包含聚环氧乙烷共聚物的支撑的水蒸气输送膜制造技术

不透空气的水蒸气输送膜包括在微孔聚合物基底上的活性层。活性层包含含聚环氧乙烷的共聚物和以活性层中共聚物重量的约3％至约100％的量的极性质子溶剂。质子溶剂的分子与共聚物结合。极性质子溶剂降低膜的水蒸气渗透率的温度依赖性变化。

Supported water vapor transport membrane containing poly (ethylene oxide) copolymer

The air permeable vapor transport film includes the active layer on the microporous polymer substrate. The active layer contains a copolymer containing polyoxane and an polar proton solvent about 3% to about 100% of the weight of the oligomer of the active layer. The molecule of the proton solvent is combined with the copolymer. The polar proton solvent reduces the temperature dependence of the water vapor permeability of the membrane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含聚环氧乙烷共聚物的支撑的水蒸气输送膜相关申请的交叉引用本申请要求题为CONTROLLABLEPERMEABILITYMEMBRANES(可控渗透膜)且于2015年5月30日提交的美国专利申请第62/168,724号的公约优先权，该专利申请特此通过引用并入本文用于所有目的。为了美利坚合众国的目的，本申请要求于2015年5月30日提交的美国专利申请第62/168,724号的权益，该专利申请特此通过引用并入本文用于所有目的。领域本申请涉及可选择性地渗透的膜。根据一些实施方案的膜的特定应用是用于水蒸气输送。使水蒸气选择性地通过的膜例如在能量回收通风(energyrecoveryventilation)(“ERV”)系统中具有应用。背景在建筑物中，通常合意的是提供空气的交换，使得来自建筑物内部的空气被排出并且用来自建筑物外部的新鲜空气代替。在其中建筑物的内部比外部空气温暖得多(“加热应用”)的较冷气候中或者在其中建筑物的内部被空气调节且比外部空气冷得多的(“冷却应用”)的炎热气候中，这存在能量成本。在加热应用中，新鲜空气典型地比建筑物内部的空气较冷且较干燥。需要能量对新鲜空气进行加热和加湿。可以通过将来自流出空气的热和水分转移到进入空气来减少所需能量的量。在冷却应用中，新鲜空气典型地比建筑物内部的空气较温暖且较潮湿。需要能量以对新鲜空气进行冷却和除湿。对于加热和冷却应用所需的能量的量可以通过在流出空气和进入空气之间传递热和水分而被减少。这可以使用ERV系统来完成，该ERV系统包括分离进入和流出空气流的膜。膜的特征是ERV系统性能中的重要因素。理想地，ERV系统中的膜应当是：不透空气的(air-impermeable)，使得膜可以保持进入和流出空气流的有效分离；具有高的热导率，用于在进入和流出空气流之间的有效热传递；并且提供高水蒸气输送，用于在进入和流出空气流之间水分的有效传递。实现这些特性典型地有利于薄膜的使用。除了上述还合意的是，膜对于商业用途足够坚固、对生产有成本效益、并且符合任何适用的规定。至少一些司法管辖区具有涉及ERV系统中使用的膜的可燃性的规定。例如，UL94是由美国保险商实验室(UnderwritersLaboratories)发布的标准，该标准涉及用于设备和器具中部件的塑料材料的可燃性。UL94根据它们如何在各种方向和厚度上燃烧对塑料进行分类。从最低(最小阻燃性)到最高(最大阻燃性)，分类为：HB：在水平样品上的缓慢燃烧；对于厚度<3mm燃烧速率<76mm/min，并且在100mm前停止燃烧；V-2：在竖直样品上在30秒内停止燃烧；允许燃烧颗粒的滴落。V-1：在竖直样品上在30秒内停止燃烧；只要它们没有燃烧就允许颗粒的滴落；V-0：在竖直样品上在10秒内停止燃烧；只要它们没有燃烧就允许颗粒的滴落；5VB：在竖直样品上在60秒内停止燃烧；不允许滴落；饰板样品(plaquespecimen)可能会形成孔；5VA：在竖直样品上在60秒内停止燃烧；不允许滴落；饰板样品可能不会形成孔。UL94提供了用于薄膜的另外的分类：VTM-0、VTM-1、VTM-2。UL723是美国保险商实验室发布的另一个标准，该标准提供了用于建筑材料的表面燃烧特性的测试。制造用于水蒸气输送应用的膜的一种方式是将热塑性聚氨酯的薄涂层施加至二氧化硅-聚乙烯基底上。这种方法的缺点是基底不远离火焰收缩。因此，这样的膜可能不能通过一些可燃性标准。而且，二氧化硅-聚乙烯基底倾向于比期望的更厚且更少多孔性。典型的二氧化硅-聚乙烯基底具有>95微米的厚度和<60％的孔隙率。因此，这样的基底导致提供比合意的更高的对水蒸气输送的阻力的膜。ERV系统的另一个问题是，在其中外部相对湿度和温度高的冷却条件下，非常高的潜在(水分)输送是合意的。然而，在良好密封的建筑物中在较冷的气候条件下，高水分输送可能是较不合意的，因为它可能会导致湿气在室内积聚。最佳的室内RH在30％至55％的范围内，以防止不适并且还防止霉菌的生长。由于该原因，在“加热为主的(heatingprimary)”气候中，与ERV相反，一些系统设计者推荐HRV。在更加极端的加热条件下，一定程度的水分输送可能在加热条件中是有利的，防止低的室内相对湿度，并且还使芯中的结霜和冷凝最小化。对解决这些问题中的一些或全部的、适合于ERV应用和/或其他水蒸气输送应用的膜存在需要。概述本专利技术具有许多方面。一方面提供了具有强烈温度依赖性的水蒸气输送特性的膜。这样的膜可以被并入到ERV系统中。另一方面提供了并入这样的膜的ERV部件(例如ERV膜组件或ERV芯)。另一方面提供了并入这样的膜的ERV系统。另一方面提供了并入这样的膜的ERV方法。本专利技术的另一方面提供了用于制造用于ERV应用或用于其他应用的水蒸气输送膜的方法。该方法可以被调整以制造ERV膜和/或用于其他应用的膜，这些膜具有在转变温度显著变化的水蒸气输送性质。方法可以被调整以允许制备具有所选的或期望的转变温度或在特定期望范围内的转变温度的水蒸气输送膜。在一些实施方案中，方法包括再水合步骤，该再水合步骤消除该转变以产生具有在整个例如1℃至50℃的特定温度范围内相对恒定的水蒸气输送性质的膜。示例性实施方案涉及：将聚合物层施加至基底；允许层固化；以及任选地对固化的层进行再水合步骤。本专利技术的另一方面提供了在微孔聚烯烃基底上的包含聚醚-聚氨酯的膜。在一些实施方案中，聚醚-聚氨酯被再水合。例如，这样的膜可以包括在PP基底上的PEO-PU活性层。这样的膜可以提供对水蒸气的高渗透率(permeability)和对水蒸气的高选择性。示例性方面提供了一种水蒸气输送膜，该水蒸气输送膜包括微孔聚合物基底和涂覆在基底的表面上的不透空气的活性层。活性层包含聚氨酯(PU)共聚物和以活性层中共聚物重量的约3％至约100％的量的极性质子溶剂。极性质子溶剂的分子与PU共聚物结合。示例性方面提供了一种水蒸气输送膜，该水蒸气输送膜包括微孔聚合物基底和涂覆在基底的表面上的不透空气的活性层。活性层包含含聚环氧乙烷(含PEO)的共聚物和以活性层中共聚物重量的约3％至约100％的量的极性质子溶剂。极性质子溶剂的分子与共聚物结合。示例性方面提供了一种水蒸气输送膜，该水蒸气输送膜包括微孔聚合物基底和在基底的表面上的不透空气的活性层。活性层包含含PEO的共聚物和极性质子溶剂。极性质子溶剂的分子与含PEO的共聚物的环氧乙烷基团结合。活性层包含以下述量的极性质子溶剂：该量使得每在含PEO的共聚物中的环氧乙烷基团存在在约0.1个分子至约2个分子范围内的与含PEO的共聚物结合的极性质子溶剂。示例性方面提供了一种水蒸气输送膜，该水蒸气输送膜包括微孔聚合物阻燃性基底和在基底的面上的活性层。基底具有至少30％的孔隙率、小于75微米的厚度并且具有小于3％的无机固体含量。活性层包含交联的含聚环氧乙烷(含PEO)的聚乙烯-聚氨酯共聚物和具有一个或更多个羟基基团的极性质子溶剂。极性质子溶剂的分子与含PEO的共聚物的环氧乙烷基团结合。活性层包含以下述量的极性质子溶剂：该量使得每在含PEO的共聚物中的环氧乙烷基团存在在约0.1个分子至约2个分子范围内的与含PEO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造水蒸气输送膜的方法，所述方法包括：将聚合物涂层施加至微孔聚合物基底，所述聚合物涂层包含含聚环氧乙烷(含PEO)的共聚物；允许所述聚合物涂层干燥并固化持续固化时间段以在所述基底上形成活性层；在所述固化时间段之后使所述活性层与极性质子溶剂接触并允许所述活性层吸收并保留所述极性质子溶剂的分子；干燥所述活性层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.30 US 62/168,7241.一种用于制造水蒸气输送膜的方法，所述方法包括：将聚合物涂层施加至微孔聚合物基底，所述聚合物涂层包含含聚环氧乙烷(含PEO)的共聚物；允许所述聚合物涂层干燥并固化持续固化时间段以在所述基底上形成活性层；在所述固化时间段之后使所述活性层与极性质子溶剂接触并允许所述活性层吸收并保留所述极性质子溶剂的分子；干燥所述活性层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述极性质子溶剂包含羟基基团。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述极性质子溶剂包括水、甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或更多种。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述极性质子溶剂是水。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中使所述活性层与所述极性质子溶剂接触包括允许所述活性层以每在所述含PEO的共聚物中的环氧乙烷基团约0.1个分子至约2个分子的极性质子溶剂的量吸收所述极性质子溶剂。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中使所述活性层与所述极性质子溶剂接触包括允许所述活性层以所述活性层中所述聚合物重量的3％至100％的量吸收所述极性质子溶剂。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中允许所述活性层吸收并保留所述极性质子溶剂的分子包括允许所述极性质子溶剂的所述分子与所述含PEO的共聚物直接结合。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中使所述活性层与极性质子溶剂接触包括将所述活性层浸入所述极性质子溶剂的浴中或者将所述极性质子溶剂作为液体喷涂到所述活性层的表面上。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述固化时间段为至少约24小时。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，在所述固化时间段之后，所述活性层中的所述含PEO的共聚物在室温大体上呈结晶形式。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，在使所述活性层与所述极性质子溶剂接触之后，所述活性层中的所述含PEO的共聚物在室温大体上呈无定形形式。12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述聚合物涂层包含聚合物分散体(PD)，任选地，其中所述PD包括聚氨酯分散体(PUD)。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述PUD包含聚醚-聚氨酯共聚物。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述PUD包含热塑性聚氨酯(TPU)。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述TPU包含聚异氰酸酯和二异氰酸酯中的一种或更多种以及多元醇。16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述聚合物涂层包含交联剂，并且所述交联剂占所述聚合物涂层中的共聚物重量的约5％至约12％。17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述聚合物涂层包含在按重量计约20％至约40％的范围内的聚合物固体含量。18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述基底上的所述活性层的涂层负载量在约0.8g/m2至约1.4g/m2的范围内。19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中在干燥后，所述活性层的厚度为约0.5微米至约10微米。20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中在干燥后，所述活性层在所述基底的第一表面上形成大体上连续且致密的薄膜。21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述基底包括微孔聚烯烃的片材。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述聚烯烃包括聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中所述基底的无机固体含量小于5％。24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其中所述基底包括干法拉伸的PP电池分离器。25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述基底的孔隙率为至少约30％。26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其中所述基底具有小于约50微米的厚度。27.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中在施加所述聚合物涂层之前，所述基底的表面大体上不含抑制所述共聚物的侧链和/或主链的结晶的材料。28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述基底的表面大体上不含二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)。29.根据权利要求1至28中任一项所述的方法，包括通过在将所述聚合物涂层施加至所述基底之前使所述基底经受电晕处理来制备所述基底以接收所述活性层。30.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其中在干燥后，所述活性层所述膜具有至少20000Barrer单位的对水蒸气的渗透率。31.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其中在干燥后，所述膜在约-25℃至约60℃的温度范围内具有至少20000Barrer的对水蒸气的渗透率。32.根据权利要求1至31中任一项所述的方法，其中在干燥后，所述活性层在约1349cm-1处具有FTIR峰。33.根据权利要求1至32中任一项所述的方法，其中在干燥后，所述膜对水蒸气输送是选择性的。34.根据权利要求33所述的方法，其中在干燥后，所述膜对水蒸气的渗透率大于所述膜对挥发性有机化合物(VOC)的渗透率至少3倍。35.根据权利要求33或34所述的方法，其中在干燥后，所述膜对于水蒸气相对于二氧化碳的选择性比率为至少50。36.一种用于制造水蒸气输送膜的方法，所述方法包括：将聚合物涂层施加至微孔聚合物阻燃性基底，所述基底具有至少30％的孔隙率、小于75微米的厚度并且具有小于3％的无机固体含量，所述聚合物涂层包含含聚环氧乙烷(含PEO)的聚乙烯-聚氨酯共聚物和交联剂；允许所述聚合物涂层干燥并固化持续至少24小时的固化时间段，以在所述基底上形成活性层，所述活性层是不透空气的且水不溶性的并且具有10微米或更小的厚度；在所述固化时间段之后使所述活性层与包含具有一个或更多个羟基基团的分子的液体极性质子溶剂接触，并且允许所述活性层吸收并保留所述极性质子溶剂的分子，使得所述极性质子溶剂的所述分子与所述共聚物中的基团直接结合；干燥所述活性层以提供膜，所述膜在至少-5℃至40℃的温度范围跨度内具有至少20000Barrer单位的对水蒸气的渗透率以及至少50的对于水蒸气相对于二氧化碳的选择性比率。37.一种水蒸气输送膜，包括微孔聚合物基底和涂覆在所述基底的表面上的不透空气的活性层，其中所述活性层包含含聚环氧乙烷(含PEO)的共聚物和以所述活性层中共聚物重量的约3％至约100％的量的极性质子溶剂，其中所述极性质子溶剂的分子与所述共聚物结合。38.根据权利要求37所述的水蒸气输送膜，其中所述极性质子溶剂包含含有羟基基团的分子。39.根据权利要求37所述的水蒸气输送膜，其中所述极性质子溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞安·尼古拉斯·赫伊津，陈浩，黄建梆，
申请(专利权)人：迪博因特技术公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA