使氣體與液體反應的典型方法涉及氣體鼓泡或噴射通過液體。此類方法對氣泡尺寸和分散性敏感,易于溢流,并且如果停留時間或反應器體積未被適當?shù)乜刂?,則可能產(chǎn)生浪費的氣體。
技術實現(xiàn)要素:
在各種實施例中,本發(fā)明提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法。方法包括將膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸。方法還包括將膜的第二側與氣體反應物接觸。接觸足以使氣體反應物與液體反應物反應。氣體反應物與液體反應物的反應在膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物。膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
在各種實施例中,本發(fā)明提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法。方法包括將致密有機硅膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,該非揮發(fā)性液體反應物包括具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物和鉑族催化劑。方法還包括將膜的第二側與氣體反應物接觸,該氣體反應物包括具有至少一個碳-碳重鍵的化合物。接觸足以使氣體反應物與液體反應物通過氫化硅烷化反應來反應以在有機硅膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物。有機硅膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
在各種實施例中,本發(fā)明提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法。方法包括將致密有機硅膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,該非揮發(fā)性液體反應物包括具有至少一個碳-碳重鍵的化合物和鉑族催化劑。方法還包括將膜的第二側與氣體反應物接觸,該氣體反應物包括具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物。接觸足以使氣體反應物與液體反應物通過氫化硅烷化反應來反應以在有機硅膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物。有機硅膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
在各種實施例中,本發(fā)明提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法。方法包括將致密有機硅膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,該非揮發(fā)性液體反應物包括不飽和有機硅化合物和氫化催化劑。方法還包括將膜的第二側與包括氫的氣體反應物接觸,其中接觸足以使氣體反應物與液體反應物反應以在有機硅膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物。有機硅膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
本發(fā)明提供了優(yōu)于使氣體和液體反應的其他方法(諸如優(yōu)于包括液體的鼓泡或噴射的方法)的各種優(yōu)點,其中至少一些是意想不到的。例如,在各種實施例中,本發(fā)明可提供比其他方法更有效的使氣體與液體反應以提供有機硅產(chǎn)物的方法,從而提供更高產(chǎn)率、更高轉化率、減少的工藝時間、更少的材料浪費、更大的工藝通用性、增強的反應選擇性、提高的產(chǎn)物純度、較便宜的設備、降低的操作成本和降低的維護成本中的至少一項。在各種實施例中,本發(fā)明可提供比使氣體和液體反應的其他方法更可靠的方法。在各種實施例中,本發(fā)明可提供這樣的方法,該方法需要與其他方法所需相比更小的反應器體積以產(chǎn)生給定量的產(chǎn)物。在各種實施例中,本發(fā)明可提供使液體和氣體反應的方法,該方法比其他方法浪費更少的氣體反應物。
在各種實施例中,本發(fā)明可提供使氣體和液體反應的方法,該方法是比其他方法更方便且更易于控制中的至少一項的方法,諸如優(yōu)于包括液體的鼓泡或噴射的方法。例如,在各種實施例中,本發(fā)明可提供比其他方法更大的工藝安全性。在各種實施例中,本發(fā)明提供了可避免與包括使氣體鼓泡或噴射通過液體的方法相關的溢流的風險的方法。在各種實施例中,本發(fā)明可提供更容易的反應溫度控制。在各種實施例中,本發(fā)明可提供比可能使用其他方法更精細的液體和氣體流量的獨立控制。在各種實施例中,本發(fā)明可提供用于使氣體和液體反應的連續(xù)工藝。
具體實施方式
現(xiàn)將詳細說明本發(fā)明所公開主題的某些實施例。盡管本發(fā)明所公開的主題將結合列舉的權利要求進行說明,但應當理解,示例性的主題并不旨在將權利要求僅限制在本發(fā)明所公開的主題。
以范圍形式表達的值應當以靈活的方式理解為不僅包括明確列舉出的作為范圍限值的數(shù)值,而且還包括涵蓋在該范圍內(nèi)的所有的單個數(shù)值或子區(qū)間,猶如每個數(shù)值和子區(qū)間被明確列舉出。例如,“約0.1%至約5%”或“約0.1%至5%”的范圍應當理解為不僅包括約0.1%至約5%,還包括在所指范圍內(nèi)的單個值(如,1%、2%、3%和4%)和子區(qū)間(如,0.1%至0.5%、1.1%至2.2%、3.3%至4.4%)。除非另外指明,否則表述“約X至Y”與“約X至約Y”具有相同的含義。同樣,除非另外指明,否則表述“約X、Y,或約Z”與“約X、約Y,或約Z”具有相同的含義。
在本文件中,術語“一”、“一個”或“該”用于包括一個或不止一個,除非上下文明確地另外指明。術語“或”用于指代非排他性的“或”,除非另外指明。陳述“A和B中的至少一者”具有與“A、B或A和B”相同的含義。另外,應當理解本文所用的措辭或術語僅用于說明的目的而并非旨在限制,除非另外指明。段落標題的任何使用旨在有助于文件的閱讀而不應理解為限制;與段落標題相關的信息可出現(xiàn)在特定段落之內(nèi)或之外。此外,在本文件中涉及的全部出版物、專利和專利文件均以引用方式全文并入本文,如同單獨以引用方式并入。如果在本文件和以引用的方式并入的那些文件之間有不一致的用法,則在所并入的文件中的用法應當被視為對本文件的補充;對于不可調(diào)和的矛盾,以本文件的用法為準。
在本文所述的制造方法中,除了在明確述及時間順序或操作順序時外,其步驟可以任何順序進行而不偏離本發(fā)明的原理。此外,指定的步驟可同時進行,除非有明確的權利要求語言述及它們單獨進行。例如,進行X的要求保護步驟和進行Y的要求保護步驟可在單個操作內(nèi)同時進行,并且所產(chǎn)生的方法將在要求保護的方法的字面范圍內(nèi)。
本文所述化合物內(nèi)的所選取代基以遞歸程度呈現(xiàn)。在該語境中,“遞歸取代基”是指某取代基可引用其自身的另一實例,或引用自身引用第一取代基的另一取代基。遞歸取代基是所公開的主題的預期方面。由于此類取代基的遞歸性,因此在理論上,在任何給定的主張中可以存在大量取代基。有機化學領域的普通技術人員將理解此類取代基的總數(shù)由預期化合物的所需性質合理地限制。此類性質以舉例而非限制的方式包括諸如分子量、溶解度之類的物理性質和諸如易合成性之類的實用性質。遞歸取代基可調(diào)用自身任何合適的次數(shù),例如約1次、約2次、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、50、100、200、300、400、500、750、1000、1500、2000、3000、4000、5000、10,000、15,000、20,000、30,000、50,000、100,000、200,000、500,000、750,000或約1,000,000次或更多次。
如本文所用,術語“約”可允許值或范圍具有一定程度的波動,例如在所述值或所述范圍的極限的10%內(nèi)、5%內(nèi)或1%內(nèi)。
如本文所用,術語“基本上”是指大多數(shù)或主要地,就像至少約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%或至少約99.999%或更多。
如本文所用,術語“有機基團”是指但不限于任何含碳官能團。例如,含氧基團,例如烷氧基基團、芳氧基基團、芳烷氧基基團、氧代基(羰基)基團、羧基基團(包括羧酸、羧酸鹽和羧酸酯);含硫基團,例如烷基和芳基硫化物基團;以及其他含雜原子的基團。有機基團的非限制性例子包括OR、OOR、OC(O)N(R)2、CN、CF3、OCF3、R、C(O)、亞甲基二氧基、亞乙基二氧基、N(R)2、SR、SOR、SO2R、SO2N(R)2、SO3R、C(O)R、C(O)C(O)R、C(O)CH2C(O)R、C(S)R、C(O)OR、OC(O)R、C(O)N(R)2、OC(O)N(R)2、C(S)N(R)2、(CH2)0-2N(R)C(O)R、(CH2)0-2N(R)N(R)2、N(R)N(R)C(O)R、N(R)N(R)C(O)OR、N(R)N(R)CON(R)2、N(R)SO2R、N(R)SO2N(R)2、N(R)C(O)OR、N(R)C(O)R、N(R)C(S)R、N(R)C(O)N(R)2、N(R)C(S)N(R)2、N(COR)COR、N(OR)R、C(=NH)N(R)2、C(O)N(OR)R或C(=NOR)R,其中R可以是氫(在包括其他碳原子的例子中)或基于碳的部分,并且其中基于碳的部分自身可被進一步取代。
如本文所用,術語“取代的”是指這樣的如本文所述的有機基團或分子,在其中,其中所含的一個或多個氫原子被一個或多個非氫原子所代替。如本文所用,術語“官能團”或“取代基”是指可取代到或取代到分子上或有機基團上的基團。取代基或官能團的例子包括但不限于:鹵素(如,F(xiàn)、Cl、Br和I);諸如羥基基團、烷氧基基團、芳氧基基團、芳烷氧基基團、氧代基(羰基)基團、羧基基團(包括羧酸、羧酸鹽和羧酸酯)之類的基團中的氧原子;諸如硫醇基團、烷基硫化物和芳基硫化物基團、亞砜基團、砜基團、磺?;鶊F和磺酰胺基團之類的基團中的硫原子;諸如胺、羥基胺、腈、硝基基團、N-氧化物、酰肼、疊氮化物和烯胺之類的基團中的氮原子;以及多種其他基團中的其他雜原子。可鍵合到被取代的碳(或其他)原子的取代基J的非限制性例子包括F、Cl、Br、I、OR、OC(O)N(R)2、CN、NO、NO2、ONO2、疊氮基、CF3、OCF3、R、O(氧代基)、S(硫代基)、C(O)、S(O)、亞甲基二氧基、亞乙基二氧基、N(R)2、SR、SOR、SO2R、SO2N(R)2、SO3R、C(O)R、C(O)C(O)R、C(O)CH2C(O)R、C(S)R、C(O)OR、OC(O)R、C(O)N(R)2、OC(O)N(R)2、C(S)N(R)2、(CH2)0-2N(R)C(O)R、(CH2)0-2N(R)N(R)2、N(R)N(R)C(O)R、N(R)N(R)C(O)OR、N(R)N(R)CON(R)2、N(R)SO2R、N(R)SO2N(R)2、N(R)C(O)OR、N(R)C(O)R、N(R)C(S)R、N(R)C(O)N(R)2、N(R)C(S)N(R)2、N(COR)COR、N(OR)R、C(=NH)N(R)2、C(O)N(OR)R或C(=NOR)R,其中R可以是氫或基于碳的部分,并且其中基于碳的部分自身可被進一步取代;例如,其中R可以是氫、烷基、?;h(huán)烷基、芳基、芳烷基、雜環(huán)基、雜芳基或雜芳基烷基,其中任何烷基、酰基、環(huán)烷基、芳基、芳烷基、雜環(huán)基、雜芳基或雜芳基烷基或R可以獨立地被J單取代或多取代;或其中鍵合到一個氮原子或鍵合到相鄰氮原子的兩個R基團可與所述氮原子一起形成雜環(huán)基,該雜環(huán)基可被J單取代或獨立地多取代。
如本文所用,術語“烷基”是指具有1至40個碳原子、1至約20個碳原子、1至12個碳原子或在一些實施例中1至8個碳原子的直鏈和支鏈烷基基團和環(huán)烷基基團。直鏈烷基基團的例子包括具有1至8個碳原子的那些,例如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基基團。支鏈烷基基團的例子包括但不限于異丙基、異丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、異戊基和2,2-二甲基丙基基團。如本文所用,術語“烷基”涵蓋正烷基、異烷基和反異烷基基團以及烷基的其他支鏈形式。代表性的取代烷基基團可由本文所列的任何基團例如氨基、羥基、氰基、羧基、硝基、硫基、烷氧基和鹵素基團取代一次或多次。
如本文所用,術語“烯基”是指如本文所定義的直鏈和支鏈以及環(huán)狀的烷基基團,不同的是在兩個碳原子之間存在至少一個雙鍵。因此,烯基基團具有2至40個碳原子、或2至約20個碳原子、或2至12個碳原子或在一些實施例中2至8個碳原子。例子包括但不限于乙烯基、-CH=CH(CH3)、-CH=C(CH3)2、-C(CH3)=CH2、-C(CH3)=CH(CH3)、-C(CH2CH3)=CH2、環(huán)己烯基、環(huán)戊烯基、環(huán)己二烯基、丁二烯基、戊二烯基和己二烯基等。
如本文所用,術語“炔基”是指直鏈和支鏈的烷基基團,不同的是在兩個碳原子之間存在至少一個三鍵。因此,炔基基團具有2至40個碳原子、2至約20個碳原子、或2至12個碳原子或在一些實施例中2至8個碳原子。其中,例子包括但不限于–C≡CH、-C≡C(CH3)、-C≡C(CH2CH3)、-CH2C≡CH、-CH2C≡C(CH3)和-CH2C≡C(CH2CH3)。
如本文所用,術語“?;笔侵负恤驶糠值幕鶊F,其中該基團通過羰基碳原子鍵合。羰基碳原子還鍵合到另一個碳原子,其可以是烷基、芳基、芳烷基環(huán)烷基、環(huán)烷基烷基、雜環(huán)基、雜環(huán)基烷基、雜芳基、雜芳基烷基基團等的一部分。在其中羰基碳原子鍵合到氫的特殊情況下,基團是“甲?;被鶊F,如本文所定義術語的?;鶊F。酰基基團可包含鍵合到羰基基團的0至約12-20或12-40個額外碳原子。?;鶊F可包括在本文含義內(nèi)的雙鍵或三鍵。丙烯?;鶊F是?;鶊F的例子。?;鶊F還可包括在本文含義內(nèi)的雜原子。煙酰基基團(吡啶基-3-羰基)是本文含義內(nèi)的?;鶊F的例子。其他例子包括乙酰基、苯甲酰基、苯基乙?;?、吡啶基乙?;⑷夤瘐;捅;鶊F等。當含有鍵合到羰基碳原子的碳原子的基團含有鹵素時,該基團被稱為“鹵代酰基”基團。例子是三氟乙酰基基團。
如本文所用,術語“環(huán)烷基”是指環(huán)狀烷基基團,諸如但不限于環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基和環(huán)辛基基團。在一些實施例中,環(huán)烷基基團可具有3至約8-12個環(huán)構件,而在其他實施例中,環(huán)碳原子的數(shù)目在3至4、5、6或7的范圍內(nèi)。環(huán)烷基基團還包括多環(huán)環(huán)烷基基團,諸如但不限于降冰片基、金剛烷基、冰片基、莰烯基、異莰烯基和蒈烯基基團,以及稠合環(huán),諸如但不限于十氫萘基等。環(huán)烷基基團還包括被如本文所定義的直鏈或支鏈烷基基團取代的環(huán)。代表性的取代環(huán)烷基基團可為單取代的或不止一次取代的,諸如但不限于2,2-、2,3-、2,4-、2,5-或2,6-二取代的環(huán)己基基團或可被例如氨基、羥基、氰基、羧基、硝基、硫基、烷氧基和鹵素基團取代的單、二或三取代的降冰片基或環(huán)庚基基團。術語“環(huán)烯基”單獨或組合地指示環(huán)狀烯基基團。
如本文所用,術語“芳基”是指在環(huán)中不包含雜原子的環(huán)狀芳烴。因此芳基基團包括但不限于苯基、薁基、庚搭烯基、聯(lián)苯基、并茚苯基、芴基、菲基、苯并菲基(triphenylenyl)、芘基、并四苯基、屈基(chrysenyl)、亞聯(lián)苯基、蒽基和萘基基團。在一些實施例中,芳基基團在基團的環(huán)部分中包含約6至約14個碳。芳基基團可為未取代的或取代的,如本文所定義。代表性的取代芳基基團可為單取代的或不止一次取代的,諸如但不限于2-、3-、4-、5-或6-取代的苯基或2-8取代的萘基基團,其可被碳或非碳基團取代,諸如本文所列出的那些。
如本文所用,術語“芳烷基”是指如本文所定義的烷基基團,其中烷基基團的氫或碳鍵被置換為到如本文所定義的芳基基團的鍵。代表性芳烷基基團包括芐基和苯乙基基團和稠合(環(huán)烷基芳基)烷基基團,諸如4-乙基-茚滿基。芳烯基基團是如本文所定義的烯基基團,其中烷基基團的氫或碳鍵被置換為到如本文所定義的芳基基團的鍵。
如本文所用,術語“雜環(huán)基”是指包含三個或更多個環(huán)構件的芳族和非芳族環(huán)化合物,其中一個或多個是雜原子,諸如但不限于N、O和S。
如本文所用,術語“雜芳基”是指包含5個或更多個環(huán)構件的芳族環(huán)化合物,其中一個或多個是雜原子,諸如但不限于N、O和S;例如,雜芳基環(huán)可具有5至約8-12個環(huán)構件。雜芳基基團是具有芳族電子結構的各種雜環(huán)基基團。
如本文所用,術語“烷氧基”是指連接到如本文所定義的烷基基團(包括環(huán)烷基基團)的氧原子。直鏈烷氧基基團的例子包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基等。支鏈烷氧基的例子包括但不限于異丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、異戊氧基、異己氧基等。環(huán)狀烷氧基的例子包括但不限于環(huán)丙氧基、環(huán)丁氧基、環(huán)戊氧基、環(huán)己氧基等。烷氧基基團可包含鍵合到氧原子的1至約12-20或約12-40個碳原子,并且還可包含雙鍵或三鍵,并且還可包含雜原子。例如,烯丙氧基基團是在本文含義內(nèi)的烷氧基基團。甲氧基乙氧基基團也是在本文含義內(nèi)的烷氧基基團,如在其中結構的兩個相鄰原子被其取代的上下文中的亞甲二氧基基團。
如本文所用,除非另有說明,否則術語“鹵代”、“鹵素”或“鹵化物”基團本身或作為另一取代基的一部分是指氟、氯、溴或碘原子。
如本文所用,術語“鹵代烷基”基團包括單鹵代烷基基團,其中所有鹵素原子可以相同或不同的多鹵代烷基基團,以及其中所有氫原子被鹵素原子諸如氟置換的全鹵代烷基基團。鹵代烷基的例子包括三氟甲基、1,1-二氯乙基、1,2-二氯乙基、1,3-二溴-3,3-二氟丙基、全氟丁基等。
如本文所用,術語“單價”是指通過單鍵連接到取代分子的取代基。當取代基為單價,諸如F或Cl時,其鍵合到其正被單鍵取代的原子。
如本文所用,術語“烴”是指包含碳原子和氫原子的官能團或分子。該術語也可指通常包含碳原子和氫原子但其中所有的氫原子均被其他官能團取代的官能團或分子。
如本文所用,術語“樹脂”是指包含至少一個硅氧烷單體的任何粘度的聚硅氧烷材料,所述至少一個硅氧烷單體通過Si-O-Si鍵鍵合到三個或四個其他硅氧烷單體。在一個例子中,聚硅氧烷材料包含如本文所定義的T基團或Q基團。
如本文所用,術語“固化”是指暴露于任何形式的輻射、加熱或允許發(fā)生會導致硬化或粘度增加的物理或化學反應。
如本文所用,術語“孔”是指固體物體中任何大小或形狀的凹陷、狹縫或孔洞。孔可貫穿物體或部分穿過物體??卓膳c其他孔相交。
如本文所用,術語“自支撐”或“無支撐”是指膜的兩個主要側中每一者上的大部分表面積不接觸基材的膜,無論基材是多孔的或不是多孔的。在一些實施例中,“自支撐”或“無支撐”的膜可在兩個主要側上100%不受支撐?!白灾巍被颉盁o支撐”的膜可在膜的任一主要側或兩個主要側上的邊緣處或少部分(例如,小于約50%,或約45%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%、4%、3%、2%或約1%或更小)表面積處受支撐。
如本文所用,術語“受支撐”是指兩個主要側中至少一者上的大部分表面積接觸基材的膜,無論基材是多孔的或不是多孔的。在一些實施例中,“受支撐”的膜可在至少一個側上100%受支撐?!笆苤巍钡哪た芍卧谀さ娜我恢饕獋然騼蓚€主要側上的大部分(例如,大于約50%,或約55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或約99%或更大)表面積處任何合適的位置處。
如本文所用,術語“溶劑”是指可溶解固體、液體或氣體的液體。溶劑的非限制性例子為有機硅、有機化合物、水、醇、離子液體和超臨界流體。
如本文所用,術語“選擇性”或“理想的選擇性”是指較快滲透的氣體相對較慢滲透的氣體的滲透性比率,所述滲透性在室溫下測量。
如本文所用,術語“滲透性”是指物質X通過膜的滲透系數(shù)(Px),其中qmx=Px*A*Δpx*(1/δ),其中qmx為物質X通過膜的體積流量,A為物質X流動通過的膜的一個主要側的表面積,Δpx為整個膜上物質X的分壓的壓差,并且δ為膜的厚度。Px還可表示為V·δ/(A·t·Δp),其中Px為氣體X在膜中的滲透性,V為滲透通過膜的氣體X的體積,δ為膜的厚度,A為膜的面積,t為時間,Δp為氣體X在滲余側和滲透側的壓差。除非另外指明,否則在室溫下測量滲透性。
如本文所用,術語“巴勒”是指滲透性的單位,其中1巴勒=10-11(cm3氣體)cm cm-2s-1mmHg-1或10-10(cm3氣體)cm cm-2s-1cm Hg-1,其中“cm3氣體”表示在標準溫度和壓力下將占據(jù)一個立方厘米的氣體的量。
如本文相對于膜所用,術語“總表面積”是指膜的一側的總表面積,諸如一側的暴露于氣體反應物或液體反應物的部分。
如本文所用,術語“空氣”是指氣體混合物,其組成大約與從大氣中(通常在地平面)采集的氣體的天然組成相同。在一些例子中,空氣采集自周圍環(huán)境??諝獾慕M成包含約78%氮氣、21%氧氣、1%氬氣和0.04%二氧化碳以及少量其他氣體。
如本文所用,術語“室溫”是指約15℃至28℃的溫度。
如本文所用,術語“標準溫度和壓力”是指20℃和101kPa。
如本文所用,術語“聚合物”是指具有至少一個重復單元的分子,并且可包括共聚物。
形成有機硅產(chǎn)物的方法。
在各種實施例中,本發(fā)明提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法,該方法包括將膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,并且至少部分地同時將膜的第二側與氣體反應物接觸。在接觸期間,氣體反應物可滲透膜并且可與液體反應物反應。膜可基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。液體反應物、氣體反應物或它們的組合可包括一種或多種含硅化合物。氣體反應物和液體反應物的反應在膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物。
液體反應物和氣體反應物之間的反應可為產(chǎn)生有機硅產(chǎn)物的任何合適的反應。在一些實施例中,反應可為氫化硅烷化反應、縮合反應,自由基反應和胺基基團與環(huán)氧基基團的反應中的至少一種。在一些實施例中,反應可為氫化硅烷化反應,諸如用烯烴封端硅-氫化物和制備有機硅聚醚中的至少一種。在一些實施例中,反應可為與包括氫的氣體反應物,以及與包括碳-碳不飽和鍵的液體反應物的氫化反應,該碳-碳不飽和鍵在產(chǎn)物的制備中變得飽和。
在一些實施例中,氣體反應物和液體反應物中的至少一者或兩者可連續(xù)進料至膜。氣體反應物和液體反應物中的至少一者或兩者可以是再循環(huán)(例如,在接觸后進料回到膜的相對側)和進料至收集罐或排氣口中的至少一種。在一個實施例中,膜是致密有機硅中空纖維模塊的形式,并且液體反應物被進料至殼側(例如,第一側或滲透物側),同時氣體逆流進料至孔側(例如,第二側或滲余物側)。
氣體反應物和液體反應物的流動構型可包括任何合適的流型,諸如交叉流、逆流、并流和徑向流關系中的至少一種。流動構型可包括多種流型,例如約10、20、30、40、50、60、70、80或90體積%的氣體反應物和液體反應物可具有交叉流流動,而另外的約90、80、70、60、50、40、30、20或10體積%的氣體反應物和液體反應物可具有另一種流型。流型的任何合適的組合均包含在本發(fā)明的實施例內(nèi)。膜的一側上液體反應物的流量和膜的另一側上氣體反應物的流量可獨立地變化以便為膜系統(tǒng)提供任何合適的液體反應物與氣體反應物流動比。
液體和氣體反應物可以任何合適的方式接觸膜(例如,一個或多個膜)。在一些實施例中,可允許氣體反應物以一定的壓力接觸膜,使得在跨過膜的氣體反應物的分壓中存在正梯度以驅動氣體反應物滲透進入膜的第一側(例如,膜的滲透物側)。在一個例子中,允許氣體反應物在大約環(huán)境壓力下接觸膜。在一些實施例中,允許液體反應物接觸膜以使得在膜的第一側與第二側之間存在壓差。該壓差可使得液體反應物的壓力(在膜的第一側上)大于膜的第二側的壓力。在一個例子中,壓差由于氣體反應物的壓力高于環(huán)境壓力而引起;在此類例子中,氣體反應物的壓力可使用任何合適的裝置諸如利用泵升到環(huán)境壓力以上。在另一個例子中,該壓差由于膜的第一側處的壓力處于環(huán)境壓力或低于環(huán)境壓力而引起。
在一些實施例中,可調(diào)節(jié)液體反應物的溫度以提供所需的反應速率,這取決于氣體反應物和膜的性質。液體反應物的溫度可以是任何合適的溫度,諸如約室溫至約150℃、約-40℃至約250℃、約30℃至約150℃、約40℃至約110℃、約50℃至約90℃、或約室溫、或約-40℃或更低、或約-35℃、-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、170、180、190、200、210、220、230、240℃或約250℃或更高。在一些實施例中,氣體反應物可在有利的溫度和壓力下被引入到膜的第二側,以達到下述的至少一項:實現(xiàn)氣體反應物更快速地轉移到膜的第一側(例如,增加氣體反應物通過膜的通量),以及實現(xiàn)在膜的第一側處的特定反應速率。氣體反應物在接觸期間可處于任何合適的溫度,諸如約-60℃至約150℃、約-30℃至約150℃、約-20℃至約150℃、約-10℃至約150℃、約0℃至約150℃、約10℃至約150℃、約20℃至約150℃、約10℃至約110℃、約10℃至約90℃、或約-60℃或更低、或約-55℃、-50、-45、-40、-35、-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20、25、30、40、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145℃或約150℃或更高。
液體反應物可在與膜的第一側接觸期間具有任何合適的壓力。例如,液體反應物的壓力可為0.01巴至約100,000巴、或約0.5巴至約5巴、或約0.01巴或更低、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、40、50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、1,500、2,500、5,000、10,000、50,000或約100,000巴或更高。氣體反應物可在與膜的第二側接觸期間具有任何合適的壓力。例如,氣體反應物的壓力可為約0.000,01巴至約100巴、或約0.001巴至約10巴、或約0.000,01巴或更低、約0.000,1巴、0.001、0.01、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、40、50、75或約100巴或更高。液體反應物與氣體反應物之間的壓差可為任何合適的壓差,以使得可如本文所述執(zhí)行所述方法。例如,液體反應物與氣體反應物之間的壓差可為約0巴、約0.000,01巴至約100,000巴、或約0.01巴至約10,000巴、或約0.000,01巴或更低、約0.000,1巴、0.001、0.01、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、40、50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、1,500、2,500、5,000、10,000、50,000或約100,000巴或更高。
液體反應物和氣體反應物中的每種的流量可為任何合適的流量。例如,液體反應物的流量可為約0.001L/min至約100,000L/min、約0.1L/min至約100L/min、或約0.001L/min或更低、0.01L/min、0.1、1、2、4、6、8、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、1,500、2,500、5,000、7,500、10,000、15,000、20,000、25,000、50,000、75,000或約100,000L/min或更高。氣體反應物的流量可為0.001L/min至約100,000L/min、約0.1L/min至約100L/min、或約0.001L/min或更低、0.01L/min、0.1、1、2、4、6、8、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、1,500、2,500、5,000、7,500、10,000、15,000、20,000、25,000、50,000、75,000或約100,000L/min或更高。在一些例子中,液體反應物和氣體反應物中的至少一種的流量可為每1m2膜面積約1至100,000,000cm3/min,每1m2膜面積1至100,000cm3/min,每1m2膜面積1至10,000cm3/min,每1m2膜面積約2至約5,000cm3/min,每1m2膜面積約5至約20cm3/min,或每1m2膜面積約1cm3/min或更低,或每1m2膜面積約2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50、60、75、100、150、200、300、400、500、750、1,000、2,500、5,000、7,500、10,000、20,000、50,000、75,000、100,000、200,000、500,000、750,000、1,000,000、5,000,000、10,000,000、20,000,000、50,000,000或約100,000,000cm3/min或更高。
膜。
該膜可以是如本文進一步描述的任何合適的膜或膜的組合。例如,方法可包括將液體反應物和氣體反應物跨過單個膜或任何尺寸、形狀或形狀因子(form factor)的膜的組或陣列(包括中空纖維膜的模塊)接觸。諸如在其中氣體反應物溶解或與其他非反應性材料混合的實施例中,一個或多個膜可選擇性地滲透氣體反應物;在其他實施例中,一個或多個膜允許在膜的第二側(例如,滲余物側)處的非反應性材料(例如,與液體反應物不反應,或者以比氣體反應物更低的速率反應的材料)連同氣體反應物滲透到第一側(例如,滲透物側)。
膜可由任何合適的材料制成,使得該方法可以如本文所述進行。膜可包含聚合物,諸如乙酸纖維素、硝化纖維、纖維素酯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或聚氯乙烯。膜可包含交聯(lián)或未交聯(lián)的聚合物。例如,膜可包含交聯(lián)聚合物,諸如聚乙烯基聚合物(例如,聚氯乙烯)、天然橡膠、合成橡膠諸如聚異戊二烯或聚丁二烯、EPDM(乙烯-丙烯二烯單體)橡膠、丁腈橡膠、丙烯酸橡膠、氟代丙烯酸酯橡膠、聚氨酯、聚異丁烯、有機硅或氟硅酮。在一些實施例中,膜可包含熱塑性塑料(例如,不含化學交聯(lián)),諸如苯乙烯嵌段共聚物、熱塑性聚烯烴共混物或共聚物、熱塑性聚氨酯、彈性體合金、熱塑性聚酯共聚物、聚酯-聚醚共聚物、聚酰胺-聚醚共聚物,或有機硅熱塑性塑料。在一些實施例中,膜可包含通過離子締合交聯(lián)的材料,諸如羧化、磺化或馬來酸化聚合物的金屬鹽和包含此類化合物的離子和非離子聚合物的共混物。膜可包含通過相分離域中的物理交聯(lián)化學或非化學交聯(lián)的材料。膜可為陶瓷膜,包括無機材料,諸如氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯氧化物、碳化硅或玻璃狀材料。膜可為有機硅膜,諸如有機聚硅氧烷膜。
膜可為有機硅膜,例如,包括有機硅組合物的固化產(chǎn)物。有機硅組合物可以為任何合適的有機硅組合物。有機硅組合物的固化得到該有機硅組合物的固化產(chǎn)物??晒袒挠袡C硅組合物包含至少一種合適的有機聚硅氧烷化合物。有機硅組合物包含允許組合物以任何合適的方式固化的合適成分,例如氫化硅烷化固化、縮合固化、自由基固化、胺-環(huán)氧基固化、輻射固化、冷卻,或它們的任何組合。除了所述至少一種合適的聚硅氧烷外,有機硅組合物可包含任何合適的附加成分,包括任何合適的有機或無機組分,包括不含硅的組分,或包括不含聚硅氧烷結構的組分。在一些例子中,有機硅組合物的固化產(chǎn)物包含聚硅氧烷。
可固化的硅組合物可包含有機硅化合物。有機硅化合物可以為任何有機硅化合物。有機硅化合物可以為例如硅烷(如,有機硅烷)、聚硅烷(如,有機聚硅烷)、硅氧烷(如,有機硅氧烷,例如有機單硅氧烷或有機聚硅氧烷)或聚硅氧烷(如,有機聚硅氧烷)或聚硅氧烷-有機聚合物,例如本領域已知的此類化合物中的任何合適的一種??晒袒挠袡C硅組合物可包含任何數(shù)量的合適的有機硅化合物以及任何數(shù)量的合適的有機化合物。有機硅化合物可包含允許固化的任何官能團。
在一些實施例中,有機硅化合物可包含硅鍵合的氫原子,例如有機氫硅烷或有機氫硅氧烷。在一些實施例中,有機硅化合物可包含烯基基團,例如有機烯基硅烷或有機烯基硅氧烷。在其他實施例中,有機硅化合物可包含允許固化的任何官能團。有機硅烷可以是一硅烷、二硅烷、三硅烷或聚硅烷。相似地,有機硅氧烷可以是二硅氧烷、三硅氧烷或聚硅氧烷。有機硅化合物的結構可以是直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或樹脂的。環(huán)硅烷和環(huán)硅氧烷可具有3至12個硅原子,或者3至10個硅原子,或者3至4個硅原子。
有機硅化合物可以為有機聚硅氧烷化合物。在一些例子中,有機聚硅氧烷化合物平均具有至少一個、兩個或多于兩個允許固化的官能團。有機聚硅氧烷化合物可具有直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或樹脂的結構。有機聚硅氧烷化合物可為均聚物或共聚物。有機聚硅氧烷化合物可為二硅氧烷、三硅氧烷或聚硅氧烷。有機聚硅氧烷化合物可以是單種有機聚硅氧烷或包含兩種或更多種在以下各項中的至少一項有所不同的有機聚硅氧烷的組合:結構、粘度、平均分子量、硅氧烷單元和排序。
膜可為致密膜,諸如致密有機硅膜。膜可為無孔的,諸如無孔有機硅膜。一些類型的孔可從膜的一個主要側穿透到另一個主要側,例如大致呈圓柱體狀的圓柱形孔,或例如海綿孔,例如包括無規(guī)成形的腔體或通道而這些腔體或通道形成從一個主要側到另一個主要側的連接的孔。一些類型的孔不從膜的一個主要側穿透到另一個主要側,例如盲孔,也稱為表面孔。一些類型的海綿孔也可不從膜的一個主要側穿透到另一個主要側。在一些實施例中,本發(fā)明的致密膜可為基本上無孔的并且可基本上不含孔,既基本上不含從一個主要側穿透到另一個主要側的孔,也基本上不含不從一個主要側穿透到另一個主要側的孔,諸如每mm2少于約100,000個孔,或每mm2少于約10,000、1000、100、50、25、20、15、10、5或少于約1個孔。在一些實施例中,致密膜可基本上不含從一側穿透到另一側的孔,例如每mm2少于約100,000個穿透孔,或每mm2少于約10,000、1000、100、50、25、20、15、10、5或少于約1個穿透孔,但該膜也可包含任何合適數(shù)量的不從膜的一個主要側穿透到另一個主要側的孔,例如表面孔和海綿孔中的至少一種,比如等于或多于每mm2約100,000個非穿透孔,或每mm2少于10,000、1000、100、50、25、20、15、10、5或等于或多于約1個非穿透孔。在一些實施例中,致密膜可具有基本上零個從膜的一個主要側穿透到另一個主要側的直徑大于約0.00001、0.0001、0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或大于約2μm的孔,例如每mm2少于約100,000個孔,或每mm2少于約10,000、1000、100、50、25、20、15、10、5或少于約1個孔??讖娇赏ㄟ^其路徑貫穿膜的整個厚度或僅部分穿過膜的孔的平均大小來確定??讖娇赏ㄟ^膜表面的孔的平均大小來確定??墒褂萌魏魏线m的分析技術來確定孔徑。實施例涵蓋這樣的致密膜,其具有在本段落中給出的各類型孔的尺寸的大約最大值的任意組合,所述各類型孔為:貫穿膜的孔、圓柱體孔、海綿孔、盲孔、任何其他類型的孔或其組合。在一些實施例中,致密膜確實具有一直穿過膜的孔、圓柱體孔、海綿孔、盲孔和任何其他類型的孔中的至少一種,其中該孔的尺寸小于本段中給出的尺寸的最大值。
膜可具有任何合適的厚度。在一些例子中,膜的厚度為約1μm至約20μm,或約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15μm至約20μm。在一些例子中,膜的厚度為約0.1μm至約300μm,或約10、15、20、25或30μm至約200μm。在其他例子中,膜的厚度為約0.01μm至約2000μm,或約0.01μm或更小,約0.1μm、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、350、400、500、600、700、800、900、1000、1250、1500、1750μm或約2000μm或更大。
在一些實施例中,諸如當在液體反應物不存在于膜的另一側上(例如,空氣在膜的另一側上)的情況下在室溫下進行測試時,膜具有約0.001或更小,或至少約0.01巴勒、0.1、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、240、280、300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800或至少約2000巴勒的所述一種或多種氣體反應物的滲透系數(shù)。膜對于在膜的第二側上的包括氣體反應物的組合物中的其他組分可基本上可滲透或基本上不可滲透;在一些實施例中,膜對于膜的第二側上的其他組分基本上不可滲透,而在其他實施例中,膜對于膜的第二側上的一種或多種其他組分可基本上可滲透。
膜可基本上不可滲透液體反應物,使得在該方法期間很少或沒有液體反應物通過膜。膜對于在膜的第一側上的包括液體反應物的組合物中的其他組分可基本上可滲透或基本上不可滲透;在一些實施例中,膜對于膜的第一側上的其他組分基本上不可滲透,而在其他實施例中,膜對于膜的第一側上的一種或多種其他組分可基本上可滲透。液體反應物的滲透系數(shù)可為0.000,001巴勒至約50巴勒,約0.000,01巴勒至約40巴勒,約0.001巴勒至約10巴勒,或約0.000,001巴勒或更小,約0.000,01巴勒、0.000,1、0.001、0.01、0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45或約50巴勒或更大。
膜可具有任何合適的形狀。在一些例子中,膜可為板框式膜、螺旋纏繞膜、管狀膜、毛細纖維膜或中空纖維膜。方法可包括諸如在含有多個中空纖維膜且每根纖維具有孔側和殼側的中空纖維膜模塊中,將氣體反應物和液體反應物跨過一個或多個膜而接觸。所述中空纖維膜模塊中的纖維可全體具有能通過模塊每側上的單個連接器而進入的孔側和殼側。或者,所述中空纖維膜模塊中的纖維可具有能通過置于模塊中的各個點的多個連接器而進入的孔側和殼側。在方法的一些實施例中,氣體反應物可接觸一個或多個中空纖維膜的孔側(例如,第二側或滲余物側),并且液體反應物可接觸殼側(例如,第一側或滲透物側)。在方法的其他實施例中,氣體反應物可接觸一個或多個中空纖維膜的殼側(例如,第二側或滲余物側),并且液體反應物可接觸孔側(例如,第一側或滲透物側)。
分離可使用任意數(shù)量的膜來實現(xiàn)??梢允褂米灾魏褪苤文さ娜我饨M合。可使用膜的組合中的膜的任何合適的表面積。例如,每個膜的表面積或膜的總表面積可為約0.01m2、0.1、1、2、3、4、5、10、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2200、2400、2600、2800、3000、3200、3400、3800、4000、5000、10,000、50,000、100,000、500,000或約1,000,000m2。
在一個例子中,所述一個或多個膜是一個或多個中空管或纖維膜??梢允褂萌魏螖?shù)量的中空管或纖維膜。例如,可將1個中空管或纖維膜、2、3、4、5、10、20、50、100、500、1000、2000、5000、10,000、100,000或約1,000,000個中空管或纖維膜一起用作所述一個或多個膜。在一個例子中,所述一個或多個膜是交聯(lián)有機硅或有機聚硅氧烷中空管或纖維膜。在一個例子中,一個或多個膜是一個或多個自支撐中空管或纖維膜(例如,不具有多孔載體)。在一個例子中,一個或多個膜是交聯(lián)有機硅或有機聚硅氧烷自支撐中空管或纖維膜(例如,不具有多孔載體)。所述一個或多個中空管或纖維膜可以為模塊化盒的形式,以使得可容易地更換或維護所述一個或多個膜。在一個實施例中,所述一個或多個中空管或纖維膜的內(nèi)側可以是所述一個或多個膜的第一側,而所述一個或多個中空管或纖維膜的外側可以是所述一個或多個膜的第二側。在另一個實施例中,所述一個或多個中空管或纖維膜的外側可以是所述一個或多個膜的第一側,而所述一個或多個中空管或纖維膜的內(nèi)側可以是所述一個或多個膜的第二側。在一些例子中,在所述一個或多個中空管或纖維膜的第一側與第二側之間維持壓差。
在一些實施例中,本發(fā)明的各種實施例可提供允許從氣體反應物到液體反應物的有限熱傳遞或沒有熱傳遞或反之亦然的模塊。在其他實施例中,本發(fā)明的各種實施例可提供允許從氣體反應物到液體反應物的實質性熱傳遞或反之亦然的模塊。例如,本發(fā)明可提供允許氣體反應物和液體反應物之間同時發(fā)生熱和質量交換的系統(tǒng)。
在一些實施例中,膜被支撐在多孔或高滲透性的無孔基材上?;目蔀槿魏魏线m的基材。在受支撐膜中,膜的兩個主要側中的至少一者的大部分表面積接觸多孔或高滲透性的無孔基材。多孔基材上的受支撐膜可被稱為復合膜,其中所述膜為膜與多孔基材的復合物。其上設置受支撐膜的多孔基材可允許氣體或液體穿過孔并到達膜。受支撐膜可附接(如,粘附)到多孔基材。受支撐膜可與基材接觸而不粘附。多孔基材可以是與膜部分一體化、完全一體化或未一體化的。多孔基材可為例如過濾器,或包括纖維結構或任何結構的任何合適形狀的任何基材。該多孔基材可以是織造的或非織造的。該多孔基材可以是熔塊。多孔基材可為本領域技術人員已知的呈任何形狀的任何合適的多孔材料,諸如具有包括平坦、彎曲或其任意組合的膜的表面。該表面可具有任何周邊形狀。多孔基材可具有任何數(shù)量的表面,并且可以是任何三維形狀。三維形狀的例子包括立方體、球體、錐體以及具有任何厚度(包括可變厚度)的其平面部分,以及多孔中空纖維。該多孔基材可具有許多孔,并且孔可以具有任何尺寸、深度、形狀和分布。在一個例子中,多孔基材具有從約0.2nm至約500mm的孔徑,并且可具有任何合適數(shù)目的孔。
在一些實施例中,膜是無支撐的,也稱為自支撐。自支撐的膜的兩個主要側中的每一者上的大部分表面積不接觸基材,無論基材是多孔的或不是多孔的。在一些實施例中,自支撐的膜可以是100%無支撐的。自支撐的膜可在邊緣處或在膜的任一或兩個主要側上的少部分(如,小于50%)表面積處受支撐。自支撐膜可以具有任何合適的形狀,無論受支撐的自支撐膜百分數(shù)為怎樣。所述自支撐膜的合適形狀的例子包括例如具有任何厚度(包括可變厚度)的正方形、矩形、圓形、管、立方體、球體、錐體、圓柱體及其平坦部分。
非揮發(fā)性液體反應物和氣體反應物。
方法包括將膜的第一側與液體反應物接觸。液體反應物是可與氣體反應物(例如,與氣體反應物中的一種或多種氣體化合物)反應的一種或多種化合物。液體反應物可以包含液體反應物的組合物的形式與膜的第一側接觸,其中在膜的第一側處的組合物包括不可與氣體反應物反應的化合物,諸如一種或多種溶劑(例如,有機溶劑)或任何其他合適的材料。在本文中,在液體反應物在膜的第一側處的性質或狀況(諸如壓力、流量、溫度和液體反應物的其他方面)的描述中,應當理解,在膜的第一側上的包括液體反應物的組合物可具有相同的性質或狀況,或使得組合物中的液體反應物具有所述性質或狀況的性質或狀況。液體反應物在包括液體反應物的組合物中可具有任何合適的濃度,諸如約0.001重量%至約99.999重量%,或約1重量%至約99重量%,或約0.001重量%或更小,0.01重量%、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99、99.9、99.99、或約99.999重量%或更大。
非揮發(fā)性液體反應物在標準溫度和壓力下是液體,并且在101kPa下可具有約30℃至約1,500℃,或約50℃至約1,000℃,或約75℃至約500℃,或約100℃至約400℃,或約30℃或更低,或約40℃、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、220、240、260、280、300、350、400、450、500、550、600、700、800、900、1,000、1,250、或約1,500℃或更高的沸點。在標準溫度和壓力下,非揮發(fā)性液體反應物可具有約0.000,1kPa至80kPa,約0.001kPa至約50kPa,約0.001kPa至約25kPa,或約0.000,1kPa或更低,或約0.001kPa、0.01、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、或約80kPa或更低的沸點。諸如在與膜的第一側接觸時,包括液體反應物的組合物中的其他組分(如果有的話)可以是液體(例如,液體反應物可溶解在液體中)或氣體(例如,接觸膜的第一側并且包括液體反應物的液體組合物可包括其中溶解的氣體)。
在各種實施例中,液體反應物和氣體反應物之間的反應可為氫化硅烷化反應。在氫化硅烷化反應中,包含具有硅鍵合的氫原子的硅原子的有機硅化合物可與不飽和基團諸如烯基基團反應,從而加入不飽和基團并且導致不飽和基團失去至少一個不飽和度(例如,雙鍵轉化為單鍵),使得硅原子鍵合到原始不飽和基團的一個碳原子,并且氫原子鍵合到原始不飽和基團的另一個碳原子。在一些實施例中,氫化硅烷化催化劑存在于液體反應物中。在其他實施例中,氫化硅烷化催化劑不存在于液體反應物中。
在一些實施例中,氫化硅烷化催化劑可為任何氫化硅烷化催化劑,包括鉑族金屬或含鉑族金屬的化合物。鉑族金屬可包括鉑、銠、釕、鈀、鋨和銥。氫化硅烷化催化劑的例子包括Willing在美國專利No.3,419,593中所公開的氯鉑酸與某些含乙烯基的有機硅氧烷的絡合物,諸如氯鉑酸與1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的反應產(chǎn)物;微封裝的氫化硅烷化催化劑,包括封裝在熱塑性樹脂中的鉑族金屬,如美國專利No.4,766,176和美國專利No.5,017,654中示例的;以及光活化的氫化硅烷化催化劑,諸如鉑(II)雙(2,4-戊二酸),如美國專利No.7,799,842示例的。合適的氫化硅烷化催化劑的例子可包括1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的鉑(IV)絡合物。在另一個實施例中,氫化硅烷化催化劑可為至少一種光活化的氫化硅烷化催化劑。光活化氫化硅烷化催化劑可以是包含鉑族金屬或含鉑族金屬的化合物的任何熟知氫化硅烷化催化劑。包含液體反應物的組合物中氫化硅烷化催化劑的濃度可足以催化液體反應物和氣體反應物的氫化硅烷化。氫化硅烷化催化劑的濃度可足以在液體反應物中提供約0.1至約1000ppm的鉑族金屬,約0.5至約500ppm的鉑族金屬,或約1至約100ppm的鉑族金屬。
方法包括將膜的第二側與氣體反應物接觸。氣體反應物是可與液體反應物(例如,與一種或多種液體反應物)反應的一種或多種化合物。氣體反應物可以包括氣體反應物的組合物的形式接觸膜的第二側,例如,組合物可包含一種或多種有機溶劑或者一種或多種氣體(例如,惰性氣體或其他氣體)。與膜的第二側接觸的包括氣體反應物的組合物可以包含這樣的化合物,該化合物可實現(xiàn)基本上可透過膜和基本上不可透過膜中的至少一種,并且該化合物可實現(xiàn)可與液體反應物反應和基本上不與液體反應物反應中的至少一種。包括氣體反應物的組合物在與膜接觸時可以是液態(tài)或氣態(tài)。在一些實施例中,氣體反應物在膜的第二側處溶解于一種或多種液體組分;而在其他實施例中,氣體反應物在膜的第二側處與其他氣體組分混合。在本文中,在氣體反應物在膜的第二側處的性質或條件(諸如壓力、流量、溫度和氣體反應物的其他方面)的描述中,應當理解,在膜的第二側上的包括氣體反應物的組合物可具有相同的性質或條件,或使得組合物中的氣體反應物具有所述的性質或條件的性質或條件。氣體反應物在包括氣體反應物的組合物中可具有任何合適的濃度,諸如約0.001重量%至約99.999重量%,或約1重量%至約99重量%,或約0.001重量%或更小,0.01重量%、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99、99.9、99.99、或約99.999重量%或更大。
氣體反應物在標準溫度和壓力下可為氣體(例如,氣體或蒸氣)、液體或固體,并且在101kPa下可具有約-500℃至約150℃,或約-250℃至約100℃,或約-200℃至約50℃,或約-100℃至約25℃,或約-500℃或更低,或約-450℃、-400、-350、-300、-250、-200、-150、-100、-50、-25、-10、0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、或約150℃的沸點或升華點。在各種實施例中,變成該氣體反應物或包括氣體反應物的組合物的材料可以是被加熱的和經(jīng)受減壓(例如,低于環(huán)境壓力)的中的至少一種,使得該材料在接觸膜的第二側時是氣態(tài)的。諸如在與膜的第二側接觸時,包括氣體反應物的組合物中的其他組分(如果有的話)可以是液體(例如,氣體反應物可溶解在液體中)或氣體。在一些實施例中,可通過將可升華的固體(例如,干冰)或產(chǎn)生氣體的固體(例如,碳酸銨)暴露于足以產(chǎn)生氣體反應物(例如,CO2或氨,其隨后可接觸膜的第二側)的條件(例如,溫度或壓力)下來使氣體反應物接觸膜的第二側。
非揮發(fā)性液體反應物可具有可與氣體反應物諸如通過氫化硅烷化反應而反應的至少一個官能團。在一些例子中,液體反應物可包含Si-H鍵,諸如有機聚硅氧烷(例如,聚有機氫硅氧烷或包含有機氫硅氧烷重復單元的共聚物)或硅烷,并且氣體反應物可包含碳-碳不飽和鍵。在一些例子中,液體反應物可包含碳-碳不飽和鍵,并且氣體反應物可以包含Si-H鍵,諸如有機聚硅氧烷(例如聚有機氫硅氧烷或包含其的共聚物)或硅烷。碳-碳不飽和鍵可為非芳香族,非共軛和脂族中的至少一種。碳-碳不飽和鍵可為雙鍵或三鍵。在一些實施例中,液體反應物可通過氫化反應與氣體反應物,與包含氫的氣體反應物和包含具有至少一個碳-碳不飽和鍵的含硅化合物的液體反應物反應。
在各種實施例中,氣體反應物和液體反應物中的至少一者可包含具有Si-H鍵的至少一種有機聚硅氧烷,諸如有機氫聚硅氧烷或其共聚物。在一些例子中,有機氫聚硅氧烷化合物平均具有至少一個、至少兩個或多于兩個硅鍵合的氫原子。有機聚硅氧烷化合物可具有直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或樹脂的結構。有機聚硅氧烷化合物可為均聚物或共聚物。有機聚硅氧烷化合物可為二硅氧烷、三硅氧烷或聚硅氧烷。在有機硅化合物中,硅鍵合氫原子可位于末端位置、側鏈位置或末端位置和側鏈位置二者兼有。
在各種實施例中,有機氫聚硅氧烷化合物可具有平均每分子1個Si-H單元,平均每分子約2、3、4、5個,或小于約5個,或至少約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、100、200個,或大于約200個Si-H單元。
在一個例子中,有機氫聚硅氧烷可包括下式的化合物
(a)Rx3SiO(Rx2SiO)α(RxR2SiO)βSiRx3,或
(b)R4Rx2SiO(Rx2SiO)χ(RxR4SiO)δSiRx2R4。
在式(a)中,α具有約0至約500,000的平均值,而β具有約1至約500,000的平均值。每個Rx獨立地為單價官能團。合適的單價官能團包括(但不限于)丙烯酸基團、烷基;鹵代烴基團、烯基;炔基;芳基;以及氰基烷基。每個R2獨立地為H或Rx。在一些實施例中,β為約1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、40、60、80、100、120、140、160、180,或約200或更高。在式(b)中,χ具有0至500,000的平均值,而δ具有0至500,000的平均值。每個Rx獨立地如上所述。每個R4獨立地為H或Rx。在一些實施例中,δ為約1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、40、60、80、100、120、140、160、180,或約200或更高。
有機氫聚硅氧烷的例子可包括具有以下平均單元式的化合物
(RxR4R5SiO1/2)w(RxR4SiO2/2)x(R4SiO3/2)y(SiO4/2)z (I),
其中Rx獨立地如上所定義,R4為H或Rx,R5為H或Rx,0≤w≤1,0≤x<1,0≤y<1,0≤z<0.95,并且w+x+y+z≈1。在一些實施例中,R1為C1-10烴基或C1-10鹵素取代的烴基,兩者都不含脂族不飽和基團或C4至C14芳基。在一些實施例中,w為0.01至0.6,x為0至0.5,y為0至0.95,z為0至0.4,并且w+x+y+z≈1。
有機氫聚硅氧烷可為環(huán)狀聚硅氧烷,諸如環(huán)狀聚(取代或未取代的(C1-C20)烴基)氫硅氧烷、環(huán)狀聚(取代或未取代的(C1-C10)烷基)氫硅氧烷、環(huán)狀聚(取代或未取代的(C1-C5)烷基)氫硅氧烷、環(huán)狀聚((C1-C3)烷基)氫硅氧烷,或環(huán)狀聚甲基氫硅氧烷,諸如四甲基四環(huán)硅氧烷,其中每個烴基和每個烷基被獨立地選擇。
在一些實施例中,氣體反應物和液體反應物中的至少一者可包含具有Si-H鍵的至少一種硅烷。包含Si-H鍵的硅烷可為任何合適的硅烷。在一些例子中,硅烷可為(鹵素)a(取代或未取代的(C1-C20)烴基)b-Si-H,其中a+b=3而且a為1、2或3,并且b為1、2或3(例如,HMe2SiCl),或者硅烷可為(取代或未取代的(C1-C20)烴基)3-Si-H、(取代或未取代的(C1-C10)烷基)3-Si-H、(取代或未取代的(C1-C5)烷基)3-Si-H、((C1-C3)烷基)3-Si-H、或三甲基硅烷,其中每個取代或未取代的烴基和取代或未取代的烷基被獨立地選擇。
在一些實施例中,氣體反應物和液體反應物中的至少一者可包含具有至少一個不飽和碳-碳鍵的至少一種化合物。含有脂族不飽和碳-碳鍵的基團的例子可包括烯基基團,諸如乙烯基、烯丙基、丁烯基和己烯基;炔基基團,例如乙炔基、丙炔基和丁炔基;以及丙烯酸酯官能團,諸如丙烯酰氧基烷基或甲基丙烯酰氧基丙基。在一些實施例中,具有至少一個碳-碳不飽和鍵的化合物可為(i)每分子具有至少一個不飽和脂族碳-碳鍵(例如,每分子至少一個烯基或炔基基團)的有機硅化合物,或(ii)每分子具有至少一個不飽和脂族碳-碳鍵(例如,每分子至少一個烯基或炔基基團)的至少一種有機化合物。
具有至少一個碳-碳不飽和鍵的化合物可為平均每分子具有至少一個脂族不飽和碳-碳鍵的有機硅化合物。平均每分子具有至少一個脂族不飽和碳-碳鍵的有機硅化合物可為任何合適的有機硅化合物,其中不飽和碳-碳鍵可為硅鍵合的基團的一部分;例如,有機硅化合物可具有至少一個含有硅鍵合的脂族不飽和碳-碳鍵的基團。在一些實施例中,有機硅化合物每分子具有至少一個、兩個或至少三個脂族不飽和碳-碳鍵。不飽和碳-碳鍵可直接鍵合到硅原子(例如,Si-Vi),可通過烴基隔離物(例如Si-(取代或未取代的(C1-C10)烴基)-乙烯基)與硅原子間隔開,或可在中間(非末端)位置(例如,Si-CH2-CH2-CH=CH-CH2-CH3)處。有機硅化合物可為聚(C1-C10)烯基(C1-C10)烷基硅氧烷,諸如聚乙烯基甲基硅氧烷,諸如聚乙烯基甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷共聚物。有機硅化合物可為烯基鹵代硅烷,諸如(鹵素)a(取代或未取代的(C1-C20)烯基)b-Si-H,其中a+b=3,而且a為1、2或3,并且b為1、2或3(例如,ViMe2SiCl)。
有機硅化合物可以是有機硅烷或有機硅氧烷。有機硅烷可以是單硅烷、二硅烷、三硅烷或聚硅烷,并且有機硅氧烷可以是二硅氧烷、三硅氧烷或聚硅氧烷。有機硅化合物的結構可以是直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或樹脂的。環(huán)硅烷或環(huán)硅氧烷可具有3至12個硅原子。在無環(huán)聚硅烷和聚硅氧烷中,脂族不飽和碳-碳鍵可位于末端位置和側鏈位置的至少一者處。
具有碳-碳鍵的有機硅烷的例子包括Vi4Si、PhSiVi3、MeSiVi3、PhMeSiVi2、Ph2SiVi2和PhSi(CH2CH=CH2)3、ViSiMe3,其中Me為甲基,Ph為苯基,并且Vi為乙烯基。
在一些實施例中,具有至少一個碳-碳不飽和鍵的化合物為以下式的有機聚硅氧烷:
(a)Ry3SiO(Ry2SiO)α(RyR2SiO)βSiRy3,
(b)Ry2R4SiO(Ry2SiO)χ(RyR4SiO)δSiRy2R4,
或它們的組合。
在式(a)中,α具有0至2000的平均值,諸如0、1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、40、60、80、100、120、140、160、180、或約200或更高。在式(a)中,β具有1至2000的平均值,諸如1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、40、60、80、100、120、140、160、180、或約200或更高。每個Ry獨立地為單價有機基團,諸如針對本文的Rx所列出的那些;或為丙烯酸系官能團,諸如丙烯酰氧基丙基和甲基丙烯酰氧基丙基;烯基,如乙烯基、烯丙基和丁烯基;炔基,如乙炔基和丙炔基;氨基烷基,如3-氨基丙基、6-氨基己基、11-氨基十一烷基、3-(N-烯丙基氨基)丙基、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基、N-(2-氨基乙基)-3-氨基異丁基、對氨基苯基、2-乙基吡啶和3-丙基吡咯;環(huán)氧烷基,如3-縮水甘油氧基丙基、2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基和5,6-環(huán)氧己基;異氰酸酯和掩蔽的異氰酸酯官能團,如3-異氰酸酯基丙基、三-3-丙基異氰脲酸酯、丙基叔丁基氨基甲酸酯和丙基乙基氨基甲酸酯;醛官能團,如十一醛和丁醛基;酸酐官能團,如3-丙基琥珀酸酐和3-丙基馬來酸酐;羧酸官能團,如3-羧丙基和2-羧乙基;以及羧酸的金屬鹽,如3-羧丙基和2-羧乙基的鋅、鈉或鉀鹽。每個R2獨立地為如本文所述的含有不飽和單價脂族碳-碳鍵的基團,或為Ry。在式(b)中,χ具有0至2000的平均值,諸如0、1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、40、60、80、100、120、140、160、180、或約200或更高。在式(b)中,δ具有1至2000的平均值,諸如1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、40、60、80、100、120、140、160、180、或約200或更高。每個Ry獨立地如上文所定義,并且R4獨立地與上文對R2的定義相同。
平均每分子具有至少一個脂族不飽和碳-碳鍵的有機聚硅氧烷的例子包括具有以下平均單元式的化合物:
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d (I)
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6是獨立地選自如上所定義的Ry或R2的有機基團,0≤a<0.95,0≤b<1,0≤c<1,0≤d≤1,a+b+c+d=1。
具有包括至少一個碳-碳鍵的化合物可為平均每分子具有至少一個脂族不飽和碳-碳鍵的有機化合物,諸如烯基或炔基基團。有機化合物可為每分子含有至少一個脂族不飽和碳-碳鍵的任何有機化合物。有機化合物可以是二烯、三烯或多烯。不飽和化合物可具有直鏈的、支鏈的或環(huán)狀的結構。在無環(huán)有機化合物中,不飽和碳-碳鍵可位于末端位置、側鏈位置或末端位置和側鏈位置二者兼有。例子可以包括1,4-丁二烯、1,6-己二烯、1,8-辛二烯以及它們的內(nèi)部不飽和變體。
在一個例子中,平均每分子具有至少一個烯基基團的有機化合物是醚或聚醚,諸如(C2-C10)烯基-O-(取代或未取代的(C1-C10)烴基)或(C2-C10)烯基-O-(取代或未取代的(C1-C10)亞烴基)DP-(取代或未取代的(C1-C10)烴基)?;衔锟删哂薪Y構(C2-C5)烯基-O-(取代或未取代的(C2-C5)亞烷氧基)DP-(C2-C5)烯基或HO-(取代或未取代的(C2-C5)亞烷氧基)DP-(C2-C5)烯基?;衔锟删哂薪Y構(C2-C5)烯基-O-(取代或未取代的(C2-C3)亞烷氧基)DP-(C2-C5)烯基或HO-(取代或未取代的(C2-C3)亞烷氧基)DP-(C2-C5)烯基。化合物可具有結構(C2-C3)烯基-O-(取代或未取代的乙烷氧基)DP-(C2-C3)烯基或HO-(取代或未取代的乙烷氧基)DP-(C2-C3)烯基。DP是機化合物的聚合度并且可為約1至約100,000,約2至約100,約2至50,約2或更低,或約4、6、8、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、500、1,000、10,000,或約100,000或更高。在一些例子中,有機化合物可為單烯丙基封端的聚乙二醇或烯丙基縮水甘油醚。
其他組分。
本文所述的任何任選成分可存在于膜,形成膜的組合物,氣體反應物和液體反應物中的至少一種中;本文所述的任何任選成分可不存在于膜,形成膜的組合物,氣體反應物和液體反應物中的至少一種中。此類任選的另外組分的例子包括但不限于表面活性劑、乳化劑、分散劑、聚合穩(wěn)定劑、交聯(lián)劑、聚合物和交聯(lián)劑的組合、用于提供粒子的二次聚合反應或交聯(lián)反應的催化劑、流變改性劑、密度改性劑、氮丙啶穩(wěn)定劑、固化改性劑,例如,對苯二酚和受阻胺、自由基引發(fā)劑、聚合物、稀釋劑、酸受體、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑、凈化劑、甲硅烷基化劑、泡沫穩(wěn)定劑、溶劑、稀釋劑、增塑劑、填充劑和無機粒子、顏料、染料和干燥劑??扇芜x地使用液體。液體的例子包括水、有機溶劑、任何液態(tài)有機化合物、有機硅液體、有機油、離子流體和超臨界流體。其他任選的成分包括每個分子具有至少一個烯基基團的聚醚、增稠劑、填充劑和無機粒子、穩(wěn)定劑、蠟或類蠟材料、有機硅、有機官能化硅氧烷、烷基甲基硅氧烷、硅氧烷樹脂、有機硅樹膠,有機硅甲醇流體可以是任選的組分、水溶性的或水分散性的有機硅聚醚組合物、有機硅橡膠、氫化硅烷化催化劑抑制劑、增粘劑、熱穩(wěn)定劑、UV穩(wěn)定劑和流動控制添加劑。
實例
可參考以舉例說明方式提供的以下實例來更好地理解本發(fā)明的多種實施例。本發(fā)明不限于本文給出的實例。
實例1。
制備包含49.9g的數(shù)均聚合度為約11個環(huán)氧乙烷單元的單烯丙基封端的聚乙二醇(Dow Chemical)和0.1g的異丙醇中Karstedt’s催化劑形式的1%Pt(重量比)(催化劑1)的混合物(“混合物1”)并且在瓶中充分混合。使用具有1.42mm內(nèi)徑管的Manostat Carter Cassette泵將總共23g的混合物泵送到0.25m2有機硅中空纖維膜(HFM)模塊(梅達雷公司(MedArray,Inc.))的殼側。將流體泵送通過一段1/8英寸的不銹鋼管,然后進入HFM模塊。將不銹鋼管和模塊兩者纏上由單獨的溫度控制器控制的加熱帶。兩者還纏上玻璃纖維絕緣層。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將混合物泵送通過模塊。使三甲基硅烷(TMS)(蓋勒斯特公司(Gelest))通過HFM的孔側。將TMS調(diào)節(jié)至5psi的壓力和5cc/min的流量。總共8.4g TMS用于該實驗。TMS出口裝配有起泡器,使得可視覺驗證流動。將模塊上未使用的端口密封。
監(jiān)測進入和退出模塊的流體溫度。對于整個實驗,從小的貯存器再循環(huán)流體。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的64℃和流體出口處的51℃。
每小時取樣并且在裝配有單個彈跳衰減全反射裝置(硒化鋅晶體)的紅外光譜儀上進行測試。反應產(chǎn)物證實隨著反應進行,在3080cm-1處的C=C雙鍵峰逐漸消失,直到在5小時后不可再檢測到。
實例2。(預測性)
遵循實例1的方法,但使用包含50.0g的PHMS-PDMS和0.1g的催化劑1的混合物(混合物2)。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將總共23g的混合物泵送到HFM的殼側。將乙烯氣體(C2H4)泵送通過HFM的孔側。將C2H4調(diào)節(jié)至5psi的壓力和5cc/min的流量持續(xù)16小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的70℃和流體出口處的60℃。反應產(chǎn)物證實在2160cm-1處的SiH峰逐漸消失,證明了該方法用氣相反應物使SiH基團封端的效用。
實例3。(預測性)
遵循實例2的方法,但是使用不同的氣相試劑。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將總共23g的混合物2泵送到HFM的殼側。將用氫醌單甲醚(MEHQ)和吩噻嗪抑制劑穩(wěn)定的苯乙烯加熱至70℃,然后通過HFM的孔側以產(chǎn)生蒸氣。將苯乙烯調(diào)節(jié)至5psi的壓力和5cc/min的流量持續(xù)16小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的90℃和流體出口處的75℃。反應產(chǎn)物證實在2160cm-1處的SiH峰逐漸消失,證明了該方法制備芳族改性的有機硅產(chǎn)品的效用。
實例4。(預測性)
遵循實例2的方法,但是使用不同的氣相試劑。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將總共23g的混合物2泵送到HFM的殼側。將用MEHQ和吩噻嗪抑制劑穩(wěn)定的α-甲基苯乙烯加熱至70℃,然后通過HFM的孔側以產(chǎn)生蒸氣。將α-甲基苯乙烯調(diào)節(jié)至5psi的壓力和5cc/min的流量持續(xù)16小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的90℃和流體出口處的75℃。反應產(chǎn)物證實在2160cm-1處的SiH峰逐漸消失,證明了該方法制備芳族改性的有機硅產(chǎn)品的效用。
實例5。(預測性)
遵循實例2的方法,但是使用不同的氣相試劑。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將總共23g的混合物2泵送到HFM的殼側。使1-丙烯通過HFM的孔側進料。將丙烯調(diào)節(jié)至5psi的壓力和5cc/min的流量持續(xù)16小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的70℃和流體出口處的55℃。反應產(chǎn)物證實在2160cm-1處的SiH峰逐漸消失,證明了該方法制備用烷基基團改性的硅氧烷的效用。
實例6。(預測性)
遵循實例1的方法,但是使用不同的液相和氣相反應物。通過混合50g的烯丙基縮水甘油醚和0.1g的催化劑1來制備混合物3。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將總共23g的混合物3泵送到HFM的殼側。使四甲基四環(huán)硅氧烷(D4H)通過HFM的孔側進料。將D4H調(diào)節(jié)至5psi的壓力和2cc/min的流量持續(xù)4小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的70℃和流體出口處的55℃。反應產(chǎn)物證實在2160cm-1處的SiH峰逐漸消失,證明了該方法制備用烷基基團改性的硅氧烷的效用。
實例7a。(比較例)
在250mL的三頸玻璃反應器中添加乙烯基三甲基硅烷(VTMS)(25.1g)。該燒瓶裝配有回流冷凝器、具有溫度控制器的熱電偶探針,以及含有10g的三甲基甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷-聚氫化甲基硅氧烷共聚物(PHMS-PDMS)(24.0g)的加料漏斗,該共聚物在25℃下的粘度為約0.03Pa·s,并且氫化甲基硅氧烷基團與二甲基硅氧烷基團的摩爾比為約2.4,并且在25℃下的粘度為約0.030Pa·s。將反應器放置在保持于實驗室環(huán)境溫度(20℃)下的油浴中。然后向該反應器添加0.12g的Karstedt’s催化劑絡合物(1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷與氯鉑酸的加合物)于甲苯中的稀釋物(其含有0.26%Pt(重量比))(催化劑2),并進行磁力攪拌。將約5ml的PHMS-PDMS逐滴加到反應器,并且溫度逐漸上升至設定點65℃。在63℃下平衡之后,繼續(xù)滴加PHMS-PDMS。觀察到溫度在接下來的13分鐘內(nèi)顯著上升,指示發(fā)生了所需的放熱氫化硅烷化反應。通過根據(jù)參考實例2的方法的ATR-IR對反應產(chǎn)物進行測試,與相同濃度反應物的未經(jīng)催化的冷混合物相比,在2155cm-1處的SiH峰強度上顯示出較大的下降。通過在差示掃描量熱法(DSC)盤中將產(chǎn)物進一步加熱至160℃來驅使反應完成,顯示出指示殘余反應物的反應的小幅放熱。
在該反應中觀察到的挑戰(zhàn)之一是VTMS組分的高揮發(fā)性,從而需要非常高的冷凝器以防止VTMS逸出。這限制了可以增加反應溫度和/或反應時間以提高反應轉化率的程度。此外,在該程序中以小規(guī)模觀察到的顯著反應放熱帶來需要仔細監(jiān)測反應條件和措施(諸如反應容器上的冷卻套管)以避免在以較大規(guī)模進行時危險的失控條件的風險。
實例7b。(預測性)
遵循實例2的方法,但是使用不同的液相和氣相反應物。通過混合50g的聚乙烯基甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷共聚物(乙烯基甲基硅氧烷基團與二甲基硅氧烷基團的摩爾比為約2.4)和0.1g的催化劑1來制備混合物4。以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將總共23g的混合物4泵送到HFM的殼側。使三甲基硅烷(TMS)通過HFM的孔側進料。將三甲基硅烷調(diào)節(jié)至5psi的壓力和6cc/min的流量持續(xù)5小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的70℃和流體出口處的60℃。反應產(chǎn)物證實隨著反應進行,在3080cm-1處的C=C雙鍵峰逐漸消失,直到在5小時后不可再檢測到。
比較例7a可被視為實例7b的對照,因為產(chǎn)物的結構相同或相似。該實例說明了通過氫化硅烷化反應形成產(chǎn)物,同時避免了比較例7a的不利方面中的一些(例如,不需要的大冷凝器,高轉化水平,有限的放熱)。
實例8。(預測性)
遵循實例1的方法,但是使用不同的液相和氣相反應物。在70℃下使用20ppm的Karstedt's催化劑,由具有數(shù)均12個EO單元的單烯丙基封端的聚乙二醇和1,1,1,2,3,3,3-七甲基三硅氧烷的氫化硅烷化反應制備有機硅聚醚產(chǎn)物。所得產(chǎn)物具有約10重量%的由末端不飽和單元的異構化產(chǎn)生的未反應的聚醚。通過混合50g的該產(chǎn)物與5g的5%Pd/C催化劑(莊信萬豐公司(Johnson Matthey))來制備混合物5并且以100rpm的設置(對應于10.6mL/min的大致速率)將該混合物進料到HFM的殼側。將氫氣進料到HFM的孔側。將H2調(diào)節(jié)至5psig的壓力和5ccm的流量持續(xù)5小時。該實驗的穩(wěn)態(tài)溫度為流體入口處的70℃和流體出口處的60℃。通過1H NMR和13C NMR來研究反應產(chǎn)物,并且在2小時后顯示該反應產(chǎn)物沒有殘余不飽和基團。
已采用的術語和措辭是用作描述性而非限制性的術語,并且在這類術語和措辭的使用中并不試圖排除所示的和所描述的特征或其部分的任何等同物,而是應認識到在本發(fā)明的實施例的范圍內(nèi)可以作出各種修改形式。因此,應當理解,雖然本發(fā)明已通過具體的實施例和任選的特征具體地進行公開,但本領域普通技術人員可能作出本文所公開的構思的修改形式和變型形式,而此類修改形式和變型形式將被視為在本發(fā)明的實施例的范圍內(nèi)。
附加實施例。
提供以下示例性實施例,其編號不應視為表示重要性程度:
實施例1提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法,該方法包括:
將膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸;并且
將膜的第二側與氣體反應物接觸,其中接觸足以使氣體反應物與液體反應物反應以在膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物,其中膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
實施例2提供了實施例1的方法,其中膜是有機硅膜。
實施例3提供了實施例1的方法,其中膜是無孔的。
實施例4提供了實施例3的方法,其中膜是致密膜。
實施例5提供了實施例1-4中任一項的方法,其中膜的厚度為1至300μm。
實施例6提供了實施例1-5中任一項的方法,其中膜是自支撐膜。
實施例7提供了實施例1-6中任一項的方法,其中膜是包括一束中空纖維的中空纖維膜模塊,其中纖維共同具有孔側和殼側,其中中空纖維膜的第一側是孔側并且中空纖維膜的第二側是殼側,或者中空纖維膜的第一側是殼側并且中空纖維膜的第二側是孔側。
實施例8提供了實施例1-7中任一項的方法,其中液體反應物包含具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物,并且氣體反應物包含具有至少一個碳-碳重鍵的化合物。
實施例9提供了實施例8的方法,其中具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物是有機聚硅氧烷。
實施例10提供了實施例1-7中任一項的方法,其中液體反應物包含具有至少一個碳-碳重鍵的化合物,并且氣體反應物包含具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物。
實施例11提供了實施例10的方法,其中具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物是硅烷或硅氧烷。
實施例12提供了實施例10-11中任一項的方法,其中具有至少一個碳-碳重鍵的化合物是聚醚。
實施例13提供了實施例10-12中任一項的方法,其中具有至少一個碳-碳重鍵的化合物是有機聚硅氧烷。
實施例14提供了實施例8-13中任一項的方法,其中液體反應物包含鉑族催化劑。
實施例15提供了根據(jù)實施例1-14中任一項的方法,其中氣體反應物通過將液體轉化為氣態(tài)而產(chǎn)生。
實施例16提供了實施例1-15中任一項的方法,其中有機硅產(chǎn)物是有機硅-聚醚共聚物。
實施例17提供了實施例1-4中任一項的方法,其中液體反應物包含不飽和有機硅化合物和氫化催化劑,并且氣體反應物包含氫。
實施例18提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法,該方法包括:
將致密有機硅膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,該非揮發(fā)性液體反應物包括具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物和鉑族催化劑;并且
將膜的第二側與包含具有至少一個碳-碳重鍵的化合物的氣體反應物接觸,其中接觸足以使氣體反應物與液體反應物通過氫化硅烷化反應而反應以在有機硅膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物,其中有機硅膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
實施例19提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法,該方法包括:
將致密有機硅膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,該非揮發(fā)性液體反應物包括具有至少一個碳-碳重鍵的化合物和鉑族催化劑;并且
將膜的第二側與包含具有至少一個硅鍵合的氫原子的化合物的氣體反應物接觸,其中接觸足以使氣體反應物與液體反應物通過氫化硅烷化反應而反應以在有機硅膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物,其中有機硅膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
實施例20提供了形成有機硅產(chǎn)物的方法,該方法包括:
將致密有機硅膜的第一側與非揮發(fā)性液體反應物接觸,該非揮發(fā)性液體反應物包括不飽和有機化合物和氫化催化劑;并且
將膜的第二側與包含氫的氣體反應物接觸,其中接觸足以使氣體反應物與液體反應物反應以在有機硅膜的第一側上形成有機硅產(chǎn)物,其中有機硅膜基本上不可滲透液體反應物并且基本上可滲透氣體反應物。
實施例21提供了實施例1-21中任一項或任何組合的方法,其任選地被配置成使得所有所述的要素或選項可加以使用或選擇。