[发明专利]交联硅烷改性的分子自组装材料

说明书

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及有机聚合物组合物、材料和制品；及其制备和使用方法。

背景技术

通常认为地球大气中二氧化碳气体的增加导致全球变暖。化石燃料的燃烧自然地在烟道气混合物中产生二氧化碳(CO₂)气体和其他酸气体。通过微生物分解代谢有机分子产生污染天然气贮藏的CO₂气体。人类需要从烟道气混合物和天然气中除去这些CO₂气体以保护我们的行星。

对于用于CO₂气体去除应用的膜已有研究，但由于膜领域固有的不可预测性，已尝试将多种有机聚合物用于CO₂气体的分离，可是仍未发现理想的膜材料。例如，US 7,247,191 B2提及制造高性能中空纤维膜的组合物和方法等。它们由具有预定交联量的聚合物制备，以具有高的抗塑化性。所述预定量必须在所需范围内以避免所述聚合物材料过少交联，因其能够导致膜的塑化，过多交联则能够导致膜的脆性和不良性能。所述聚合物材料固有的物理性能缺陷(例如，作为熔体时具有相当高的动态粘度)不期望地限制膜的组成和性能。优选的膜包括共价键合的酯交联键的聚酰亚胺聚合物。所述酯交联化学不期望地使用有机交联剂(例如，(HO-(CH₂)_n-OH))，其释放也能够破坏地球环境。

已使用包括分子自组装(MSA)材料和填料的复合物来制备用于处理某些有关气体或蒸汽/气体混合物的膜。例如，美国专利申请公开号2010/0126341 A1提及含有MSA材料和亲π键填料的聚合物亲π键填料复合材料。所述复合材料对制备用于从有关气体混合物中分离含π键气体的半透材料是有用的。所述复合材料需要所述亲π键填料，且未公开用于从烟道气或天然气中分离CO₂气体。

发明简述

发明人已认识到现有技术中用于从有关气体混合物(例如，CO₂气体和非酸气体的共混物)中分离二氧化碳(CO₂)气体的有机聚合物膜的各种问题。例如，发明人认识到为了使US 7,247,191 B2的现有技术中空纤维膜达到令人满意的抗塑化性和酸气体(例如，CO₂气体)渗透性，不得不使用混有交联剂的聚合物，其随后在固化方法中原位交联以提供仅当具有预定交联量时才适用的聚合物材料。这种及其他现有技术的膜需要诸如位于聚合物中的辅助有机相(例如，金属有机骨架)或辅助有机组分(例如，可交联有机填料)的辅助材料。本发明通过尤其提供由具有水可固化交联基团的通用有机聚合物制备的膜而提供解决这一问题的方案。本发明能够利用分子自组装(MSA)材料的熔体和溶液加工性能(例如，低的熔体和溶液粘度)，且能够减少或避免任何使现有技术的材料、膜和膜组件及其制造方法受限的物理性能缺陷(例如脆性)。

在第一实施方式中，本发明提供已通过固化方法制备的含有交联硅烷改性MSA材料的固化制品，所述固化方法包括提供含有成型反应性硅烷改性MSA材料的可固化制品，和在固化有效条件下使所述成型反应性硅烷改性MSA材料与交联有效量的固化剂接触，从而使所述反应性硅烷改性MSA材料的分子交联且提供固化制品。

本文使用的术语“反应性硅烷改性分子自组装材料”是指含有至少一个共价键合至MSA材料的反应性硅烷官能团的物质。优选所述物质是半透材料。本文使用的术语“反应性硅烷官能团”是指含有卤代-甲硅烷基或氧-甲硅烷基的官能团的部分，所述官能团是水可固化的交联基团。所述反应性硅烷官能团是附加的或辅助的部分，其是含卤代-甲硅烷基或氧-甲硅烷基的反应物的残基，如下文所述，该反应物与改性前(premodification)MSA材料反应制备反应性硅烷改性MSA材料。

优选地，每个含卤代-甲硅烷基或氧-甲硅烷基的官能团(在固化前)独立地是式(A)基团：