja mainitun komonomeerin kokonaismäärästä.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että vesiliukoista komonomeeriä on 10 läsnä vähemmän kuin noin 50 paino-% akryyliamidin ja mainitun komonomeerin kokonaismäärästä.

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen säteilysuodat in, tunnettu siitä, että vesiliukoinen komonomeeri valitaan vinyylipyrrolidonin ja hydroks ie tyyli (met) akryyli- 15 happoesterin joukosta.

16. Kapeakaistainen säteilysuodatin, tunnet -t u siitä, että se käsittää varautuneiden hiukkasten muodostaman kidekolloidimuodostelman, joka on muodostettu vesipohjaisesta väliaineesta koostuvaan ohueen kalvoon ja 20 kiinnitetty hydrogeelikalvoon, joka on muodostettu polyme-roimalla mainitussa vesiväliaineessa oleva akryyliamidin, mahdollisen vesiliukoisen komonomeerin ja vesiliukoisen silloitusaineen ja lisäaineen seos, joka lisäaine on yksinkertainen sokeri, polyhydrinen alkoholi tai niiden seos. ’ i 25

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen säteilysuodatin, tunnettu siitä, että mainittua sokeria, polyhydris-tä alkoholia tai niiden seosta on läsnä noin 0,01 - 25 paino-% akryyliamidin määrästä. i · a 1’ 104587