[发明专利]由含氟聚合物、疏水性沸石颗粒和金属材料组成的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及由含氟聚合物、疏水性沸石颗粒和金属材料组成的复合材料，其具有改进的用于吸附水性流体的有机分子的机械和热特性。

背景技术

液体或气体物质混合物的分离已经在商业上和工业上针对多种应用实施了几十年。例子是利用固相萃取（SPE）的色谱分析或制备分离（高压液相色谱HPLC或气相色谱GC）、通过使用所谓的MMMs（混合基质膜）的渗透蒸发或蒸汽渗透来分离气体或液体、使用多孔亲水性干燥剂干燥气体和液体以及疏水性沸石上的选择性吸附/解吸附工艺。因为单独的干燥剂，无论是粉末还是颗粒形式，都不适用于具有高压力梯度或机械负载的压力下的某些应用，因此通常被应用于载体。因此，使用模制体来使具有最小可能结构形式的有效表面最大化是现有技术。这些通常是膜，其由吸附作用材料与聚合物的复合物组成。

聚四氟乙烯（PTFE，由例如DuPont或Dyneon－3M制造）适合作为用于该目的的基质聚合物，特别是因为其可以被原纤化（fibrillated）、是热稳定、化学惰性且疏水性的，即其可以被加工以形成稳定的且高度柔性的纤维绒（fibre fleece），可在-250至+260℃的工作温度范围内使用，既不吸收水也不可溶；此外，PTFE对于酸和碱液（lye）很大程度是惰性的。

PTFE是部分结晶的，并可在高于19℃的相转变温度被原纤化，即通过对分散体（dispersion）中包含的PTFE粉末、颗粒或PTFE球施用剪切力，材料中包含的微晶可以展开形成细丝（在30℃以上可以更好地观察到该效果，该温度是PTFE发生第二相转变的温度）。这些细丝在最佳情形中仅几个分子层厚，使用适当的加工技术能够向填料周围延伸、嵌入并保持大量的填料，由此获得高等级交联的、高度填充的PTFE填料复合物。而且，聚合物纤维在剪切过程中彼此钩挂和成环，且这对复合材料提供一定程度的机械稳定性。然而，加工成膜和模制体的能力可受根据填料所需的强变形力大大阻碍，且这就是为什么已证明只要可能最好使用促进加工工艺、支持原纤化并防止纤维由于过度剪切而过早破坏/撕裂的润滑剂（水、醇、原油馏出物、烃和其它溶剂）。在成形之后，通常通过加热去除添加的溶剂，由此保持额外限定程度的孔隙率。利用任选的PTFE材料在约330℃，但低于360℃（开始分解）的烧结工艺，复合材料获得其最终的稳定性和形状。

向原纤化的PTFE中嵌入填料是已知的，并描述于多个专利文件中。

现有技术专利文件可根据所述沸石类型如下划分：JP04048914描述了制造具有湿气提取功能的膜，其由1～10份可原纤化的氟聚合物（即PTFE）和100份吸湿剂填料（氯化钙、沸石、氧化铝或二氧化硅）组成，该吸湿剂填料颗粒尺寸<50μm，通过捏合制造。任选使用支持原纤化过程的助剂（即水、醇）。

EP1396175描述了由超高分子量（UHMW）聚合物（MW>1,000,000g/mol）制成的自支承吸湿膜，其具有用于保护电致发光元件免受湿气的嵌入干燥剂。

JP63028428描述了由PTFE、沸石和液体润滑剂组成的干燥剂，通过捏合和轧出将其转换成模制体。而且，吸湿性金属或碱金属盐（例如氯化锂）在沸石颗粒的表面与其乙醇溶液分离，然后将该材料干燥。该文献还描述了设有压痕的轧制膜如何使蒸汽延纵向通过。

EP0316159描述了用于催化或吸收目的的模制体的制造，其由PTFE粉末或分散体和吸附有效填料按1:0.5-10的比例制成，任选地使用液体润滑剂，通过混合各组分以形成糊，然后在>327℃烧结，由此制成表面积>50m²/g的自支承模制体。

WO2005/049700描述了基于活性填料（=“剪切材料”）和0.1-20w/w%聚合物颗粒（尺寸>1μm的剪切材料与尺寸<1μm的聚合物颗粒的比例为5:1～2000:1）制造PTFE填料复合物的方法。该方法包括以下步骤：（a）分散材料，同时强烈地混合，以形成面团状（doughy）物质；（b）轧出该物质以形成垫；以及（c）折叠该垫并关于前一方向成45-135°角轧出，其中在混合步骤之前或之后去除过量溶剂，并且所有步骤都在15-40℃下进行。复合材料可用作气体和液体的吸附膜。

EP0659469描述了由PTFE和沸石A组成的膜，其用于通过渗透蒸发或蒸汽渗透分离液体，例如水/乙醇。在多孔载体上分离该膜。使用的亲水性沸石的SiO₂:Al₂O₃为2-6:1。