[发明专利]具有混合层的气体分离膜

说明书

技术领域

本发明涉及复合膜及其制备和在气体分离方面的应用。

背景技术

美国专利文件US 5,286,280(‘280)中公开了复合气体分离膜。‘280的膜依次包括支撑件、气体可渗透的聚合物层(通常称为“槽层”)，识别层和可选择的外侧保护层。‘280的实例描述了使槽层到多孔支撑件内的渗透最小化所采取的步骤。

发明内容

需要具有良好的气体通量并且其也能够在诸如CO₂和CH₄的气体之间良好地识别的膜。

根据本发明的第一个方面，提供了一种复合膜包括：

a)多孔支撑件；

b)槽层，该槽层的部分位于支撑件内，并且该槽层的部分位于支撑件的外侧；以及

c)位于槽层上的识别层；

其中：

(i)位于支撑件外侧的槽层的部分的平均厚度(GL_e)为10nm至900nm；并且(ii)位于支撑件内的槽层的部分的平均厚度(GL_i)为GL_e的10％至350％。

图1示例性示出的复合膜包括多孔支撑件1、槽层2和薄识别层3。将位于支撑件外侧的槽层2的部分表示为2a，并将位于支撑件内的槽层的部分表示为2b。将位于支撑件内的槽层的部分的厚度表示为GL_i。将位于支撑件外侧的槽层的部分的厚度表示为GL_e。在图1中，多孔支撑件1、槽层2和识别层3的相对厚度未按照相对其各自的尺寸绘出，并且进行了放大以更清楚的示出本发明。图1中示出的复合膜也可选择地进一步包括位于识别层上的保护层(未示出)。

多孔支撑件的主要目的是在实质上不降低通量的情况下对识别层提供机械强度。因此，相对于识别层而言，多孔支撑件是典型的开气孔。

多孔支撑件可以是例如微孔有机或无机膜，或织造或非织造织物。

多孔支撑件可以由任何合适的材料构成。这些材料的实例包括聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、醋酸纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)，并且尤其是聚丙烯腈。

可以使用(例如可商业购买)多孔片状材料作为支撑件。可选地，可以使用本领域公知的用于制备微孔材料的技术来制备多孔支撑件。在一个实施例中，可以通过以下步骤制备多孔、非识别支撑件：固化可固化组分，然后进一步将可固化的组分应用至形成的多孔支撑件，并且固化这些组分，从而在已经固化的多孔支撑件上形成槽层和识别层。

多孔支撑件并且不仅限于片状形式；也可以使用管状形式的多孔支撑件。

例如，为了改善其可湿润性和/或粘合性，也可以使用已经历电晕放电处理、辉光放电处理、火焰处理、紫外线辐射处理等的多孔支撑件。

多孔支撑件优选地具有尽可能大的孔，并适合提供用于槽层和随后的识别层的平滑表面。多孔支撑件具有平均孔径，其优选地大于识别层的平均孔径至少约50％，更优选地大于识别层的平均孔径至少约100％，特别地大于识别层的平均孔径至少约200％，更特别地大于识别层的平均孔径至少约1000％。

穿过多孔支撑件的孔典型地具有0.001至10μm的平均直径，优选地为0.01至1μm。在多孔支撑件的表面处的孔将典型地具有0.001至0.1μm的直径，优选地为0.005至0.05μm。

孔的直径可以通过例如通过扫描电子显微镜(“SEM”)观察多孔支撑件的表面或通过切穿支撑件并也通过SEM测量多孔支撑件内的孔的直径进行测定。

多孔支撑件的表面处的孔隙率也可以表达为a％孔隙率，即，

上述计算式所需的面积可以通过使用SEM检测多孔支撑件的表面来确定。

因此，在优选实施例中，多孔支撑件具有的a％孔隙率>1％，更优选地>3％，特别地>10％，更特别地>20％。