[发明专利]使离子交联剂聚合的方法

说明书

本公开提供了一种聚合方法，其中使(i)包括季铵基团的离子交联剂和(ii)非离子交联剂在反应溶液中聚合，所述反应溶液的溶剂基本上为丙二醇(PG)和非质子酰胺类溶剂的混合物。该聚合制造阴离子交换聚合物组合物。PG和非质子酰胺类溶剂以约25:75至约70:30的重量比存在，并且反应物和溶剂以产生理论水含量为约35%至约60%(wt/wt)的阴离子交换聚合物组合物的量存在。

领域

本公开涉及一种使包括季铵基团的离子交联剂聚合的方法。

背景

以下段落并非承认其中讨论的任何内容是现有技术或本领域技术人员知识的一部分。

离子交换材料通常用于处理流体和从流体除去可离子化的组分，用于多种应用。用于流体处理的流通床或流通装置可采用颗粒、织物或膜形式的交换材料或组分。离子交换功能运转以在电场中跨材料输送一种类型的离子，而基本上或有效地阻挡大多数相反极性的离子。阴离子交换聚合物和材料携带阳离子基团，其排斥阳离子并对阴离子具有选择性。阳离子交换聚合物和材料携带阴离子基团，其排斥阴离子并且对阳离子具有选择性。

介绍

以下介绍旨在向读者介绍本说明书，而不是限定任何发明。一个或多个发明可在于以下描述的装置元件或方法步骤的组合或子组合，或在于本文件的其他部分。仅通过不在权利要求书中描述这样的其他发明(一个或多个)，发明人并非放弃或弃权他们对在本说明书中公开的任何发明(一个或多个)的权利。

大多数化学反应要求试剂在溶剂中溶解。一种反应物带电荷、例如单体包括阳离子基团时的聚合方法，要求确定能够溶解该极性带电荷单体的溶剂。由于这样的反应物还包括非极性官能团，例如聚合基团和/或将阳离子基团与聚合基团连接的基团，需要溶剂也能够溶解基本上非极性的化合物。已知极性非质子溶剂(例如二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP))溶解极性和非极性化合物二者。水和与水混溶性二醇(例如聚乙二醇)的某些混合物也可溶解极性和非极性化合物二者。然而，聚合反应物的溶解度并不保证所得到的聚合物的物理特性将是可接受的，特别是当评估离子交换膜的需求时。仍需要溶剂或溶剂混合物，其在聚合方法中的使用导致具有可接受的物理特性的聚合物。

本公开提供了一种聚合方法，其中将(i)包括季铵基团的离子交联剂和(ii)非离子交联剂在溶剂混合物中聚合，所述溶剂混合物基本上为丙二醇(PG)和非质子酰胺类(amide-based)溶剂。在聚合方法中，PG和非质子酰胺类溶剂以约25:75至约70:30的重量比存在；并且试剂和溶剂以产生理论水含量为约35%至约60%的阴离子交换聚合物的量存在。

在一些实例中，聚合反应还可包括单体。溶剂混合物可用于溶解任选的单体而无需其他溶剂。

离子交联剂可由叔胺(如与可聚合官能团连接的叔胺)与烷基化剂(如二环氧化物或二卤化物)之间的反应原位形成。在一些这样的示例性离子交联剂中，交联剂包括两个季铵基团。这两个季铵基团由两个季胺与烷基化剂上的两个烷基化基团之间的反应形成。一旦形成离子交联剂，该交联剂就可用于聚合反应，而无需纯化或以其他方式与溶剂混合物分离。

在本公开的一些方法中，认为在对形成具有季铵基团的离子交联剂的胺-环氧化物反应合适的反应温度下，溶剂混合物减少或防止叔胺单体的聚合。例如，离子交联剂可通过N-[3-(二甲基氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(DMAPMA)与1,4-环己烷二甲醇二缩水甘油基醚(CHDMDGE)、二溴丁烷(DBB)或二溴己烷(DBH)之间的反应而原位形成。当将这些反应物溶解于NMP中时，当将反应加热到约50℃时，开始发生DMAPMA的聚合。当溶解于PG中时，当将反应加热到约70℃时，开始发生DMAPMA的聚合。然而，当溶解于70:30 (wt/wt) PG:NMP的混合物中时，可将反应混合物加热至78℃，而没有DMAPAA的实质聚合。加热到78℃为DMAPMA的叔胺与CHDMDGE的环氧化物或DBB或DBH的二溴化物之间反应的合适温度。