[發(fā)明專利]含有異形二氧化硅納米粒子的氣體分離膜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780051891.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN109641185B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 川上浩良;田中學(xué);龜山百合;工藤雄貴;三上寬翔;伊左治忠之;小高一利;菊池隆正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日產(chǎn)化學(xué)株式會(huì)社;公立大學(xué)法人首都大學(xué)東京
• 主分類號(hào): B01D71/70
• 分類號(hào): B01D71/70;B01D71/24;B01D71/26;B01D71/44;B01D71/52;B01D71/64;B01D71/68;C01B33/146
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 楊宏軍;唐崢

本發(fā)明涉及氣體分離膜，其特征在于含有：附加有超支化高分子或樹枝狀高分子的異形二氧化硅納米粒子，其是在異形二氧化硅納米粒子的表面附加超支化高分子或樹枝狀高分子而形成的；和基體樹脂。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含有附加有超支化高分子(hyper-branched polymer)或樹枝狀高分子(dendrimer polymer)的異形二氧化硅納米粒子的氣體分離膜。

背景技術(shù)

近年來，作為納米技術(shù)研究的一環(huán)，關(guān)于平均粒徑為1nm～數(shù)百nm的具有納米級(jí)粒徑的微粒(納米粒子)的研究盛行。對(duì)于將原材料形成為納米尺寸而成的納米粒子而言，已知其與以往的塊狀材料不同，能呈現(xiàn)、賦予各種形態(tài)、特性，在廣泛的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用受到期待。納米粒子雖然可以作為一次粒子來制造，但由于其微細(xì)性而使得聚集性強(qiáng)，導(dǎo)致在放置后形成具有微米級(jí)粒徑的聚集體。例如，在將上述那樣的無機(jī)物納米粒子添加至有機(jī)成分中時(shí)，可期待耐熱性提高、機(jī)械強(qiáng)度提高，但另一方面，無機(jī)物粒子由于其聚集性強(qiáng)，因而以這樣的狀態(tài)會(huì)在有機(jī)溶劑中、高分子基體中形成微米級(jí)的聚集體，結(jié)果，有可能得不到所期待的那樣的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的特性·性能。因此，為了維持作為一次粒子的分散性，提出了對(duì)粒子表面進(jìn)行均勻的化學(xué)修飾的方案(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。

而且目前，通過將無機(jī)成分和有機(jī)成分以納米水平或分子水平混合從而能協(xié)同地提高兩者的優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料備受矚目。該概念也適合于在解決能量·環(huán)境問題方面其有用性受到關(guān)注的高分子氣體分離膜，期望通過制作在高分子基體中添加無機(jī)物納米粒子而得的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，來實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)有方法未能實(shí)現(xiàn)的高機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、氣體透過特性。

利用高分子膜的氣體透過特性來分離氣體的方法能不伴有氣體的相變而進(jìn)行氣體的分離·回收，與其他氣體分離法相比，操作簡(jiǎn)便，可使裝置小型化，另外，能連續(xù)進(jìn)行氣體分離，因此，具有環(huán)境負(fù)擔(dān)小這樣的特性。這樣的節(jié)能型高分子氣體分離膜法近年來尤其是作為溫室效應(yīng)氣體的分離·回收、富氧空氣的制作、天然氣的純化技術(shù)而備受矚目，實(shí)用化受到期待，但需要進(jìn)一步在氣體分離性能及氣體透過量方面加以改善。

雖然如上所述也進(jìn)行了通過使高分子膜中含有無機(jī)物納米粒子來改善氣體透過特性的嘗試，但前述納米粒子聚集的問題在有機(jī)-無機(jī)復(fù)合氣體分離膜的制作中也同樣成為問題，就現(xiàn)有的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合氣體分離膜而言，由于無機(jī)物納米粒子在高分子基體中聚集而導(dǎo)致膜強(qiáng)度下降，無法達(dá)成高的粒子含有率，因此，僅能將氣體透過性提高至數(shù)倍左右，這成為問題。

例如，作為使高分子膜中含有無機(jī)物納米粒子來改善氣體分離膜特性的方法，還作出了以下的報(bào)道：用含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑對(duì)二氧化硅納米粒子表面進(jìn)行處理從而使表面甲硅烷基化，進(jìn)而用聚合物對(duì)該甲硅烷基化粒子進(jìn)行處理，由此制作接枝有聚合物的二氧化硅粒子，將如上所述地得到的接枝有聚合物的二氧化硅粒子分散于聚合物中而制成樹脂膜，對(duì)該膜作為氣體分離膜的性能進(jìn)行了調(diào)查(參見非專利文獻(xiàn)1)，但就氣體的透過量等而言，并未得到可以說充分的結(jié)果。

作為解決這些問題的方法，提出了下述氣體分離膜，其中，通過在二氧化硅納米粒子表面鍵合大體積的超支化高分子或樹枝狀高分子，從而在有機(jī)溶劑中、高分子基體中不發(fā)生聚集，均勻分散性優(yōu)異，氣體的透過量得到大幅改善(例如參見專利文獻(xiàn)2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2007-99607號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2010-222228號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：聚合物(Polymer)，47(2006)，pp.7535-7547

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問題