Гидрофобная мембрана: Мембраны в одежде для активного отдыха – полезная информация от компании Турин

Содержание

Мембраны в одежде для активного отдыха – полезная информация от компании Турин

В связи с тем, что Российская текстильная промышленность не занимается такими «мелочами» как водонепроницаемые мембраны в одежде, «нашим людям» приходится покупать куртки иностранного производства и довольствоваться тем, что написано латинскими буквами на рекламной этикетке – обычно какие-то тысячи мм водного столба. На вопрос, что такое мембрана и как она работает, продавцы в лучшем случае перескажут вам содержание той же этикетки. И не стоит их обвинять в некомпетентности – они правда больше ничего не знают.
Для тех, кто «не в курсе» – краткие определения для начала:
Дышащая способность – это способность ткани пропускать через себя пар. Номинально, чем она больше, тем быстрее водяной пар, образуемый телом, выводится на внешний слой одежды. Измеряется в г/м2 в течение 24 часов.

Сопротивление теплопередаче – показатель теплоизолирующих свойств одежды. Даже тонкий слой ткани обладает некоторой теплоизоляцией, которая может увеличивать степень комфорта или дискомфорта ее носителя.

Воздухопроницаемость – количество воздуха, которое может пройти через ткань при заданном давлении. Это важный фактор комфортности одежды при высокой физической нагрузке. Обычно воздухопроницаемость измеряется в кубических футах в минуту.

Гидрофобная микропористая мембрана – водоотталкивающая мембрана со сквозными порами, которые позволяют воде в парообразной форме проникать сквозь мембрану. Степень водонепроницаемости мембраны зависит от водоотталкивающей способности материала мембраны, а не от размера пор. К микропористым мембранам относятся: eVENT, некоторые новые ткани с полиуретановым покрытием, 3M Propore, а также Gore-Tex “первого поколения” (который сейчас не применяется для тканей outdoor). В некоторых таблицах Gore-Tex “первого поколения” называют также “пористой мембраной из ПТФЭ (политетрафторэтилена или тефлона)” и используют в качестве эталона при испытаниях дышащей способности.

Гидрофильная монолитная мембрана – монолитная водопоглощающая мембрана. В ней нет сквозных пор, через которые может проникать вода. Влага проходит сквозь мембрану в результате абсорбции внутрь мембраны с внутренней стороны, диффузии в твердом теле и, наконец, испарения с наружной стороны ткани. К гидрофильным монолитным мембранам относится большинство тканей с полиуретановым покрытием. В Gore-Tex “второго поколения” (тефлон с полиуретановым покрытием) также применяется гидрофильная монолитная мембрана.

Такая же технология применяется при изготовлении брендовых товаров и это не спроста. Н

Как в действительности работают водонепроницаемые дышащие мембраны (ВН/ДМ), используемые в одежде для активного отдыха?
Мембрана Gore-Tex “первого поколения”
Сначала рассмотрим Gore-Tex – стареющего “дедушку” всех водонепроницаемых дышащих мембран. Более 25 лет назад У.Л. Гор (W. L. Gore) создал тонкую мембрану из пористого политетрафторэтилена – ПТФЭ – (или тефлона), физическая структура которого похожа на многослойную паутину. Эта мембрана водонепроницаема, но пропускает воду в газообразной форме.

Как она действует? Широко распространенный миф гласит, что расстояния между нитями ПТФЭ достаточно большие, чтобы пропускать воду в виде газа, но достаточно маленькие, чтобы не пропускать воду в жидкой форме. Это не совсем точно. На самом деле между нитями ПТФЭ достаточно места для прохождения жидкости!

Правильнее сказать, что нити тефлона имеют высокие водоотталкивающие свойства. Вода в жидкой форме отталкивается настолько сильно, что требуется очень высокое давление, чтобы “протолкнуть” ее через мембрану. Давление капель сильного дождя не достигает таких значений. Но если гидрофобные свойства нитей тефлона снизятся, то вода начнет проникать между ними, и одежда промокнет. Водонепроницаемость ткани Gore-Tex “первого поколения” зависела только от гидрофобности материала мембраны.

Первая непромокаемая одежда из Gore-Tex великолепно работала … в течение короткого времени, потом она обязательно начинала протекать. Моющие средства, грязь и выделяемые телом жиры прилипали к мембране с внутренней стороны и понижали ее водоотталкивающие свойства, превращая в «промокашку» с капиллярами из загрязненных нитей тефлона.

Мембрана Gore-Tex “второго поколения”
Чтобы защитить мембрану из ПТФЭ от загрязнения, инженеры Gore решили закрыть ее другой мембраной, материалом для которой был выбран полиуретан (ПУ). В естественном состоянии его поры слишком малы для пропускания воды в любой ее форме. Удачное химическое модифицирование полиуретана привело к появлению у него свойства высокой смачиваемости (гидрофильности). Теперь молекулы воды, попадая на поверхность ПУ мембраны, стали ею поглощаться и, посредством диффузии, переноситься с внутренней на внешнюю сторону мембраны, откуда они имели возможность испариться. (Диффузия – от лат. diffusio – распространение – взаимное проникновение соприкасающихся веществ вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества. В нашем случае отдельные молекулы воды движутся через матрицу ПУ в направлении уменьшения концентрации с влажной внутренней поверхности на сухую внешнюю. Если направление градиента концентрации меняется, т.е. окружающий воздух оказывается более теплым и влажным, чем тело спортсмена, то мембрана начинает «засасывать» влагу из воздуха.) Так появился Gore-Tex “второго поколения” – гидрофобная микропористая ПТФЭ мембрана, покрытая изнутри гидрофильной монолитной ПУ мембраной. Эта базовая технология используется и в лучших современных мембранах Gore-Tex, таких как PacLite III и XCR.

Мембрана Gore-Tex “второго поколения” очень нежная. Для ее защиты используют либо свободно висящую нейлоновую подкладку, либо ламинируют к внутренней поверхности одежды слой трикотажа из полиэстера. Последняя конструкция применяется в так называемом “3-слойном” гортексе. Получается, как правило, объемная, тяжелая и плохо сжимаемая ткань. 2,5-слойный Gore-Tex PacLite III частично решает эти проблемы путем использования текстурованного рельефа на внутренней поверхности мембраны вместо трикотажного слоя.

Полиуретановые мембраны (гидрофильные монолитные)
Может показаться, что теперь можно обойтись и без ПТФЭ мембраны, так как ее дышащие свойства все равно перечеркиваются свойствами ПУ мембраны. Это почти верно. За исключением того факта, что волокнистая структура тефлона позволяет ламинировать на нее очень тонкую мембрану ПУ. И, если вы попробуете ламинировать ПУ мембрану на любую другую поверхность, нейлон например, ее толщина окажется примерно в три раза больше. А толщина мембраны имеет здесь принципиальное значение, потому что процесс диффузии относительно медленный и его скорость обратно пропорциональна толщине мембранного слоя. Чем тоньше мембрана, тем быстрее просачивается через него вода. Gore-Tex с его очень тонкой ПУ мембраной имеет дышащие свойства лучше, чем толстая ПУ мембрана, ламинированная прямо на нейлон. Большинство первых гидрофильных монолитных ПУ мембран не могли сравниться по дышащей способности с мембраной Gore-Tex второго поколения. Однако с годами, благодаря непрерывной работе технологов, этот разрыв был сокращен и сегодня некоторые ПУ мембраны работают даже лучше Gore-Tex второго поколения. Правда, преобладающее большинство их, несмотря на близость показателей, все-таки уступают лучшим мембранам Gore-Tex, таким как PacLite III и XCR. Исключением является ПУ мембрана фирмы Toray – Entrant G2-XT. Она выводит влагу лучше, чем лучшая из современных мембран Gore-Tex, но хуже, чем мембрана eVENT, о которой будет сказано ниже.

Одним из достоинств ПУ мембран является их большая прочность по сравнению с ПУ-ПТФЭ – они не нуждаются в дополнительном защитном слое трикотажа. В связи с этим одежда с ПУ мембраной легче и мягче одежды с мембраной Gore-Tex. Самая легкая куртка с ПУ мембраной (с проклеенными швами, капюшоном и полной молнией) фирмы Montane – «SuperFly» – весит 225 г. Для сравнения легчайшая куртка с Gore-Tex – 2.5 слойный PacLite III – весит 340 г (GoLite Phantom).

Кроме того, одежда с ПУ мембранами дешевле, так как не несет на себе дополнительной тяжести огромного рекламного бюджета Gore-Tex. К достоинствам полиуретановых мембран надо отнести и их эластичность без потери функциональности и прочности, что позволяет некоторым производителям использовать ПУ мембраны даже в носках, перчатках, галстуках и стрейч-вставках.

Мембрана eVENT
ПУ мембрана, защитив ПТФЭ мембрану от загрязнений, значительно уменьшила ее дышащие свойства. Институт BHA Technologies, Inc. решил не закрывать тефлон дополнительными слоями модифицированного полиуретана, а научить его защищаться от загрязнений. Так была придумана и создана олеофобная (отталкивающая масла) ПТФЭ мембрана – eVENT. Она похожа на мембрану первого поколения Gore-Tex, но, в отличие от нее, отталкивает выделяемые телом жиры, большинство моющих средств и грязь. Ее дышащие свойства превышают аналогичные свойства мембран Gore-Tex на 30-200%, в зависимости от степени влажности. Второе и важнейшее достоинство – eVENT одинаково хорошо выводит влагу, как при низкой, так и при высокой степени влажности. При 70% влажности eVENT дышит на 30% лучше, чем Gore-Tex XCR, а при 30% влажности на 200% лучше него. Иными словами, в отличие от других мембран, eVENT начинает выводить влагу сразу, как только человек начинает потеть (независимо от внешней влажности).
К немаловажным достоинствам мембраны eVENT следует отнести и легкость ее обслуживания. Одежду с eVENT можно стирать теми же моющими средствами, что и обычные вещи.

Однако не все так прекрасно. Тонкая мембрана eVENT так же, как и Gore-Tex, нуждается в дополнительном защитном слое трикотажа, что сразу увеличивает вес ткани. Самая легкая на сегодня куртка с eVENT – Montane’s «SuperFly» – весит тем не менее от 425 до 600 г, в зависимости от размера. Для сравнения, та же куртка с ПУ мембраной весит 245 г.

Кроме того, компания BHA Technologies пока что выдала лицензии на производство изделий с мембраной eVENT только небольшому количеству производителей, что приводит к определенной сложности поиска этой одежды в магазинах.

Высокая дышащая способность мембраны eVENT часто вводит конструкторов в искушение уменьшить вес (и цену) изделий за счет удаления из них вентиляционных молний и дополнительных отверстий. Эта тенденция объясняется просто: покупатели требуют максимально легкую одежду, а производители стараются удержаться в рамках приемлемой цены изделия.

Как и Gore-Tex, eVENT – дорогая мембрана. Приготовьтесь заплатить от $200 до $350+ за куртку с eVENT.

Вентиляция в одежде
Любые рассуждения о дышащих свойствах одежды должны обязательно учитывать вентиляцию, которая обеспечивает охлаждение тела и быстрейший вывод влаги.
Она может присутствовать в одежде благодаря воздухопроницаемости ткани или специальным вентиляционным отверстиям, предусмотренным конструкцией, или и тому и другому.

Большинство тканей с водонепроницаемыми и дышащими мембранами являются воздухонепроницаемыми. При средних и высоких физических нагрузках, когда скорость и объем потения очень высоки, емкость даже самой лучшей мембраны может быть переполнена, и ближайший к телу слой одежды спортсмена окажется абсолютно мокрым. Чтобы этого не случилось, в куртках с мембранами предусматривают специальные вентиляционные отверстия на молниях подмышками, вентилируемые карманы с подкладкой из сетки, двусторонние передние молнии.

Резюме
1. Следует с пониманием относиться к числовым показателям дышащей способности тканей, приводимым изготовителями на этикетках. Они основываются на результатах лабораторных испытаний кусочка ткани, а не одежды.
2. Ткани с ПУ мембраной, а также ткани с двухслойной мембраной из ПУ/ПТФЭ, лучше “дышат” при высоких уровнях влажности, т.е. когда под вашей одеждой жарко и сыро.
3. Существует новый класс тканей с гидрофобными микропористыми мембранами, например, eVENT, Propore и Entrant G2 XT, которые имеют более высокую дышащую способность, чем лучшие типы Gore-Tex. В отличие от Gore-Tex, эти новые ткани хорошо “дышат” даже при низких уровнях влажности. По мнению некоторых исследователей, благодаря повышенной дышащей способности, эти ткани могут быть более комфортными, чем ткани с мембраной из ПУ или из ПУ/ПТФЭ.
4. Важную роль в комфортности одежды при высоких физических нагрузках играет воздухопроницаемость ткани. Большинство мембранных тканей являются воздухоНЕпроницаемыми. Для них возрастает важность наличия в конструкции одежды специальных элементов, улучшающих вентиляцию.
5. Одежда из воздухопроницаемой ткани, например, ветровки, «флиски» и полартековые куртки обеспечивают более высокую дышащую способность и степень регулирования температуры, чем полностью водонепроницаемая одежда. Используйте такую одежду в условиях, когда вам не требуется полная водонепроницаемость.
Рекомендации по выбору высокотехнологичной куртки от дождя
Перед выбором технологичной верхней одежды следует понять в каких условиях она будет носиться: температурный диапазон, влажность, ветер, осадки и уровень вашей физической активности.

Вот несколько общих рекомендаций:
Тонкая ветрозащитная куртка из нейлона и полиэстера, «флиски», трикотажные и вязаные куртки – это лучший выбор для большинства условий, которые вам могут встретиться, даже в случае слабых осадков. Такие куртки обладают высокой дышащей способностью и воздухопроницаемостью, обеспечивают более широкий диапазон терморегулирования и, вообще говоря, лучше подходят для высокой физической нагрузки в условиях плохой погоды, но без проливных или затяжных дождей.

Если вы решите, что вам требуется прочная надежная водонепроницаемая куртка с хорошей вентиляционной системой, причем стоимость не имеет значения, то потратьте деньги на новую дышащую ткань с высокими характеристиками, например, Gore-Tex PacLite III, Gore-Tex XCR, eVENT или Entrant G2 X2.
Если средства ограничены, следует выбрать одежду из недорогой ткани с ПУ мембраной и хорошо спроектированной вентиляцией!

Выбрав подходящую куртку, надо разумно ее использовать. Если вам становится слишком жарко и сыро, отрегулируйте вентиляционные отверстия, снимите утепляющие слои или уменьшите скорость передвижения. Даже небольшого снижения скорости ходьбы, как правило, достаточно для того, чтобы не потеть и чувствовать себя комфортно. Это надо делать быстро, пока маленькая проблема не превратилась в большую. Во время остановки быстро наденьте более теплый слой, чтобы избежать чрезмерного охлаждения от испарения.

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер,
и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 ГК РФ.


Одежда   Мембранная одежда  

Создано с заботой о будущем

Dermizax™ продолжает обеспечивать экстремальную защиту от влаги, отменную паропроницаемость и минимальную конденсацию в сложнейших условиях.
Повышенная эластичность обеспечивает комфортность использования.

Флагман горнолыжной экипировки DESCENTE – теплый и комфортный. Хлопковый утеплитель Bemberg и система регулировки размера дисками системы BOA Fit System на груди и талии позволяют достичь плотной посадки по фигуре для отличного сохранения тепла. Тестирование показало высокую эффективность, эквивалентную дополнительному свитеру. Высокая паропроницаемость мембраны Dermizax™NX сочетается с воздухопроницаемой внешней тканью Toray DotAir™, имеющей разную текстуру в пределах одного куска ткани за счет разного характера плетения. Это обеспечивает износостойкость и бескомпромиссный комфорт при низком весе ткани.

1)Вращение дисков стягивает тросики, прикрепленные к подкладке, для плотного прилегания к телу. Это позволяет удерживать тепло, не допуская холодного воздуха снаружи.

2)Фронтальная система вентиляции с двумя молниями обеспечивает комфортный температурный режим и позволяет регулировать размер куртки.

3)В ткани DotAir™ используются плавкие волокна для создания отверстий (показаны белыми точками). Текстура может изменяться в пределах одного куска ткани для уменьшения числа швов и веса куртки.

Выводя технологии на новый уровень.
Совместными усилиями была решена большая проблема.
Вот как они это сделали.
В 1995 году Toray представила Dermizax™ – их вторую непромокаемую и паропроницаемую ткань после культовой Entrant™. Гидрофильная беспоровая мембрана Dermizax™ оптимально отвечает требованиям к горнолыжной экипировке.

Так DESCENTE и Toray работали над созданием идеальной лыжной одежды.
Более 40 лет DESCENTE поддерживает сборную Швейцарии по горным лыжам. Члены сборной высоко ценят экипировку DESCENTE за «комфорт, позволяющий сосредоточиться на гонке».
Непромокаемая и паропроницаемая ткань, удовлетворяющая трем основным требованиям – водонепроницаемость, проницаемость для водяного пара и эластичность.

Компания Toray известна двумя мембранами, не пропускающими воду снаружи и позволяющими водяному пару выходить наружу. Первая – Entrant™, дебютировала в 1979 году и отметила 40-летие в прошлом году. Это также первая водонепроницаемая мембрана Toray. Dermizax™ – вторая мембрана Toray для защиты от намокания.

Почему Toray создала вторую мембрану, когда Entrant ™ был так хорошо принят промышленностью? Мы спросили Акихито Ота, который вместе с производителями одежды разрабатывает функциональные ткани. Вот его ответ: «Прежде всего, нас интересовал фактор водонепроницаемости ткани, позволяющий выдерживать давление воды. Entrant ™ – это микропористое покрытие, содержащее множество микроскопических пор, которые позволяют водяному пару выходить напрямую, что часто называют «прямой вентиляцией». Эта структура со множеством отверстий обеспечивают выдающуюся паропроницаемость. Затем мы занялись улучшением водонепроницаемости. Entrant™ имел уровень водонепроницаемости 5 000 мм водного столба, но на рынке уже были доступны ткани с эквивалентным уровнем водонепроницаемости 20 000 мм. Итак, нам нужно было создать ткань с такими же характеристиками. В то же время росла потребность в эластичности тканей. Эти факторы послужили толчком к разработке новой мембраны. Поэтому нам пришлось разработать мембрану, обладающую достаточно высокой водонепроницаемостью, а также позволяющую комбинировать ее с эластичными тканями. Все это привело к разработке беспоровой мембраны, которую мы назвали Dermizax™».

Пришло время еще раз взглянуть на характеристики этих двух мембран. Entrant™ – гидрофобная микропористая полиуретановая мембрана. Сам полиуретан имеет как гидрофобные, так и гидрофильные компоненты, но внутренняя поверхность микропор, через которые проходит водяной пар, подвергаются гидрофобной обработке. Сегодня, в дополнение к оригинальной Entrant™ с базовой тканью в сочетании с полиуретановым покрытием, существует новая версия, ламинированная пленочной мембраной.

С другой стороны, водонепроницаемые ткани Dermizax™ имеют гидрофильную беспоровую полиуретановую мембрану, которая впитывает воду и водяной пар. Dermizax™ производится путем ламинирования ткани-основы мембраной. Конечно, Dermizax™ будет обладать исключительной водонепроницаемостью, потому что у мембраны нет пор. Теперь вопрос в том, как водяной пар может попасть наружу без пор?

Аяка Хиоки, один из сотрудников команды г-на Оты, объясняет: «Dermizax™ проницаем для паров воды, потому что его мембрана гидрофильна. Пот, образующийся внутри одежды, и пары воды впитываются мембраной перед тем как попасть наружу. Используемая мембрана чрезвычайно эффективно поглощает пот и пары влаги, что также сводит к минимуму конденсацию на внутренней поверхности. Растяжимость Dermizax™ превышает 200%, и его можно комбинировать с другими тканями без ущерба для их первоначальных свойств». Отсюда следует, что катание на горных лыжах это именно та область применения, где максимально раскрывается потенциал Dermizax™. Ведь низкая конденсация и высокая эластичность – ключевые требования к горнолыжной экипировке.

Г-н Ота рассказывает, что он должен был оценить преимущества гидрофильной мембраны в условиях низких температур на своем опыте. «Однажды я катался на лыжах при температуре -20 градусов Цельсия. Тогда я был в лыжной одежде из трехслойной ткани с гидрофобной мембраной, поэтому на подкладке образовался конденсат, который замерз. Я слышал об этой проблеме раньше, что при образовании конденсата паропроницаемость мембраны ухудшается. Я не мерз благодаря активному движению катаясь на лыжах, но эти холодные условия были очень тяжелыми для моей одежды. Если бы ткань имела гидрофильную мембрану, она впитывала бы больше пота и паров воды, предотвращая образование конденсата».

DESCENTE сосредоточился на гидрофильных свойствах Dermizax™ для минимизации конденсации, которые также можно комбинировать с эластичной тканью-основой. Макио Осима, отвечающий за разработку продуктов DESCENTE для рынков США и Европы объясняет: «Большинство людей, вероятно, думают, что спортивная одежда – это прежде всего функциональность, рынок в США и Европе давно сформировался, и покупатели выбирают одежду исходя из баланса характеристик – кроя, тактильних ощущений и защитных свойств. Ключевым фактором для использования Dermizax™ стали особенности кроя. Мы продаем лыжную одежду премиум-класса в высоком ценовом диапазоне в США и Европе, а облегающий крой уже более десяти лет является основной тенденцией в этом сегменте, поэтому использование эластичной ткани является необходимым. Итак, мы принимали решения в следующем порядке: во-первых, тенденции лыжной одежды сместились в сторону облегающих силуэтов, поэтому мы выбрали эластичную ткань. Затем наш выбор эластичной ткани потребовал подходящей мембраны. Во время поиска такой мембраны в 2005 году мы наткнулись на Dermizax™.

Тошио Кондо, также входящий в команду DESCENTE, которая разрабатывает продукты для внутреннего и экспортного рынков, а также для сборных по горным лыжам, поделился некоторыми отзывами спортсменов:

«Они просили, прежде всего, использовать как можно больше технологий, чтобы им было комфортно при выполнении физических упражнений. Несмотря на то, что у разных видов спорта разные потребности, лыжники часто чередуют периоды высокой и низкой активности, выкладываясь во время прохождения трассы и отдыхая в ожидании следующей попытки или на подъемнике. Эта последовательность обычно многократно повторяется в течение дня. Нам показывали фотографии лыжной одежды с подкладкой, на которой произошла конденсация влаги и сверкали капли воды. Просмотр этих изображений побудил нас сделать что-то, чтобы избежать этой ситуации. Лыжники также катаются в разных местах, при переменчивой погоде, а снежные условия могут быть влажными или сухими. Соревнования проводятся как в начале, так и в конце сезона, в условиях резких перепадов температуры. Лыжники требовали одежды, способной эффективно пропускать пары воды наружу. Гидрофильные свойства Dermizax™ и низкая конденсация соответствовали их требованиям. Теперь дело было за конструктивными особенностями, повышающими высокие эксплуатационные качества Dermizax™. Например, оптимизация системы вентиляции и способ ее интеграции. Мы находимся в середине процесса разработки, учитывающего эти моменты».

Что могут дать энтузиазм и творчество, подкрепленные химией и изобретательностью.

Как Dermizax™ эволюционировал за 20 лет своего существования? Мистер Ота останавливается на некоторых деталях. «Dermizax™ использует полиуретановую мембрану, поэтому мы смогли улучшить ее характеристики, изменив ее состав. Из оригинального Dermizax™ с паропроницаемостью 10 000 г/м2/24 ч (по тесту B-1) теперь у нас есть три типа Dermizax™. Мы добавили Dermizax™ EV с паропроницаемостью 20 000 г/м2/24 ч (по тесту B-1) и Dermizax™ NX с паропроницаемостью 30 000 г/м2/24 ч (по тесту B-1) или выше. Мы также смогли улучшить сцепление мембраны с основной тканью. Первоначально мы использовали точечное нанесение клея, и интервалы между точками были довольно большими. Иногда это приводило к жалобам пользователей на промокание. Итак, мы попросили проблемную одежду для ее изучения. Мы провели тесты и обнаружили, что, хотя проникновения воды не произошло, вода просачивалась между внешней тканью и мембраной, что вызывало ощущение «мокрости» при движении воды. Это явление называется «туннельным феноменом». Чтобы избежать этого, мы пробовали уменьшить интервалы между точками нанесения клея или использовать сплошное нанесение. Экспериментируя с различными комбинациями внешней ткани, мембраны и метода прикрепления, мы пришли к эффективному решению».

Для создания идеальной экипировки были проведены тщательные исследования различных материалов, мембран и методов их соединения. Очевидно, что подобрать оптимальную комбинацию непросто. Как найти подходящего партнера для сотрудничества, предполагающего очень тесное взаимодействие? Ответ довольно очевиден, но мы все равно спросили г-на Осима. Его ответ? «Не каждый может быть партнером, и Toray – единственная компания, о которой мы можем думать, когда дело касается настоящего партнерства, потому что мы хотели разработать все вместе, начиная с типа и толщины волокна. Я, конечно, могу немного преувеличить здесь (смеется). Совместная разработка начинается с выбора толщины волокна, структуры и веса ткани для создания основной ткани. К этому мы добавляем функции, необходимые для лыжной одежды, и применяем водоотталкивающую пропитку. Затем мы выбираем мембрану и метод склеивания, которые не повлияют на удобство и функциональность основной ткани. Даже с накопленными знаниями и ноу-хау просто невозможно сразу дать правильный ответ. Нам приходится многократно повторять цикл изготовления образцов и испытаний».

По словам г-на Осима, высокая функциональность – это необходимость, особенно для европейских клиентов. Также важны текстура ткани и тактильные ощущения. Например, разница между смесью лайкры и нейлона и обычным полиэстером имеет значение, будь то сухость на ощупь или ощущение гладкости. «Большинство людей могут подумать, что тонкие различия при прикосновении могут быть незаметными, но мы думаем, что Dermizax™ – это ткань, которая может полностью передать первоначальные тактильные ощущения и текстуру поверхности материала без каких-либо компромиссов», – заключает он.

Когда я писал этот текст, я провел интервью с разработчиками в новом центре исследований и разработок DESCENTE под названием DISC (Descente Innovation Studio Complex), который открылся летом 2018 года. DISC полностью оборудован тепловым манекеном (собственная разработка DESCENTE), климатической комнатой, дождевой камерой и мастерской. Этот инновационный объект создан для выполнения всех стадий: от разработки и производства образцов до их полноценного тестирования и оценки. Раньше, испытания большинства продуктов должны были проводиться в разных местах, но теперь, имея центр, такой как DISC, можно все сделать в одном месте, и, как ожидается, это ускорит разработку новых технологий и скорость их внедрения»

Когда я слушал, что говорят специалисты, работающие на переднем крае исследований, во время моего продолжительного визита сюда, мотивация и увлеченность персонала явно ощущались в чистой и спокойной атмосфере этого центра.

Г-н Осима заявил, что качество, функциональность и достоинство являются ключевыми составляющими, воплощенными в продуктах DESCENTE. Г-н Ота из Toray, в свою очередь, сказал, что их миссия заключалась в разработке и предложении материалов, которые могут удовлетворить потребности производителей одежды, которые по-прежнему привержены созданию продуктов с более высоким уровнем завершенности.

Лучшая в своем роде лыжная одежда, которая является конечным результатом, олицетворяет достижения химии и изобретательность, а также страсть и творческий потенциал всех, кто участвует в разработке. Я действительно чувствую, что мы говорим не только о новом типе одежды. Теперь это выглядит как работа мастера высшего уровня.

Тошио Кондо, отвечающий за разработку продуктов для лыжных команд, говорит, что «С тех пор, как мы стали использовать Dermizax™, жалобы лыжников на проблемы конденсации практически не поступают».

Макио Осима, отвечающий за разработку продуктов для рынков США и Европы, подчеркнул тот факт, что «потребители в США и Европе заботятся о внешнем виде, а также функциональности своей одежды».

Акихито Ота (слева) и Аяка Хиоки из отдела спортивной одежды и материалов для одежды Toray работают над совместными разработками с производителями одежды. Как профессионалы, специализирующиеся на волокнах и тканях, они оценивают рыночные потребности и требования спортсменов, общаясь с производителями одежды и опираясь на свои экспертные знания и опыт.

1)Тестирование в DISC начинается с раскроя ткани и шитья, чтобы создать элемент экипировки. Обратите внимание на процесс герметизации шва на фотографии, во время которого также проверяется прочность соединения ленты с тканью.

2)Тест на зацепки, используемый для проверки износостойкости перемещением шарика с шипами по поверхности образца в течение определенного периода времени.

3)Помещение с искусственной погодой на DISC позволяет устанавливать температуру от -30 до 40 градусов Цельсия и влажность от 10 до 95%. Дизайн одежды и ее функции проверяются в этой комнате с помощью инфракрасной камеры и тепловизионного манекена, воспроизводящего механизм потоотделения человеческого тела.

4)Проверка прочности ткани путем вертикального вытягивания образца, сшитого в соответствии с инструкциями.

5) Дождевая камера может имитировать сильный дождь до 80 мм/час. Высокий потолок позволяет точно имитировать капли воды, характерные для дождя в естественных условиях.

Мембрана Dermizax™ удивительно тонкая и легко растягивается. Ее беспоровая структура не позволяет остаткам моющих поверхностно-активных веществ оставаться в порах, предотвращая потерю водонепроницаемости даже при многократных стирках.

DISC (Descente Innovation Studio Complex) – это научно-исследовательский центр DESCENTE, который открылся в июле 2018 года. Созданная для реализации концепции «самого быстрого создания экипировки в мире», эта передовая лаборатория позволяет завершить весь процесс – от разработки продуктов до их коммерциализации, включая оценку и проверку, в одном месте. Ожидается, что DISC повысит эффективность производства, а также укрепит возможности разработки новых технологий.

Нестерильные фильтры Millex

Продукт  Номер каталога Millipore Описание Мембрана Диаметр (мм) Размер пор (мкм) Кол-во / Pk
SLGVR04 SLGVR04NL
Millex ® -GV шприцевой фильтр
Durapore ® PVDF Мембрана 4 0,22 100
SLGVR04 SLGVR04NK Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 4 0,22 1000
Z227552 SLHVR04NL Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 4 0,45 100
SLHVR04 SLHVR04NK Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 4 0,45 1000
SLGVX13 SLGVX13NL Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 13 0,22 100
SLGVX13TL SLGVX13TL * Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 13 0,22 100
SLGVX13 SLGVX13NK Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 13 0,22 1000
SLHVX13 SLHVX13NL Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 13 0,45 100
SLHVX13TL SLHVX13TL * Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 13 0,45 100
SLSV025NB SLSV025NB Millex ® -SV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 25 5 250
SLGV033N SLGV033NS Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 33 0,22 50
SLGV033N SLGV033NB Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 33 0,22 250
SLGV033N SLGV033NK Millex ® -GV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 33 0,22 1000
SLHV033N SLHV033NS Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 33 0,45 50
SLHV033N SLHV033NB Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 33 0,45 250
SLHV033N SLHV033NK Millex ® -HV шприцевой фильтр Durapore ® PVDF Мембрана 33 0,45 1000

Мембранные технологии тканей – Спортивная Линия

Современная спортивная одежда уже немыслима без мембранных материалов. Эти  технологии обеспечивают тот функционал, который необходим спортсменам самых разных видов спорта. Эта статья для тех, кому интересно, что же представляет из себя эта «начинка». Характеристики и физические механизмы (в том числе и их эффективность) свойств мембранных тканей двух категорий: микропористых и гидрофильных. 

О Gore-Tex

В 1969 году Боб Гор открыл особый способ обработки политетрафторэтилена (тефлона), и это послужило отправной точкой применения полимеров в текстильной промышленности. Первая ткань под названием GORE-TEX появилась в 1978 году. В основе технологии лежит простой процесс – тефлон растягивается механическим путем до состояния микропористой мембраны, которую можно классифицировать как тянутую полукристаллическую пленку. Производится мембрана путем экструзии под давлением. Сырье вытягивается под температурой, немного меньшей температуры плавления, дальше от температуры стеклования, для предотвращения кристализации, часто в присутствии ароматических углеводородов, которые создают поры за счет образования микрокапель. Гидрофобные свойства тефлоновой мембраны означают, что жидкость отталкивается от пор, в то время, как водяной пар проходить сквозь них может. На фотографии видна структура мембраны в виде трехмерной полимерной сетки с порами.

Водонепроницаемые свойства мембраны Gore-Tex обуславливаются двумя факторами – гидрофобностью неполярных молекул политетрафторэтилена, за счет термодинамических энтропийных факторов отталкивающихся от полярных молекул воды, что позволяет отстранять воду от поверхности полимера, и высоким капиллярным давлением воды в порах, которое действует (как сила) наружу по причине несмачиваемости полимера водой (если бы он смачивался, вода бы сама лезла внутрь – по причине того же капиллярного давления). Выглядит заманчиво, надо сказать.
Вот что говорит производитель о водонепроницаемых свойствах мембраны:

«Мембрана GORE-TEX® гарантирует 100% водонепроницаемость. Она содержит около 1,4 миллиарда пор на 1 кв. см, но размер пор в 20 000 раз меньше капли воды. Это не позволяет воде при давлении не более 30 атмосфер (= 30 м водяного столба) пройти сквозь нее. Для сравнения: дождь в городских условиях создает давление 5-7 м водяного столба. »

Оценим капиллярное давление, которое создается в порах против давящего сверху столба воды. Примем довольно условное приближение, которое, однако, не противоречит сильно реальности – то, что пора представляет собой круглый в сечении капилляр с абсолютно несмачивающимися водой стенками. Вода образует в таком капилляре сферический выпуклый мениск (сферический – для того, чтобы упростить расчеты). В таком приближении оценить капиллярное давление позволяет уравнение Лапласа:
В данном уравнении ? – поверхностное натяжение воды, а r – радиус кривизны мениска. В нашем приближении (мениск сферический) радиус кривизны мениска равен радиусу самой поры. Поверхностное натяжение воды при температуре 20′ C равно 72,7 мДж/м2.

Соответственно, капиллярное давление для пор радиусом 0,1225 микрон (из данных производителя о том, что размер пор мембраны в 700 раз превышает размер молекулы водяного пара, средний диаметр которой равен 3,5 ангстрёма (0,35 нанометра)) будет равно:
В итоге, только за счет капиллярного давления, мембрана выдерживает почти 12 метров водяного столба, и за счет гидрофобности полимерных участков этот показатель может быть несколько (на пол-атмосферы) увеличен. И это только минимум. При более низких температурах высота столба увеличится, так как поверхностное натяжение воды растет при уменьшении температуры. Однако, есть и отрицательные стороны у такого механизма задерживания воды.

Первым из таких казусов выступает тот физический факт, что если, в результате высокого давления столба мембрана напитана водой, то капиллярные явления не наблюдаются, за счет того, что искривленной поверхности раздела фаз (жидкость – воздух в порах), обеспечивающей избыточное давление, попросту не существует. Посему, вода сквозь мокрую мембрану попросту течет.

Избыточное давление может быть вызвано не только водой, но и любыми другими предметами. При давлении какого-либо мокрого предмета на мембрану она неизбежно намокнет через несколько минут (если у нее не заявлена водонепроницаемость выше 20000 мм, достигаемая отдельными способами). Если в куртке с Gore-Tex, например, лезть через мокрые заросли, посидеть на мокром бревне или стоять на коленях на мокрой траве. Тогда давление других предметов, как известно из школьной физики, обратно пропорциональное площади воздействия, попросту вжимает воду в поры, преодолевая капиллярные силы. Результат – мембрана намокает.

Нахождение вещи с мембраной непосредственно в воде тоже ничего хорошего не влечет за собой. Стоя в Gore-Tex штанах посреди ручья, следует быть готовым к тому, что давление воды со всех сторон преодолеет капиллярный барьер.

Поговорим теперь подробнее о гидрофобных свойствах мембраны и порах. Как всем известно, любые поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются амфифильными молекулами, то есть имеют гидрофильные (взаимодействующие с водой) и гидрофобные (отталкивающиеся от воды) части. За счет этого они могут гидрофобными частями налипать на гидрофобную (жирную или несмачиваемую) поверхность, и торчать гидрофильными частями наружу. В результате – поверхность с налипшими молекулами ПАВ становится смачиваемой водой, и, кроме того, ПАВ снижает собственное поверхностное натяжение воды. Посему, если в капающей на тефлоновую мембрану воде будет содержаться ПАВ, оно с радостью смочит поверхность, и итог – никакого капиллярного давления или отталкивания, вода идет сквозь мембрану почти свободно. В роли молекул ПАВ могут выступать очень многие молекулы – от обычных спиртов (даже этилового) и до всех детергентов (моющих средств). Именно поэтому вещи, имеющие мембрану Gore-Tex, крайне не рекомендуют стирать с применением каких-либо моющих средств, за исключением жидкого мыла – единственное потому, что оно хорошо отмывается. Использование машинной стирки не рекомендуют также, поскольку оно может повредить мембрану необратимо – просто механически. Заявленная производителем износостойкость мембраны – 200 часов непрерывной машинной стирки.

Поры в Gore-Tex пропускают молекулы воды, но в них могут замечательно встраиваться другие соединения, тем самым намертво их забивая. Так, Gore-Tex не работает в грязной или соленой воде, при этом, если поры забиваются кусочком вещества, имеющего поверхностно-активные свойства, воду держать они не будут.

При низких (ниже -10 градусов) температурах политетрафторэтилен имеет тягу к кристаллизации, за счет чего мембрана приобретает жесткость (т.е. “дубеет”). Также ПТФЭ склонен к кристаллизации при растяжении, поэтому превращается в корку при сильных нагрузках.

Ну и наконец, при протыкании мембраны она перестает держать воду из-за появления макроотверстия – дыры от прокола, которое почти всегда внешне незаметно (ткань выглядит прекрасно). Но через него мембрана может насытиться водой и дать течь внутрь.

Паропроницаемые свойства мембраны определяются тем, что размер пор мембраны в 700 раз превышает размер молекулы водяного пара, поэтому испарения проникают сквозь мембрану и выводятся наружу. Перемещение пара происходит за счет разницы давлений с разных сторон мембраны в процессе диффузии.

Вот что говорит производитель о паропроницаемости мембраны:

Пропускная способность (вентиляция) – 1л водяного пара в час.
Для разных типов тканей, выпускаемых под маркой Gore-Tex, паропроницаемость разная, но она колеблется в диапазоне 12000 – 15000 грамм пара через квадратный метр поверхности в сутки:
• Gore-Tex® XCR™ Stretch 3L-2L
На 25% более «дышащий», чем обычный Gore-Tex®. Эта трехслойная ткань Gore-Tex® обеспечивает максимальный комфорт и свободу движений за счет эластичности во всех направлениях.
Водонепроницаемость: 50000 мм водяного столба
Паропроницаемость: 14000 г/м2/сут
Швы: 100% швов проклеено
Ткань: Viper (полиамид + лайкра), 100% эластичная
Конструкция: Трехслойная ламинированная мембрана

• Gore-Tex® XCR™ SNOW 2L
На 25% более «дышащий», чем обычный Gore-Tex®. Двухслойная ткань, ламинированная утеплителем Thermal. Оптимальное соотношение утепления и отвода влаги обеспечивает максимальный комфорт при катании на горных лыжах или сноуборде.
Водонепроницаемость: 40000 мм водяного столба
Паропроницаемость: 15000 г/м2/сут
Швы: 100% швов проклеено
Ткань: Garda (полиамид), двухслойная ламинированная мембрана

• Gore-Tex® 2L
Эта двухслойная ткань диагонального плетения очень мягкая, но прочная. «Дышащая» и водоотталкивающая, она обеспечит вам комфорт и сухость. Не препятствует испарению влаги с поверхности тела.
Водонепроницаемость: 40000 мм водяного столба
Паропроницаемость: 12000 г/м2/сут
Швы: 100% швов проклеено
Ткань: Calypso (полиэфир), двухслойная ламинированная мембрана

• Gore-Tex® calypso 2L
Двухслойная ткань диагонального плетения предельно эластична, но очень прочна. Эта водонепроницаемая «дышащая» ткань защитит вас от воды и ветра. Она не препятствует испарению влаги с поверхности тела.
Водонепроницаемость: 40000мм водяного столба
Паропроницаемость: 12000 г/м2/сутки
Швы: 100% швов проклеено.

Здесь можно заметить только то, что показатели паропроницаемости весьма высоки. Однако поры в мембране легко забиваются грязью и посторонними веществами, и она перестает дышать, кроме того, будучи заслонена вещами (рюкзаком на спине или предметами в карманах), она теряет паропроницаемые свойства.

Благодаря тонковолокнистой структуре мембраны, холодный воздух как бы запутывается в лабиринте микропор, образуя завихрения. С другой стороны, GORE-TEX сохраняет тепло внутри одежды, и таким образом создается комфортный микроклимат: пот испаряется, тепло остается. При этом воздух от тела свободно проходит через поры мембран, что обеспечивает вентиляцию.

При всех ее достоинствах ткани с мембраной Gore-Tex имеют ряд жалоб на свои свойства, которые следовало бы указать для полноты картины.

1. GoreTex дышит хуже плотнотканого хлопка (Tightly Woven Cotton)

2. GoreTex дорог

3. GoreTex имеет недолгий срок жизни по причине низкой устойчивости к стиркам и светопогоде.

4. Даже если GoreTex более ветронепроницаем, чем плотнотканый хлопок, ветронепроницаемость – не проблема и для многих других тканей.

5. GoreTex шумит, т.е. издает шуршание при трении ткани о себя.

О гидрофильных мембранах

Вторым типом мембран, которые используются при изготовлении одежды для экстрима, являются гидрофильные мембраны. Строго говоря, они не являются мембранами как таковыми (т.е. пленками), а являются очень тонкими (0,01 мм) слоями полимерной ткани с особыми свойствами.
К гидрофильным мембранам относятся мембраны, изготовленные по многим технологиям, самыми известными из которых являются Sympatex и Dermizax.

По составу материала гидрофильная мембрана представляет собой смесь полиэстер. Полиэстер (общее название различных производных полиэтилентерефталата (ПЭТФ)) в целом является гидрофобным и, как следствие, водоотталкивающим материалом. Пленка из полиэстера плотная и не имеет пор или отверстий, поэтому она непроницаема для водяного столба, и пропускает воду только при высоких давлениях. Однако, такая мембрана должна пропускать водяной пар изнутри. Поэтому в гидрофобную полиэстеровую матрицу с внутренней стороны интеркалированы гидрофильные зоны, устроенные наподобие ионных каналов. Это значит, что внутри гидрофильной зоны существуют свободные координационные связи, которые может насыщать диполь молекулы водяного пара. Гидрофильные зоны заполняются паром, возникшим в результате потоотделения, и затем просто диффундирущим через внешнюю сторону за счет появления градиента концентрации между объемами внутри и снаружи (градиент – вектор убывания).

Мембрана в данном случае пор не имеет, и поэтому у нее возникает множество преимуществ, которыми не обладает Gore-Tex. Так, мокрая одежда с гидрофильной мембраной будет пропускать капельно-жидкую воду так же, как и сухая, и результат пропускания будет зависеть только от того давления, которое приложено к мембране с наружной стороны.
Грязь и посторонние вещества на мембране не влияют на ее способности к дыханию, паропроницаемость и водонепроницаемость.

Благодаря тому, что на гидрофильной мембране нет пор, действие ПАВ на нее хоть и, безусловно, наблюдается, но практически не влияет на водонепроницаемые и паропроницаемые свойства (ПАВ не задерживается в порах), посему она легко выдерживает воздействие моющих средств и машинную стирку. Немаловажным ее свойством является также растяжимость почти на 300%. Поскольку полиэстер относится к аморфным полимерам, он не склонен к кристаллизации и при растяжении сохраняет вязкоэластические свойства. Отсутствие пор определяет и абсолютую ветронепроницаемость одежды.

Однако, у гидрофильных мембран есть и серьезный недостаток. За счет полной ее замкнутости через нее чрезвычайно затруднена диффузия молекул. Молекулы воды имеют, во-первых, облегчение диффузии за счет гидрофильных зон, а во-вторых, глобальный градиент концентрации пара, однако и этого недостаточно для конкуренции по паропроницаемости с Gore-Tex или полиуретановыми мембранами. Что уж говорить о молекулах газов, составляющих воздух, поэтому гидрофильные мембраны довольно плохо “дышат”, в сравнении с Gore-Tex – 2500 г/м2 за сутки для Sympatex и 12000-16000 г/м2 сутки для Gore-Tex. Однако японский производитель Toray заявляет для своей гидрофильной мембраны Dermizax паропроницаемость в 10000 г/м2 за сутки (8000 г/ м2/ 24 часа по методу B-1), что уже может составить вполне достойную конкуренцию фторопластовым мембранам. Такое усиление паропроницаемости может быть получено за счет облегчения диффузии через внешний слой и облегчения накопления молекул воды в гидрофильных зонах.

Гидрофильные мембраны также проигрывают Gore-Tex в водонепроницаемости. В их случае предельная высота водяного столба определяется свойствами материала (10000 мм), в то время, как Gore-Tex устойчив к капельной воде за счет капиллярных сил, что легко подвергается модификации (при минимуме в 12000 мм и до 40000 мм). Но и здесь японский производитель Toray представляет иные данные – по его заявлениям, водонепроницаемость Dermizax достигает 20000 мм столба.

Далее приведены две совокупности данных. Сводная таблица свойств мембран, описанных во многих, в основном онлайн-источниках призвана дать краткое обобщение статьи. Эксперимент по изменению динамической паропроницаемости призван внести ясность в соотношения этой величины между разными типами мембран в разных условиях.

 

Камера по испытанию динамической паропроницаемости.

На обе стороны тестируемого образца материала направлены потоки воздуха с различной степенью относительной влажности. Путем сравнения конденсации водяных паров на выходах из камеры можно определить количество водяных испарений, прошедших сквозь образец. Результаты могут быть показаны как поток водяных паров (измеряемый в граммах на квадратный метр за промежуток времени) или как уровень сопротивления диффузии водяных паров (измеряемый в единицах s/m). Использование единиц сопротивления упрощает сравнение результатов, полученных в разных условиях окружающей среды. Чем ниже диффузионное сопротивление, тем больше паропроницаемость материала. Причина для проведения тестирования именно таким образом заключается в том, что некоторые материалы, такие как Gore-Tex, Sympatex и пр., обладают более высокими пароотводящими свойствами, находясь во влажной среде, чем в сухой. Другие материалы, такие как большая часть тканых материалов и микропоровых мембран, обладают почти постоянным диффузионным сопротивлением, вне зависимости от влажности окружающей среды.

Условия тестирования диффузии водяных паров.
Температура – 30°С.
Скорость потока газа – 2000 куб. см. в минуту.
Точки 1-5 на диаграммах определяются так:


Графики:

На графиках (взяты с www.bask.ru) отображены значения сопротивления диффузии паров воды различных мембран в зависимости от равновесной влажности потоков (график 1) и потоков пара через мембрану в зависимости от равновесной влажности входящих потоков (график 2). Из графиков видно, что по дышашим свойствам Sympatex проигрывает стандартному Gore-Tex, а Enthrant Dermizax у Gore-Tex ощутимо выигрывает при низких значениях влажности, а при высоких – с ним сравним.

eVENT

Основным принципом действия мембранной ткани eVENT является новая технология. Микропористые мембраны нуждаются в грязеотталкивающей пропитке для того, чтобы защищать мембрану от естественной жирности кожи, которая препятствует работе мембраны. Все их технологии используют полиуретановый грязеотталкивающий слой на одной из сторон мембраны. Это означает, что процесс движения испарений происходит в два медленных этапа. Сначала пар конденсируется в жидкость, затем проникает в мембрану и, далее, проходит через полиуретановый слой. В технологии eVENT вместо этого основа мембраны – ПТФЭ (политетрафторэтилен, тефлон) – химически изменяется для придания ему способности отталкивать жиросодержащие соединения: на него сажается молекулярное покрытие, защищающее каждое волокно в отдельности. Благодаря этому мембрана никогда не загрязняется, и ее поры всегда остаются открытыми. Миллионы микроскопических пор не дают воде проникать внутрь, при этом испарение влаги основывается не на медленном процессе диффузии, а на беспрепятственном выведении ее наружу напрямую, без конденсации внутри материала. По своей структуре мембрана представляет собой нитевидные молекулярные образования. Таким образом, абсолютно не требуется конденсации испарений для выхода на поверхность ткани.

Фильтры

1682007 Бумага для принтера для фотометра iMark, 3 шт/уп, Bio-Rad Laboratories, 1682007 Бумага для принтера для фотометра iMark, 3 шт/уп, Bio-Rad Laboratories Заявка под заказ
a06-4418 Мембрана Nitrogen Membrane, 54×610 мм, Peak Scientific, a06-4418 Заявка под заказ
1620175 Мембрана PVDF для блоттинга «Immun-Blot® PVDF Membrane», нарезанная, 0.2 µm, 10 x 15 см, 10 шт/уп, 1620175, Bio-Rad Laboratories

Мембрана PVDF для блоттинга «Immun-Blot® PVDF Membrane», нарезанная, 0.2 µm, 10 x 15 см, 10 шт/уп, Bio-Rad Laboratories, 

Артикул: 1620175

Заявка под заказ
WHA800309 Мембрана Whatman® Nuclepore™ Track-Etched, 0.1 мкм, 19 мм, Aldrich, WHA800309

Мембрана Whatman® Nuclepore™ Track-Etched, 0.1 мкм, 19 мм, Aldrich

Артикул: WHA800309

Заявка под заказ
WHA800281 Мембрана Whatman® Nuclepore™ Track-Etched, 0.2 мкм, 19 мм, Aldrich, WHA800281

Мембрана Whatman® Nuclepore™ Track-Etched, 0.2 мкм, 19 мм, Aldrich

Артикул: WHA800281

Заявка под заказ
WHA800282 Мембрана Whatman® Nuclepore™ Track-Etched, 0.4 мкм, 19 мм, Aldrich, WHA800282

Мембрана Whatman® Nuclepore™ Track-Etched, 0.4 мкм, 19 мм, Aldrich

Артикул: WHA800282

Заявка под заказ
11209299001 Мембрана нейлоновая положительно заряженная,1 рулон/уп, NYLM-RO ROCHE,11209299001 Заявка под заказ
1620112 Мембрана нитроцеллюлозная, 0.2 мкм, 30х350 см, Bio-Rad Laboratories, 1620112

Мембрана нитроцеллюлозная, 0.2 мкм, 30х350 см, Bio-Rad Laboratories

Артикул: 1620112

Заявка под заказ
HVHP04700 Мембранные фильтры Durapore®, ПВДФ, гидрофобные, 0.45 мкм, 47 мм, 100 шт/уп, Merck, HVHP04700 Заявка под заказ
659045047 Мембранные фильтры PORAFIL RC, 0.45 мкм, 47 мм, 100 шт, Macherey-Nagel, 659045047 Мембранные фильтры PORAFIL RC, 0.45 мкм, 47 мм, 100 шт, Macherey-Nagel, 659045047 Заявка под заказ
Мембранные фильтры МФАС-Б-2 (0,1 мкм) d-90мм, 50шт/уп Заявка под заказ
1620150 Нитроцеллюлозные мембраны для блоттинга, 0,2 мкм, 20×20 см, 5 шт/уп, Bio-Rad, 1620150

Нитроцеллюлозные мембраны для блоттинга, 0,2 мкм, 20×20 см, 5 шт/уп, Bio-Rad

Артикул: 1620150

Заявка под заказ
1620168 Нитроцеллюлозные мембраны для блоттинга, 0,2 мкм, 8.5×13.5 см, 10 листов/уп, Bio-Rad, 1620168

Нитроцеллюлозные мембраны для блоттинга, 0,2 мкм, 8.5×13.5 см, 10 листов/уп, Bio-Rad

Артикул: 1620168

Заявка под заказ
03262-25EA-F Пластины ацетат-целлюлозные, увлажненные, неперфорированные, 5.7 х 14 см,Sigma-Aldrich,03262-25EA-F Заявка под заказ
03262-25EA-F Пластины ацетат-целлюлозные, увлажненные, неперфорированные, Sigma-Aldrich, 03262-25EA-F Пластины ацетат-целлюлозные, увлажненные, неперфорированные, 5.7 х 14 см, Sigma-Aldrich, 03262-25EA-F Заявка под заказ
TANKMPK01 Приемный фильтр резервуара, 0,65 нм, Millipore, TANKMPK01 Заявка под заказ
6870-2502 Фильтр шприцевой Whatman GD/X Syringe Filters, 0.2 мкрм, 25 мм, 150 шт/уп, GE Healthcare, 6870-2502 Заявка под заказ
SLLGC25NS Фильтрующая насадка IC Millex®-LG Filter, гидрофобная, 25 мм, 50 шт/уп, Millipore, SLLGC25NS Заявка под заказ
SLGSV255F Фильтрующая насадка Millex®-GS гидрофобная, 25 мм, 50 шт/уп, Millipore, SLGSV255F Заявка под заказ
SAMPHV004 Фильтры Millex® Samplicity™ Filters, PVDF, 0.45 мкм, 384 шт/уп, Millipore, SAMPHV004 Заявка под заказ

Терминология

Кафедра мембранной технологии
Российский химико-технологический университет
им. Д.И. Менделеева

Абсорбер мембранный (Membrane absorber)  – см. Контактор мембранный.

Анизотропия мембран (Anisotropy of membranes) неоднородность материала мембраны в её поперечном сечении, выраженная,  

например, в различии размера пор в селективном слое и подложке пористой мембраны.

Аппарат мембранный (Membrane apparatus) устройство для осуществления массообменных процессов с использованием мембран,  

состоящее из одного или нескольких мембранных модулей, размещенных в корпусе.

Армировка мембраны (Reinforcing of membranes) введение в структуру мембраны армирующих элементов: сеток, нетканых полотен и  

т.д. в целях повышения механической прочности мембран.

Асимметрия мембран (Asymmetry of membranes) – см. Анизотропия мембран.

Баррер (Barrer) – единица коэффициента газопроницаемости. 1 Баррер = 10-10 см3(н.у.) см см-2 с-1 (мм рт.ст)-1.

Биореактор мембранный (Membrane bioreactor) – устройство, совмещающее микробный синтез (ферментацию) и мембранное  

разделение.  

Биостойкость мембраны (Biostability of membranes) – сопротивление материала мембраны микробной деградации.

Блокирование мембраны (Fouling) см. Отложения на мембране.

Газ продувочный (Sweep (purge) gas) поток газа, направляемый вдоль выходной поверхности мембраны с целью снижения  

парциального давления пенетранта.

Газопроницаемость (Gas permeability) свойство материалов пропускать через себя газообразные вещества под  

действием движущей силы.

Газоразделение мембранное (Membrane gas separation) процесс разделения газовых смесей с помощью мембран.  

Гемодиализ (Hemodialysis)   процесс внепочечного очищения крови методом диализа.

Граница молекулярно-массового задержания (Cut-off boundary) – молекулярная масса растворённого вещества,  

при которой задерживающая способность мембраны становится выше заданной величины.

Дегазация мембранная (Membrane degassing) процесс освобождения жидкостей от растворённых газов за счёт  

переноса через мембрану молекул газа.

Дезактивация переносчика (Carrier deactivation) химические превращения переносчика при облегченном  

транспорте в мембранах, в результате которых он полностью или частично теряет способность взаимодействовать с  

пенетрантом.

Диализ  (Dialysis) – процесс мембранного отделения низкомолекулярных веществ от коллоидных частиц и  

высокомолекулярных соединений путем преимущественного диффузионного переноса через мембрану малых молекул.  

Диализат (Dialysate) поток веществ, проходящих при диализе через мембрану.

Диализатор (Dialysator) мембранный аппарат, использующийся для проведения процесса диализа.

Диафильтрация (Diafiltration) – вариант баромембранного процесса разделения растворенных высокомолекулярных и  

низкомолекулярных компонентов, при котором концентрат разбавляют растворителем, с целью повышения  

коэффициента разделения.  

Дистилляция мембранная (Membrane distillation) процесс дистилляции, в котором жидкая фаза и поровое  

пространство разделены пористой лиофобной мембраной, а перенос пара осуществляется через поры мембраны.  

Доля проникшего через мембрану потока (Stage cut) отношение объемного расхода (объёма) пермеата к объемному  

расходу (объёму) исходной смеси.

Дренаж  (Drainage) часть мембранного элемента, расположенная непосредственно под мембраной и обеспечивающая  

целостность мембраны и отвод от неё пермеата.

Засорение мембраны (Fouling) – см. Отложения на мембране

Золь-гель-метод формирования мембран (Sol-gel membrane formation) процесс получения селективного слоя керамических мембран с  

использованием золь-гель технологии.

Инверсия фаз (Phase inversion) процесс формирования мембраны, в котором мембранообразующий полимер  

переводится в контролируемом режиме из жидкой фазы (раствора) в твердую фазу (мембрану).  

Исключение Доннановское (Donnan exclusion) снижение концентрации подвижных ионов внутри ионообменной  

мембраны, вызванное присутствием фиксированных ионов с зарядом того же знака.

Камера концентрирования (Concentration chamber) – мембранный канал в многокамерном аппарате для  

электродиализа, ограниченный двумя мембранами – катионо- и анионообменной, в который переносятся ионы из смежных  

камер.

Камера обессоливания (Desalination chamber) – мембранный канал в многокамерном аппарате для электродиализа,  

ограниченный двумя мембранами (катионо- и анионообменной), из которого переносятся ионы в смежные камеры.

Канал напорный (Forcing channel) – межмембранное пространство в аппарате, по которому под давлением протекает  

разделяемая смесь.

Каскад мембранный  (Membrane cascade) – система мембранных аппаратов, последовательно и (или) параллельно  

соединенных по линиям пермеата и (или) концентрата.

Катализ мембранный (Membrane catalysis) каталитический процесс, совмещённый с мембранным отделением  

продуктов или подводом реагента через мембрану. Катализатором может служить сама мембрана или нанесённый на неё  

катализатор.

Колонна мембранная непрерывная (Continuous membrane column) см. Каскад мембранный.

Контактор мембранный  (Membrane contactor) – аппарат для осуществления абсорбции, в котором массообмен  

между газовой смесью и жидким абсорбентом происходит через мембрану.

Контур циркуляционный или рецикл (Recycle) – часть гидросистемы мембранной установки, обеспечивающая  

возврат пермеата или концентрата на любую стадию технологического процесса.

Концентрат (Concentrate) – поток или объем жидкости, не прошедший через мембрану в баромембранном процессе.

Коэффициент газопроницаемости (Gaspermeability coefficient) – количество пермеата, проходящего в единицу  

времени через единицу рабочей площади мембраны, имеющей единичную толщину, при единичной движущей силе.  

Примечание. Типичные единицы: кмоль м м-2 с-1 кПа-1 или м3(н.у.) м м-2 с-1 кПа-1, или кг м м-2 с-1 кПа-1.В  

газопроницаемости обычно применяется бессистемная единица коэффициента газопроницаемости 1 Баррер = 10-10 см3

(н.у.).см см-2 с-1 (см.рт.ст.)-1.

Коэффициент задержания (задержание) (Rejection coefficient) см. Способность задерживающая.

Коэффициент извлечения (Recovery) – см. Доля проникшего через мембрану потока.

Коэффициент концентрирования (Concentration coefficient) отношение содержания компонента в концентрате к  

его содержанию в исходной смеси.

Коэффициент проницаемости (Permeability coefficient) количество пермеата, проходящего в единицу времени  

через единицу рабочей площади мембраны, при единичной движущей силе.

Коэффициент разделения (Separation coefficient) – параметр, выражаемый отношением концентраций компонентов  

А и В в пермеате, отнесенным к такому же отношению в исходном потоке. Например, если концентрации выражены как  

мольные доли Ха и Хв, то Sc(AB) = [Хa/Хb]п/[Xa/Xb]0, где индексы п и 0 относятся к пермеату и исходному потоку,  

соответственно.

Коэффициент распределения (Membrane partition (distribution) coefficient) отношение равновесной  

концентрации компонента i в мембране и соответствующей концентрации  этого же компонента в фазе, контактирующей с  

мембраной.

Коэффициент удельной производительности (Flux coefficient) – см. Коэффициент проницаемости.

Коэффициент уменьшения объёма (Coefficient of volume reduction) – отношение объёмного расхода (объёма)  

исходной смеси к объёмному расходу (объёму) концентрата.

Кривая задержания (Rejection curve) – зависимость задерживающей способности мембраны от молекулярной массы  

задерживаемых компонентов или размера частиц задерживаемых компонентов.

Мембрана (Membrane) перегородка, через которую осуществляется массоперенос между двумя фазами под действием  

различных движущих сил.

Мембрана анизотропная (Anisotropic membrane) – см. Мембрана ассиметричная.

Мембрана анионообменная (Anion exchange membrane) – мембрана, содержащая анионообменные  

функциональные группы, обеспечивающая селективный перенос анионов.

Мембрана армированная (Reinforced membrane) – мембрана, содержащая армировку.

Мембрана асимметричная (Asymmetric membrane) мембрана, характеризующаяся неоднородностью свойств и/или  

состава по толщине. Как правило, такие мембраны содержат тонкий селективный слой и более толстый несущий  

пористый слой.  

Мембрана биологическая (Biological membrane) – сложная высокоорганизованная надмолекулярная белкого-

липидная оболочечная структура, толщиной около 5 нм, обеспечивающая пространственную и функциональную  

организацию любой клетки, регуляцию потоков вещества, энергии и информации между клеткой и окружающей средой.

Мембрана биполярная (Bipolar membrane) синтетическая мембрана, содержащая два слоя: катионо- и  

анионообменный.

Мембрана газоразделительная (Gas separation membrane) – мембрана, используемая для разделения газов.

Мембрана гетерогенная (Heterogeneous membrane) мембрана, состоящая из двух или большего числа компонентов,  

отличающихся химическим и фазовым составом.

Мембрана гибридная (Hybrid membrane; Mixed matrix membrane) мембрана, построенная на основе органических  

и неорганических компонентов, например, наноразмерных неорганических частиц, диспергированных в органической  

матрице.

Мембрана гидрофильная (Hydrophilic membrane) – мембрана, изготовленная из гидрофильного или  

гидрофилизированного материала, или имеющая селективный слой из такого материала.

Мембрана гидрофобная (Hydrophobic membrane) – мембрана, изготовленная из гидрофобного или  

гидрофобизированного материала, или имеющая селективный слой из такого материала.

Мембрана гомогенная (Homogeneous membrane) мембрана, характеризующаяся однородным составом и свойствами  

по объему.

Мембрана динамическая (Dynamic membrane) – композиционная мембрана, образующаяся в баромембранном  

процессе путем формирования на поверхности пористой основы селективного слоя из присутствующих в исходном потоке  

взвешенных микрочастиц или растворенных веществ.

Мембрана жидкая импрегнированая (Liquid immobilized membrane) мембрана, представляющая собой жидкую  

фазу, заполняющую свободный объем пористого носителя.

Мембрана жидкая эмульсионная (Liquid emulsion membrane) – мембрана, представляющая собой жидкую фазу и  

существующая в виде смешанной эмульсии.

Мембрана заряженная (Charged membrane) – мембрана, содержащая способные к диссоциации функциональные  

группы.

Мембрана изотропная (Isotropic membrane) – см. Мембрана гомогенная.

Мембрана ионообменная (Ion exchange membrane) – мембрана, содержащая функциональные катионо- или  

анионообменные группы, обеспечивающие селективный ионный перенос катионов или анионов, соответственно.

Мембрана капиллярная (Capillary membrane) – вариант половолоконной мембраны с наружным диаметром от 0,5 до  

5 мм и с селективным слоем внутри.

Мембрана каталитическая (Catalytic membrane) – мембрана, выполненная из материала с каталитическими  

свойствами или представляющая собой пористую основу с размещенным в ней катализатором.

Мембрана катионообменная (Cation exchange membrane) – мембрана, содержащая катионообменные  

функциональные группы, обеспечивающая селективный перенос катионов.

Мембрана керамическая (Ceramic membrane) – мембрана, выполненная из керамических материалов.

Мембрана композиционная (Composite membrane) – мембрана, состоящая из двух или нескольких материалов  

различной природы. Материалы могут быть диспергированы или расположены послойно.

Мембрана Ленгмюра – Блоджетт (Langmuir – Blodgett membrane) синтетическая композиционная мембрана,  

образованная последовательным нанесением одного или нескольких монослоев поверхностно-активного компонента на  

поверхность подложки.

Мембрана липидная (Lipid membrane) – см. Мембрана биологическая.

Мембрана металлическая (Metallic membrane) – мембрана, изготовленная из металлов или сплавов, имеющая  

сплошную или пористую структуру.

Мембрана микрофильтрационная (Microfiltration membrane) – пористая мембрана с размером пор от 0,05 до 5 мкм,  

предназначенная для баромембранного процесса микрофильтрации.

Мембрана мозаичная (Charge-mosaic membrane) – композиционная мембрана, состоящая из чередующихся и  

равномерно распределённых в объёме фрагментов из катионо- и анионообменных материалов.

Мембрана нанофильтрационная (Nanofiltration membrane) – пористая мембрана с размером пор от 3,0 до 30 нм.  

Эффективность работы мембраны часто усиливается введением в нее способных к диссоциации функциональных групп.  

Мембрана непористая  (Dense (non-porous) membrane) мембрана, не содержащая специально созданныx пор.

Мембрана обратноосмотическая (Reverse osmosis membrane) – мембрана с размером пор менее 50 нм, используемая  

в баромембранном процессе разделения растворов низкомолекулярных веществ.

Мембрана полимерная (Polymeric membrane) – мембрана, выполненная из полимеров природного или  

синтетического происхождения.

Мембрана половолоконная (Hollow fiber membrane) – мембрана, выполненная в виде полого волокна с наружним  

диаметром менее 0,5 мм с селективным слоем на наружной или на внутренней поверхности волокна.

Мембрана пористая (Porous membrane) – мембрана, внутренняя структура которой содержит проницаемые каналы.

Мембрана селективная (Selective membrane) – мембрана, избирательно пропускающая определенные компоненты  

смеси.  

Мембрана синтетическая (Synthetic (artificial) membrane) – мембрана, изготовленная из материалов  

искусственного происхождения.

Мембрана стеклянная (Glassy membrane) – мембрана, изготовленная из силикатного стекла.

Мембрана трековая (Ion-track membrane) – пористая мембрана, структура которой формируется облучением  

непористых материалов ионами высокой энергии с последующим щелочным травлением химически активных зон,  

возникших при облучении.

Мембрана трубчатая (Tube membrane) – мембрана, выполненная в виде трубки диаметром более 5 мм с внутренним  

селективным слоем, размещенной внутри трубчатой поддерживающей основы.

Мембрана ультрафильтрационная (Ultrafiltration membrane) – пористая мембрана с размером пор  20 – 100 нм.

Мембрана фазоинверсинная (Phase inversion membrane) – мембрана, полученная методом инверсии (распада) фаз.  

Мембрана ядерная (Nuclear membrane) – см. Мембрана трековая.

Метод точки пузырька (Bubble point) способ порометрии, в котором максимальный размер пор определяется по  

величине давления газа, приложенного к поверхности мембраны, при котором на противоположной ее поверхности,  

контактирующей со смачивающей  жидкостью, появляется первый газовый пузырек.

Метод формования мембран мокрый (Wet-phase separation membrane formation) способ получения мембраны, в  

котором растворенный полимер формирует твердую фазу – основу мембраны при погружении в нерастворитель.

Метод формования мембран сухой (Dry-phase separation membrane formation) способ получения мембраны, в котором растворенный  

полимер формирует твердую фазу –  основу мембраны при испарении растворителя.

Механизм растворения – диффузии (сорбции – диффузии) (Solution – diffusion (sorption – diffusion) механизм  

массопереноса через непористые мембраны, в котором переносимый компонент из потока исходной смеси сорбируется на  

входной поверхности мембраны, диффундирует через мембрану и десорбируется из мембраны в газовую, паровую или  

жидкую фазы на выходной поверхности мембраны.

Микрофильтрация (Microfiltration) процесс разделения макромолекул и коллоидных частиц размером свыше 0,1 мкм  

на пористых мембранах и других пористых материалах.

Модификация мембран (Modification of membranes) – целенаправленное изменение химического состава,  

надмолекулярной структуры  или поверхностных свойств мембран.

Модуль мембранный (Membrane module) – устройство в составе мембранного аппарата, содержащее один или  

несколько соединенных вместе мембранных элементов.

Морфология мембран (Morphology of membranes) – структура мембраны на надмолекулярном уровне.

Набухание мембраны (Swelling of membranes) – увеличения объёма мембраны вследствие поглощения ею веществ  

из жидкой или газовой фазы.

Нанофильтрация (Nanofiltration) баромембранный процесс разделения растворов минеральных и органических  

веществ с размером частиц 1-10 нм.

Оксигенация мембранная (Membrane oxygenation) –  насыщение жидкости кислородом с помощью мембранного  

контактора (oксигенатора).

Осмос обратный (Reverse osmosis) баромембранный процесс, в котором под действием приложенного к раствору  

давления осуществляется селективный перенос растворителя против градиента его осмотического давления.

Осмос прямой (Forward osmosis) – процесс использования явления осмоса в целях получения энергии,  

контролируемого разведения растворов и др.

Отложения на мембранах (Fouling) – осаждение веществ на поверхности или в порах мембраны, приводящее к   

изменению технологических параметров мембран.

Отсечение по молекулярной массе (Molecular-weight cutoff) характеристика пористой мембраны, выраженная в  

молекулярной массе растворенного вещества с некоторым выбранным коэффициентом задержания (обычно 90%).

Пенетрант (Penetrant) – вещество или смесь веществ, которые проходят через мембрану в  процессе разделения.  

Первапорация (Pervaporation) процесс разделения жидких смесей с помощью непористых мембран, в котором  

пермеат отводится в виде пара.

Переносчик подвижный (Mobile carrier) свободно диффундирующее внутри мембраны вещество, введенное для  

увеличения коэффициента разделения за счет селективного связывания и переноса определенного компонента.

Переносчик фиксированный (Anchored (bound) carrier) – функциональные группы, введенные в материал  

мембраны с целью увеличения коэффициента разделения за счет селективного связывания и переноса определенного  

компонента в процессе облегченного транспорта.

Пермеат (Permeate) см. Пенетрант.

Перстракция (Perstraction) процесс разделения, сочетающий перенос вещества через мембрану и его экстракцию, в  

котором выходная поверхность мембраны омывается жидким экстрагентом.

Пертракция (Pertraction) – мембранный процесс, в котором перенос пенетранта осуществляется через мембрану из  

газовой в жидкую фазу.

Плазмоферез мембранный (Membrane plasmapheresis) – процесс разделения крови на плазму и концентрат  

форменных элементов с помощью пористых мембран под действием градиента давления.

Плотность упаковки мембран (Packing density of membranes) – площадь рабочей поверхности мембраны в  

единице объёма мембранного аппарата.

Поверхность мембраны входная (рабочая) (Feed side of membrane) – сторона мембраны, контактирующая с  

исходной смесью.

Подложка композиционной мембраны (Support of composite membrane) – опорный слой, обусловливающий  

механическую прочность мембран

Поляризация гелевая (Gel polarization) – образование геля на входной поверхности мембраны в баромембранном  

процессе разделения.

Поляризация концентрационная (Concentration polarization) – явление повышения концентрации задерживаемого  

мембраной вещества в примембранном слое. В случае преимущественного переноса ионов КП сопровождается  

возникновением разности электрического потенциала.

Пористость объёмная (Volume porosity) – доля пустот в объёме мембраны.

Пористость поверхностная (Surface porosity) – доля площади поверхности мембраны, занятая открытыми порами.  

Потенциал мембранный (Membrane potential) – разность электрических потенциалов по разные стороны мембраны в  

отсутствии внешнего электрического поля.

Потенциал поверхностный мембран (Surface potential of membranes) – электрический потенциал, возникающий  

на поверхности мембраны в результате диссоциации ее функциональных групп.

Поток входной (сырьевой) (Upstream) поток исходной смеси, подаваемый на рабочую поверхность мембраны.  

Поток выходной (Downstream) поток пермеата.

Производительность удельная (Flux) – количество пермеата, проходящее в единицу времени через единицу рабочей  

площади мембраны.

Проницаемость (Permeance) – количество пенетранта в виде газов или паров, проходящее в единицу времени через  

единицу рабочей площади мембраны при единичной движущей силе.

Процесс баромембранный (Baromembrane process) – процесс мембранного разделения жидких сред, движущей  

силой которого является градиент давления. К баромембранным процессам относятся микро-, ультра-, нанофильтрация и  

обратный осмос.

Процесс мембранный фазоинверсионный (Membrane process with phase inversion) – процесс мембранного  

разделения, в котором массоперенос через мембрану сочетается с  изменением фазового состояния. К фазоинверсионным  

процессам относятся первапорация, мембранная дистилляция, мембранная экстракция, пертракция.  

Процесс термомембранный (Thermomembrane process) – процесс мембранного разделения, движущей силой  

которого является градиент температуры. К термомембранным процессам относятся мембранная дистилляция и  

первапорация.

Процесс электромембранный (Electromembrane process) – процесс мембранного разделения, движущей силой  

которого является градиент электрического потенциала. К электромембранным процессам относятся электродиализ,  

мембранный электролиз и электроосмос.

Радиус поры условный (Effective pore radius) радиус круглой поры, имеющей ту же площадь сечения, что и  

наблюдаемая пора.

Распределение пор по размерам (Size distribution of pores) – зависимость количества или доли пор определённого  

размера от их размера.

Реактор мембранный (Membrane reactor) – устройство, сочетающее химическое или биохимическое превращение  

веществ с выводом продуктов из реакционного объема через мембрану.

Регенерация мембран (Regeneration of membranes) – процесс восстановления начальных технологических  

параметров мембраны после или в ходе ее эксплуатации

Режим работы мембранного аппарата проточный (Cross-flow regime) – проведение процесса мембранного  

разделения при постоянном отводе потоков пермеата и ретентата (концентрата).

Режим тупиковый (Dead-end flow regime) проведение процесса мембранного разделения без отвода ретентата  

(концентрата).

Режим циркуляционный (Circulation regime) – вариант проточного режима с полным или частичным возвратом  

потока ретентата или пермеата на вход  мембранного аппарата.

Ресурс мембраны (Resource of membrane or Membrane life-time) – срок службы мембраны до её замены.

Ретентат (Retentate)   не прошедший через мембрану поток на выходе из мембранного аппарата.

Рецикл (Recycle) – см. Режим циркуляционный.

Секционирование мембранной установки (Sectioning of membrane unit) – разделение технологической схемы  

мембранной установки на части, в каждой из которой обеспечиваются определенные гидродинамический и

массообменный режимы.

Селективность мембран (Selectivity of membranes) способность мембран избирательно задерживать определенные  

компоненты разделяемой смеси.

Сенсор мембранный (Membrane sensor) – чувствительный элемент аналитического устройства на основе селективной  

мембраны.

Сила движущая мембранного процесса (Driving force) – градиент химического или электрического потенциала по  

обе стороны мембраны, обеспечивающий транспорт через мембрану. Практически создается за счет разности давлений,  

концентраций, температур или напряжений на электродах.

Слой активный (Active layer) – см. Слой селективный.

Слой разделительный (Separation layer) – см. Слой селективный.

Слой селективный (Selective layer) – слой анизотропной мембраны, обеспечивающий ее разделительные свойства.

Способ газоразделения вакуумный (Vacuum gas separation) – осуществление процесса мембранного  

газоразделения, в котором движущую силу создают вакуумированием объема за мембраной.  

Способ газоразделения нагнетательный (Pressurized gas separation) – способ осуществления процесса  

мембранного газоразделения, в котором движущую силу создают сжатием исходной смеси.

Способность задерживающая мембраны (Rejection ability) – доля вещества, задерживаемого мембраной в процессе  

разделения. Определяется как соотношение Соро, где Со – концентрация вещества в исходной смеси, Ср – его  

концентрация в пермеате.

Старение мембран (Membrane aging) изменение свойств мембраны во времени, вызванное теми или иными физико-

химическими процессами в ее материале.

Степень извлечения компонента (Recovery of component) – доля компонента от его содержания в исходной смеси,  

перешедшая в пенетрант.

Стойкость мембраны (Endurance of membrane) – способность мембраны сохранять свои свойства при воздействии  

внешних химических, физических и технологических факторов.

Ступень процесса мембранного разделения (Stage of membrane process) – часть технологической схемы  

многостадийного процесса мембранного разделения.

Термопервапорация (Thermopervaporation) – первапорация с конденсацией пенетранта в межмембранном канале.

Технология мембранная (Membrane technology) – область научных и технических знаний, связанная с мембранными  

процессами разделения веществ.  

Ток предельный (Limiting current density) плотность тока через ионообменную мембрану, выше которой увеличение  

приложенной разности потенциалов не приводит к заметным изменениям силы тока.

Точка пузырька (Bubble point) – давление газа, приложенное к поверхности пористой мембраны, при котором на  

противоположной ее поверхности, контактирующей со смачивающей жидкостью, появляется первый газовый пузырек.

Транспорт активный (Uphill transport) вариант транспорта облегченного, в котором переносчик обеспечивает  

перенос целевого компонента против градиента его концентрации.

Транспорт облегченный (транспорт с переносчиком) (Carrier-mediated (facilitated) transport) – процесс  

функционирования жидкой мембраны, в котором для усиления переноса целевого компонента в состав мембраны вводят  

вещество (переносчик), способное образовывать комплексы с молекулами целевого компонента.

Транспорт сопряженный (Coupled transport) процесс, в котором перенос одного компонента через мембрану зависит  

от переноса другого компонента.

Ультрафильтрация (Ultrafiltration) баромембранный процесс разделения, в котором мембраны задерживают  

растворенные макромолекулы и взвешенные наночастицы с размером от 20 до 100 нм.

Установка мембранная (Membrane unit) – установка, содержащая мембранные аппараты и вспомогательное  

обрудование.

Фактор задерживания (Retention factor) – см. Способность задерживающая.

Фактор идеальный разделения (Ideal separation factor) отношение коэффициентов газопроницаемости  

компонентов А и В при условии отсутствия взаимного влияния компонентов при их совместном переносе через мембрану.  

Фактор концентрирования (Concentration factor) – см. Коэффициент концентрирования.

Фактор разделения (Separation factor) – см. Коэффициент разделения.

Фактор усиления (Enhancement factor) отношение количества перенесенного компонента через жидкую мембрану в  

случае облегченного транспорта к количеству того же перенесенного компонента без переносчика.

Фракционирование мембранное (Membrane fractionation) – процесс разделения смесей по молекулярной массе,  

размеру частиц или заряду ионов с помощью мембран.

Число переноса или эффективное число переноса (Transfer number)  – доля электричества, переносимого в  

стационарных условиях через ионообменную  мембрану данным  типом ионов к общему количеству электричества,  

прошедшему через мембрану.

Число переноса электромиграционное (Electromigration transfer number) – относительное количество  

электричества, перенесенное через мембрану данным типом ионов под действием внешнего постоянного электрического  

поля в отсутствии градиентов концентрации и давления на мембране.

Экстракция мембранная (Membrane extraction) – экстракционный процесс, в котором в качестве экстрагента  

используются жидкие мембраны.

Электрод мембранный (Membrane electrode) индикаторный или измерительный электрод, оснащенный мембраной  

с селективностью к определенному типу или заряду ионов.

Электродеионизация (Electrodeinization) вариант электродиализа, при котором процесс деминерализации водного  

раствора осуществляют на смешанном слое ионитов, размещённом между ионообменными мембранами.

Электродиализ (Electrodialysis) – мембранный процесс разделения, в котором осуществляется  перенос ионов через  

мембраны под действием градиента электрического потенциала.

Электролиз мембранный (Membrane electrolysis) – процесс электролиза, совмещенный с разделением на  

ионообменных мембранах, образующих электродные камеры.  

Электроосмос (Electro-osmosis) процесс переноса воды и других полярных растворителей через мембрану под  

действием градиента электрического потенциала.

Элемент мембранный (Membrane element) – элементарная ячейка мембранного аппарата, в которой конструктивно  

соединены мембрана и дренаж. Возможны половолоконная, трубчатая, рулонная или плоскорамная конфигурации.

Новая мембрана с лёгкостью разделяет нефть и воду / Хабр


Разделение воды и бензина

Учёные из Университета Южной Австралии разработали гидрофильное покрытие мембран для разделения нефти и воды, которое принципиально улучшает свойства фильтра и позволяет легко очищать его после использования.

Чем больше мусора выбрасывают жители Земли ежесекундно, тем приятнее встречать новости об изобретении нового способа сделать планету чище. Например, вовсю развивается проект по избавлению Мирового океана от пластика. Вот вам, кстати, видео в тему: кит просит рыбаков помочь ему с застрявшим в пасти пакетом:

Не менее страшные последствия имеет и нефть, разлитая по поверхности воды. Все помнят ужасающую аварию в Мексиканском заливе, где добывала нефть одна из крупнейших нефтегазовых гигантов, британская компания BP. В результате аварии по подсчётам экологов только птиц погибло более полумиллиона.

Учёные уже придумали, как уменьшить поверхность нефтяного пятна. Но после этого нефтяную плёнку всё равно необходимо убрать с поверхности воды. Для этого применяют несколько различных методов — разделение нефти и воды при помощи центробежных сил, фильтрация, адсорбция, механический сбор.

Существующие мембраны, разделяющие воду и нефть, делятся на два типа. Одни – гидрофобные и олеофильные, отталкивающие воду и пропускающие нефть. Но такие фильтры довольно быстро загрязняются нефтью, после чего их нужно либо очищать вредными химическими реагентами, либо использовать новые.

Другие, которые в настоящий момент получают всё больше признания, олеофобные – в смоченном водой состоянии они отталкивают нефть и свободно пропускают воду. Их недостаток – необходимость в аккуратном и полном смачивании перед использованием. Если нефть попадёт на сухой участок фильтра (а это может легко произойти при борьбе с нефтяным пятном), он покроется ею и потеряет свои полезные свойства, и его нужно будет чистить специальными моющими средствами.


Уничтожение нефти после локализации

Но австралийские учёные создали мембрану из металлической сетки, покрытой гидрофильным полимером на основе фосфорилхолина. Он, в частности, применяется в медицине для изготовления стентов – каркасов, помещаемых в просвет полых органов (например, сосудов).

Молекулы фосфорилхолина являются цвиттер-ионами, или биполярными ионами. Они электрически нейтральны, но в их структуре есть части, несущие как отрицательный, так и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах. Такие молекулы просто «обожают» воду – в биологических системах они создают водный слой на внешней стороне клеток, препятствующий их загрязнению.

Его свойства позволили создать такую мембрану, которая позволяет легко снимать слой нефти с поверхности воды. Для демонстрации её свойств исследователи изготовили пробирку с такой мембраной в крышке и погрузили её в стакан с водой, на поверхности которой был 4-сантиметровый слой нефти. При погружении в нефть та свободно проникает в пробирку, поскольку мембрана изначально была сухой.


Разделение сырой нефти и морской воды (видео вставить не удалось)

Когда мембрана сталкивается с водой, то вода очищает мембрану от нефти, она смачивается и приобретает олеофобные свойства. В результате при поднятии обратно вся нефть остаётся в пробирке, а вода свободно выходит.

По утверждению учёных, такие мембраны можно будет использовать также и в качестве фильтров для производственных предприятий для предотвращения выбросов маслянистых жидкостей в окружающую среду.

Конструкторские решения с использованием микропористых гидрофобных мембран

Медицинские пластмассы и биоматериалы Журнал
Указатель статей MPB

Впервые опубликовано в марте 1997 г.

МЕМБРАНЫ

Микропористая мембрана представляет собой тонкий плоский лист полимерного материала, внешне напоминающий бумагу, содержащий миллиарды микроскопических пор. В зависимости от мембраны эти поры могут иметь размер от 0.01 до более чем 10 мкм. Микропористые мембраны доступны как в гидрофильной (водофильтрующей), так и в гидрофобной (водоотталкивающей) формах. Эта статья будет ограничена обсуждением микропористых гидрофобных мембран (МГМ). Многочисленные полимеры могут быть использованы для образования MHM. Сегодня преобладающими полимерами являются ПТФЭ (политетрафторэтилен), полипропилен, ПВДФ (поливинилидендифторид) и акриловый сополимер. Все эти полимеры можно обрабатывать для получения специфических характеристик поверхности, которые могут быть как гидрофобными, так и олеофобными (отталкивающими жидкости с низким поверхностным натяжением, такие как настои поливитаминов, липиды, поверхностно-активные вещества, масла и органические растворители).

Микропористая гидрофобная мембрана, показанная вверху в рулоне, используется в таких продуктах, как (по часовой стрелке слева) вентилируемый подогреватель крови, встроенный аспирационный фильтр, вентилируемый аспирационный контейнер и защитный чехол для датчика. Фото: В.Л. Гор энд Ассошиэйтс, Инк.

MHM блокируют жидкости, позволяя воздуху проходить через мембрану. Они также являются высокоэффективными воздушными фильтрами, устраняющими потенциально инфекционные аэрозоли и частицы. Один кусок MHM, широко используемый в медицинских устройствах, может заменить механические клапаны или вентиляционные отверстия.Уникальные свойства MHM позволяют инженерам-конструкторам улучшать характеристики существующих медицинских устройств и совершенствовать конструкции новых, появляющихся продуктов. Кроме того, правильное включение MHM часто может снизить затраты на сборку продукта, повысить прибыль и соотношение затрат и выгод для пациента.

Низкое поверхностное натяжение МГМ заставляет их отталкивать жидкости от поверхности, оставляя поры мембраны заполненными воздухом. Пористость мембраны позволяет воздуху свободно проходить через материал.Из-за разного поверхностного натяжения и микроструктуры мембраны, изготовленные из различных полимеров, имеют существенно разные свойства, включая химическую инертность, давление воды на входе, потоки воздуха и характеристики высвобождения с поверхности (см. рис. 1 и 2).

Рис. 1. Давление воды на входе в различные распространенные мембранные материалы.

МГМ могут с высокой эффективностью фильтровать аэрозоли и частицы из воздуха и блокировать потенциально зараженные жидкости, выступая в качестве эффективного барьера для вирусов.Важно отметить, что эти мембраны не фильтруют вирусы из жидкостей. Скорее, они блокируют жидкости, содержащие вирусы, и отфильтровывают содержащие вирусы аэрозоли из воздуха. В любой вентиляционной или барьерной конструкции необходимо выбрать мембрану, которая не будет пропускать жидкость при заданном давлении приложения, поскольку жидкости могут переносить инфекционные частицы. Пока жидкость и аэрозоли удерживаются, мембрана действует как стерильный барьер, защищая устройство или оборудование и, в конечном счете, пациента или медицинского работника.

Рис. 2. Воздушный поток в зависимости от перепада давления для различных распространенных материалов мембран.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИЦИНСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ MHM

Инженеры решили многие проблемы проектирования устройств с помощью MHM. Один слой MHM без движущихся частей может заменить комбинацию клапанов и фильтров. Области применения включают, но не ограничиваются, встроенные стерильные барьеры (защитные устройства датчиков, защитные устройства для вакуумных линий, газоанализаторы), запорные клапаны для жидкости (вентиляционные отверстия аспирационных канистр), клапаны для впуска воздуха (клапаны для внутривенных вливаний), клапаны для выпуска воздуха (для внутривенных вливаний). вентиляционные отверстия для фильтров), вентиляционные отверстия для наполнения контейнеров (отверстия для мешков с мочой), стерильные перевязочные материалы для ран, стерильные вентиляционные барьеры на упаковке, устройства газовой стерилизации для инсуффляции и оксигенации крови, а также аэрозольные контейнеры для восстановления химиотерапевтических препаратов.

Встроенные стерильные барьерные устройства используются в трубках для защиты оборудования от перекрестного загрязнения. В системе обработки жидкости, такой как диализный аппарат или больничный аспирационный насос, жидкость должна содержаться, в то время как безопасная работа системы часто зависит от способности точно измерять давление. Гидрофобная природа MHM предотвращает прохождение жидкости, позволяя воздуху свободно проходить через мембрану, что способствует точному измерению давления. MHM также может быть спроектирован как барьер от вирусов для блокирования инфицированных аэрозолей и частиц, удерживая любое загрязнение перед фильтрующим барьером.Когда процедура завершена, загрязненный барьер и трубка выбрасываются и заменяются, в то время как последующая система остается стерильной.

Многие устройства для сбора содержат какой-либо тип запорного клапана для жидкости, чтобы предотвратить утечку загрязненных жидкостей, когда контейнер заполнен. Канистры для отсасывания собирают биологические жидкости, которые могут быть заразными. Обычно используется механический клапан, но он имеет множество недостатков: например, он может заедать и не пропускать воздух, или он может неправильно садиться и допускать утечку жидкости.Механический клапан не остановит прохождение зараженных аэрозолей, поэтому за канистрой часто следует встроенный фильтр. Развертывание MHM во всасывающем контейнере устраняет необходимость в этой дорогостоящей комбинации механического запорного клапана и встроенного фильтра.

В таких устройствах, как системы внутривенного введения, раствор должен вытекать из контейнера с заданной скоростью. В контейнере с жестким раствором воздух должен поступать в систему через впускной клапан по мере слива жидкости, чтобы предотвратить образование вакуума в контейнере.В современных системах клапан или вентиляционное отверстие размещается на дне контейнера. Во время подачи жидкости в систему поступает воздух; когда система отключена, жидкость остается на клапане или вентиляционном отверстии, и воздух не поступает. Во многих таких устройствах используется механический шаровой обратный клапан, который иногда может заедать или протекать. Когда MHM используется в качестве впускного клапана, исключая механический клапан, мембрана предотвращает утечку жидкости из контейнера, обеспечивая при этом стерильный барьер, фильтрующий воздух, поступающий в контейнер.Клапаны впуска воздуха могут быть изготовлены более экономично и с большей гарантией удовлетворительной производительности при использовании MHM.

Системы внутривенной или внутриартериальной фильтрации используют гидрофильный фильтр для удаления бактерий, твердых частиц и воздуха из растворов для парентерального введения. Пузырьки воздуха, находящиеся в растворах или возникающие в результате повторной заливки фильтрующей системы, могут собираться на передней поверхности гидрофильной мембраны и создавать воздушную пробку, препятствующую попаданию парентерального раствора к пациенту.В системах фильтрации требуются воздухоотводные клапаны, которые выпускают пузырьки воздуха до того, как они достигнут гидрофильного мембранного фильтра. MHM исторически представляли собой оптимальное решение для воздухоотводных клапанов в системах внутривенной и внутриартериальной фильтрации.

Устройство для сбора жидкости, такое как мешок для сбора мочи, также требует вентиляционного отверстия для облегчения вытеснения стерильного воздуха по мере заполнения контейнера для сбора. MHM может быть встроен в контейнер для сбора, чтобы обеспечить стерильное прохождение загрязненного воздуха в помещении, предотвращая при этом утечку любой собранной жидкости в окружающую среду.

Используемые в качестве стерильных перевязочных материалов, MHM часто превосходят обычные перевязочные материалы для ран. Для ускорения заживления раны требуют циркуляции воздуха. Обычные повязки позволяют воздуху циркулировать, но не отфильтровывают переносимые по воздуху патогены, которые могут инфицировать заживающую рану. Напротив, MHM могут создавать барьер, проницаемый для воздуха, но при этом удалять переносимые по воздуху патогены и обеспечивать стерильную изоляцию раневого экссудата.

В современном мире более эффективными, а порой и более агрессивными, изучаются меры по стерилизации упакованных продуктов.Одним из результатов стало то, что MHM оказались отличной альтернативой для использования в качестве стерильных вентиляционных барьеров на упаковке. Новые методы стерилизации требуют гораздо более надежных альтернатив традиционным упаковочным вентиляционным материалам. Потребность в бактериальных/вирусных барьерах побуждает многих инженеров по упаковке выбирать MHM. Одним из новых применений является использование вентиляционного отверстия MHM на контейнерах, используемых для сублимационной сушки чувствительных материалов, таких как ткани человека и фармацевтические препараты.

Многие медицинские процедуры требуют введения газа либо в анатомическую структуру, либо в устройство, контактирующее с жидкостями организма.Для предотвращения заражения необходимы фильтры для газовой стерилизации. Нерассеивающие MHM могут стерилизовать любой газ, используемый в медицинской процедуре, в широком диапазоне давлений и требований к воздушному потоку, а также могут предотвратить проникновение любой жидкости, которая может присутствовать, гарантируя, что стерильный, сухой газ будет доставлен к пациенту. . Например, инсуффляционные фильтры, используемые в лапароскопической хирургии, содержат МГМ, которые эффективно фильтруют газ, вводимый для раздувания брюшной полости, и отталкивают возвращающуюся жидкость.

Многие процедуры, выполняемые сегодня медицинскими работниками, могут быть опасными, если не соблюдать осторожность.Одной из особых проблем является восстановление токсичных препаратов, таких как те, которые используются в химиотерапии. При добавлении разбавителя в запечатанном флаконе с лекарством создается положительное давление. Аэрозоли, содержащие восстановленный препарат, могут высвобождаться при проколе перегородки, подвергая персонал потенциальной опасности. Путем включения MHM либо в резиновую пробку флакона, либо в игольчатый узел можно сбросить давление во флаконе и удержать любые аэрозоли.

КОНСТРУКТИВНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ

Выбор конкретного MHM зависит от ряда конструктивных соображений.Как и в случае с любыми требованиями к дизайну, для достижения надлежащего соотношения затрат и выгод потребуются компромиссы. Инженеры-конструкторы должны принять во внимание следующие вопросы, прежде чем сделать свой выбор MHM.

Применение мембраны. Предназначен ли MHM для удержания жидкостей, аэрозолей или частиц? В чистом приложении для фильтрации воздуха следует выбирать среду, которая обеспечит максимальный воздушный поток для требуемой эффективности фильтрации. Следует указать подлежащую фильтрации частицу (бактериальный или вирусосодержащий аэрозоль или частицу) и размер частицы.Для вентиляционных отверстий, которые должны содержать жидкости в дополнение к фильтрации частиц из воздуха, см. ниже.

Удержание жидкости. Поры вентиляционного отверстия MHM всегда заполнены воздухом. Жидкость, содержащаяся в вентиляционном отверстии, не должна проникать в поры («смачивать» мембрану) ни при каких условиях использования. Если жидкость смачивает поры, вентиляционное отверстие больше не будет служить бактериальным барьером.

Поверхностное натяжение жидкости. MHM работают из-за разницы в поверхностном натяжении между жидкостью и полимером, составляющим MHM.Жидкость с высоким поверхностным натяжением, такая как вода, будет притягиваться сама к себе, а не к полимеру мембраны: чтобы уменьшить площадь поверхности, соприкасающейся с мембраной, она будет скапливаться и отказываться проникать в поры. Чем больше разница в поверхностном натяжении, тем более выраженным будет это отталкивающее действие. Жидкости с низким поверхностным натяжением, такие как кровь, моча или инфузии поливитаминов, могут потребовать мембран с пониженным поверхностным натяжением, чтобы жидкость не смачивала поры.

Рабочее давление жидкости. Хотя жидкость отталкивается от поверхности МГМ, повышенное давление может заставить ее проникнуть в поры и пройти через них. Чем больше размер пор, тем легче нагнетать жидкость в поры. Поскольку вентиляционное отверстие не должно протекать, первым фактором, который следует учитывать, является давление воды на входе в мембрану. Инженер-конструктор должен запросить у производителя MHM минимальное давление воды на входе в мембрану. Типичное или среднее давление на входе воды не будет полезным для разработчика устройства, поскольку вентиляционное отверстие должно удерживать жидкость во всем диапазоне изменения давления на входе воды в мембрану.

Скорость воздушного потока. После того, как будут найдены мембраны, способные удерживать требуемое давление на входе жидкости, следует выбрать ту, которая обеспечит наибольший поток воздуха через мембрану. Поскольку устройствам обычно требуется выпускать определенное количество воздуха при заданном перепаде давления (P) в течение заданного времени, такой выбор предоставит разработчику устройства выбор между максимальным расходом воздуха через заданную площадь поверхности или уменьшением площади поверхности. вентиляция Воздушный поток через вентиляционное отверстие пропорционален P в большинстве диапазонов давления, наблюдаемых в медицинских устройствах.Изготовитель MHM должен указать минимальный поток воздуха через вентиляционное отверстие (на площадь при заданном P). Опять же, знания типичного или среднего воздушного потока недостаточно, поскольку MHM должен выпускать необходимое количество воздуха во всем диапазоне изменения воздушного потока мембраны.

Площадь поверхности. Разработчики должны всегда консультироваться с производителями MHM, прежде чем завершать разработку планов продукта, чтобы избежать конструкции с недостаточной площадью поверхности для вентиляции.

Температура. Поскольку высокие температуры могут повредить некоторые мембранные конструкции, следует учитывать любые требования к экстремальным температурам, связанные с применением.

Материал корпуса. Разработчики всегда должны заранее знать, к какому материалу корпуса должен быть приварен MHM, а также к предполагаемому методу уплотнения. Существует несколько подходов к формированию герметизации МГМ. К ним относятся ультразвуковая сварка, термосварка, радиочастотная сварка и даже самоклеящиеся заплатки.Выбор зависит от выбора материала корпуса, MHM и характера любых проблем с целостностью уплотнения. Поставщики MHM и уплотнительного оборудования вместе должны быть в состоянии посоветовать наилучший процесс.

Метод стерилизации. MHM можно стерилизовать автоклавированием, окисью этилена или гамма-облучением. Следует проконсультироваться с производителем MHM, чтобы определить наилучший подход к использованию с каждым типом мембраны.

Мембранные физические требования/продолжительность жизни.Некоторые применения МГМ, такие как импульсный вакуум или многократная очистка и повторное использование, создают значительную физическую нагрузку на мембрану. Экстремальные условия эксплуатации этого типа должны всегда доводиться до сведения производителя MHM.

Биосовместимость. Разработчик должен быть уверен, что выбранный MHM соответствует требованиям биосовместимости устройства.

Химическая совместимость. MHM должен оставаться неизменным при использовании при любом ожидаемом химическом воздействии, таком как контакт с лекарственными препаратами или чистящими растворами.

Качество/консистенция мембраны. Физические свойства любого MHM (давление на входе воды, расход воздуха, толщина и т. д.) имеют определенную изменчивость в зависимости от партии и партии, которая зависит от процесса, используемого для изготовления мембраны. Это будет учтено в спецификациях для MHM. Качество MHM относится к способности производителя поставлять бездефектные мембраны в соответствии со спецификациями. Постоянство относится к количеству вариаций, присущих процессу создания MHM.Обе эти характеристики повлияют на конечное устройство.

Микрофотография (5000*), показывающая материал мембраны из вспененного ПТФЭ толщиной 0,2 мкм.

Пользовательские возможности. Хотя стандартные продукты могут использоваться во многих приложениях, для некоторых новых конструкций требуются свойства, которыми не обладают существующие коммерческие MHM. Если размер приложения оправдывает затраты на разработку, новые MHM с уникальными свойствами могут быть разработаны на заказ. Разработчики должны узнать у поставщика мембраны, доступны ли такие услуги.

Качество/услуги поставщиков. Для проектировщиков важно выбрать поставщика, у которого есть знающие, отзывчивые полевые инженеры и вспомогательный персонал, чтобы ответить на любые возникающие вопросы. Поставщик MHM имеет опыт в этой области, который может быть полезен в процессе разработки продукта клиента. Инженер-конструктор должен без колебаний работать вместе с поставщиком MHM от начальных стадий проектирования до производства конечного устройства.

ТЕРМИНОЛОГИЯ MHM

Есть много параметров, используемых для характеристики функциональных атрибутов конкретных MHM.Ниже перечислены некоторые ключевые термины и их определения.

Давление на входе воды (WEP). Также известный как прорыв воды, WEP представляет собой давление, необходимое для проталкивания воды через гидрофобную структуру. Это свойство обычно выражается в фунтах или барах на квадратный дюйм.

Значение Герли. Эта переменная обеспечивает надежное измерение расхода воздуха через MHM. Обычно выражаемое в секундах, значение Герли будет описывать время, за которое определенный объем воздуха под определенным давлением проходит через определенную область MHM.

Пузырьковая точка. Используется для характеристики эталонного размера пор MHM. Точка насыщения представляет собой самое низкое давление, необходимое для вытеснения жидкости с низким поверхностным натяжением из пористой структуры MHM, и обычно выражается в фунтах или барах на квадратный дюйм. MHM необходимо испытывать с жидкостью с низким поверхностным натяжением, которая может проникать в поры, такой как изопропанол. Поскольку MHM гидрофобны, вода не будет попадать в поры. Следовательно, тесты МНМ на точку кипения нельзя проводить с водой, как это обычно делается для гидрофильных мембран.

УПЛОТНЕНИЕ

MHM можно прикрепить к пластиковым устройствам несколькими различными способами. В зависимости от материала устройства и полимерного состава MHM альтернативы могут включать ультразвуковую сварку, радиочастотную (РЧ) сварку, термосварку, литье под давлением или клеевое соединение.

Ультразвуковая сварка. Ультразвуковая сварка MHM должна выполняться на машинах с частотой 20 кГц или, предпочтительно, 40 кГц с использованием настроек высокой частоты и низкой амплитуды.При сварке следует использовать направляющую энергии с радиусом, при этом вибрации гасятся за счет демпфирования деталей. Следует избегать сварки нескольких сварных швов в дальней зоне.

RF Герметизация. Уплотнение RF можно использовать только с полимерами MHM, имеющими правильные диэлектрические свойства.

Термосварка. Для эффективной термосварки материалы конструкции MHM должны иметь температуру плавления, сравнимую с температурой плавления материалов корпуса. Должна быть обеспечена достаточная площадь уплотняющей поверхности, и на всех уплотнительных матрицах должно использоваться антипригарное покрытие, если MHM является плавким полимером.

Молдинг. Температурные ограничения MHM определяют температуру вводимой смолы. Использование подпружиненных запорных штифтов поможет предотвратить сдавливание MHM.

Адгезивное соединение. MHM можно обрезать до любой требуемой формы и снабдить контактным клеем для удобной сборки.

MHM ПРОТИВ ГИДРОФОБНОЙ ГЛУБИННОЙ СРЕДИ

Разработчики продуктов могут выбирать между использованием MHM или глубинных сред, которые были гидрофобизированы в результате вторичного химического процесса.Исторически сложилось так, что некоторые разработчики устройств выбирали гидрофобные глубинные среды из-за их высокой скорости потока и низкой стоимости. Однако гидрофобные глубинные фильтры имеют серьезные ограничения. Во-первых, глубинные фильтры имеют чрезвычайно низкое давление на входе воды, их нельзя использовать для удержания жидкостей ни в одном из применений с более высоким давлением, и они могут засоряться из-за проникновения воды даже при более низких давлениях. Во-вторых, глубинные фильтры могут быть оценены только по размеру их пор — они не могут быть «пузырчатыми».«Поскольку глубинная среда зависит от плотности и толщины среды для улавливания частиц, они могут иногда выгружать захваченный материал при более высоких перепадах давления или когда среда становится насыщенной.

Наконец, у глубинных сред есть потенциал для миграции сред. Волокна, составляющие глубинную среду, могут фактически попасть в сточные воды и, в конечном итоге, в пациента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы кратко описали свойства, общие области применения, особенности конструкции, ключевые определения испытаний и рекомендации по герметизации микропористых гидрофобных мембран.Индустрия здравоохранения постоянно ищет новые технологии для повышения безопасности пациентов и работников и, в то же время, снижения затрат. Защита парентеральных жидкостей от переносимых по воздуху загрязнителей, предотвращение перекрестного загрязнения устройств и оборудования, а также защита работников от загрязненных жидкостей, аэрозолей и биологических жидкостей являются одними из основных проблемных областей. Включение MHM в медицинские устройства и оборудование является экономически эффективным и научно доказанным подходом к защите пациентов и тех, кто обеспечивает им уход.

Венди Голдберг — специалист по продуктам в W.L. Gore & Associates, Inc. (Элктон, Мэриленд), где она отвечает за разработку продуктов для различных приложений медицинской вентиляции. Ранее она занимала должности в Ciba Geigy и Merck. Также в Gore, Мэри Тилли посвятила более 20 лет обработке и разработке материалов и мембран, а также работе с широким спектром медицинских систем фильтрации и вентиляции. Джим Рудольф специализируется на продуктах медицинской фильтрации в Gore и консультирует многочисленные компании по производству медицинского оборудования по вопросам оптимизации маркетинга устройств фильтрации в больницах.


Copyright © 1997 Медицинские пластмассы и биоматериалы

Основные области применения гидрофобных и гидрофильных мембранных фильтров из ПТФЭ

Hawach является профессиональным производителем технологических мембран, объединяющим разработку, производство, продажу и обслуживание аналитических химических продуктов. С момента своего создания компания поддерживает высокую скорость и устойчивый темп развития, наряду с научными и технологическими инновациями, чтобы предоставлять клиентам более ценные продукты основной концепции.

Материал ПТФЭ, гидрофобная и гидрофильная две формы, сильная химическая коррозионная стойкость, хорошая термостойкость. Основанный на принципе мембранной фильтрации, ПТФЭ является гидрофильным или гидрофобным по сравнению с другими фильтрующими материалами, с большей скоростью потока, очень низкой адсорбцией белка и термостойкостью.

После обработки этанолом или изопропанолом гидрофильные мембраны из ПТФЭ становятся гидрофобными мембранами из ПТФЭ, которые можно использовать для фильтрации водных растворов.Поскольку гидрофобный ПТФЭ сам по себе является гидрофобным, после модификации можно фильтровать как водные, так и органические растворы. Гидрофобный фильтр нельзя смачивать естественным путем, а гидрофильные мембраны можно смачивать естественным путем. Подходит для фильтрации микроорганизмов, пара и всех видов агрессивных жидкостей. Применение мембранной фильтрации

 

Ниже приведены различные характеристики гидрофильного или гидрофобного ПТФЭ:
Размер пор (размер пор прямо пропорционален скорости потока, чем больше размер пор, тем выше скорость потока): 0.1/0,22/0,45/1,0/3,0/5,0/10 мкм (гидрофобный), 0,22/0,45 мкм (гидрофильный).

Диаметр (мм): 13, 25, 47, 90, 142, 293 мм и т. д.

Особенности и преимущества гидрофильного или гидрофобного мембранного фильтра из ПТФЭ

1. Отсутствие волокон, отсутствие проблемы выщелачивания
2. Высокая прочность и быстрая фильтрация скорость
3. Высокая термостойкость и возможность стерилизации
4. Низкий уровень фона, точные результаты испытаний
5. Устойчивость к сильным кислотам, сильным щелочам и агрессивным растворам
6.Широкая химическая совместимость, выдерживает фильтрацию органических растворителей, таких как ДМСО, ТГФ, дихлоралканы.

Обладая легкой и тонкой текстурой, гладкой поверхностью и высокой пористостью, фильтрующая мембрана из ПТФЭ имеет высокую скорость потока и ее нелегко адсорбировать. Химическая стабильность: он может фильтровать все виды жидких лекарств ph3-13, а также может фильтровать инструментальное масло, 5% уксусную кислоту, 6n серную кислоту, 6n гидроксид калия, абсолютный этанол, глицерин, метанол, н-пропанол, гидравлический спирт, частичный Триоктилстирол, полиэтиленгликоль, различные спирты, напитки, уксус и др.

Различия между двумя типами фильтрующей мембраны из ПТФЭ

1. Различная легкость смачивания
Гидрофильный: легко смачивается водой.
Гидрофобный: плохо смачивается водой, но легко смачивается органическими растворителями, такими как спирт и изопропанол.

2. Различное использование фильтрации газа и жидкости

Гидрофобные фильтрующие мембраны обычно используются для фильтрации газа.
Для фильтрации жидкости можно использовать как гидрофильные, так и гидрофобные фильтрующие мембраны.

Фильтр с гидрофобной мембраной из ПТФЭ

Особенности: хорошая гидрофобность и высокая устойчивость к температуре. Мембрана поверхностного фильтра представляет собой гидрофобный фильтр без подложки. Его можно использовать в экстремальных химических или температурных условиях (до 260°C), которые другие мембраны не выдерживают. Даже при очень небольшом перепаде давления он может обеспечить беспрепятственный проход влажного воздуха или других газов, при этом водный раствор не проницаем. Мембрана гидрофобна по своей природе.Он обладает хорошей химической стойкостью, что делает его очень подходящим для фильтрации растворителей или других агрессивных химических веществ, которые не могут фильтровать другие мембраны.

Основное применение: Гидрофобный мембранный фильтр из ПТФЭ может использоваться для обнаружения атмосферной фильтрации, обычно только для фильтрации воздуха. Необычные гидрофобные мембраны также можно использовать для фильтрации определенных органических растворителей, таких как этанол. В реальных условиях жидкости, которые могут проходить гидрофобную фильтрацию, также могут проходить гидрофильную фильтрацию. Поэтому рекомендуется использовать гидрофильный фильтрат.Подходит для фильтрации газов, в том числе увлажненного воздуха.

Гидрофильный мембранный фильтр из ПТФЭ

Характеристики: относительно однородный размер пор, высокая пористость, отсутствие осыпания среды, тонкая текстура, низкое сопротивление, высокая скорость фильтрации и очень небольшая адсорбция. Гидрофильная мембрана способна фильтровать сильные агрессивные химические вещества почти во всех органических растворителях, эффективность которых прямо противоположна гидрофильной мембране.

Основное применение: фильтрация частиц и бактерий в бактериальной жидкости, газе, масле, напитках, вине и т. д., и может использоваться для проверки частиц и бактерий. Гидрофильная мембрана из ПТФЭ может использоваться для фильтрации водных растворов, большинства органических растворов, растворов сильных кислот и щелочей, а также может использоваться в качестве экспериментальной фильтрации для очистки сточных вод и т. д. в:

1. Мониторинг воздуха и фильтрация газа
2. Обладает сильной химической совместимостью, почти подходит для фильтрации всех органических растворителей и сильных коррозионных химикатов
3.При фильтрации раствора водной фазы необходимо сначала использовать этанол или изопропиловый спирт для предварительной инфильтрации, раствор водной фазы можно фильтровать.
4. Благодаря своей химической стабильности его можно использовать для жидкостей, которые нельзя фильтровать с помощью других мембран и температурных условий, а его гидрофобность можно использовать для фильтрации воздуха или дегазационной фильтрации.

Гидрофильный мембранный фильтр из ПТФЭ в основном используется в:

1. Анализе проб воды для выделения РНК
2. Осветлении отфильтрованных кислотных, щелочных и криогенных жидкостей и разбавленных белковых растворов
3.Фильтрация смесей, подходящих для подвижной фазы ВЭЖХ и других водных систем и органических растворителей

Нажмите здесь, чтобы узнать Мембранные фильтры: MCE, ацетат целлюлозы, PES и PTFE, а также материал мембраны и рабочие характеристики фильтрующей мембраны.

Гидрофобные полиэфирсульфоновые пористые мембраны для мембранной дистилляции

  • Mannella G A, LaCarrubba V, Brucato V. Характеристика гидрофобных полимерных мембран для процесса мембранной дистилляции. Международный журнал формирования материалов, 2010, 3(1): 563–566

    Статья Google ученый

  • Альхудири А., Дарвиш Н., Хилал Н.Мембранная дистилляция: всесторонний обзор. Опреснение, 2012, 287: 2–18

    CAS Статья Google ученый

  • Аль-Обайдани С., Курсио Э., Маседонио Ф., Профио Г.Д., Аль-Хинаид Х., Дриоли Э. Потенциал мембранной дистилляции в опреснении морской воды: термическая эффективность, исследование чувствительности и оценка затрат. Journal of Membrane Science, 2008, 323(1): 85–98

    CAS Статья Google ученый

  • Баскан Р.Мембранная дистилляция на солнечной энергии и процесс обратного осмоса. Международный журнал последних исследований в области науки и технологий, 2014 г., 3(1): 75–78

    Google ученый

  • Фостер П.Дж., Бургойн А., Вахдати М.М. Улучшенная топология процесса мембранной дистилляции. Технология разделения и очистки, 2001, 21(3): 205–217

    CAS Статья Google ученый

  • Гусен М. Ф. А., Саблани С. С., Аль-Маскари С. С., Аль-Белуши Р. Х., Уилп М.Влияние температуры подачи на поток пермеата и коэффициент массообмена в системах обратного осмоса со спиральной обмоткой. Опреснение, 2002, 144(1–3): 367–372

    CAS Статья Google ученый

  • Li J, Lei Z, Li C, Chen B. Комментарии по специальным процессам дистилляции. Korean Journal of Chemical Engineering, 2005, 22(4): 617–618

    Статья Google ученый

  • Шамель М., Чанг О.Т.Питьевая вода от опреснения морской воды: оптимизация параметров работы системы обратного осмоса. Журнал инженерных наук и технологий, 2006 г., 1 (2): 203–211

    Google ученый

  • Алклаиби А.М., Лиор Н. Мембранно-дистилляционное опреснение: состояние и потенциал. Опреснение, 2005 г., 171(2): 111–131

    CAS Статья Google ученый

  • Garcia-Payo MC, Rivier CA, Marison I W, Stockar U.Разделение бинарных смесей методом термостатической перегонки с продувкой через газовую мембрану. II. Результаты экспериментов с водными растворами муравьиной кислоты. Journal of Membrane Science, 2002, 198(2): 197–210

    CAS Статья Google ученый

  • Курсио Э., Симоне С., Профио Г. Д., Дриоли Э., Кассетта А., Ламба Д. Мембранная кристаллизация лизоцима при принудительном потоке раствора. Journal of Membrane Science, 2005, 257(1–2): 134–143

    CAS Статья Google ученый

  • Камачо Л. М., Дюми Л., Чжан Дж., Ли Дж., Дюк М., Гомес Дж., Грей С.Достижения в области мембранной дистилляции для опреснения и очистки воды. Вода (Базель), 2013, 5(1): 94–196

    Google ученый

  • Сивакумар М., Рамезанианпур М., Хэллоран Г.О. Очистка шахтных вод с использованием системы вакуумной мембранной дистилляции. APCBEE Procedia, 2013, 5: 157–162

    CAS Статья Google ученый

  • Mericq J P, Laborie S, Cabassud C.Вакуумная мембранная дистилляция для интегрированного процесса опреснения морской воды. Опреснение и очистка воды, 2009 г., 9(1–3): 287–296

    CAS Статья Google ученый

  • Phattaranawik J, Jiraratananon R, Fane AG. Коэффициенты теплопередачи и мембранной дистилляции при прямом контакте мембранной дистилляции. Journal of Membrane Science, 2003, 212(1–2): 177–193

    CAS Статья Google ученый

  • Хайет М., Мацуура Т.Применение макромолекул, модифицирующих поверхность, для приготовления мембран для мембранной перегонки. Опреснение, 2003, 158(1–3): 51–56

    CAS Статья Google ученый

  • Garcia-Payo MC, Izquierdo-Gil MA, Fernández-Pineda C. Исследование смачивания гидрофобных мембран с помощью измерения входного давления жидкости с помощью водно-спиртовых растворов. Journal of Colloid and Interface Science, 2000, 230(2): 420–431

    CAS Статья Google ученый

  • Кабассуд К., Вирт Д.Мембранная дистилляция для опреснения воды: как выбрать подходящую мембрану? Опреснение, 2003, 157(1–3): 307–314

    CAS Статья Google ученый

  • Duan SH, Ito A, Ohkawa A. Удаление трихлорэтилена из воды путем аэрации, первапорации и мембранной дистилляции. Журнал химической инженерии Японии, 2001 г., 34 (8): 1069–1073

    CAS Статья Google ученый

  • Ван П., Чанг Т.С.Последние достижения в процессах мембранной дистилляции: разработка мембран, проектирование конфигурации и изучение областей применения. Journal of Membrane Science, 2015, 474: 39–56

    CAS Статья Google ученый

  • Lu J, Xiao T, Haijiao Q, Chen S. Влияние разбавителей на структуру микропористых мембран PVDF посредством термически индуцированной инверсии фаз. Технология водоподготовки, 2013, 39: 33–36

    CAS Google ученый

  • Ма В., Чжоу Б., Лю Т., Чжан Дж., Ван С.Супрамолекулярная организация ламелей ПВДФ, образующихся в разбавлениях дифенилкетона за счет термически индуцированного фазового разделения. Наука о коллоидах и полимерах, 2013, 291(4): 981–992

    CAS Статья Google ученый

  • Kang G D, Cao Y M. Применение и модификация мембран из поливинилиденфторида (PVDF) — обзор. Journal of Membrane Science, 2014, 463: 145–165

    CAS Статья Google ученый

  • Цзо Г., Ван Р.Новая модификация поверхности мембраны для улучшения свойств защиты от масляного обрастания при мембранной дистилляции. Journal of Membrane Science, 2013, 447: 26–35

    CAS Статья Google ученый

  • Тицзин Л.Д., Чой Дж.С., Ли С., Ким С.Х., Шон Х.К. Недавний прогресс в области мембранной дистилляции с использованием нановолокнистой мембраны, полученной методом электропрядения. Journal of Membrane Science, 2014, 453(1): 435–462

    CAS Статья Google ученый

  • Ван П., Чунг Т.С.Изучение прядения и работы многоканальных половолоконных мембран для вакуумной мембранной дистилляции. Американский институт инженеров-химиков, 2014, 40(3): 1078–1090

    Статья Google ученый

  • Грита М. Опреснение термически умягченной воды методом мембранной дистилляции. Опреснение, 2010, 257(1–3): 30–35

    CAS Статья Google ученый

  • Али С.С., Абдалла Х.Разработка мембраны обратного осмоса из смеси PES/CA для опреснения воды. International Review of Chemical Engineering, 2012, 4: 316–323

    Google ученый

  • Ananth A, Arthanareeswaran G, Wang H. Влияние тетраэтилортосиликата и полиэтиленимина на характеристики полиэфирсульфоновых мембран. Опреснение, 2012, 287: 61–70

    CAS Статья Google ученый

  • Ли Б., Сиркар К.К.Новая мембрана и устройство для процесса опреснения на основе вакуумной мембранной дистилляции. Journal of Membrane Science, 2005, 257(1–2): 60–75

    CAS Статья Google ученый

  • Курсио Э., Дриоли Э. Мембранная дистилляция и связанные с ней операции (обзор). Обзор разделения и очистки, 2005 г., 34(1): 35–86

    CAS Статья Google ученый

  • Эль-Бурави М.С., Дин З., Ма Р., Хайет М.Ознакомьтесь с концепцией для лучшего понимания процесса мембранной дистилляции. Journal of Membrane Science, 2006, 285(1–2): 4–29

    CAS Статья Google ученый

  • Мохаммади Т., Акбарабади М. Разделение раствора этиленгликоля методом вакуумной мембранной дистилляции (ВМД). Опреснение, 2005, 181(1–3): 35–41

    CAS Статья Google ученый

  • Адише К., Зундмахер К.Экспериментальное исследование микросепаратора на основе мембранной дистилляции. Химическая инженерия и переработка, 2010, 49(4): 425–434

    CAS Статья Google ученый

  • Хайет М., Годино М. П., Менгуал Дж. И. Тепловые пограничные слои в процессах перегонки с газовой мембраной. Американский институт инженеров-химиков, 2002 г., 48(7): 1488–1497

    CAS Статья Google ученый

  • Rivier CA, Garca-Payo MC, Marison IW, Stockar U.Разделение бинарных смесей методом термостатической перегонки с продувкой через газовую мембрану. I. Теория и моделирование. Journal of Membrane Science, 2002, 201(1–2): 1–16

    CAS Статья Google ученый

  • Мартинес-Диес Л., Васкес-Гонсалес М. I. Поляризация температуры и концентрации при мембранной перегонке водных растворов солей. Journal of Membrane Science, 1999, 156(2): 265–273

    Статья Google ученый

  • Гидрофобная мембрана из вспененного политетрафторэтилена — OEM-мембраны и устройства

    Гидрофобная мембрана из ПТФЭ


    Cobetter Гидрофобная мембрана из политетрафторэтилена изготовлена ​​из чистого политетрафторэтилена (ПТФЭ) в сочетании с длительными водоотталкивающими свойствами и оптимизированной пористой структурой.Гидрофобная природа ПТФЭ обещает его длительное несмачивание даже при постоянном контакте с водой или другими нормальными жидкостями, а открытая пористая структура обеспечивает широкий диапазон размеров пор от 0,02 мкм до 10 мкм, обеспечивая удержание бактерий, вирусов и частицы всегда эффективны при сохранении отличной газопроницаемости.

    Благодаря сочетанию водостойкости, воздухопроницаемости и удерживанию частиц ePTFE используется в различных медицинских приложениях, включая долговременное сопротивление жидкостям и вентиляцию воздуха / фильтрацию газа, благодаря чему мембрана Cobetter ePTFE совместима со многими методы герметизации, ультразвуковая, тепловая, радиочастотная сварка, механическая сварка и литье под давлением, предлагая нашим клиентам больше возможностей для герметизации, при условии, что качество является таким же чудесным, как и обещано.

    Мембраны из ламинированного ПТФЭ широко используются в качестве воздухоотводчиков в медицинских устройствах (особенно при доставке лекарств). Учитывая совместимость материалов во время сварки, Cobetter может предложить мембрану из ПТФЭ, ламинированную полиэфирными, полипропиленовыми, полиолефиновыми неткаными подложками. . Например, мембрана из ПТФЭ с полиэфирной подложкой больше подходит для сварки с акрилонитрилом, бутадиеном, стиролом (АБС), поликарбонатом и полиметилметакрилатом. А для полипропилена, полиэтилена высокой плотности лучше подходит тефлоновая мембрана с полиолефиновой подложкой.Для применений, требующих чрезвычайно низкого химического экстрагирования, низкого выщелачивания ионов металлов, длительной стойкости к высоким температурам или лучшей биосовместимости, больше подходит ПТФЭ без подложки/ламинирования. Например, при анализе проб газа и жидкости в соответствии с правилами NOISH в основном используется неподдерживаемый ПТФЭ из-за его высокой чистоты и низкого уровня загрязнения.

       

    Не содержит ПФОК
    Компания Cobetter может поставлять мембранные фильтры, не содержащие ПФОК, которые не содержат перфтороктановой кислоты (ПФОК), ее солей и родственных ПФОК веществ, которые соответствуют нормативным требованиям Европейского союза REACH EU2017/1000, EC1907. /2006 (REACH) и POP EU2020/784.

    ультразвуковой, тепловой, РФ Сварка, Механическая, Установка формовочная

    Автоклавы, окиси этилена, Е-Beam, гамма-облучение

    0,02 / 0,03 / 0,05 / 0,1 / 0,2 / 0,45 / 0,8 / 1,0 / 2,0 / 5,0 / 10,0

    Эффективность фильтрации ≥99.99999% Brevundimonas Diminuta
    Расход воздуха Gurley 17-49SEC
    WEP (60s)> 450 KPA
    Толщина 280-440 мкм (поддерживается)

    – воздушный вент / вентиляция

    – IV фильтр Vent
    – Защита преобразователя (TP)
    – Вентиляционное отверстие для бактерий
    – Защитная крышка датчика
    – Вентиляционные отверстия упаковки
    – Вентиляционное отверстие капельной камеры
    – Дозирующий штифт

    – Измерители мочи/пакеты
    – Пакеты для стомы
    – 9010 Фильтры для инсуффляции Канистра для аспирации

    – Отбор проб воздуха

    – Хирургический воздушный фильтр со сверхнизким проникновением

    – Стенты с лекарственным покрытием

    Полиэстер, полипропилен, полиолефин, ПТФЭ мембрана без подложки, мембрана из ПТФЭ без ламинирования

    Рулон, лист, диск, клейкая подложка, изготовление по индивидуальному заказу

    Для получения технического паспорта или запроса по применению вы можете связаться с нашим торговым представителем по адресу [email protected]ком или оставить сообщение

    • Гидрофильные мембраны из ПТФЭ Гидрофильный мембранный фильтр Cobetter из ПТФЭ (политетрафторэтилена) имеет прочный широкий диапазон рабочих температур и устойчивость к разрушающему воздействию многих химических веществ. Его можно использовать для фильтрации жидкостей на водной основе без предварительного смачивания.
    • Олеофобные мембраны из ПТФЭ Мембрана Cobetter Hydrophobic PTFE изготавливается из мембраны из чистого PTFE, соединенной с полипропиленовой подложкой.Чрезвычайная химическая совместимость (pH 1-14) делает их очень полезными для фильтрации растворителей и кислот или других агрессивных химикатов, для которых другие типы мембранных фильтров не подходят. Из-за их гидрофобных характеристик их необходимо предварительно смачивать растворителем, таким как этанол или метанол, перед фильтрацией водных растворов.

    Одностадийное преобразование высокогидрофобных мембран в супергидрофильные и подводные суперолеофобные для высокоэффективного разделения эмульсий масло-в-воде

    Супергидрофильные мембраны привлекли большое внимание благодаря своим выдающимся характеристикам защиты от обрастания и сверхвысокому потоку проницаемости для очистки сточных вод и разделения нефти и воды.Поскольку наиболее широко используемые полимерные мембраны обладают высокой внутренней гидрофобностью, крайне необходим универсальный подход к супергидрофильной модификации. Тем не менее, как просто преобразовать высокогидрофобные мембраны в супергидрофильные, все еще остается проблемой. Здесь мы разрабатываем одноэтапную общую стратегию для достижения гидрофобного превращения коммерческих мембран в супергидрофильное на основе химии катехолов, , т.е. , совместного осаждения дубильной кислоты (ТА) и 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС). в водном растворе.Благодаря отличным адгезионным свойствам ТА и реакции между продуктом окисления ТА и продуктом гидролиза АПТЭС, гидрофильные и иерархические слоисто-коллоидные наносферы могут быть собраны in situ на различных высокогидрофобных мембранах, включая поливинилиденфторид (ПВДФ), полипропилен (ПП), политетрафторэтилен (ПТФЭ), медная сетка, проволока из нержавеющей стали и нейлоновая сетка. Полученная супергидрофильная мембрана может обеспечить высокоэффективное разделение различных эмульсий масло-в-воде.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

    Как гидрофильность пор влияет на водопроницаемость?

    Мембранное разделение играет все более важную роль в обеспечении чистой водой.Моделирование предсказывает, что поры мембраны с сильной гидрофобностью обеспечивают сверхвысокую водопроницаемость в результате низкого трения. Однако эксперименты показывают, что гидрофильные поры способствуют более высокой проницаемости. Здесь мы моделируем транспорт молекул воды через прослойки двумерных нанолистов с различной гидрофильностью, используя неравновесную молекулярную динамику. Выявлено наличие порогового перепада давления (Δ), при превышении которого возникает устойчивая водопроницаемость. Сильно гидрофобные поры имеют чрезвычайно высокие значения Δ, что не позволяет достичь сверхвысокой водопроницаемости при экспериментально доступных давлениях.При давлениях < Δ вода в гидрофобных порах течет прерывисто из-за попеременного смачивания и несмачивания, что приводит к значительному снижению проницаемости. Мы обнаружили, что гидрофильная модификация одной поверхности нанолиста может значительно уменьшить Δ на > 99%, что указывает на многообещающую стратегию экспериментального создания сверхбыстрых мембран.

    1. Введение

    Мембранное разделение играет ключевую роль в снабжении питьевой водой людей и промышленности [1].На характеристики разделения существенное влияние оказывает гидрофильность пор мембраны. Однако существуют противоречивые наблюдения между экспериментальными и модельными исследованиями влияния гидрофильности мембраны на водопроницаемость. Экспериментально общепризнано, что мембраны для применения в диапазоне от микрофильтрации до обратного осмоса (ОО) должны обладать сильной гидрофильностью для обеспечения адекватной водопроницаемости [2–4]. Напротив, моделирование методом молекулярной динамики (МД) показывает, что гидрофобные поры способствуют усилению потока воды [5–8].Когда вода заключена в субнанометровых порах, например, в мембранах нанофильтрации (NF) или обратного осмоса [9], внутри пор будет только один или два слоя воды; т. е. все молекулы воды входят в пограничный слой. Следовательно, взаимодействие между молекулами воды и стенками пор будет существенно влиять на перенос воды. Гидрофильность увеличивает взаимодействие между молекулами воды и стенками пор и влияет на водопроницаемость мембраны с двух противоположных сторон.С одной стороны, положительной стороной является то, что гидрофильное взаимодействие может увеличить капиллярную силу инфильтрации, помогая мембране поглощать молекулы воды и повышая смачиваемость мембраны. Капиллярная сила инфильтрации резко возрастает с уменьшением размеров пор. Когда размер пор сужается до субнанометрового масштаба, молекулы воды внутри мембраны с большей вероятностью образуют сети с водородными связями, что играет важную роль для транспорта воды в ограниченной среде [10].С другой стороны, отрицательная сторона заключается в том, что более сильное взаимодействие между молекулами воды и стенками пор приводит к увеличению трения и, как следствие, снижению скорости потока [11]. Большая доля молекул воды будет взаимодействовать со стенкой пор по мере уменьшения размера пор, и, таким образом, эффект трения становится более выраженным. Поэтому необходимо и целесообразно исследовать комбинированное влияние этих двух сторон на водопроницаемость.

    В частности, недавно появившиеся ламинированные мембраны, созданные из двумерных (2D) материалов, имеют субнанометровые межслоевые зазоры, которые обеспечивают щелевидные поры для транспорта воды [12–17].В исследованиях этих мембран также существует противоречие между экспериментальными наблюдениями и результатами моделирования о том, как гидрофильность пор влияет на проницаемость. В экспериментах Sun et al. [17] сообщил о ламинарной мембране MoS 2 , демонстрирующей в 3-5 раз больший поток воды, чем мембрана из оксида графена (GO). Они приписали улучшенный поток воздействию гидрофильных атомов серы в монослойных листах MoS 2 . Рен и др. [18] изготовили мембраны для разделения ионов из нанолистов MXene, и они полагали, что усиленный поток воды был обусловлен гидрофильной природой . Напротив, при моделировании методом МД Wei et al. [19] обнаружил, что скорость потока продемонстрировала значительное увеличение между графеновыми слоями, но усиление нарушалось, когда графеновые листы были модифицированы гидрофильными группами. Более того, Chen et al. [20] смоделировали перенос воды через прослойки ОГ с различной концентрацией гидрофильных гидроксильных групп и обнаружили, что объемный поток отрицательно связан с концентрацией гидроксила, что означает, что более сильная гидрофильность неблагоприятна для транспорта воды.Это противоречие между результатами эксперимента и моделирования сбивает с толку понимание влияния гидрофильности пор на водопроницаемость. Поэтому выявление причины этого противоречия имеет большое значение не только для более глубокого понимания роли гидрофильности материала в транспорте воды, но и для проектирования и изготовления сверхбыстрых мембран.

    В этой работе мы моделируем перенос воды через поры, построенные из двумерных нанолистов с различной гидрофильностью, с помощью неравновесной молекулярной динамики (NEMD).Выявлено, что сильная гидрофобность приводит к высокой водопроницаемости, но также и к высокому пороговому падению давления (Δ), и только приложенное падение давления превышает Δ; может иметь место высокая проходимость. Для гидрофобных мембран Δ обычно составляет несколько сотен МПа, что намного больше, чем экспериментально доступные перепады давления. Это объясняет, почему мы редко экспериментально наблюдаем прогнозируемую моделированием сверхвысокую водопроницаемость гидрофобных мембран. Основываясь на этом понимании, мы разрабатываем новую стратегию – гидрофильную модификацию внешней поверхности пор – для эффективного снижения Δ гидрофобных мембран до экспериментально доступного масштаба при незначительной потере проницаемости, что позволяет экспериментально реализовать сверхбыстрые мембраны.

    2. Результаты
    2.1. Кажущийся поток и проницаемость

    Мы рассчитали поток воды для мембран с различной гидрофильностью при перепадах давления (Δ P с) в диапазоне от 100 до 600 МПа путем подбора наклона кривой потока (рис. S1). Как показано на рисунке 1(а), поток каждой мембраны пропорционален Δ P , несмотря на изменение гидрофильности. Однако для достижения непрерывного расхода воды Δ P с должно быть выше определенного значения, за пределами которого действует пропорциональная зависимость между потоком и Δ P .Для гидрофильных мембран (краевые углы, CAs < 95°) пропорциональная зависимость справедлива от 100 МПа. Для мембраны с CA = 120° поток воды не может быть создан при Δ P с < 200 МПа. Для наиболее гидрофобной мембраны (CA = 138°) Δ P следует увеличить почти до 400 МПа, чтобы получить непрерывный поток воды. По-видимому, эти Δ P s значительно больше тех, которые применялись в экспериментах. Поэтому мы обозначаем поток воды или проницаемость при таких высоких Δ P с как кажущийся поток или кажущуюся проницаемость, так как они вряд ли будут получены в экспериментах.На рис. 1(b) представлены кажущиеся проницаемости каждой мембраны, полученные путем непосредственной подгонки значений потока на рис. 1(а). Очевидно, что гидрофильность мембран играет ключевую роль в управлении водопроницаемостью. Проницаемость монотонно увеличивается с ростом гидрофобности. Другие работы по моделированию дают аналогичные результаты независимо от того, как они настраивают гидрофильность мембраны, например, масштабирование силы взаимодействия vdW [21], применение искусственных моделей частичного заряда поверхности [5], регулирование плотности гидроксильных групп [20], или с использованием различных веществ [6].То есть все работы по моделированию демонстрируют отрицательную корреляцию между потоком воды и гидрофильностью.


    2.2. Транспорт воды в гидрофобных мембранах

    Как упоминалось выше, для гидрофобных мембран (CAs > 120°) никакая молекула воды не могла пройти через поры, и, следовательно, поток не измерялся при Δ P , равном 100 МПа. Отсюда следует, что пропорциональная зависимость между потоком и Δ P не может распространяться на область меньших Δ P с.Для наиболее гидрофобной мембраны с CA 138° пропорциональная зависимость начинается около 400 МПа. Однако это не обязательно означает, что он не дает потока при Δ P с ниже 400 МПа. Далее мы смоделировали его поток при более низких значениях Δ P с с меньшими интервалами давления, чтобы выявить зависимость в более широком диапазоне Δ P с. Как показано на рис. 1(в), очевидно, что поток воды гидрофобной мембраны (CA = 138°) не пропорционален Δ P , а вместо этого существует три стадии в диапазоне Δ P с от 100 до 600 МПа.На первой стадии, когда Δ P < 220 МПа, явного потока воды не наблюдается. Установлено, что внутри мембраны нет молекулы воды, что указывает на несмачивающее состояние мембраны. На второй стадии, когда Δ P колеблется от 220 до 350 МПа, поток воды быстро возрастает. На последнем этапе поток воды пропорционален Δ P с. Напротив, для гидрофильной мембраны с КА 29° поток воды всегда пропорционален Δ P во всем диапазоне Δ P , что означает, что при высоких Δ P с гидрофобные поры проявляют состояние смачивания, подобное к гидрофильным порам.

    Для выяснения трехступенчатой ​​зависимости между потоком воды и Δ P для мембраны с КА 138° мы исследовали микроскопические детали молекул воды внутри этой гидрофобной мембраны при различных Δ P с. Мы записали количество молекул воды на стороне пермеата в зависимости от времени моделирования, что показано на рисунке 1(d). На сторону подачи было подано достаточное количество молекул воды, чтобы моделирование могло продолжаться в течение достаточного времени.Эволюция количества проникающих молекул воды показывает, что скорость потока воды через мембрану постоянна до 400 МПа (на третьей стадии), что также аналогично прохождению воды через мембрану с КА 29°, показанным на рис. С1. Однако в случае 250 МПа (на второй стадии) на кривой течения появляется много ступенек, что предполагает прерывистый поток воды. На самом деле это режим работы-остановки, включающий альтернативные состояния «работа» и «стоп».

    Для количественного исследования этого «бегуще-стопного» течения воды мы отслеживали количество молекул воды внутри мембраны () в течение всего процесса течения и выявляли тенденцию его изменения.Рисунок 2(a) иллюстрирует распределение вероятностей менее чем четырех различных Δ P с, охватывающих второй и третий этапы. В случае 400 МПа распределение составляет около 250, что указывает на то, что количество молекул воды остается ~250 во время моделирования. Тем не менее, при уменьшении Δ P с 400 МПа до 250 МПа он распределяется во все более широком диапазоне, что свидетельствует о неполном заполнении пор водой в течение всего времени моделирования. Как наглядно показано на снимках рис. 2(б), потоки воды внутри пор под этими Δ P обрываются в процессе течения.Это приводит к тому, что водный транспорт находится в режиме «бег-стоп».


    Когда система достигает устойчивого состояния, движущая сила и сопротивление находятся в равновесии, что приводит к непрерывному потоку воды и стабильному потоку. Напротив, транспорт с остановкой представляет собой метастабильное состояние с попеременно повторяющимися состояниями смачивания и несмачивания, а не стабильным непрерывным потоком. Сообщалось, что сеть водородных связей, протянувшаяся от входа в пору до выхода, отвечает за быстрый транспорт в мембранах, изготовленных из двумерного графема [12].Кроме того, сеть водородных связей должна быть преобразована, когда молекулы воды попадают в сильно ограниченные поры [22, 23]. Основываясь на этом понимании, мы понимаем, что на второй стадии смачивающее поведение молекул воды циклически меняется между смачивающим состоянием и несмачивающим состоянием. В смачивающемся состоянии сеть водородных связей полностью формируется, поэтому достигается рабочее состояние и возникает течение. Однако в несмачиваемом состоянии поток воды отключается, поскольку сеть водородных связей разрывается, прекращая поток воды (состояние остановки).На рис. 2(a) показаны распределения в более широких диапазонах с уменьшением Δ P с, что указывает на то, что рабочее состояние длится меньше, а состояние остановки длится дольше. Следовательно, более низкие значения водопроницаемости получаются при уменьшении Δ P с. Когда Δ P уменьшается до уровня ниже 220 МПа, доминируют стоп-состояния (несмачивание), и, следовательно, поток не может наблюдаться. Аналогичным образом транспортный режим будет переходить в состояние постоянного движения (смачивания), когда Δ P возрастает до определенного значения, выше которого поток воды всегда становится пропорциональным Δ P с.

    2.3. Пороговое падение давления

    Мы называем это критическим Δ P , выше которого поры находятся в смачивающем состоянии и поток воды достигает состояния постоянного течения, пороговое падение давления, Δ. Значения Δ для мембран с различными значениями CA представлены на рисунке 3. Для гидрофильных мембран (CA = 29°, 50° или 70°) значения Δ близки к нулю, поскольку эти гидрофильные мембраны могут постоянно смачиваться и внешнее давление не требуется. Для гидрофобных мембран Δ появляется и быстро растет с увеличением CA.Теперь мы понимаем, что более высокая гидрофобность приводит к большей водопроницаемости, но более высоким значениям Δ. Δ Ps , используемые в экспериментальных работах, обычно превышают Δ гидрофильных мембран, поэтому можно было легко получить непрерывный поток. Для гидрофобных мембран Δ намного выше, чем при экспериментальном давлении, и трудно смачивать поры при экспериментально использованном Δ P с, что приводит к отсутствию водопроницаемости. Напротив, при моделировании используемые Δ P обычно составляют несколько сотен МПа, что обычно превышает Δ как гидрофобных, так и гидрофильных мембран, и обе мембраны могут достигать состояния увлажнения.После смачивания гидрофобные мембраны демонстрируют более высокую водопроницаемость, чем гидрофильные, из-за низкого трения первых, как показано на рисунке 1(b). Это объясняет противоречивые результаты между экспериментами и моделированием в отношении влияния гидрофильности пор на водопроницаемость.


    2.4. Стратегии модификации для снижения порогового перепада давления

    Гидрофобные мембраны обладают сверхвысокой водопроницаемостью, но только при чрезвычайно высоких давлениях из-за их высоких значений Δ.Поэтому для экспериментальной реализации сверхвысоких проницаемостей Δ гидрофобных мембран необходимо значительно понизить до масштаба, близкого к используемому в эксперименте Δ P с. Δ зависит от состояния смачивания мембраны. Таким образом, соответствующее изменение характеристик смачивания мембран путем гидрофильной модификации может уменьшить Δ без ущерба для водопроницаемости или с небольшими затратами. В дополнение к полной гидрофильной модификации стенок пор, которая полностью устраняет первоначальную гидрофобность пор и, следовательно, сверхвысокую проницаемость, появилось несколько других стратегий выполнения гидрофильной модификации в селективных положениях двумерных нанолистов, то есть гидрофильная модификация для входы в поры [24] и локально гидрофильная модификация внутри пор [12, 25].Затем мы исследуем их эффективность в уменьшении Δ.

    В первой стратегии гидрофильная модификация наносилась только на область входа, в то время как внутренняя пора сохраняла первозданную гидрофобность (с CA 95°, 120° или 138°). Входную область определяли как 5 Å от входа в пору и модифицировали атомами, чтобы получить CA 29°. Мы исследовали поведение смачивания и проницаемость как при низких, так и при высоких значениях Δ P с. Как показано на рис. 4(а), молекулы воды могли занимать только модифицированную часть во входной области при низких Δ P с (≤1 МПа), что позволяет предположить, что Δ существует не только во всей входной области, но и во всей внутренняя гидрофобная зона.В результате мы не наблюдали прохождения молекул воды через мембраны. При высоких значениях Δ P с (сотни МПа) поток воды также испытывает трехступенчатое течение, как описано выше. При этом не наблюдается явного изменения Δ для этих мембран с различными КА. ∆ в этом случае все еще такое же высокое, как и у немодифицированной гидрофобной мембраны, что указывает на то, что эта гидрофильная модификация мало влияет на снижение Δ.


    Гидрофильная модификация графена часто достигается путем окисления [26], при этом генерируемые кислородсодержащие группы предпочитают образовывать кластеры, в результате чего на поверхности графема образуются пятна нетронутых (гидрофобных) и окисленных (гидрофильных) областей. [27–29].Это можно рассматривать как локально гидрофильную модификацию внутри поры. Чтобы выяснить влияние этой модификации на водопроницаемость, на стенке поры были сформированы две области: одна половина гидрофильная (CA = 29°), а другая — гидрофобная (CA = 95°, 120° или 138°). . При низком значении Δ P с существуют два характерных состояния смачивания для мембран с разной гидрофильностью. Когда гидрофобность умеренная (CA = 95°), молекулы воды начинают занимать гидрофильную область, а затем постепенно насыщают гидрофобную область, указывая на то, что влияние гидрофильного взаимодействия помогает поглощать больше молекул воды в поры.Запрет и др. [30] также наблюдали, что вода сначала насыщала окисленные участки, а затем заливала нетронутые участки в мембранах GO. Δ этой модифицированной мембраны значительно снижается с ~ 40 МПа для исходной мембраны до менее 0,1 МПа, в то время как проницаемость при высоких Δ P с умеренно снижается с ~ 20×10 3 до ~17×10 3 л·м −2 ·ч −1 ·МПа −1 .

    Однако, как видно из рисунка 4(b), когда CA гидрофобной области выше 120°, молекулы воды не будут смачивать гидрофобную область после покрытия гидрофильной области.Это означает, что Δ гидрофобной области не может быть подавлено этой региональной модификацией. Несмачиваемость гидрофобных областей в порах означает, что реальная пористость в этом состоянии превращается только в половину исходной, таким образом, поток не будет выше половины исходной. В то время как при высоких Δ P с молекулы воды полностью заполняют мембрану, как и в немодифицированной гидрофобной мембране, однако водопроницаемость ниже по сравнению с немодифицированной гидрофобной мембраной.Вэй и др. [25] объяснил это эффектом бокового закрепления. Из-за непостоянства смачивания при низких и высоких Δ P с ненадежно экстраполировать проницаемость при высоких Δ P с на проницаемости при низких Δ P с. Таким образом, мы понимаем, что региональная гидрофильная модификация не может подавить Δ сильно гидрофобных мембран, хотя она работает для умеренно гидрофобных мембран (CA < 120°).

    В качестве альтернативы мы предлагаем другую стратегию, а именно гидрофильную модификацию внешних стенок пор, которая может эффективно уменьшить Δ сильно гидрофобных мембран (CA = 120° или выше).Быстрый транспорт воды через прослойки графена запрещен гидрофильными кислородсодержащими группами внутри пор [19, 20]. Это связано с тем, что взаимодействие между водой и гидрофильными группами слишком сильное. Учитывая, что двумерные монослойные нанолисты имеют толщину всего в один атом, мы ожидаем, что присутствие этих групп на внешней поверхности в некоторой степени уменьшит взаимодействие, но не устранит его полностью. Таким образом, модификация внешних стенок может также повлиять на перенос воды внутри поры через эту толщину в один атом.Как показано на рисунке 4(c), обычно используемые гидрофильные гидроксильные группы выбираются для функционализации внешних стенок. Гидроксильные группы были распределены вне стенки поры случайным образом с концентрацией c = = 24%, что соответствует результатам как эксперимента [31, 32], так и моделирования [20]. Для функциональных групп был использован оптимизированный для всех атомов потенциал для жидкостного моделирования (OPLS-AA) [33], который успешно применялся в предыдущих исследованиях мембраны из оксидов графена [19, 25, 34].

    Мы исследовали мембрану с CA 120°, чье Δ не может быть уменьшено стратегией региональной модификации, как мы обсуждали выше. За счет гидрофильной модификации внешней поверхности поры могут смачиваться при низких давлениях (~ 1 МПа), что позволяет предположить, что Δ снижается более чем на 99%, поскольку для исходной мембраны оно составляет ~ 140 МПа. Между тем, проницаемость при высоких значениях Δ P с, представляющих собой наклон кривой потока-Δ P , уменьшается всего на 10 % (рис. 5(а)) и это значение может быть применено к низким значениям Δ P s из-за постоянства их состояний смачивания.Кроме того, чтобы исключить особенность размера канала, мы также применили этот метод к порам шириной 0,7 нм и получили аналогичные результаты, как показано на рисунке 5 (b). Кроме того, рис. 5 также свидетельствует о том, что модифицированные таким образом мембраны обладают значительно более высокой водопроницаемостью, чем исходно гидрофильные мембраны, например, мембрана с КИ 70°. Таким образом, мы пришли к выводу, что гидрофильная модификация внешней поверхности пор является высокоэффективной стратегией снижения Δ за счет незначительного снижения водопроницаемости.Эта стратегия модификации требует гидрофильной модификации исключительно на одной стороне двумерных монослоев, сохраняя при этом сильную гидрофобность другой стороны. Важно отметить, что такая двумерная структура «Янус» уже была экспериментально получена [35, 36], что подразумевает большой потенциал для экспериментальной реализации сверхбыстрых мембран с помощью этой стратегии гидрофильной модификации.


    3. Обсуждение

    Таким образом, мембраны были сконструированы из двумерных нанолистов с различной гидрофильностью для исследования противоречия между экспериментальными результатами и результатами моделирования по влиянию гидрофильности пор на перенос воды.Мы обнаруживаем, что противоречие возникает из-за несоответствия перепадов давления (Δ P ) в экспериментах и ​​​​симуляциях. Для гидрофильных мембран существует пропорциональная зависимость между потоком и Δ P с. Напротив, для гидрофобных мембран эта пропорциональная зависимость возникает только при высоких значениях Δ P с. При пороговых перепадах давления Δ потока нет или прерывистое течение воды в режиме «бег-стоп». При моделировании Δ P обычно задается очень большим для ускорения вычислений.Это высокое Δ P легко может превышать Δ, так что мембраны всегда находятся во влажном состоянии. Различные состояния смачивания препятствуют экстраполяции проницаемости от высоких Δ P к низким Δ P , что приводит к противоречивому пониманию эффекта гидрофильности. В отличие от гидрофобных мембран, гидрофильные мембраны могут смачиваться при низких значениях Δ P с, что указывает на то, что Δ почти равно нулю. Мы исследуем эффективность различных гидрофильных модификаций в снижении Δ гидрофобных мембран и предлагаем новую стратегию, гидрофильную модификацию внешней стенки поры, которая способна снизить Δ более чем на 99% высокогидрофобных мембран с небольшим расходом ~ 10%. снижение водопроницаемости.В этой работе выявляется причина противоречий между результатами экспериментов и моделирования по влиянию гидрофильности пор на водопроницаемость, что помогает не только понять перенос воды в нанопорах, но и разработать и экспериментально реализовать сверхбыстрые мембраны.

    4. Методы

    Система моделирования состояла из мембраны с одним резервуаром для воды и одним дополнительным подвижным поршнем на каждом конце, как показано на рисунке S2. Двумерный бислой нанолиста был установлен параллельно плоскости yz и смоделирован как щелевая пора, а длина поры была установлена ​​​​на 6 нм, а толщина поры была установлена ​​​​на 0.8 нм, который был основан на межслоевом расстоянии мембраны из оксида графена [12, 31, 37]. Еще четыре ограничивающие стенки (вертикальные к стенке поры и параллельные плоскости xy) служили поверхностями мембраны, которые использовались для заделки пор и ограничения движения молекул воды. Такая мембранная модель надежна и также была принята в других моделях МД [21]. Два резервуара для воды образовывали сторону подачи (высокое давление) и сторону пермеата (низкое давление).Следовательно, направление потока через мембрану определялось вдоль направления z . Кроме того, система была ограничена двумя жесткими поршнями для создания перепада давления (Δ P ) на мембране. Длина ящика моделирования в направлениях x и y установлена ​​равной поперечному размеру бислоя (34,3 Å) и высоте четырех ограничивающих стенок (43,7 Å) соответственно.

    Все симуляции проводились с использованием пакета крупномасштабного атомно-молекулярного массивно-параллельного симулятора (LAMMPS).Модель SPC/E использовалась для построения молекул воды. Алгоритм SHAKE применялся для ограничения связей и углов молекул воды, что уменьшало высокочастотные вибрации и экономило время моделирования. Взаимодействие для всех атомов включало vdW и электростатические члены. Первый был смоделирован с потенциалом LJ, 4 ε [( Σ / R ) 12 ) 12 – ( Σ / R ) 6 ], и отсечка был установлен как 1.0 нм. В этой работе структура графена использовалась просто как модель канала. Согласно Вердеру и др. . [38], гидрофильность мембраны можно регулировать, изменяя параметр ε между атомами C и O, сохраняя параметр σ постоянным. Параметр ε означает микроскопическое взаимодействие, которое не является макроскопическим проявлением гидрофильности. Кроме того, ХА капли воды на поверхности обычно используется для измерения гидрофильности мембраны, которая является макроскопическим проявлением микроскопических взаимодействий между поверхностью и молекулами воды.Поэтому, согласно работе по изучению КА воды на 2D-плоскостях с различными параметрами ε [38], мы также принимаем КА в диапазоне от 29° до 138° для характеристики и выделения мембран с различной гидрофильностью. Сообщалось, что этот метод регулирования гидрофильности оказывает незначительное влияние на диаметр канала [39]. Дальние электростатические взаимодействия рассчитываются с использованием алгоритма частица-частица-частица-сетка (PPPM) со среднеквадратичной точностью 10 −5 .Мембранные модели были зафиксированы в положении на протяжении всего моделирования, и периодические граничные условия (PBC) применялись в направлениях x и y . Шаг по времени 1 фс использовался для всех моделей.

    Изначально для каждой симуляции энергия системы минимизировалась на 1000 шагов. Затем к каждому атому верхнего/нижнего поршня прикладывается внешняя сила в направлении -z/+z, f , чтобы создать давление в 1 атм (уравнение (1)), позволяя системе достичь желаемого давления и объемную воду до достижения равновесной плотности (1 г/см 3 ).где P обозначает требуемое давление на поршень, A — площадь поршня, а n — атомный номер поршня. Систему поддерживали при комнатной температуре (300 К) с помощью термостата Берендсена. После моделирования равновесия в течение 2 нс было проведено моделирование NEMD путем приложения другой внешней силы к нижнему поршню, поэтому Δ P можно было рассчитать с помощью После первой 1 нс стабилизации моделирования NEMD были собраны статистические данные и траектории. в течение 2-10 нс для разных систем, что было достаточно для получения хорошо сходящихся результатов моделирования.Этот метод нанесения Δ P подробно описан в предыдущей работе [40] и принят многими другими исследователями для моделирования мембранного процесса [41–44]. Чтобы улучшить отношение сигнал/шум и ускорить моделирование NEMD, как и другие исследования по моделированию [41–46], мы проводим моделирование при очень высоких Δ P с (100 МПа-600 МПа), которые намного выше, чем давления применяется в экспериментах и ​​промышленном использовании.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Вклад авторов

    Йонг Ван руководил этим исследованием. Фан Сюй и Минцзе Вэй провели моделирование с помощью Синь Чжана, Чжоу Вэя и Ян Сун. Все авторы обсуждали и анализировали результаты. Fang Xu, Mingjie Wei и Yong Wang написали рукопись с участием других авторов. Фан Сюй и Минцзе Вэй внесли одинаковый вклад в эту работу.

    Благодарности

    Финансовая поддержка со стороны Национальной программы фундаментальных исследований Китая (2015CB655301), Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (2017YFC0403902), Национального фонда естественных наук Китая (21825803; 21506091) и Университета естественных наук Цзянсу. Фундаменты (BK20150944; BK20150063) подтверждены.Мы благодарны Высокопроизводительному вычислительному центру Нанкинского технологического университета и Национальному суперкомпьютерному центру в Уси (Sunway Taihu Light) за поддержку вычислительных ресурсов. Мы также благодарим Программу отличных инновационных команд высших учебных заведений Цзянсу и Проект приоритетной академической программы высших учебных заведений Цзянсу (PAPD) за поддержку.

    Дополнительные материалы

    Расчет потока воды путем подбора наклона кривой потока. Количество молекул воды на стороне сырья, внутри пор и на стороне пермеата отслеживалось в течение времени моделирования. Чтобы обосновать устойчивое состояние системы, на рисунке S1 показан пример эволюции количества молекул воды в трех фазах за период отбора проб для мембраны с порами шириной 0,8 нм и краевым углом 29 °. На рисунке S1 синяя область представляет количество молекул воды на стороне сырья, а зеленая область представляет количество молекул воды на стороне пермеата.Количество молекул воды на стороне подачи падает линейно в зависимости от времени моделирования; в то же время число пермеата увеличивается линейно. Темно-зеленая область представляет количество молекул воды во внутренней части. Высота этой части неизменна, что указывает на постоянное количество молекул воды во внутренней части. Кроме того, линейная зависимость указывает на то, что молекулы воды проникают через мембрану с постоянной скоростью. Следовательно, наклон кривой потока на рисунке S1 соответствует потоку воды. (Дополнительные материалы)

    Гидрофобная полипропиленовая мембрана | Товары и поставщики

  • Передовые мембранные технологии и приложения Полный документ

    Гейблман и др. (2005) сохранили водный раствор при более высоком давлении при использовании плотного газа CO2 и пористого гидро- фобная полипропиленовая мембрана для предотвращения утечки СО2 из пор мембраны в водный жидкий раствор.

  • Разделение газа и воды на основе микро/нанопористых мембран в микроканале

    На основании таблицы 1 гидрофильный поликарбонат мембрана с 0.поры 6 мкм и гидрофобный поли- пропиленовая мембрана с 0,2 лм 9 0,05 лм присутствует самый высокий порог среди всех испытанных мембран, и, таким образом, их выбирают…

  • Разработка биореактора для производства вирусных пестицидов или гетерологичных белков в культурах клеток насекомых

    Верх реактора покрыт гидрофобной полипропиленовой мембраной.

  • Жидкофазная микроэкстракция кадмия(II) из полых волокон с использованием ионной жидкости в качестве экстрагента

    Комплекс был извлечен ИЖ, которая передается через гидрофобные полипро- пиленовой мембраны к акцепторной фазе в просвете полую мембрану, где комплекс расщепляется и Cd(II) выпущен.

  • Исследование разделения и экстракции четырех основных алкалоидов из Macleaya cordata (Willd) R. Br. гибридная жидкая мембрана с полосовой дисперсией

    ЛМ был в сочетании с ионообменными мембранами или микропористой гидрофобной полипропиленовой мембраной последовательно образуют гибридная система LM для разделения и извлечения ионов металлов [29–33].

  • Интегрированная микроаналитическая система, сочетающая проницаемость жидкостной мембраны и вольтамперометрию для определения следовых количеств металлов. Техническое описание и оптимизация

    PLM состоит из носителя (0.1 M 22DD+0,1 M лауриновой кислоты), растворенной в смеси толуол/фенилгексан 1 : 1, удерживаемой в небольших порах (30 нм) гидрофобной полипропиленовой мембраны (Celgard 2500).

  • Факторы, влияющие на жидкостную экстракцию микропористой мембраны

    Возможно, это из-за гидрофобности. взаимодействия ПАУ с гидрофобным полипропиленовым мембранный материал, хотя адсорбция может быть заметно снижается, когда температура Поднялся.

  • https://дспейс.lib.cranfield.ac.uk/bitstream/1826/7248/1/IvPetya_Ivanova-Mitseva_Thesis_2012.pdf

    Для получения поли (NDDEAEA) пленок химической окислительной полимеризацией на гидрофобных полипропиленовых мембранах и на стеклянных поверхностях (или любой подходящей подложке) первым шагом была оптимизация различных параметры осаждения в полистироловых кюветах и ​​титрационных микропланшетах путем измерения .

  • Культура клеток животных

    В качестве альтернативной концепции с улучшенной передачей кислорода, Хайдеманн и др.(1994) разработал «Суперспиннер», стандартный лабораторный колба с микропористой гидрофобной полипропиленовой мембранной трубкой для безпузырьковой аэрации (см. ниже).

  • Удаление растворенных органических веществ магнитно-ионообменной смолой

    Характеристика органического вещества в отходах, обработанных IX и PACl- воды по отношению к загрязнению гидрофобной полипропиленовой мембраны.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.