[发明专利]用可固化组合物制备中空纤维膜模块的方法及由其制备的模块

说明书

本申请要求2014年10月1日提交并且并入本文的美国临时申请No.62/058,464的权益。

技术领域

本发明涉及多包装式、无溶剂的可固化组合物、其在过滤技术领域中、具体地讲在制备中空纤维过滤应用中的用途以及其制备方法，所述可固化组合物可通过在存在合适催化剂的情况下迈克尔供体与迈克尔受体的迈克尔反应来获得。

背景技术

中空纤维膜模块是可用于精密过滤和超滤的过滤装置。在一种示例性构型中，该模块包括多个多孔中空纤维膜，这些多孔中空纤维膜被引入圆柱形容器(壳体)中，并且用称为灌封组合物的固化的树脂材料来灌封壳体或预定固定容器(例如，滤筒头部)内部的膜的至少一个或两个端部。

已使用基于聚氨酯和环氧树脂化学物质的双组分可固化组合物作为用于制备中空纤维膜模块的灌封组合物。

发明内容

本发明涉及多包装式、无溶剂的环境温度可固化组合物，该组合物具有低毒性(即，无异氰酸酯)并且在固化时具有适当特性(例如，无泡沫及低放热)，使得其适用于过滤应用，并且特别是作为用于灌封中空纤维膜模块的灌封组合物。

在一个方面，本发明的特征在于制备中空纤维膜模块的方法。该方法包括通过将多官能迈克尔供体、多官能迈克尔受体和迈克尔反应催化剂合并，来制备多包装式无溶剂的可固化组合物的混合物；将该可固化组合物的混合物引入多个中空纤维膜的至少一个端部中；以及让该可固化组合物硬化和固化，从而灌封所述多个中空纤维膜的端部。

在一个实施例中，该可固化组合物还包含多达少于10重量％的填料。

在一些实施例中，该可固化组合物表现出在25℃下200厘泊(cP)至10,000cP的初始粘度，以及在25℃和50％相对湿度下固化7天后不小于50的肖氏A硬度。

在一个实施例中，该催化剂具有pKa大于11的共轭酸。

在另一个方面，本发明的特征在于中空纤维膜模块。该模块包括多个中空纤维膜，这些中空纤维膜具有用灌封组合物灌封的至少一个端部。该灌封组合物包括多官能迈克尔供体、多官能迈克尔受体和迈克尔反应催化剂的反应产物。

用于灌封中空纤维膜的常规聚氨酯基灌封组合物要求中空纤维在灌封前干燥以去除残余水分，否则在一旦将组合物施加到膜的一个或多个端部后且在固化前，残余水分会造成组合物中冒泡(或起泡)。起泡会降低过滤能力并可导致模块失效。在灌封之前先干燥纤维是昂贵的，并且对于需要大量甘油维持孔隙开口的某些纤维而言有时甚至不允许，因为甘油会干扰异氰酸酯与多元醇之间的反应。环氧树脂基灌封体系的局限性在于产生高放热(例如，大于120℃)固化曲线，造成中空纤维的炭化或过滤模块的破坏。

除了满足一般在过滤应用中、特别是在灌封中空纤维膜中提出的要求之外，本发明的多包装式无溶剂的可固化组合物还表现出低放热温度以及在存在水分的情况下不起泡的行为，所述要求诸如为适当的初始粘度和胶凝时间以便在将该组合物施加到膜的至少一个端部后允许该组合物渗透到中空纤维膜中，对强酸性和碱性溶液的优异耐化学性，适当的适用期，高硬度等等。这些特性尤其有利于制造用于水过滤应用的中空纤维膜模块。

通过下文的进一步说明，本发明的进一步目标将变得显而易见。

附图说明

图1是本发明的中空纤维膜模块的一个实施例的剖视图。

术语表

关于本发明，这些术语具有下述含义：

“迈克尔反应”是指负碳离子或亲核体与活化的α,β-不饱和羰基化合物或基团的加成反应。“迈克尔反应”是熟知的用于形成碳-碳键的反应，并且涉及稳定的负碳离子对α,β-不饱和羰基化合物的1,4-加成。

“迈克尔供体”是指具有至少一个迈克尔供体官能团的化合物，所述迈克尔供体官能团是包含至少一个迈克尔活性氢原子的官能团，所述迈克尔活性氢原子是附接到位于两个吸电子基团诸如C＝O和/或C≡N、和/或NO₂(硝基)、和/或SO₂R(砜，R是有机基，诸如烷基(直链、支链或环状)、芳基、杂芳基、烷芳基、烷杂芳基以及它们的衍生物和取代形式)之间的碳原子的氢原子。

“迈克尔受体”是指包含具有以下结构(I)的至少一个迈克尔受体官能团的化合物：