由含有聚醚和含硅填料的有機(jī)硅組合物制得的膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可用于制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(jī)硅組合物。本發(fā)明提供一種形成所述膜的方法。本發(fā)明還提供一種采用所述膜分離進(jìn)料混合物中組分的方法。所述膜包含有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物（如，固化產(chǎn)物），所述有機(jī)硅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(tuán)的有機(jī)聚硅氧烷；每分子具有至少兩個硅鍵合的氫原子的交聯(lián)劑；硅氫加成催化劑；含有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的聚醚；以及含硅填料。
【專利說明】由含有聚醚和含硅填料的有機(jī)硅組合物制得的膜
[0001]優(yōu)先權(quán)要求
[0002]本申請要求提交于2011年6月6日的名稱為“MEMBRANE DERIVED FROMPOLYETHER-AND SILICEOUS FILLER-CONTAINING SILICONE COMPOSITION (由含有聚醚和含硅填料的有機(jī)硅組合物制得的膜)”的美國專利申請N0.61/473，908的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該專利申請全文以引用的方式并入本文
【背景技術(shù)】
[0003]人造膜可用于進(jìn)行小規(guī)模和大規(guī)模的分離，這使其在多種情況下非常有用。例如，可將膜用于純化水，在透析期間凈化血液，以及分離氣體。在膜分離中所用的一些共同驅(qū)動力為壓力梯度和濃度梯度。膜可由例如聚合結(jié)構(gòu)制成，并且可具有多種表面化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和制備方法。膜可通過硬化或固化組合物而制成。
[0004]使用膜來分離氣體是可用于許多工業(yè)工序中的重要技術(shù)。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、出于醫(yī)學(xué)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(yīng)用如從燃燒過程生成的煙氣流移除C02。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及可用于制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(jī)硅組合物。本發(fā)明提供一種形成膜的方法。本發(fā)明還提供一種采用該膜分離進(jìn)料混合物中組分的方法。該膜包含有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物，該有機(jī)硅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(tuán)的有機(jī)聚硅氧烷；每分子具有至少兩個硅鍵合的氫原子的交聯(lián)劑；硅氫加成催化劑；含有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的聚醚；以及含硅填料。
[0006]本發(fā)明提供優(yōu)于其他已知膜的優(yōu)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(tuán)的聚醚和含硅填料一起結(jié)合在組合物中出人意料地起到提高氣體對所得聚硅氧烷膜的滲透性的作用，以用于氣體混合物(如含有CO2的氣體混合物)的分離。例如，本發(fā)明的膜可同時表現(xiàn)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，與通過硅氫加成固化的PDMS膜相比，本發(fā)明的膜可表現(xiàn)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，以用于多種工業(yè)上重要以及受能源/環(huán)境制約的應(yīng)用，例如碳捕集、天然氣脫硫，以及氫的生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明提供無支撐膜。該無支撐膜包含有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物。該有機(jī)硅組合物包含有機(jī)聚硅氧烷。該有機(jī)聚硅氧烷每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該有機(jī)硅組合物包含有機(jī)硅化合物。該有機(jī)硅化合物每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子。該有機(jī)硅組合物包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該有機(jī)硅組合物包含含硅填料。該有機(jī)硅組合物包含硅氫加成催化齊U。該無支撐膜為自支撐的。
[0008]本發(fā)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(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物。該有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物在多孔基材上。該有機(jī)硅組合物包含有機(jī)聚硅氧烷。該有機(jī)聚硅氧烷每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該有機(jī)硅組合物包含有機(jī)硅化合物。該有機(jī)硅化合物每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子。該有機(jī)硅組合物包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該有機(jī)硅組合物包含含硅填料。該有機(jī)硅組合物包含硅氫加成催化劑。該膜為受支撐膜。
[0009]本發(fā)明提供一種形成膜的方法。所述方法包括形成涂層。該涂層包含有機(jī)聚硅氧烷。該有機(jī)聚硅氧烷每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該涂層包含有機(jī)硅化合物。該有機(jī)硅化合物每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子。該涂層包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該涂層包含含硅填料。該涂層包含硅氫加成催化劑。所述方法還包括固化所述涂層。固化該涂層獲得膜。
[0010]本發(fā)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(cè)與原料氣混合物接觸。該膜包含有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)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(cè)與原料氣混合物接觸以在膜的第二側(cè)上產(chǎn)生滲透物氣體混合物而在膜的第一側(cè)上產(chǎn)生滲余物氣體混合物。滲透物氣體混合物富含第一氣體組分。滲余物氣體混合物貧乏第一氣體組分。該有機(jī)硅組合物包含有機(jī)聚硅氧烷。該有機(jī)聚硅氧烷每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該有機(jī)硅組合物包含有機(jī)硅化合物。該有機(jī)硅化合物每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子。該有機(jī)硅組合物包含聚醚。該聚醚每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)。該有機(jī)硅組合物包含含硅填料。該有機(jī)硅組合物包含硅氫加成催化劑。
【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征、結(jié)構(gòu)或特性，但不是每個實施例都必定包括所述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，此類短語未必指相同的實施例。另外，當(dāng)結(jié)合某實施例描述某具體特征、結(jié)構(gòu)或特性時，認(rèn)為結(jié)合其他實施例來影響這種特征、結(jié)構(gòu)或特性是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)的，無論是否明確描述。
[0012]以范圍形式表達(dá)的值應(yīng)當(dāng)以靈活的方式理解為不僅包括明確列舉出的作為范圍限值的數(shù)值，而且還包括涵蓋在該范圍內(nèi)的所有的單個數(shù)值或子區(qū)間，猶如每個數(shù)值和子區(qū)間被明確列舉出。例如，“大約0.1%至約5%”的濃度范圍應(yīng)當(dāng)理解為不僅包括明確列舉出的約0.1%至約5%的濃度，還包括在所指范圍內(nèi)的單個濃度(如，1%、2%、3%和4%)和子區(qū)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(shù)語“一”、“一個”或“這個”用于包括一個或超過一個，除非上下文明確地另外指明。術(shù)語“或”用于指非排他性的“或”，除非另外指明。另外，應(yīng)當(dāng)理解本文所用的短語或術(shù)語僅用于說明的目的而并非旨在限制，除非另外指明。段落標(biāo)題的任何使用旨在有助于文件的閱讀而不應(yīng)理解為限制；與段落標(biāo)題相關(guān)的信息可出現(xiàn)在特定段落之內(nèi)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并入本文，如同單獨以引用方式并入。如果在本文件和以引用的方式并入的那些文件之間有不一致的用法，則在所并入的文件中的用法應(yīng)當(dāng)被視為對本文件的補(bǔ)充；對于不可調(diào)和的矛盾，以本文件的用法為準(zhǔn)。
[0014]術(shù)語“約”可允許值或范圍的一定變化幅度，例如在范圍的所述值或所述極限的10%內(nèi)或5%內(nèi)。
[0015]如本文所用，術(shù)語“M”、“D”、“T”和“Q”指:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種無支撐膜，其包含: 有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物，所述有機(jī)硅組合物包含 (A)每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的有機(jī)聚硅氧燒; (B)每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子的有機(jī)硅化合物； (C)每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的聚醚； (D)含硅填料；以及 (E)娃氫加成催化劑； 其中，所述膜是無支撐的。
2.根據(jù)權(quán)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硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的有機(jī)聚硅氧烷包括有機(jī)硅樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的無支撐膜，其中所述有機(jī)硅樹脂包含R12R2SiOv2硅氧烷單元和S i04/2硅氧烷單元，其中每個R1獨立地選自單價烴基和單價鹵代烴基,兩者均不含脂肪族不飽和基團(tuán)，R2為R1或烯基，R12R2SiOl72單元與Si04/2單元的質(zhì)量比為從約4:1至約2.3:1，并且所述樹脂包含平均從約0.33至約0.45質(zhì)量百分比的烯基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的無支撐膜，其中所述含硅填料選自云母、晶狀石英、石英粉、硅藻土、熱解法二氧化硅、熔融石英、硅膠和沉淀二氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的無支撐膜，其中所述含硅填料為石英粉。
6.根據(jù)權(quán)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，其包含位于所述多孔基材上的所述有機(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物； 所述有機(jī)硅組合物包含 (A)每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的有機(jī)聚硅氧燒; (B)每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子的有機(jī)硅化合物； (C)每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的聚醚； (D)含硅填料；以及 (E)娃氫加成催化劑； 其中，所述膜為受支撐膜。
8.根據(jù)權(quán)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(jī)硅組合物的反應(yīng)產(chǎn)物的膜的第一側(cè)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(cè)上產(chǎn)生滲透物氣體混合物而在所述膜的所述第一側(cè)上產(chǎn)生滲余物氣體混合物， 其中，所述滲透物氣體混合物富含所述第一氣體組分，而所述滲余物氣體混合物貧乏所述第一氣體組分，并且所述有機(jī)硅組合物包含(A)每分子具有平均至少兩個硅鍵合的含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的有機(jī)聚硅氧燒; (B)每分子具有平均至少兩個硅鍵合的氫原子的有機(jī)硅化合物； (C)每分子具有至少一個含不飽和脂族碳-碳鍵的基團(tuán)的聚醚； (D)含硅填料；以及 (E)娃氫加成催化劑。
10.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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滲透系數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2011年6月6日
【發(fā)明者】D·安, 詹姆斯·S·赫拉巴爾, 亞倫·J·格雷納, 克里斯托弗·黃 申請人:道康寧公司