[发明专利]基于三蝶烯的梯形单体和聚合物以及各自的制备方法和使用方法

说明书

本公开内容的实施例提供了基于三蝶烯的A‑B单体、制备基于三蝶烯之A‑B单体的方法、基于三蝶烯的梯形聚合物、制备基于三蝶烯之梯形聚合物的方法、使用基于三蝶烯之梯形聚合物的方法、合并基于三蝶烯之梯形聚合物的结构、气体分离方法等。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月30日提交的、具有序列号61/859,800的、标题为“TRIPTYCENE-BASED LADDER MONOMERS AND POLYMERS,METHODS OF MAKING EACH,ANDMETHODS OF USE”的美国临时申请的优先权，其整篇通过引用并入本文。

背景技术

气体分离是一种新兴技术并且市场迅速发展，其包括例如空气分离以富集氧气或氮气以及去除酸性气体和从天然气流中回收烃的应用。基于膜的分离系统的经济性取决于所使用材料的透气性(厚度和压力归一化通量)和选择性(一种气体相比于另一种优先透过)。遗憾的是，这两个主要参数之间通常存在权衡，使得透气性增加的同时伴随着选择性降低，反之亦然。这导致通常称为性能“上限”的概念，其定义为具有透气性和选择性的最高已知组合的聚合物材料。对其进行改变以允许发现表现更佳的聚合物，并且因此认为其是现有技术的标尺。

目前，在学术和工业方面付出了大量研究努力，通过引入微孔性来提高聚合物膜的透气性而不折衷选择性，国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pureand Applied Chemistry，IUPAC)认为微孔性涵盖小于的孔。向聚合物中引入微孔性的常规技术是热处理。然而，这增加了膜形成过程的复杂性并且常常产生不溶性的脆性膜。最近，英国团队设计了具有在刚性的完全稠合环骨架中包含变形位点的重复单元的聚合物，其中不存在围绕其可发生自由旋转的单键。这导致固态时链堆积(packing)效率低、捕获自由体积并且因此产生聚合物固有的微孔性。这些所谓的具有固有微孔性的聚合物(polymers of intrinsic microporosity，PIM)通常证明具有高内表面积、高热稳定性并且非常重要的是，在常见有机溶剂中的高溶解度(其为形成用于气体分离应用的膜的关键)以及对官能化的顺从性(允许根据化学相互作用的渗透分子调整性能)。至今，梯型PIM常规地通过在双官能的羟基化芳族单体(AA)和活化的氟化或氯化单体(BB)之间进行缩聚反应以形成二苯并二噁烷-连接基团而制备成具有四面体螺-碳中心。关于气体分离性能，相比较于市售的聚合物膜材料PIM已经在产生显著更高的透气性方面获得极大成功，但是却以选择性为代价。因此，在重要的气体分离应用，例如O₂/N₂、CO₂/CH₄、H₂/CH₄及其它应用中的商业使用已受到严重阻碍。

发明内容

本公开内容的实施例提供了基于三蝶烯的A-B单体、制备基于三蝶烯之A-B单体的方法、基于三蝶烯的梯形聚合物、制备基于三蝶烯之梯形聚合物的方法、使用基于三蝶烯之梯形聚合物的方法、合并基于三蝶烯之梯形聚合物的结构、气体分离方法等。

本公开内容的一个实施例包括组合物，其中，所述组合物包含具有以下结构的基于三蝶烯的梯形聚合物：

其中n是1至10,000，其中Ar是取代或未取代的芳族部分，其中R1和R2各自独立地选自由以下组成的群组：氢、卤素、取代或未取代的分支链或直链烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基，以及取代或未取代的苯基。在一个实施例中，基于三蝶烯的梯形聚合物可具有以下结构之一：

本公开内容的一个实施例包括组合物，其中，所述组合物包含由以下结构描述的单体：