[发明专利]负载型聚倍半硅氧烷薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于分子分离的在有机聚合物载体材料上的多(微)孔的有机-无机杂化薄膜。

背景技术

最近的调查表明，基于形成α,ω-二硅氧基烷烃(α,ω-bis(alkyloxysilyl)alkane)或α,ω-二硅氧基芳烃(α,ω-bis(alkyloxysilyl)arene)的、任选地与短的三乙氧基硅烷(alkyltriethoxysilanes)混合的短的桥接硅烷前体的有机-无机杂化二氧化硅薄膜适用于水与多种有机溶剂(包括正丁醇)的分离(Castricum et a1.,2008[1],Sah et al.,WO2007/081212)。这些薄膜的长期稳定还未见报道。已经证明，操作温度为150℃时，薄膜的使用寿命多达至少两年。众所皆知，无机二氧化硅和甲基化的二氧化硅薄膜在这样的温度下无法存活(Campaniello et a1.2004[2])。作为这些薄膜高稳定性的进一步证据，有机-无机杂化二氧化硅的性能不受醇/水混合物中痕量酸的影响(Castricum et a1.J Membr.Sci2008,[3]；WO2010/008283,Kreiter et al,2009[4])。此外，研究发现，由α,ω-二硅氧基烷烃或α,ω-二硅氧基芳烃与平均碳含量为3.5的烷基三乙氧基硅烷的组合导致获得亲水性的薄膜，该薄膜能够应用于例如亲油性渗透汽化或溶剂纳滤。

现有的这些薄膜通过将基于从溶胶改性的(氢)氧化硅的溶胶沉积于多层陶瓷介孔载体上进行制备。选择这种介孔陶瓷载体以提供机械强度和在较宽温度范围内的稳定性以及对气体或液体传输的低阻力。由于这种载体的多层性，它们的生产成本可能是很高的，因此薄膜的生产成本主要以载体的成本为主。传统的陶瓷薄膜的制备很大程度上仍然是基于这种多层扁平结构或管状载体。

本发明的目的在于制备可选择的、具有更高成本效益的适于分离小分子的薄膜。

发明内容

据发现，薄的杂化有机-无机二氧化硅膜能够沉积在有机聚合物载体上，其中，大部分的有机桥接基团都保留在最终结构中。具有通过有机聚合结构支撑的性择性的杂化二氧化硅层(所述杂化二氧化硅层含有硅原子之间的有机桥)的复合薄膜还未见报道。这些薄膜将低成本与高分离效率和令人满意的热稳定性结合起来。该杂化二氧化硅层提供了分离的性能，同时有机聚合物载体可能本质上是非选择性的，并且同时它保护聚合物使其免于在恶劣的条件下(例如在小分子的高温分离如渗透蒸发和纳滤中)发生膨胀和劣化。

具体实施方式

本发明涉及一种薄膜，这种薄膜包括杂化的有机-无机二氧化硅膜，其中，二氧化硅包括结合至两个或者更多个硅原子上的有机基团。这些膜都沉积在有机聚合物载体上。本发明还涉及用于制备这些薄膜的方法，其中，这些膜能够有利地使用化学气相沉积(CVD)技术或者是通过湿化学技术进行沉积。