使用環氧官能矽氧烷製備氣體選擇性膜的方法

2023-04-27 04:22:46

使用環氧官能矽氧烷製備氣體選擇性膜的方法
【專利摘要】本發明涉及一種膜，其包含環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物，其中所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團並且所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。本發明還涉及一種通過使用所述膜來分離進氣混合物中的氣體組分的方法。
【專利說明】使用環氧官能矽氧烷製備氣體選擇性膜的方法
[0001]優先權要求
[0002]本專利申請要求2011年4月8日提交的名稱為「METHOD OF PREPARING GASSELECTIVE MEMBRANE USING EPOXY-FUNCTIONAL SILOXANES (使用環氧官能矽氧烷製備氣體選擇性膜的方法)」的美國專利申請序列號61/473，193的優先權，該專利申請以引用方式全文併入本文中。
【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。例子可包括氨合成中氫氣的回收、石油煉製中氫的回收、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]本發明涉及一種膜，其包含環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物。本發明還涉及一種分離進氣混合物中的氣體組分的方法。本發明的膜可有利地對氣體混合物中的一種或多種特定組分表現出高的滲透性或選擇性。例如，與通過氫化矽烷化固化的聚二甲基矽氧烷膜相比，本發明的膜可表現出高的co2/N2選擇性，同時保持高的滲透性。
[0006]本發明提供一種膜。所述膜包含反應產物。所述反應產物為環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物。所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團。所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。
[0007]本發明提供一種分離進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進氣混合物接觸。進氣混合物包含第一氣體組分和第二氣體組分。所述接觸在膜的第二側上產生滲透物氣體混合物。所述接觸還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。所述膜包含反應產物。所述反應產物為環氧官能有機聚矽氧烷與氨基固化劑的反應產物。所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團。所述氨基官能固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。
[0008]在另一個實施例中，本發明提供一種膜。所述膜包含反應產物。所述反應產物為環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物。所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團。所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。所述環氧官能有機聚矽氧烷可由以下平均矽氧烷單元式表示:[0009](R1R2R3SiOl72) a (R4R5SiO272) b (R6SiO372) c (SiO472) d (I)
[0010]其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6為獨立地選自任何任選進一步取代的有機基團Ch5有機基團，O ≤ a〈0.95，O≤b〈l，0≤c〈l，0≤d〈0.95，a+b+c+d=l，並且所述環氧官能有機聚矽氧烷具有至少約300的數均分子量。所述氨基官能固化劑包括聚氧化烯胺。所述反應產物通過加熱所述環氧官能有機聚矽氧烷和所述氨基官能固化劑而形成。所述膜具有至少約10的C02/N2選擇性。所述膜具有至少約900巴勒(Barrer)的CO2滲透係數。所述膜具有約0.1 μ m至約200 μ m的厚度。
[0011]本發明提供一種形成膜的方法。所述方法包括形成塗層。所述塗層包含環氧官能有機聚矽氧烷。所述塗層還包含氨基官能固化劑。所述方法包括固化所述塗層。固化所述塗層將提供包含環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物的膜。所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團。所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。
[0012]在另一個實施例中，本發明提供一種形成膜的方法。所述方法包括提供多孔或高滲透性無孔基材。所述方法包括在基材的至少一部分上形成塗層。所述塗層包含環氧官能有機聚矽氧烷。所述塗層還包含氨基官能固化劑。所述方法還包括固化所述塗層。固化所述塗層將在基材的至少一部分上提供膜。所述膜包含環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物。所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團。所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。所述環氧官能有機聚矽氧烷可由以下平均矽氧烷單元式表示:
[0013](R1R2R3SiOl72) a (R4R5SiO272) b (R6SiO372) c (SiO472) d (I)
[0014]其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6為獨立地選自任何任選進一步取代的有機基團Ch5有機基團，O ( a〈0.95，O≤b〈l，0≤c〈l，0≤d〈0.95，a+b+c+d=l，並且所述環氧官能有機聚矽氧烷具有至少約300的數均分子量。所述氨基官能固化劑包括聚氧化烯胺。所述反應產物通過加熱所述環氧官能有機聚矽氧烷和所述氨基官能固化劑而形成。所述膜具有至少約10的0)2/隊選擇性。所述膜具有至少約900巴勒的CO2滲透係數。所述膜具有約0.1 μπι至約200 μ m的厚度。
【具體實施方式】
[0015]說明書中提及的「一個實施例」、「實施例」、「示例性實施例」等指所述的實施例可包括特定的特徵、結構或特性，但不是每個實施例都必定包括該特定的特徵、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。
[0016]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，「約0.1%至約5%」的濃度範圍應當理解為不僅包括明確述及的約0.1重量％至約5重量％的濃度，還包括在所指範圍內的各個濃度(例如，1%、2%、3%和4%)和子範圍(例如，0.5%、1.1%、2.2%、3.3% 和 4.4%)。
[0017]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
【權利要求】
1.一種膜，所述膜包含:環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物；其中所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團並且所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。
2.根據權利要求1所述的膜，其中所述環氧官能有機聚矽氧烷可由下面的平均矽氧烷單元式表示:(R1R2R3SiOl72) a (R4R5SiO272) b (R6SiO372) c (Si04/2) d (I)其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6為有機基團，獨立地選自任何任選地進一步取代的Ch5有機基團，O ( a〈0.95，O≤b〈l，0≤c〈l，0≤d〈0.95，a+b+c+d=l，並且所述環氧官能有機聚矽氧烷具有至少約300的數均分子量。
3.根據權利要求2所述的膜，其中mR4、!?5和R6為獨立地選自以下的有機基團:(V15單價脂族烴基團、c4_15單價芳族烴基團和單價環氧取代的有機基團。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的膜，其中所述氨基官能固化劑為聚氧化烯胺。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的膜，其中所述膜是自支撐的。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的膜，其中所述反應產物通過使所述環氧官能有機聚矽氧烷和所述氨基官能固化劑經受氫化矽烷化固化、縮合固化、輻射固化和過氧化物固化中的至少之一而形成。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的膜，其中所述膜具有至少約10的二氧化碳/氮氣(C02/N2)選擇性。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的膜，其中所述膜具有至少約900巴勒的二氧化碳(CO2)滲透係數。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的膜，其中所述膜具有約0.1 μ m至約200 μ m的厚度。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的膜，其中所述膜選自板框式膜、螺旋卷式膜、管式膜、毛細管纖維膜和中空纖維膜。
11.一種分離進氣混合物中的氣體組分的方法，所述方法包括:使膜的第一側與包含第一氣體組分和第二氣體組分的進氣混合物接觸，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；其中所述膜包含環氧官能有機聚矽氧烷與氨基官能固化劑的反應產物，其中所述環氧官能有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團並且所述氨基官能固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。
12.—種形成膜的方法，所述方法包括:形成塗層，所述塗層包含環氧官能有機聚矽氧烷和氨基官能固化劑；以及固化所述塗層以提供包含所述環氧官能有機聚矽氧烷與所述氨基官能固化劑的反應產物的膜；其中所述有機聚矽氧烷具有每分子平均至少兩個矽鍵合的環氧取代的有機基團並且所述固化劑具有每分子平均至少兩個氮鍵合的氫原子。
【文檔編號】B01D71/46GK103534012SQ201280023684
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年4月4日 優先權日:2011年4月8日
【發明者】D·安, 克里斯多福·黃, 詹姆斯·S·赫拉巴爾 申請人:道康寧公司