具有内区分区域的半透膜制造技术

本发明专利技术是一种半透膜，它包括一个具有二个多孔表面的聚合物基体，和一个其作用是把一种或多种气体与另一种或多种气体分开的区域。本发明专利技术公开了一种适用于制造一种双酚基的聚碳酸酯膜的组合物，此组合物包括（ｉ）双酚基的聚碳酸酯，其中至少２５重量％双酚组分是四卤代的，此卤素是Ｃｌ或Ｂｒ，（ｉｉ）这种聚碳酸酯的溶剂，和（ｉｉｉ）这种聚碳酸酯的非溶剂。还叙述了一种制备此种半透膜的方法。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于把一种或多种气体与另一种或多种气体分离的新型半透膜。在不同的工业中，需要或迫切希望在气流中把一种组分与另一组分分开。用于实现这种分离的方法包括加压摆动吸附法，低温分离法，和膜分离法。在膜分离法中，将欲要分离的含多种组分的气流与一种膜相接触，此膜以仅让能透过此膜的那些物质能从一个区域到达另一区域的方式。把气体分成两部分。这种膜是半透性的，气态混合物中的一种或多种组分以比气流中的另一种或多种组分高得多的速率选择地渗透过这种膜。在这类分离中，在氧气与氮气的分离，和二氧化碳与甲烷的分离。气体混合物是这样与膜接触的，即可选择地透过的那些气体，优先地通过此膜而到达另一区域。不能选择地透过的组分，也透过这膜，但其速率则比可选择地透过的气体低得多。正是利用这种透过速率的差别来分离气态物质的，或用以降低渗透中的气体所透到的区域中较难选择地透过的气体的浓度，或用以降低渗透中的气体所透离的区域中较易选择性地透过的气体的浓度。在这种分离中，渗透的相对速率，即选择性地透过的气体和非选择性地透过的气体之间渗透速率的差别，是所能达到的分离的主要因素。选择性地透过的气体的渗透对非选择性地透过的气体的渗透的比率越高，则此膜将起更好作用。因此，希望具有尽可能高的比率。膜的另一个重要性能是气体透过此膜的渗透性。若渗透性太低，则此膜不能提供足够的通过此膜的流量，成为便宜的分离。对致密的膜来说，一些重要的膜分离候选者提供了好的分离，但可透过性低。气通量是单位面积单位时间内气体通过一种特殊膜的体积数，它表明了膜的生产能力。分离系数是选择性地透过的气体的渗透性对非选择性地透过的气体的渗透性的比率。一种用于改善渗透气体通过膜的流动的技术是由这种聚合物生成不对称膜。不对称膜由这样一种膜制成，它有一个影响分离的薄致密区，和一个较大的多孔的、气体通过时阻力较小的区域(它对薄致密层给予支承)，区分区域比一个固态的或均匀的膜所能达到的薄得多，因为多孔层提供了膜的结构完整性和支承了该薄致密层。这薄致密层位于膜的一个表面。形成一个分离系数好、渗透性好的不对称膜是一个困难的化学问题和工程问题。因为薄致密层是在膜的一个表面上，所以在使用时或曝露于污染物时会遭到损害。这种损害导致膜产生泄漏和使得此膜在分离气体时较不有效。目前，由醋酸酯类(如纤维素二醋酸酯，纤维素三醋酸酯)，聚酰胺，聚酰亚胺，和聚烯烃(如聚乙烯，聚丙烯，聚-4-甲基-戊烯-1)得到的膜用于气体的分离。近来发现，基于双酚的聚碳酸酯和聚酯碳酸酯(其双酚成分的至少25重量%是四卤代的，此卤是Cl或Br)对氧气与氮气的分离显示了极好的分离系数，但在致密态则气通量低。需要的是这样一种膜，它带有能使一种或多种气体与另一种或多种气体分离的区域，分离系数和气通量均好。更需要的是这样一种膜，它在操作或曝露于污染物时不受到伤害。更需要的是这样一种膜，它具有好的物理性能。本专利技术的是一种由聚合物基体组成的半透膜，它带有两个多孔表面和一个其作用为将一种或多种气体与另一种或多种气体分开的区域。本专利技术的膜显示极好的分离系数和气通量。这种膜在操作或曝露于污染物时不易于伤害其起分离作用的内部区域，是为多孔表面起了保护这一区域的作用。本专利技术包括一种适用于制备基于双酚的聚碳酸酯半透膜的组合物(聚碳酸酯中至少25重量%的双酚组分是四卤代的，此卤素是Cl或Br)，此组合物包括(Ⅰ)基于双酚的聚碳酸酯，其中至25重量%的双酚组分是四卤代的，此卤素是Cl或Br，(Ⅱ)这种聚碳酸酯的溶剂，和(Ⅲ)这种聚碳酸酯的非溶剂。这种组合物适用于用挤出成型法制膜，成膜时膜中带有一个能把氧气与氮气分离的区分区域。本专利技术的组合物使得生成的膜具有极好的物理性能，对于氧气和氮气的好的分离系数，并具有极好的气通量。本专利技术是制备由基于双酚的聚碳酸酯(其至少25重量%的双酚组分是四卤代物，此卤素是Cl或Br)组成的半透膜的方法，并用此方法制的膜。这方法一般包括制成一种混合物，它包含(Ⅰ)一种基于双酚的聚碳酸酯，其至少25重量%的双酚组分是四卤代物，此卤素是Cl或Br，(Ⅱ)一种聚碳酸酯的溶剂，和(Ⅲ)一种聚碳酸酯的非溶剂，在此混合物呈均匀状的温度下此混合物具有足够的粘性以便挤出;将此混合物加热至某一温度，在此温度下混合物是均匀的液体，并可以挤出;将此热混合物挤出成适于作膜用的形状;使所生成的膜通过一个骤冷区，在骤冷区，混合物发生相分离，并将溶剂和非溶剂的大部分从膜中除去;生成的膜是一种POWADIR膜，它具有能把氧气和氮气分开的区分区域。本专利技术的另一内容是用本专利技术的方法制的膜。本专利技术的制法制造了具有极好分离系数和气通量的POWADIR膜。这类膜有极好的机械和热性能。本专利技术的膜有两个多孔表面。更具体地说，这种膜的两个多孔区域，它们起自膜的表面，并深入到膜中一段距离。这类多孔区域能让所需的气体经过，以便通过这类区域进行分离，而没有太大的阻止。在表面上的孔足够大，气体能够自由通过它们而没有任何阻力。在表面上的孔的大小优选为约250和10000 。在具体例子中，膜是空心纤维，内表面优选地具有从约250到10000 的孔，而外表面优选地具有从250到3000 的孔。本专利技术的膜在膜的两边(即在空心纤维的外面和里面)都有一多孔层，它带有一内区域，此区域是能区分气体的，或其作用好象是致密的，这就是说，一种渗透物不能从膜的一个表面到达另一表面，而不致渗透进和渗透过膜的非多孔区或致密区。这样的区分区域可能是非连续的多孔区。在这种膜的空心纤维形的一个具体例子中，非连续多孔区位于靠近纤维管腔的地方。本专利技术的关键特征是，这种膜起着将一种或多种气体与另一种或多种气体分开的作用。最好这种膜具有一个能把与此膜接触的一种或多种气体和与此膜相接触的另一种或多种气体分开的一个内部区域。这一区域可以是一个致密区，一个非连续多孔区，或一个好似封闭细胞泡沫的区域。本专利技术的膜可由任何聚合物材料制成，此材料具有让一种或多种气体以比别的一种或多种气体更快的速度通过它的体相的特性。本领域技术熟练人员会确定哪种聚合物材料是合适的。优选的聚合物材料包括聚酰亚胺、聚碳酸酯，聚酯，聚酯碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚酰亚胺，聚苯氧，和聚烯烃。更优选的聚合物材料包括聚酯，聚碳酸酯，和聚酯碳酸酯。甚至更优选的聚合物材料是聚碳酸酯。更优选的聚碳酸酯是由双酚制得的，其聚合物主链中双酚组分的至少25重量%是四卤化的，此卤素为氯或溴。适用于本专利技术的聚合物应聚合到这种程度，它将能生成一种具有足够机械强度，可经得起使用环境的膜。此膜可制成适用的膜的形式，例如平片，空心纤维，或空心管。优选的形式是空心纤维状。这些膜可用于任何形式的膜设备中，如空心纤维设备，空心管设备，螺线绕组设备，和板框设备中。本专利技术的膜可用于从可以分离的气流中分离其组分;这种分离是本领域技术熟练人员所熟知的。优选的分离包括氧气与氮气，氮气和甲烷，二氧化碳与轻烃(特别是甲烷)，氦、氢与其他轻烃的分离。优选的分离是氧气与氮气的分离。本专利技术的膜可按下法制取制成一聚合物材料和聚合物的溶剂及聚合物的非溶剂的混合物。此混合物在挤出温度最好是均匀的。此混合物应足够粘以便直到膜形成时仍保持其完整性。混合物最好紧接于一相混合物和双相混合物之间的相介面，所以组分的浓度应如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由聚合物基体组成的半透膜，它具有两个多孔的表面和一个其作用为把一种或多种气体与另一种或多种气体中分开的区域。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小埃德加S桑德斯，约翰A詹斯沃德，丹尼尔O克拉克，亨利尼尔逊贝克，G格兰利普斯科姆，弗雷德里克L科安，
申请(专利权)人：唐化学原料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]