由含有聚醚和含矽填料的有機矽組合物製得的膜的製作方法
2023-06-13 05:32:11 2
由含有聚醚和含矽填料的有機矽組合物製得的膜的製作方法
【專利摘要】本發明涉及可用於製備可選擇性地滲透氣體混合物的至少一種組分的膜的有機矽組合物。本發明提供一種形成所述膜的方法。本發明還提供一種採用所述膜分離進料混合物中組分的方法。所述膜包含有機矽組合物的反應產物（如，固化產物），所述有機矽組合物包含每分子具有至少兩個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的有機聚矽氧烷；每分子具有至少兩個矽鍵合的氫原子的交聯劑；矽氫加成催化劑；含有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的聚醚；以及含矽填料。
【專利說明】由含有聚醚和含矽填料的有機矽組合物製得的膜
[0001]優先權要求
[0002]本申請要求提交於2011年6月6日的名稱為「MEMBRANE DERIVED FROMPOLYETHER-AND SILICEOUS FILLER-CONTAINING SILICONE COMPOSITION (由含有聚醚和含矽填料的有機矽組合物製得的膜)」的美國專利申請N0.61/473，908的優先權的權益，該專利申請全文以引用的方式併入本文
【背景技術】
[0003]人造膜可用於進行小規模和大規模的分離，這使其在多種情況下非常有用。例如，可將膜用於純化水，在透析期間淨化血液，以及分離氣體。在膜分離中所用的一些共同驅動力為壓力梯度和濃度梯度。膜可由例如聚合結構製成，並且可具有多種表面化學成分、結構和製備方法。膜可通過硬化或固化組合物而製成。
[0004]使用膜來分離氣體是可用於許多工業工序中的重要技術。例子可包括氨氣合成中氫氣的回收、石油精煉中氫的回收、沼氣合成中甲烷與其他組分的分離、出於醫學或其他目的使空氣富含氧、從天然氣移除水蒸汽、從天然氣移除二氧化碳(CO2)和硫化氫(H2S)以及碳捕集應用如從燃燒過程生成的煙氣流移除C02。
【發明內容】
[0005]本發明涉及可用於製備可選擇性地滲透氣體混合物的至少一種組分的膜的有機矽組合物。本發明提供一種形成膜的方法。本發明還提供一種採用該膜分離進料混合物中組分的方法。該膜包含有機矽組合物的反應產物，該有機矽組合物包括每分子具有至少兩個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的有機聚矽氧烷；每分子具有至少兩個矽鍵合的氫原子的交聯劑；矽氫加成催化劑；含有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的聚醚；以及含矽填料。
[0006]本發明提供優於其他已知膜的優勢。例如，在某些實施例中，含有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的聚醚和含矽填料一起結合在組合物中出人意料地起到提高氣體對所得聚矽氧烷膜的滲透性的作用，以用於氣體混合物(如含有CO2的氣體混合物)的分離。例如，本發明的膜可同時表現出對氣體混合物中某些組分的高滲透性和選擇性。例如，在某些實施例中，與通過矽氫加成固化的PDMS膜相比，本發明的膜可表現出高C02/N2和C02/CH4選擇性，同時保持高滲透性如高CO2滲透性。各實施例可提供一種分離氣體混合物的方法，以用於多種工業上重要以及受能源/環境制約的應用，例如碳捕集、天然氣脫硫，以及氫的生產。
[0007]本發明提供無支撐膜。該無支撐膜包含有機矽組合物的反應產物。該有機矽組合物包含有機聚矽氧烷。該有機聚矽氧烷每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該有機矽組合物包含有機矽化合物。該有機矽化合物每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子。該有機矽組合物包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該有機矽組合物包含含矽填料。該有機矽組合物包含矽氫加成催化齊U。該無支撐膜為自支撐的。
[0008]本發明提供受支撐膜。該受支撐膜包括基材。該基材包括多孔基材或高滲透性無孔基材。該膜還包含有機矽組合物的反應產物。該有機矽組合物的反應產物在多孔基材上。該有機矽組合物包含有機聚矽氧烷。該有機聚矽氧烷每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該有機矽組合物包含有機矽化合物。該有機矽化合物每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子。該有機矽組合物包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該有機矽組合物包含含矽填料。該有機矽組合物包含矽氫加成催化劑。該膜為受支撐膜。
[0009]本發明提供一種形成膜的方法。所述方法包括形成塗層。該塗層包含有機聚矽氧烷。該有機聚矽氧烷每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該塗層包含有機矽化合物。該有機矽化合物每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子。該塗層包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該塗層包含含矽填料。該塗層包含矽氫加成催化劑。所述方法還包括固化所述塗層。固化該塗層獲得膜。
[0010]本發明提供一種分離原料氣混合物中的氣體組分的方法。所述方法包括使膜的第一側與原料氣混合物接觸。該膜包含有機矽組合物的反應產物。原料氣混合物包含至少第一氣體組分和第二氣體組分。使膜的第一側與原料氣混合物接觸以在膜的第二側上產生滲透物氣體混合物而在膜的第一側上產生滲餘物氣體混合物。滲透物氣體混合物富含第一氣體組分。滲餘物氣體混合物貧乏第一氣體組分。該有機矽組合物包含有機聚矽氧烷。該有機聚矽氧烷每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該有機矽組合物包含有機矽化合物。該有機矽化合物每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子。該有機矽組合物包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團。該有機矽組合物包含含矽填料。該有機矽組合物包含矽氫加成催化劑。
【具體實施方式】
[0011]在說明書中對「一個實施例」、「實施例」、「示例性實施例」等的提及表明所述的實施例可包括具體的特徵、結構或特性，但不是每個實施例都必定包括所述的具體特徵、結構或特性。此外，此類短語未必指相同的實施例。另外，當結合某實施例描述某具體特徵、結構或特性時，認為結合其他實施例來影響這種特徵、結構或特性是在本領域技術人員的知識範圍內的，無論是否明確描述。
[0012]以範圍形式表達的值應當以靈活的方式理解為不僅包括明確列舉出的作為範圍限值的數值，而且還包括涵蓋在該範圍內的所有的單個數值或子區間，猶如每個數值和子區間被明確列舉出。例如，「大約0.1%至約5%」的濃度範圍應當理解為不僅包括明確列舉出的約0.1%至約5%的濃度，還包括在所指範圍內的單個濃度(如，1%、2%、3%和4%)和子區間(例如，0.1% 至 0.5%、1.1% 至 2.2%、3.3% 至 4.4%)。
[0013]在本文件中，術語「一」、「一個」或「這個」用於包括一個或超過一個，除非上下文明確地另外指明。術語「或」用於指非排他性的「或」，除非另外指明。另外，應當理解本文所用的短語或術語僅用於說明的目的而並非旨在限制，除非另外指明。段落標題的任何使用旨在有助於文件的閱讀而不應理解為限制；與段落標題相關的信息可出現在特定段落之內或之外。此外，在本文件中涉及的全部出版物、專利和專利文件均以引用方式全文併入本文，如同單獨以引用方式併入。如果在本文件和以引用的方式併入的那些文件之間有不一致的用法，則在所併入的文件中的用法應當被視為對本文件的補充；對於不可調和的矛盾，以本文件的用法為準。
[0014]術語「約」可允許值或範圍的一定變化幅度，例如在範圍的所述值或所述極限的10%內或5%內。
[0015]如本文所用，術語「M」、「D」、「T」和「Q」指:
[0016]
【權利要求】
1.一種無支撐膜，其包含: 有機矽組合物的反應產物，所述有機矽組合物包含 (A)每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的有機聚矽氧燒; (B)每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子的有機矽化合物； (C)每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的聚醚； (D)含矽填料；以及 (E)娃氫加成催化劑； 其中，所述膜是無支撐的。
2.根據權利要求1所述的無支撐膜，其中所述每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的有機聚矽氧烷包括有機矽樹脂。
3.根據權利要求1-2中任一項所述的無支撐膜，其中所述有機矽樹脂包含R12R2SiOv2矽氧烷單元和S i04/2矽氧烷單元，其中每個R1獨立地選自單價烴基和單價滷代烴基,兩者均不含脂肪族不飽和基團，R2為R1或烯基，R12R2SiOl72單元與Si04/2單元的質量比為從約4:1至約2.3:1，並且所述樹脂包含平均從約0.33至約0.45質量百分比的烯基。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的無支撐膜，其中所述含矽填料選自雲母、晶狀石英、石英粉、硅藻土、熱解法二氧化矽、熔融石英、矽膠和沉澱二氧化矽。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的無支撐膜，其中所述含矽填料為石英粉。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的無支撐膜，其中所述膜具有0.1至200 μ m的厚度。
7.一種受支撐膜，其包含: 基材，其包括多孔基材或高滲透性無孔基材；和膜，其包含位於所述多孔基材上的所述有機矽組合物的反應產物； 所述有機矽組合物包含 (A)每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的有機聚矽氧燒; (B)每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子的有機矽化合物； (C)每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的聚醚； (D)含矽填料；以及 (E)娃氫加成催化劑； 其中，所述膜為受支撐膜。
8.根據權利要求7所述的受支撐膜，其中所述基材為包含選自玻璃、陶瓷、氧化鋁和多孔聚合物的材料的熔塊。
9.一種分離原料氣混合物中的氣體組分的方法，所述方法包括: 使包含有機矽組合物的反應產物的膜的第一側與包含至少第一氣體組分和第二氣體組分的原料氣混合物接觸以在所述膜的第二側上產生滲透物氣體混合物而在所述膜的所述第一側上產生滲餘物氣體混合物， 其中，所述滲透物氣體混合物富含所述第一氣體組分，而所述滲餘物氣體混合物貧乏所述第一氣體組分，並且所述有機矽組合物包含(A)每分子具有平均至少兩個矽鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的有機聚矽氧燒; (B)每分子具有平均至少兩個矽鍵合的氫原子的有機矽化合物； (C)每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團的聚醚； (D)含矽填料；以及 (E)娃氫加成催化劑。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的膜，其中所述膜具有至少約10的0)2/隊選擇性。
11.根據權利要求1-10中任一項所述的膜，其中所述膜具有至少約300巴勒的CO2滲透係數。
12.根據權利要求1-11中任一項所述的膜，其中所述膜具有至少約3的C02/CH4選擇性。
13.根據權利要求1-12中任一項所述的膜，其中所述膜選自平板式膜、螺旋膜、管式膜和中空纖維膜。
14.根據權利要求9-13中任一項所述的方法，其中所述原料氣混合物包含二氧化碳和氮氣。
15.根據權利要求9-14中任一項所述的方法，其中所述原料氣混合物包含 水蒸汽或 二氧化碳和甲烷。
【文檔編號】B01D71/52GK103747855SQ201280035848
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年6月6日 優先權日:2011年6月6日
【發明者】D·安, 詹姆斯·S·赫拉巴爾, 亞倫·J·格雷納, 克里斯多福·黃 申請人:道康寧公司