ПОЛИМЕРЫ, ПОЛИМЕРНЫЕ МЕМБРАНЫ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Способ изготовления полимерного материала, включающий:
получение полимерной матрицы, содержащей, по меньшей мере, один полимер и, по меньшей мере, один порообразователь; и
разложение, по меньшей мере, одного порообразователя при температуре Т, составляющей менее чем или равной 1,1 Tg, где Tg представляет собой температуру стеклования полимерной матрицы, причем указанная стадия разложения включает воздействие на полимерную матрицу, по меньшей мере, одной обработки, выбранной из группы, которую составляют термическое разложение, химическое разложение, электрическое разложение и радиационное разложение,
где проницаемость полимерного материала составляет, по меньшей мере, в 1,2 раза больше, чем проницаемость полимерной матрицы для газа, а селективность полимерного материала составляет, по меньшей мере, 0,35-кратную селективность полимерной матрицы для пары газов.
2. Способ по п.1, в котором структуры основной цепи полимера в полимерной матрице не изменяются.
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
3. Способ по п.1, в котором пара газов, выбрана из группы, которую составляют O/N, CO/CH, CO/N, H/N, He/N, H/CH, He/CH, He/H, H/CO, HO/по меньшей мере, еще один газ и He/CO.
4. Способ по п.1, в котором проницаемость полимерного материала составляет, по меньшей мере, пятикратную проницаемость полимерной матрицы для газа, и селективность полимерного материала составляет, по меньшей мере, 0,35-кратную селективность полимерной матрицы для пары газов.
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
5. Способ по п.4, в котором пара газов выбрана из группы, которую составляют O/N, CO/СН, СО/N, H/N, He/N, H/CH, Не/СН, He/H, H/CO, HO/по меньшей мере, еще один газ и He/CO.
6. Способ изготовления полимерного материала, включающий:
получение полимерной матрицы, содержащей, по меньшей мере, один полимер и, по меньшей мере, один порообразователь; и
разложение, по меньшей мере, одного порообразователя при температуре Т, составляющей менее чем или равной 1,1 Tg, где Tg представляет собой температуру стеклования полимерной матрицы, причем указанная стадия разложения включает воздействие на полимерную матрицу, по меньшей мере, одной обработки, выбранной из группы, которую составляют термическое разложение, химическое разложение, электрическое разложение и радиационное разложение,
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
где полимерный материал представляет собой газоразделительную мембрану, которая превышает верхнюю границу соотношения Робсона, по меньшей мере, для одной пары разделяемых газов, выбранных из группы, которую составляют O/N, CO/CH, CO/N, H/N, He/N, H/CH, Не/СН, Не/Н, Н/CO, HO/по меньшей мере, еще один газ и Не/CO.
7. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один полимер представляет собой, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которую составляют полиамиды, полиимиды, простые полиэфиримиды, простые полиэфирсульфоны, полисульфоны, полибензимидазолы, полибензобензимидазолы, простые полиарилэфиркетоны, простые полиарилэфиры, ароматические полиарилаты, ароматические поликарбонаты, полибензоксазолы, полиамидимиды, полиоксадиазолимиды, простые полиэфиримиды, полиарилсульфиды, полибензотиазолы, полипирролоны, полиоксадиазолы, политриазолы, сложные полиэфиримиды, полифенилхиноксалин и полифенилены, а также их сополимеры и сочетания.
8. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, у одного полимера температура стеклования составляет более чем 100°С.
9. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, у одного полимера средняя молекулярная масса составляет от 10000 до 400000.
10. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один полимер и, по меньшей мере, один порообразователь представлен структурой I или II:
где LG представляет собой порообразующую лабильную группу, которая разлагается при воздействии, по меньшей мере, одной обработки, образуя продукты, которые диффундируют из полимерной матрицы, и L представляет собой непосредственную связь между LG и основной цепью полимера или углеродную соединительную группу, содержащую от 1 до 40 атомов углерода, или неуглеродную соединительную группу, содержащую от 0 до 40 атомов углерода.
11. Способ по п.10, в котором L представляет собой соединительную группу, включающую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную или гетероарильную группу и необязательно атомы О, N, S, F, Cl, Br или Si.
12. Способ по п.10, в котором LG представляет собой фрагмент, выбранный из группы, которую составляют алифатические углеводородные группы, сложные эфирные группы, сложные тиоэфирные группы, алифатические простые эфирные группы, алифатические карбонатные группы, галогеновые группы, алифатические и ароматические сульфонаты, алифатические и ароматические фосфонаты, бисульфидные группы, азогруппы, блокированные изоцианатные группы, карбоксилаты, аддукты Дильса-Альдера, органические ониевые ионы, ионы четвертичного аммония, N-алкилированные гетероарильные группы, тиосульфатные группы и их смеси.
13. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один полимер представляет собой полиимид, и порообразователь не представляет собой карбоновую кислоту или сульфоновую кислоту.
14. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один порообразователь представляет собой добавку, смешивающуюся с полимерной матрицей.
15. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один порообразователь представляет собой, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которую составляют алифатические углеводороды, алифатические карбоновые кислоты и сложные эфиры, алифатические простые эфиры и простые тиоэфиры, алифатические карбонаты, ароматические карбоновые кислоты и сложные эфиры, ароматические карбонаты, краун-эфиры, каликсарены, циклические структуры из ароматических групп, связанных лабильными соединительными группами, циклические структуры из сложных полиэфиров, блокированные изоцианаты, алифатические и ароматические тиосульфаты, бисульфидные соединения, органические ониевые соединения, аддукты Дильса-Альдера, азосоединения, пенообразующие вещества, генераторы фотокислот, сера, органические сульфоновые кислоты и сульфаты, органические сульфиты, α-терпинен, d-лимонен, канифоль, сложные эфиры абиетиновой кислоты и их смеси.
16. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один порообразователь является низкомолекулярным веществом, олигомером или полимером.
17. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один порообразователь представляет собой алифатическую карбоновую кислоту или азосоединение.
18. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один полимер представляет собой полиимид или полисульфон.
19. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один порообразователь содержит от 1 до 40 мас.%, по меньшей мере, одного полимера.
20. Способ по п.1, в котором Т имеет значение меньше, чем Tg.
21. Способ по п.1, в котором полимерную матрицу сшивают перед стадией разложения, чтобы задержать процесс релаксации полимера и препятствовать потере свободного объема.
22. Способ по п.1, в котором полимерную матрицу сшивают во время стадии разложения.
23. Способ по п.1, дополнительно включающий индуцирование фазового обращения полимерной матрицы для получения полимерного материала в форме асимметричной мембраны.
24. Полимерный материал, полученный способом по п.1, который приспособлен для использования в качестве газоразделительной мембраны.
25. Газоразделительная мембрана, включающая полимерный материал по п.1.
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
26. Мембрана по п.25, в которой пара газов выбрана из группы, которую составляют O/N, CO/CH, CO/N, H/N, He/N, Н/СН, Не/СН, Не/Н, Н/СО, НО/по меньшей мере, еще один газ и Не/СО.
27. Мембрана по п.25, в которой проницаемость полимерного материала составляет, по меньшей мере, пятикратную проницаемость полимерной матрицы для газа, и селективность полимерного материала составляет, по меньшей мере, 0,35-кратную селективность полимерной матрицы для пары газов.
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
28. Мембрана по п.27 в которой пара газов выбрана из группы, которую составляют O/N, CO/CH, CO/N, H/N, Не/N, Н/СН, Не/СН, Не/Н, Н/CO, HO/по меньшей мере, еще один газ и Не/CO.
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
29. Мембрана по п.25, которая превышает верхнюю границу соотношения Робсона, по меньшей мере, для одной пары разделяемых газов, выбранных из группы, которую составляют O/N, CO/CH, CO/N, H/N, He/N, Н/СН, Не/СН, Не/Н, Н/CO, HO/по меньшей мере, еще один газ и Не/СО.
30. Мембрана по п.25, в которой, по меньшей мере, один полимер представляет собой, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которую составляют полиамиды, полиимиды, простые полиэфиримиды, простые полиэфирсульфоны, полисульфоны, полибензимидазолы, полибензобензимидазолы, простые полиарилэфиркетоны, простые полиарилэфиры, ароматические полиарилаты, ароматические поликарбонаты, полибензоксазолы, полиамидимиды, полиоксадиазолимиды, простые полиэфиримиды, полиарилсульфиды, полибензотиазолы, полипирролоны, полиоксадиазолы, политриазолы, сложные полиэфиримиды, полифенилхиноксалин и полифенилены, а также их сополимеры и сочетания.
31. Мембрана по п.25, в которой, по меньшей мере, у одного полимера температура стеклования составляет более чем 100°С.
32. Мембрана по п.25, в которой, по меньшей мере, у одного полимера средняя молекулярная масса составляет от 10000 до 400000.
33. Мембрана по п.25, в которой, по меньшей мере, один полимер и, по меньшей мере, один порообразователь представлены структурой I или II:
где LG представляет собой порообразующую лабильную группу, которая разлагается при воздействии, по меньшей мере, одной обработки, образуя продукты, которые диффундируют из полимерной матрицы, и L представляет собой непосредственную связь между LG и основной цепью полимера или углеродную соединительную группу, содержащую от 1 до 40 атомов углерода, или неуглеродную соединительную группу, содержащую от 0 до 40 атомов углерода.
34. Мембрана по п.33, в которой L представляет собой соединительную группу, включающую алкильную, алкенильную, алкинильную, арильную или гетероарильную группу и необязательно атомы О, N, S, F, Cl, Br или Si.
35. Мембрана по п.33, в которой LG представляет собой фрагмент, выбранный из группы, которую составляют алифатические углеводородные группы, сложные эфирные группы, сложные тиоэфирные группы, алифатические простые эфирные группы, алифатические карбонатные группы, галогеновые группы, алифатические и ароматические сульфонаты, алифатические и ароматические фосфонаты, бисульфидные группы, азогруппы, блокированные изоцианатные группы, карбоксилаты, аддукты Дильса-Альдера, органические ониевые ионы, ионы четвертичного аммония, N-алкилированные гетероарильные группы, тиосульфатные группы и их смеси.
36. Мембрана по п.25, в которой, по меньшей мере, один порообразователь представляет собой добавку, смешивающуюся с полимерной матрицей.
37. Мембрана по п.36, в которой, по меньшей мере, один порообразователь представляет собой, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, которую составляют алифатические углеводороды, алифатические карбоновые кислоты и сложные эфиры, алифатические простые тиоэфиры и простые эфиры, алифатические карбонаты, ароматические карбоновые кислоты и сложные эфиры, ароматические карбонаты, краун-эфиры, каликсарены, циклические структуры из ароматических групп, связанных лабильными соединительными группами, циклические структуры из сложных полиэфиров, блокированные изоцианаты, алифатические и ароматические тиосульфаты, бисульфидные соединения, органические ониевые соединения, аддукты Дильса-Альдера, азосоединения, пенообразующие вещества, генераторы фотокислот, сера, органические сульфоновые кислоты и сульфаты, органические сульфиты, α-терпинен, d-лимонен, канифоль, сложные эфиры абиетиновой кислоты и их смеси.
38. Мембрана по п.25, в которой Т имеет значение меньше, чем Tg.
39. Мембрана по п.25, в которой полимерную матрицу сшивают перед стадией разложения, чтобы задержать процесс релаксации полимера и препятствовать потере свободного объема.
40. Мембрана по п.25, в которой полимерную матрицу сшивают во время стадия разложения.
41. Мембрана по п.25, которая является асимметричной и содержит полые волокна.
42. Мембрана по п.25, в которой, по меньшей мере, один полимер представляет собой полиимид, а порообразователь не представляет собой карбоновую кислоту или сульфоновую кислоту.
43. Способ разделения компонентов текучей среды, включающий:
изготовление разделительного устройства, включающего полимерный материал по п.1 в качестве разделительной мембраны;
направление исходной текучей среды в разделительное устройство, где исходная текучая среда содержит смесь первой текучей среды и, по меньшей мере, одной второй текучей среды; и
извлечение продукта из разделительного устройства, где продукт содержит первую текучую среду, которая имеет более высокую чистоту, чем исходная текучая среда.
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
2
44. Способ по п.43, в котором исходная текучая среда содержит пару газов, выбранных из группы, которую составляют O/N, CO/CH, СО/N, H/N, He/N, H/CH, Не/СН, Не/Н, Н/CO, HO/по меньшей мере, еще один газ и Не/CO.