[发明专利]四溴双酚型的聚碳酸酯膜

说明书

本发明涉及具有四溴双酚型聚碳酸酯选择性致密薄层的新型隔膜。进一步公开的是，使用这样的膜从含氧和氮的气体混合物中分离出氧气的工艺。

在各工业部门中，往往必需或十分希望把气流中的一种成分与另一种成分分离开。用于进行这类分离的方法包括压力摆动式吸收和膜分离。在膜分离中，使含有待分离成分的气流与膜接触，其中，膜以某种方式把两个区域隔开，使得只有那些能透过该膜的物质才能从一个区域流通到另一个区域中去。这样的膜是半渗透性的，其中，气体混合物中的一种成分选择性透过该膜的速度比该气流中的另一种成分或多种成分高得多。气体混合物以某种方 式与膜接触，使得选择性渗透的物质优先穿过该膜传输到另一区域中去。要注意的是，要与选择性渗透的物质分离的那种成分，事实上也能以比选择性渗透的物质慢得多的速度透过该膜。正是渗透速度上的这种差别，被用于分离气态物质或降低那些缺少选择性渗透的物质在渗透性气体所渗入区域的浓度。

在这样的分离中，相对渗透速度，即在选择性渗透的气体与非选择性渗透的气体之间渗透速度上的差别，是达到分离的一个主要因素。选择性渗透的气体与非选择性渗透的气体的渗透比越高，膜的性能就越好。因此，理想的是具有尽可能高的比值。

目前，从醋酸酯，例如三醋酸纤维素，及链烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚（4-甲基戊烯-1）制得的膜被用于气体分离。属于此类分离的，有氧气与氮气的分离，及二氧化碳与甲烷的分离。

用于制作膜的一些材料存在着某些缺点。一个这样的问题是，在极端的条件下，例如高温和高压下，不能进行分离。因此，这种膜限制了某些分离所能使用的温度和压力。

现在需要的是这样的膜，即选择性渗透的物质透过该膜的速度相对高于非选择性渗透的物质。进一步需要的是具有更高机械强度的膜，从而能耐受更高的极端温度和压力。

本发明是一种含有聚碳酸酯致密表层的隔膜，其中，聚碳酸酯骨架中的双酚基团是一种四溴双酚基团，在这种情况下，这种膜在约24℃对氧和氮的分离因子等于或大于6.5。

另一方面，本发明是从含有氮和氧的气体混合物中分离氧的方法，其中，这种方法包括（a）使气体混合物与一种含有上述聚碳酸酯致密薄层的膜在氧气能选择性透过这种膜进入该膜另一侧的条件下接触;以及（b）从膜的另一侧移去透过的氧气，其中，氧和氮的分离因子在约24℃时等于或大于6.5。

本发明的膜，证实对于氧和氮的分离具有非常高的分离因子。本发明的膜具有良好的机械性能，因而，可在比目前很多商用膜更极端的条件如温度和压力下使用。

本发明的膜是从聚碳酸酯制备的，其中，聚碳酸酯又是从有四溴取代的双酚类制备的。这样的聚碳酸酯，在其聚合物骨架中同时含有酯键和碳酸酯键这两种官能团。这些聚合物一般是通过一种双酚与一种二羧酸或二酰卤及光气反应制备的。本发明的聚合物是无规共聚物，其中的无规，在此是指如下事实：酯官能团和碳酸酯官能团以无规则排列的方式沿该聚合物的骨架出现。

用以制备本发明的膜较好的聚碳酸酯包括对应于如下化学式的聚碳酸酯：

R¹在每种情况下分别是-CO-，-SO-₂，-O-，一个单键，一个C_1-6的二价烃基，C_1-6的二价氟碳化合物基团，或一个带惰性取代基的C_1-6的二价烃基;

R²在每种情况下分别是一个C_1-20的二价烃基或一个取代了一个或多个卤原子的C_1-20的二价烃基;

W是能与一个氯代甲酸酯官能团反应的一种单官能团化合物的残基;

x是0或1;

y是0或1;

n是50或更大;

其先决条件是，x＝1的单元与y＝1的单元之比在99∶1至1∶99之间，并包括这两个比值。

在上述化学式中，R¹较好的是一个单键，一个C_1-6的二价烃基，一个C_1-6的二价氟碳化合物基团，或一个有惰性取代基的二价C_1-6的烃基;更好的R¹是一个二价C_1-6的烃基。尤为更好的R¹是一个二价C_1-6的亚烷基。R¹最好是亚丙基。