[发明专利]包含氧乙烯基的膜

说明书

技术领域

本发明涉及可以通过聚合包含氧乙烯基的化合物而获得的膜。该膜对于实施气体分离特别有用。本发明还涉及用于制备所述膜的方法、以及它们的用途。

背景技术

对于纯化气态混合物，例如天然气和烟道气，在某些情况下，分离来自干流的不期望组分可以基于这些组分的相对尺寸而实现(尺寸筛分)。有时更好的结果可以通过利用待分离组分的性质而实现。例如，US-A-4963165描述了利用由聚酰胺-聚醚嵌段共聚物(其看起来没有发生交联)制成的膜来分离极性组分与非极性组分。聚环氧乙烷(聚氧化乙烯，PEO)基膜已被描述为适合用于从氢气和甲烷中分离CO2(Lin et al.，Macromolecules，Vol.38，no.20，2005，8394-8407)。JP8024602A和JP8024603A描述了包含具有1-24个烷撑二醇重复单元的聚烷撑二醇二(甲基)丙烯酸酯的气体分离膜。Hirayama et al.，Journal of Membrane Science，160，(1999)，87-99描述了由聚乙二醇单-和二-甲基丙烯酸酯制成的聚合物膜以及它们用于气体分离的应用。JP7060079描述了具有包含氧乙烯基，优选具有2-30个重复单元的亲水性表面的等离子体处理膜。US-A-5069926描述了适用于分离油和水的多孔性超滤膜，其已用等离子体处理或臭氧处理的聚二丙烯酸乙二酯表面改性。WO-A-2005/097304描述了包含大孔性凝胶填充膜的膜叠层，其中聚二丙烯酸乙二酯(聚乙二醇二丙烯酸酯)被用作交联剂。

存在对于期望气体具有高渗透性和选择性、结实且柔性的膜的需要。理想地，这样的膜可以利用组合物中毒理学可接受的液体(特别是水)在高速下有效地生产。以这种方式，本发明的膜可以以特别的成本有效的方式制备。本发明旨在实现这些目标，至少是一部分目标。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种膜，该膜具有良好渗透特性，尤其是对于极性气体和蒸汽，并且可以以有效方式进行生产。另一个目的是提供一种在处理时不易破裂的结实且耐用的膜。

已经发现，这些目的可以通过这样的一种膜实现，该膜是通过聚合包括化合物的组合物而制备，该化合物包括至少70个氧乙烯-(-CH2-CH2-O-)-基和至少两个可聚合基团。因此，在一方面，本发明涉及一种包含一种化合物的聚合产物的膜，该化合物包含至少70个氧乙烯基和至少两个可聚合基团。为了简便，包含至少70个氧乙烯基和至少两个可聚合基团的化合物在本说明中经常被称为“可交联单体”。

具体实施方式

本发明的一个目的是提供这样一种膜，该膜对极性气体如CO2、H2S、NH3、SOx、以及氮氧化物，特别是NOx具有高渗透性且相对于非极性气体、蒸汽和液体，对于这些极性气体具有高选择性。气体可以包括蒸汽，例如水蒸汽。在一个实施方式中，该膜对于液体例如水和水溶液是不可渗透的。

这样的气体分离膜可以通过去除极性气体(CO2，H2S)而用于纯化天然气(一种混合物，主要包括甲烷)，用于从氢气以及从烟道气中去除CO2。烟道气是经由烟道排到大气中的典型气体，其中的烟道例如是用于传送来自壁炉、烤箱、火炉、内燃机、锅炉或蒸汽产生器的废气的管或通道。特别地，是指在发电厂产生的燃烧废气。其组成取决于燃烧的对象，但其通常主要由来源于助燃空气的氮气(通常高于三分之二)、二氧化碳(CO2)和水蒸汽以及过量的氧气(也来源于助燃空气)构成。它还包含一小部分的污染物如颗粒物、一氧化碳、氮氧化物和硫氧化物。最近，CO2的分离和捕获与相关地环境问题(全球变暖)引起了人们的关注。对于某些消费者，在一些应用中，膜的成本是一个重要的考虑因素。

本发明的膜是通过聚合包含至少70个氧乙烯基的化合物而制备的。虽然不希望受限于任何特定理论，但是我们认为大量氧乙烯基与极性分子如CO2的相互作用非常不同于与非极性分子如N2，这使得基于这些化合物的聚合物的膜相对于非极性分子适合于增强对极性分子的选择性。一个氧乙烯基可以完整地描绘为-(-CH2-CH2-O-)-。

较高数量的氧乙烯基改善对极性气体的渗透性。令人惊讶地，利用高数量的氧乙烯基，不仅改善渗透性和选择性，而且所得到的膜的物理强度也显著地更好。由具有少量氧乙烯基的可聚合化合物制备的膜在处理过程中弯曲时似乎易碎且容易破坏。当膜在没有支撑物的情况下使用时这尤其重要。而且附着于多孔性支撑物，期望一种柔性结构以降低膜破裂的风险。