具有聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺共聚物表层的中空纤维膜及其制备和使用方法技术

本发明专利技术提供了中空纤维膜、膜接触器以及相关的生产和使用方法。该非对称中空纤维膜包括多孔基底，该多孔基底具有多个孔并且包含至少一种半结晶热塑性聚烯烃(共)聚合物。包含至少一种聚二有机硅氧烷

Hollow fiber membrane with polydimethicosiloxane polyglycolamide copolymer surface layer and its preparation and use method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物表层的中空纤维膜及其制备和使用方法


[0001]本公开涉及中空纤维膜和使用此类中空纤维膜制成的气体分离制品，以及制备和使用此类中空纤维膜和气体分离制品的方法。

技术介绍

[0002]微孔中空纤维可用于根据尺寸、相、电荷等从流体流中分离组分。微孔中空纤维经常采用具有一定孔隙率和几微米数量级孔径的材料，并且可具有多种用途，包括例如分离、过滤、扩散和阻隔应用。举例来说，这些广泛的应用已被实际应用于医疗设备、电化学设备、化学处理设备、制药设备和水净化。

技术实现思路

[0003]微孔中空纤维膜的功能性通常是特定最终用途应用、中空纤维的结构(例如，中空纤维直径、壁厚、孔隙率、孔径和孔弯曲度)和非对称中空纤维膜表面的组成或化学性质的复杂函数。通常，必须根据特定的最终用途应用来调整中空纤维的这些和其它变量。例如，具有气体可渗透分离层的膜可用于提供选择性的气体/气体和/或气体/液体通道。
[0004]允许溶解气体选择性通过并阻塞液态水或其它水性液体的非对称微孔中空纤维膜可有利地用于膜接触器中，以在某些应用中实现气/液分离，诸如印刷期间水性印刷油墨的脱气，或溶解气体诸如二氧化碳或甲烷与用于提高石油开采率的水性盐水的分离。
[0005]可用于气/液分离应用的膜接触器可有利地使用疏水性非对称微孔中空纤维膜来制造。由于膜是疏水性的并且具有非常小的孔，因此液体将不容易穿过孔并且被保留在中空纤维膜的内部或外部膜表面处。疏水性中空纤维膜表面用于在没有分散的情况下从液相中分离气相。此类膜接触器可有利地用于从水性液体(诸如水或盐水)中选择性地分离气体(诸如空气、二氧化碳或甲烷)。
[0006]已发现，在某些特定的气/液分离应用中，在某些操作条件下，至少某些已知的微孔中空纤维膜不太完全令人满意。因此，存在对改进的中空纤维膜接触器的需要，该改进的中空纤维膜接触器与设计用于特定最终用途应用的已知膜接触器相比具有改进的设计或操作特性。
[0007]例如，考虑到环境问题、分离组分的需要、保护设备的需要和/或提高工艺效率的努力，通常需要或期望例如从流出物料流中去除一种或多种组分或污染物，以便该组分或污染物不会污染环境、不利地影响设备或以便其可再循环。现有的工业工艺经常必须升级以减少环境排放和/或提高效率。因此，经常需要可经济地对现有的工厂进行改进以减少排放、保护设备、再循环或提高效率的方法和系统。
[0008]因此，还需要改进的微孔中空纤维膜材料，使得它们可用于更广泛的应用中，在某些操作条件下可更好地执行特定目的等。还需要一种改进的膜接触器，该改进的膜接触器具有优于已知膜接触器的改进的设计或特性以用于某些应用中的气/液分离，诸如印刷期
间水性印刷油墨的脱气，或溶解气体诸如二氧化碳或甲烷与用于提高石油开采率的水性盐水的分离等。本公开的至少某些示例性实施方案涉及提供满足这些或其它需要的非对称微孔中空纤维膜装置。
[0009]简而言之，在一个方面，本公开描述了一种非对称中空纤维膜，该非对称中空纤维膜包括具有多个孔的多孔基底和覆在该多孔基底上的表层。多孔基底包含至少一种半结晶热塑性聚烯烃(共)聚合物；并且表层包含至少一种聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物，该聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物包含至少两个式I的重复单元：
[0010][0011]其中：
[0012]每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基；
[0013]每个Y独立地为烷亚基、芳烷亚基或它们的组合；
[0014]G为二价残基，其等于式R3HN
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G
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NHR3的二胺减去两个
–
NHR3基团；
[0015]R3为氢或烷基，或者R3与G以及它们共同连接的氮合在一起形成杂环基团；
[0016]n独立地为0至1500的整数；
[0017]p为1至10的整数；并且
[0018]q为1或更大的整数。
[0019]优选地，n、p和q被选择为使得聚二有机硅氧烷嵌段占聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物的至少50重量百分比(重量％)、至少60重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％或甚至至少95重量％。在此类实施方案中，n、p和q被选择为使得聚二有机硅氧烷嵌段占聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物的不超过99.9重量％、99.8重量％、99.7重量％或甚至99.5重量％。
[0020]半结晶热塑性聚烯烃(共)聚合物通过使一种或多种选自由以下项组成的组的支链或直链α烯烃单体聚合而衍生：乙烯、丙烯、1
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丁烯、1
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戊烯、2
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甲基
‑1‑
戊烯、3
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甲基
‑1‑
戊烯、4
‑
甲基
‑1‑
戊烯、1
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己烯、1
‑
庚烯、1
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辛烯、1
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壬烯、1
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癸烯、1
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十一碳烯、1
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十二碳烯、1
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十三碳烯、1
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十四碳烯、1
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十五碳烯、1
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十六碳烯、1
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十七碳烯、1
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十八碳烯、1
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二十碳烯或它们的组合。半结晶热塑性聚烯烃(共)聚合物优选地包含聚乙烯、聚丙烯或它们的组合，更优选地，该聚烯烃(共)聚合物由聚丙烯组成或基本上由聚丙烯组成。
[0021]在某些目前优选的实施方案中，该多个孔包括微孔。在一些示例性实施方案中，微孔的直径为0.01微米至1.0微米。在其它实施方案中，微孔的直径为0.02微米至0.5微米。在另外的示例性实施方案中，非对称中空纤维膜表现出5％至80％的孔隙率。在其它实施方案中，中空纤维膜表现出10％至50％的孔隙率。
[0022]在另一方面，本公开描述了一种分离制品，该分离制品包括多个根据上述实施方案中任一项所述的非对称中空纤维膜。在一些示例性实施方案中，该多个非对称中空纤维膜被布置成阵列，该阵列可通过针织形成。任选地，阵列被打褶、折叠或者卷成圆筒或盒。
[0023]在另外的示例性实施方案中，分离制品可选择性渗透CO2而不是N2或CH4。优选地，分离制品表现出至少8的CO2/N2的选择率。在其它示例性实施方案中，过滤制品可选择性渗透O2而不是N2。
[0024]在另一方面，本公开描述了一种使用上述分离制品中的任一种分离制品的方法，其中该分离制品用于从液相中分离气相。在一些实施方案中，气相包括N2、O2、CO2、CH4或它们的组合。在某些实施方案中，气相包括水蒸气。在此类实施方案中，分离制品可用于气相的加湿或除湿。在某些实施方案中，气相包括一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非对称中空纤维膜，所述非对称中空纤维膜包括：具有多个孔的多孔基底，其中所述多孔基底包含至少一种半结晶热塑性聚烯烃(共)聚合物；和覆在所述多孔基底上的表层，其中所述表层包含至少一种聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物，所述聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物包含至少两个式I的重复单元：其中：每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基、或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基；每个Y独立地为烷亚基、芳烷亚基或它们的组合；G为二价残基，其等于式R3HN
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G
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NHR3的二胺减去两个
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NHR3基团；R3为氢或烷基，或者R3与G以及它们共同连接的氮合在一起形成杂环基团；n独立地为1至1500的整数；p为1至10的整数；并且q为1或更大的整数，任选地其中n、p和q被选择为使得聚二有机硅氧烷嵌段占所述聚二有机硅氧烷
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聚乙二酰胺共聚物的至少50质量％。2.根据权利要求1所述的非对称中空纤维膜，其中至少50％的所述R1基团为甲基，任选地其中每个R1为甲基。3.根据权利要求1所述的非对称中空纤维膜，其中每个Y为具有1至10个碳原子的烷亚基、与具有1至10个碳原子的烷亚基键合的苯亚基、或与具有1至10个碳原子的第一烷亚基键合并且与具有1至10个碳原子的第二烷亚基键合的苯亚基。4.根据权利要求1所述的非对称中空纤维膜，其中n为至少40。5.根据权利要求1所述的非对称中空纤维膜，其中G为烷亚基、杂烷亚基、芳亚基、芳烷亚基、聚二有机硅氧烷或它们的组合。6.根据任意前述权利要求所述的非对称中空纤维膜，其中R3为H或甲基。7.根据权利要求1所述的非对称中空纤维膜，其中所述半结晶热塑性聚烯烃(共)聚合物是通过使一种或多种选自以下的支链或直链α烯烃单体聚合而衍生得到：乙烯、丙烯、1
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丁烯、1
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戊烯、2
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甲基
‑1‑
戊烯、3
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甲基
‑1‑
戊烯、4
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甲基
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戊烯、1
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己烯、1
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庚烯、1
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辛烯、1
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壬烯、1
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癸烯、1
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十一碳烯、1
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十二碳烯、1
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十三碳烯、1
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十四碳烯、1
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十五碳烯、1
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十六碳烯、1
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十七碳烯、1
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十八碳烯、1
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二十碳烯或它们的组合。8.根据任意前述权利要求所述的非对称中空纤维膜，其中所述半结晶热塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：周金盛，林官颖，詹姆斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：