[發明專利]一種聚酰亞胺及其制備方法和氣體分離膜

有效

• 申請號: 202210257759.2
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114634619B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 莊永兵;張宇;代俊明;萬印華
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J9/28;C08J5/18;C08L79/08;B01D71/64;B01D53/22;B01D46/54
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

本發明提供了一種聚酰亞胺及其制備方法和氣體分離膜。所述聚酰亞胺的原料包括二酐單體A、二胺單體B和二胺單體C；本發明提供的聚酰亞胺的制備方法包括：二酐單體A與二胺單體B、二胺單體C反應，得到所述聚酰亞胺。本發明提供的聚酰亞胺，通過引入朝格爾堿基結構、苯并環丁烯結構和包括苯并咪唑、苯并噻唑或苯并噁唑結構中至少一種的芳雜環結構，使得包括所述聚酰亞胺的氣體分離膜具有優異的機械性能及耐熱穩定性，對于常規氣體分離及烯烴和烷烴的分離，具有高的滲透系數和較好的選擇性，在氣體分離領域中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于聚酰亞胺材料技術領域，具體涉及一種聚酰亞胺及其制備方法和氣體分離膜。

背景技術

聚酰亞胺因其優異的性能及合成方面的突出特點，廣泛應用于航空、航天、光電、氣體分離膜等多個領域，是一類非常重要的功能材料。氣體分離膜技術由于其低能耗，連續運行，模塊緊湊等優勢被廣泛關注。但現有技術中聚酰亞胺分離膜仍無法滿足一些特定氣體分離的應用需求，從而限制了它們的應用。

目前商業用的聚酰亞胺氣體分離膜材料主要是Matrimid?5218和P84兩種，但其對常規氣體的透氣性較低，對常規氣體(He、H₂、CO₂、O₂、CH₄、N₂)及烯烴/烷烴進行膜分離時效率較低，所以開發適用于復雜環境及對較難氣體分離的自交聯自具微孔聚酰亞胺分離膜具有重要的意義。

現有技術中也有對自交聯聚酰亞胺膜的研究或者用于氣體分離方面的自交聯聚酰亞胺膜的研究。例如，CN110092932A公開了一種自交聯型聚酰亞胺薄膜的制備方法，將含有苯并咪唑雜環二胺單體和含鹵素取代基二胺單體加入極性非質子溶劑中，加入二酐單體反應，將得到的聚酰亞胺溶液經涂布、干燥交聯固化，得到聚酰亞胺薄膜，再進行熱處理。該方法操作簡單，工藝環保，有利于大批量制備，具有很好的產業化前景。但是所述聚酰亞胺薄膜分離性能差。

CN105289337A公開了一種可交聯聚酰亞胺氣體分離膜，所述氣體分離膜對于CO₂具有高的滲透性高，對于CO₂/CH₄具有高的選擇性，分離性能好，抗塑化。CN113578076A公開了一種化學交聯帶羧基的聚酰亞胺氫氣分離膜及其制備方法，該共聚聚酰亞胺由二酐與二胺以摩爾比為1:1，通過縮聚反應和化學亞胺化反應制備而成，其分別選用二酸酐A、剛性二胺及含羧基二胺C組成，再通過縮水甘油醚對聚酰亞胺進行化學交聯，得到化學交聯帶羧基的聚酰亞胺，可提高膜對氫氣的滲透性和選擇性。但是，上述兩種氣體分離膜的普適性差，只適用于某種氣體的分離。

因此，開發一種機械性能好、耐熱性好、選擇性好、分離效率高且具有普適性的氣體分離膜，是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種聚酰亞胺及其制備方法和氣體分離膜。所述聚酰亞胺分子鏈中通過引入朝格爾堿基結構，苯并環丁烯結構和包括苯并咪唑、苯并噻唑或苯并噁唑結構中的至少一種的芳雜環結構，使得聚酰亞胺分離膜具有優異的機械性能及耐熱穩定性，用于常規氣體(He、H₂、CO₂、O₂、CH₄、N₂)分離及烯烴和烷烴分離，具有高的滲透系數和較好的選擇性，在氣體分離領域中具有廣闊的應用前景。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種聚酰亞胺，所述聚酰亞胺的原料包括二酐單體A、二胺單體B和二胺單體C；所述二胺單體B具有式I所示結構：

所述二胺單體C具有式II所示結構：