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聚酰亞胺氣體分離膜材料分析

點擊次數:1142    發布日期:2013-07-06   本文鏈接:http://www.miribilla.net/datum/78.html

      在過去的二十年里,聚酰亞胺已經成為科研人員在研究氣體和蒸汽分離膜材料時,應用越來越多的一種聚合物。聚酰亞胺具有優異的熱性能、化學性能和機械性能, 同時又具有良好的成膜性能。這些性能對于隔膜材料來說是十分必要的。聚酰亞胺與那些較為常見的玻璃態高聚物(如:聚乙烯、聚碳酸酯)相比,顯示出了更好的 氣體分離性能。聚酰亞胺的另一個突出特點就是:在制備具有不同化學結構的聚酰亞胺系列時,相對來說比較簡單。這是因為各種各樣的二元酸酐和二元胺單體都可 以在市場上買到或者已經在實驗室中制備出來了。聚酰亞胺通常是由芳香族的二酸酐與芳香族的二胺進行縮聚反應而制得。均聚的聚酰亞胺基本上是通過二元酸酐與 二元胺之間大量的化學鍵反應得到的,共聚的聚酰亞胺則是通過使用兩種或兩種以上的二元酸酐和(或)二元胺進行反應得到。大多數的聚酰亞胺都具有足夠高的分 子量使其能夠加工成堅韌的薄膜,這些薄膜能夠經受住氣體透過測試。因此,聚酰亞胺這種材料適合于對其化學結構與傳輸性能之間的關系進行系統的研究,進而實 現對給定的分離體系能夠設計出與之相適應的化學結構的目的。

      **次有關聚酰亞胺系列材料的結構與性能關系的報道是杜邦公司赫恩的一項專利,此專利申報于1972年。赫恩為作為氣體分離膜用的聚酰亞胺、聚酯和聚酰胺材料的化學結構制定了標準。
(1)聚合物主鏈的重復單元中,至少要含有一個剛性的二價次級單元,兩個主鏈單鍵從非線性的次級單元中伸展出來。
(2)在上面提到的兩個主鏈單鍵中,至少要存在一個單鍵,使聚合物的分子鏈在空間上不能繞其旋轉360°。
(3)在聚合物主鏈的重復單元中,要有50%以上(含50%)的原子用來組成芳香環結構。

      自二十世紀八十年代中期以來,有很多關于結構與性能關系的科技論文發表出來,有些文章中包含了赫恩的專利中所描述的一些例子,在這些文章中,對具有不同化學結構的聚酰亞胺系列的透過性能進行了比較,用以揭示出化學結構的影響。

      氣體透過性能通常是用自由體積來解釋的,有時也會用內聚能、介電常數或者基團貢獻理論來解釋。這些分析加深了我們對控制氣體透過和分離因素的理解,也加深了我們對這些控制因素與聚酰亞胺化學結構之間關系的理解。

      聚酰亞胺的透水蒸氣性能也是很重要的,聚酰亞胺已經被應用于去除混合氣體中的水蒸氣,或是蒸汽混合物的分離,例如:空氣或有機蒸汽混合物的除水過程,還有空 氣污染物的去除以及乙醇中水分的分離。但是,化學結構對聚酰亞胺材料蒸汽透過性和選擇透過性的影響還沒有得到廣泛的研究。有一些文章報導了對于水的透過性 和對水-乙醇的選擇透過性。

      在本章中,主要想總結、概述一下我們對于聚酰亞胺材料氣體和蒸汽透過性能與其化學結構之間關系的認識。圖10.1和圖 10.2分別逐一的給出了本章中所提及的二元酸酐和二元胺的化學結構。圖10.1中,用名稱后面括號中的英文字母來代表每種二元酸酐,圖10.2中,用名 稱后面括號中的數字來代表每種二元胺,而本章中的各種聚酰亞胺就用這些字母與數字的組合來表示。例如:用6FDA和ppODA單體來合成的聚酰亞胺就可以 簡略的表示為“A16”。


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