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      基于三蝶烯的二酐、聚酰亞胺,及其分別的制造和使用方法

      文檔序號(hào):9509697閱讀:397來源:國知局
      基于三蝶烯的二酐、聚酰亞胺,及其分別的制造和使用方法
      【專利說明】基于Ξ蝶稀的二野、聚醜亞胺,及其分別的制造和使用方法
      【背景技術(shù)】
      [0001] 氣體分離為具有快速發(fā)展的市場(chǎng)的新興技術(shù),其包含如用于從天然氣流的氧或氮 富集W及酸性氣體去除和控回收的空氣分離的應(yīng)用?;谀さ姆蛛x系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)情況取決于 所用材料的氣體滲透率(厚度和壓力正規(guī)化通量)和選擇率(一種氣體相比于另一種的優(yōu) 先滲透)。不幸的是,運(yùn)兩個(gè)主要參數(shù)之間存在常規(guī)權(quán)衡W使得滲透率的增加與選擇率的減 少同時(shí)發(fā)生,且反之亦然。此導(dǎo)致通常所稱為的性能"上限",其由具有滲透率和選擇率的最 高已知組合的聚合材料定義。其經(jīng)修改W適應(yīng)性能較好的聚合物的發(fā)現(xiàn)且因此視為當(dāng)前技 術(shù)發(fā)展水平的規(guī)格。
      [0002] 聚酷亞胺為由基于膜的氣體分離工業(yè)中的主要競(jìng)爭者開發(fā)用于一系列氣體分離 應(yīng)用的一種主要類別的聚合物,所述應(yīng)用包括從天然氣的空氣分離(氧/氮富集)和氨氣 分離(從氨凈化氣流的氨回收)W及酸性氣體(C〇2和Η2巧和高碳控(CJ的去除。聚酷亞 胺(通常由二胺與二酢之間的縮聚反應(yīng),接著環(huán)化脫水步驟形成)具有可經(jīng)受簡單、系統(tǒng)變 化的通用結(jié)構(gòu)。其W具有高熱和化學(xué)穩(wěn)定性、良好機(jī)械和優(yōu)良成膜特性的高性能聚合物而 為人熟知。但是,當(dāng)前聚酷亞胺未滿足當(dāng)前氣體分離需要,并且因此需要新聚酷亞胺。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003] 在更詳細(xì)地描述本發(fā)明之前,應(yīng)理解本發(fā)明不限于所述特定實(shí)施例,因?yàn)閷?shí)施例 當(dāng)然可變化。還應(yīng)了解,本文中所用的術(shù)語僅出于描述特定實(shí)施例的目的并且不打算具有 限制性,因?yàn)楸景l(fā)明的范圍僅受隨附權(quán)利要求書限制。
      [0004] 當(dāng)提供值范圍時(shí),應(yīng)理解在所述范圍的上限與下限之間的每一中間值到下限的單 位的十分之一(除非上下文明確指出)和在所述規(guī)定范圍內(nèi)的任何其它指定值或中間值均 涵蓋于本發(fā)明內(nèi)。運(yùn)些較小范圍的上限和下限可獨(dú)立地包括于較小范圍內(nèi)且也涵蓋于本發(fā) 明內(nèi),在所規(guī)定范圍內(nèi)受到任何特定排它性限制。如果所規(guī)定范圍包括界限中的一者或兩 者時(shí),不包括那些所包括的界限中的任一者或兩者的范圍也包括于本發(fā)明中。
      [0005] 除非另外定義,否則本文中所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員通常所理解相同的含義。雖然任何與本文中所述的方法和材料相似或等效的 方法及材料也可用于實(shí)施或測(cè)試本發(fā)明,但現(xiàn)在描述優(yōu)選方法和材料。
      [0006] 本說明書中所引用的所有出版物和專利W引用的方式并入本文中,就好像特定地 且單獨(dú)地指示每一個(gè)別公開案或?qū)@鸚引用的方式并入一樣,且W引用的方式并入本文中 W結(jié)合所引用的出版物公開和描述方法和/或材料。對(duì)任何出版物的引用關(guān)于其在申請(qǐng)日 期之前的公開內(nèi)容,并且不應(yīng)解釋為承認(rèn)本發(fā)明由于先前公開內(nèi)容而未被授權(quán)先于此類出 版物。另外,所提供的公開日期可能不同于可能需要獨(dú)立確認(rèn)的實(shí)際公開日期。
      [0007] 如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明之后將顯而易知,本文中所描述和說明的個(gè) 別實(shí)施例中的每一者具有離散組分和特征,其容易與其它若干實(shí)施例中的任一者的特征分 離或與其組合而不背離本發(fā)明的范圍或精神。任何所述方法均可W所述事件順序或W邏輯 上可能的任何其它順序來進(jìn)行。
      [0008] 除非另外指明,否則本發(fā)明的實(shí)施例將采用化學(xué)、合成有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、分 析化學(xué)等的技術(shù),其在所屬領(lǐng)域的技能范圍內(nèi)。在文獻(xiàn)中全面解釋了此類技術(shù)。
      [0009] 提出W下實(shí)例W向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員提供如何執(zhí)行所述方法和使用本文所公 開和所要求的組合物和化合物的完整公開內(nèi)容W及描述。已經(jīng)作出努力W確保關(guān)于數(shù)字 (例如量、溫度等)的準(zhǔn)確性,但應(yīng)該允許一些誤差和偏差。除非另外規(guī)定,否則份數(shù)為重量 份,溫度為單位,且壓力W己為單位。標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力被定義為0°C和1己。
      [0010] 在詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例之前,應(yīng)理解除非另外指出,否則本發(fā)明不限于特定材 料、試劑、反應(yīng)物質(zhì)、制造方法等,其本身可變化。還應(yīng)理解,本文所用的術(shù)語僅出于描述特 定實(shí)施例的目的,且不打算作為限制。在本發(fā)明中也可能W邏輯上可能的不同順序執(zhí)行各 步驟。 W11] 必須指出,除非上下文另外明確指示,否則如說明書和所附權(quán)利要求書中所用,單 數(shù)形式"一(a/an)"和"所述(the)"包括多個(gè)指示物。因此,舉例來說,提及"一個(gè)支撐物" 包括多個(gè)支撐物。在本說明書和隨后的權(quán)利要求書中,將提及多個(gè)術(shù)語,除非相反意圖顯而 易見,否則其應(yīng)定義為具有W下含義。 陽01引定義:
      [0013] 術(shù)語"經(jīng)取代"是指可經(jīng)來自指定基團(tuán)的選擇物置換的指示原子上的任何一或多 個(gè)氨,其條件是指示原子的正常價(jià)并不超出,且取代產(chǎn)生穩(wěn)定化合物。
      [0014] 如本文所用,"烷基(日化如)"或"烷基(日化如group)"是指分支鏈飽和脂族控。 烷基的實(shí)例包括(但不限于)異丙基、仲下基、叔下基和異戊基。
      [0015] 如在"經(jīng)取代烷基"、"經(jīng)取代芳基"、"經(jīng)取代雜芳基"等中的術(shù)語"經(jīng)取代"意味 著經(jīng)取代基團(tuán)可化含有如W下各者的基團(tuán)代替一或多個(gè)氨:烷基、徑基、氨基、面基、Ξ氣甲 基、氯基、--NH(低碳數(shù)烷基)、--N(低碳數(shù)烷基)2、低碳數(shù)烷氧基、低碳數(shù)燒硫基或簇基,且 因此涵蓋在下文中提及的術(shù)語面烷基、烷氧基、氣苯甲基W及含硫和憐的取代基。
      [0016] 如本文所用,"面基"、"面素"或"面素自由基"是指氣、氯、漠和艦,化及其自由基。 另外,當(dāng)用于如"面烷基"或"面締基"的復(fù)合詞中時(shí),"面基"是指其中一或多個(gè)氨經(jīng)面素自 由基取代的烷基或締基自由基。面烷基的實(shí)例包括(但不限于)Ξ氣甲基、Ξ氯甲基、五氣 乙基和五氯乙基。
      [0017] 如本文所用,術(shù)語"芳基"是指約6到約14個(gè)碳原子,優(yōu)選地約6到約10個(gè)碳原 子的芳族單環(huán)或多環(huán)環(huán)系統(tǒng)。示例性芳基包括苯基或糞基,或經(jīng)取代苯基或經(jīng)取代糞基。
      [0018] 本文中使用的術(shù)語"雜芳基"表示在環(huán)中或稠環(huán)結(jié)構(gòu)中的一或多個(gè)環(huán)中具有一或 多個(gè)非碳原子(如氧、氮和硫)的碳原子的芳環(huán)或稠環(huán)結(jié)構(gòu)。優(yōu)選實(shí)例為巧喃基、咪挫基、 化喃基、化咯基和化晚基。
      【具體實(shí)施方式】
      [0019] 本發(fā)明的實(shí)施例提供基于Ξ蝶締的單體、制造基于Ξ蝶締的單體的方法、基于Ξ 蝶締的芳族聚酷亞胺、制造基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺的方法、使用基于Ξ蝶締的芳族聚 酷亞胺的方法、并有基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺的結(jié)構(gòu)、氣體分離方法等?;讦喌姆?族聚酷亞胺的實(shí)施例具有W下特征中的一或多種:內(nèi)在微孔性、良好熱穩(wěn)定性和增強(qiáng)的可 溶性。內(nèi)在微孔性在本文中定義為具有小于2nm的孔徑和〉100m2/g的表面孔隙率(如通 過氮吸附方法在77K處測(cè)定)的聚合材料。附件A包括基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺的實(shí)施 例的示例性反應(yīng)流程和氣體分離數(shù)據(jù)。
      [0020] 預(yù)期基于Ξ蝶締的單體和基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺的實(shí)施例由于其高滲透性 和極好選擇率而相比于當(dāng)前基于聚合物的膜為具有經(jīng)濟(jì)吸引力的。較高滲透率通過減少處 理給定方法流程的面積要求提供膜系統(tǒng)的資金成本的節(jié)約。其也通過減少壓縮要求減少能 耗。較高選擇率通過減少有價(jià)值的氣體饋送組分交越到滲透物流中W及通過減少多級(jí)式系 統(tǒng)的需要帶來較大節(jié)約。
      [0021] 在示例性實(shí)施例中,基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺可用于形成氣體分離膜。膜可W 具有顯著超越上限的用于氣體分離應(yīng)用的優(yōu)越性能。確切地說,并有基于Ξ蝶締的聚酷亞 胺的膜的實(shí)施例在包含從氨凈化氣流的氮富集和氨回收的氣體分離應(yīng)用中提供前所未有 的性能。另外,并有基于Ξ蝶締的聚酷亞胺的膜的實(shí)施例在締控/石蠟(CsHe/CsHs)和天然 氣脫硫(CO2/CH4)應(yīng)用中具有極好性能。
      [0022] 在示例性實(shí)施例中,基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺為微孔的且具有所有先前報(bào)導(dǎo)的 非網(wǎng)絡(luò)聚酷亞胺的最高BET表面積(例如至多850mVg),如通過在77K下成分子可達(dá)的面 積常規(guī)地測(cè)量。運(yùn)些材料的微孔性和良好可溶性(可加工性)似乎由并入Ξ蝶締部分的剛 性Ξ維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生,其防止聚合物鏈的密堆積且減少鏈間相互作用。運(yùn)些聚酷亞胺的實(shí)施例 展示顯著超越重要?dú)怏w分離應(yīng)用的上限的性能。確切地說,基于Ξ蝶締的芳族聚酷亞胺的 示例性實(shí)施例在用于氣體分離膜中時(shí)在空氣分離(即化/成,在氮富集中)、氨氣分離(即 HzM和H2/CH4,用于從氨凈化氣流回收氨)和具挑戰(zhàn)性的締控/石蠟分離(即。&
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