[发明专利]用于气体分离的超渗透膜

说明书

发明背景

工业排放产生对环境有不利影响的温室气体。期望通过将有害温室气体与其他气体进行分离来控制它们。

使温室气体水平最小化的另一措施是使用不同于化石燃料的能源如氢气。此类气体也需要分离。例如，大多数工业制氢基于两步工艺：

将二氧化碳与如此产生的氢进行分离是必不可少的。

已使用膜来分离气体。对于工业用途来说，膜需要是选择性和渗透性的并同时保持耐久性。需要开发用于分离气体的既具有高渗透率又具有足够选择性的耐久膜。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种单体，所述单体包含：(i)具有20-1000(例如20-400或20-100)个碳原子和10-500(例如10-200或10-50)个氧原子且碳/氧比率为1∶1-10∶1(例如2∶1和3∶1)的聚环氧烷主链；(ii)附连于所述主链的1-100(例如1-40)个聚环氧烷侧链，其中每个链具有10-500(例如10-200或10-100)个碳原子和5-250(例如5-100或5-50)个氧原子且碳/氧比率为1∶1-10∶1(例如2∶1和3∶1)；和(iii)同样附连于所述主链的1至8个交联基团(例如4个)，每个交联基团具有2至4个结合部分(例如3个)。侧链的长度比主链短。该单体能够通过其结合部分以及具有相同结构特征的其他单体的结合部分交联所述其他单体从而形成聚合物。交联基团的实例为-Si(OH)₃，其具有3个结合部分(例如3个OH)。

术语“聚环氧烷”指重复的环氧烷的链，例如聚(环氧乙烷)、聚(环氧丙烷)和聚(环氧丁烷)。术语“环氧烷”指具有1-10个碳原子的含醚烃，例如环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷。

在该单体的一个实施方案中，1至3个交联基团附连于主链的每一端。

下面为本发明的两种示例性单体：

在这两个实例中，m₁、m₂和m₃各自独立地为5-500(例如5-100)；每个n独立地为1-10(例如1-3)；x、x₂和x₃各自独立地为2-500(例如2-200)。R₂可为氢或烷基(例如-CH₃)。

本发明的另一方面为一种聚合物，所述聚合物包含多个彼此交联的上述单体。

本发明的再一方面涉及一种制备含有交联剂的支化聚环氧烷链的方法，所述方法包括使主链上具有第一反应性基团和第二反应性基团的支化聚环氧烷主链与2至8个各具有第三反应性基团的交联剂反应。一个交联剂的第三反应性基团共价结合所述第一反应性基团并且另一交联剂的第三反应性基团共价结合所述第二反应性基团从而形成含有交联剂的支化聚环氧烷链。该方法中使用的每个交联剂具有2至4个结合部分。

本发明的又一方面涉及制备含有交联剂的支化聚环氧烷链的另一方法。所述方法包括使具有第一反应性基团和第二反应性基团的聚环氧烷主链与2至8个各具有第三反应性基团的交联剂反应。一个交联剂的第三反应性基团共价结合所述第一反应性基团并且另一交联剂的第三反应性基团共价结合所述第二反应性基团从而形成含有交联剂的聚环氧烷主链。该方法中使用的每个交联剂具有2至4个结合部分。该方法还包括在含有交联剂的聚环氧烷主链上生成自由基和使在一端处各具有第四反应性基团的聚环氧烷侧链与所述含有交联剂的聚环氧烷主链反应从而通过一个或多个所述第四反应性基团与所述含有交联剂的聚环氧烷主链的共价结合形成含有交联剂的支化聚环氧烷链。换句话说，所述侧链通过共价方式结合到所述主链而形成所述主链的分支。

本发明的再一方面涉及一种使多个含有交联剂的支化聚环氧烷链反应以通过一个链中的结合部分与其他链中的结合部分之间的结合形成聚合物的方法。