由含有保护的胺基团的单体经界面聚合生成的聚酰胺膜的制作方法_3

文档序号:9774519阅读:来源:国知局
域3。
[0065] 在一个实施方案中,式(V)的酰基化合物残基是:

[0066] 本公开涉及含有聚酰胺的聚合物基体,其中的基体由以下单体形成: (i) 聚胺单体; (ii) 胺反应性聚酰基单体;和 (i i i)含有保护的氨基的单体。
[0067] 本公开还包括由以下单体经界面聚合而形成的聚合反应产物: (i) 聚胺单体; (ii) 胺反应性聚酰基单体;和 (i i i)含有保护的氨基的单体。
[0068] 在本公开的另一个实施方案中,含有保护的氨基的单体是式(VI)化合物:
(VI) 其中 Ar是含有6-14个碳原子的任选取代的芳基; Y是保护的氨基; R独立地或同时地为Y或-C (0) -X; X是尚去基团;和 η为1、2或3, 其中任选的取代基包含1 _5个卤代、(C1-C6)-烷基、(C1-C6)-链烯基或(C 1-C6)-炔基。 [0069]在另一个实施方案中,Ar是含有6-10个碳原子的任选取代的芳基、例如苯基或萘 基。在另一个实施方案中,Ar是任选取代的C 6-芳基,例如,苯基。在另一个实施方案中,任选 的取代基包括甲基、乙基、丙基或异丙基。
[0070] 在另一个实施方案中,保护的氨基(Y)是-N=S = 0。
[0072] 在一个实施方案中,式(Via)化合物是:
[0071] 在本公开的另一个实施方案中,式(VI)化合物是式(VIa)、(VIb)或(VIc)化合物: α (Vk)
其中X是离去基团。
[0073] 在本公开的另一个实施方案中,式(VIb)化合物是: 其中X是离去基团。
[0074] 在另一个实施方案中,式(VIc)化合物是:
其中X是离去基团。
[0075] 在本公开的另一个实施方案中,当式(VI)化合物中的一个基团R是-C(O)-X部分 时,化合物拥有双官能团,因此含有被保护氨基和胺反应性酰基部分。因此,在一个实施方 案中,这样的双官能团单体能在聚酰胺聚合物的制备期间起到胺和酰基单体的作用,因此 能够在接触,例如,水或酸溶液时在自聚过程中反应。一旦保护的氨基已经被转化为(去保 护)为游离氨基,其能与另一个式(VI)化合物的胺反应性酰基部分(-c(o)-x)反应。在一个 实施方案中,这样的自聚过程导致在更宽阔的聚酰胺聚合物基体(形成自聚胺单体、胺反应 性聚酰基单体和/或含有保护的氨基的单体)内原位形成纳米大小结构(第一个聚合亚结 构)。在一个实施方案中,当本公开的聚合物基体靠底物支撑形成膜(R0或NF)时,因自聚过 程形成的纳米大小结构产生增加的流量值,使更多流量的液体通过膜。在一个实施方案中, 这样的纳米大小结构提高膜的流量,但不会影响膜的盐选择性。
[0076] 在一个实施方案中,在界面聚合(IP)过程后,含有保护的氨基的单体产生具有更 平衡的表面电荷的聚合物基体。在IP过程期间,来自含有聚胺单体单元的水溶液的水分子 扩散进入含有胺反应性聚酰基单体单元的有机溶液。由于水也是亲核的,水分子还会与胺 反应性酰基部分反应,在聚合物基体的顶面上形成羧酸基团。不受理论的束缚,认为加入含 有保护的氨基的单体单元减少了因被保护氨基部分的去保护而形成的羧酸基团的数量,然 后这样的氨基与胺反应性酰基部分(而不是水)反应。保护的氨基部分还与水分子反应在有 机溶液中形成游离氨基,然后其可与胺反应性酰基部分反应,随后减少在IP过程期间形成 的羧酸基团的数量。
[0077] 在另一个实施方案中,含有保护的氨基的单体的结合提高了采用上述单体制备的 聚酰胺聚合物的交联。在另一个实施方案中,含有被保护氨基和胺反应性酰基部分的双官 能团单体能与其它这类双官能团单体反应(自聚),生成前体聚酰胺聚合物(聚合结构),然 后其与聚胺/聚酰基单体聚合。例如,如在流程2中表示的,在一个实施方案中,当含有保护 的氨基的单体是双官能团单体(式(VId)和(VIe)化合物)时,单体与自身反应,形成聚合结 构(形成VII和VIII)(自聚过程),然后其结合进入更宽阔的聚酰胺聚合物。
[0078] 流程 2 LlN 丄UOOdbOOO Λ I ^ 丄Z/丄/ JA
因此,这样的含有保护的氨基的单体单元原位形成纳米/超支化结构,并因此增加所生 成的膜的多孔性和膜的相应的A值。此外,单体还减缓由聚胺单体和胺反应性聚酰基单体形 成的聚酰胺聚合物基体的聚合动力学。
[0079] 在本公开的另一个实施方案中,通过采用卤化剂,诸如亚硫酰氯或草酰氯等,卤化 未保护的前体(例如,氨基苯甲酸)制备含有保护的氨基的单体。在一个实施方案中,在流程 3中显示含有保护的氨基的单体单元的制备。在Kim的美国专利号5,321,162中描述生成含 有保护的氨基的单体的其它通用反应,其通过全文引用结合于本文中。应理解,这样的前体 化合物的卤化只是制备这样的化合物的一个实例,将任何离去基团结合进这样的前体化合 物将在本领域技术人员的专业范围内。
[0080] 流程 3
在一个实施方案中,当本公开的聚合物基体靠底物支撑并用作膜(例如RO或NF膜)时, 膜拥有在流压下适于海水和/或半咸水脱盐的处理的应用的A值。在一个实施方案中,A值大 于0。在一个实施方案中,A值为至少约5.0、约5.5或约6.0。在另一个实施方案中,如图1中表 示的,本公开的聚合物提高膜的A值至至少两倍(2x)(当与不包含含有保护的氨基的单体单 元的膜相比时)。尽管不希望受限于理论,但该效果可能是超支化纳米化结构的结果,其增 加(或引入)所生成的聚合物基体的多孔性,并因此,相应地提高A值。
[0081] 在另一个实施方案中,聚胺单体包括至少两个反应性氨基部分。在一个实施方案 中,聚胺单体包括脂族聚胺、脂环族聚胺或芳族聚胺。在一个实施方案中,脂族聚胺单体的 脂族部分是含有2-20个碳原子的支链或无支链的、饱和或不饱和的含有至少两个伯氨基的 烷基链。这样的单体单元的实例包括,但不限于,三乙稀四胺(1:1^61:11716116丨61:瓜3111;[116)、乙 二胺、丙二胺或三(2-氨基乙基)胺。芳族聚胺单体的实例包括,但不限于,二氨基苯、间苯二 胺、对苯二胺、三氨基苯、1,3,5-三氨基苯、1,3,4-三氨基苯、2,4-二氨基甲苯、苯二甲基-二 胺等。脂环族聚胺单体的实例包括,但不限于,哌嗪、咪唑烷、二氮杂环庚烷和异构体等。
[0082] 在又一个实施方案中,芳族聚胺包括式(IX)化合物:
αχ)、 其中Ar是含有6-14个碳原子的芳基;和 P是2或3, 其中任选的取代基包含1 _5个卤代、(C1-C6)-烷基、(C1-C6)-链烯基或(C 1-C6)-炔基。
[0083] 在另一个实施方案中,Ar是含有6-10个碳原子的任选取代的芳基、例如苯基或萘 基。在另一个实施方案中,Ar是任选取代的C 6-芳基、例如,苯基。在另一个实施方案中,任选 的取代基包括甲基、乙基、丙基或异丙基。
[0084] 在另一个实施方案中,式(IX)芳族聚胺是
>
[0085] 在另一个实施方案中,式(IX)芳族聚胺是
[0086] 在本公开的另一个实施方案中,脂环族聚胺单体是式(X)单体:
(X) 其中q是1、2、3或4, 和至少两个碳原子被-NH替代, 其中脂环族环任选被1 _5个卤代、(C1-C6)_烷基、(C1-C6)_链烯基或(C 1-C6)_炔基取代。
[0087] 在另一个实施方案中,脂环族聚胺单体是C5-C7-脂环族环,其中至少两个碳原子 被-NH替代。在另一个实施方案中,脂环族聚胺单体是C 6-脂环族环,其中至少两个碳原子 被-NH替代。
[0088] 在另一个实施方案中,式X的脂环族聚胺单体是:
[0089] 在本公开的另一个实施方案中,脂族聚胺单体包括至少两个反应性氨基(-NH2)部 分。在另一个实施方案中,脂族聚胺单体是式(XI)化合物:
_ 其中W是(C2-20 )-亚烷基或(C2-20 )-亚链烯基,和其中亚烷基或亚链烯基中的至少一个 碳原子,任选至少两个碳原子任选被〇、S、NH或N(Cp6)烷基部分,适当地NH或N(C1^ 6)烷基部 分替换。在另一个实施方案中,W是(C4-K) )_亚烷基,其中在亚烷基中的至少一个碳原子,任 选至少两个碳原子任选被NH或N(Ck)烷基部分替换。在一个实施方案中,脂族聚胺单体是 三乙烯四胺、乙二胺、丙二胺或三(2-氨基乙基)胺。在本公开的另一个实施方案中,式(XI) 单体是:
[0090] 在本公开的另一个实施方案中,胺反应性聚酰基单体是式(XII)化合物:
_) 其中m是2、3或4; Ar是含有6-14个碳原子的任选取代的芳基;和 X'是离去基团,其中的任选的取代基包括卤代、(C1-C6)-烷基、(C1-C 6)-链烯基或(C1-C6)-炔基中的1-5个。胺反应性聚酰基单体的实例包括,但不限于,芳族酰基卤化物诸如均 苯三甲酰(tr imesoy 1)卤化物、偏苯三酰(tr ime11 i ti c)卤化物、间苯二酰卤化物、对苯二酰 卤化物等。
[0091] 在另一个实施方案中,Ar是含有6-10个碳原子的任选取代的芳基、例如苯基或萘 基。在另一个实施方案中,Ar是任选取代的C 6-芳基,例如,苯基。在另一个实施方案中,任选 的取代基包括甲基、乙基、丙基或异丙基。
[0092] 在另一个实施方案中,式(XII)的胺反应性聚
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