Разделение углеводородной жидкости и воды - RU2757753C2

Чертежи

Показать все 19 чертежа(ей)

Описание

ДАННЫЕ О ПРОДОЛЖАЮЩЕЙ ЗАЯВКЕ

Данная заявка испрашивает приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США с серийным № 62/375768, поданной 16 августа 2016 г., и предварительной заявкой на выдачу патента США с серийным № 62/375772, поданной 16 августа 2016 г., каждая из которых включена в данный документ посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фильтрация углеводородных жидкостей, в том числе дизельных топлив, для применения в двигателях внутреннего сгорания зачастую является принципиально важной для надлежащей работы двигателя. Удаление воды и частиц может быть необходимым для обеспечения благоприятной работы двигателя, а также для защиты компонентов двигателя от повреждения. Свободная вода (то есть нерастворенная вода), которая присутствует в углеводородной жидкости как отдельная фаза, может, если ее не удалить, вызывать проблемы, включая повреждение компонентов двигателя вследствие кавитации, коррозии или стимуляции роста микроорганизмов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении описана подложка для применения в фильтровальной среде, в том числе, например, в фильтре для разделения углеводородной жидкости и воды; способы идентификации подложки; способы получения подложки; способы применения подложки и способы улучшения подложки в отношении угла скатывания. Углеводородная жидкость может предусматривать топливо, в том числе, например, дизельное топливо. Подложку можно идентифицировать или модифицировать, исходя из угла скатывания (то есть адгезии) капли воды по гидрофобной поверхности подложки (то есть поверхности, характеризующейся углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов), если поверхность погружена в толуол. Как описано в настоящем документе, угол скатывания капли воды по гидрофобной поверхности подложки, если поверхность погружена в толуол, коррелирует со способностью подложки удалять воду из углеводородной жидкости.

В одном аспекте в настоящем изобретении описана фильтровальная среда, включающая подложку. В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 микролитров (мкл), если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность представляет собой поверхность, подвергнутую УФ-обработке, в том числе, например, поверхность, подвергнутую УФ-кислородной обработке. В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется наличием поверхности, на которой расположен полимер, содержащий гидрофильную группу.

В дополнительном аспекте в настоящем изобретении описан фильтровальный элемент, предусматривающий фильтровальную среду, включающую подложку. В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления подложка предусматривает поверхность, характеризующуюся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В другом аспекте в настоящем изобретении описан способ обработки материала, который предусматривает поверхность. Способ предусматривает обработку поверхности с получением обработанной поверхности. В некоторых вариантах осуществления обработанная поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления обработанная поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления способ предусматривает воздействие на поверхность подложки УФ-излучением. В некоторых вариантах осуществления способ предусматривает размещение полимера, содержащего гидрофильную группу, на поверхности подложки.

В еще одном аспекте в настоящем изобретении описан способ идентификации материала, пригодного для разделения углеводородной жидкости и воды. Способ предусматривает определение угла скатывания капли по поверхности материала, где материал погружен в жидкость, содержащую углеводород, и при этом угол скатывания находится в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов. В некоторых вариантах осуществления жидкость, содержащая углеводород, включает толуол.

В дополнительных аспектах в настоящем изобретении описано применение УФ-излучения для улучшения подложки в отношении угла скатывания, применение вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучения на по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента, для улучшения подложки в отношении угла скатывания и применение полимера, содержащего гидрофильную группу, или гидрофильного полимера для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Используемый в данном документе термин «отличающиеся по химическому составу» означает, что два соединения имеют разные химические составы.

Используемый в данном документе термин «гидрофильный» относится к способности молекулы или другой молекулярной субстанции растворяться в воде, и термин «гидрофильное вещество» относится к молекуле или другой молекулярной субстанции, которая является гидрофильной и/или которая притягивается к молекулам воды и обычно является смешиваемой с водой или растворимой в воде. В некоторых вариантах осуществления «гидрофильный» означает, что пока не достигнута степень насыщения, по меньшей мере 90% молекул или других молекулярных субстанций, предпочтительно по меньшей мере 95% молекул или других молекулярных субстанций, более предпочтительно по меньшей мере 97% молекул или других молекулярных субстанций и наиболее предпочтительно по меньшей мере 99% молекул или других молекулярных субстанций растворяются в воде при 25 градусах Цельсия (°C). В некоторых вариантах осуществления «гидрофильное вещество» означает, что пока не достигнута степень насыщения, по меньшей мере 90% молекул или других молекулярных субстанций, предпочтительно по меньшей мере 95% молекул или других молекулярных субстанций, более предпочтительно по меньшей мере 97% молекул или других молекулярных субстанций и наиболее предпочтительно по меньшей мере 99% молекул или других молекулярных субстанций являются смешиваемыми с водой или растворяемыми в воде при 25°C.

«Гидрофильная поверхность» относится к поверхности, на которой капля воды характеризуется углом контакта, составляющим меньше 90 градусов. В некоторых вариантах осуществления поверхность предпочтительно погружена в толуол.

«Гидрофобная поверхность» относится к поверхности, на которой капля воды характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов. В некоторых вариантах осуществления поверхность предпочтительно погружена в толуол.

Подложка или поверхность, которая является «стабильной» или характеризуется «стабильностью», относится к подложке или поверхности, характеризующейся способностью сохранять угол скатывания, составляющий по меньшей мере 80 процентов (%), предпочтительно по меньшей мере 85%, более предпочтительно по меньшей мере 90% или еще более предпочтительно по меньшей мере 95% от исходного угла скатывания, после погружения в углеводородную жидкость при температуре, составляющей по меньшей мере 50°C, в течение от по меньшей мере 1 часа, по меньшей мере 12 часов или по меньшей мере 24 часов до не более 10 дней, не более 30 дней или не более 90 дней. В некоторых вариантах осуществления «исходный угол скатывания», характерный для поверхности или подложки, представляет собой угол скатывания, характерный для поверхности или подложки, которая была погружена в углеводородную жидкость в течение меньше одного часа или более предпочтительно меньше 20 минут.

«Полярная функциональная группа» относится к функциональной группе, характеризующейся суммарным дипольным моментом, являющимся результатом присутствия электроотрицательных атомов (например, азота, кислорода, хлора, фтора и т. д.).

Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут давать определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Тем не менее при таких же или других обстоятельствах также могут быть предпочтительны другие варианты осуществления. Кроме того, перечисление одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления не подразумевает, что другие варианты осуществления непригодны, и не предполагает исключение других вариантов осуществления из объема настоящего изобретения.

Термин «содержит» и его варианты не имеют ограничивающего значения при использовании данных терминов в описании и формуле изобретения.

Термин «состоящий из» означает включающий все то, что следует за фразой «состоящий из», и ограниченный этим. Таким образом, «состоящий из» указывает на то, что перечисленные элементы являются необходимыми или обязательными, и что никакие другие элементы не могут присутствовать.

Термин «состоящий главным образом из» указывает на то, что включены любые элементы, перечисленные после данной фразы, и что могут быть включены другие элементы, помимо перечисленных, при условии, что эти элементы не мешают или не способствуют активности или действию, указанным в раскрытии для перечисленных элементов.

Если не указано иное, то слова в единственном числе и фраза «по меньшей мере один» используются взаимозаменяемо и означают «один или несколько».

Также в настоящем документе перечисления числовых диапазонов с помощью конечных точек предусматривают все числа, находящиеся в пределах данного диапазона (например, 1-5 включает 1; 1,5; 2; 2,75; 3; 3,80; 4; 5 и т. д.).

Для любого способа, раскрытого в данном документе, который включает отдельные стадии, эти стадии можно проводить в любом возможном порядке. И, при необходимости, любую комбинацию из двух или большего количества стадий можно проводить одновременно.

Вышеизложенное краткое описание настоящего изобретения не предназначено для описания каждого раскрытого варианта осуществления или каждого варианта реализации настоящего изобретения. В нижеизложенном описании иллюстративные варианты осуществления изложены более конкретно. В некоторых местах в пределах заявки руководство предоставлено посредством перечней примеров, примеры из которых могут применяться в различных комбинациях. В каждом случае указанный перечень служит всего лишь иллюстративной группой и не должен интерпретироваться в качестве исключительного перечня.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1A показано иллюстративное размещение слоев фильтровальной среды, включающей подложку. На фиг. 1B показано иллюстративное размещение слоев фильтровальной среды, включающей подложку. На фиг. 1C показано иллюстративное размещение слоев фильтровальной среды, включающей подложку. На фиг. 1D показано иллюстративное размещение слоев фильтровальной среды, включающей подложку.

На фиг. 2 показаны иллюстративное изображения капли воды объемом 50 мкл на подложке 1, подвергнутой УФ-кислородной обработке, погруженной в толуол, при угле поворота 0 градусов (влево) (0°) и угле поворота 90° (вправо).

На фиг. 3 показана схема двухпетлевой системы, применяемой для испытания по определению размера капли.

На фиг. 4 показаны характеристики необработанной подложки 1 (контроль) и подложки 1, подвергнутой УФ-кислородной обработке, определенные по эффективности удаления воды.

На фиг. 5 показаны угол контакта и угол скатывания для необработанной подложки 1 и подложки 1, подвергнутой УФ-кислородной обработке без замачивания или после замачивания в топливе Pump в течение 30 дней. Углы контакта и углы скатывания измеряли с применением капли воды объемом 50 мкл в толуоле, и полученные значения представляли собой среднее значение трех независимых измерений, осуществленных на разных участках материала.

На фиг. 6 показаны угол контакта (CA) и угол скатывания (RO) для обработанной стороны и необработанной стороны подложки 1, подвергнутой УФ/H₂O₂-обработке, погруженной в толуол, измеренные с применением капли воды объемом 50 мкл.

На фиг. 7 показаны иллюстративные изображения капли воды объемом 20 мкл на подложке 1, обработанной с помощью PHPM, погруженной в толуол, при угле поворота 0 градусов (0°) (влево) и угле поворота 60° (вправо).

На фиг. 8 показаны характеристики подложки 1 без покрытия (контроль) и подложки 1, покрытой с помощью PEI-10K, определенные по эффективности удаления воды.

На фиг. 9 показана проницаемость подложки 1 без покрытия и подложки 1, покрытой с помощью 2% (вес./об.) PHEM, 4% (вес./об.) PHEM, 6% (вес./об.) PHEM или 8% (вес./об.) PHEM.

На фиг. 10 показаны угол контакта и угол скатывания капли воды объемом 50 мкл на подложке 1 без покрытия (контроль), подложке 1, покрытой с помощью PHPM, подложке 1, покрытой с помощью PHPM, сшитой (CL) с применением 1% (вес./об.) N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана, и подложке 1, покрытой с помощью PHPM, сшитой (CL) с применением 1% (вес./об.) N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана и подвергнутой отжигу без замачивания или после замачивания в топливе Pump в течение указанного периода времени.

На фиг. 11 показаны угол контакта и угол скатывания капли воды объемом 50 мкл на подложке 1 без покрытия (контроль), подложке 1, покрытой с помощью PEI-10K, подложке 1, покрытой с помощью PEI-10K, сшитой (CL) с применением 1% (вес./об.) (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана, и подложке 1, покрытой с помощью PEI-10K, сшитой (CL) с применением 1% (вес./об.) (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана и подвергнутой отжигу без замачивания или после замачивания в топливе Pump в течение указанного периода времени.

На фиг. 12 показаны угол контакта и угол скатывания капли воды объемом 50 мкл на иллюстративной подложке 6, покрытой с помощью нановолокна на основе PHEM, со сшивающим средством DAMO-T и без него.

На фиг. 13 показаны угол контакта и угол скатывания капли воды объемом 50 мкл на иллюстративной подложке 6, покрытой с помощью нановолокна на основе PEI, без сшивающего средства или сшитой с помощью (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана (сшивающего средства 1) или поли(этиленгликоль)диакрилата (сшивающего средства 2).

На фиг. 14 показаны углы контакта и углы скатывания капли воды объемом 50 мкл на иллюстративной подложке 6, покрытой с помощью нановолокна на основе PHEM, сшитой с помощью DAMO-T, через 1 день, 6 дней и 32 дня после образования покрытия путем электропрядения.

На фиг. 15 показаны угол контакта и угол скатывания капли воды объемом 50 мкл на иллюстративной сшитой подложке 6, покрытой с помощью нановолокна на основе PEI-10K, через 1 день, 6 дней и 32 дня после образования покрытия путем электропрядения. PEI сшивали с применением либо (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана (сшивающего средства 1), либо поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA) (сшивающего средства 2).

На фиг. 16(A-C) показаны полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) иллюстративные изображения подложки 6 без покрытия (фиг. 16A), подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PHEM без сшивающего средства (фиг. 16B), или подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PHEM со сшивающим средством DAMO-T (фиг. 16C). Все изображения показаны при 1000-кратном увеличении.

На фиг. 17(A-C) показаны полученные с помощью SEM иллюстративные изображения подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PEI-10K без сшивающего средства (фиг. 17A), подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PEI-10K со сшивающим средством, представляющим собой (3-глицидилоксипропил)триметоксисилан (фиг. 17B), и подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PEI-10K со сшивающим средством, представляющим собой поли(этиленгликоль)диакрилат (PEGDA) (фиг. 17C). Все изображения показаны при 50-кратном увеличении.

На фиг. 18(A-D) показаны полученные с помощью SEM иллюстративные изображения подложки 6 без покрытия (фиг. 18A), подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PEI-10K без сшивающего средства (фиг. 18B), подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PEI-10K и со сшивающим средством 1 ((3-глицидилоксипропил)триметоксисиланом) (фиг. 18C), и подложки 6, покрытой путем электропрядения с помощью PEI-10K и сшивающего средства 2 (поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA)) (фиг. 18D). Все изображения показаны при 200-кратном увеличении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Фильтр для разделения углеводородной жидкости и воды может включать фильтровальную среду, которая включает по меньшей мере один слой для удаления частиц и/или по меньшей мере один слой для коалесценции воды из потока углеводородной жидкости; слой или слои могут представлять собой подложку или могут поддерживаться подложкой. В некоторых вариантах осуществления слой, обеспечивающий удаление частиц, и слой, обеспечивающий коалесценцию воды, может представлять собой один и тот же слой, и при этом слой может представлять собой подложку или может поддерживаться подложкой. В настоящем изобретении описаны фильтровальная среда, включающая подложку, для применения в фильтре для разделения углеводородной жидкости и воды, способы идентификации подложки, способы получения подложки, способы применения подложки и способы улучшения подложки в отношении угла скатывания. Включение подложки в фильтровальную среду или фильтровальный элемент, в том числе, например, фильтровальный элемент для разделения углеводородной жидкости и воды, может обеспечить изготовление более эффективного фильтра и/или улучшенные рабочие характеристики фильтровальной среды или фильтровального элемента, в том числе, например, улучшенную эффективность отделения воды.

Углеводородная жидкость может включать, например, дизельное топливо, бензин, жидкость для гидравлических систем, компрессорные смазочные масла и т. д. В некоторых вариантах осуществления углеводородная жидкость предпочтительно включает дизельное топливо.

Способы идентификации материала, пригодного для разделения углеводородной жидкости и воды

В одном аспекте в настоящем изобретении описан способ идентификации материала, в том числе, например, фильтровальной среды, обладающего определенными свойствами. Материал предпочтительно является пригодным для разделения углеводородной жидкости и воды.

В некоторых вариантах осуществления способ предусматривает определение угла скатывания и необязательно угла контакта капли на поверхности материала, когда материал погружен в жидкость, которая содержит углеводород. В некоторых вариантах осуществления способ предусматривает идентификацию материала, обладающего свойствами подложки, пригодной для разделения углеводородной жидкости и воды, в том числе углом скатывания и/или углами контакта, описанными ниже.

В некоторых вариантах осуществления капля содержит гидрофильное вещество. В некоторых вариантах осуществления капля предпочтительно содержит воду. В некоторых вариантах осуществления капля состоит главным образом из воды. В некоторых вариантах осуществления капля состоит из воды. В некоторых вариантах осуществления объем капли составляет по меньшей мере 5 мкл, по меньшей мере 10 мкл, по меньшей мере 15 мкл, по меньшей мере 20 мкл, по меньшей мере 25 мкл, по меньшей мере 30 мкл, по меньшей мере 35 мкл, по меньшей мере 40 мкл, по меньшей мере 45 мкл или по меньшей мере 50 мкл. В некоторых вариантах осуществления объем капли составляет не более 10 мкл, не более 15 мкл, не более 20 мкл, не более 25 мкл, не более 30 мкл, не более 35 мкл, не более 40 мкл, не более 45 мкл, не более 50 мкл, не более 60 мкл, не более 70 мкл или не более 100 мкл. В некоторых вариантах осуществления капля представляет собой предпочтительно каплю объемом 20 мкл или каплю объемом 50 мкл.

В некоторых вариантах осуществления жидкость, которая содержит углеводород, содержит толуол. В некоторых вариантах осуществления жидкость, которая содержит углеводород, состоит главным образом из толуола. В некоторых вариантах осуществления жидкость, которая содержит углеводород, состоит из толуола. Без ограничения какой-либо теорией считается, что из-за поверхностного натяжения на границе раздела с водой толуол действует в качестве заменителя других углеводородных жидкостей, в том числе, например, дизельного топлива.

В отличие от предшествующих способов идентификации материалов, пригодных для применения в разделении углеводородной жидкости и воды, способы, описанные в данном документе, не зависят от свойств плоской поверхности (например, поверхности, которая является непористой). Скорее способы, описанные в данном документе, предусматривают способы определения свойств пористого материала (включая, например, пористую подложку) или материала, имеющего пористую поверхность. Кроме того, способы, описанные в данном документе, не зависят от свойств материала в воздушной среде. Правильнее материалы идентифицировать по свойствам материала в жидкости, которая содержит углеводород, в том числе, например, толуол.

Например, в WO 2015/175877 указано, что фильтровальная среда, предназначенная для повышения эффективности разделения жидкости, может содержать один или несколько слоев, поверхность которых модифицирована таким образом, чтобы обеспечивать смачивание жидкости, подлежащей разделению, и один или несколько слоев, поверхность которых модифицирована таким образом, чтобы обеспечивать отталкивание жидкости, подлежащей разделению. И в WO 2015/175877 утверждается, что «гидрофильная поверхность» может относиться к поверхности, которая характеризуется углом контакта с водой, составляющим менее 90 градусов, а «гидрофобная поверхность» может относиться к поверхности, которая характеризуется углом контакта с водой, составляющим более 90 градусов. Однако, в WO 2015/175877 не указано, что угол контакта необходимо рассчитывать в жидкой среде, а не в воздушной среде. И действительно, гидрофобность поверхности в воздушной среде не свидетельствует о гидрофобности поверхности в углеводородной жидкости.

Более того, в WO 2015/175877 не указано, что угол скатывания поверхности является важным, а также не указано, как осуществлять выбор материалов, которые изменяют угол скатывания. Вместо этого в WO 2015/175877 указано, что для модификации смачиваемости слоя в отношении конкретной жидкости можно применять изменение степени шероховатости или покрытия, и что термины «смачиваемый» и «смачивание» относятся к способности жидкости взаимодействовать с поверхностью таким образом, чтобы угол контакта жидкости по отношению к поверхности составлял менее 90 градусов.

Однако, отдельно смачиваемость или угол контакта поверхности – независимо от того, осуществляют измерение в воздушной среде или в углеводородной жидкости – не свидетельствуют о способности поверхности к разделению углеводорода и воды в углеводородной жидкости. В противоположность этому, и, как дополнительно описано ниже, показатель адгезии или угол скатывания капли воды по поверхности в углеводородной жидкости, необязательно в сочетании с углом контакта капли на поверхности в углеводородной жидкости, можно использовать для прогнозирования способности подложки удалять воду из углеводородной жидкости.

Свойства поверхности подложки

В одном аспекте в настоящем изобретении описана фильтровальная среда, которая содержит подложку, пригодную для разделения углеводородной жидкости и воды. Подложка включает поверхность. В некоторых вариантах осуществления подложка или поверхность подложки предпочтительно являются стабильными.

В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, составляющим по меньшей мере 30 градусов, по меньшей мере 35 градусов, по меньшей мере 40 градусов, по меньшей мере 45 градусов, по меньшей мере 50 градусов, по меньшей мере 55 градусов, по меньшей мере 60 градусов, по меньшей мере 65 градусов, по меньшей мере 70 градусов, по меньшей мере 75 градусов или по меньшей мере 80 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, составляющим по меньшей мере 30 градусов, по меньшей мере 35 градусов, по меньшей мере 40 градусов, по меньшей мере 45 градусов, по меньшей мере 50 градусов, по меньшей мере 55 градусов, по меньшей мере 60 градусов, по меньшей мере 65 градусов, по меньшей мере 70 градусов, по меньшей мере 75 градусов или по меньшей мере 80 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, составляющим не более 60 градусов, не более 65 градусов, не более 70 градусов, не более 75 градусов, не более 80 градусов, не более 85 градусов или не более 90 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, составляющим не более 60 градусов, не более 65 градусов, не более 70 градусов, не более 75 градусов, не более 80 градусов, не более 85 градусов или не более 90 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность является предпочтительно гидрофобной, то есть поверхность характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов, по меньшей мере 100 градусов, по меньшей мере 110 градусов, по меньшей мере 120 градусов, по меньшей мере 130 градусов или по меньшей мере 140 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов, по меньшей мере 100 градусов, по меньшей мере 110 градусов, по меньшей мере 120 градусов, по меньшей мере 130 градусов или по меньшей мере 140 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом контакта, составляющим не более 150 градусов, не более 160 градусов, не более 170 градусов или не более 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом контакта, составляющим не более 150 градусов, не более 160 градусов, не более 170 градусов или не более 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 150 градусов или находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 150 градусов или находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Как дополнительно описано ниже, угол скатывания (то есть показатель адгезии) капли воды по гидрофобной поверхности (то есть поверхности, характеризующейся углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов) подложки в углеводородной жидкости коррелирует с размером капли воды, которая может образоваться в результате коалесценции или «вырасти» на поверхности подложки в углеводородной жидкости. Размер капли воды, которая может коалесцировать или «вырасти», коррелирует со способностью подложки удалять воду из углеводородной жидкости. Таким образом, способность подложки удалять воду из углеводородной жидкости можно точно предсказать путем определения угла скатывания и угла контакта капли воды на поверхности подложки в углеводородной жидкости.

Подложки, получаемые и/или идентифицируемые способами, раскрытыми в данном документе, характеризуются большим углом контакта и большим углом скатывания. Большой угол контакта свидетельствует о низких значениях кажущейся влекущей силы потока, действующей на каплю воды, тогда как большой угол скатывания свидетельствует о способности капли удерживаться на поверхности подложки. Без ограничения какой-либо теорией считается, что эта комбинация признаков делает возможным образование более крупных капель путем коалесценции, облегчая отделение капель от потока углеводородной жидкости и повышая общую эффективность отделения воды от потока углеводородной жидкости.

Достичь баланса между большим углом контакта и большим углом скатывания можно с применением методики, раскрытой в данном документе, в том числе, например, путем модификации поверхностей подложки для увеличения их угла скатывания. Как правило, эти способы оказывают незначительное отрицательное влияние на угол контакта. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления подложки фильтра, характеризующиеся большими углами контакта, можно модифицировать для получения подложки, характеризующейся заявленной комбинацией угла контакта и угла скатывания.

Материалы подложки и свойства

Подложка может представлять собой любую подложку, пригодную для применения в фильтровальной среде. В некоторых вариантах осуществления подложка предпочтительно представляет собой подложку, пригодную для применения в фильтровальном элементе для углеводородной жидкости, в том числе, например, фильтре для топлива. В некоторых вариантах осуществления подложка может включать, например, целлюлозу, сложный полиэфир, полиамид, полиолефин, стекло или их комбинации (например, их сочетания, смеси или сополимеры). Подложка может включать, например, нетканое полотно, тканое полотно, пористый лист, спеченный пластик, сетку высокой плотности, сито высокой плотности или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления подложка может включать синтетические волокна, волокна природного происхождения или их комбинации (например, их сочетания или смеси). Подложка, как правило, имеет пористую природу и характеризуется заданными и поддающимися определению рабочими характеристиками, такими как размер пор, воздухопроницаемость по Фрейзеру и/или другая пригодная метрика.

В некоторых вариантах осуществления подложка может включать термопластичный материал или термоотверждающееся полимерное волокно. Полимеры волокна могут присутствовать в системе одного полимерного материала, в двухкомпонентном волокне или в их комбинации. Двухкомпонентное волокно может включать, например, термопластичный полимер. В некоторых вариантах осуществления двухкомпонентное волокно может иметь структуру «сердцевина-оболочка», в том числе концентрическую структуру или структуру с нарушенной концентричностью. В некоторых вариантах осуществления оболочка двухкомпонентного волокна может характеризоваться температурой плавления ниже, чем температура плавления сердцевины, так что при нагревании оболочка связывается с другими волокнами в слое, в то время как сердцевина сохраняет структурную целостность. Приведенные в качестве примеров варианты осуществления двухкомпонентных волокон включают волокна в конфигурации «бок-о-бок» или волокна в конфигурации «остров в море».

В некоторых вариантах осуществления подложка может включать целлюлозное волокно, в том числе, например, волокно дерева мягкой породы (такое как мерсеризованное волокно южной сосны), волокно дерева твердой породы (такое как волокна эвкалипта), гидратцеллюлозное волокно, волокно древесной массы или их комбинацию (например, их смесь или сочетание).

В некоторых вариантах осуществления подложка может включать стекловолокно, в том числе, например, микростекловолокно, штапелированное стекловолокно или их комбинацию (например, их смесь или сочетание).

В некоторых вариантах осуществления подложка включает волокно, характеризующееся средним диаметром, составляющим по меньшей мере 0,3 микрона, по меньшей мере 1 микрон, по меньшей мере 10 микронов, по меньшей мере 15 микронов, по меньшей мере 20 микронов или по меньшей мере 25 микронов. В некоторых вариантах осуществления подложка включает волокно, характеризующееся средним диаметром, составляющим не более 50 микронов, не более 60 микронов, не более 70 микронов, не более 75 микронов, не более 80 микронов или не более 100 микронов. Специалисту в данной области будет понятно, что диаметр волокна может изменяться в зависимости от материала волокна, а также процесса, применяемого для изготовления волокна. Эти волокна могут также варьировать по длине, от волокон длиной нескольких миллиметров до волокон, представляющих собой непрерывную волокнистую структуру. Форма поперечного сечения волокна может также варьировать в зависимости от материала или применяемого процесса изготовления.

В некоторых вариантах осуществления подложка может содержать одно или несколько связующих веществ. В некоторых вариантах осуществления связующее вещество включает модифицирующую смолу, которая обеспечивает дополнительную жесткость и/или твердость подложки. Например, в некоторых вариантах осуществления подложку можно насыщать модифицирующей смолой. Модифицирующая смола может включать УФ-реактивную смолу, описанную в данном документе, или смолу, не являющуюся УФ-реактивной. В некоторых вариантах осуществления модифицирующая смола может включать фенольную смолу и/или акриловую смолу. В некоторых вариантах осуществления смола, не являющаяся УФ-реактивной, может включать акриловую смолу, в которой отсутствует ароматический компонент и/или ненасыщенный компонент.

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если подложку получают, подвергая ее УФ-обработке, подложка предпочтительно содержит ароматический компонент и/или ненасыщенный компонент. Ароматический компонент и/или ненасыщенный компонент могут присутствовать в материалах, включаемых в подложку, или их можно добавлять в подложку с применением другого материала, в том числе, например, смолы. Смола, содержащая ароматический компонент и/или ненасыщенный компонент, в данном документе называется УФ-реактивной смолой. УФ-реактивная смола может включать, например, фенольную смолу. В некоторых вариантах осуществления ненасыщенный компонент предпочтительно содержит двойную связь.

В некоторых вариантах осуществления подложка содержит поры со средним диаметром, составляющим не более 10 микрометров (мкм), не более 20 мкм, не более 30 мкм, не более 40 мкм, не более 45 мкм, не более 50 мкм, не более 60 мкм, не более 70 мкм, не более 80 мкм, не более 90 мкм, не более 100 мкм, не более 200 мкм, не более 300 мкм, не более 400 мкм, не более 500 мкм, не более 600 мкм, не более 700 мкм, не более 800 мкм, не более 900 мкм, не более 1 миллиметра (мм), не более 1,5 мм, не более 2 мм, не более 2,5 мм или не более 3 мм. В некоторых вариантах осуществления подложка содержит поры со средним диаметром, составляющим по меньшей мере 2 мкм, по меньшей мере 5 мкм, по меньшей мере 10 мкм, по меньшей мере 20 мкм, по меньшей мере 30 мкм, по меньшей мере 40 мкм, по меньшей мере 50 мкм, по меньшей мере 60 мкм, по меньшей мере 70 мкм, по меньшей мере 80 мкм, по меньшей мере 90 мкм, по меньшей мере 100 мкм, по меньшей мере 200 мкм, по меньшей мере 300 мкм, по меньшей мере 400 мкм, по меньшей мере 500 мкм, по меньшей мере 600 мкм, по меньшей мере 700 мкм, по меньшей мере 800 мкм, по меньшей мере 900 мкм или по меньшей мере 1 мм. В некоторых вариантах осуществления подложка содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 5 мкм до 100 мкм. В некоторых вариантах осуществления подложка содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 40 мкм до 50 мкм. В некоторых вариантах осуществления размер пор можно измерить с применением порометрии капиллярного потока. В некоторых вариантах осуществления размер пор предпочтительно измеряют с помощью порометрии методом вытеснения жидкости, как описано в публикации заявки на патент США № 2011/0198280.

В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется пористостью, составляющей по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 25%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 45%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 75% или по меньшей мере 80%. В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется пористостью, составляющей не более 75%, не более 80%, не более 85%, не более 90%, не более 95%, не более 96%, не более 97%, не более 98% или не более 99%. Например, подложка может характеризоваться пористостью, составляющей от по меньшей мере 15% до не более 99%, от по меньшей мере 50% до не более 99% или от по меньшей мере 80% до не более 95%.

В некоторых вариантах осуществления фильтровальная среда может быть предназначена для потока, который проходит через фильтровальную среду в ходе ее применения от конца, расположенного выше по потоку, до конца, расположенного ниже по потоку. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если фильтровальная среда включает подложку, расположенную ниже по потоку относительно слоя, находящегося выше по потоку, подложка может содержать поры со средним диаметром, превышающим средний диаметр пор слоя, находящегося выше по потоку. В качестве дополнения или альтернативы подложка может содержать поры со средним диаметром, превышающим средний диаметр капли, которая образуется на стороне, ориентированной в направлении вниз по потоку от слоя, находящегося выше по потоку. Например, если фильтровальная среда содержит слой, находящийся выше по потоку, который представляет собой коалесцирующий слой, содержащий поры с некоторым средним диаметром, подложка может содержать поры со средним диаметром, превышающим средний диаметр пор коалесцирующего слоя.

Как правило, поверхность материала (в том числе, например, подложки) до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности характеризуется углом скатывания, составляющим менее 50 градусов, менее 40 градусов или менее 30 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. Как правило, поверхность материала (в том числе, например, подложки) до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности характеризуется углом скатывания, составляющим менее 30 градусов, менее 20 градусов, менее 15 градусов или менее 12 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Например, угол скатывания поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может находиться в диапазоне от 0 градусов до 50 градусов для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления угол скатывания поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может предпочтительно находится в диапазоне от 0 градусов до 40 градусов для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Например, угол скатывания поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может находиться в диапазоне от 0 градусов до 20 градусов для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Получение материала (в том числе, например, подложки), поверхность которого характеризуется пригодным углом скатывания, находится в компетенции специалиста в данной области.

Обычно поверхность материала (в том числе, например, подложки) до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов, по меньшей мере 100 градусов или по меньшей мере 110 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол. Как правило, поверхность материала (в том числе, например, подложки) до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов, по меньшей мере 100 градусов или по меньшей мере 110 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Например, угол контакта поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может находиться в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления угол контакта поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может предпочтительно находится в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Например, угол контакта поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может находиться в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления угол контакта поверхности до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может предпочтительно находится в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

В некоторых вариантах осуществления поверхность до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности может характеризоваться углом контакта, составляющим 0 градусов, то есть капля полностью растечется по поверхности. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, если поверхность до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности характеризуется углом контакта, составляющим 0 градусов, то угол скатывания до осуществления какой-либо модификации или обработки поверхности будет неопределенным.

Получение материала (в том числе, например, подложки), поверхность которого характеризуется пригодным углом контакта, находится в компетенции специалиста в данной области. Как правило, включение материалов, которые в целом являются гидрофобными, обычно приведет к увеличению угла контакта.

Другие факторы, которые влияют на угол контакта поверхности, могут включать размер пор и пористость. Например, поры определенного размера могут способствовать задержке углеводородной жидкости, которая является гидрофобной, в фильтре. Более того, высокое поверхностное натяжение воды препятствует ее эффективному проникновению в поры меньше определенного размера.

Фильтровальная среда, включающая подложку

В некоторых вариантах осуществления фильтровальную среду, включающую подложку, предпочтительно применяют для разделения углеводорода и воды или более предпочтительно для разделения топлива и воды и наиболее предпочтительно для разделения дизельного топлива и воды.

Фильтровальная среда может включать один слой, два слоя или множество слоев. В некоторых вариантах осуществления один или несколько слоев фильтровальной среды могут удерживаться подложкой, могут включать подложку или могут представлять собой подложку.

В некоторых вариантах осуществления и, как показано, например, на фиг. 1A-D, фильтровальная среда может включать слой для удаления частиц из потока углеводородной жидкости 20 и/или слой для коалесценции воды из потока углеводородной жидкости (также называемый коалесцирующим слоем) 30. В некоторых вариантах осуществления слой для удаления частиц из потока углеводородной жидкости и/или коалесцирующий слой может удерживаться подложкой 10, как показано в иллюстративном варианте осуществления на фиг. 1A и фиг. 1B. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если фильтровальная среда предназначена для помещения потока, который проходит через фильтровальную среду в ходе ее применения от конца, расположенного выше по потоку, до конца, расположенного ниже по потоку, слой для удаления частиц из потока углеводородной жидкости и/или коалесцирующий слой может быть расположен выше по потоку относительно подложки. В некоторых вариантах осуществления слой для удаления частиц из потока углеводородной жидкости и подложка представляют собой один и тот же слой 40, как показано в одном варианте осуществления на фиг. 1C. В некоторых вариантах осуществления коалесцирующий слой и подложка представляют собой один и тот же слой 50, как показано в одном варианте осуществления на фиг. 1D. Если подложка и слой для удаления частиц из потока углеводородной жидкости представляют собой один и тот же слой, или если подложка и слой для коалесценции воды из потока углеводородной жидкости представляют собой один и тот же слой, изготовление фильтровальной среды может быть более эффективным, поскольку можно сократить общее количество слоев, содержащихся в фильтровальной среде.

В некоторых вариантах осуществления поверхность подложки предпочтительно образует сторону подложки, ориентированную в направлении вниз по потоку. В некоторых вариантах осуществления поверхность подложки может образовывать сторону или слой фильтровальной среды, ориентированные в направлении вниз по потоку, или сторону фильтровальной среды, ориентированную в направлении вниз по потоку.

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если поверхность подложки образует сторону или слой фильтровальной среды, ориентированные в направлении вниз по потоку, или сторону фильтровальной среды, ориентированную в направлении вниз по потоку, подложка может быть предпочтительно отделена от другого слоя пространством, достаточным для образования капли воды и/или скатывания капли воды. В некоторых вариантах осуществления расстояние между подложкой и другим слоем может составлять по меньшей мере 10 мкм, по меньшей мере 20 мкм, по меньшей мере 30 мкм, по меньшей мере 40 мкм, по меньшей мере 50 мкм, по меньшей мере 100 мкм, по меньшей мере 200 мкм, по меньшей мере 500 мкм или по меньшей мере 1 мм. В некоторых вариантах осуществления расстояние между подложкой и другим слоем может составлять не более 40 мкм, не более 50 мкм, не более 100 мкм, не более 200 мкм, не более 500 мкм, не более 1 мм, не более 2 мм, не более 3 мм, не более 4 мм или не более 5 мм.

В некоторых вариантах осуществления слой, предназначенный для удаления загрязняющих веществ в виде микрочастиц 20, расположен выше по потоку относительно коалесцирующего слоя 30, а коалесцирующий слой расположен выше по потоку относительно подложки 10, как показано в одном варианте осуществления на фиг. 1A. В некоторых вариантах осуществления коалесцирующий слой расположен ниже по потоку относительно подложки. В некоторых вариантах осуществления фильтровальная среда может включать по меньшей мере два коалесцирующих слоя, причем один из коалесцирующих слоев расположен ниже по потоку относительно подложки.

В некоторых вариантах осуществления подложка может быть включена в состав обтекаемой структуры, в том числе, например, структуры, описанной в одновременно рассматриваемой заявке на патент США № 62/543456, поданной 08/10/2017, под названием "Устройства, системы и способы для фильтрации жидкости", которая включена в данный документ посредством ссылки ввиду описанных в ней структур среды.

В некоторых вариантах осуществления фильтровальная среда может быть включена в фильтровальный элемент. Фильтровальная среда может иметь любую пригодную конфигурацию. В некоторых вариантах осуществления фильтровальный элемент может включать сетку. В некоторых вариантах осуществления сетка может быть расположена ниже по потоку относительно подложки.

Фильтровальная среда может иметь любую пригодную конфигурацию. Например, фильтровальная среда может иметь трубчатую конфигурацию. В некоторых вариантах осуществления фильтровальная среда может иметь складки.

Способы получения

В настоящем изобретении дополнительно описаны способы получения материала. В некоторых вариантах осуществления материал может включать фильтровальную среду, включающую подложку. Материал, фильтровальную среду, подложку и/или их поверхность можно обрабатывать с помощью любого пригодного способа для достижения необходимого угла скатывания и необходимого угла контакта. В некоторых вариантах осуществления обработка материала, фильтровальной среды, подложки и/или их поверхности предусматривает обработку только части материала, фильтровальной среды, подложки и/или их поверхности.

В некоторых вариантах осуществления обработка для достижения необходимого угла скатывания и необходимого угла контакта не меняет структуру подложки. Например, в некоторых вариантах осуществления обработка не меняет по меньшей мере одно из среднего диаметра пор подложки и проницаемости подложки. В некоторых вариантах осуществления обработка не меняет внешний вид фильтровальной среды при рассмотрении при 500-кратном увеличении.

Отверждение

В некоторых вариантах осуществления подложка содержит смолу (например, модифицирующую смолу). Смолы хорошо известны, и их, как правило, применяют для улучшения внутреннего связывания подложек фильтра.

Применять можно любую пригодную смолу, в том числе, например, УФ-реактивную смолу или смолу, не являющуюся УФ-реактивной. Смола может включать, например, частично отвержденную смолу (например, частично отвержденную фенольную смолу), и отверждение смолы можно осуществлять для повышения жесткости подложки и/или для предотвращения нарушения целостности подложки в ходе эксплуатации. Отверждение можно осуществлять до осуществления обработки для достижения необходимого угла скатывания и необходимого угла контакта или после осуществления обработки для достижения необходимого угла скатывания и необходимого угла контакта. Например, если подложка содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, и он присутствует в слое, отдельном от смолы, отверждение смолы можно осуществлять до образования слоя, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, или после образования слоя, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу. В некоторых вариантах осуществления смолой предпочтительно пропитывают подложку.

Смола может содержать полимеризуемые мономеры, полимеризуемые олигомеры, полимеризуемые полимеры или их комбинации (например, их сочетания, смеси или сополимеры). Используемое в данном документе «отверждение» относится к затвердеванию смолы и может предусматривать сшивающие и/или полимеризирующие компоненты смолы. В некоторых вариантах осуществления смола содержит полимеры, и во время отверждения молекулярная масса полимера увеличивается за счет сшивания полимеров.

Отверждение можно осуществлять с помощью любых пригодных средств, в том числе, например, путем нагревания подложки. В некоторых вариантах осуществления отверждение предпочтительно осуществляют путем нагревания подложки при температуре и в течение времени, достаточных для отверждения смолы (в том числе, например, фенольной смолы). В некоторых вариантах осуществления подложку можно нагревать при температуре, составляющей по меньшей мере 50°C, по меньшей мере 75°C, по меньшей мере 100°C или по меньшей мере 125°C. В некоторых вариантах осуществления подложку можно нагревать при температуре, составляющей не более 125°C, не более 150°C, не более 175°C или не более 200°C. В некоторых вариантах осуществления подложку можно нагревать до температуры, находящейся в диапазоне от 50°C до 200°C. В некоторых вариантах осуществления подложку можно нагревать в течение по меньшей мере 1 минуты, по меньшей мере 2 минут, по меньшей мере 5 минут, по меньшей мере 7 минут, по меньшей мере 10 минут или по меньшей мере 15 минут. В некоторых вариантах осуществления подложку можно нагревать в течение не более 8 минут, не более 10 минут, не более 12 минут, не более 15 минут, не более 20 минут или не более 25 минут. В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительным нагревать подложку при 150°C в течение 10 минут.

Способы обработки подложки для улучшения угла скатывания

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способам обработки подложки для улучшения поверхности в отношении угла скатывания. Без ограничения какой-либо теорией считается, что разные раскрытые способы обеспечивают улучшение угла скатывания путем модификации свойств поверхности подложки, направленной на повышение гидрофильности микроструктуры поверхности с сохранением при этом общих гидрофобных свойств поверхности в отношении капель воды.

Различные подходы включают изложенные ниже.

УФ

В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется наличием поверхности, подвергнутой УФ-обработке, то есть поверхности, обработанной с помощью УФ-излучения. В таких вариантах осуществления подложка предпочтительно содержит ароматический и/или ненасыщенный компонент.

Например, подложка может содержать волокнистый материал, содержащий ароматический и/или ненасыщенный компонент. В некоторых вариантах осуществления подложка может содержать УФ-реактивную смолу, то есть смолу, содержащую ароматический и/или ненасыщенный компонент. Такая УФ-реактивная смола может присутствовать в дополнение к волокнистому материалу, содержащему ароматический и/или ненасыщенный компонент, или ее можно применять в комбинации с волокнистым материалом, не содержащим ароматический и/или ненасыщенный компонент.

В некоторых вариантах осуществления подложка предпочтительно содержит ароматическую смолу (то есть, смолу, содержащую ароматические группы), в том числе, например, фенольную смолу.

В некоторых вариантах осуществления при воздействии на подложку УФ-излучением расстояние от источника составляет по меньшей мере 0,25 сантиметров (см), по меньшей мере 0,5 см, по меньшей мере 0,75 см, по меньшей мере 1 см, по меньшей мере 1,25 см, по меньшей мере 2 см или по меньшей мере 5 см. В некоторых вариантах осуществления при воздействии на подложку УФ-излучением расстояние от источника составляет не более 0,5 см, не более 1 см, не более 2 см, не более 3 см, не более 5 см или не более 10 см.

В некоторых вариантах осуществления подложку подвергают УФ-излучению при норме по меньшей мере 250 микроватт на квадратный сантиметр (мкВт/см²), по меньшей мере 300 мкВт/см², по меньшей мере 500 мкВт/см², по меньшей мере 1 милливатт на квадратный сантиметр (мВт/см²), по меньшей мере 5 мВт/см², по меньшей мере 10 мВт/см², по меньшей мере 15 мВт/см², по меньшей мере 20 мВт/см², по меньшей мере 21 мВт/см² или по меньшей мере 25 мВт/см². В некоторых вариантах осуществления подложку подвергают УФ-излучению при норме не более 20 мВт/см², не более 21 мВт/см², не более 22 мВт/см², не более 25 мВт/см², не более 30 мВт/см², не более 40 мВт/см², не более 50 мВт/см², не более 60 мВт/см², не более 70 мВт/см², не более 80 мВт/см², не более 90 мВт/см², не более 100 мВт/см², не более 150 мВт/см² или не более 200 мВт/см².

В некоторых вариантах осуществления, например, подложку подвергают УФ-излучению при норме, находящейся в диапазоне от 300 мкВт/см² до 100 мВт/см².

В некоторых вариантах осуществления, например, подложку подвергают УФ-излучению при норме, находящейся в диапазоне от 300 мкВт/см² до 200 мВт/см².

В некоторых вариантах осуществления подложку подвергают (то есть осуществляют ее обработку) УФ-излучению в течение по меньшей мере 1 секунды, по меньшей мере 2 секунд, по меньшей мере 3 секунд, по меньшей мере 5 секунд, по меньшей мере 10 секунд, по меньшей мере 30 секунд, по меньшей мере 1 минуты, по меньшей мере 2 минут, по меньшей мере 3 минут, по меньшей мере 4 минут, по меньшей мере 5 минут, по меньшей мере 7 минут, по меньшей мере 9 минут, по меньшей мере 10 минут, по меньшей мере 11 минут, по меньшей мере 13 минут, по меньшей мере 15 минут, по меньшей мере 17 минут или по меньшей мере 20 минут. В некоторых вариантах осуществления подложку подвергают УФ-излучению в течение не более 5 секунд, не более 10 секунд, не более 30 секунд, не более 1 минуты, не более 2 минут, не более 4 минут, не более 5 минут, не более 6 минут, не более 8 минут, не более 10 минут, не более 12 минут, не более 14 минут, не более 15 минут, не более 16 минут, не более 18 минут, не более 20 минут, не более 22 минут, не более 24 минут, не более 25 минут, не более 26 минут, не более 28 минут или не более 30 минут.

В некоторых вариантах осуществления воздействие УФ-излучением осуществляют в течение периода времени, находящегося в диапазоне от 2 секунд до 20 минут.

В некоторых вариантах осуществления можно применять последовательно УФ-излучение, характеризующееся разными значениями длины волны. В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительным одновременное применение УФ-излучения, характеризующегося разными значениями дины волны.

Без ограничения какой-либо теорией считается, что УФ-излучение вызывает реакцию ароматического и/или ненасыщенного компонента и его химическую модификацию. Благодаря этой реакции увеличивается угол скатывания поверхности, тогда как свойства угла контакта остаются по сути без изменений.

Было обнаружено, что дополнительные средства, такие, как изложенные ниже, могут способствовать осуществлению химической реакции ароматических и/или ненасыщенных компонентов, присутствующих в подложке и/или на ней. Эти дополнительные средства можно применять по отдельности, последовательно и/или одновременно в ходе обработки подложки с помощью УФ.

УФ + кислород

В некоторых вариантах осуществления подложка предпочтительно характеризуется наличием поверхности, подвергнутой УФ-кислородной обработке, то есть поверхности, обработанной с помощью УФ-излучения в присутствии кислорода. Обработка в присутствии кислорода может включать по меньшей мере одну из, например, обработки в атмосферном воздухе, содержащем кислород, обработки в кислородсодержащей среде, обработки в обогащенной кислородом среде или обработки подложки, которая содержит кислород в своем составе или на поверхности.

В некоторых вариантах осуществления подложку предпочтительно обрабатывают при условиях и значениях длины волны УФ-излучения, достаточных для образования озона и кислородных радикалов. В некоторых вариантах осуществления источник УФ-излучения предпочтительно представляет собой ртутную лампу низкого давления. УФ-излучение можно применять с использованием любой комбинации параметров, описанных выше в отношении обработки УФ-излучением, в том числе расстояния, интенсивности и продолжительности, и при этом воздействие разными длинами волн можно осуществлять при их последовательном или одновременном применении.

В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения характеризуется образованием двух кислородных радикалов (O) из O₂. Кислородные радикалы могут вступать в реакцию с O₂ с образованием озона (O₃). В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет по меньшей мере 165 нанометров (нм), по меньшей мере 170 нм, по меньшей мере 175 нм, по меньшей мере 180 нм или по меньшей мере 185 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет не более 190 нм, не более 195 нм, не более 200 нм, не более 205 нм, не более 210 нм, не более 215 нм, не более 220 нм, не более 230 нм или не более 240 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 180 нм до 210 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет 185 нм.

В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения характеризуется расщеплением озона (O₃) с образованием O₂ и кислородного радикала (O). В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет по меньшей мере 200 нм, по меньшей мере 205 нм, по меньшей мере 210 нм, по меньшей мере 215 нм, по меньшей мере 220 нм, по меньшей мере 225 нм, по меньшей мере 230 нм, по меньшей мере 235 нм, по меньшей мере 240 нм, по меньшей мере 245 нм или по меньшей мере 250 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет не более 260 нм, не более 265 нм, не более 270 нм, не более 275 нм, не более 280 нм, не более 285 нм, не более 290 нм, не более 295 нм, не более 300 нм, не более 310 нм или не более 320 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 210 нм до 280 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет 254 нм.

УФ + озон

В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется наличием поверхности, подвергнутой УФ-озоновой обработке, то есть поверхности, обработанной с помощью УФ-излучения в присутствии озона (O₃). УФ-излучение можно применять с использованием любой комбинации параметров, описанных выше в отношении обработки УФ-излучением, в том числе расстояния, интенсивности и продолжительности, и при этом воздействие разными длинами волн можно осуществлять при их последовательном или одновременном применении.

Обработка в присутствии озона может включать, например, обработку в озонсодержащей среде или обработку в ходе образования озона в среде (например, с помощью коронного разряда). В некоторых вариантах осуществления озонсодержащая среда содержит O₂. В других вариантах осуществления озонсодержащая среда содержит менее 10 процентов по объему (об. %) O₂, менее 5 об. % O₂, менее 2 об. % O₂ или менее 1 об. % O₂. В некоторых вариантах осуществления озонсодержащая среда содержит инертный газ, такой как азот, гелий, аргон или их смеси.

В некоторых вариантах осуществления озонсодержащая среда содержит по меньшей мере 0,005 об. % O_3, по меньшей мере 0,01 об. % O₃, по меньшей мере 0,05 об. % O₃, по меньшей мере 0,1 об. % O₃, по меньшей мере 0,5 об. % O₃, по меньшей мере 1 об. % O₃, по меньшей мере 2 об. % O₃, по меньшей мере 5 об. % O₃, по меньшей мере 10 об. % O₃ или по меньшей мере 15 об. % O₃. В некоторых вариантах осуществления озонсодержащая среда характеризуется более высокой концентрацией озона на поверхности подложки. Такой концентрации могут достигать с помощью, например, введения озона на поверхность подложки (например, позволяя озону диффундировать от обратной стороны фильтровальной среды). В некоторых вариантах осуществления концентрация озона на поверхности подложки или вблизи нее предпочтительно является достаточной для образования кислородных радикалов из озона, присутствующего при наличии УФ-излучения.

В некоторых вариантах осуществления УФ-излучение характеризуется длиной волны, при которой может расщепляться озон (O₃) с образованием O₂ и кислородного радикала (O). В вариантах осуществления, в том числе, например, если озонсодержащая среда содержит менее 10 об. % O₂, менее 5 об. % O₂, менее 2 об. % O₂ или менее 1 об. % O₂, длина волны УФ-излучения может составлять по меньшей мере 165 нм, по меньшей мере 170 нм, по меньшей мере 175 нм, по меньшей мере 180 нм или по меньшей мере 185 нм и до 260 нм, до 265 нм, до 270 нм, до 275 нм, до 280 нм, до 285 нм или до 290 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 180 нм до 280 нм.

В вариантах осуществления, где озонсодержащая среда содержит O₂, который будет абсорбировать УФ-излучение, находящееся в диапазоне от 180 нм до 210 нм, длина волны УФ-излучения предпочтительно составляет по меньшей мере 210 нм, по меньшей мере 215 нм, по меньшей мере 220 нм, по меньшей мере 225 нм, по меньшей мере 230 нм, по меньшей мере 235 нм, по меньшей мере 240 нм, по меньшей мере 245 нм или по меньшей мере 250 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет не более 260 нм, не более 265 нм, не более 270 нм, не более 275 нм, не более 280 нм, не более 285 нм, не более 290 нм, не более 295 нм, не более 300 нм, не более 310 нм или не более 320 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 210 нм до 280 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет 254 нм.

УФ + H₂O₂

В некоторых вариантах осуществления подложка характеризуется наличием поверхности, подвергнутой УФ-H₂O₂-обработке, то есть поверхности, обработанной УФ-излучением и H₂O₂. В некоторых вариантах осуществления поверхность подложки и/или всю подложку могут приводить в контакт (например, путем покрытия и/или погружения) с раствором, содержащим H₂O₂. В некоторых вариантах осуществления раствор может содержать по меньшей мере 20 процентов по весу (вес. %) H₂O₂, по меньшей мере 25 вес. % H₂O₂, по меньшей мере 30 вес.% H₂O₂, по меньшей мере 40 вес. % H₂O₂, по меньшей мере 50 вес. % H₂O₂, по меньшей мере 60 вес. % H₂O₂, по меньшей мере 70 вес. % H₂O₂, по меньшей мере 80 вес. % H₂O₂ или по меньшей мере 90 вес. % H₂O₂. В некоторых вариантах осуществления раствор может содержать не более 30 вес. % H₂O₂, не более 40 вес. % H₂O₂, не более 50 вес. % H₂O₂, не более 60 вес. % H₂O₂, не более 70 вес. % H₂O₂, не более 80 вес. % H₂O₂, не более 90 вес. % H₂O₂ или не более 100 вес. % H₂O₂.

В некоторых вариантах осуществления подложку можно приводить в контакт с раствором, содержащим H₂O₂,в течение по меньшей мере 10 секунд, по меньшей мере 30 секунд, по меньшей мере 45 секунд, по меньшей мере 1 минуту, по меньшей мере 2 минуты, по меньшей мере 4 минуты, по меньшей мере 6 минут или по меньшей мере 8 минут. В некоторых вариантах осуществления подложка может находиться в контакте с раствором, содержащим H₂O₂,в течение не более 30 секунд, не более 45 секунд, не более 1 минуты, не более 2 минут, не более 4 минут, не более 6 минут, не более 8 минут, не более 10 минут или не более 30 минут.

В некоторых вариантах осуществления подложку можно обрабатывать УФ-излучением во время контакта с раствором, содержащим H₂O₂. В некоторых вариантах осуществления подложку можно обрабатывать УФ-излучением после контакта с раствором, содержащим H₂O₂. УФ-излучение можно применять с использованием любой комбинации параметров, описанных выше в отношении обработки УФ-излучением, в том числе расстояния, интенсивности и продолжительности, и при этом воздействие разными длинами волн можно осуществлять при их последовательном или одновременном применении.

Подложку можно обрабатывать УФ-излучением, достаточным для образования гидроксильных радикалов (OH). Подложку можно обрабатывать УФ-излучением во время контакта поверхности с H₂O₂, после контакта поверхности с H₂O₂ или как во время контакта, так и после контакта с H₂O₂.

В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения характеризуется образованием двух кислородных радикалов (O) из O₂. Кислородные радикалы могут вступать в реакцию с O₂ с образованием озона (O₃). В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет по меньшей мере 165 нм, по меньшей мере 170 нм, по меньшей мере 175 нм, по меньшей мере 180 нм или по меньшей мере 185 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет не более 190 нм, не более 195 нм, не более 200 нм, не более 205 нм, не более 210 нм, не более 215 нм, не более 220 нм, не более 230 нм или не более 240 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 180 нм до 210 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет 185 нм.

В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения характеризуется расщеплением озона (O₃) с образованием O₂ и кислородного радикала (O). В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет по меньшей мере 200 нм, по меньшей мере 205 нм, по меньшей мере 210 нм, по меньшей мере 215 нм, по меньшей мере 220 нм, по меньшей мере 225 нм, по меньшей мере 230 нм, по меньшей мере 235 нм, по меньшей мере 240 нм, по меньшей мере 245 нм или по меньшей мере 250 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет не более 260 нм, не более 265 нм, не более 270 нм, не более 275 нм, не более 280 нм, не более 285 нм, не более 290 нм, не более 295 нм, не более 300 нм, не более 310 нм или не более 320 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 210 нм до 280 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет 254 нм.

В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет по меньшей мере 200 нм, по меньшей мере 250 нм, по меньшей мере 300 нм, по меньшей мере 330 нм, по меньшей мере 340 нм, по меньшей мере 350 нм, по меньшей мере 355 нм, по меньшей мере 360 нм или по меньшей мере 370 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет не более 350 нм, не более 360 нм, не более 370 нм, не более 375 нм, не более 380 нм, не более 385 нм, не более 390 нм, не более 395 нм, не более 400 нм, не более 410 нм или не более 420 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения находится в диапазоне от 350 нм до 370 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны УФ-излучения составляет 360 нм.

В некоторых вариантах осуществления подложку можно высушить после приведения в контакт с раствором, содержащим H₂O₂,и до обработки с помощью УФ. В некоторых вариантах осуществления подложку можно высушить после приведения в контакт с раствором, содержащим H₂O₂,и после обработки с помощью УФ. В некоторых вариантах осуществления подложку можно высушить в сушильном шкафу.

УФ-обработка (как отдельно УФ, так и УФ с кислородом, озоном и/или перекисью водорода) является более эффективной, если подложка содержит ароматический и/или ненасыщенный компонент, в том числе, например, если подложка содержит УФ-реактивную смолу, в том числе, например, ароматическую смолу (например, смолу, содержащую ароматические группы), в том числе, например, фенольную смолу.

Подложка, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу

В качестве альтернативы или в дополнение к УФ-обработке свойства поверхности подложки можно модифицировать путем введения полимера, содержащего гидрофильную группу, в подложку и/или на нее. В некоторых вариантах осуществления, если применяют как УФ-обработку, так и введение полимера, содержащего гидрофильную группу, может быть предпочтительным вводить в подложку полимер, содержащий гидрофильную группу, или модифицировать подложку для введения полимера, содержащего гидрофильную группу, до УФ-обработки.

В некоторых вариантах осуществления подложка содержит полимер, содержащий гидрофильную группу. Гидрофильная группа полимера, содержащего гидрофильную группу, может предусматривать гидрофильную боковую группу, или гидрофильную группу, которая повторяется в основной цепи полимера, или обе. Используемая в данном документе «боковая группа» ковалентно связана с основной цепью полимера, но не образует часть основной цепи полимера. В некоторых вариантах осуществления гидрофильная группа включает по меньшей мере одно из гидрокси, амида, спирта, акриловой кислоты, пирролидона, простого метилового эфира, этиленгликоля, пропиленгликоля, дофамина и этиленимина. В некоторых вариантах осуществления гидрофильная боковая группа включает по меньшей мере одно из гидрокси, амида, спирта, акриловой кислоты, пирролидона, простого метилового эфира и дофамина. В некоторых вариантах осуществления гидрофильная группа, которая повторяется в основной цепи полимера, включает по меньшей мере одно из этиленгликоля, пропиленгликоля, дофамина и этиленимина.

В некоторых вариантах осуществления подложка, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, может характеризоваться наличием поверхности, на которой расположен полимер, содержащий гидрофильную группу. В некоторых вариантах осуществления подложка предпочтительно включает слой, в состав которого входит полимер, содержащий гидрофильную группу. В некоторых вариантах осуществления поверхность, на которой расположен полимер, содержащий гидрофильную группу, или в некоторых вариантах осуществления слой, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, предпочтительно образует поверхность подложки, обладающей необходимыми свойствами (в том числе углом скатывания и углом контакта), как описано в данном документе.

Слой может быть образован с применением любого пригодного способа. Например, слой может быть образован посредством применения полимера, в том числе, например, предварительно полимеризованного полимера. В качестве дополнения или альтернативы слой может быть образован посредством применения мономеров, олигомеров, полимеров или их комбинаций (например, их сочетаний, смесей или сополимеров) с последующей полимеризацией мономеров, олигомеров, полимеров или их комбинаций с получением полимера, сополимера или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления полимер можно осадить из раствора с применением окислительной или восстановительной полимеризации.

В некоторых вариантах осуществления слой может быть образован с применением любого пригодного способа нанесения покрытия, включая, например, нанесение покрытия методом плазменного осаждения, нанесение покрытия методом «рулонного» нанесения, нанесение покрытия методом погружения и/или нанесение покрытия методом распыления. Нанесение покрытия методом распыления может включать, например, разбрызгивание сжатым воздухом, распыление в электростатическом поле и т. д. В некоторых вариантах осуществления поверхность можно ламинировать. В некоторых вариантах осуществления слой может быть образован путем прядения полимера на подложку. Прядение полимера на подложку может включать, например, электропрядение полимера на подложку или нанесение полимера на подложку путем мокрого прядения, сухого прядения, прядения из расплава, прядения из геля, струйного прядения, прядения с применением магнитного поля и т. д. При прядении полимера на подложку в некоторых вариантах осуществления могут образовываться полимерные нановолокна. В качестве дополнения или альтернативы с помощью прядения полимера на подложку можно покрывать волокна, уже присутствующие в подложке. В некоторых вариантах осуществления, в том числе в тех, где полимер наносят на подложку с помощью сухого прядения раствора полимера, одну или несколько движущих сил, включая воздух, электрическое поле, центробежную силу, магнитное поле и т. д., можно применять по отдельности или совместно.

В некоторых вариантах осуществления в состав полимера, содержащего гидрофильную группу, входят полярные функциональные группы.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, представляет собой гидрофильный полимер.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, не способен растворяться в воде (например, он не является гидрофильным полимером), а скорее содержит по меньшей мере одну боковую группу, способную растворяться в воде (например, гидрофильную боковую группу), или группу, которая повторяется в основной цепи полимера, то есть способна растворяться в воде (например, гидрофильная группа, которая повторяется в основной цепи полимера).

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидроксилированный метакрилатный полимер. В некоторых вариантах осуществления в состав полимера, содержащего гидрофильную группу, не входит фтористая группа.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, не предусматривает фторполимер. Используемый в данном документе фторполимер относится к полимеру, который содержит по меньшей мере 5% фтора, по меньшей мере 10% фтора, по меньшей мере 15% фтора или по меньшей мере 20% фтора.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, может включать, например, поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM), в том числе поли(2-гидроксипропилметакрилат), поли(3-гидроксипропилметакрилат) или их смесь; поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM); поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O); полиэтиленимин (PEI); кватернизированный полиэтиленимин; или полидофамин; или их комбинации (например, их сочетания, смеси или сополимеры).

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, при образовании слоя может быть диспергирован и/или растворен в растворителе. В некоторых вариантах осуществления растворитель предпочтительно растворяет полимер, содержащий гидрофильную группу, но не растворяет подложку или любой компонент подложки. В некоторых вариантах осуществления растворитель является предпочтительно нетоксичным. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, является предпочтительно нерастворимым в углеводородной жидкости. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, является предпочтительно нерастворимым в толуоле.

В некоторых вариантах осуществления растворитель представляет собой растворитель, характеризующийся высокой диэлектрической проницаемостью. Растворитель может включать, например, метанол, этанол, пропанол, изопропанол (также называемый изопропиловым спиртом (IPA)), бутанол (включая каждую из его изомерных структур), бутанон (включая каждую из его изомерных структур), ацетон, этиленгликоль, диметилформамид, этилацетат, воду и т. д.

Концентрацию полимера, содержащего гидрофильную группу, в растворителе можно подбирать, исходя из молекулярной массы полимера. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, может присутствовать в растворителе в концентрации, составляющей по меньшей мере 0,25 процента (%) вес/объем (вес./об.), по меньшей мере 0,5% (вес./об.), по меньшей мере 0,75% (вес./об.), по меньшей мере 1,0% (вес./об.), по меньшей мере 1,25% (вес./об.), по меньшей мере 1,5% (вес./об.), по меньшей мере 1,75% (вес./об.), по меньшей мере 2,0% (вес./об.), по меньшей мере 3% (вес./об.), по меньшей мере 5% (вес./об.), по меньшей мере 10% (вес./об.), по меньшей мере 20% (вес./об.), по меньшей мере 30% (вес./об.), по меньшей мере 40% (вес./об.) или по меньшей мере 50% (вес./об.). В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, может присутствовать в растворителе в концентрации, составляющей не более 0,5% (вес./об.), не более 0,75% (вес./об.), не более 1,0% (вес./об.), не более 1,25% (вес./об.), не более 1,5% (вес./об.), не более 1,75% (вес./об.), не более 2,0% (вес./об.), не более 3% (вес./об.), не более 4% (вес./об.), не более 5% (вес./об.), не более 10% (вес./об.), не более 15% (вес./об.), не более 20% (вес./об.), не более 30% (вес./об.), не более 40% (вес./об.), не более 50% (вес./об.) или не более 60% (вес./об.).

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, в случае нанесения полимера, содержащего гидрофильную группу, путем нанесения покрытия методом погружения, полимер может присутствовать в растворителе в концентрации, находящейся в диапазоне от 0,5% (вес./об.) до 4% (вес./об.).

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, в случае нанесения полимера, содержащего гидрофильную группу, путем нанесения покрытия методом погружения, полимер может присутствовать в растворителе в концентрации, находящейся в диапазоне от 0,5% (вес./об.) до 1% (вес./об.).

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, в случае нанесения полимера, содержащего гидрофильную группу, путем электропрядения, полимер может присутствовать в растворителе в концентрации, находящейся в диапазоне от 5% (вес./об.) до 30% (вес./об.).

В некоторых вариантах осуществления слой может быть образован с помощью нанесения покрытия методом погружения. Нанесение покрытия методом погружения можно осуществлять с применением, например, машины для нанесения покрытий погружением Chemat DipMaster 50. В некоторых вариантах осуществления слой может быть образован с помощью нанесения покрытия на подложку методом погружения один, два, три или больше раз. В некоторых вариантах осуществления подложку можно подвергнуть нанесению покрытия методом погружения, повернуть на 180 градусов и подвергнуть повторному нанесению покрытия методом погружения. В некоторых вариантах осуществления подложку можно погружать в дисперсию, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, и извлекать при скорости 50 миллиметров в минуту (мм/мин.). В некоторых вариантах осуществления дисперсия представляет собой предпочтительно раствор.

В некоторых вариантах осуществления слой может быть образован с применением электропрядения. Электропрядение можно осуществлять, как описано, например, в US20160047062 A1.

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает полидофамин, то полимер, содержащий гидрофильную группу, можно осадить из раствора с применением окислительной или восстановительной полимеризации. Например, слой, содержащий полидофамин, можно получить в результате окислительной полимеризации дофамина.

В некоторых вариантах осуществления слой, включающий полимер, содержащий гидрофильную группу, характеризуется толщиной, составляющей по меньшей мере 0,5 ангстрем (Å), по меньшей мере 1 Å, по меньшей мере 5 Å, по меньшей мере 8 Å, по меньшей мере 10 Å, по меньшей мере 12 Å, по меньшей мере 14 Å, по меньшей мере 16 Å, по меньшей мере 18 Å, по меньшей мере 20 Å, по меньшей мере 25 Å, по меньшей мере 30 Å или по меньшей мере 50 Å.

В некоторых вариантах осуществления растворитель можно удалить после образования слоя, в том числе, например, после процедуры нанесения покрытия методом погружения. Растворитель можно удалить, например, путем выпаривания, в том числе, например, путем высушивания с применением сушильного шкафа.

В некоторых вариантах осуществления можно получать заряженное покрытие (например, путем кватернизации, электрохимического окисления или восстановления), и/или покрытие может содержать заряженный полимер. В некоторых вариантах осуществления слой, включающий полимер, содержащий гидрофильную группу, может быть изменен после образования слоя. Например, полимер, содержащий гидрофильную группу, можно кватернизировать. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, можно кватернизировать путем обработки слоя полимера с помощью кислоты. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, можно кватернизировать путем погружения подложки, включающей слой полимера, содержащего гидрофильную группу, в раствор, содержащий кислоту. В некоторых вариантах осуществления кислота может представлять собой HCl.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, и/или покрытие можно обрабатывать с помощью малеинового ангидрида.

В некоторых вариантах осуществления подложка может включать расположенный на ней полимер, содержащий гидрофильную группу. Если подложка содержит модифицирующую смолу, то полимер отличается по химическому составу от модифицирующей смолы. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, можно применять одновременно с модифицирующей смолой. Например, полимер, содержащий гидрофильную группу, можно смешивать с модифицирующей смолой до применения модифицирующей смолы в отношении подложки.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, может быть сшитым. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если полимер, содержащий гидрофильную группу, образует слой на подложке, полимер можно сшивать путем введения сшивающего средства в дисперсию на основе полимера, применяемую для нанесения покрытия или электропрядения. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если полимер находится в пределах подложки, полимер, содержащий гидрофильную группу, можно сшивать путем введения сшивающего средства в дисперсию, применяемую для введения полимера, содержащего гидрофильную группу. В некоторых вариантах осуществления дисперсия представляет собой предпочтительно раствор.

Для применения с полимером, содержащим гидрофильную группу, можно выбрать любое пригодное сшивающее средство. Например, в качестве сшивающего средства для PHEM можно применять N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан (DAMO-T). Например, (3-глицидилоксипропил)триметоксисилан или поли(этиленгликоль)диакрилат (PEGDA) можно применять в качестве сшивающего средства для полиэтиленимина (PEI). Полимеры, содержащие гидрофильные группы, в том числе первичные или вторичные аминогруппы, можно сшивать с помощью, например, соединений, включающих карбоновые кислоты (адипиновая кислота), альдегиды (например, глютеральдегид), кетоны, меламиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы и т. д. В другом примере полимеры, содержащие гидрофильные группы, в том числе первичные или вторичные спиртовые группы, можно сшивать с помощью, например, соединений, включающих карбоновые кислоты (адипиновая кислота), изоцианаты (толуолдиизоизоцианат), органические кремневодороды (тетраметоксисилан), комплексы титана(IV) (тетрабутилтитан), фенолформальдегидные смолы, меламиноформальдегидные смолы и т. д.

В некоторых вариантах осуществления сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу, можно ускорить путем воздействия на полимер, содержащий гидрофильную группу, и сшивающее средство теплом. Тепло можно применять любым пригодным способом, в том числе, например, путем нагревания подложки в сушильном шкафу, воздействия на подложку инфракрасным светом, воздействия на подложку паром или обработки подложки нагретыми вальцами. Можно применять любую комбинацию продолжительности обработки и температуры, пригодных для применения в отношении полимера, содержащего гидрофильную группу, сшивающего средства и подложки. В некоторых вариантах осуществления на полимер, содержащий гидрофильную группу, и сшивающее средство можно воздействовать температурами, составляющими по меньшей мере 80°C, по меньшей мере 90°C, по меньшей мере 100°C, по меньшей мере 110°C, по меньшей мере 120°C, по меньшей мере 130°C, по меньшей мере 140°C, по меньшей мере 150°C, по меньшей мере 160°C, по меньшей мере 170°C, по меньшей мере 180°C или по меньшей мере 190°C. В некоторых вариантах осуществления на полимер, содержащий гидрофильную группу, и сшивающее средство можно воздействовать температурами, составляющими не более 140°C, не более 150°C, не более 160°C, не более 170°C, не более 180°C, не более 190°C, не более 200°C, не более 210°C, не более 220°C, не более 230°C, не более 240°C, не более 260°C, не более 280°C или не более 300°C. В некоторых вариантах осуществления воздействие на полимер, содержащий гидрофильную группу, и сшивающее средство тепловой обработкой можно осуществлять в течение по меньшей мере 15 секунд, по меньшей мере 30 секунд, по меньшей мере 60 секунд, по меньшей мере 120 секунд, по меньшей мере 2 минут, по меньшей мере 5 минут, по меньшей мере 10 минут или по меньшей мере 1 часа. В некоторых вариантах осуществления на фильтровальную среду воздействуют теплом в течение не более 2 минут, не более 3 минут, не более 5 минут, не более 10 минут, не более 15 минут, не более 20 минут, не более 1 часа, не более 2 часов, не более 24 часов или не более 2 дней. Например, в некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, можно сшивать путем нагревания полимера, содержащего гидрофильную группу, и сшивающего средства при температуре, составляющей от по меньшей мере 100°C до не более 150°C, в течение от 15 секунд до 15 минут. В другом примере, в некоторых вариантах осуществления, полимер, содержащий гидрофильную группу, можно сшивать путем нагревания полимера, содержащего гидрофильную группу, и сшивающего средства при температуре, составляющей от по меньшей мере 80°C до не более 200°C, в течение от 15 секунд до 15 минут.

В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, можно подвергать отжигу. Используемый в данном документе «отжиг» включает воздействие на полимер, содержащий гидрофильную группу, окружающей средой с целью переориентации функциональных групп в полимере, содержащем гидрофильную группу, и/или повышения степени кристалличности полимера, содержащего гидрофильную группу. Если сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу, ускоряют путем воздействия на полимер, содержащий гидрофильную группу, и сшивающее средство теплом, то полимер, содержащий гидрофильную группу, можно подвергать отжигу до сшивания, в ходе сшивания или после сшивания. В некоторых вариантах осуществления, если сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу, ускоряют путем воздействия на полимер, содержащий гидрофильную группу, и сшивающее средство нагреванием, то полимер, содержащий гидрофильную группу, можно предпочтительно подвергать отжигу в ходе сшивания или после сшивания. В некоторых вариантах осуществления полимер, содержащий гидрофильную группу, можно предпочтительно подвергать отжигу после сшивания.

В некоторых вариантах осуществления отжиг включает нагревание подложки, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, в присутствии полярного растворителя. Например, отжиг может включать погружение подложки, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, и/или покрытой полимером, содержащим гидрофильную группу, в полярный растворитель. В качестве дополнения или альтернативы отжиг может предусматривать воздействие на подложку, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, и/или покрытую полимером, содержащим гидрофильную группу, полярным растворителем в виде пара. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если слой полимера, содержащего гидрофильную группу, наносят путем погружения подложки в раствор полимера, то раствор полимера может содержать полярный растворитель, и нагревание и последующее выпаривание полярного растворителя из подложки может обеспечить отжиг слоя полимера.

Полярный растворитель, пригодный для отжига, может включать, например, воду или спирт. Спирт может включать, например, метанол, этанол, изопропанол, трет-бутанол и т. д. Другие пригодные полярные растворители могут включать, например, ацетон, этилацетат, метилэтилкетон (MEK), диметилформамид (DMF) и т. д.

В некоторых вариантах осуществления отжиг предусматривает воздействие на подложку температурой, равной по меньшей мере температуре стеклования (Tg) полимера, содержащего гидрофильную группу. В некоторых вариантах осуществления отжиг предусматривает воздействие на подложку растворителем, характеризующимся температурой, равной по меньшей мере Tg полимера, содержащего гидрофильную группу.

В некоторых вариантах осуществления, в том числе, например, если отжиг предусматривает погружение подложки, покрытой полимером, содержащим гидрофильную группу, в полярный растворитель, температура полярного растворителя составляет по меньшей мере 50°C, по меньшей мере 55°C, по меньшей мере 60°C, по меньшей мере 65°C, по меньшей мере 70°C, по меньшей мере 75°C, по меньшей мере 80°C, по меньшей мере 85°C, по меньшей мере 90°C, по меньшей мере 95°C, по меньшей мере 100°C, по меньшей мере 110°C, по меньшей мере 120°C, по меньшей мере 130°C, по меньшей мере 140°C или по меньшей мере 150°C. В некоторых вариантах осуществления температура полярного растворителя составляет не более 90°C, не более 95°C, не более 100°C, не более 105°C, не более 110°C, не более 115°C, не более 120°C, не более 130°C, не более 140°C, не более 150°C или не более 200°C. В некоторых вариантах осуществления фильтровальную среду погружают в полярный растворитель на по меньшей мере 10 секунд, по меньшей мере 30 секунд, по меньшей мере 60 секунд, по меньшей мере 90 секунд, по меньшей мере 120 секунд, по меньшей мере 150 секунд или по меньшей мере 180 секунд. В некоторых вариантах осуществления фильтровальную среду погружают в полярный растворитель на не более 60 секунд, не более 120 секунд, не более 150 секунд, не более 180 секунд, не более 3 минут или не более 5 минут. В некоторых вариантах осуществления полярный растворитель может предпочтительно представлять собой воду. Например, в некоторых вариантах осуществления отжиг предусматривает погружение фильтровальной среды, покрытой полимером, содержащим гидрофильную группу, в воду при 90°C на промежуток времени, составляющий от по меньшей мере 10 секунд до не более 5 минут.

Без ограничения какой-либо теорией считается, что поверхность подложки, на которой расположен полимер, содержащий гидрофильную группу, или которая включает полимер, содержащий гидрофильную группу, может обладать необходимыми свойствами (в том числе углом скатывания и углом контакта), описанными выше, из-за разрывов на поверхности подложки. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления подложка может содержать смесь волокон. В некоторых вариантах осуществления подложка может содержать как неполимерные, так и полимерные волокна, и/или два разных типа полимерных волокон. Например, подложка может содержать полиэфирные волокна, покрытые короткими нейлоновыми волокнами, и/или нейлоновые волокна, покрытые короткими полиэфирными волокнами. В качестве дополнения или альтернативы подложка может содержать волокно, которое, если оно образует целостную поверхность, создает гидрофильную поверхность, и волокно, которое, если оно образует целостную поверхность, создает гидрофобную поверхность.

В некоторых вариантах осуществления подложка, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, – в том числе подложка, характеризующаяся наличием покрытия на основе полимера, содержащего гидрофильную группу, или подложка, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, в своем составе – предпочтительно является стабильной. В некоторых вариантах осуществления стабильность подложки, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, можно повысить путем обработки малеиновым ангидридом, отжига полимера, содержащего гидрофильную группу, и/или сшивания полимера, содержащего гидрофильную группу. Без ограничения какой-либо теорией считается, что в некоторых вариантах осуществления стабильность подложки, которая содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, повышается за счет снижения растворимости полимера, содержащего гидрофильную группу, в том числе, например, за счет сшивания. Более того, без ограничения какой-либо теорией считается, что в некоторых вариантах осуществления стабильность подложки можно повысить за счет увеличения доступности гидрофильной боковой группы полимера (например, гидроксильной группы) на поверхности подложки, в том числе, например, за счет отжига.

Обработанные подложки и применения

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к фильтровальной среде, включающей подложку, получаемую с помощью способа, который предусматривает воздействие на поверхность подложки УФ-излучением. Подложка содержит по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

В некоторых вариантах осуществления поверхность подложки до обработки предпочтительно характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов, как дополнительно описано в данном документе.

В некоторых вариантах осуществления воздействие на поверхность подложки УФ-излучением предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением в присутствии кислорода, как дополнительно описано в данном документе. В некоторых вариантах осуществления воздействие на поверхность подложки УФ-излучением предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением и по меньшей мере одним из H₂O₂ и озона, как дополнительно описано в данном документе. В некоторых вариантах осуществления подложка содержит УФ-реактивную смолу, то есть смолу, содержащую по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента. В некоторых вариантах осуществления УФ-реактивная смола включает фенольную смолу.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к фильтровальной среде, включающей подложку, получаемую с помощью способа, который предусматривает размещение полимера, содержащего гидрофильную группу, на поверхности подложки.

В некоторых вариантах осуществления поверхность подложки до обработки предпочтительно характеризуется углом контакта, составляющим по меньшей мере 90 градусов, как дополнительно описано в данном документе.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к применению УФ-излучения для улучшения поверхности подложки в отношении угла скатывания, при этом подложка содержит по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

В некоторых вариантах осуществления применение характеризуется подложкой, содержащей ароматическую смолу.

В некоторых вариантах осуществления применение характеризуется подложкой, содержащей фенольную смолу.

В некоторых вариантах осуществления применение характеризуется применением УФ-излучения в присутствии по меньшей мере одного из кислорода, озона и H₂O₂.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к применению вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением по меньшей мере на один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

В некоторых вариантах осуществления применение относится к применению вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением на УФ-реактивную смолу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

В некоторых вариантах осуществления применение относится к применению вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением на ароматическую смолу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

В некоторых вариантах осуществления применение относится к применению вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением на фенольную смолу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

В некоторых вариантах осуществления применение предусматривает воздействие УФ-излучением в присутствии по меньшей мере одного из кислорода, озона и H₂O₂.

Настоящее изобретение также относится к применению полимера, содержащего гидрофильную группу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Настоящее изобретение дополнительно относится к применению гидрофильного полимера для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

В некоторых вариантах осуществления этих применений подложка предпочтительно представляет собой подложку фильтра, в том числе, например, подложку фильтра, характеризующуюся углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол, как дополнительно описано в данном документе.

В некоторых вариантах осуществления этих применений подложка предпочтительно представляет собой подложку фильтра, в том числе, например, подложку фильтра, характеризующуюся углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол, как дополнительно описано в данном документе.

Иллюстративные варианты осуществления фильтровальной среды

Вариант осуществления 1. Фильтровальная среда, включающая подложку, где подложка характеризуется

наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 2. Фильтровальная среда по варианту осуществления 1, где поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 3. Фильтровальная среда, включающая подложку, где подложка характеризуется

наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 4. Фильтровальная среда по варианту осуществления 3, где поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 5. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-4, где поверхность предусматривает поверхность, подвергнутую УФ-обработке.

Вариант осуществления 6. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-5, где поверхность предусматривает поверхность, подвергнутую УФ-кислородной обработке.

Вариант осуществления 7. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-6, где поверхность предусматривает поверхность, подвергнутую УФ-озоновой обработке.

Вариант осуществления 8. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-7, где поверхность предусматривает поверхность, подвергнутую УФ-H₂O₂-обработке.

Вариант осуществления 9. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-8, где подложка содержит полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 10. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-9, где поверхность содержит расположенный на ней полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 11. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 9 или 10, где полимер, содержащий гидрофильную группу, содержит гидрофильную боковую группу.

Вариант осуществления 12. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 9-11, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM), поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM), поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O), полиэтиленимин (PEI), кватернизированный полиэтиленимин, полидофамин или их комбинации.

Вариант осуществления 13. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 9-12, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидрофильный полимер.

Вариант осуществления 14. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 9-13, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает заряженный полимер.

Вариант осуществления 15. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 9-14, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидроксилированный метакрилатный полимер.

Вариант осуществления 16. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 9-15, где полимер, содержащий гидрофильную группу, не предусматривает фторполимер.

Вариант осуществления 17. Фильтровальная среда, включающая подложку,

где подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол; и

при этом поверхность содержит поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM), поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM), поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O), полиэтиленимин (PEI), кватернизированный полиэтиленимин, полидофамин или их комбинации.

Вариант осуществления 18. Фильтровальная среда по варианту осуществления 17, где поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 19. Фильтровальная среда, включающая подложку,

где подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол; и

при этом поверхность содержит поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM), поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM), поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O), полиэтиленимин (PEI), кватернизированный полиэтиленимин, полидофамин или их комбинации.

Вариант осуществления 20. Фильтровальная среда по варианту осуществления 19, где поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 21. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-20, где подложка содержит целлюлозу, сложный полиэфир, полиамид, полиолефин, стекло или их комбинации.

Вариант осуществления 22. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-21, где подложка содержит по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 23. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-22, где подложка содержит модифицирующую смолу.

Вариант осуществления 24. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-23, где подложка содержит УФ-реактивную смолу.

Вариант осуществления 25. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-24, где подложка содержит фенольную смолу.

Вариант осуществления 26. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-25, где подложка содержит поры со средним диаметром, составляющим не более 2 мм.

Вариант осуществления 27. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-26, где подложка содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 40 мкм до 50 мкм.

Вариант осуществления 28. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-27, где подложка характеризуется пористостью, составляющей от по меньшей мере 15% до не более 99%.

Вариант осуществления 29. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-28, где фильтровальная среда дополнительно содержит коалесцирующий слой, расположенный выше по потоку относительно подложки.

Вариант осуществления 30. Фильтровальная среда по варианту осуществления 29, где коалесцирующий слой содержит поры с некоторым средним диаметром, и подложка содержит поры с некоторым средним диаметром, и при этом средний диаметр пор подложки является больше среднего диаметра пор коалесцирующего слоя.

Вариант осуществления 31. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 29 или 30, где подложка содержит поры с некоторым средним диаметром, и где капля со средним диаметром образуется на стороне коалесцирующего слоя, ориентированной в направлении вниз по потоку, и, дополнительно, где средний диаметр пор подложки является больше среднего диаметра капли.

Вариант осуществления 32. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-31, где подложка является стабильной.

Иллюстративные варианты осуществления способов обработки

Вариант осуществления 1. Способ обработки материала, характеризующегося наличием поверхности, при этом способ включает

обработку поверхности с получением обработанной поверхности,

где обработанная поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 2. Способ по варианту осуществления 1, где обработанная поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 3. Способ обработки материала, характеризующегося наличием поверхности, при этом способ включает

обработку поверхности с получением обработанной поверхности,

где обработанная поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 4. Способ по варианту осуществления 3, где обработанная поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 5. Способ по любому из вариантов осуществления 1-4, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность ультрафиолетовым (УФ) излучением.

Вариант осуществления 6. Способ по варианту осуществления 5, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность ультрафиолетовым (УФ) излучением в присутствии кислорода, и при этом УФ-излучение характеризуется первой длиной волны, находящейся в диапазоне от 180 нм до 210 нм, и второй длиной волны, находящейся в диапазоне от 210 нм до 280 нм.

Вариант осуществления 7. Способ по любому из вариантов осуществления 1-6, где длина волны УФ-излучения составляет 185 нм.

Вариант осуществления 8. Способ по любому из вариантов осуществления 1-7, где длина волны УФ-излучения составляет 254 нм.

Вариант осуществления 9. Способ по любому из вариантов осуществления 1-8, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность с помощью H₂O₂.

Вариант осуществления 10. Способ по любому из вариантов осуществления 1-9, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность ультрафиолетовым (УФ) излучением, характеризующимся длиной волны, находящейся в диапазоне от 350 нм до 370 нм.

Вариант осуществления 11. Способ по любому из вариантов осуществления 1-10, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность ультрафиолетовым (УФ) излучением в присутствии озона.

Вариант осуществления 12. Способ по любому из вариантов осуществления 1-11, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением, находящимся в диапазоне от 300 мкВт/см² до 200 мВт/см².

Вариант осуществления 13. Способ по любому из вариантов осуществления 1-12, где обработка поверхности предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением в течение промежутка времени, находящегося в диапазоне от 2 секунд до 20 минут.

Вариант осуществления 14. Способ по любому из вариантов осуществления 1-13, где обработка поверхности предусматривает образование на поверхности слоя, который включает полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 15. Способ по варианту осуществления 14, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM), поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM), поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O), полиэтиленимин (PEI), кватернизированный полиэтиленимин, полидофамин или их комбинации.

Вариант осуществления 16. Способ по любому из вариантов осуществления 14 или 15, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидрофильный полимер.

Вариант осуществления 17. Способ по любому из вариантов осуществления 14-16, где полимер, содержащий гидрофильную группу, содержит гидрофильную боковую группу.

Вариант осуществления 18. Способ по любому из вариантов осуществления 14-17, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидроксилированный метакрилатный полимер.

Вариант осуществления 19. Способ по любому из вариантов осуществления 14-18, где полимер, содержащий гидрофильную группу, не предусматривает фторполимер.

Вариант осуществления 20. Способ по любому из вариантов осуществления 14-19, где слой предусматривает заряженный слой.

Вариант осуществления 21. Способ по любому из вариантов осуществления 14-20, где образование слоя, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает нанесение покрытия на материал методом погружения в раствор, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 22. Способ по варианту осуществления 21, где раствор, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, дополнительно содержит сшивающее средство.

Вариант осуществления 23. Способ по варианту осуществления 22, где сшивающее средство предусматривает по меньшей мере одно из N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана (DAMO-T), (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана и поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA).

Вариант осуществления 24. Способ по любому из вариантов осуществления 14-20, где образование на поверхности слоя, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает нанесение на поверхность раствора, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, путем электропрядения.

Вариант осуществления 25. Способ по варианту осуществления 24, где способ дополнительно предусматривает образование на поверхности нановолокон, которые содержат полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 26. Способ по любому из вариантов осуществления 24 или 25, где раствор, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, дополнительно содержит сшивающее средство.

Вариант осуществления 27. Способ по варианту осуществления 26, где сшивающее средство предусматривает по меньшей мере одно из N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана (DAMO-T), (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана и поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA).

Вариант осуществления 28. Способ по любому из вариантов осуществления 14-27, где способ дополнительно предусматривает сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу.

Вариант осуществления 29. Способ по варианту осуществления 28, где сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу, предусматривает нагревание материала, покрытого полимером, содержащим гидрофильную группу, при температуре, находящейся в диапазоне от 80°C до 200°C, в течение от 30 секунд до 15 минут.

Вариант осуществления 30. Способ по любому из вариантов осуществления 14-29, где способ дополнительно предусматривает отжиг полимера, содержащего гидрофильную группу.

Вариант осуществления 31. Способ по варианту осуществления 30, где отжиг полимера, содержащего гидрофильную группу, предусматривает погружение материала, покрытого полимером, содержащим гидрофильную группу, в растворитель на по меньшей мере 10 секунд, при этом температура растворителя равна по меньшей мере температуре стеклования полимера, содержащего гидрофильную группу.

Вариант осуществления 32. Способ по любому из вариантов осуществления 1-31, где материал предусматривает фильтровальную среду.

Вариант осуществления 33. Способ по варианту осуществления 32, где фильтровальная среда включает подложку.

Вариант осуществления 34. Способ по любому из вариантов осуществления 1-33, где материал содержит целлюлозу, сложный полиэфир, полиамид, полиолефин, стекло или их комбинацию.

Вариант осуществления 35. Способ по любому из вариантов осуществления 1-34, где материал содержит по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 36. Способ по любому из вариантов осуществления 1-35, где материал содержит модифицирующую смолу.

Вариант осуществления 37. Способ по любому из вариантов осуществления 1-36, где материал содержит УФ-реактивную смолу.

Вариант осуществления 38. Способ по любому из вариантов осуществления 1-37, где материал содержит фенольную смолу.

Вариант осуществления 39. Способ по любому из вариантов осуществления 1-38, где материал содержит поры со средним диаметром, составляющим не более 2 мм.

Вариант осуществления 40. Способ по любому из вариантов осуществления 1-39, где материал содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 40 мкм до 50 мкм.

Вариант осуществления 41. Способ по любому из вариантов осуществления 1-40, где материал характеризуется пористостью, составляющей от по меньшей мере 15% до не более 99%.

Вариант осуществления 42. Способ по любому из вариантов осуществления 1-41, где обработанная поверхность является стабильной.

Вариант осуществления 43. Способ по любому из вариантов осуществления 1-42, где поверхность материала до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 44. Способ по любому из вариантов осуществления 1-43, где поверхность материала до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 45. Способ по любому из вариантов осуществления 1-44, где поверхность материала до обработки характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 0 градусов до 50 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 46. Способ по любому из вариантов осуществления 1-42, где поверхность материала до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 47. Способ по любому из вариантов осуществления 1-42 или 46, где поверхность материала до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 48. Способ по любому из вариантов осуществления 1-42, 46 или 47, где поверхность материала до обработки характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 0 градусов до 40 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Иллюстративные варианты осуществления фильтровального элемента

Вариант осуществления 1. Фильтровальный элемент, содержащий

фильтровальную среду, включающую подложку, где подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 2. Фильтровальный элемент по варианту осуществления 1, где поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 3. Фильтровальный элемент, содержащий

фильтровальную среду, включающую подложку, где подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 4. Фильтровальный элемент по варианту осуществления 3, где поверхность характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 60 градусов до 90 градусов, в диапазоне от 70 градусов до 90 градусов или в диапазоне от 80 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 5. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-4, где поверхность образует сторону фильтровальной среды, ориентированную в направлении вниз по потоку.

Вариант осуществления 6. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-5, где фильтровальная среда содержит слой, предназначенный для удаления загрязняющих веществ в виде микрочастиц.

Вариант осуществления 7. Фильтровальный элемент по варианту осуществления 6, где слой, предназначенный для удаления загрязняющих веществ в виде микрочастиц, расположен выше по потоку относительно подложки.

Вариант осуществления 8. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-7, где фильтровальная среда содержит коалесцирующий слой.

Вариант осуществления 9. Фильтровальный элемент по варианту осуществления 8, где коалесцирующий слой расположен выше по потоку относительно подложки.

Вариант осуществления 10. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-9, где фильтровальная среда содержит слой, предназначенный для удаления загрязняющих веществ в виде микрочастиц, и коалесцирующий слой, и при этом слой, предназначенный для удаления загрязняющих веществ в виде микрочастиц, расположен выше по потоку относительно коалесцирующего слоя, а коалесцирующий слой расположен выше по потоку относительно подложки.

Вариант осуществления 11. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-10, где фильтровальный элемент дополнительно содержит сетку.

Вариант осуществления 12. Фильтровальный элемент по варианту осуществления 11, где сетка расположена ниже по потоку относительно подложки.

Вариант осуществления 13. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-12, где фильтровальный элемент дополнительно содержит второй коалесцирующий слой ниже по потоку относительно подложки.

Вариант осуществления 14. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-13, где фильтровальная среда имеет трубчатую конфигурацию.

Вариант осуществления 15. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-14, где фильтровальная среда содержит складки.

Вариант осуществления 16. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-15, где фильтровальный элемент предназначен для удаления воды из углеводородной жидкости.

Вариант осуществления 17. Фильтровальный элемент по варианту осуществления 16, где углеводородная жидкость предусматривает дизельное топливо.

Вариант осуществления 18. Фильтровальный элемент по любому из вариантов осуществления 1-17, где поверхность является стабильной.

Иллюстративные способы идентификации материала, пригодного для разделения углеводородной жидкости и воды

Вариант осуществления 1. Способ идентификации материала, пригодного для разделения углеводородной жидкости и воды, при этом способ включает определение угла скатывания капли с поверхности материала, где материал погружают в жидкость, содержащую углеводород, и при этом угол скатывания находится в диапазоне от 40 градусов до 90 градусов.

Вариант осуществления 2. Способ по варианту осуществления 1, где капля содержит гидрофильное вещество.

Вариант осуществления 3. Способ по любому из вариантов осуществления 1 или 2, где капля содержит воду.

Вариант осуществления 4. Способ по любому из вариантов осуществления 1-3, где жидкость, содержащая углеводород, предусматривает толуол.

Вариант осуществления 5. Способ по любому из вариантов осуществления 1-4, где капля представляет собой каплю объемом 20 мкл.

Вариант осуществления 6. Способ по любому из вариантов осуществления 1-4, где капля представляет собой каплю объемом 50 мкл.

Вариант осуществления 7. Способ по любому из вариантов осуществления 1-6, где способ дополнительно предусматривает определение угла контакта капли на поверхности материала.

Вариант осуществления 8. Способ по варианту осуществления 7, где угол контакта находится в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов.

Вариант осуществления 9. Способ по любому из вариантов осуществления 1-8, где материал содержит расположенный на нем полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 10. Способ по варианту осуществления 10, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидрофильный полимер.

Вариант осуществления 11. Способ по любому из вариантов осуществления 1-10, где поверхность материала является стабильной.

Вариант осуществления 12. Способ по любому из вариантов осуществления 1-11, где материал содержит поры со средним диаметром, составляющим не более 2 мм.

Вариант осуществления 13. Способ по любому из вариантов осуществления 1-12, где материал содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 40 мкм до 50 мкм.

Вариант осуществления 14. Способ по любому из вариантов осуществления 1-13, где материал характеризуется пористостью, составляющей от по меньшей мере 15% до не более 99%.

Иллюстративные варианты осуществления подложки, обработанной УФ-излучением

Вариант осуществления 1. Фильтровальная среда, содержащая подложку, получаемую с помощью способа, включающего

воздействие на поверхность подложки ультрафиолетовым (УФ) излучением, при этом подложка содержит по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 2. Фильтровальная среда по варианту осуществления 1, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 3. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1 или 2, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 4. Фильтровальная среда по варианту осуществления 1, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 5. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1 или 4, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 6. Фильтровальная среда, содержащая подложку, получаемую с помощью способа, включающего

обеспечение подложки, содержащей по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента, причем подложка характеризуется наличием поверхности, характеризующейся углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол, и

воздействие на поверхность подложки ультрафиолетовым (УФ) излучением.

Вариант осуществления 7. Фильтровальная среда по варианту осуществления 6, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 8. Фильтровальная среда, содержащая подложку, получаемую с помощью способа, включающего

обеспечение подложки, содержащей по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента, причем подложка характеризуется наличием поверхности, при этом поверхность до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол, и

воздействие на поверхность подложки ультрафиолетовым (УФ) излучением.

Вариант осуществления 9. Фильтровальная среда по варианту осуществления 8, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 10. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-9, где воздействие на поверхность подложки УФ-излучением предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением в присутствии кислорода, и при этом УФ-излучение характеризуется первой длиной волны, находящейся в диапазоне от 180 нм до 210 нм, и второй длиной волны, находящейся в диапазоне от 210 нм до 280 нм.

Вариант осуществления 11. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-10, где длина волны УФ-излучения составляет 185 нм.

Вариант осуществления 12. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-11, где длина волны УФ-излучения составляет 254 нм.

Вариант осуществления 13. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-12, где воздействие на поверхность предусматривает воздействие на поверхность с помощью H₂O₂.

Вариант осуществления 14. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-13, где воздействие на поверхность предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением, характеризующимся длиной волны, находящейся в диапазоне от 350 нм до 370 нм.

Вариант осуществления 15. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-14, где воздействие на поверхность предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением в присутствии озона.

Вариант осуществления 16. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-15, где воздействие на поверхность предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением, находящимся в диапазоне от 300 мкВт/см² до 200 мВт/см².

Вариант осуществления 17. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-16, где воздействие на поверхность предусматривает воздействие на поверхность УФ-излучением в течение периода времени, находящегося в диапазоне от 2 секунд до 20 минут.

Вариант осуществления 18. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-17, где подложка содержит ароматический компонент и ненасыщенный компонент.

Вариант осуществления 19. Фильтровальная среда по варианту осуществления 18, где подложка содержит УФ-реактивную смолу.

Вариант осуществления 20. Фильтровальная среда по одному из вариантов осуществления 18 или 19, где УФ-реактивная смола предусматривает фенольную смолу.

Вариант осуществления 21. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-20, где подложка содержит поры со средним диаметром, составляющим не более 2 мм.

Вариант осуществления 22. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-21, где подложка содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 40 мкм до 50 мкм.

Вариант осуществления 23. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-22, где подложка характеризуется пористостью, составляющей от по меньшей мере 15% до не более 99%.

Вариант осуществления 24. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-22, где подложка до обработки характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 0 градусов до 50 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 25. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-22, где подложка до обработки характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 0 градусов до 40 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Иллюстративные варианты осуществления подложки, обработанной полимером, содержащим гидрофильную группу

Вариант осуществления 1. Фильтровальная среда, содержащая подложку, получаемую с помощью способа, включающего

размещение полимера, содержащего гидрофильную группу, на поверхности подложки.

Вариант осуществления 2. Фильтровальная среда по варианту осуществления 1, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 3. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1 или 2, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 4. Фильтровальная среда по варианту осуществления 1, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 5. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1 или 4, где поверхность подложки до обработки характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 100 градусов до 150 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 6. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-5, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM), поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM), поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O), полиэтиленимин (PEI), кватернизированный полиэтиленимин, полидофамин или их комбинации.

Вариант осуществления 7. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-6, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидрофильный полимер.

Вариант осуществления 8. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-7, где полимер, содержащий гидрофильную группу, содержит гидрофильную боковую группу.

Вариант осуществления 9. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-8, где полимер, содержащий гидрофильную группу, предусматривает гидроксилированный метакрилатный полимер.

Вариант осуществления 10. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-9, где полимер, содержащий гидрофильную группу, не предусматривает фторполимер.

Вариант осуществления 11. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-10, где размещение полимера, содержащего гидрофильную группу, на поверхности подложки предусматривает образование на поверхности слоя, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 12. Фильтровальная среда по варианту осуществления 11, где слой предусматривает заряженный слой.

Вариант осуществления 13. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-12, где размещение полимера, содержащего гидрофильную группу, на поверхности подложки предусматривает нанесение покрытия на подложку методом погружения в раствор, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 14. Фильтровальная среда по варианту осуществления 13, где раствор, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, дополнительно содержит сшивающее средство.

Вариант осуществления 15. Фильтровальная среда по варианту осуществления 14, где сшивающее средство содержит по меньшей мере одно из N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана (DAMO-T), (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана и поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA).

Вариант осуществления 16. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-12, где размещение полимера, содержащего гидрофильную группу, на поверхности подложки предусматривает нанесение на поверхность раствора, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, путем электропрядения.

Вариант осуществления 17. Фильтровальная среда по варианту осуществления 16, где электропрядение раствора, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, на поверхность предусматривает образование на поверхности нановолокон, которые содержат полимер, содержащий гидрофильную группу.

Вариант осуществления 18. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 16 или 17, где раствор, который содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, дополнительно содержит сшивающее средство.

Вариант осуществления 19. Фильтровальная среда по варианту осуществления 18, где сшивающее средство содержит по меньшей мере одно из N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана (DAMO-T), (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана и поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA).

Вариант осуществления 20. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-20, где способ дополнительно предусматривает сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу.

Вариант осуществления 21. Фильтровальная среда по варианту осуществления 20, где сшивание полимера, содержащего гидрофильную группу, предусматривает нагревание материала, покрытого полимером, содержащим гидрофильную группу, при температуре, находящейся в диапазоне от 80°C до 200°C, в течение от 30 секунд до 15 минут.

Вариант осуществления 22. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-21, где способ дополнительно предусматривает отжиг полимера, содержащего гидрофильную группу.

Вариант осуществления 23. Фильтровальная среда по варианту осуществления 22, где отжиг полимера, содержащего гидрофильную группу, предусматривает погружение материала, покрытого полимером, содержащим гидрофильную группу, в растворитель на по меньшей мере 10 секунд, при этом температура растворителя равна по меньшей мере температуре стеклования полимера, содержащего гидрофильную группу.

Вариант осуществления 24. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-23, где подложка содержит поры со средним диаметром, составляющим не более 2 мм.

Вариант осуществления 25. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-24, где подложка содержит поры со средним диаметром, находящимся в диапазоне от 40 мкм до 50 мкм.

Вариант осуществления 26. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-25, где подложка характеризуется пористостью, составляющей от по меньшей мере 15% до не более 99%.

Вариант осуществления 27. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-26, где подложка до обработки характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 0 градусов до 50 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 28. Фильтровальная среда по любому из вариантов осуществления 1-26, где подложка до обработки характеризуется углом скатывания, находящимся в диапазоне от 0 градусов до 40 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Иллюстративные варианты осуществления применения

Вариант осуществления 1. Применение ультрафиолетового (УФ) излучения для улучшения поверхности подложки в отношении угла скатывания, при этом подложка содержит по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 2. Применение по варианту осуществления 1, при этом применение характеризуется тем, что подложка содержит ароматическую смолу.

Вариант осуществления 3. Применение по одному из вариантов осуществления 1 или 2, где применение характеризуется тем, что подложка содержит фенольную смолу.

Вариант осуществления 4. Применение по любому из вариантов осуществления 1-3, где применение характеризуется применением УФ-излучения в присутствии кислорода для улучшения угла скатывания.

Вариант осуществления 5. Применение по любому из вариантов осуществления 1-4, где применение характеризуется применением УФ-излучения в присутствии озона для улучшения угла скатывания.

Вариант осуществления 6. Применение по любому из вариантов осуществления 1-5, где применение характеризуется применением УФ-излучения в присутствии H₂O₂ для улучшения угла скатывания.

Вариант осуществления 7. Применение вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением по меньшей мере на один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Вариант осуществления 8. Применение по варианту осуществления 7, где применение относится к применению вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением на УФ-реактивную смолу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Вариант осуществления 9. Применение по любому из вариантов осуществления 7 или 8, где применение относится к применению вещества, получаемого путем воздействия УФ-излучением на фенольную смолу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Вариант осуществления 10. Применение по любому из вариантов осуществления 7-9, где применение характеризуется воздействием УФ-излучением в присутствии кислорода на по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 11. Применение по любому из вариантов осуществления 7-9, где применение характеризуется воздействием УФ-излучением в присутствии озона на по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 12. Применение по любому из вариантов осуществления 7-9, где применение характеризуется воздействием УФ-излучением в присутствии H₂O₂ на по меньшей мере один из ароматического компонента и ненасыщенного компонента.

Вариант осуществления 13. Применение полимера, содержащего гидрофильную группу, для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Вариант осуществления 14. Применение гидрофильного полимера для улучшения подложки в отношении угла скатывания.

Вариант осуществления 15. Применение по любому из вариантов осуществления 1-14, где подложка представляет собой фильтровальную подложку.

Вариант осуществления 16. Применение по варианту осуществления 15, где фильтровальная подложка характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 20 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Вариант осуществления 17. Применение по варианту осуществления 15, где подложка фильтра характеризуется углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 градусов до 180 градусов, для капли воды объемом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами. Следует понимать, что конкретные примеры, материалы, количества и процедуры следует интерпретировать в широком смысле в соответствии с объемом и сущностью изобретения, изложенными в данном документе.

ПРИМЕРЫ

МАТЕРИАЛЫ

Все приобретенные материалы применяли в том виде, в котором они были получены (то есть без дополнительной очистки). Если не указано другое, материалы приобретали у Sigma Aldrich (Сент-Луис, Миссури).

• Изопропиловый спирт (IPA) CHROMASOLV – 99,9%

• Толуол CHROMASOLV – 99,9%

• Этилацетат CHROMASOLV – 99,9%

• Метиловый спирт – реактив ос. ч. – 99,8%

• Этиловый спирт (EtOH)

• Малеиновый ангидрид – 99%

• H₂O₂ – 30% или 50%

• NH₄OH – реактив ос. ч. – 50%

• N-(2-Аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан (также называемый DYNASYLAN DAMO-T или DAMO-T) – Evonik Industries AG (Эссен, Германия)

• DYNASYLAN SIVO 203 – Evonik Industries AG (Эссен, Германия)

• Tyzor 131 (Tyzor)

• HCl в изопропиловом спирте (IPA) – 0,05 M

• Поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEM) – Scientific Polymer Products (Онтарио, Нью-Йорк) – Mw = 20000

• Поли(2-этил-2-оксазолин) (P2E2O) – Mw = 50000

• Полиэтиленимин, разветвленный (PEI-10K или PEI 10000) – Mw = 25000 – Mn = 10000

• Полиэтиленимин, разветвленный (PEI-600) – Mw = 600

• Поли(гидроксипропилметакрилат) (PHPM) – Scientific Polymer Products (Онтарио, Нью-Йорк) – гранулированный

• Полиэтиленоксид с диамином на конце (PEO-NH2) – Scientific Polymer Products (Онтарио, Нью-Йорк) – Mw = 2000

• Сополимер стирола и аллилового спирта (PS-co-AA) – 40 мол. %

• Полиакриловая кислота (PAA)

• Acrodur 950 л – BASF Corporation (Флорхем Парк, Нью-Джерси)

• (3-Глицидилоксипропил)триметоксисилан

• Поли(этиленгликоль)диакрилат (PEGDA)

• Воду сверхвысокой чистоты получали путем обработки водопроводной воды с помощью модулей Millipore Elix 10UV и Millipore Milli-Q A10, и она характеризовалась сопротивлением 18,2 MОм*см.

• Дизельное топливо или топливо Pump = дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы (ULSD), которое соответствует ASTM-D975. "Топливо Pump" указывает на то, что поставляемое ULSD использовали в том виде, в котором его получали из топлива Pump.

• Bio Diesel = биодизельное топливо на основе сои, которое соответствует ASTM-D6751 (Renewable Energy Group (REG), Inc., Мейсон-Сити, Айова).

ПРОЦЕДУРЫ ИСПЫТАНИЙ

Углы контакта и углы скатывания

Угол контакта и угол скатывания подложки измеряли с применением прибора для измерения угла контакта DropMaster DM-701, оснащенного наклонной платформой (Kyowa Interface Science Co., Ltd.; Ниидза-Сити, Япония). Измерения осуществляли с применением настройки широкоугольного объектива камеры и калибровали с применением 6-миллиметрового (мм) калибровочного стандарта с помощью пакета программного обеспечения FAMAS (Kyowa Interface Science Co., Ltd.; Ниидза-Сити, Япония). Измерения проводили только после того, как капля достигала состояния равновесия на поверхности (то есть угол контакта и объем выступающей части капли оставались постоянными в течение одной минуты). Измерения проводили в отношении капель, которые контактировали только с подложкой, то есть капля не контактировала с какой-либо поверхностью, поддерживающей подложку.

Углы контакта воды в толуоле измеряли с помощью капель воды сверхвысокой чистоты объемом 20 мкл или 50 мкл, нанесенных на образец подложки, который погружали в толуол. Углы контакта измеряли с применением «подгонки» касательной и рассчитывали, исходя из среднего значения пяти независимых измерений, проведенных на разных участках подложки.

Углы скатывания воды в толуоле измеряли с помощью капель воды сверхвысокой чистоты объемом 20 мкл или 50 мкл, нанесенных на образец подложки, который погружали в толуол. Платформу устанавливали для поворота до 90° при скорости вращения 2 градуса в секунду (°/с). В точке, когда капля воды свободно скатывалась или дальняя линия контакта перемещалась по меньшей мере на 0,4 миллиметра (мм) относительно поверхности среды, вращение прекращали. Измеряли угол в момент остановки вращения; этот угол определяли как угол скатывания. Если капля не скатывалась до 90 градусов (°), значение указывали как 90°. Если капля скатывалась в процессе ее нанесения, значение указывали как 1°. Иллюстративные изображения капель воды на образце подложки, погруженном в толуол, показаны на фиг. 2. Указанные значения рассчитывали, исходя из среднего значения пяти независимых измерений, проведенных на разных участках подложки. Избегали предусмотренных углублений в подложке (например, углублений, обусловленных точечным соединением). Если подложка характеризовалась направленной макроструктурой (например, гофрирование), углы скатывания измеряли в направлении, при котором минимизировался эффект макроструктуры.

Испытание для определения размера капли

Для определения размера капли применяли модифицированную версию ISO 16332. Использовали резервуар объемом 10 литров (л), питающий двухпетлевую систему в несколько проходов, как показано на фиг. 3. Большая часть потока проходила через основную петлю, а в тестовую петлю, содержащую держатель среды, попадал тангенциальный поток из основной петли. Клапаны регулирования противодавления с ручным управлением использовали для установления скорости набегающего потока на уровне 0,07 футов в минуту (фут/мин.) при прохождении через тестовую среду в течение всего периода испытания. Такая скорость набегающего потока соответствует типичным значениям для применений в этой области техники.

В случае каждого слоя вырезали квадратные образцы размером два дюйма на два дюйма и затем складывали с получением составного материала, представляющего собой многослойную среду, включающего слой заполнения, рабочий слой и образец подложки. Образец подложки, подлежащий испытанию, помещали ниже по потоку относительно слоя эффективности, а слой эффективности помещали ниже по потоку относительно слоя заполнения. Слой заполнения и рабочий слой представляли собой термически соединенные листы, которые содержали от 20% до 80% двухкомпонентного связующего волокна, характеризующегося диаметром волокна, составляющим от 5 мкм до 50 мкм, и длиной волокна, составляющей от 0,1 см до 15 см, стекловолокно, характеризующееся диаметром волокна, составляющим от 0,1 микрона до 30 микрон, и соотношением ширины и длины, составляющим от 10 до 10000, и с порами размером от 0,5 мкм до 100 мкм.

После складывания с получением составного материала, представляющего собой многослойную среду, слои среды закрепляли в держателе из прозрачного акрила, изготовленном по специальным техническим условиям. Для подачи топлива в тестовую петлю и отвода из нее применяли трубки из нержавеющей стали с внешним диаметром (OD) ¼ дюйма, присоединенные с помощью фитингов с Американской трубной конической резьбой (NPT). Держатель характеризовался размерами 6 дюймов x 4 дюйма и имел окно для образца размером 1 дюйм x 1 дюйм и канал размером 1 дюйм x 4 дюйма x ¾ дюйма со стороны среды, ориентированной в направлении вниз по потоку, для обеспечения отвода коалесцированных капель из потока топлива. После отведения капель из потока топлива они проходили через зону, где изображения капель фиксировались с помощью камеры на базе приборов с зарядовой связью (CCD). Программное обеспечение для анализа изображений (Image J 1.47T, доступное во всемирной сети Интернет на сайте imagej.nih.gov) применяли для анализа зафиксированных изображений с целью определить размеры капель. Измеренные размеры капель применяли для статистического анализа. Указанные средние размеры капель были измерены по объему: D10 представляет собой диаметр, при котором 10% капель содержали суммарный объем воды меньше D10 и 90% капель содержали суммарный объем воды больше D10; D50 представляет медианный диаметр, при котором 50% капель содержали суммарный объем воды меньше D50 и 50% капель содержали суммарный объем воды больше D50; D90 представляет диаметр, при котором 90% капель содержали суммарный объем воды меньше D90 и 10% капель содержали суммарный объем воды больше D90.

В качестве исходного топлива применяли дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы от Chevron Phillips Chemical (Зе-Вудлендс, Техас). К исходному топливу добавляли 5% (по объему) соевого биодизеля (Renewable Energy Group (REG), Inc., Мейсон-Сити, Айова) с получением топливной смеси. Поверхностное натяжение топливной смеси составляло 21 ± 2 дины на сантиметр, что определяли методом висячей капли. Для всех испытаний применяли одну и ту же партию топливной смеси.

Для проведения испытания составной материал, представляющий собой многослойную среду, помещали в держатель и держатель заполняли топливной смесью. Скорость набегающего потока устанавливали на уровне 0,07 фут/мин. и поддерживали в ручном режиме в течение 10 минут до введения воды.

Эмульсию «вода в топливе» получали путем закачивания воды в основную петлю с топливом и продавливания ее через диафрагму с отверстием. Для получения необходимой эмульсии со средним размером капель 20 мкм применяли диафрагму с отверстием 1,8 мм. Скорость потока в основной петле регулировали для достижения перепада давления на диафрагме с отверстием, составляющего 5,0 фунтов на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм) (приблизительно 1,2 литра в минуту (л/мин.)). Воду закачивали при скорости 0,3 миллилитра в минуту (мл/мин.) с исходной целевой нагрузкой 2500 частей на миллион (ppm) воды. Топливо, которое не попало в тестовую петлю, пропускалось через фильтр очистки, а затем направлялось обратно в основной резервуар, где оно снова могло быть пропущено через отверстие. Система обеспечивала постоянную нагрузку эмульсии на составной материал, представляющий собой многослойную среду, в течение испытания продолжительностью 20 минут.

Испытание для определения эффективности разделения топлива и воды

Испытание для определения эффективности разделения топлива и воды осуществляли с применением метода лабораторного испытания по ISO/TS 16332, модифицированного, как описано в данном документе.

Для испытания плоских листов среды применяли алюминиевый держатель, который удерживал лист фильтровальной среды размером 7 дюймов x 7 дюймов (эффективный размер 6 дюймов x 6 дюймов). Со стороны фильтровальной среды, ориентированной в направлении вниз по потоку, помещали полиэфирную сетку с размером отверстий 100 мкм (эффективный размер 6 дюймов x 6 дюймов) для того, чтобы коалесцированные капли воды с диаметром больше 100 мкм не уносились потоком топлива ниже по потоку.

Концентрацию воды в топливе выше по потоку устанавливали на уровне 5000 ppm и считали постоянной в течение всего периода испытания. Эту концентрацию воды определяли путем измерения известных скоростей потока, как насоса для закачивания воды, так и скорости потока топлива. Концентрацию воды ниже по потоку регистрировали с заданными интервалами. Концентрацию воды измеряли с применением метода волюметрического титрования по Карлу Фишеру с помощью коммерческого титратора 841 Titrando, Metrohm AG (Херизау, Швейцария).

Распределение капель по размерам для свободной воды выше по потоку определяли с применением коммерческого анализатора размера капель Insitec SX, Malvern Instruments (Малверн, Великобритания) с прикрепленной проточной ячейкой, работающей в условиях погружения в жидкость. В случае испытания эмульгированной воды распределение капель по размерам обычно характеризуется D50, составляющим 10 мкм ± 1 мкм, при этом D10 и D90 составляют 3 мкм и 25 мкм соответственно.

Скорость набегающего потока на среду во всех испытаниях, если не указано другое, была зафиксирована на уровне 0,05 фута в минуту (fpm или фут/мин.). Если не указано другое, то общая продолжительность испытания составляла 15 минут.

Выраженную в процентах эффективность разделения среды в ходе испытания рассчитывали как соотношение концентрации воды ниже по потоку и концентрации воды выше по потоку.

Испытание на проницаемость

Из среды, подлежащий испытанию, вырезали образец размером по меньшей мере 38 см². Образец размещали на TEXTEST® FX 3310 (получали от Textest AG, Шверценбах, Швейцария). Проницаемость среды измеряли с применением воздуха, где кубические футы воздуха на квадратные футы среды в минуту (фут³ воздуха/фут² среды/мин.) или кубические метры воздуха на квадратные метры среды в минуту (м³ воздуха/м² среды/мин.) измеряли при перепаде давления 0,5 дюйма (1,27 см) воды.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Пример 1. УФ-обработка

Слои среды, подвергнутые УФ-обработке, получали путем воздействия УФ-излучением на поверхность подложки, направленную в сторону ниже по потоку (оборотная сторона). Источник УФ представлял собой ртутную лампу низкого давления (стандартная ртутная лампа змеевидной формы размером 4 дюйма × 4 дюйма, BHK, Inc., Онтарио, Канада). Ртутная лампа низкого давления излучает ультрафиолетовый свет при следующих дискретных значениях длины волны: 185 нм, 254 нм, 297 нм, 302 нм, 313 нм, 365 нм и 366 нм. Образцы размером 4 дюйма × 4 дюйма подвергали воздействию лампы в течение от 1 до 20 минут. Образцы, показанные на фиг. 2, подвергали воздействию лампы в течение 20 минут; образцы, которые использовали для экспериментов по определению размера капель воды, обрабатывали в течение 8 минут. Во время обработки образцы размещали под лампой на расстоянии приблизительно 1 см.

Образец каждой из подложек, перечисленных в таблице 1, подвергали УФ-обработке с помощью ртутной лампы низкого давления в присутствии атмосферного кислорода. Используя ту же партию топлива, для каждой подложки до и после обработки измеряли D10, D50 и D90; результаты представлены в таблице 2. Углы контакта и углы скатывания (для капель объемом 20 мкл и капель объемом 50 мкл) для каждой подложки (в толуоле) до и после обработки представлены в таблице 3.

После УФ-кислородной обработки с помощью ртутной лампы низкого давления подложки демонстрировали увеличенный угол скатывания по сравнению с необработанной подложкой. Как показано в таблице 2, наблюдали также по меньшей мере 2-кратное увеличение среднего размера капель D50, за исключением подложки 6. Большие углы скатывания, измеренные с использованием капель воды, нанесенных на образец подложки, погруженный в толуол (таблица 3), коррелировали с коалесценцией более крупных капель на подложке (увеличение D50) в дизельном топливе (таблицы 2 и 3). Поскольку угол скатывания коррелирует с размером капель, которые коалесцируют на поверхности подложки, угол скатывания можно применять для идентификации подложки, которая характеризуется способностью коалесцировать более крупные капли, способные выйти из потока топлива.

Без ограничения какой-либо теорией считается, что система на основе акриловой смолы подложки 6 не позволяет получить необходимую модификацию(модификации) поверхности во время воздействия УФ-излучением. Учитывая способность УФ-кислородной обработки усиливать адгезию и рост капель в средах, состоящих на 100% из сложного полиэфира, и средах, содержащих фенольную смолу (подложка 7 и подложки 1-5 соответственно), считается, что ароматический компонент или другая форма, характеризующаяся ненасыщенностью углерод-углеродной связи, может усиливать эффект УФ-кислородной обработки подложек.

Напротив, если ртутную лампу низкого давления оснащали любым фильтром с полосами пропускания в УФ-диапазоне (FSQ-UG5, Newport Corp., Ирвайн, Калифорния), который блокирует длины волн меньше приблизительно 220 нм и больше приблизительно 400 нм, для обработанной подложки 1 было показано от незначительного изменения до отсутствия изменения в отношении угла скатывания или среднего размера капли по сравнению с необработанной средой.

Аналогичным образом, если подложки 1 и 7 обрабатывали с помощью лампы, которая излучает УФ при значениях длины волны больше 360 нм (Model F300S, Heraeus Noblelight Fusion UV Inc., Гейтерсбург, Мэриленд), для обработанных подложек было показано от незначительного изменения до отсутствия изменения в отношении среднего размера капель по сравнению с необработанными подложками, и лишь незначительное увеличение угла скатывания по сравнению с необработанными подложками.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Способность образцов подложки 1 (необработанной и подвергнутой УФ-кислородной обработке) удалять воду из топлива (то есть характеристики среды) определяли путем измерения содержания воды ниже по потоку через 15 минут; результаты показаны на фиг. 4. Как видно на фиг. 4, по сравнению с необработанной подложкой 1, образцы подложки 1, подвергнутой УФ-кислородной обработке, характеризовались существенно улучшенной способностью удалять воду из топлива и поддерживать низкое содержание воды ниже по потоку, что согласовалось с наблюдаемым увеличенным углом скатывания и увеличением D50 по сравнению с необработанной подложкой.

Образцы подложки 1 (необработанной и подвергнутой УФ-кислородной обработке) замачивали в 200 миллилитрах (мл) топлива Pump в течение 30 дней при 55°C. Перед испытанием контрольные (не подвергнутые замачиванию) и обработанные образцы промывали гексаном и затем нагревали в течение пяти минут в сушильном шкафу при 80°C, чтобы испарить гексан. Углы контакта в толуоле и углы скатывания в толуоле измеряли с помощью капель воды сверхвысокой чистоты объемом 50 мкл, нанесенных на образец подложки, который был погружен в толуол. Измерения осуществляли, как описано выше. Результаты представлены на фиг. 5 и в таблице 4. Средний угол скатывания и угол контакта – и соответствующая способность удалять воду из топлива – сохранялись в случае подложек, подвергнутых УФ-кислородной обработке, даже после замачивания в топливе в течение 30 дней при 55°C, что представляет собой условия, которые встречаются в некоторых применениях в данной области техники и могут ускорять старение подложки.

Таблица 4

Пример 2. УФ/H₂O₂-обработка

Подложку 1 подвергали отверждению путем нагревания среды при 150°C в течение 10 минут. Затем подложку погружали в 50% раствор H₂O₂, находящийся в мелкой чашке Петри (глубиной 1 см), и подвергали УФ-обработке с помощью ртутной лампы низкого давления (стандартная ртутная лампа змеевидной формы размером 4 дюйма × 4 дюйма, BHK, Inc., Онтарио, Канада) в течение 0 минут, 2 минут, 4 минут, 6 минут или 8 минут. Затем подложку высушивали в сушильном шкафу при 80°C в течение 5 минут.

Углы контакта (CA) в толуоле и углы скатывания (RO) воды для обработанной стороны и необработанной стороны каждой подложки измеряли с помощью капель воды сверхвысокой чистоты объемом 50 мкл в толуоле. Результаты представлены в таблице 4 и на фиг. 6.

Пример 3. Сравнительные примеры

Угол контакта и угол скатывания в толуоле фильтра для разделения топлива и воды Cummins MO-608 определяли с помощью капель воды объемом 20 мкл. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вверх по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 143°, и углом скатывания, составляющим 19°. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вниз по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 146°, и углом скатывания, составляющим 24°.

Угол контакта и угол скатывания в толуоле фильтра для разделения топлива и воды ACDelco TP3018 определяли с помощью капель воды объемом 20 мкл. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вверх по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 146°, и углом скатывания, составляющим 28°. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вниз по потоку, характеризовалась указанным углом скатывания, составляющим 1° (то есть капли скатывались в ходе процесса нанесения).

Угол контакта и угол скатывания в толуоле фильтра для разделения топлива и воды Ford F150 FD4615 определяли с помощью капель воды объемом 20 мкл. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вверх по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 149°, и углом скатывания, составляющим 10°. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вниз по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 137°, и углом скатывания, составляющим 9°.

Угол контакта и угол скатывания в толуоле фильтра для разделения топлива и воды Donaldson P551063 определяли с помощью капель воды объемом 20 мкл. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вверх по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 157°, и углом скатывания, составляющим 22°. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вниз по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 125°, и углом скатывания, составляющим 11°.

Угол контакта и угол скатывания в толуоле политетрафторэтиленовой (PTFE) мембраны определяли с помощью капель воды объемом 50 мкл. Мембрана характеризовалась указанным углом скатывания, составляющим 1° (то есть капли скатывались в ходе процесса нанесения), что делало невозможным стабилизацию капли для измерения угла контакта. Приблизительно установили, что угол контакта составлял по меньшей мере 165°.

Угол контакта и угол скатывания в толуоле фильтра для топлива Komatsu 600-319-5611 определяли с помощью капель воды объемом 20 мкл. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вверх по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 150°, и углом скатывания, составляющим 3°. Сторона фильтровальной среды, расположенная в направлении вниз по потоку, характеризовалась углом контакта, составляющим 145°, и углом скатывания, составляющим 32°.

Пример 4. Нанесение полимерного покрытия с помощью нанесения покрытия методом погружения

Подложку 1 (среда состава 20% сложный полиэфир/80% целлюлоза с компонентом, представляющим собой частично отвержденную фенольную смолу) покрывали полимером с применением полимеров, концентраций и растворителей, показанных в таблице 5. Образцы подвергали нанесению покрытия методом погружения с применением машины для нанесения покрытий методом погружения Chemat DipMaster 50 (Chemat Technology, Inc., Нортридж, Калифорния). Среду полностью погружали в раствор, содержащий полимер, и извлекали при скорости 50 мм/мин. Для обеспечения равномерного нанесения покрытия среду подвергали нанесению покрытия методом погружения, поворачивали на 180 градусов и снова подвергали нанесению покрытия методом погружения (в общей сложности два нанесения покрытия методом погружения). Неводные растворители удаляли высушиванием в сушильном шкафу при 80°C в течение 5 минут, а воду удаляли высушиванием в сушильном шкафу при 100°C в течение 5 минут.

Для получения заряженного покрытия (путем кватернизации) из PEI-600 (см. таблицу 5 (PEI-600 HCl)) подложку 1, которую предварительно покрыли PEI-600, подвергали нанесению покрытия погружением в HCl (0,05 M в IPA) с применением процедур нанесения покрытия методом погружения, описанных выше. Для получения покрытия, представляющего собой PEI-10K + малеиновый ангидрид (см. таблица 5), подложку 1, которую предварительно покрыли PEI-10K, подвергали нанесению покрытия погружением в малеиновый ангидрид с применением процедур нанесения покрытия методом погружения, описанных выше.

После завершения процедуры нанесения покрытия методом погружения, для повышения жесткости среды и отверждения частично отвержденной фенольной смолы, применяли обработку для отверждения при 150°C в течение 10 минут после высушивания при 80°C в течение 5 минут.

Результаты представлены в таблице 5 и на фиг. 8. На фиг. 2 показано иллюстративное изображение капли воды объемом 20 мкл на обработанной с помощью PHPM подложке (см. таблицу 5), погруженной в толуол, при угле поворота 0 градусов (0°) (влево) и угле поворота 60° (вправо).

Как показано в таблице 4, большие углы скатывания, определенные с помощью капель воды, нанесенных на образец подложки, погруженный в толуол, коррелируют с коалесценцией более крупных капель подложкой (увеличение D50) в дизельном топливе. Поскольку угол скатывания коррелирует с размером капель, которые коалесцируют на поверхности подложки, угол скатывания можно применять для идентификации подложки, которая характеризуется способностью коалесцировать более крупные капли, способные выйти из потока топлива. Как показано на фиг. 8, повышенную эффективность разделения топлива и воды наблюдали в случае подложки, покрытой PEI-10K, по сравнению с необработанной подложкой, что согласовалось с наблюдаемым увеличенным углом скатывания и увеличением D50.

Таблица 5

Таблица 5 (продолж.)

Пример 5. Влияние нанесения полимерного покрытия на проницаемость

Подложку 1 (среда состава 20% сложный полиэфир/80% целлюлоза с компонентом, представляющим собой частично отвержденную фенольную смолу) подвергали нанесению покрытия методом погружения с применением машины для нанесения покрытий методом погружения Chemat DipMaster 50 (Chemat Technology, Inc., Нортридж, Калифорния) с помощью 2% (вес./об.) PHEM, 4% (вес./об.) PHEM, 6% (вес./об.) PHEM или 8% (вес./об.) PHEM в метаноле. Среду полностью погружали в раствор, содержащий полимер, и извлекали при скорости 50 мм/мин. Для обеспечения равномерного нанесения покрытия среду подвергали нанесению покрытия методом погружения, поворачивали на 180 градусов и снова подвергали нанесению покрытия методом погружения (в общей сложности два нанесения покрытия методом погружения). Неводные растворители удаляли высушиванием в сушильном шкафу при 80°C в течение 5 минут, а воду удаляли высушиванием в сушильном шкафу при 100°C в течение 5 минут.

После завершения процедуры нанесения покрытия методом погружения и после высушивания при 80°C в течение 5 минут применяли обработку для отверждения при 150°C в течение 10 минут.

Проницаемость определяли, как описано выше. Результаты представлены на фиг. 9.

Пример 6. Нанесение полимерного покрытия с помощью нанесения покрытия методом погружения, сшивание и отжиг

Подложку 1 (среда состава 20% сложный полиэфир/80% целлюлоза с компонентом, представляющим собой частично отвержденную фенольную смолу; см. таблицу 1) покрывали полимером с применением полимеров, сшивающих средств, концентраций и растворителей, показанных в таблицах 6 и 7. Образцы подвергали нанесению покрытия методом погружения с применением машины для нанесения покрытий методом погружения Chemat DipMaster 50 (Chemat Technology, Inc., Нортридж, Калифорния). Среду полностью погружали в раствор, содержащий полимер, и извлекали при скорости 50 мм/мин. Для обеспечения равномерного нанесения покрытия среду подвергали нанесению покрытия методом погружения, поворачивали на 180 градусов и снова подвергали нанесению покрытия методом погружения (в общей сложности два нанесения покрытия методом погружения). Неводные растворители удаляли высушиванием в сушильном шкафу при 80°C в течение 5 минут, а воду удаляли высушиванием в сушильном шкафу при 100°C в течение 5 минут.

После нанесения покрытия методом погружения и/или перед отжигом, если его осуществляют, среду высушивали в сушильном шкафу при 80°C в течение 5 минут и затем подвергали воздействию температуры 150°C в течение 5 минут. Считается, что нагревание повышает жесткость среды, отверждает частично отвержденную фенольную смолу и ускоряет сшивание с помощью сшивающего средства, если оно присутствует.

Если полимерное покрытие подвергали отжигу, после завершения процедуры нанесения покрытия методом погружения и нагревания среду погружали в горячую (90°C) воду на 1-2 минуты. После отжига среду высушивали в сушильном шкафу при 100°C в течение 5 минут.

Образцы подложки 1 (необработанные и покрытые полимером) замачивали в 200 миллилитрах (мл) топлива Pump в течение 13 дней, 30 дней или 39 дней (как указано на фиг. 10 или фиг. 11) при 55°C. Перед испытанием контрольные (не подвергнутые замачиванию) и обработанные образцы промывали гексаном и затем нагревали в течение пяти минут в сушильном шкафу при 80°C для испарения гексана. Углы контакта в толуоле и углы скатывания в толуоле измеряли с помощью капель воды сверхвысокой чистоты объемом 50 мкл, нанесенных на образец подложки, который был погружен в толуол. Измерения осуществляли, как описано выше.

Результаты представлены на фиг. 10 и фиг. 11. Средний угол скатывания и угол контакта – и соответствующая способность удалять воду из топлива – сохранялась у подложек, покрытых сшитым полимером, и подложек, покрытых сшитым и подвергнутым отжигу полимером, даже после замачивания в топливе в течение 39 дней при 55°C, что представляет собой условия, которые встречаются в некоторых эксплуатационных применениях и могут ускорять старение подложки.

Таблица 6

Таблица 7

Пример 7. Нанесение полимерного покрытия путем электропрядения

Покрытие на подложке 6 (см. таблицу 1) получали путем электропрядения с помощью 10% раствора полимера (вес./об.) с применением условий, указанных в таблице 8. В случае поли(2-гидроксиэтилметакрилата) (PHEM) применяли раствор метанола и в случае PEI-10K применяли раствор изопропилового спирта (IPA). Покрытия получали в присутствии сшивающего средства в прядильном растворе и без него. В качестве сшивающего средства для PHEM применяли 0,5% (вес./об.) N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан (также называемый в данном документе DAMO-T); в качестве сшивающего средства для PEI-10K применяли 0,5% (вес./об.) (3-глицидилоксипропил)триметоксисилан (также называемый в данном документе сшивающим средством 1) или 0,5% (вес./об.) поли(этиленгликоль)диакрилат (PEGDA) (также называемый в данном документе сшивающим средством 2).

Результаты представлены на фиг. 12 – фиг. 15. Углы контакта и углы скатывания капли воды объемом 50 мкл на подложке, покрытой PHEM со сшивающим средством и без него, измеряли непосредственно после электропрядения, и они представлены на фиг. 12. Углы контакта и углы скатывания капли воды объемом 50 мкл на подложке, покрытой PEI со сшивающим средством и без него, измеряли непосредственно после электропрядения, и они представлены на фиг. 13.

На фиг. 14 показаны углы контакта и углы скатывания капли воды объемом 50 мкл на иллюстративной подложке 6, покрытой с помощью нановолокна на основе PHEM, сшитой с помощью DAMO-T, через 1 день, 6 дней и 32 дня после образования покрытия путем электропрядения. Углы контакта и углы скатывания через 52 дня после образования покрытия путем электропрядения были схожими с теми, которые наблюдали через 32 дня после образования покрытия путем электропрядения.

На фиг. 15 показаны углы контакта и углы скатывания капли воды объемом 50 мкл на иллюстративной сшитой подложке 6, покрытой с помощью нановолокна на основе PEI-10K, через 1 день, 6 дней и 32 дня после образования покрытия путем электропрядения. PEI сшивали с применением либо (3-глицидилоксипропил)триметоксисилана (сшивающего средства 1), либо поли(этиленгликоль)диакрилата (PEGDA) (сшивающего средства 2). Углы контакта и углы скатывания через 52 дня после образования покрытия путем электропрядения были схожими с теми, которые наблюдали через 32 дня после образования покрытия путем электропрядения.

Полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) изображения подложки 6, покрытой полимерами путем электропрядения, показаны на фиг. 16, фиг. 17 и фиг. 18. Как показано на фиг. 16, в результате электропрядения PHEM образуются нановолокна PHEM, которые покрывают целлюлозную подложку. В противоположность этому, как показано на фиг. 17 и фиг. 18, PEI-10K не образовывал нановолокна на подложке, а, напротив, непосредственно покрывал целлюлозные волокна, присутствующие в подложке. Эти результаты указывают на то, что полимерное покрытие, полученное с применением метода электропрядения, может присутствовать в виде нановолокон или может присутствовать в виде твердого полимерного покрытия на подложке.

Таблица 8

Полное раскрытие всех патентов, заявок на патенты, и публикаций, и доступных в электронном виде материалов, перечисленных в данном документе, включено посредством ссылки. В случае, если существует какое-либо несоответствие между раскрытием настоящей заявки и раскрытием(раскрытиями) любого документа, включенного в данный документ посредством ссылки, раскрытие настоящей заявки имеет преимущественную силу. Вышеизложенное подробное описание и примеры приведены исключительно для ясности понимания. Из них не следует понимать никаких лишних ограничений. Настоящее изобретение не ограничено конкретными показанными и описанными подробностями, поскольку варианты, очевидные для специалиста в данной области техники, будут включены в настоящее изобретение, определенное формулой изобретения.

Если не указано иное, все числа, выражающие количества компонентов, молекулярные массы и тому подобное, использованные в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «приблизительно». Соответственно, если не указано обратное, числовые параметры, изложенные в описании и формуле изобретения, представляют собой приближенные значения, которые могут изменяться в зависимости от требуемых свойств, которые должны быть получены с помощью настоящего изобретения. По крайней мере, и без попытки ограничить доктрину эквивалентов объемом формулы изобретения, каждый числовой параметр следует рассматривать по меньшей мере с учетом количества указанных значащих цифр и с использованием обычных методов округления.

Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, отражающие широкий объем настоящего изобретения, являются приблизительными, числовые значения, приведенные в конкретных примерах, сообщаются с максимально возможной точностью. Однако, все числовые значения по существу включают диапазон, обязательно вытекающий из стандартного отклонения, определенного при их соответствующих измерениях в ходе испытаний.

Все заголовки предназначены для удобства читателя и не должны использоваться для ограничения содержания текста, следующего за заголовком, если это не указано.

Реферат

Изобретение относится к фильтровальному элементу для удаления воды из углеводородной жидкости, в том числе дизельного топлива, а также к способу обработки фильтровальной среды, которая включает подложку, характеризующуюся углом скатывания, находящимся в диапазоне от 50 до 90 градусов, и углом контакта, находящимся в диапазоне от 90 до 180 градусов, для капли воды объёмом 50 мкл, если поверхность погружена в толуол. При этом поверхность подвергают УФ-обработке, а подложка дополнительно содержит одно или более из ароматического компонента, ненасыщенного компонента или УФ-реактивной смолы. В некоторых вариантах осуществления подложка содержит полимер, содержащий гидрофильную группу, или покрытие на основе полимера, содержащего гидрофильную группу. Технический результат: повышение эффективности разделения топлива и воды. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 28 ил., 8 табл., 7 пр.

Формула