用于在多孔支架上制备聚合物膜的方法技术

用于在多孔支架上制备聚合物膜的方法可包括提供多孔支架，其具有外壁,第一端部,第二端部,以及多孔通道表面，该多孔通道表面限定从所述第一端部到所述第二端部穿过多孔支架的多个通道。所述多个通道包括膜通道。限定膜通道的通道表面是膜-通道表面。可通过首先在所述外壁和所述多个通道之间构建压差，将所述聚合物膜涂覆到所述多孔支架上。然后，在保持压差时，可用粉浆涂覆或乳液涂覆，将预聚物涂层溶液施涂至膜-通道表面以及，任选地，施涂至所述第一端部和所述第二端部。这导致至少在膜-通道表面上形成预聚物层。然后，可固化所述预聚物层以形成所述聚合物膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在多孔支架上制备聚合物膜的方法本申请根据35U.S.C.§119要求2012年6月5日提交的美国临时申请系列号61/655,692的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。专利技术背景领域本专利技术总体涉及全蒸发(pervaporation)膜，具体来说，涉及将聚合物全蒸发膜涂覆到多孔陶瓷支架上的方法。技术背景全蒸发是衍生自包括渗透步骤和蒸发步骤的工艺的术语。在全蒸发时，可允许进料如流体(即，液体或气体)混合物渗透进入膜。可选定膜，从而流体混合物的所需组分以高于液体混合物中其它组分的速率吸附进入和穿过膜传输。然后，可蒸发渗透的流体，来从膜脱附，并形成基本上富集所需组分(相对于原始液体混合物而言)或者为纯净形式的所需组分的“渗透物”。通常通过膜的相对侧的压差来驱动蒸发。将没有穿过膜渗透的一部分进料称为“保留物”。与进料相比，保留物可包括更低量的所需组分，或者可基本上不含所需组分。因此，全蒸发已变成日益重要和感兴趣的区域，特别是在例如分离恒沸组分或沸点接近组分的无机-有机混合物以及此外用于汽油车载分离(OBS)的应用中。市售的聚合物材料通常不适于用作全蒸发膜材料，因为在连续使用之后会因为溶胀而发生膜降解和/或损失膜整体性。为此，可将含聚合物膜的复合材料施涂到稳定的多孔支架例如陶瓷例如，以提供机械支撑和对热老化和化学老化的耐受性。此外，可渗透的膜应该是真空密封的且无泄漏，从而保持对所需渗透物的选择性，但包括极少量的聚合物材料来最大化穿过全蒸发系统的流动。但是，将最佳的可渗透的聚合物膜施涂到高度多孔支架上仍然极具挑战性。因此，本领域需要方法，其中可将聚合物材料重复地涂覆到多孔支架上，从而提供无泄漏、真空密封、高通量、高选择性的全蒸发膜。专利技术概述根据各种实施方式，用于在多孔支架上制备聚合物膜的方法可包括提供多孔支架，其具有外壁,第一端部,第二端部,以及多孔通道表面，该多孔通道表面限定穿过多孔支架从所述第一端部到所述第二端部的多个通道。所述多个通道包括膜通道。限定膜通道的通道表面是膜-通道表面。可通过首先在所述外壁和所述多个通道之间构建压差，将所述聚合物膜涂覆到所述多孔支架上。然后，在保持压差时，可将预聚物涂层溶液施涂至膜-通道表面。这导致在膜-通道表面上形成预聚物层。然后，可固化所述预聚物层以形成所述聚合物膜。在以下的详细描述中提出了本专利技术的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本专利技术而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。附图简要说明图1是已根据本文所述的方法施涂了聚合物膜的多孔支架的示例性实施方式；图2是图1所述的多孔支架的膜通道的详细视图；图3是用于根据本文所述的方法将聚合物膜施涂至多孔支架的涂覆容器的示例性实施方式的横截面视图；和图4是施涂到多孔支架的各种涂覆层的孔径分布、以及制备根据本文所述的实施方式的聚合物膜所用的各种聚合物乳液的粒度分布图。专利技术详述下面将详细参考用于在多孔支架上制备聚合物膜的方法的实施方式。在一些实施方式中，所述方法可包括提供多孔支架，其具有外壁,第一端部,第二端部,以及多孔通道表面，该多孔通道表面限定穿过多孔支架从所述第一端部到所述第二端部的多个通道。所述多个通道包括膜通道。限定膜通道的通道表面是膜-通道表面。可通过首先在所述外壁和所述多个通道之间构建压差，将所述聚合物膜涂覆到所述多孔支架上。然后，在保持压差时，可将预聚物涂层溶液施涂至膜-通道表面以及，任选地，施涂至所述第一端部和所述第二端部。这导致在膜-通道表面以及，任选地，所述第一端部和所述第二端部上形成预聚物层。然后，可固化所述预聚物层以形成所述聚合物膜。多孔支架10的一种示例实施方式见图1。为了区分膜通道65，图1所示的多孔支架10存在用本文所述的方法施涂之后的所述聚合物膜80。多孔支架10可具有外壁20,第一端部30,和第二端部40。多孔支架还包括多孔通道表面50，60，其限定从第一端部30到第二端部40延伸穿过多孔支架10的多个通道55，65。所述多个通道55，65包括膜通道65。限定膜通道65的多孔通道表面50，60是膜-通道表面60。在一些实施方式中，所述多个通道55，65可包括非-膜通道55。在一些实施方式中，所有通道55，65可为膜通道65。应理解，在图1的非-膜通道55之间的膜通道65的构造只是示意性的，膜通道65可以任意所需方式排布在非-膜通道55(当存在时)之间。在一些实施方式中，如图1的实施方式中，多孔支架10可为蜂窝体整体件的形式。多孔支架10，例如蜂窝体整体件，可具有下述孔道密度：例如，50-600孔道/平方英寸。但是，已设想了多孔支架10可具有小于50孔道/平方英寸或大于600孔道/平方英寸的孔道密度。此外，适用于本文所述的方法的实施方式的蜂窝体整体件的示例见美国专利号3,885,977和3,790,654，该两篇文章的全部内容通过引用纳入本文。为了允许流经支架的流体流和多孔支架10自身之间的更加紧密的接触，例如当用于分离应用时，在一些未显示的实施方式中，理想地可在多孔支架10的一端堵塞至少一些通道55，65，而在多孔支架10的另一端堵塞其它通道。在一些实施方式中，可需要使堵塞和/或未堵塞的通道在多孔支架10的各端相互形成棋盘图案。在一些实施方式中，一个通道一端被堵塞(称为“参比端”)但多孔支架10的相对端没有被堵塞时，理想地可在多孔支架10的这种相对端但非参比端上堵塞与其紧邻的(与所涉通道共有至少一个壁的那些通道)至少一些例如大部分的通道(或者，在某些其他实施方式中优选所有)。此外，可以各种方式堆叠或容纳单个多孔支架例如蜂窝体，以形成具有各种尺寸、使用寿命等的更大的多孔支架，以满足不同使用条件的需求。在一个实施方式中，多孔支架10可以是无机材料。合适的无机多孔支架材料包括,例如,陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、金属、粘土、和其组合。一些示例性的材料包括,例如,堇青石、莫来石(mullite)、粘土、氧化镁、金属氧化物、滑石、锆石、氧化锆、锆酸盐、氧化锆-尖晶石、镁铝硅酸盐、尖晶石(spinel)、氧化铝、二氧化硅、硅酸盐、硼化物、铝硅酸盐、瓷器、锂铝硅酸盐、氧化铝石英、长石、二氧化钛、熔融石英、氮化物、硼化物、碳化物如碳化硅、氮化硅或任意这些材料的组合。在一些实施方式中，多孔支架10可为选自下组的陶瓷：α-氧化铝，堇青石,莫来石,二氧化钛,氧化锆,二氧化铈和其组合。多孔支架10在限定通道55，65的通道表面50，60上可具有任意宽范围的孔隙率和孔尺寸。在一种实施方式中，在施涂所述聚合物膜80之前，通道表面50，60可具有0.5μm-100μm，例如0.5μm-10μm的中值孔径。在用任何涂覆层涂覆之前，通道表面50，60可具有的孔隙率为30％-60％，例如，如用压汞孔隙率法(mercuryintr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在多孔支架上制备聚合物膜的方法，所述方法包括：提供多孔支架，其具有外壁、第一端部、第二端部以及多孔通道表面，该多孔通道表面限定从所述第一端部到所述第二端部穿过多孔支架的多个通道，所述多个通道包括由膜‑通道表面限定的膜通道；在所述外壁和所述多个通道之间构建压差；当保持压差时，将预聚物涂层溶液施涂到至少膜‑通道表面以在膜‑通道表面上形成预聚物层；和固化所述预聚物层以形成所述聚合物膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.05 US 61/655,6921.一种在多孔支架(10)上制备聚合物膜(80)的方法，所述方法包括：提供多孔支架(10)，其具有外壁(20)、第一端部(30)、第二端部(40)和多孔通道表面(50，60)，该多孔通道表面(50，60)限定从第一端部(30)到第二端部(40)穿过多孔支架(10)的多个通道(55，65)，所述多个通道(55，65)包括由膜-通道表面(60)限定的膜通道(65)；在所述外壁(20)和所述多个通道(55，65)之间构建压差；当保持压差时，将预聚物涂层溶液施涂到至少膜-通道表面(60)以在膜-通道表面(60)上形成预聚物层；和固化所述预聚物层以形成所述聚合物膜(80)，其中，所述预聚物涂层溶液包括在不与水互溶的有机溶剂中的聚合物前体；所述聚合物前体还包括悬浮于环氧-二胺混合物中的胺功能化的氧化硅颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在构建压差和施涂预聚物涂层溶液之前，将预涂层(70)施涂到至少膜-通道表面(60)，所述预涂层(70)具有预涂层平均孔径，其小于支架膜-通道表面(60)的平均孔径。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将预聚物涂层溶液施涂至膜-通道表面(60)、第一端部(30)和第二端部(40),以及在膜-通道表面(60)、第一端部(30)和第二端部(40)上形成预聚物层。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建压差包括：将多孔支架(10)置于涂覆容器(100)中，其具有在其间且在多孔支架(10)第一端部(30)处的第一密封件(130)以及多孔支架(10)第二端部(40)处的第二密封件(140)之间限定的腔室(120)，至少部分的多孔支架(10)的外壁(20)设置在腔室(120)之中，且多孔支架(10)的第一端部(30)和第二端部(40)都在腔室(120)之外，由此，多个通道(55，65)和腔室(120)之间的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·常，D·费雷格力，R·R·小汉考克，T·N·赫希，R·D·帕特里奇，E·尤里西斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，埃克森美孚研究和工程公司，
类型：发明
国别省市：美国;US