[发明专利]热交联聚合物及其制造方法

说明书

相关申请书的参照

本申请书根据美国法典35U.S.C.第119条第e项的规定，主张享有于2008年6月16日申请登记的美国临时申请书No.61/061,838的权益，所述申请书的全部内容和实质作为参考特此并入，正如下全部所述。

关于联邦赞助研究的声明

本发明是在美国政府的支持之下通过美国能源部的资助项目No.DE-FG03-95ER14538而完成的。美国政府对本专利享有一定的权利。

技术领域

本发明所公开的各种实施例普遍涉及热交联聚合物的组合物及制备热交联聚合物的组合物的方法。特别地，本发明的各种实施例涉及热交联聚酰亚胺的组合物及制备热交联聚酰亚胺的组合物的方法。

背景技术

美国天然气年产量约为20万亿标准立方英尺，年销售额超过1000亿美元，为美国提供了极为必要的能源。根据最新出版的《国际能源展望》所述，天然气属于增长最快的能源，国际范围内的消费到2030年有望增长92％。然而，几乎所有的天然气都需要某种形式的处理以减少所含的杂质。天然气最丰富的杂质是二氧化碳(CO₂)，其典型浓度在5～25mol％之间，而某些天然气田天然气中二氧化碳含量甚至超过50％。为了满足管道参数的要求以便输送，并且使管道腐蚀减小到最低程度，天然气中二氧化碳的浓度必须降低到小于约2％以内。天然气工业中有关二氧化碳脱除的专利申请更多地包括以下方面：在提高油/气采收率的过程中回收与再循环利用二氧化碳，从垃圾填埋场与沼气中回收甲烷，以及从烟道气中回收二氧化碳。就基于膜的分离工艺而言，由于相对低的投资与操作费用、轻便、规模可大可小以及环境上的安全性，相对于传统的吸附工艺，提供了另外一种有吸引力的选择。

膜是一种相对简单的装置，能够对气体分子有效起到“分子过滤器”的作用。从本质上来说，气体通过聚合物介质的迁移是按照被称为“溶解-扩散”相结合的机理进行的。来自原料流的渗透物吸附在膜的上游一侧的表面上，然后扩散穿过膜的薄层到膜的下游一侧的表面上，并在膜的下游一侧表面上脱附，进入到渗透流中。这一过程的驱动力与渗透物在原料流与渗透流之间的分压或逸度的变化有关。

使问题变得复杂的是强烈吸附的物质，如CO₂，能够使聚合物膜膨胀，并引起膜的“塑化”，而这归因于由聚合物链段的流动性的提高所导致的气体渗透率的增加。这种聚合物局部的链段流动性的提高降低了聚合物分辨能力的大小与形态，因此逐渐消弱了膜的分离效率。

因此，需要提供一种热交联聚合物的组合物及其制备方法，用于减少基于CO₂的、由膨胀所引起的膜的塑化。本发明所公开的各种实施例就涉及提供这样的热交联的聚合物组合物及其制备方法。

发明内容

本发明公开的各种实施例涉及热交联聚合物的组合物及其制备热交联聚合物的组合物的方法。本发明的一个方面包括一种组合物，所述组合物包括：由第一重复结构单元所构成的第一聚合物，第一重复结构单元包括羧基，所述第一聚合物与由第二重复结构单元形成的第二聚合物交联，所述第一聚合物与第二聚合物的交联无酯基形成。在这样的实施例中，所述第一聚合物与第二聚合物的交联通过所述第一重复结构单元脱羧而成。在本发明的一些实施例中，所述第二重复结构单元包括羧基。而在本发明的一个实施例中，所述第一重复结构单元与第二重复结构单元是相同的。因此在这样一个实施例中，所述第一聚合物与第二聚合物能够是相同的。

所述第一重复结构单元可包括一种或多种单体，所述第二重复结构单元也可包括一种或多种单体。在本发明的一个实施例中，所述第一重复结构单元包括酰亚胺。在本发明的另一个实施例中，所述第一重复结构单元包括砜。

在本发明的一个示例中，所述第一重复结构单元包括酸酐和胺。更具体地，所述酸酐包括(4，4′-六氟代异亚丙基)双苯二甲酸二酐((4，4′-hexafluoroisopropylidene)bisphthalic dianhydride，)，所述胺包括双氨基-1，3，5-三甲基苯、3，5-双氨基苯甲酸、(4，4′六氟代异亚丙基)双苯胺或它们的结合。在本发明的一个示例中，所述第一重复结构单元如下：