[发明专利]可固化组合物和膜

说明书

技术领域

本发明涉及可固化组合物，该可固化组合物在膜制备中的应用以及该膜在离子交换工艺中的应用。

背景技术

离子交换膜在可以应用于多种应用中，包括电去离子（EDI）、连续电去离子（CEDI）、电渗析（ED）、频繁倒极电渗析（EDR）和在例如用于水的净化的流过式电容器（FTC）中使用的电容去离子、用于例如氟化物的去除或酸的回收的唐南（Donnan）或扩散渗析（DD）、用于有机溶剂脱水的渗透蒸发、燃料电池、水的电解（EL）或用于氯碱生产、以及反向电渗析（RED），其中，从通过离子渗透膜分隔开的两种不同盐浓度的料流中产生电流。

EDI是水处理工艺，其中，使用膜和影响离子传输的电势将离子从水溶液中去除。其不同于诸如传统离子交换的其他净水技术，在EDI中，不需要使用诸如酸或苛性钠的化学物质。EDI可用于生产超纯水。

ED和EDR是从水和其他液体中去除离子和其他带电物质的电化学分离工艺。ED和EDR使用少量电流以将这些物质传输穿过由离子交换材料组成的膜，从而产生分离纯化的且浓缩的料流。离子通过直流（DC）电压的方式传输穿过膜，且当电流驱动离子穿过膜时，从给水中去除离子以除去工艺料流中的盐分。ED和EDR是用于生产饮用水的适合的技术。离子交换膜也用于零液体排放（ZLD）和零排放脱盐（ZDD）。

膜电极组装（MEA）表现出其适用于诸如电解、传感器并且尤其是燃料电池的各种应用。

离子交换膜的生产中的重要问题之一是如何提供具有最小缺陷的薄膜。期望膜具有良好选择渗透性和低电阻。此外，期望膜是坚固的同时是柔性的。绕成紧圆周结构的膜需要柔性。膜也需要在持续的一段时间内保持其物理完整性。用于制备膜的期望的方法不应引起过度卷曲。也期望膜对其能够接触到的化学物质具有抗性，例如，耐水解性。在与水接触时的低溶胀性对于预期在含水环境中使用的膜而言也可以是有益的。

膜的使用者要求可能的最低价格，这意味着用于膜的生产工艺是理想化地廉价且膜可以具有容易大量生产的能力。

除了用于制备膜的快速工艺和由该工艺制备的膜之外，本发明试图提供适合在膜的制备所使用的组合物。

WO2010/106356描述了通过具有丙烯酰胺基团和叔胺基基团（例如，1,4-二丙烯酰哌嗪）的交联剂获得的膜。

WO2011/073638描述了通过具有仲胺基基团（例如，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、N,N’-（1,2-二羟乙烯基）双丙烯酰胺或N,N’-乙烯基双丙烯酰胺）或叔胺基基团（例如，1,4-双丙烯酰高哌嗪）的交联剂获得的膜。

根据本发明的第一个方面，提供了一种可通过组合物固化获得的膜，该组合物包括：

（i）可固化化合物，包括至少两个丙烯酸基团和一季铵基团，（ii）溶剂，以及可选地（iii）具有一个烯属不饱和基团的可固化化合物。

优选地，相对于组合物中存在的可固化化合物的总摩尔数，包括至少两个（甲基）丙烯酸基团的可固化化合物的摩尔分数至少为0.25，更优选地，至少为0.35，尤其地，至少为0.45。在本说明书（包括权利要求）中，动词“包括”和其变换形式使用其非限制性意义，其表示包括在该词之后的物品，但是不排除未明确提到的物品。此外，除非上下文清楚地要求是一种元素或仅有一种元素，否则通过不定冠词“一”或“一个”修饰的元素不排除存在多于一种元素的可能。因此不定冠词“一”或“一个”通常是指“至少一种”。在本说明书中，包括至少两个丙烯酸基团的可固化化合物的摩尔分数（相对于存在于组合物中的可固化化合物的总摩尔数而言）通常缩写为“MF”。MF可以按以下方式进行计算：

MF=M_聚/(M_总)

其中：

M_聚是存在于组合物中的包括至少两个丙烯酸基团的可固化化合物的摩尔数；以及

M_总是存在于组合物中的可固化化合物的总摩尔数。

例如，包括0.3摩尔的溴化N,N’-（1,4-亚苯基双（亚甲基））双（3-丙烯酰胺基-N,N-二甲基丙烷-1-铵）（即，0.3摩尔的M_聚），0.2摩尔的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（即，另外0.2摩尔的M_聚）和1.1摩尔的3-丙烯酰胺基丙基-三甲铵氯化物（即，1.1摩尔的可固化化合物，其不包括至少两个丙烯酸基团）的组合物的MF为（0.3+0.2）/（0.3+0.2+1.1）=0.31。