[發明專利]可透氧氣的聚合物薄膜

無效

• 申請號: 91105320.4
• 申請日: 1991-06-29
• 公開（公告）號: CN1033951C
• 公開（公告）日: 1997-02-05
• 發明（設計）人: 土田英俊;西出宏之;川上浩良;井上和佳奈
• 申請（專利權）人: 聯合碳化工業氣體技術公司
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;C08J5/18;C08K5/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳大建

本發明涉及可透氧氣的聚合物薄膜，它被用在為工業、醫藥和其它用途而生產富氧空氣或富氮空氣的工藝過程中。特別是，本發明涉及包含一種分布在其中的能夠迅速地和可逆地吸附和釋放氧氣的金屬配合物的聚合物薄膜。

氧氣是最廣泛地應用于工業中的化學產品，特別是應用于鋼、鐵以及其它金屬和玻璃的制造，化學氧化和燃燒，以及廢水處理。它在醫藥領域也有極為廣泛的用途，包括用吸氧法對肺病患者進行治療。另一方面，氮氣是一種方便和廣泛地用于維持一個氮保護氣氛的化學物質，例如，用于保存食品、發酵工藝和電子線路的制造。基于這些原因，由空氣濃縮氧氣和氮氣技術的開發是對各工業部門都具有深遠影響的重要課題。雖然低溫分離和吸附被作為從空氣中提取氧氣和氮氣的工業方法，從節能的觀點考慮，薄膜分離被認為是最有發展前途的。

薄膜分離的成功與否主要依賴于發現一種相對于空氣中的氮氣來說，可有選擇地和有效地允許氧氣透過的膜材料。目前可以得到的能夠透過并濃縮空氣中的氧氣的薄膜(稱為可透氧氣的薄膜)是用硅氧烷、硅氧烷聚碳酸酯以及類似材料制成的薄膜。其中一些正在使用中。它們不具有高的透氧選擇率(O₂/N₂)(透氧率系數/透氮率系數)，其值約為2，而且還表現出有高通透率系數(7.5×10^-12[厘米³標準溫度壓力(STP)厘米/厘米²·秒·帕])。基于這些性質，薄膜以組件、多級方法和其它方式被安裝以獲得具有約為30％氧氣濃度的富氧空氣。為了能通過單一的連續可通透的薄膜通道獲得對工業和醫藥用途有用的高度濃縮氧氣的氣體，必需要求分離膜具有至少為5的(O₂/N₂)值。

對于增強的選擇率(O₂/N₂)來說，首先需要使氧氣相對于薄膜而言比氮氣具有更高的可溶性。

至今我們仍在繼續合成能夠迅速而可逆地吸附和釋放氧分子的金屬配合物。結果，我們已經闡述了這些即使在固態薄膜聚合物中也能有選擇地，迅速而可逆地吸附和釋放氧分子的金屬配合物的基本要求。我們成功地合成了新的配合物并指明了它們作為透氧薄膜的應用(專利申請公開No.171730/1987)。

高濃縮氧氣對于工業和醫用途是有用的，以及大量的高濃縮氮氣在許多工業部門中被用作惰性氣體。如果它們要由一個單一的實用的通道來連續地獲得的話，必須使分離薄膜具至少為5的選擇率(O₂/N₂)和足以將穩定特性維持數月的薄膜壽命。

至今我們一直在進行合成能夠迅速可逆地吸附和釋放氧分子的金屬配合物。結果，我們成功地合成了即使在固相中也能夠有選擇地迅速而可逆地吸附和釋放氧分子的新的金屬配合物。我們還發現，被裝入高分子量固態薄膜中的金屬配合物可避免不可逆氧化并保持穩定的、有選擇的透氧性。

然而，當用于氣體通透時，包含這種配合物的聚合物薄膜并不總是令人滿意地達到目標。盡管它的(O₂/N₂)值超出了目標值5，但是通透率在不超過20天的連續通透情況下降低到50％。

鑒于上述，我們做了進一步的積極的研究，現在，我們已成功地生產出了紅棕色的穩定的薄膜，該薄膜是在一定條件下，將這種金屬配合物均勻地分散于含氟聚合材料之中而制成的。

于是，本發明歸結為下列可透氧氣的聚合物薄膜：

1、一種可透氧氣的聚合薄膜，其特征在于：一種配合物，它包括：(a)一種乙烯基芳香胺與(i)氟烷基丙烯酸酯，或者(ii)氟烷基甲基丙烯酸酯的聚合物，和(b)一種取自一組包括(1)卟啉，(2)席夫堿類，(3)環亞基(Cyclidenes)，及(4)胺類大環的配合基，以及(c)一種過渡金屬(II)離子。

2、上述1中的薄膜，其中氟烷基丙烯酸酯或氟烷基甲基丙烯酸酯中的烷基基團包含2至11個碳原子和至少3個氟原子。

3、上述1中的薄膜，其中所說的配合基是一種卟啉。

4、上述3中的薄膜，其中所說的卟啉是內消旋四(α，α，α，α-o-新戊酰基酰胺苯基)卟啉。

5、上述1中的薄膜，其中所說的過渡金屬(II)包含鈷(II)。

6、上述1中的薄膜，其中所說的乙烯基芳香胺包含乙烯基咪唑或乙烯基吡啶。

7、上述1中的薄膜，其中每克的所說的配合物含所說的過渡金屬(II)從約0.01到1.7毫摩爾。