使用环氧官能硅氧烷制备气体选择性膜的方法
【专利摘要】本发明涉及一种膜，其包含环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物，其中所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团并且所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。本发明还涉及一种通过使用所述膜来分离进气混合物中的气体组分的方法。
【专利说明】使用环氧官能硅氧烷制备气体选择性膜的方法
[0001]优先权要求
[0002]本专利申请要求2011年4月8日提交的名称为“METHOD OF PREPARING GASSELECTIVE MEMBRANE USING EPOXY-FUNCTIONAL SILOXANES (使用环氧官能硅氧烷制备气体选择性膜的方法)”的美国专利申请序列号61/473，193的优先权，该专利申请以引用方式全文并入本文中。
【背景技术】
[0003]人造膜可用于进行小规模和大规模的分离，这使其在多种情况下非常有用。例如，可将膜用于纯化水，在透析期间净化血液，以及分离气体。在膜分离中所用的一些共同驱动力为压力梯度和浓度梯度。膜可由例如聚合结构制成，并且可具有多种表面化学成分、结构和制备方法。膜可通过硬化或固化组合物而制成。
[0004]使用膜来分离气体是可用于许多工业工序中的重要技术。例子可包括氨合成中氢气的回收、石油炼制中氢的回收、沼气合成中甲烷与其他组分的分离、出于医学或其他目的使空气富含氧、从天然气移除水蒸汽、从天然气移除二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)以及碳捕集应用如从燃烧过程生成的烟气流移除C02。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种膜，其包含环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。本发明还涉及一种分离进气混合物中的气体组分的方法。本发明的膜可有利地对气体混合物中的一种或多种特定组分表现出高的渗透性或选择性。例如，与通过氢化硅烷化固化的聚二甲基硅氧烷膜相比，本发明的膜可表现出高的co2/N2选择性，同时保持高的渗透性。
[0006]本发明提供一种膜。所述膜包含反应产物。所述反应产物为环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。
[0007]本发明提供一种分离进气混合物中的气体组分的方法。所述方法包括使膜的第一侧与进气混合物接触。进气混合物包含第一气体组分和第二气体组分。所述接触在膜的第二侧上产生渗透物气体混合物。所述接触还在膜的第一侧上产生渗余物气体混合物。渗透物气体混合物富含第一气体组分。渗余物气体混合物贫乏第一气体组分。所述膜包含反应产物。所述反应产物为环氧官能有机聚硅氧烷与氨基固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述氨基官能固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。
[0008]在另一个实施例中，本发明提供一种膜。所述膜包含反应产物。所述反应产物为环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。所述环氧官能有机聚硅氧烷可由以下平均硅氧烷单元式表示:[0009](R1R2R3SiOl72) a (R4R5SiO272) b (R6SiO372) c (SiO472) d (I)
[0010]其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6为独立地选自任何任选进一步取代的有机基团Ch5有机基团，O ≤ a〈0.95，O≤b〈l，0≤c〈l，0≤d〈0.95，a+b+c+d=l，并且所述环氧官能有机聚硅氧烷具有至少约300的数均分子量。所述氨基官能固化剂包括聚氧化烯胺。所述反应产物通过加热所述环氧官能有机聚硅氧烷和所述氨基官能固化剂而形成。所述膜具有至少约10的C02/N2选择性。所述膜具有至少约900巴勒(Barrer)的CO2渗透系数。所述膜具有约0.1 μ m至约200 μ m的厚度。
[0011]本发明提供一种形成膜的方法。所述方法包括形成涂层。所述涂层包含环氧官能有机聚硅氧烷。所述涂层还包含氨基官能固化剂。所述方法包括固化所述涂层。固化所述涂层将提供包含环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物的膜。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。
[0012]在另一个实施例中，本发明提供一种形成膜的方法。所述方法包括提供多孔或高渗透性无孔基材。所述方法包括在基材的至少一部分上形成涂层。所述涂层包含环氧官能有机聚硅氧烷。所述涂层还包含氨基官能固化剂。所述方法还包括固化所述涂层。固化所述涂层将在基材的至少一部分上提供膜。所述膜包含环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物。所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团。所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。所述环氧官能有机聚硅氧烷可由以下平均硅氧烷单元式表示:
[0013](R1R2R3SiOl72) a (R4R5SiO272) b (R6SiO372) c (SiO472) d (I)
[0014]其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6为独立地选自任何任选进一步取代的有机基团Ch5有机基团，O ( a〈0.95，O≤b〈l，0≤c〈l，0≤d〈0.95，a+b+c+d=l，并且所述环氧官能有机聚硅氧烷具有至少约300的数均分子量。所述氨基官能固化剂包括聚氧化烯胺。所述反应产物通过加热所述环氧官能有机聚硅氧烷和所述氨基官能固化剂而形成。所述膜具有至少约10的0)2/队选择性。所述膜具有至少约900巴勒的CO2渗透系数。所述膜具有约0.1 μπι至约200 μ m的厚度。
【具体实施方式】
[0015]说明书中提及的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等指所述的实施例可包括特定的特征、结构或特性，但不是每个实施例都必定包括该特定的特征、结构或特性。此外，此类短语未必指相同的实施例。另外，当结合某实施例描述某具体特征、结构或特性时，认为结合其他实施例来影响这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，无论是否明确描述。
[0016]以范围形式表达的值应当以灵活的方式理解为不仅包括明确列举出的作为范围限值的数值，而且还包括涵盖在该范围内的所有的单个数值或子区间，犹如每个数值和子区间被明确列举出。例如，“约0.1%至约5%”的浓度范围应当理解为不仅包括明确述及的约0.1重量％至约5重量％的浓度，还包括在所指范围内的各个浓度(例如，1%、2%、3%和4%)和子范围(例如，0.5%、1.1%、2.2%、3.3% 和 4.4%)。
[0017]在本文件中，术语“一”、“一个”或“这个”用于包括一个或超过一个，除非上下文
【权利要求】
1.一种膜，所述膜包含:环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物；其中所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团并且所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。
2.根据权利要求1所述的膜，其中所述环氧官能有机聚硅氧烷可由下面的平均硅氧烷单元式表示:(R1R2R3SiOl72) a (R4R5SiO272) b (R6SiO372) c (Si04/2) d (I)其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6为有机基团，独立地选自任何任选地进一步取代的Ch5有机基团，O ( a〈0.95，O≤b〈l，0≤c〈l，0≤d〈0.95，a+b+c+d=l，并且所述环氧官能有机聚硅氧烷具有至少约300的数均分子量。
3.根据权利要求2所述的膜，其中mR4、!?5和R6为独立地选自以下的有机基团:(V15单价脂族烃基团、c4_15单价芳族烃基团和单价环氧取代的有机基团。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的膜，其中所述氨基官能固化剂为聚氧化烯胺。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的膜，其中所述膜是自支撑的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的膜，其中所述反应产物通过使所述环氧官能有机聚硅氧烷和所述氨基官能固化剂经受氢化硅烷化固化、缩合固化、辐射固化和过氧化物固化中的至少之一而形成。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的膜，其中所述膜具有至少约10的二氧化碳/氮气(C02/N2)选择性。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的膜，其中所述膜具有至少约900巴勒的二氧化碳(CO2)渗透系数。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的膜，其中所述膜具有约0.1 μ m至约200 μ m的厚度。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的膜，其中所述膜选自板框式膜、螺旋卷式膜、管式膜、毛细管纤维膜和中空纤维膜。
11.一种分离进气混合物中的气体组分的方法，所述方法包括:使膜的第一侧与包含第一气体组分和第二气体组分的进气混合物接触，以在所述膜的第二侧上产生渗透物气体混合物而在所述膜的第一侧上产生渗余物气体混合物；其中所述渗透物气体混合物富含所述第一气体组分而所述渗余物气体混合物贫乏所述第一气体组分；其中所述膜包含环氧官能有机聚硅氧烷与氨基官能固化剂的反应产物，其中所述环氧官能有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团并且所述氨基官能固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。
12.—种形成膜的方法，所述方法包括:形成涂层，所述涂层包含环氧官能有机聚硅氧烷和氨基官能固化剂；以及固化所述涂层以提供包含所述环氧官能有机聚硅氧烷与所述氨基官能固化剂的反应产物的膜；其中所述有机聚硅氧烷具有每分子平均至少两个硅键合的环氧取代的有机基团并且所述固化剂具有每分子平均至少两个氮键合的氢原子。
【文档编号】B01D71/46GK103534012SQ201280023684
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年4月8日
【发明者】D·安, 克里斯托弗·黄, 詹姆斯·S·赫拉巴尔 申请人:道康宁公司