用于气相存储装置的高性能吸着粘合剂制造方法及图纸

本发明专利技术涉及使用高性能热塑性聚合物粘合剂材料固定气体存储装置中的吸附性材料，如活性炭。这些粘合剂，尤其是聚酰胺粘合剂或聚偏二氟乙烯粘合剂如Kyblock

High performance absorbing adhesives for gas storage devices

The present invention relates to an adsorptive material in a fixed gas storage device, such as activated carbon, in a high performance thermoplastic polymer binder material. These adhesives, especially polyamide adhesives or polyvinylidene two fluoroethylene binders, such as Kyblock

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于气相存储装置的高性能吸着粘合剂专利
本专利技术涉及使用高性能热塑性聚合物粘合剂材料固定用于气体存储装置的吸附性材料。使用这些新型粘合剂，特别是氟聚合物或聚酰胺粘合剂，提供了一种多孔固体，它具有高吸附剂填充密度和对吸附剂的低粘合剂污染，并且相对于存储空间的容积使气体体积最大化。专利技术背景在气体材料的临时存储方面，吸附气体存储代表了一种进步，它克服了与当今商用高压系统压缩气体相关的障碍。诸如惰性气体(noblegas)、O2、N2、烃及其他小气体分子这样的气体用于许多市场，包括但不限于工业、汽车、医药、食品、饮料、电子等。具体的应用包括高浓度医用氧气、工业干燥剂、便携式民用液化石油气(LPG)、闲置气体火炬、煤油炉、烹调灶、压缩天然气(CNG)及其他许多应用。所述气体通常在容器中存储和运输，在容器中利用高压压缩甚至液化气体，在所占体积内利用安全许可的最大浓度。压缩过程因能量和设施方面的要求而导致不希望的过高成本。此外，为了安全存储和运输气体，对储装装置的几何形状有限制，从而给存储设计带来限制。用热塑性粘合剂将低本体密度吸着剂粉末转化为固定的高密度块料的技术对过滤应用来说是众所周知的。人们广泛认为，将高表面积吸着材料形成高密度压实结构能够实现气体所需的经济性存储体积。所开发的粘合剂材料的用途甚至进一步发展了固定技术，提供了更高的填充密度和更好的制造生产力，同时保持吸着剂的高性能。由具体的热塑性粘合剂配方制造的固定块料与吸附介质的组合所制得的装置能够实现每单位体积装置中高体积气体存储，但与当今广泛使用的液化和压缩气体技术相比所需的压力低得多。US4,999,330描述了对ANG系统中所用高密度吸附剂的需求和所面临的挑战。该系统的效率取决于吸附剂表面积的大小、吸着剂的填充密度、三维结构的物理稳定性和吸附剂的污染程度。对于给定质量的固体，吸附与固体表面积成正比。这一般可利用包含大孔、微孔和纳孔的吸附剂最大化，如针对活性炭所经常描述的那样。高表面积活性炭是高密度吸附剂结构中常用的吸附剂。填充密度也是非常重要的。给定体积中的吸附剂越多，能吸收和存储的气体越多。填充到存储罐中的松散碳的一个缺点是它产生大量空隙空间。压至更小空间(称作致密化)的吸附剂材料提供了更高的吸附潜能。松散碳的另一个缺点是它在使用中会移动，并随着吸附存储系统的震动而沉降，发生粉化并减小吸附体积。文献US4,999,330通过以下方法突破了上述限制：形成甲基纤维素或聚乙烯醇粘合剂溶剂溶液，用该粘合剂溶液涂覆高表面积碳颗粒，然后除去溶剂，压制涂有粘合剂的颗粒，使本体体积下降50-200％。US4,999,330系统的缺陷是其复杂性，并且包含许多步骤。它还涉及涂覆整个活性炭颗粒——这阻断了许多微孔——这种污染减少了可供吸附用的表面积大小。一些孔可能预先填充了溶剂，溶剂随后能通过加热被除去，从而使许多孔解闭，但完全涂覆的净效应是活性表面积大量减少。US5,019,311、US5,147,722和US5,331,037描述了碳块过滤器，采用挤出工艺制备包含粘结活性颗粒(如活性炭)的多孔制品，这颗粒通过热塑性粘合剂粘结在一起。碳块过滤器设计用于从流体流中除去污染物，如在水的净化中。聚合物粘合剂(通常是聚乙烯)以高含量使用。US6,395,190描述了碳过滤器和制备它们的方法，它们含有15-25重量％的热塑性粘合剂。聚乙烯及其他典型粘合剂的问题在于，需要高加载百分比将吸附剂材料充分保持在一起。抗污性差也是一个问题。研究发现用聚偏二氟乙烯作为多孔块制品的粘合剂改善了碳块制品的性能，因为它在较低加载量下提供了有效粘结——这反过来使活性吸附剂有更多的表面区域是开放的，进一步提供了更高的效率。这种复合多孔固体制品及其制备方法的例子见述于例如WO2014/055473和WO2014/182861，它们各自的完整内容通过参考结合于此，用于所有目的。这些制品使用聚偏二氟乙烯或聚酰胺粘合剂，而不是原来用于碳块过滤制品的聚乙烯粘合剂。需要改善能够存储在给定体积的容器空间内的气体体积(v/vo)，以提高这种技术的经济性。现在令人吃惊地发现，使用低用量的聚偏二氟乙烯或聚酰胺粘合剂和活性炭或活性碳纤维，能够在通过压缩成型工艺的挤出形成的气体存储制品中获得高v/vo。低用量的粘合剂对活性吸附剂与容器容积之比的负面影响很小。而且，与较低密度的粘合剂相比，低粘合剂用量带来渗透性的改善。改善的渗透性提高了多孔固体存储制品对存储气体的吸附和脱附速率。除了提供具有高填充密度、低粘合剂体积的固体吸附制品外，本专利技术的固体多孔吸附剂结构还显示出吸附剂表面的优异抗污性。最后，聚偏二氟乙烯或聚酰胺粘合剂还提供了对气体存储环境的优异耐化学性。此外，这些聚合物的高相对热指数可用于吸附性存储整料在产品生命周期中会遇到的温度范围。专利技术概述本专利技术涉及气体存储制品，其包含通过0.5-30重量％热塑性粘合剂颗粒粘结在一起的致密、多孔的固体吸附剂介质，其中所述粘合剂颗粒具有5-700纳米的离散粒径和5-150微米的聚集体。本专利技术还涉及包含气体存储块制品的密封容器，其具有至少一个阀，该阀打开时用于装载和卸除气体，所述容器能够盛装加压气体。本专利技术还涉及气体存储容器，其盛装固体吸附剂和容纳天然气(甲烷)。附图简要说明图1：为本专利技术的固体气体存储制品的横截面图。图2：为本专利技术的固体气体存储制品的横截面图，其挤出为中心棒和空心圆柱体，然后嵌套在一起，形成直径类似于图1的类似大小的同心固体块。专利技术详述本申请所列的所有参考文献都通过参考结合于此。除非另外注明；组合物的所有百分数都是重量百分数；除非另有说明，所给出的所有分子量都是重均分子量。本文所述的不同要素的组合也视为本专利技术的组成部分。本文所用的“互连性”是指活性颗粒或纤维通过聚合物粘合剂颗粒永久性粘结在一起，但没有完全涂覆活性初级和次级颗粒或功能颗粒或纤维。粘合剂在具体的离散点附着吸着剂，产生有组织的多孔结构。多孔结构允许气体通过互连的颗粒或纤维，气体直接接触吸着剂颗粒或纤维的表面，有利于气体吸附到吸附剂材料上。由于聚合物粘合剂仅在离散点附着到吸附剂颗粒上，与涂覆到吸附剂上的粘合剂相比使用更少的粘合剂即可实现完全连接。本专利技术涉及用活性炭或其他气体吸附剂制成的固体多孔气体存储制品，吸附剂材料通过少量离散的热塑性聚合物粘合剂颗粒粘结在一起，以提供互连性。固体多孔制品一般存在于封闭容器内，能够盛装加压气体。吸附剂和粘合剂在压力下组合，产生致密、多孔的气体-吸附剂固体结构。粘合剂本专利技术的复合物的聚合物颗粒是亚微米范围内的热塑性聚合物颗粒。重均粒径小于150微米，优选小于10微米，更优选小于1微米，优选小于500纳米，优选小于400纳米，更优选小于300纳米。重均粒径一般为至少20纳米，更优选至少50纳米。有用的聚合物包括但不限于氟聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、丙烯酸类聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和共聚物)、聚氨酯、苯乙烯类聚合物、聚酰胺、聚烯烃(包括聚乙烯和聚丙烯及其共聚物)、聚酯(包括聚对苯二甲酸乙二酯)、聚氯乙烯、聚碳酸酯和热塑性聚氨酯(TPU)。为了获得可用于本专利技术的小聚合物粒径，优选通过乳液(或反相乳液)聚合法制备热塑性聚合物。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体存储制品，其包含通过0.3‑30重量％热塑性粘合剂颗粒粘结在一起的致密、多孔的固体吸附剂介质，其中所述粘合剂颗粒具有5纳米‑150微米的离散粒径和5‑50微米的聚集体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.20 US 62/207,4011.一种气体存储制品，其包含通过0.3-30重量％热塑性粘合剂颗粒粘结在一起的致密、多孔的固体吸附剂介质，其中所述粘合剂颗粒具有5纳米-150微米的离散粒径和5-50微米的聚集体。2.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述热塑性粘合剂选自下组，该组由以下各项组成：氟聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、丙烯酸类聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和共聚物、聚氨酯、苯乙烯类聚合物、聚酰胺、聚烯烃、聚乙烯及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯和热塑性聚氨酯(TPU)。3.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述热塑性粘合剂选自聚偏二氟乙烯均聚物和共聚物，以及聚酰胺。4.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述气体存储制品存在于容器中，所述容器能够在最高至5000psi的压力下盛装压缩气体。5.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述粘合剂颗粒具有50-500纳米的平均粒径。6.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述多孔吸附剂介质通过0.5-16重量％热塑性粘合剂粘结在一起。7.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述制品通过挤出工艺形成。8.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述制品通过压缩成型工艺形成。9.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述粘合剂占所述制品的4-12重量％，所述吸附剂占88-96重量％。10.如权利要求1所述的气体存储制品，其中所述吸附剂选自下组，该组由以下各项组成：活性炭、碳纤维、分子筛、碳分子筛、分子筛、硅胶和金属有机骨架。11.如权利要求1所述的气体存储制品...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·斯特布勒，R·雷伯三世，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US