用于收集和輸送液體的微結(jié)構(gòu)化表面薄膜組合件的制作方法

專利名稱：用于收集和輸送液體的微結(jié)構(gòu)化表面薄膜組合件的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及能收集液體并對(duì)該液體定向輸送到后續(xù)工序加以除去的微結(jié)構(gòu)化薄膜和帶子。輸送可以是被動(dòng)式的或主動(dòng)式的(即通過施加位能進(jìn)行增強(qiáng))，本發(fā)明在許多工業(yè)用途和組合件中很有實(shí)效。
在工業(yè)用送中液體的收集(例如，溢流液、冷凝液、墨水、污水池液等)，如果讓該液體保持一段時(shí)間，則可能引起以后的問題。某些液體的處理問題會(huì)導(dǎo)致腐蝕，動(dòng)力損耗，過量殘留，效率下降，能量利用不充分，危及安全等。
現(xiàn)有的控制液體的方法集中在通過以下一些方法防止在表面上液體的聚積，例如使用吸附材料，保護(hù)性薄膜和帶子，以及密封膠。然而，所述的這些方法，在表面存在液體時(shí)，均不能有效除去液體。
以結(jié)構(gòu)化表面上的液體輸送，可根據(jù)引起液體流動(dòng)的機(jī)理來表征。在液體的輸送屬于非自動(dòng)的液體流動(dòng)情況時(shí)，是指液體流動(dòng)大都是由施加于結(jié)構(gòu)化表面的外力引起的，這樣的液體輸送機(jī)理被認(rèn)為是“主動(dòng)式的”。另一方面，在液體的輸送屬于自動(dòng)的液體流動(dòng)情況時(shí)，是指液體流動(dòng)不是由外力的介入而引起的，這樣的液體輸送機(jī)理被認(rèn)為是“被動(dòng)式的”。
根據(jù)具體的用途已開發(fā)了主動(dòng)式的液體輸送制品，包括與液體輸送裝置結(jié)合的吸收墊或液體滲透層。例如，美國(guó)專利NO.5437651(Todd等人)和NO.5349965(McCarver)所述的氈片，包括主動(dòng)式液體輸送和吸收的墊子或液體滲透層。在每種情況下，在基底的表面上形成通道用以導(dǎo)向基本上來自液體滲透層整個(gè)區(qū)域的液體流動(dòng)。這些制品能除去液體，具有起著液體吸收和貯存層作用的液體滲透層和/或形成的液體收集層。在Todd等人的美國(guó)專利中，一塊柔性的襯墊板與一個(gè)吸收部分接觸，對(duì)襯墊板抽真空。襯墊板包括許多通道，這些通道控制著由抽真空裝置很均勻地提供給整個(gè)吸收部分表面的真空度。在McCorver的美國(guó)專利中，具有可滲透液體的上表面和不可滲透液體底面的柔性襯墊或真空導(dǎo)軌與抽真空裝置相連，當(dāng)液體流徑液體滲透層時(shí)抽真空，就將液體吸入液體收集室，并將累積的液體抽去。該液體收集室具有一些分隔裝置，將所述室分隔成一些通道，從而使所述室在處于負(fù)壓狀態(tài)時(shí)不致于損壞。
另一種可在市場(chǎng)上購(gòu)得的柔性液體輸送制品是商品名為“液體控制”板真空氈片(Techno Medical Products inc.制造)。在外科手術(shù)過程中該制品用來吸收從手術(shù)部位流出的液體。該裝置的吸收氈體放置在許多平行并封閉的通道上。在通道表面有一些孔洞可同與吸收氈片相通，從而使由氈片回收的液體可被吸入通道內(nèi)。所述平行通道連接到與抽抽空管道相通的匯流管上。于是，在液體聚積在氈片內(nèi)后，通過抽真空可使液體流經(jīng)許多通道除去。
美國(guó)專利NO.6080243(Insley等人)敘述了一種流體異向裝置，它具有敞開式結(jié)構(gòu)化表面可與液體輸送源連接。該專利揭示了設(shè)置有許多通道的敞開式多孔結(jié)構(gòu)化表面以及使液體在分配匯流管和至少許多通道之間流動(dòng)的一個(gè)槽子。液體輸送源(例如真空發(fā)生器)連接到分配匯流管上。
美國(guó)專利NO.3520300(Flower)，NO.4747166(Kuntz)和NO.5628735(Skow)敘述了采用主動(dòng)式的和被動(dòng)式的液體輸送方法的柔性液體輸送裝置的例子。美國(guó)專利NO.4533352(Van Beek等)和NO.4679590(Hergenroeder)揭示了其他除去液體用的有通道的氈片的例子。美國(guó)專利NO.5514120敘述了具有有通道的液體輸送結(jié)構(gòu)的被動(dòng)式液體輸送裝置的例子，該專利揭示了采用具有微結(jié)構(gòu)承載親水表面的液體操縱膜，更佳的是與可滲透液體的頂片、背片以及置于頂片和背片之間的吸收芯層組合起來使用。該液體操縱膜能促使液體迅速定向鋪展，它是與吸收芯層接觸的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明使用微結(jié)構(gòu)化液體控制薄膜提供液體的主動(dòng)式和被動(dòng)式輸送，用于在工業(yè)組合件中收集液體和/或除去液體以的用途。
液體控制薄膜的用途可包括輸送液體到遠(yuǎn)距離的位置，將液體收集在薄膜本身上，或?qū)⒁后w分散在增大的表面區(qū)域上促使液體更快蒸發(fā)。微結(jié)構(gòu)化的表面具上有微結(jié)構(gòu)化的形貌，在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，所述微結(jié)構(gòu)化表面是一種合適的親水性和柔性的聚合物薄膜。所述薄膜的性質(zhì)通過其結(jié)構(gòu)和材料將加以說明。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種包括液體控制層和基底層的層合組合件。所述的液體控制層具有頂面和底面，頂面具有將液體收集其內(nèi)的受液區(qū)和除液區(qū)。頂面也有微結(jié)構(gòu)承載表面，其上面有許多通道，控制液體在頂面上從受液區(qū)到除液壓的定向流動(dòng)。此層合組合件包括使液體控制層的底面與基底層附著的裝置，以及在液體控制層頂面除去來自除液區(qū)的液體的裝置。
多孔蓋層可放置在液體控制層上面的受液區(qū)。在微結(jié)構(gòu)承載表面上的通道具有通道的兩端，而且除液裝置優(yōu)選在鄰近一個(gè)通道端抽取通道內(nèi)的液體。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述除液裝置在鄰近兩個(gè)通道端抽取通道內(nèi)的液體。除液裝置可包括一種吸收材料與除液區(qū)連通。除液裝置也可包括與除液區(qū)內(nèi)各通道相連的液體收集匯流管，而且除液裝置還可進(jìn)一步包括與液體收集匯流管連通的真空發(fā)生器。在一個(gè)實(shí)施方案中，除液裝置包括液滴收集器。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，液體控制層是一種聚合物薄膜，它可包含改變特征的添加劑或有個(gè)改變特征的表面涂層。所述添加劑可選自阻燃劑、疏水劑、親水劑、抗菌劑、無機(jī)物、金屬顆粒、玻璃纖維、填充劑、粉土、納米顆粒等。
另一實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種包括液體控制層和板式基底層的層合板組合件。所述液體控制層具有頂面和底面，頂面具有其中包含許多通道的微結(jié)構(gòu)承載表面，這有利于控制置于其中的液體定向流動(dòng)。所述的層合板組合件包括使液體控制層的底面與板式基底層附著的裝置。所述的層合板組合件上有個(gè)蓋層，所述蓋層具有頂面和底面。蓋層的底面置于液體控制層的頂面上，在其間形成相對(duì)封閉的通道結(jié)構(gòu)。所述的層合板組合件包括沿著形成在液體控制層的頂面和蓋層的底面之間的通道結(jié)構(gòu)的除液裝置。所述蓋層最好是個(gè)蓋板，可選自氈毯、磚片、油氈、木材、混凝土、金屬或疲勞氈片。在一個(gè)實(shí)施方案中，蓋層是多孔的，它可用非織造織物制成。蓋層的底面最好用壓敏膠粘劑附著在液體控制層的頂面上。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，除液裝置可沿通道結(jié)構(gòu)形成壓力梯度。液體控制層的頂面最好其上面有至少一個(gè)交叉通道，有利于液體在通道之間流動(dòng)。然后，通過液體控制層有個(gè)除液孔與交叉通道和除液裝置連通。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在液體控制層的頂面上形成許多交叉通道，以促使通道之間液體的流動(dòng)。液體控制層有許多除液孔，其中每個(gè)除液孔與一個(gè)交叉通道和除液裝置連通。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通道由大致平行的脊形成，所述脊包括具有第一高度的第一組脊和具有更高的第二高度的第二組脊。在所述第二組脊中每個(gè)脊的上部的熔化溫度低于其下部。每個(gè)通道最好有通道的兩端，除液裝置在鄰近一個(gè)(或兩個(gè))通道端，從通道中抽取液體。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，液體控制層是聚合物薄膜，它可包含改變特征的添加劑或有改變特征的表面涂層。所述添加劑可選自阻燃劑、疏水劑、親水劑、抗菌劑、無機(jī)物、金屬顆粒、玻璃纖維、填充劑、粘土、納米顆粒等。通道的幾何形狀選自直線形，曲線形、輻射形、平行、非平行、無規(guī)則形、交叉形等。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是在具有許多通道型的聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上形成可交錯(cuò)的液體流動(dòng)通道的方法，所形成的通道能改變其中液體的流動(dòng)方向，使其轉(zhuǎn)入需要的第一定向通道中，而且所形成的通道能控制置于表面上液體的排出和蒸發(fā)。所述方法包括在聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上形成至少一個(gè)交叉通道，從而至少連接許多通道中兩個(gè)相鄰的通道，使液體在其間流動(dòng)。
在本發(fā)明的方法中形成通道的步驟，最好是施加熱量和/或壓力于聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面，用以形成其上面的交叉通道。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上的通道通常由一些平行脊形成，所述平行脊包括具有第一高度的第一組脊和具有更高的第二高度的第二組脊。所述第二組脊的每個(gè)脊的上部，最好其熔化溫度低于其下部，而且形成通道的步驟包括施加熱量于聚合物微結(jié)構(gòu)化表面的部分，使溫度提高到足以熔化第二組脊的上部，但不致于熔化其下部。另一方面，所述通道由其中有液體流動(dòng)的谷的大致平行的脊形成，而且形成通道的步驟包括切除去相鄰?fù)ǖ篱g的脊的部分。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面形成了具有相對(duì)的頂面和底面的層的頂面，形成可供選擇的液體流動(dòng)的通道的方法，還包括形成從層的頂面通到底面的除液孔，所述除液孔與交叉通道連通。然后，所述方法還包括促使流體在聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上流向除液孔，而且所述方法還進(jìn)一步包括使除液孔和液體接受器相連。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法還包括將蓋層(可以是多孔的)附著在聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供增強(qiáng)置于表面上的液體的蒸發(fā)速率的方法，所述表面包括將薄膜的敞開表面形成為具有許多通道的聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面，其中的通道通常由其間有谷的，相互間隔開的突出部分形成。所述方法包括將液體加到薄膜的聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面上，其中通道形成得有利于沿著每個(gè)接受液體的通道能自動(dòng)地芯吸液體，于是由于沿著每個(gè)通道谷的X方向的液體空間分布和在每個(gè)通道突出部分之間的Y方向的液體空間分布，以及由于在Z方向每個(gè)通道內(nèi)形成的液體彎月面的高度差異，增加了液體暴露的蒸發(fā)有效表面積。所述方法還包括將在微結(jié)構(gòu)承載表面上增大的液體蒸發(fā)的有效表面積暴露于環(huán)境氣氛中。
在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括將置于微結(jié)構(gòu)承載表面上的液體暴露于流動(dòng)的空氣流中。本發(fā)明的方法最好還包括將足夠量的液體加在聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面上，用以形成表面上的液體連續(xù)流動(dòng)。此外，本發(fā)明的方法可包括收集表面上流過的不蒸發(fā)液體，該液體經(jīng)進(jìn)一步處理后，將此從表面上收集的液體再循環(huán)加到表面上。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述方法包括將至少一部分在表面上流動(dòng)的液體暴露于流動(dòng)的空氣流中，所述的空氣流通常與在表面上液體流動(dòng)的方向相反。另一方面，所述空氣流的流動(dòng)方向可大致垂直于在表面上液體流動(dòng)的方向。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，突出部分是脊和/或可以是沿通道呈不連續(xù)的。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面有第一端和第二端，本發(fā)明的方法包括將足夠量的液體加入到表面鄰近第一端的部位，并將表面取向，從而使表面的第一端高于表面的第二端(例如暴露面可被調(diào)整在大致垂直的平面上)。本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面上形成一些附加的表面結(jié)構(gòu)特征，其目的是增加承載液體的表面積。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面具有在第一端和第二端間延伸的一些大致平行通道，而且本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括將表面取向，使通道的一端高于另一端。另一方面，所述微結(jié)構(gòu)承載表面可被制成使其中間部分低于它的第一端和第二端。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括在聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面中加入添加劑，所述添加劑選自阻燃劑、疏水劑、親水劑、抗菌劑、無機(jī)物、金屬顆粒、玻璃纖維、填充劑、粘土、毫微顆粒等。
圖示簡(jiǎn)述

圖1a和圖1b是說明表面上液體相互作用的示意圖。
圖2a～圖2k是說明本發(fā)明液體控制薄膜的實(shí)施方案的局部截面圖。
圖3a是根據(jù)本發(fā)明的主動(dòng)式液體輸送裝置的透視圖，該裝置具有結(jié)構(gòu)化層，裝在該結(jié)構(gòu)化層上的蓋層，用以提供與真空發(fā)生器相連的許多隔開的通道，以及將此結(jié)構(gòu)化層附著在基底上的膠粘劑層。
圖3b是說明根據(jù)本發(fā)明制得的層疊式排列的結(jié)構(gòu)層的部分截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一種主動(dòng)式液體輸送裝置的透視圖。
圖5是圖4的主動(dòng)式液體輸送裝置的一部分經(jīng)放大的截面圖。
圖6a和圖6b是說明其他通道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層的頂視圖，它可用于根據(jù)本發(fā)明的主動(dòng)式液體輸送裝置。
圖7a是說明本發(fā)明另一種主動(dòng)式液體輸送裝置的示意圖。
圖7b是圖7a裝置的頂視圖，為便于說明而去除了其中的部分蓋層。
圖8a是說明本發(fā)明另一種主動(dòng)式液體輸送裝置的示意圖。
圖8b是圖8a裝置的頂視圖，為便于說明而去除了其中的部分蓋層。
圖9是類似于圖8b的頂視圖，它在孔之間有吸收帶，為便于說明而去除了其中的部分蓋層。
圖10是類似于圖8b的頂視圖，它在孔之間形成有交叉通道，為便于說明而去除了其中的部分蓋層。
圖11是本發(fā)明另一種主動(dòng)式液體輸送裝置的頂視圖，它采用側(cè)面的液體收集匯流管，為便于說明而去除了其中的部分蓋層。
圖12a是說明用于評(píng)價(jià)本發(fā)明的收集和除去液體特性的試驗(yàn)裝置的示意圖。
圖12b是圖12a的試驗(yàn)裝置的示意頂視圖。
圖13是用于評(píng)價(jià)本發(fā)明的蒸發(fā)特性的試驗(yàn)裝置的透視圖。
圖14是經(jīng)測(cè)試所得的蒸發(fā)速率圖。
圖15是經(jīng)測(cè)試所得的蒸發(fā)速率圖。
圖16a是說明本發(fā)明的其上面有一定量液體的通道化的微結(jié)構(gòu)化表面的示意圖。
圖16b是沿圖16a的16b-16b線的示意截面圖。
圖17a是說明用于評(píng)價(jià)本發(fā)明的傳熱和傳質(zhì)特性的試驗(yàn)裝置的示意圖。
圖17b是沿圖17a的17b-17b線的示意截面圖。
圖18是實(shí)施方案15的液體控制薄膜的局部截面圖。
圖18a是圖18的液體控制薄膜的一部分放大圖。
雖然幾個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案顯示在上列圖中，但其它的實(shí)施方案也可以考慮，其中的有一些在下列討論中作了描述。總之，本發(fā)明所列舉的實(shí)施方案只是作為說明來揭示的，而不是限制本發(fā)明。很清楚，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)本發(fā)明作出出許多改進(jìn)，仍將包括在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
定義除非另有規(guī)定，下列術(shù)語應(yīng)與下列定義一致液體控制薄膜(“FCF”)是指至少具有一個(gè)主表面的薄膜、片或?qū)樱軌蛱幚?、?dǎo)向、容納、自動(dòng)芯吸、輸送、或控制液體的重復(fù)的微型復(fù)制的表面圖案。
液體輸送薄膜(“FTF”)是指至少具有一個(gè)主表面的薄膜、片或?qū)?，它包括能夠自?dòng)芯吸或輸送液體的微型復(fù)制的表面圖案。
液體輸送帶是指具有某些裝置的液體控制薄膜，所述裝置能將薄膜的另一主表面附著到基底上。
微型復(fù)制(microreplication)的含義是指經(jīng)過一種過程形成微結(jié)構(gòu)化表面，在該過程中，結(jié)構(gòu)化表面的許多特征是單個(gè)特征的重現(xiàn)。
受液區(qū)是指排列為起始接受液體的結(jié)構(gòu)化表面的任何區(qū)域或部分。
除液區(qū)是指促使液體在結(jié)構(gòu)化表面上輸送而離開受液區(qū)的任何區(qū)域或部分。
長(zhǎng)徑比是指通道的長(zhǎng)度與通道的水力學(xué)半徑之比。
水力學(xué)半徑是指通道的可潤(rùn)濕截面積除以通道的可潤(rùn)濕周長(zhǎng)。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明本發(fā)明涉及包括液體控制薄膜組合件的制品。在本節(jié)的開始部分，將對(duì)合適的液體控制薄膜作個(gè)一般說明，然后說明包括這些薄膜的制品和實(shí)施例。
在美國(guó)專利序列號(hào)NO.08/905481；09/099269；09/106506；09/100163；09/099632；09/099555；09/099562，以及美國(guó)專利NO.5514120；5728446；6080243中敘述了用于本發(fā)明的合適的液體控制薄膜。本發(fā)明的優(yōu)選液體控制薄膜是呈片狀或薄膜狀，而不是呈纖維狀。本發(fā)明的液體控制薄膜的通道，與由纖維形成的織物、泡沫材料、纖維束相比，能讓液體流動(dòng)更為有效。在纖維中形成的通道壁會(huì)顯示出較隨機(jī)的波動(dòng)，并使表面復(fù)雜化，這樣就影響了過經(jīng)通道的液體流動(dòng)。與此不同，本發(fā)明的通道是由預(yù)先確定的圖案精確復(fù)制的，形成一系列一根根敞開的毛細(xì)通道，這些通道在主表面延伸。這些在片或薄膜中形成的微型復(fù)制通道優(yōu)選基本上沿著每個(gè)通道的長(zhǎng)度方向是均勻而有規(guī)則的，更優(yōu)選從通道到通道都是均勻而有規(guī)則的。這樣的薄膜和片優(yōu)選是薄的，有柔性的，生產(chǎn)成本低的，能夠形成其指定用途所要求的材料性質(zhì)，而且根據(jù)需要，能在其一個(gè)面上有固定裝置(例如用膠粘劑)，從而在使用時(shí)能容易施加用于各種表面上。在有些實(shí)施方方案中，可能要用剛性薄膜。
本發(fā)明的某些液體控制薄膜能夠沿著薄膜通道自動(dòng)而均勻地輸送液體。影響液體控制薄膜自動(dòng)輸送液體(即水、飲料、冷凝液、洗液等)能力的兩個(gè)主要因素是(i)表面的幾何形狀或構(gòu)形貌(通道表面的毛細(xì)管情況、尺寸和形狀)，(ii)薄膜表面的本性(例如，表面能)。為了達(dá)到所要求量的液體輸送能力，設(shè)計(jì)者可調(diào)節(jié)液體控制薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌和/或調(diào)節(jié)液體控制薄膜表面的表面能。為了使由液體控制薄膜形成的封閉通道起芯吸作用，所述液體控制薄膜需要是充分親水的，使所用的液體能潤(rùn)濕其表面。一般言之，為了促使敞開通道中的自動(dòng)芯吸作用，液體必須能潤(rùn)濕液體控制薄膜的表面，而且其接觸角須為等于或小于90度減去凹槽角的一半。
本發(fā)明液體控制薄膜的通道可選用能達(dá)到所要求液體輸送量的任何幾何形狀，而優(yōu)選容易復(fù)制的幾何形狀。
本發(fā)明的液體控制薄膜可由適于注塑或壓花的任何一種聚合物材料形成，這些聚合物材料例如包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚醚酯、聚酰亞胺、聚酯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯的水解衍生物等。其中優(yōu)選聚烯烴，特別是聚乙烯或聚丙烯、它們的共混料和/或共聚物、以及丙烯和/或乙烯與少量其它單體(例如乙酸乙烯酯或諸如丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的丙烯酸酯)的共聚物。優(yōu)選聚烯烴的原因是它們的物理性質(zhì)優(yōu)異，加工容易，其生產(chǎn)成本低于其它具有類似特性的熱塑性材料。聚烯烴容易按注塑輥或壓花輥表面進(jìn)行復(fù)制。它們有韌性，經(jīng)久耐用，而且能很好地保持其形狀，因此，經(jīng)注塑加工或壓花加工后的薄膜容易處理。親水性的聚氨酯因其物理性能優(yōu)異和固有的表面能高，也被列為優(yōu)選的聚合物材料。液體控制薄膜也可由熱固性樹脂(可固化的樹脂材料)注塑成形，這些熱固性樹脂例如包括聚氨酯、丙烯酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅樹脂，并且通過輻照(例如，用熱輻射、紫外線輻射或電子束輻射)或水分而進(jìn)行固化。上述這些材料可含有各種添加劑，包括表面能改性劑(例如表面活性劑和親水性聚合物)，增塑劑、抗氧化劑、顏料、隔離劑、抗靜電劑等。合適的液體控制薄膜也可用壓敏膠粘劑材料制造。在某些情況下，通道可用無機(jī)材料(例如，玻璃、陶瓷、或金屬)形成。液體控制薄膜優(yōu)選在接觸液體時(shí)能基本上保持其幾何形狀和表面特性。
固體表面被液體潤(rùn)濕的敏感度，通常表征為接觸角，接觸角是在液體置于水平的表面上并穩(wěn)定以后，該液體與固體表面所呈的角。它有時(shí)稱為“靜態(tài)平衡接觸角”，有時(shí)本文就稱為“接觸角”。
如圖1a和圖1b所示，接觸角θ是在固體表面上的液滴在其與該表面接觸點(diǎn)位置的切線與固體表面之間所形成的角。如果液滴的切線垂直于固體表面的平面，則其接觸角為90°。如圖1a所示，如果接觸角等于或小于90°，則被認(rèn)為固體表面被液體所濕潤(rùn)。在固體表面上的水滴或水溶液滴所形成的接觸角小于90°，則該固體表面通常稱為“親水的”。本文所指的“親水的”只表示固體材料的表面特性，即它能被水溶液潤(rùn)濕，而并不表示該材料是否吸收水溶液。于是，無論片材對(duì)水溶液是不可滲透的或是可滲透的，該材料還是可稱為親水的。因此，用于本發(fā)明液體控制薄膜的親水性薄膜可以是由屬于固有親水性的樹脂材料(例如聚乙烯醇)所制得的薄膜。在固體表面上形成幾乎為零接觸角的液體被視為使固體表面完全潤(rùn)濕。然而，聚烯烴是屬于典型的固有疏水性的，如圖1b顯示，聚烯烴(如聚乙烯或聚丙烯)薄膜與水形成的接觸角通常大于90°。
根據(jù)被微型復(fù)制的薄膜材料的本性，以及所輸送液體的性質(zhì)，為保證制品有充分的毛細(xì)作用力，可根據(jù)需要對(duì)薄膜表面進(jìn)行調(diào)整或改性。例如，可對(duì)液體控制薄膜的表面進(jìn)行改性，以保證它具有充分的親水性。與本發(fā)明的液體控制薄膜接觸的主液體是水。因此，如果本發(fā)明的液體控制薄膜是用途于包含水之類的這些液體時(shí)，這些薄膜通常必須被改性(即，通過表面處理，施加表面涂層或試劑)，或加入經(jīng)挑選的試劑，這樣就對(duì)薄膜表面賦予了親水性，使其接觸角成為90°或小于90°，因而增強(qiáng)了所述液體控制薄膜的潤(rùn)濕性和它的液體輸送性能。使其表面親水性的合適方法包括(i)引入表面活性劑；(ii)施加具有親水性聚合物的表面涂層；(iii)用親水性硅烷進(jìn)行處理。設(shè)想還有其它的方法。
本發(fā)明的液體控制薄膜可以有各種表面形貌，優(yōu)選的液體控制薄膜上可有許多V型或矩形截面的通道，及其組合，以及具有第二級(jí)通道的結(jié)構(gòu)，即，通道內(nèi)的通道。為了能沿著多孔通道自動(dòng)芯吸或輸送液體，要求微結(jié)構(gòu)化表面/V型通道的液體控制薄膜與液體界面之間的接觸角符合下式θ≤(90°-α/2)式中，θ是液體和薄膜的接觸角，α是第二級(jí)V型通道凹槽內(nèi)夾角的平均值(參見圖2g)。
可用任何一種已知的合適方法在本發(fā)明的液體控制薄膜上形成親水性表面。表面處理可采用例如，施加表面活性劑、等離子處理、真空淀積、親水性單體的聚合、在薄膜表面上接枝親水性組分、電暈或火焰處理等。還可以將表面活性劑或其它合適的物質(zhì)，作為固有特征的改性添加劑，在薄膜擠出時(shí)與樹脂滲混。通常優(yōu)選采用在用于制備液體控制薄膜的聚合物組合物中加入表面活性劑的方法，而不是依靠施加表面活性劑涂層的方法，這是因?yàn)橥可先サ耐繉涌赡軙?huì)填滿(即變鈍)通道的凹槽，從而干擾本發(fā)明所要求的液體流動(dòng)。在涂布涂層時(shí)，形成的涂層較薄為宜，這樣有利于在結(jié)構(gòu)化表面上形成均勻的薄層?？杉釉诰垡蚁┮后w控制薄膜中的表面活性劑的說明性例子，可列舉商品名為TRITONTMX-100(供應(yīng)商Union CarbideCorp.，Danbury，CT)，這是一種辛基苯氧基聚乙氧基乙醇非離子型表面活性劑，其用量為0.1～0.5重量％。對(duì)本發(fā)明的薄膜進(jìn)行表面改性的說明性方法是施涂含1％的水溶液，其中溶質(zhì)的90重量％以上是式1的反應(yīng)產(chǎn)物，小于10重量％是式2的反應(yīng)產(chǎn)生 式1其中，n＝8(97％)，n＝7(3％)， 式2其中，n＝8(97％)，n＝7(3％)。上述這些試劑的制備方法揭示在美國(guó)專利NO.2915554(Ahbrecht等人)中。
在本發(fā)明的工業(yè)用途中，適合于增加其經(jīng)久耐用需要的其它表面活性劑材料包括PolystepB22(供應(yīng)商Stepan Company，Northfield，IL)和TRITONTMX-35(供應(yīng)商Union Carbide Corp.Danbury，CT)。
如上述討論，可將表面活性劑或表面活性劑的混合物涂布于液體控制薄膜的表面，或浸漬在制品內(nèi)，用以調(diào)節(jié)液體控制薄膜或制品的性質(zhì)。例如，可能需要使液體控制薄膜的表面比起不涂布上述這些表面活性劑組分的薄膜表面，其親水性更大。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，在包含所述液體控制薄膜的制品的整個(gè)使用壽命期間，它保持了所要求的液體輸送性能。為了確保表面活性劑在液體控制薄膜的整個(gè)使用壽命期間的有效性，所述表面活性劑在制品的整個(gè)使用壽命期間最好在制品中的含量充分，或者使所述表面活性劑固定在液體控制薄膜的表面不流失。例如，羥基官能性表面活性劑可通過將表面活性劑用2-或3-烷氧基硅烷官能團(tuán)進(jìn)行官能化，使之固定在液體控制薄膜上。然后，所述表面活性劑可涂布于液體控制薄膜的表面上，或浸漬在制品內(nèi)，然后將所述制品接觸水分。水分將導(dǎo)致水解，隨后縮合產(chǎn)生聚硅氧烷。羥基官能表面活性劑(特別是1，2二醇表面活性劑)也可通過與硼酸根離子結(jié)合而固定化。合適的表面活性劑包括陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑，以及非離子型表面活性劑，但是優(yōu)選非離子型，因?yàn)樗鼈兊拇碳ば暂^小。
特別優(yōu)選聚乙氧基化表面活性劑和聚葡萄糖苷表面活性劑，它們包括聚乙氧基化烷基醇、芳烷基醇，以及烯基醇、環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷共聚物(例如，“Pluronic”和“Tetronic”)，烷基聚葡萄糖苷、聚甘油酯等。在美國(guó)專利序列號(hào)08/576255中揭示了其它合適的表面活性劑。
如上述討論，親水性的聚合物或聚合物的混合物之類的表面活性劑可涂布于液體控制薄膜的表面上或浸漬在制品內(nèi)，用以調(diào)節(jié)液體控制薄膜或制品的性能。也可以將親水性的單體加到制品原料中，并在現(xiàn)場(chǎng)聚合形成相互滲透的聚合物網(wǎng)絡(luò)。例如，可加入親水性的丙烯酸酯和引發(fā)劑，并通過加熱或光化輻射使之聚合。
合適的親水性聚合物包括環(huán)氧乙烷的均聚物和共聚物；摻合入下列化合物的親水性聚合物，所述化合物包括諸如乙烯基吡咯烷酮的乙烯基不飽和單體、羧酸、磺酸、諸如丙烯酸的膦酸官能性丙烯酸酯、諸如丙烯酸羥乙酯的羥基官能性丙烯酸酯、乙酸乙烯酯及其水解衍生物(例如聚乙烯醇)、丙烯酰胺、聚乙氧基化丙烯酸酯等；親水性的改性纖維素，以及諸如淀粉和改性淀粉的多糖、葡聚糖等。
如上述討論，可將親水性的硅烷或硅烷混合物涂布于液體控制薄膜的表面，或浸漬在制品內(nèi)，用以調(diào)節(jié)液體控制薄膜或制品的性能。合適的硅烷包括在美國(guó)專利NO.5585186中揭示的陰離子型硅烷，以及非離子型或陽離子型親水性硅烷。在某些情況下可優(yōu)選陽離子型硅烷，其優(yōu)點(diǎn)是某些這類硅烷被認(rèn)為也具有抗菌性能。
如前面所提到的，本發(fā)明的液體控制薄膜的通道，只要能實(shí)現(xiàn)所要求的液體輸送，可以呈任何的幾何形狀。在某些實(shí)施方案中，如圖2a～2i所示，液體控制薄膜只在一個(gè)主表面上有第一級(jí)通道，而在另一些實(shí)施方案中，如圖2j和圖2k所示，液體控制薄膜在兩個(gè)主表面上都有第一級(jí)通道。
如圖2a所示，本發(fā)明的液體控制薄膜20包括聚合物材料層22，在所述層22的兩個(gè)主表面的一個(gè)上有結(jié)構(gòu)化表面24。所述層22包括主體層26，而結(jié)構(gòu)化表面24是從主體層66凸出形成的。主體層26起支撐結(jié)構(gòu)化表面24的作用，用以保持連同層22內(nèi)單個(gè)的結(jié)構(gòu)化特征。
如圖2a所示，根據(jù)這里圖示說明的實(shí)施方案，通道30可由一系列V型側(cè)壁34和峰形成在層22內(nèi)。每個(gè)峰或突出部分可形成沿每個(gè)通道的連續(xù)脊，或者所述峰可作為不連續(xù)部分(例如針、棒等)而形成，而這些峰仍起著形成其間通道的作用。在某些實(shí)施方案中，將蓋層(在圖2a中未表示出來)置于結(jié)構(gòu)化層24的上面，從而有助于形成通道。在某些情況下，側(cè)壁34和峰36可完全沒有改變地從層22的一個(gè)邊緣延伸到另一邊緣，但在某些用途中，可能要求將側(cè)壁34縮短，而只沿著結(jié)構(gòu)化表面24的一部分將峰36延伸。于是，形成在峰36之間的通道30可完全從層22的一個(gè)邊緣延伸到另一邊緣，或者這些通道30只形成在層22的一部分上而延伸。只在層22的一部分上延伸的通道30，可從層22的一個(gè)邊緣開始延伸，或者可在層22的結(jié)構(gòu)化表面24范圍內(nèi)的中間部位開始并終止。通道30以預(yù)先確定的，較好是有規(guī)則的排列形式，形成在聚合物材料的連續(xù)表面上。
也可設(shè)想其它的通道結(jié)構(gòu)，例如，如圖2b所示，液體控制薄膜20’有通道30’，通道30’在稍微扁平化的峰36’之間有較寬的平坦谷。如同圖2a的實(shí)施方案，可將蓋層(圖中未表示出來)沿著一個(gè)或多個(gè)峰36’固定，以形成分隔的通道30’。在這種情況下，底表面38在通道側(cè)壁40之間延伸，而在圖2a的實(shí)施方案中，兩個(gè)側(cè)壁34沿直線41相互接觸。
圖2c圖示另一種液體控制薄膜20”，其中寬通道42形成在峰36”之間，但是有許多較小的峰44位于兩個(gè)峰36”的側(cè)壁40’間，而不是圖2b中通道兩個(gè)側(cè)壁40之間的平坦表面，于是，這些較小的峰44形成了其間的第二級(jí)通道46。峰44可與36”具有同樣高度，也可以小于峰36”的高度，而且如圖所示，若干個(gè)峰44建立了第一級(jí)寬通道42，所述的第一級(jí)寬通道42中有一些較小通道46。峰36”和峰44其本身之間或相互之間并不一定均勻分布。
圖2d～圖2k圖示了本發(fā)明液體控制薄膜的各種可供選用的實(shí)施方案。雖然圖2a～圖2k圖示了延伸的，線性結(jié)構(gòu)的通道，但是也可提供其它結(jié)構(gòu)的通道。例如，沿著通道的長(zhǎng)度方向，通道可有不同的截面寬度，也就是沿著通道的長(zhǎng)度方向，通道可以發(fā)散和/或收斂。通道壁在通道的延伸方向或在通道的高度上也可以是不規(guī)則的，而非規(guī)則的。一般言之，至少能夠提供多個(gè)隔開的通道部分的任何一種通道結(jié)構(gòu)形都是可以設(shè)想的，所述的隔開通道部分在液體輸送裝置內(nèi)，從第一點(diǎn)延伸到第二點(diǎn)。如果需要，通道的結(jié)構(gòu)可以是沿其整個(gè)長(zhǎng)度方向保持隔開。
參閱圖2g，在平坦薄膜50內(nèi)，一種優(yōu)選的幾何形狀是直線性的第一級(jí)通道48。第一級(jí)通道48中又有多個(gè)第二級(jí)通道52，第二級(jí)通道52形成了許多凹槽54。這些凹槽54(或第二級(jí)通道52，其中所述的第二級(jí)通道52呈V型，并具有基本上筆直的側(cè)壁)具有10°～120°，優(yōu)選10°～100°，更優(yōu)選20°～95°的凹槽夾角(即α角)。所述的凹槽夾角通常是在形成凹槽的側(cè)壁上取從凹槽到離凹槽2～1000微米處的正割角，所述的凹槽夾角優(yōu)選在第二級(jí)通道側(cè)壁中點(diǎn)位置處的正割角。已知夾角寬度小的凹槽通常可提供更長(zhǎng)的垂直方向的芯吸距離。然后，如果α角太狹小，則液體的流速將顯著降低。如果α角太寬，則凹槽或第二級(jí)通道可能無法產(chǎn)生所要求的芯吸作用。當(dāng)α角變?yōu)楦M小時(shí)，為達(dá)到類似的液體輸送量，液體的接觸角不必小到如同具有較大夾角寬度的凹槽或通道時(shí)接觸角必須小的程度。
對(duì)第一級(jí)通道夾角的要求并不嚴(yán)格，只要它不致于寬大到使第一級(jí)通道失去引導(dǎo)液體流動(dòng)的作用就行。一般言之，第一級(jí)通道的最大寬度不超過3000微米，優(yōu)選不超過1500微米。形成第一級(jí)通道的V型通道的夾角通常為10°～120°，優(yōu)選30°～110°。如果V型通道的夾角太狹小，則第一級(jí)通道的基底就沒有充分的寬度，這樣它就不能夠容納足夠數(shù)目的第二級(jí)通道。一般言之，最好是第一級(jí)通道的夾角比第二級(jí)通道的夾角大，這樣就能在第一級(jí)通道的基底上容納兩個(gè)或兩個(gè)以上的第二級(jí)通道。一般言之，第二級(jí)通道的夾角至少比第一級(jí)通道的夾角小20％(對(duì)V型第一級(jí)通道而言)。
參閱圖2g和圖2j，第一級(jí)通道(48，56)的深度“d”(即峰的高度，或者離通道凹槽最低處的上部高度)基本上是均勻的。深度“d”的優(yōu)選范圍為5～3000微米，更優(yōu)選25～1500微米，特別優(yōu)選50～1000微米，最優(yōu)選50～350微米。已知在某些實(shí)施方案中，薄膜的通道(48，56)深度超過上述的適用范圍。如果通道過分深，則液體控制薄膜的總厚度也會(huì)過分厚，于是薄膜可能趨于不必要的堅(jiān)硬，在基底處第一級(jí)通道的寬度可充分容納兩個(gè)或兩個(gè)以上的第二級(jí)通道。
圖2j和圖2k圖示了液體控制薄膜在兩個(gè)主表面上有第一級(jí)通道。如圖2j所示，一個(gè)主表面上的第一級(jí)通道56可在水平方向上與另一表面上的第一級(jí)通道位置錯(cuò)開，或者如圖2k所示，在相背的兩個(gè)主表面上的第一級(jí)通道56可以直接對(duì)準(zhǔn)。如圖2j所示，具有位置錯(cuò)開的通道的液體控制薄膜能形成最大的芯吸表面積，同時(shí)所用的材料最少。此外，所制得的具有兩面上位置錯(cuò)開的通道的液體控制薄膜，由于減小了薄膜層的厚度和堅(jiān)硬性，因此它比圖2k所示的具有兩面上對(duì)準(zhǔn)通道的液體控制薄膜，可以令人感到更柔軟。如圖2k所示，本發(fā)明的液體控制薄膜，其中可有一個(gè)或多個(gè)孔58，所述孔58能使與液體控制薄膜的上表面接觸的部分液體輸送到薄膜的底面，所以改進(jìn)了對(duì)液體輸送的控制?？撞槐嘏c通道的凹槽對(duì)準(zhǔn)，其寬度不也不必與通道相同。在孔內(nèi)的液體控制薄膜的表面有較好是親水性的。
如圖2g和圖2j所示，在每個(gè)第一級(jí)通道(48，56)中至少有兩個(gè)第二級(jí)通道(52，60)，以及至少有兩個(gè)凹槽(54，62)，每個(gè)第二級(jí)通道(52，60)中的凹槽由第二級(jí)峰(64，66)隔開。一般言之，每個(gè)第二級(jí)通道常只有一個(gè)凹槽，但是，如果第二級(jí)通道是矩形截面的，則每個(gè)第二級(jí)通道就有兩個(gè)凹槽。形成第二級(jí)V型通道的第二級(jí)峰(64，66)通常以夾角β表征，所述的夾角β通常等于(α1+α2)/2，其中，α1和α2是兩個(gè)相鄰的第二級(jí)V型通道(52，60)的夾角，假定形成每個(gè)第二級(jí)通道的兩個(gè)側(cè)壁是對(duì)稱的，而不是彎曲的話。一般言之，β角為10°～120°，優(yōu)選10°～110°，最優(yōu)選20°～100°。第二級(jí)峰也可能沒有明顯的頂端和夾角，呈扁平狀的(這時(shí)，其夾角理論上為零)或彎曲狀的，例如，凸形或凹形。每個(gè)第一級(jí)通道(48，56)最好至少有三個(gè)第二級(jí)通道(52，60)和/或至少有三個(gè)凹槽(包括任何與終端通道相關(guān)的凹槽(54，62)，例如圖2g所示的凹槽68或凹槽70)。
每個(gè)第二級(jí)通道(52，60)的深度(從凹槽54到第二級(jí)峰64的頂端的高度)在液體控制薄膜的長(zhǎng)度方向上是相同的，該深度通常至少為5微米。第二級(jí)通道(52，60)的深度通常為第一級(jí)通道的深度的0.5～80％，優(yōu)選5～50％。一個(gè)峰的任一邊上的兩個(gè)凹槽(54，62)的間距在液體控制薄膜的長(zhǎng)度方向上也較好是相同的。對(duì)于在液體控制薄膜的一個(gè)給定長(zhǎng)度方向上的每個(gè)通道而言，第一級(jí)和/或第二級(jí)通道的深度和寬度的差異不超過20％，優(yōu)選不超過10％。如果第二級(jí)通道的深度和形狀的差異超過上述范圍，則對(duì)沿液體控制薄膜的液體輸送的速率和均勻性產(chǎn)生很大的不利影響。一般言之，第一級(jí)和第二級(jí)通道應(yīng)是連續(xù)并未受到干擾的。
圖3a是一個(gè)主動(dòng)式液體輸送裝置74，它包括聚合物材料層75，在層75的兩個(gè)主表面的一個(gè)上有結(jié)構(gòu)化表面76。裝置74還包括促使液體在主動(dòng)式液體輸送裝置74的結(jié)構(gòu)化表面上流動(dòng)的位能發(fā)生器78。層75還包括伸出結(jié)構(gòu)化表面76的主體層80。主體層80起著支撐結(jié)構(gòu)化表面76的作用，以保持層75內(nèi)所有一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)化特征，而且如本文所述，在主體層80中可包含添加劑或其它層。
層75可由柔性的，半硬的，或堅(jiān)硬的材料組成，可根據(jù)所述主動(dòng)式液體輸送裝置74的具體用途來選用。層75是聚合物材料，因?yàn)檫@種材料可以精確地成形，用以形成微結(jié)構(gòu)化表面76。由于聚合物材料具有許多不同性質(zhì)能適合各種用途的需要，所以聚合物材料具有很大的通用性。例如，聚合物材料可根據(jù)柔軟性，剛性，滲透性等來選用。聚合物層75的采用也使結(jié)構(gòu)化表面的制造具有重復(fù)性，能產(chǎn)生許多高密度通道。當(dāng)復(fù)上蓋層后，就形成許多隔開的液體流動(dòng)通道82。于是可得出高度分配的液體輸送系統(tǒng)(即，它有在結(jié)構(gòu)化表面的外表面上分配位能的許多通道)，該系統(tǒng)適合于以高度的精確性和經(jīng)濟(jì)性來制造。結(jié)構(gòu)化聚合物表面76可由相同材料或不同材料的主體層75來形成。
如圖3a所示，在層75一邊的每個(gè)通道82是開口的，形成了通道進(jìn)口。于是，液體可通過由通道82導(dǎo)向的進(jìn)口84，流向?qū)?5的另一邊，然后流到連接管86。連接管86通過出口(圖中未表示出來)與每個(gè)通道82呈液體連通，也與位能發(fā)生器78呈液體連通。連接管86可制成各種不同的形狀，而如圖3a所示，包括匯流管88，匯流管88與形成在內(nèi)部的壓力通風(fēng)系統(tǒng)(圖中未表示出來)一起提供，并與通道82呈液體連通。壓力通風(fēng)系統(tǒng)可以就是個(gè)在匯流管88內(nèi)的一個(gè)室，而匯流管88至少與許多通道82密封相連。匯流管88如同層75可以是柔性的，半堅(jiān)的，或堅(jiān)硬的。第二級(jí)匯流管(圖中未表示出來)也可在具有進(jìn)口84的層75的這一邊，這樣就能根據(jù)具體的用途將液體提供給通道82。匯流管可用微型復(fù)制的通道來形成(例如，收斂通道)。
根據(jù)本發(fā)明，連接管可以是能使位能從位能發(fā)生器輸送到許多通道的任何合適的形式，以上對(duì)具有壓力通風(fēng)系統(tǒng)的匯流管和管道作了說明，其它的連接裝置也可設(shè)想用于本發(fā)明，例如，壓縮偶聯(lián)管或密封裝置，它們能將一條管道連接到有液體流動(dòng)的通道中，并將具有較高或較低位能的區(qū)域與周圍環(huán)境隔離并相分隔。所述的連接裝置還可包括具有毛細(xì)作用的纖維制品，例如內(nèi)徑小于10微米的纖維制品，每個(gè)連接裝置與各個(gè)通道呈液體連通相連，使各股液體分散地流經(jīng)各隔開的通道。連接裝置也可能是一個(gè)或多個(gè)模制室，相對(duì)于互相隔開的液體流動(dòng)通道是整體的或非整體的微結(jié)構(gòu)化液體導(dǎo)管，或者例如，一個(gè)系統(tǒng)或裝置，該系統(tǒng)或裝置能使互相隔開的微結(jié)構(gòu)化液體流動(dòng)通道固定在離心機(jī)上，或者使液流(如噴射流)在通道的進(jìn)口或出口處被導(dǎo)向。
為了隔離或封閉沿峰90的至少部分通道82，可將蓋層92置于在結(jié)構(gòu)化表面76上。于是，蓋層92封蓋了至少許多通道82，結(jié)果在毛細(xì)作用的組件4中形成隔開的液體流動(dòng)通道。此毛細(xì)作用的組件94的厚度通常為1～10毫米，較好為2～6毫米。蓋層92可同樣密封連接到匯流管88上，從而在沿著通道82，從第一位能到第二位能形成位能差的基礎(chǔ)上，使許多隔開的通道82形成主動(dòng)式液體輸送通道。蓋層92的厚度通常為0.01～2毫米，它可由任何的保護(hù)性薄膜、層合板、或其它工業(yè)裝置上的功能性部件形成。如果本發(fā)明的通道是密封的，由于隔開的小通道的周向強(qiáng)度的作用，使此柔性的通道系統(tǒng)通?？山?jīng)受得起高壓，而不會(huì)破裂。
蓋層92可固定到結(jié)構(gòu)化表面76的部分或全部的峰90上。這可以用熱粘合法或用通常的膠粘劑進(jìn)行粘合的方法，該膠粘劑要選用與蓋層92所用的材料和聚合物結(jié)構(gòu)化層75的材料相容(當(dāng)膠粘劑用于此目的時(shí)，所選用的膠粘劑必須是不會(huì)立即或經(jīng)過一段時(shí)間后流進(jìn)和阻塞所粘合的通道82)。隔開通道82的形成可用下列方法來完成，如熱粘合，超聲焊接，壓縮，機(jī)械嚙合(如壓配合)等。此固定可完全地沿著峰90到蓋層92來實(shí)施，或者可用點(diǎn)焊法，固定可以以有規(guī)則的或隨機(jī)的間隔來實(shí)施。蓋層92也可僅僅置在結(jié)構(gòu)化表面76上，無需用膠粘劑粘合或其他方式固定之。
蓋層92可由聚合物材料組成，所述的聚合物材料可用本文所述用于結(jié)構(gòu)化聚合物層的聚合物。蓋層724也可以是，例如射流噴網(wǎng)法的布，紡粘法的布，吹塑微纖維，或梳理過的非織造布等。所選用的聚合物應(yīng)使蓋層92不需要用膠粘劑就能固定在結(jié)構(gòu)化表面76上?？蛇x用這樣的聚合物，它可通過加熱(例如，由超聲焊接操作進(jìn)行加熱)使蓋層牢固地焊到結(jié)構(gòu)化表面上。在某些用途中，蓋層可以是多層(例如，油氈層復(fù)蓋的非織造布坯層)。在這種情況下，所述非織造布層可在結(jié)構(gòu)化表面上起砂濾器的作用，并且也可起增加復(fù)蓋或粘合油氈層的有效表面的作用。
位能發(fā)生器基本上可以是能對(duì)許多液體流動(dòng)通道82產(chǎn)生位能差的任何裝置，它用來推動(dòng)液體從第一位置流到第二位置。此位能應(yīng)能充分引起或促使引起液體流經(jīng)許多液體流動(dòng)通道82，這是以任何具體用途的液體特征為基礎(chǔ)的。如圖3a所示，位能發(fā)生器78可包括一個(gè)真空發(fā)生器(V)，該真空發(fā)生器(V)可以常規(guī)或以其他方式連接到一個(gè)添用的收集器96上。該收集器96通過常規(guī)的柔性管98被連接到匯流管88上，可供液體通過。于是，液體從起毛細(xì)作用的組件94的外面吸入進(jìn)口84內(nèi)，然后，經(jīng)通道82、匯流管88、管道98，流入收集器96。該收集器96的優(yōu)點(diǎn)是可以排出其含有物，或者可另外連接到常規(guī)的排水系統(tǒng)。
在位能發(fā)生器78包括真空發(fā)生器(V)的情況下，經(jīng)匯流管88提供給通道82的真空，可充分使蓋層92與峰90封接，也就是真空本身可使蓋層92壓緊著峰90，從而形成隔開的通道82。由結(jié)構(gòu)化表面76所形成的每個(gè)通道82較好地被蓋層92封閉，從而形成了能夠獨(dú)立地提供位能的隔開通道82的最多數(shù)目。通道82之間液體的短路現(xiàn)象可以有效地減至最小，由外部位能發(fā)生器提供的位能可以更有效地分配在層75的結(jié)構(gòu)化表面76上。當(dāng)位能發(fā)生器78包括真空發(fā)生器時(shí)，匯流管88不必封接于通道82上，而就置于靠近通道82的開口部分。
在微結(jié)構(gòu)化表面或毛細(xì)作用組合件，與液體輸送裝置或位能發(fā)生器之間的連接，可通過可拆卸的或固定的匯流管按需要來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)具體的配套或用途要求可以采用多路位能發(fā)生器。壓差是一種有效的促使液體流動(dòng)的方法，可用來驅(qū)使液體流過微結(jié)構(gòu)表面。壓差的形成可以使用泵的系統(tǒng)，以施加正壓或負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)。
其它的位能發(fā)生器可代替真空發(fā)生裝置(V)或與其組合起來用于本發(fā)明。導(dǎo)致或促使液體流經(jīng)通道82的任何方式基本上都可用于本發(fā)明。位能發(fā)生器與通道化的結(jié)構(gòu)和/或毛細(xì)作用組件是隔開的，換句話說，位能發(fā)生器并非是通道化結(jié)構(gòu)和/或毛細(xì)作用組件所固有的。即是，本發(fā)明不是只依靠通道化結(jié)構(gòu)的性質(zhì)(例如，依靠毛細(xì)作用)導(dǎo)致液體流動(dòng)。其它位能發(fā)生器的例子包括(但不限于)真空泵、真空抽液器、壓力泵、以及各種壓力系統(tǒng)，例如風(fēng)扇、電磁式液體傳動(dòng)裝置、電磁系統(tǒng)、聲波流動(dòng)系統(tǒng)、離心機(jī)、靜水壓頭系統(tǒng)、重力系統(tǒng)、吸收劑系統(tǒng)，以及任何其它已知的或最近研制的液體傳動(dòng)系統(tǒng)，所述的液體傳動(dòng)系統(tǒng)能用來產(chǎn)生至少引起或促使液體流動(dòng)到某種程度的位能差。此外，所施加的直接作用于液體上的任何場(chǎng)力，例如，引起液體在本發(fā)明的通道內(nèi)流動(dòng)的離心力或磁場(chǎng)力都可視為液體流動(dòng)位能。此外，位能發(fā)生器可運(yùn)作成使液體流在結(jié)構(gòu)化表面上，而不是使液體從結(jié)構(gòu)化表面流開或流去。通過芯吸作用也可使液體流經(jīng)通道，此時(shí)通道內(nèi)的大氣壓力產(chǎn)生了使液體流動(dòng)的位能。本發(fā)明在飛機(jī)上的用途中，飛機(jī)的升壓可用來產(chǎn)生為形成液體流動(dòng)的位能所需的壓差。
雖然圖3a所示的液體輸送裝置具有包括多個(gè)V型峰90(例如圖2a所示)的結(jié)構(gòu)化表面76，而結(jié)構(gòu)化表面76的其它形貌結(jié)構(gòu)也可使用。此外，在某些實(shí)施方案中，可疊置上兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)化化表面，為的是增加液體流動(dòng)的容量(例如參閱圖3b)。這樣的配置同樣能增加在結(jié)構(gòu)化表面的疊加層之間相對(duì)通道取向的可能結(jié)構(gòu)，并增加了可將位能施加于一個(gè)或多個(gè)層的可能性。疊加層可根據(jù)具體的用途，包括不同的通道結(jié)構(gòu)和/或通道數(shù)，此外，這種疊加結(jié)構(gòu)的類型可特別適用于要求有一定的液體輸送容量，而因?qū)挾仁芟拗?，只能用較狹小的液體輸送裝置的場(chǎng)合。于是可使狹小型的裝置增加液體流動(dòng)容量。如本文所述，疊加層可用本文所述的任何一種常規(guī)方法使其相互結(jié)合，疊加層可以僅僅相互疊加，使得疊加的結(jié)構(gòu)完整性可充分形成隔開的液體流動(dòng)通道。如上所述，當(dāng)將真空用作位能發(fā)生器時(shí)，就能增強(qiáng)液體輸送能力。疊加系統(tǒng)可包括多個(gè)連接部件，使具有不同位能的多個(gè)位能發(fā)生器連到疊加系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)上。
參閱圖3a，層75用合適的膠粘劑層102附著在基底100上。膠粘劑層102優(yōu)選是壓敏膠粘劑層，但也可以用其它固定部件，例如，一雙對(duì)置的機(jī)械緊固件，其它膠粘劑組合物或膠帶，鉤子和環(huán)的緊固件，以及對(duì)置的場(chǎng)(如電場(chǎng)或磁場(chǎng))。所述的膠粘劑層102可以僅為連續(xù)的或不連續(xù)的壓敏膠粘劑層，或者所形成的膠粘劑層具有本文所定義的微結(jié)構(gòu)化表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，所形成的膠粘劑層本身包括層75和結(jié)構(gòu)化表面76。
基底100可具有適合對(duì)層75支撐的任何形式，它可由剛性材料或柔性材料形成，例如，基底可以是金屬、木材、或由聚合物材料形成，而且基底可用作底板、壁、外部的或內(nèi)部的結(jié)構(gòu)化表面的一部分。根據(jù)用途要求，液體輸送裝置74可包括蓋層92和/或收集液體的連接管86。
在某些用途中，要求另一種形式的液體收集系統(tǒng)，圖4就顯示這樣一種系統(tǒng)。層75的上部有結(jié)構(gòu)化表面76，底部有膠粘劑層102。結(jié)構(gòu)化表面76有許多通道82(圖4中所示平行的直線通道)。在結(jié)構(gòu)化表面76上可形成一個(gè)或多個(gè)交叉通道，例如，交叉通道105、106、107和108。在結(jié)構(gòu)化表面開始形成以后(例如，在結(jié)構(gòu)化表面76模塑在聚合物材料的層75內(nèi)后)，交叉通道被加到結(jié)構(gòu)化表面76上?？梢詫⑧徑ǖ?2之間的峰90去除一部分來形成交叉通道，例如，通過使用熱和/或壓力，或者通過在結(jié)構(gòu)化表面76的上面復(fù)蓋能夠輸送液體的帶狀物，將這些部分切去或除掉。
工藝中居后(在微結(jié)構(gòu)化層75施加于基底后)的壓花方法實(shí)現(xiàn)了在液體輸送裝置75的表面上產(chǎn)生供液體連通的通道的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。結(jié)構(gòu)化表面76可用熱電阻絲進(jìn)行壓花，用以形成每個(gè)交叉通道，這樣就可在用途中為液體在通道82和現(xiàn)有的和新形成的液體出口之間提供液體連通的方法。這樣的液體出口可包括中心除液孔110(如圖4所示)，或者在交叉通道不相互交叉的情況下，可包括用于每個(gè)交叉通道的隔開的除液孔。每個(gè)除液孔在層75，膠粘劑層102和基底100中延伸。
如圖5所示，液體收集系統(tǒng)可以液體連通地連接上一個(gè)孔110。在某些用途中，該液體收集器可包括液體貯槽112，該液體貯槽112通過合適的導(dǎo)管114與孔110相連。此外，該液體收集系統(tǒng)可包括位能發(fā)生器116，該位能發(fā)生器將位能提供給系統(tǒng)，用于使流體在結(jié)構(gòu)化表面76上流動(dòng)(液體流經(jīng)通道82，交叉通道105、106、107或108，孔110，導(dǎo)管144后，流到貯槽112)。貯槽112可以僅僅是一個(gè)收集器或貯液槽，位能發(fā)生器116(如果采用)可以是真空泵或本文所述的任何其它類型的位能發(fā)生器。在提供多個(gè)孔110(例如，每個(gè)交叉通道一個(gè)孔)的用途中，同樣也有多個(gè)導(dǎo)管114，每個(gè)導(dǎo)管114連接一個(gè)或多個(gè)孔110到貯槽112(或分開的貯槽)。
又如圖5所示，結(jié)構(gòu)化表面76可采用類似于圖2c所示的形式，其中，某些通道的峰90a比其它的通道的峰90b高。于是，當(dāng)去除部分的峰材料，以形成交叉通道(例如，圖5中交叉通道105)時(shí)，只需要除去每個(gè)峰90a的上部120，以形成交叉通道并形成控制液體在結(jié)構(gòu)化表面76上的通道82中流動(dòng)的方法。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，形成每個(gè)較高峰90a的上部120的材料，其熔化溫度低于形成峰90a的下部122的材料，而且通過加熱形成交叉通道時(shí)，其加熱的溫度控制在足以熔化峰90a的上部120，但不熔化峰90的下部122。在圖4和圖5所示的主動(dòng)式液體輸送裝置中通常采用蓋層，而在這些圖中，蓋層沒有顯示出來。
可優(yōu)選采用平行通道(如圖5所示)，如上所述，也可考慮其它可供選用的通道圖案。圖6a和圖6b是可形成本發(fā)明液體輸送裝置中結(jié)構(gòu)化表面的其它可供選用的通道結(jié)構(gòu)的頂視圖。如圖6a所示，結(jié)構(gòu)化表面可有多個(gè)隔開的不平行的聚集通道130，用以提供液體的中間收集。這些聚集通道130連接到一單根隔開的通道132上，而隔開的通道132則連接到出口或除液孔(圖中沒有表示出來)。如圖6b所示，中心通道134連接到許多通道分支136上，通道分支136因類似的理由可被設(shè)計(jì)成復(fù)蓋一特定的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，只要能將許多隔開的通道從結(jié)構(gòu)化表面的一部分上第一點(diǎn)位置連通到第二點(diǎn)位置設(shè)置，通常可考慮采用任何圖案的通道。如同上述的實(shí)施方案，圖6a和圖6b所示的圖案化通道最好用蓋層復(fù)蓋，以便進(jìn)一步形成隔開的液體流動(dòng)通道，能將位能提供給基本上與相鄰?fù)ǖ罒o關(guān)的某個(gè)特定通道。
關(guān)于上述根據(jù)本發(fā)明所設(shè)想的任何通道，這些通道都由結(jié)構(gòu)化層的第一主表面上的結(jié)構(gòu)化表面形成在結(jié)構(gòu)化層內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的通道，其結(jié)構(gòu)都是隔開的，這樣就使得從周圍環(huán)境中收集液體的任何一個(gè)通道獨(dú)立于其它通道。每個(gè)通道的微結(jié)構(gòu)尺寸促使液體以大容量作液體的單相流動(dòng)。只要液體中沒有空氣夾入，就能顯著降低噪聲的發(fā)生，而且通過主動(dòng)式液體輸送裝置進(jìn)行輸送的液體上受到很小的應(yīng)力。
本發(fā)明微結(jié)構(gòu)化表面上一個(gè)個(gè)液體流動(dòng)通道基本上是隔開的，也就是在一個(gè)通道中液體的流動(dòng)與鄰近通道中的液體無關(guān)。通道互相之間獨(dú)立地接受位能，使液體沿著或通過一定的通道流動(dòng)。流入一個(gè)液體流動(dòng)通道的液體最好不會(huì)有明顯的量流入相鄰的通道，盡管在相鄰?fù)ǖ篱g可能有一些擴(kuò)散。重要的是有效地保持這些微通道的隔開特點(diǎn)，保證液體的有效輸送和保持所提供的這種通道的優(yōu)點(diǎn)。但是，在所有實(shí)施方案中的全部通道未必都是隔開的，有些通道可能是隔開的，同時(shí)另一些通道卻不是隔開的。此外，通道的“隔開”可能是一種例如由波動(dòng)的壓力引起的暫時(shí)的現(xiàn)象。
結(jié)構(gòu)化表面是形成隔開的液體流動(dòng)通道的微結(jié)構(gòu)化表面，其中每個(gè)通道的最小長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)度/水力學(xué)半徑)為10∶1，在某些實(shí)施方案中，長(zhǎng)徑比超過100∶1，在另一些實(shí)施方案中，長(zhǎng)徑比至少為1000∶1。在頂端，長(zhǎng)徑比可能無限大，但通常小于1000000∶1。通道的水力學(xué)半徑不超過300微米。在許多實(shí)施方案中，通道的水力學(xué)半徑小于100微米，也可小于10微米。雖然對(duì)于許多用途，水力學(xué)半徑通常是越小越好(水力學(xué)半徑可能是亞微米級(jí))，而對(duì)于大多數(shù)實(shí)施方案，水力學(xué)半徑通常不超過1微米。以下將作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，形成在上述這些參數(shù)內(nèi)的通道，可通過主動(dòng)式液體輸送裝置有效地輸送大容量的液體。
結(jié)構(gòu)化表面也可提供具有非常薄的剖面的結(jié)構(gòu)化表面。于是，所設(shè)想的主動(dòng)式液體輸送裝置中的結(jié)構(gòu)化聚合物層的厚度小于5000微米，也可能小于1500微米。為此，通道可由峰高大致為5～1200微米和峰間距約10～2000微米的峰來形成。
根據(jù)本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)化表面提供了其系統(tǒng)容量高度分配的液體流動(dòng)系統(tǒng)，也就是說，流經(jīng)這樣的液體流動(dòng)系統(tǒng)的液體容量是分配在大面積上的。微結(jié)構(gòu)通道密度從每厘米10條直至每厘米1000條(在通道寬度方向上測(cè)得)，這樣就能產(chǎn)生高流量的液體輸送。一般言之，當(dāng)采用如圖3a所示的匯流管時(shí)，和將匯流管置于在通道進(jìn)口和出口處相比，每單個(gè)通道的長(zhǎng)徑比至少增加400％，更好是至少增加900％。長(zhǎng)徑比的大幅增加，分配了位能效應(yīng)，從而有利于本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮。
用于本發(fā)明的合適的液體通道可以是任何合適的幾何形狀，通常是矩形截面的(典型高度為50～3000微米，寬度為50～3000微米)，或者V型截面的(其縱深為50～3000微米，其高度為50～3000微米)，V型通道的夾角通常為20～120度，優(yōu)選45度。目前優(yōu)選的結(jié)構(gòu)有嵌套的結(jié)構(gòu)，在嵌套結(jié)構(gòu)內(nèi)的主通道的高度為200微米，而在基底上每隔225微米重復(fù)出現(xiàn)三個(gè)相同間距的通道，每個(gè)通道深40微米。組合式通道也是可行的，通常優(yōu)選的是矩形通道內(nèi)又包含有更小的矩形或“V”型通道。
本發(fā)明液體輸送薄膜的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案是圖2i所示的一種可供選用的液體控制薄膜138。該薄膜138具有形成在兩峰140之間的寬通道139。許多較小的峰141位于兩個(gè)峰140的側(cè)壁142之間。于是，較小的峰141之間就形成了第二級(jí)通道143。較小峰141不如峰140高，如圖所示，形成了有一些較小通道143分布在其內(nèi)的第一級(jí)寬通道139。
相鄰峰140之間中心到中心的距離優(yōu)選約9密耳(在相鄰的峰140和峰141之間中心到中心距離約2.6密耳)。峰壁錐度約11E錐度。每個(gè)峰在其頂部形成橫向?qū)挾燃s1密耳的平頂。在峰140的基底，其寬度約2.5密耳。在較小峰141的基底，其寬度約1.3密耳。峰140的高度約7.8密耳，峰141的高度約1.6密耳。主體層即基礎(chǔ)層144承載著峰140和峰141，是由相同材料同時(shí)由擠出過程制成。圖2i的薄膜138由含1％TRITONTMX-35非離子型表面活性劑的Tenite聚乙烯18BOA(供應(yīng)商Eastman Chemical Corporation，Kingsport，TN)制成。第二主體層145被粘合(例如，通過共擠出)在基礎(chǔ)層144的底面上。第二主體層145優(yōu)選由PE Eastman Tenite聚乙烯18BOA制成(不含表面活性劑)。液體控制薄膜138的標(biāo)稱總高度是11密耳，基礎(chǔ)層144的高度約1密耳，第二主體層145的高度約2密耳。在另一個(gè)實(shí)施方案中，圖2i的液體控制薄膜138的總厚度(高度)是15密耳，這包括由所形成的成為更高的峰140提供的附加高度。此外，液體控制薄膜在底面上還可有個(gè)連接層。
如上所述，本發(fā)明的合適的液體控制薄膜的各部件層可以通過諸如擠塑、注塑、壓花、熱壓等加工方法制造。在壓花過程中，基底(例如熱塑性材料)發(fā)生形變或成形。該過程通常在高溫和可能在壓力下進(jìn)行?；撞牧献詈脧?fù)制或大致復(fù)制主模上的結(jié)構(gòu)化表面來制成。因?yàn)榇思庸し椒ㄖ频玫淖钶^小的結(jié)構(gòu)，而且有時(shí)在加工過程中需要重復(fù)許多次，因此被稱為微型復(fù)制。微型復(fù)制的合適方法描述在美國(guó)專利NO.5514120中。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及液體控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括液體控制薄膜(例如，微型復(fù)制的芯吸部件)，它通過毛細(xì)作用將液體從一個(gè)區(qū)域輸送到另一區(qū)域。液體控制薄膜的存在有利于地面可迅速處理(例如吸收)大量的溢流液、泄漏液，以及冷凝液，于是就防止了由有害的液體引起的對(duì)支撐梁的腐蝕。特別是本發(fā)明的液體控制薄膜部件起著將液體(如溢流液)從食品加工或飛機(jī)上廚房等區(qū)域除去的作用，能防止腐蝕(或者例如，為防止腐蝕，讓飛機(jī)上盥洗室的盥洗液流到收集器)。
本文結(jié)合例子敘述了本發(fā)明的液體輸送系統(tǒng)，并說明了本發(fā)明的某些特點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選的主動(dòng)式液體輸送實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括液體控制薄膜；膠粘劑層；用于固定的基底；蓋層；真空或位能發(fā)生器；以及液體收集部件。在一個(gè)優(yōu)選的被動(dòng)式液體輸送實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括液體控制薄膜；膠粘劑層；用于固定的基質(zhì)。這些系統(tǒng)的部件和其變型在本文中作了詳細(xì)討論，而且在所包括的例子中作了進(jìn)一步說明。雖然這些部件的具體組合可作為優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行揭示，但可以設(shè)想可將各個(gè)實(shí)施方案所揭示的特點(diǎn)結(jié)合起來，成為本申請(qǐng)發(fā)明專利范圍的目的。
在本發(fā)明的制品中也可以使用一種吸收材料，例如，用作貯槽收集從溢流區(qū)或泄漏區(qū)流出或除去的液體。本發(fā)明制品的優(yōu)點(diǎn)是具有各種不同的制品結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)可以體現(xiàn)吸收材料的表面積增大，從而有利于處理更大體積的液體。
合適的吸收材料包括纖維織物型材料，例如，機(jī)織物、非織造織物、編織物、縫編織物或吸收性泡沫材料。另一方面，吸收材料可以是吸收性聚合物，例如水解膠體或親水性聚合物(如超吸收性材料)。水解膠體(例如，淀粉、改性纖維素、明膠或其它蛋白質(zhì)、多糖等)或超吸收材料(例如，改性淀粉、丙烯酸酯、淀粉/丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺和其它乙烯基聚合物等)可以固定在基體(例如，常規(guī)的水解膠體敷料的疏水性基體)上，或者也可以是親水性凝膠基體的一部分(例如，用紫外線或電子束固化的丙烯酸酯)。吸收部件也可同時(shí)包含纖維織物和吸收性聚合物。吸收墊也可以包含抗菌劑。
為便于說明再參閱圖2a，層22包括結(jié)構(gòu)化表面24和基礎(chǔ)主體層26。層22可在其與結(jié)構(gòu)化表面24相背的面上還可有一個(gè)或多個(gè)附加的材料層(例如層26a和層26b)，或者這樣的附加層或其它材料可埋在主體層26內(nèi)。主體層26(可能其中還包括附加層或其它材料)構(gòu)成用于結(jié)構(gòu)化表面24的基底。用于本發(fā)明液體控制制品的合適的基底，包括本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的常規(guī)基底，例如包括非織造織物和機(jī)織物、編織物、薄膜、泡沫材料，以及其它熟知的基底材料。優(yōu)選的基底是薄的(例如，厚度小于1.25毫米，優(yōu)選小于0.05毫米)和有彈性的基底。這些類型的基底有助于確保其貼合性，以及使本發(fā)明液體輸送層緊密粘合到或粘合在凹凸不平的基底表面上。優(yōu)選的基底材料包括聚氨酯(例如，Estane)，聚醚聚酯(例如，Hytrel)，聚醚酰胺(例如，Pebax)，以及聚烯烴(例如，Engage，低密度聚乙烯)。另一種有用的基底其中還含有阻燃材料。多層法通過許多層(其中一層或幾層含有阻燃材料)的共擠出可用來形成微型復(fù)制薄膜。(例如由Kollaja等揭示的，PCT國(guó)際公開號(hào)NO.WO99/28128)，并保持其表面的親水性。
用于本發(fā)明液體輸送制品的合適的膠粘劑包括可對(duì)各種極性或非極性基底提供合適粘合性的任何種類膠粘劑。優(yōu)選的膠粘劑是壓敏性的，在某些實(shí)施方案中優(yōu)選抗吸水性的和不產(chǎn)生腐蝕的。合適的壓敏膠粘劑包括基于丙烯酸酯、聚氨酯、克拉頓(Kraton，這是Shell公司生產(chǎn)的丁苯嵌段聚合塑性塑料)和其它嵌段共聚物、有機(jī)硅的膠粘劑，還有橡膠基膠粘劑(包括天然橡膠、聚異戊二烯、聚異丁烯、丁基橡膠等)，以及上述這些膠粘劑的混合物。壓敏膠粘劑的組分可以有某些增粘劑、增塑劑、流變改性劑，以及活性組分(例如，抗菌劑)。在膠粘劑使用前，用可剝離的襯里保護(hù)膠粘劑的表面。
可用于本發(fā)明的膠粘劑組合物的優(yōu)選的壓敏膠粘劑，是施加在各種基底上的常規(guī)膠粘劑，例如，丙烯酸酯共聚物(揭示于美國(guó)專利NO.RE24906)，特別是丙烯酸異辛酯和丙烯酰胺按97∶3的共聚物。也可優(yōu)選丙烯酸2-乙基己酯和丙烯酸異冰片酯按65∶35的共聚物，用于此目的的適用膠粘劑揭示在美國(guó)專利NO.5804610和NO.5932298中。另一種適用的膠粘劑可以是阻燃性膠粘劑。也可設(shè)想使用含有抗菌劑的膠粘劑，該膠粘劑揭示在美國(guó)專利NO.430509和4323557中。
結(jié)構(gòu)化表面也可以形成在膠粘劑層上，在這種情況下，所述膠粘劑必需由具有液體芯吸圖案的鏡像的微型復(fù)制襯里所承載，或者所述膠粘劑必需有充分的屈服應(yīng)力和/或抗蠕變性，能防止在貯存期間圖案的流失。通過膠粘劑的稍微交聯(lián)(例如，采用共價(jià)的和/或離子型交聯(lián)劑，或通過提供充分的氫鍵)可以非常方便地實(shí)現(xiàn)屈服應(yīng)力的增加。也已知膠粘劑層可用相同的方法使其不連續(xù)，從而使其容易施加而不起泡。適用于本發(fā)明膠粘劑組合物的襯里可由牛皮紙、聚乙烯、聚丙烯、聚酯及其復(fù)合物構(gòu)成。
最好在襯里上用隔離劑涂布，隔離劑例如是含氟化合物或有機(jī)硅。例如，美國(guó)專利NO.4472480揭示了具有低表面能的含氟化合物襯里。優(yōu)選的襯里是用有機(jī)硅隔離劑涂布的紙、聚烯烴薄膜、或聚酯薄膜。市場(chǎng)上可購(gòu)得的用有機(jī)硅隔離劑涂布的紙，例如有POLYSLIKTM[供應(yīng)商James River Co.，H.P.Smith Division(BedfordPark，IL.)]，以及由供應(yīng)商Daubert Chemical Co.(Dixon，IL.)提供的用有機(jī)硅隔離劑涂布的紙。更優(yōu)選的襯里是由Daubert提供的1-60BKG-157紙襯里，這是一種具有水基有機(jī)硅隔離劑表面的優(yōu)質(zhì)壓延牛皮紙。
本發(fā)明的各種改進(jìn)和變更對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的行家是顯而易見的，只要不脫離本發(fā)明的范圍和精神。本發(fā)明的液體輸送裝置可用于許多工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域。不帶有蓋層(直接暴露于周圍環(huán)境中)的結(jié)構(gòu)化表面特別適合于蒸發(fā)冷凝液的收集，以及大容量液體的收集和除去的用途上。帶有蓋層的液體輸送裝置被認(rèn)為特別適合于收集和控制地面上溢流液的用途，就能防止對(duì)地下結(jié)構(gòu)的腐蝕。對(duì)于本發(fā)明的進(jìn)一步具體用途和其結(jié)構(gòu)將在以下實(shí)施方案中進(jìn)行說明。
實(shí)施例組I——主動(dòng)式輸送示例實(shí)施例1——用于收集，輸送和除去液體的一個(gè)液體除去系統(tǒng)，它由附著在基底上的未結(jié)構(gòu)化平坦薄膜形成。施加位能來增強(qiáng)液體在薄膜上流動(dòng)，在平坦的薄膜材料上面復(fù)蓋著蓋層。如圖7a和7b所示，平坦的未結(jié)構(gòu)化薄膜由平坦的聚乙烯薄膜150形成，它用雙面壓敏膠粘劑附著在基底152上，并用油氈制的蓋層154復(fù)蓋其上(此蓋層154不是附著在薄膜150上，只是復(fù)蓋在薄膜150上)。通過真空系統(tǒng)156抽真空(6英寸汞柱)的方法提供位能，該真空系統(tǒng)156包括孔158、導(dǎo)管160、收集貯槽162、以及真空泵164。真空促使在薄膜150下面的區(qū)域連續(xù)脫水，這就有助于收集該區(qū)域溢流的液體。進(jìn)行試驗(yàn)的區(qū)域大致為18英寸×36英寸，它有被排成二列的10個(gè)排水口或孔158，每列中間距約2英寸。每個(gè)孔158的直徑為0.25英寸，導(dǎo)管160的內(nèi)徑為0.375英寸。根據(jù)所施加的真空位能的強(qiáng)度，可使孔間距和孔的尺寸制成最大。
圖7a和圖7b系統(tǒng)的測(cè)試是將薄膜150水平放置，然后再其上面傾灑200毫升含有紅色食品色素的水來進(jìn)行的，該系統(tǒng)(包括基底152、薄膜150和蓋層154)是模擬飛機(jī)上的地面組合件，將該系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)傾斜到一邊(如154a這一邊)，這是模擬飛機(jī)登陸或起飛期時(shí)其地面的取向。在油氈制的蓋層154中沒有孔，所以置于蓋層上的水經(jīng)蓋層邊緣流到蓋層下面，在10分鐘期間，在液體貯槽162內(nèi)收集了150毫升水(即75％的液體除去率和收集率)。
實(shí)施例2——用于收集、輸送和除去液體的一個(gè)液體除去系統(tǒng)，它由附著在基底上的液體輸送帶形成。對(duì)該系統(tǒng)在飛機(jī)上，特別是用于裝在飛機(jī)機(jī)倉(cāng)內(nèi)的廚房和盥洗室上的用途(例如作底層地板)進(jìn)行評(píng)估，實(shí)施例2的測(cè)試裝置和實(shí)施例1相同，所不同的是用液體控制薄膜代替平坦的聚乙烯薄膜150。液體輸送帶具有結(jié)構(gòu)化表面，它是由圖2i所示的薄膜138的材料和結(jié)構(gòu)所形成。施加位能于液體輸送帶上，增強(qiáng)液體的流動(dòng)，有合適的蓋層置于微結(jié)構(gòu)化表面上。用壓敏膠粘劑將此液體輸送帶附著在客機(jī)的水平地面基底上。膠粘劑是65∶35比例的丙烯酸-2-乙基己酯(EHA)和丙烯酸異冰片酯(IBOA)，涂布的層厚約2密耳。合適的蓋還是油氈制的蓋層(與液體輸送帶不粘合)。配置了地面排水口或孔，并抽真空(6英寸汞柱)。真空促使在油氈層或下面的區(qū)域連續(xù)脫水，這樣有利于收集該區(qū)域溢流的液體。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)試示于圖8a和圖8b。
用壓敏膠粘劑將液體輸送帶170附著到地面基底172上，再用蓋174蓋上。液體除去系統(tǒng)176在液體輸送帶170和基底172上具有孔178，這些孔178和導(dǎo)管180相連，而導(dǎo)管180連接到液體貯槽182和真空泵184上。液體輸送帶170的結(jié)構(gòu)化表面包括許多凹槽或通道175(圖8b)，至少有一些通道175與孔178相連呈液體連通。
對(duì)實(shí)施例2的此系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試將其水平放置，在該系統(tǒng)上傾灑200毫升的紅色水。將該系統(tǒng)再短時(shí)間傾斜到一邊(例如，向174a這一邊傾斜)，10分鐘期間，在液體貯槽182內(nèi)收集了170毫升的水(85％的除去率和收集率)。
實(shí)施例3——通過在微結(jié)構(gòu)化薄膜的上部并垂直于其中的通道放置吸收帶，來對(duì)圖8a和圖8b所示的液體除去系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。該系統(tǒng)在改進(jìn)前示于圖8a，改進(jìn)后示于圖9，吸收帶185被置于微結(jié)構(gòu)化薄膜170(在蓋層174的下面)的上部，并和通道175正交。吸收帶185連接著孔178，能讓液體從相鄰的一些通道175流向孔。每個(gè)吸收帶的尺寸大致為0.5英寸×16英寸，在本實(shí)施例中用來對(duì)孔連接的吸收帶子料是紙織物，例如，可從市場(chǎng)上購(gòu)得的商品WYPALL(供應(yīng)商是Kimberly-ClarkCorporation，Irving，TX，)。然而，吸收帶可由其它的紙制品、織物、多孔性濾紙、海綿、紡粘型織物、非織造織物或其它類似材料(即，任何材料都應(yīng)有充分小的孔隙，能起芯吸液體的毛細(xì)作用)。
將圖9系統(tǒng)水平放置，在該系統(tǒng)上傾灑170毫升的紅色水來測(cè)試該系統(tǒng)除去液體的效能，10分鐘期間，在液體貯槽182內(nèi)收集了155毫升水(91％的除去率和收集率)。
實(shí)施例4——再次對(duì)圖8a所示的一個(gè)液體除去系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，所不同的是在液體輸送帶的結(jié)構(gòu)化表面形成后，再在其上面壓花，形成一些交叉通道。交叉通道用厚0.1875英寸的加熱金屬板的邊緣來形成(結(jié)果形成寬度約0.125英寸的交叉通道)，但加熱的金屬絲、熱刀或一些其它工具也可以滿足熔化或壓花結(jié)構(gòu)化表面170中交叉通道187(圖10)的需要。在液體輸送帶170被附著在基底172上后，再形成交叉通道187。如圖10所示，交叉通道187沿著垂直于液體輸送薄膜的通道175的方向延伸。交叉通道187的作用是將液體從鄰近于每個(gè)孔178的通道175引入到孔178中。
實(shí)施例4液體除去系統(tǒng)(圖10)的測(cè)試，是將其水平放置，在該系統(tǒng)上傾灑200毫升的紅色水，短時(shí)間傾斜，10分鐘期間，在液體貯槽182內(nèi)收集了190毫升的水(95％的除去率和收集率)。
通過實(shí)施例1～4的除去率和收集率的比較證實(shí)，提供了與通道相連的孔，然后形成了交叉通道，對(duì)水平表面上的水的除去率和收集率明顯增加。微型復(fù)制的通道捕集了水，并提供了將水通向交叉通道的工具，該交叉通道則將水流導(dǎo)向孔。上述實(shí)施例進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果證實(shí)了在所有其它條件相同的前提下，最后壓花出交叉通道，對(duì)收集和除去溢流是非常有效的。
實(shí)施例5——用來收集、輸送和除去液體的液體除去系統(tǒng)(另一種模擬的地面系統(tǒng))，通過將液體輸送帶190(圖11)附著到基底(圖中未表示)上來形成。帶190和實(shí)施例2中的帶170相同，但其中沒有孔，并同樣地附著在基底上。一種合適的蓋層194(即油氈層)再覆蓋在液體輸送帶190上。在本實(shí)施例中，液體輸送帶190上沒有通過的孔。而是沿著液體輸送帶190的一邊裝著一條排水匯流管195，(與帶上的通道175相連，能使液體在其中流動(dòng))，進(jìn)行抽真空(箭頭197所指方向)。真空使得在油氈層(蓋層194)下面的區(qū)域連續(xù)脫水，從而收集溢流的液體。
雖然用實(shí)施例5的液體除去系統(tǒng)進(jìn)行溢流測(cè)試時(shí)，沒有收集到定量的數(shù)據(jù)，但是，觀察到溢流的液體在蓋層下面被抽向排水匯流管進(jìn)行了液體的流動(dòng)和收集。
組II——被動(dòng)式輸送示例對(duì)附著在基底上的液體輸送薄膜用來收集、輸送和除去液體的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。被評(píng)價(jià)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成用于膝上型計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)具體裝置在計(jì)算機(jī)鍵盤的下面，用以保護(hù)計(jì)算機(jī)的硬件免受液體的溢流和污染。該系統(tǒng)的側(cè)視圖示于圖12a。金屬的鍵盤支承板202有一個(gè)頂面和許多由底面延伸下來的支柱204。支柱204再置于基底或計(jì)算機(jī)外殼205上。薄的聚酯板206在整個(gè)金屬板202的頂面上，延伸于金屬板202和鍵盤208底面之間。
用吸水紙巾對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行溢流試驗(yàn)作出評(píng)價(jià)。中心紙巾組合件(例如紙巾組合件210)被置于基底205和金屬板之間。邊上紙巾組合件212和214對(duì)準(zhǔn)基底205上金屬板202的兩端。圖12b是該系統(tǒng)裝置從鍵盤208的頂面216觀察的頂視圖。頂面216形成了液體溢流的液滴區(qū)(在鍵盤208的下面，聚合物片206同樣有用來收集來自鍵盤208的液體的液滴區(qū)和受液區(qū)，而且在相鄰于聚合物征206的一端或二端形成了除液區(qū))。
實(shí)施例6——在實(shí)施例6中，聚酯片206是平坦的未結(jié)構(gòu)化的聚酯板，位于鍵盤206的底面和金屬板202的頂面之間。聚酯片有幾個(gè)預(yù)沖的孔，用來安裝將鍵盤208固定到金屬支承板202上的連接螺絲。
實(shí)施例7——在實(shí)施例7中，聚合物片206是在其上表面具有結(jié)構(gòu)化表面的液體輸送薄膜。該液體輸送薄膜就是實(shí)施例2(如圖2i所示)的液體輸送帶，它具有在鍵盤208下面沿著縱向延伸的通道。液體輸送薄膜也有穿過它的預(yù)沖的孔，用來安裝將鍵盤208固定到金屬支承板202上的連接螺絲。
實(shí)施例8——在實(shí)施例8中，用作聚合物片206的液體輸送薄膜和實(shí)施例7中的相同，所不同的是在液體輸送薄膜上沒有任何預(yù)沖的或切入其內(nèi)的孔。用來將鍵盤208固定到金屬板202上的螺絲直接擰緊在聚合物片206內(nèi)，結(jié)果使這些螺絲周圍有很好的密封。
溢流試驗(yàn)為評(píng)價(jià)實(shí)施例6，7和8的液體除去系統(tǒng)的效果，進(jìn)行了溢流試驗(yàn)。1盎司(約30毫升)含有紅色食品色素的水放置在鍵盤的“G”鍵上，并使它靜置2分鐘。對(duì)鍵盤208的中排的鍵施壓，使鍵盤208傾斜和輕微搖動(dòng)。然后進(jìn)行觀察，并記錄下在鍵盤的邊緣和下面所吸收的液體量。紙巾210，212和214用作測(cè)定流入水向何處溢流的工具。在實(shí)際商業(yè)用途中，并不使用這些紙巾。然而，某種類型的收集裝置可用于計(jì)算機(jī)鍵盤的用途中，例如，某些類型的貯槽、吸收劑或其它起液體收集作用的裝置此外，收集到的液體可被輸送到計(jì)算機(jī)的邊緣，讓其被吸收或流出計(jì)算機(jī)外殼。
在實(shí)施例6的溢流試驗(yàn)中，大部分的水收集在鍵盤208和金屬板202的下面。當(dāng)鍵盤208傾斜時(shí)，水從鍵盤208的前面和后面傾出。在聚酯薄膜206的頂面和底面上發(fā)現(xiàn)了水，而且也在金屬板202的頂面上發(fā)現(xiàn)了水。
在實(shí)施例7的溢流試驗(yàn)中，水收集在鍵盤208和金屬板202的側(cè)面和下面。因?yàn)樗惠斔偷奖∧?06中作為螺絲用的間隙的孔里，所以也可在金屬板202的下面收集水。當(dāng)鍵盤傾斜時(shí)，水不從鍵盤208的前面或后面傾出。在薄膜206的上面和底面發(fā)現(xiàn)有水，而且在金屬板202的上表面也發(fā)現(xiàn)有水。
在實(shí)施例8溢流試驗(yàn)中，大部分水收集在鍵盤208的后面，當(dāng)鍵盤208傾斜時(shí)，水不從鍵盤208的前面和后面傾出。只在微結(jié)構(gòu)化薄膜206的上面發(fā)現(xiàn)有水。而在金屬板的上面沒有發(fā)現(xiàn)水(估計(jì)這是由于在螺絲周圍沒有預(yù)沖孔，因此在螺絲周圍的密封很有效)。
上述這些溢流試驗(yàn)的結(jié)果列于以下表1中。表1所列的數(shù)值表示從指出的各種來源收集的水量(重量)。
表1 在被動(dòng)式輸送實(shí)施例的溢流試驗(yàn)中所收集的水(重量，克)

在實(shí)施例6，7和8的液體收集裝置中，沒有蓋層(雖然多孔的蓋層或?yàn)V層可用于膝上型計(jì)算機(jī)的用途，例如附著在結(jié)構(gòu)化表面的非織造布多孔濾層)。通過溢流試驗(yàn)的觀察和數(shù)據(jù)證實(shí)使用微型復(fù)制的結(jié)構(gòu)化表面收集和除去水，可以明顯減少鄰近的部件與水接觸。在實(shí)施例8的溢流試驗(yàn)中，其中微結(jié)構(gòu)化薄膜沒有預(yù)沖的孔，在金屬板的上面沒有發(fā)現(xiàn)水，這意味沒有水流過微結(jié)構(gòu)化表面—水全部在其上面被收集并改變了流動(dòng)方向。在本發(fā)明組合件的商業(yè)用途中，微結(jié)構(gòu)化薄膜優(yōu)選用壓敏膠粘劑固定在支承基底上。
組III——使用微結(jié)構(gòu)化材料增強(qiáng)蒸發(fā)功能在評(píng)價(jià)本發(fā)明液體輸送帶的另一個(gè)試驗(yàn)中，建立了一個(gè)環(huán)境試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)定由于蒸發(fā)引起的在帶的結(jié)構(gòu)化表面上水的重量損失。該試驗(yàn)系統(tǒng)的主要部件示于圖13。所述的主要組部包括環(huán)境控制箱225，有斜坡面的貯槽230，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(圖中未顯示)。
控制箱225是個(gè)五面結(jié)構(gòu)的箱(底開口的箱)，由透明的聚碳酸酯塑料[商品名萊克桑(Lexan)]制成，其尺寸為76厘米寬×122厘米長(zhǎng)×41厘米高。箱有兩個(gè)端面232和234，兩個(gè)側(cè)面236和238，以及頂面240。這些面沿著它們相接的棱邊一起密封。在側(cè)面236中開了個(gè)干燥空氣的進(jìn)口孔242，進(jìn)口孔242離箱底為20厘米，離端面232為5厘米。也在側(cè)面238中開了個(gè)空氣出口孔244，出口孔244相對(duì)于端面234也是同樣的位置(即，離箱底為20厘米，離端面234為5厘米)。將實(shí)驗(yàn)室空氣供應(yīng)源連接于干燥柱，然后用導(dǎo)管將干燥柱連接到箱225，使干燥空氣經(jīng)由進(jìn)口孔242以2立方英尺/秒的流量供應(yīng)給箱225。出口孔244保持在環(huán)境壓力下，讓空氣從箱225向外流動(dòng)。
試驗(yàn)系統(tǒng)中所形成的液體貯槽230，它設(shè)有兩個(gè)在離開方向上向上傾斜的試驗(yàn)臺(tái)板246和248。這兩個(gè)試驗(yàn)臺(tái)板和液體貯槽的其它部分由GILLFLOOR4017T輕量航空地板的面板(供應(yīng)商M.C.Gill Corporation，EL Monte，CA.)制成。臺(tái)板246和248是光滑而平坦的，它由端面板250和252，以及側(cè)面板254和256所支承。中央有個(gè)側(cè)面板258橫跨著“V”型凹槽，將液體貯槽分成兩個(gè)并排的鏡象貯槽230a和230b。液體貯槽230的尺寸為76厘米長(zhǎng)×44厘米寬，兩個(gè)臺(tái)板246和248相對(duì)于水平面的傾斜度為11E，其靠近中央面板260的高度為8厘米，而靠近端面板250和252的高度為零。在每個(gè)蒸發(fā)試驗(yàn)開始時(shí)，將室溫水傾倒到兩個(gè)貯槽230a和230b中，測(cè)出水的容量為100厘米3，兩個(gè)并排的貯槽中各為50厘米3。所成形的液體貯槽230模擬在飛機(jī)機(jī)翼腔內(nèi)的部件，該部件容易受到由無意識(shí)收集的液體所引起的腐蝕，這是由于它們協(xié)同的和傾斜的幾何形狀(部分形成了V型貯槽)造成的。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以具有RS-232串行接口的Ohaus GT4800質(zhì)量衡算為基礎(chǔ)的。質(zhì)量衡算經(jīng)由串行口連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)上。將常規(guī)的Visual Basic application來周期性查詢質(zhì)量衡算并記錄計(jì)算機(jī)上的讀數(shù)。當(dāng)液體貯槽置于其上時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行配衡，然后加水，并記錄下質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果，直至水份完全蒸發(fā)為止。在控制箱內(nèi)放了一個(gè)小型的手持濕度和溫度監(jiān)控裝置，用來獲得在實(shí)驗(yàn)期間條件的數(shù)值。
實(shí)施例9——在實(shí)施例9中，記錄下在液體貯槽230中水的質(zhì)量損失與時(shí)間關(guān)系的曲線，該貯槽230置于控制箱225內(nèi)，開始記錄時(shí)貯槽內(nèi)液體的初始體積為100毫升。將液體輸送帶置于寬度方向上的中央，并沿著臺(tái)板246和248使其從一端向下鋪到每個(gè)臺(tái)板的中間，從中央面板262鋪到每個(gè)臺(tái)板的相應(yīng)端面板，就這樣將將液體輸送帶的各個(gè)表面面積施加在液體貯槽中。液體輸送帶選用的寬度為0(沒有薄膜)，5英寸，10英寸和15英寸。液體輸送薄膜的組合物和形貌對(duì)這些試驗(yàn)操作中每一個(gè)都是相同的，而且也和用于實(shí)施例2(圖2i)的相同。用來將薄膜附著在試驗(yàn)臺(tái)板上的壓敏膠粘劑也和實(shí)施例2所用的相同。
表2列出3對(duì)各種不同的薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行每個(gè)試驗(yàn)所測(cè)得的蒸發(fā)速率(克/分)，以及起始時(shí)和最終時(shí)的溫度和濕度。記錄下對(duì)每種薄膜結(jié)構(gòu)的實(shí)際質(zhì)量損失，并示于圖14中，圖14是實(shí)際測(cè)得的蒸發(fā)速率曲線圖(蒸發(fā)速率是以液體隨著時(shí)間的重量損失的形式表示)。
表2 在受控的環(huán)境中對(duì)各種寬度的薄膜所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)施例10——在實(shí)施例10中，記錄下在液體貯槽230(但不使用控制箱225)中水的質(zhì)量損失與時(shí)間關(guān)系的曲線。換句話說，是在實(shí)驗(yàn)室敞開的大氣環(huán)境下對(duì)液體貯槽進(jìn)行試驗(yàn)。如以上實(shí)施例9所述，將100毫升起始體積的液體加入液體貯槽23中。在無薄膜(薄膜寬度為零)和薄膜寬度為15英寸的條件下測(cè)出其蒸發(fā)速率。由于環(huán)境的溫度和濕度不能控制，所以不記錄溫度和濕度條件，但是要在同一天對(duì)這二種薄膜情況(即無薄膜和使用寬15英寸的薄膜)進(jìn)行試驗(yàn)，以盡量縮小其顯著差異。圖15所示是所采集到的液體隨著時(shí)間的重量損失的數(shù)據(jù)。在無薄膜條件下的蒸發(fā)速率為0.041克/分，而用15英寸寬結(jié)構(gòu)化表面的薄膜，其蒸發(fā)速率為0.24克/分。這些試驗(yàn)證實(shí)使用本發(fā)明的被動(dòng)式液體輸送帶可明顯提高蒸發(fā)速率?？梢哉J(rèn)為，由于在具有通道的結(jié)構(gòu)化表面上與周圍大氣接觸的液體表面積明顯增加，因此導(dǎo)致蒸發(fā)速率也明顯增加。當(dāng)然，從微結(jié)構(gòu)化薄膜表面蒸發(fā)的液體可以是水(如上述實(shí)施例所述)，但也可根據(jù)用途要求為其它種類的液體。例如，液體可以是墨水或潤(rùn)滑劑，也可以是香水或燃料液，或者是上述這些類型的液體的混合物。
圖16a和圖16b說明液體流過具有許多平行通道的結(jié)構(gòu)化表面的效果，具體是說明在將液體置于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化表面上時(shí)，所獲得的外露于大氣的液體表面積的增加。
在其上面形成有許多通道252的結(jié)構(gòu)化表面上，加入液體。在此說明性例子中，結(jié)構(gòu)化表面有類似于圖2a的形貌，它具有交替的峰254和谷256。液體260被加到結(jié)構(gòu)化表面250上。所形成的通道252沿著每個(gè)通道能自動(dòng)芯吸液體，將液體收集在其內(nèi)，結(jié)果增加了液體在X方向上的空間分布。當(dāng)液體260充滿每個(gè)通道252時(shí)，在每個(gè)通道252的脊之間，在Y方向上液體的空間分布也增加，并且改變了在每個(gè)通道252內(nèi)液體260在Z方向的彎月液面高度(如圖16b所示)。靠近每個(gè)脊的液體，其暴露表面262更大。上述三維方向上的這些效應(yīng)都起著增加液體260的暴露的蒸發(fā)有效表面積的作用，也具有增加液體從結(jié)構(gòu)化表面250上蒸發(fā)的蒸發(fā)速率的功效。從試驗(yàn)結(jié)果可知，通過表面上液體“潤(rùn)濕”的擴(kuò)大(這是液體沿著微結(jié)構(gòu)化通道進(jìn)行自動(dòng)芯吸引起的)，以及通過每個(gè)通道中液體彎月液面的進(jìn)一步擴(kuò)大，使蒸發(fā)速率明顯增加。最終的結(jié)果是液體以很大的表面積暴露于周圍環(huán)境氣氛的條件下。通入空氣流，使其流過液體260和結(jié)構(gòu)化表面250的上部，可進(jìn)一步增加蒸發(fā)速率。
雖然沒有進(jìn)行關(guān)于上所述的具體試驗(yàn)，本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)薄膜表面在冷凝的用途上(從周圍環(huán)境中收集水份，這與向周圍環(huán)境釋放水份的蒸發(fā)剛好相反)也是很有效的。上述二種現(xiàn)象都包括了熱能部件的使用。為了產(chǎn)生冷凝，要使微結(jié)構(gòu)化薄膜表面上的受液區(qū)溫度比周圍環(huán)境溫度低得多，從而使液體冷凝在通道上。一旦液體發(fā)生冷凝后，通道就起著控制液體流動(dòng)和改變所收集液體流動(dòng)方向的作用，使其流到合適的除液區(qū)供收集或進(jìn)一步處理之用。
組IV——用聚合物微結(jié)構(gòu)化薄膜組件增強(qiáng)傳熱和傳質(zhì)值得注意的是，本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)化表面可用來加強(qiáng)蒸發(fā)過程和冷凝過程中的傳質(zhì)。這些實(shí)施例說明通過使用微結(jié)構(gòu)化表面薄膜組合件是如何增強(qiáng)蒸發(fā)速率的，這和在主動(dòng)液體流動(dòng)和表面上還有施加的流動(dòng)空氣情況下使用非結(jié)構(gòu)化材料剛好相反。液體輸送薄膜可通過任何方式供液體流動(dòng)之用，包括在支撐結(jié)構(gòu)或任何自支承組件上。由此產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)包括蒸發(fā)冷卻效應(yīng)，增濕，蒸發(fā)，以及在氣流中發(fā)生冷凝進(jìn)行組分的去除。
在蒸發(fā)冷卻中，已有許多方法用來通過蒸發(fā)有效地使水冷卻。蒸發(fā)冷卻的主要工業(yè)用途是使空氣和水接觸來冷卻大量水，因?yàn)樵S多工藝過程需要用冷卻液，它的溫度要低于可用的表面水的通常夏季溫度。用噴淋池能冷卻較少量的水，而大量水(高達(dá)100000加侖/分)用冷卻塔冷卻。在冷卻塔內(nèi)，水呈階流式向下流過填料疊板(fill Pack)。填料疊板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成起阻擋水流直接降落，而是通?？蓪⑺兂伤?，增加水和周圍氣體的接觸表面積的作用。在填料疊板內(nèi)有開口通道，使得空氣能在水的暴露表面上流過?？諝獾牧鲃?dòng)方向可以是與水流方向交叉的、向上并與水流方向相反的，或者采用把這二種流動(dòng)方向組合起來的方式。填料疊板由木板條，薄板，具有蜂窩結(jié)構(gòu)的塑料制成，它用來擴(kuò)大空氣/液體的接觸面，從而提高二者間的傳質(zhì)速率，并盡量減少液體被夾帶入空氣流中的量。在蒸發(fā)器中，使用真空和薄板來增加蒸發(fā)速率。在某些蒸發(fā)系統(tǒng)中，將液體噴射，以在將液體和氣體分隔開的界面上形成更大的氣液接觸界面積。氣/液接觸裝置(包括蒸發(fā)冷卻器、增濕器、熱交換器等)，其現(xiàn)有裝置的例子揭示在美國(guó)專利NO.3792841，NO.3395903，NO.3500615，NO.5055239和NO.5811035中。
在本發(fā)明中，氣/液接觸界面的增加是基于微型復(fù)制薄膜表面的潤(rùn)濕的，由于增加了表面接觸(即增加了結(jié)構(gòu)和液體間的接觸面積)，使得夾帶入氣流中的液相降至最低限度。實(shí)驗(yàn)顯示在某些情況下，與無微結(jié)構(gòu)化表面相比，傳質(zhì)可提高100％，并且固/液接觸面的增加提供了液體接觸的增加，從而使液體可能被夾帶入空氣中的現(xiàn)象減少。在其它應(yīng)用中(例如增濕)，泡沫材料和纖維狀結(jié)構(gòu)物(如折疊紙)常被用作液體支承表面。在這些應(yīng)用中，非揮發(fā)組分通常結(jié)垢聚集在表面上，這樣會(huì)引起微生物的成長(zhǎng)繁殖，并降低了增濕功能。采用本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)化薄膜，這樣形成的結(jié)垢物很容易清理除去。至于如海藻和/或細(xì)菌之類的生長(zhǎng)繁殖，可在薄膜材料中加入抗菌劑，能防止微生物的生長(zhǎng)繁殖。
在所夾帶的霧沫被聚并的情況下，本發(fā)明提供了一種方法，該法使液體和微結(jié)構(gòu)化的大表面積的介質(zhì)碰撞，從而使液滴要比接觸光滑表面更有效地接觸表面。沿著微結(jié)構(gòu)化介質(zhì)表面的芯吸作用促使了液體流動(dòng)，并不阻礙液體流過冷凝液收集裝置，從而使穿過介質(zhì)的壓降盡量小，以及有效地引導(dǎo)水以所要求的方式流到所要求的位置。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，本發(fā)明所提供的一個(gè)組合件用來提示在表面上流動(dòng)的液體的蒸發(fā)速率，該表面包括具有第一和第二表面的薄膜，以及引起液體在所述薄膜的第一表面上流動(dòng)的裝置。第一表面是具有通道的聚合物微結(jié)構(gòu)化表面，它適合用來承載在其上流動(dòng)的液體。通道通常是由相互間隔開的伸出物(其間具有谷)所形成的，這樣就可通過改變?cè)诿總€(gè)通道內(nèi)流動(dòng)的液體的彎月面高度使第一表面上液體蒸發(fā)有效的暴露表面面積增加。引起液體流動(dòng)的裝置可包括任何合適的位能發(fā)生結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)，例如，泵、壓差、重力等，或者是其組合。
在下列的一些實(shí)施例中，液體輸送薄膜上的通道是平行的，并按液體流動(dòng)的方向取向。然而，未必總是需要如此。相對(duì)的通道和液體流動(dòng)的取向，可以有更多其他的選擇，包括通道相對(duì)于液體流動(dòng)的垂直方向延伸，或通道偏離液體流動(dòng)的方向，以及在微型復(fù)制表面上進(jìn)一步提供更多凸出體的可能性，來增加接觸界面的表面積。
本組試驗(yàn)是用圖17a所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定蒸發(fā)速率和冷卻速率，該實(shí)驗(yàn)裝置包括45E傾斜度的平面基底280?；?80有平面型上表面282，以及上端284和下端286。聚乙烯薄膜層290置于基底280的上表面282上。在這些實(shí)驗(yàn)中，聚乙烯層290不附著于上表面282上，而是就將它復(fù)蓋在上表面282上。水源292有個(gè)導(dǎo)管294，它將在基底280的頂端284附近水引導(dǎo)到薄膜290上。水295沿薄膜290向下流動(dòng)，被收集在靠近底端286的收集壩內(nèi)(圖中未顯示)，然后從收集壩溢出流到收集貯槽296內(nèi)。每個(gè)例子中的薄膜290的寬度為4英寸，在薄膜的頂部測(cè)定水的溫度，然后再測(cè)定薄膜底部的水的溫度。在薄膜290的微結(jié)構(gòu)化表面上的空氣流是由標(biāo)準(zhǔn)的罩式電風(fēng)扇298提供的，罩式電風(fēng)扇298置于靠近基底280的底端286處。如圖所示，來自電風(fēng)扇298的空氣流導(dǎo)入的方向與薄膜290上面水流的方向相反。由電風(fēng)扇298提供的空氣流速通過限制電風(fēng)扇的風(fēng)的輸入口大小來加以控制，并用靠近于薄膜290表面的熱線風(fēng)速計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
本實(shí)驗(yàn)用此系統(tǒng)來評(píng)價(jià)空氣流速效應(yīng)、水流流量和薄膜表面的微觀形貌。測(cè)得的數(shù)據(jù)是在薄膜頂部和薄膜底部間的水溫差，此水溫的降低是蒸發(fā)速率的函數(shù)，并與水的潛熱關(guān)連?？諝馐菢?biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣，通常為70EF和50％的相對(duì)濕度。
對(duì)下列5種材料進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例12——平滑的聚乙烯薄膜，其中含有0.5％(重量)TRITONTMX-100添加劑。
實(shí)施例13——具有微結(jié)構(gòu)化通道表面的聚乙烯薄膜，其上面的通道為直線型。該聚乙烯薄膜含0.5％(重量)TRITONTMX-100添加劑。用來制造薄膜的微結(jié)構(gòu)化表面的有圖案的模具有個(gè)形成的圖案面，有來形成具有45度槽角，20密耳深的通道(如圖176所示)這些。通道沿著由基底280形成的斜面向下延伸排列。
實(shí)施例14——具有微結(jié)構(gòu)化通道表面的聚乙烯薄膜，其上面的通道為直線型。該聚乙烯薄膜含0.5％(重量)TRITONTMX-100添加劑。用來制造薄膜的微結(jié)構(gòu)化表面的有圖案的模具有個(gè)形成的圖案面，用來形成具有80度槽角，10密耳深的通道。這些通道沿著由基底280形成的的斜面向下延伸排列。
實(shí)施例15——具有微結(jié)構(gòu)化通道表面的聚乙烯薄膜，其上面的通道為直線型。該聚乙烯薄膜含0.5％(重量)TRITONTMX-100添加劑。用來制造薄膜的微結(jié)構(gòu)化表面的有圖案的模具有個(gè)形成的圖案面，用來形成8密耳深的具有嵌套式矩形通道的通道。從截面圖觀察，薄膜具有如圖18所示的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)較大的矩形主通道的基底上有四個(gè)較小的矩形通道(這種結(jié)構(gòu)和美國(guó)專利NO.5728446的表1中所列的圖案5的結(jié)構(gòu)相同)。此薄膜的微結(jié)構(gòu)化聚合物表面的相對(duì)尺寸和角度如下第一級(jí)凹槽的角寬331＝10E，第一級(jí)凹槽的間距332＝229微米，第一級(jí)凹槽深度333＝203微米，凹槽夾角334(見圖18a)＝95E，第二級(jí)凹槽的角寬335＝10E，第二級(jí)凹槽的間距336＝50微米，第二級(jí)凹槽深度337＝41，第一級(jí)峰的頂部寬338＝29微米，第二級(jí)峰的頂部寬339＝29微米，第一級(jí)凹槽的基底寬340＝163微米，第二級(jí)凹槽的基底寬341＝13微米，第一級(jí)凹槽壁的角寬342＝10E。這些通道被沿著由基底280形成的斜面向下延伸排列。
實(shí)施例16——具有微結(jié)構(gòu)化通道表面的聚乙烯薄膜，其上面的通道為直線型。該聚乙烯薄膜含0.5％(重量)TRITONTMX-100添加劑。用來制造薄膜的微結(jié)構(gòu)化表面的有圖案的模有個(gè)形成的圖案面，用來形成具有40度凹槽角，45密耳深的通道。這些通道沿著由基底280形成的斜面向下延伸排列。
在三種動(dòng)力學(xué)空氣流速/水流量的條件下對(duì)上述5種聚乙烯薄膜材料試樣進(jìn)行試驗(yàn)。這三種動(dòng)力學(xué)空氣流速/水流量的條件如下情況1——空氣流速152米/分，和水流量100克/分；情況2——空氣流速152米/分，和水流量330克/分；情況3——空氣流速305米/分，和水流量330克/分。
在情況1，2和3的條件下，對(duì)實(shí)施例12～15這五個(gè)實(shí)施例進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果列在以下表3中。
表3有效蒸發(fā)的試驗(yàn)結(jié)果(水溫改變?chǔ)，單位為華氏度)

通過實(shí)施例12(平坦薄膜)與實(shí)施例13～16(微結(jié)構(gòu)化薄膜)的比較可知，將微型復(fù)制的結(jié)構(gòu)化表面與有效的液體流速和空氣流量結(jié)合起來用來促進(jìn)蒸發(fā)，會(huì)非常明顯地影響蒸發(fā)速率。幾乎在所有的例子中，其蒸發(fā)速率比在相同的條件下使用平滑薄膜表面有非常明顯的提高。也說明了反向的空氣流速和水流量的關(guān)系，以及對(duì)于某些條件下微型復(fù)制表面結(jié)構(gòu)最佳化的問題。
圖17b說明了在微結(jié)構(gòu)化薄膜表面290上液體295的厚度大于通道深度的情況，因此通道在相鄰脊的上方連通。在這種情況下，薄膜290的微結(jié)構(gòu)化表面仍然影響液體的暴露表面積，在液體295流過脊時(shí)液體表面上會(huì)有波動(dòng)。在這種情況下，液體的厚度足夠薄，以致能看得見薄膜表面的形貌，于是，微結(jié)構(gòu)化表面對(duì)液體295暴露于外界環(huán)境的表面積能產(chǎn)生影響(使其增大)。當(dāng)液體厚度增加時(shí)，液體表面的波動(dòng)變得不明顯，結(jié)果，形貌對(duì)液體暴露表面積的影響減小。圖17b描繪了在薄膜290上一種液體流量的情況。如果流量減小，在薄膜290上的液體295的厚度將減少，最后成為如同圖16b所示的情況。無論如何，只要液體的厚度保持在仍能使微結(jié)構(gòu)化表面的形貌能影響液體的暴露表面積(通過影響液體的潤(rùn)濕特征和彎月面特征)，液體的蒸發(fā)速率總會(huì)獲得提高。
本發(fā)明說明了液體輸送微結(jié)構(gòu)化帶組合件，所述微結(jié)構(gòu)化表面提供了芯吸液體的手段，所述液體在性質(zhì)上可以是水性的，也可以是非水性的。所述表面可由注塑的丙烯酸樹脂(用于要求耐久性的用途)或聚烯烴材料形成。膠粘劑提供了以與所要求的液體流動(dòng)協(xié)調(diào)一致的方式，將微結(jié)構(gòu)化帶固定到結(jié)構(gòu)上的手段。制成的帶可含有各種不同的添加劑，例如，使得帶是阻燃的、親水的、殺菌的、疏水的、或能芯吸酸的、堿的、或油的物質(zhì)等。帶上可以有“V”型的或“U”型的或矩型的微型結(jié)構(gòu)(或這些類型的組合)，這些結(jié)構(gòu)的排列可以是輻射交叉的，直線型的，或其它規(guī)則或不規(guī)則的圖案排列，從而滿足在工業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)液體流動(dòng)最佳化的要求。帶可用于主動(dòng)式或被動(dòng)式的用途中。主動(dòng)式系統(tǒng)是有位能施加于帶的表面上，作為液體動(dòng)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。主動(dòng)式系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成與匯流管或在帶的表面施加位能的其它裝置一起使用，或放置到能使用現(xiàn)有的位能發(fā)生源(即風(fēng)或壓差)的地方。將液體輸送微結(jié)構(gòu)化帶與收集點(diǎn)(例如排水系統(tǒng)，吸收材料或收集容器)結(jié)合使用，可通過毛細(xì)作用進(jìn)行液體的輸送和除去。這種帶也可通過此毛細(xì)作用機(jī)理用來配送液體；也可通過蒸發(fā)機(jī)理來分散液體。
為本發(fā)明的帶提供了一種固定方法，該帶能使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)受水份的侵入控制到最低限度。固定方法可以是用于固定的任何一種方法，例如，粘合、機(jī)械、靜電、磁、或弱力固定法。如果固定方法用膠粘劑，所述膠粘劑可以是結(jié)構(gòu)型的或壓敏型的，它包括廣泛類別的丙烯酸酯，非極性丙烯酸酯，合成橡膠，聚烯烴，或天然橡膠。機(jī)械固定的方法可包括塑性模鍛(plastiform)，鎖定楔銷(locking tapers)，具有鉤和環(huán)緊固件的背襯。本發(fā)明的帶可用于各種工業(yè)用途中的液體處理，帶來益處，例如，航天(即，通過對(duì)液體的蒸發(fā)和收集機(jī)理減少腐蝕)，透平空氣壓縮機(jī)(提高冷凝分離效率)，在工業(yè)過程中油的分離，在冷凍中除去冷凝液，在器具用途中提高冷凝液收集效率，在電子設(shè)備用途中控制溢流(即，計(jì)算機(jī)鍵盤)，除冰時(shí)的連續(xù)除水，除去和/或收集有危害性的液體(即，溶劑，液壓液體，酸性介質(zhì)，或堿性介質(zhì))，提高液體釋放的效率(例如，墨水，涂料，燃料液，香水等)，從某個(gè)表面上除去特定的液體(例如，水，墨水或其它噴射液)，以及與檢測(cè)裝置相結(jié)合對(duì)有危害性的和無危害性的液體進(jìn)行檢測(cè)。
此處已公開了本發(fā)明的幾個(gè)可供選用的實(shí)施方案。要知道，可將上述各種實(shí)施方案的特點(diǎn)，根據(jù)所涉及的液體流動(dòng)的用途，匯集成任何所需要的組合、結(jié)構(gòu)形成組合件。因此，本發(fā)明的各種改進(jìn)和變化對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的行家是顯而易見的，只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.層合板組合件，它包括具有頂面和底面的液體控制層，所述頂層具有其上面有許多通道的微結(jié)構(gòu)承載表面，因而有利于對(duì)置于其上的液體進(jìn)行定向流動(dòng)的控制；板式基底層；將液體控制層的底面附著到板式基底層的裝置；具有頂面和底面的蓋層，蓋層的底面置于液體控制層的頂面，以形成夾在液體控制層頂面和蓋層之間的相對(duì)密封的通道結(jié)構(gòu)；沿著所形成的夾在液體控制層的頂面和蓋層底面之間的通道結(jié)構(gòu)使液體移動(dòng)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述通道具有第一級(jí)和第二級(jí)通道的兩端，所述的使液體移動(dòng)的裝置在靠近第一級(jí)通道端從通道中抽取液體。
3.如權(quán)利要求2所述的層合板組合件，其特征在于，所述使液體移動(dòng)的裝置產(chǎn)生位能，引起液體流向第一通道的另一端，供排出之用。
4.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述蓋層包括板式蓋層。
5.如權(quán)利要求4所述的層合板組合件，其特征在于，所述板式蓋層選自氈毯、磚片、油氈、木材、混凝土、金屬或疲勞氈片。
6.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述通道由通常平行的一些脊形成，所述脊包括具有第一高度的第一組脊和具有更高第二高度的第二組脊。
7.如權(quán)利要求6所述的層合板組合件，其特征在于，所述第二組脊中每個(gè)脊的上部，其熔化溫度低于脊的下部。
8.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述液體控制層是聚合物薄膜。
9.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述液體控制層的微結(jié)構(gòu)承載表面上有改變特征的涂層。
10.如權(quán)利要求8所述的層合板組合件，其特征在于，所述聚合物薄膜中包含改變特征的添加劑。
11.如權(quán)利要求10所述的層合板組合件，其特征在于，所述添加劑選自阻燃劑、疏水劑、親水劑、抗菌劑、無機(jī)物、金屬顆粒、玻璃纖維、填充劑、粘土和納米顆粒。
12.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述通道的幾何形狀選自直線形、曲線形、輻射形、平行、非平行、無規(guī)則形、或交叉形。
13.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述蓋層是多孔的。
14.如權(quán)利要求13所述的層合板組合件，其特征在于，所述蓋層是非織造織物。
15.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述蓋層的底面用壓敏膠粘劑固定到液體控制層的頂面上。
16.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述的固定裝置是壓敏膠粘劑。
17.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述的使液體移動(dòng)的裝置沿著通道結(jié)構(gòu)形成壓力梯度。
18.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述的液體控制層的頂面內(nèi)至少形成一個(gè)交叉通道，用來促進(jìn)液體在通道之間流動(dòng)。
19.如權(quán)利要求18所述的層合板組合件，其特征在于，所述液體控制層有一個(gè)除液孔，它與交叉通道和使液體移動(dòng)的裝置連通。
20.如權(quán)利要求1所述的層合板組合件，其特征在于，所述的液體控制層的頂面具有形成在其內(nèi)的許多交叉通道，用來促進(jìn)液體在通道之間流動(dòng)，所述的液體控制層有許多貫穿其中的除液孔，所述每個(gè)除液孔與交叉通道中一個(gè)和使液體移動(dòng)的裝置連通。
21.在具有許多通道的聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上，形成交錯(cuò)的液體流動(dòng)路徑的方法，所形成的通道能將其上流動(dòng)的液體轉(zhuǎn)向進(jìn)入第一所要求的取向通道，并且控制表面上液體的移動(dòng)或蒸發(fā)，所述方法包括在聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上至少形成一個(gè)交叉通道，能連接許多通道中至少兩個(gè)相鄰的通道，使液體在其間流動(dòng)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述通道形成的步驟包括對(duì)聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面施加熱量，用以形成其上的交叉通道。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述通道形成的步驟包括對(duì)聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面施加壓力，用以形成其上的交叉通道。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述通道由通常平行的許多脊形成，所述脊包括具有第一高度的第一組脊和具有更高第二高度的第二組脊，所述第二組脊中每個(gè)脊的上部，其熔化溫度低于脊的下部，并且通道形成的步驟包括對(duì)聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面，沿著直線型交叉通道的部分施加熱量，達(dá)到一個(gè)溫度足以熔化第二組脊的上部，但不致于熔融其下部。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述通道由其間具有液體流動(dòng)谷的許多通常平行的脊形成，并且通道形成的步驟包括切去相鄰?fù)ǖ乐g的脊的部分
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面形成了一個(gè)層的頂面，該層具有相對(duì)的頂面和底面，并且進(jìn)一步包括形成從所述層的頂面貫穿到底面的，并連接交叉通道的除液孔。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括促使液體在聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上流向除液孔。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將除液孔連接到液體收集容器中。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將蓋層附著在聚合物微結(jié)構(gòu)化液體輸送表面上。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，蓋層是多孔的。
31.液體處理層合組合件，它包括具有頂面和底面的液體控制層，所述頂面具有收集液體在其內(nèi)的受液區(qū)和除液區(qū)，所述頂面具有其上面包含許多通道的微結(jié)構(gòu)承載表面，從而有助于控制液體在頂面上從受液區(qū)到除液區(qū)的定向流動(dòng)；基底層；將液體控制層的底面固定到基底層的裝置；將來自液體控制層的頂面的除液區(qū)的液體除去的裝置。
32.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，進(jìn)一步包括位于所述液體控制層的頂面的受液區(qū)上的多孔性蓋層。
33.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述通道有通道的兩端，并且所述除液裝置在靠近通道的一個(gè)端從通道中抽取液體。
34.如權(quán)利要求33所述的層合組合件，其特征在于，所述除液裝置在靠近通道的兩端從通道中抽取液體。
35.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述除液裝置包括與除液區(qū)相連通的芯吸材料。
36.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，各個(gè)通道在其整個(gè)長(zhǎng)度方向上大致平行。
37.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述除液裝置包括在除液區(qū)內(nèi)與通道連通的液體收集匯流管。
38.如權(quán)利要求37所述的層合組合件，其特征在于，所述除液裝置包括在通道和液體收集匯流管內(nèi)形成壓力梯度的裝置。
39.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述液體控制層是聚合物層。
40.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述液體控制層的微結(jié)構(gòu)承載表面上具有改變特征的涂層。
41.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述聚合物薄膜中包含改變特征的添加劑。
42.如權(quán)利要求41所述的層合組合件，其特征在于，所述添加劑選自阻燃劑、疏水劑、親水劑、抗菌劑、無機(jī)物、金屬顆粒、玻璃纖維、填充劑、粘土和納米顆粒。
43.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述固定裝置是壓敏膠粘劑。
44.如權(quán)利要求43所述的層合組合件，其特征在于，所形成的壓敏膠粘劑形成為微結(jié)構(gòu)承載表面。
45.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述除液裝置包括液滴收集器。
46.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述受液區(qū)的溫度比周圍環(huán)境低得多，以導(dǎo)致液體在其上的通道中冷凝。
47.如權(quán)利要求31所述的層合組合件，其特征在于，所述液體選自水、墨水、潤(rùn)滑液、盥洗液、燃料油、香水及它們的混合物。
48.增加置于表面上的液體的蒸發(fā)速率的方法，它包括將一薄膜的外露面形成為其上面具有許多通道的聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面，所述通道由其間具有谷的大致相互隔開的一些伸出部分所形成；將液體加到所述薄膜的聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面上，通道形成得有助于沿著每個(gè)將液體收集其內(nèi)的通道自動(dòng)芯吸液體，使得暴露的液體蒸發(fā)的有效表面積增加，這是由于其沿著每個(gè)通道的谷在X方向上的空間分布、其在每個(gè)通道的伸出部分之間在Y方向的空間分布，以及每個(gè)通道內(nèi)液體的彎月面在Z方向上高度有差異的緣故；將微結(jié)構(gòu)承載表面上增加了面積的液體蒸發(fā)的有效表面暴露于周圍環(huán)境氣氛中。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將置于微結(jié)構(gòu)承載表面上的液體暴露于流動(dòng)的空氣流中。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述空氣流在X方向流動(dòng)。
51.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述空氣流在Y方向流動(dòng)。
52.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述的暴露面置于在大致垂直的平面上。
53.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面上加入足夠量的液體，用來形成液體在表面上的連續(xù)流動(dòng)。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括收集在表面上流動(dòng)的非蒸發(fā)液體。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將從表面收集的液體再循環(huán)，供重新加入列表面上之用。
56.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將在表面上流動(dòng)的液體至少一部分暴露于流動(dòng)的空氣流中。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，所述空氣流的流動(dòng)方向與在表面上的液體流動(dòng)的方向大致相反。
58.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，所述空氣流的流動(dòng)方向與在表面上液體流動(dòng)的方向大致平行。
59.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面有第一端和第二端，并進(jìn)一步包括在靠近表面的第一端將足夠量的液體加到表面上；并將表面取向，使其第一端比第二端高。
60.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面內(nèi)引入添加劑，其中添加劑選自阻燃劑、疏水劑、親水劑、抗菌劑、無機(jī)物、金屬顆粒、玻璃纖維、填充劑、粘土和納米顆粒。
61.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述液體選自水、墨水、潤(rùn)滑液、盥洗液、燃料油、香水、及其混合物。
62.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供在聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面上形成的附加表面結(jié)構(gòu)特征，為的是增大其用來承載液體的表面積。
63.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面具有在其第一和第二端之間延伸的大致平行的通道，并進(jìn)一步包括將表面取向，使通道的一端高于另一端。
64.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面具有在第一和第二端之間延伸的大致平行的通道，并進(jìn)一步包括制備表面時(shí)其取向使得中間部分低于其第一端和第二端。
65.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述伸出部分包括脊。
66.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述伸出部分沿著通道是不連續(xù)的。
67.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述薄膜的微結(jié)構(gòu)承載表面具有改變特征的涂層。
68.具有第一和第二主表面的薄型聚合物薄膜，它適合用于增大置于其第一表面上的液體的蒸發(fā)速率，所述的第一表面由其上具有通道的微結(jié)構(gòu)承載表面形成，所述通道由其間具有谷的大致相互隔開的許多伸出部分形成，所形成的通道有助于沿著將液體收集在其內(nèi)的每個(gè)通道自動(dòng)芯吸液體，因而暴露的液體蒸發(fā)的有效表面積增加，這是由于其沿著每個(gè)通道的谷在X方向上的空間分布、其在每個(gè)通道的伸出部分之間在Y方向上的空間分布、以及每個(gè)通道內(nèi)液體的彎月面在Z方向上高度有差異的緣故。
69.用于增大在表面上流動(dòng)的液體的蒸發(fā)速率的組合件，所述組合件包括具有第一和第二主表面的薄膜，第一表面由其上具有一些通道的聚合物微結(jié)構(gòu)承載表面形成，它適合于承載在其上流動(dòng)的液體，所述通道由其間具有谷的大致相互隔開的一些伸出部分形成，致使在每個(gè)通道內(nèi)流動(dòng)液體的彎月面高度有差異，使得在第一表面上暴露的液體蒸發(fā)的有效表面積增加；以及引起液體在所述薄膜的第一表面上流動(dòng)的裝置。
70.如權(quán)利要求69所述的組件，其特征在于，進(jìn)一步包括使空氣流在暴露的液體蒸發(fā)的有效表面上定向流動(dòng)的裝置。
全文摘要
一種薄膜或帶，它的一個(gè)主表面由包含有許多通道的微結(jié)構(gòu)化特征形成，所述通道由相互隔開的伸出部分形成。所述微結(jié)構(gòu)化薄膜也能收集液體并控制對(duì)這些液體的定向輸送，供下一步除去液體之用。輸送可以是被動(dòng)式的，也可以是主動(dòng)式的(即通過施加位能引起或增強(qiáng)輸送)。本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)化薄膜和帶的用途是以層合板組合件形式(用來除去溢流)和工業(yè)制品形式，例如用于計(jì)算機(jī)鍵盤和其它裝置和組合件，從它們除去液體是有益的。本發(fā)明也用途于蒸發(fā)和冷凝的用途。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少有一個(gè)形成在微結(jié)構(gòu)化表面上的交叉通道與相鄰的通道連通，使液體在相鄰?fù)ǖ乐g流動(dòng)。
文檔編號(hào)B32B3/30GK1489521SQ01822514
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者R·P·約翰斯頓, S·B·莫藤西翁, D·A·亨特利, S·B·卡斯蒂格利奧納, R P 約翰斯頓, 亨特利, 卡斯蒂格利奧納, 莫藤西翁 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司