用可固化组合物制备中空纤维膜模块的方法及由其制备的模块技术

本发明专利技术公开了一种制备中空纤维过滤模块的方法，所述方法包括用多包装式、无溶剂的可固化组合物灌封多个中空纤维膜的端部。所述可固化组合物包含迈克尔供体、迈克尔受体和迈克尔反应催化剂。

Method for preparing hollow fiber membrane module with curable composition and module prepared by the same

The invention discloses a method for preparing a hollow fiber filtration module comprising encapsulating an end of a plurality of hollow fiber membranes with a multi pack, solvent-free, curable composition. The curable composition comprises a Michael donor, a Michael receptor, and a Michael reaction catalyst.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用可固化组合物制备中空纤维膜模块的方法及由其制备的模块本申请要求2014年10月1日提交并且并入本文的美国临时申请No.62/058,464的权益。
本专利技术涉及多包装式、无溶剂的可固化组合物、其在过滤
中、具体地讲在制备中空纤维过滤应用中的用途以及其制备方法，所述可固化组合物可通过在存在合适催化剂的情况下迈克尔供体与迈克尔受体的迈克尔反应来获得。
技术介绍
中空纤维膜模块是可用于精密过滤和超滤的过滤装置。在一种示例性构型中，该模块包括多个多孔中空纤维膜，这些多孔中空纤维膜被引入圆柱形容器(壳体)中，并且用称为灌封组合物的固化的树脂材料来灌封壳体或预定固定容器(例如，滤筒头部)内部的膜的至少一个或两个端部。已使用基于聚氨酯和环氧树脂化学物质的双组分可固化组合物作为用于制备中空纤维膜模块的灌封组合物。
技术实现思路
本专利技术涉及多包装式、无溶剂的环境温度可固化组合物，该组合物具有低毒性(即，无异氰酸酯)并且在固化时具有适当特性(例如，无泡沫及低放热)，使得其适用于过滤应用，并且特别是作为用于灌封中空纤维膜模块的灌封组合物。在一个方面，本专利技术的特征在于制备中空纤维膜模块的方法。该方法包括通过将多官能迈克尔供体、多官能迈克尔受体和迈克尔反应催化剂合并，来制备多包装式无溶剂的可固化组合物的混合物；将该可固化组合物的混合物引入多个中空纤维膜的至少一个端部中；以及让该可固化组合物硬化和固化，从而灌封所述多个中空纤维膜的端部。在一个实施例中，该可固化组合物还包含多达少于10重量％的填料。在一些实施例中，该可固化组合物表现出在25℃下200厘泊(cP)至10,000cP的初始粘度，以及在25℃和50％相对湿度下固化7天后不小于50的肖氏A硬度。在一个实施例中，该催化剂具有pKa大于11的共轭酸。在另一个方面，本专利技术的特征在于中空纤维膜模块。该模块包括多个中空纤维膜，这些中空纤维膜具有用灌封组合物灌封的至少一个端部。该灌封组合物包括多官能迈克尔供体、多官能迈克尔受体和迈克尔反应催化剂的反应产物。用于灌封中空纤维膜的常规聚氨酯基灌封组合物要求中空纤维在灌封前干燥以去除残余水分，否则在一旦将组合物施加到膜的一个或多个端部后且在固化前，残余水分会造成组合物中冒泡(或起泡)。起泡会降低过滤能力并可导致模块失效。在灌封之前先干燥纤维是昂贵的，并且对于需要大量甘油维持孔隙开口的某些纤维而言有时甚至不允许，因为甘油会干扰异氰酸酯与多元醇之间的反应。环氧树脂基灌封体系的局限性在于产生高放热(例如，大于120℃)固化曲线，造成中空纤维的炭化或过滤模块的破坏。除了满足一般在过滤应用中、特别是在灌封中空纤维膜中提出的要求之外，本专利技术的多包装式无溶剂的可固化组合物还表现出低放热温度以及在存在水分的情况下不起泡的行为，所述要求诸如为适当的初始粘度和胶凝时间以便在将该组合物施加到膜的至少一个端部后允许该组合物渗透到中空纤维膜中，对强酸性和碱性溶液的优异耐化学性，适当的适用期，高硬度等等。这些特性尤其有利于制造用于水过滤应用的中空纤维膜模块。通过下文的进一步说明，本专利技术的进一步目标将变得显而易见。附图说明图1是本专利技术的中空纤维膜模块的一个实施例的剖视图。术语表关于本专利技术，这些术语具有下述含义：“迈克尔反应”是指负碳离子或亲核体与活化的α,β-不饱和羰基化合物或基团的加成反应。“迈克尔反应”是熟知的用于形成碳-碳键的反应，并且涉及稳定的负碳离子对α,β-不饱和羰基化合物的1,4-加成。“迈克尔供体”是指具有至少一个迈克尔供体官能团的化合物，所述迈克尔供体官能团是包含至少一个迈克尔活性氢原子的官能团，所述迈克尔活性氢原子是附接到位于两个吸电子基团诸如C＝O和/或C≡N、和/或NO2(硝基)、和/或SO2R(砜，R是有机基，诸如烷基(直链、支链或环状)、芳基、杂芳基、烷芳基、烷杂芳基以及它们的衍生物和取代形式)之间的碳原子的氢原子。“迈克尔受体”是指包含具有以下结构(I)的至少一个迈克尔受体官能团的化合物：其中R1、R2、R3和R4独立地为氢或有机基，诸如烷基(直链、支链或环状)、芳基、烷芳基以及它们的衍生物和取代形式。R1、R2、R3和R4独立地可以或可以不包含烷氧基、芳氧基、醚键、羧基基团、另外的羰基基团、它们的硫代类似物、含氮基团、或它们的组合。“迈克尔受体”还指包含具有以下结构(II)的至少一个迈克尔受体官能团的化合物：其中R5是有机基，诸如烷基(直链、支链或环状)、芳基、杂芳基、烷芳基、烷杂芳基以及它们的衍生物和取代形式。R5独立地可以或可以不包含醚键、羧基基团、另外的羰基基团、磺酰基基团、它们的硫代类似物、含氮基团、或它们的组合。“胶凝时间”是指可固化组合物达到胶凝状态的时间，此时该组合物不再可行。“当量”被定义为化合物的分子量除以该化合物与迈克尔反应相关的反应度或官能度的数量。“环境温度”是指25℃+/-5℃的温度。“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；并且“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸或甲基丙烯酸。具体实施方式本公开涉及作为灌封化合物的多包装式、无溶剂的可固化组合物以及其用于灌封多个中空纤维膜的至少一个端部的用途。可固化组合物该可固化组合物包含迈克尔供体、迈克尔受体和迈克尔反应催化剂，并且是多包装式体系。即，该组合物包含如本文所述的两个或更多个部分。每个部分中的一种或多种成分储存在与其他容器(包装)分开的容器(包装)中，直到在施加之前将所有容器的内容物混合在一起而形成可固化组合物的混合物。在施加并固化时，形成了将中空纤维膜粘附在一起的固体粘合剂。短语“多包装”在本文中可与短语“多部分”互换。该可固化组合物是无异氰酸酯(无NCO)且无溶剂的基于乙酰乙酰化聚合物的组合物，所述乙酰乙酰化聚合物可通过在存在迈克尔反应催化剂的情况下迈克尔供体(例如，一种或多种乙酰乙酰化的化合物)和迈克尔受体(例如，一种或多种(甲基)丙烯酸酯)之间的迈克尔反应获得。在该可固化组合物的所有部分在环境温度例如25℃+/-5℃下混合后，该组合物即为液体。本文中，如果组合物或组分在环境温度例如25℃+/-5℃下为液体，则其被视为液体。该可固化组合物被配制成表现出在25℃下不大于10,000厘泊(cP)、或者从200cP、或从400cP、或从500cP到不大于10,000cP、或不大于4,000cP、或不大于2,500cP、或不大于1,500cP的初始粘度。该可固化组合物的初始粘度在本文是指在合并该组合物的所有部分之后1分钟(min)至5min内确定的粘度。在一些实施例中，该可固化组合物表现出自该组合物的所有部分合并算起从5分钟(min)、或从15min到120min、或到60min、或到30min的胶凝时间。该可固化组合物被配制成无泡沫的，并且表现出低放热温度。在一些实施例中，该可固化组合物表现出不大于120℃、或不大于100℃、或不大于80℃的最大放热温度。该可固化组合物也被配制成表现出高硬度。在一些实施例中，该可固化组合物表现出在25℃和50％相对湿度下固化7天后不小于50、或不小于60、或不小于70的肖氏A硬度。在一些实施例中，该可固化组合物表现出在25℃和50％相对湿度下固化7天后不小于40、或不小于50的肖氏D硬度。该可固化组合物也被配制成对苛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备中空纤维膜模块的方法，包括：通过将多官能迈克尔供体、多官能迈克尔受体和迈克尔反应催化剂合并，来制备多包装式、无溶剂的可固化组合物的混合物，将所述可固化组合物的所述混合物引入多个中空纤维膜的至少一个端部中，以及让所述可固化组合物硬化和固化，从而灌封所述多个中空纤维膜的所述端部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.01 US 62/058,4641.一种制备中空纤维膜模块的方法，包括：通过将多官能迈克尔供体、多官能迈克尔受体和迈克尔反应催化剂合并，来制备多包装式、无溶剂的可固化组合物的混合物，将所述可固化组合物的所述混合物引入多个中空纤维膜的至少一个端部中，以及让所述可固化组合物硬化和固化，从而灌封所述多个中空纤维膜的所述端部。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述可固化组合物的重量，所述可固化组合物还包含从0到少于10重量％的填料。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述可固化组合物表现出在25℃下从200厘泊(cP)到10,000cP的初始粘度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多官能迈克尔供体包括具有至少一个乙酰乙酰氧基官能团和骨架的乙酰乙酰化的多元醇，所述骨架选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚氨酯多元醇、氨基甲酸酯多元醇、聚丁二烯多元醇、二醇、一元醇、多元醇、天然油多元醇、和它们的改性形式、以及它们的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多官能迈克尔受体选自多官能(甲基)丙烯酸酯的单体、低聚物和聚合物、以及它们的组合。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多官能迈克尔受体包括多官能聚酯丙烯酸酯、乙氧基化的双酚A二丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、聚乙二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、以及它们的组合。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述可固化组合物表现出在固化时在存在水分的情况下不起泡的行为。8.根据权利要求6所述的方法，其中氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物包括六官能芳族氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、基于脂族聚酯的氨基甲酸酯六...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·哈里斯，D·P·尼尔逊，M·S·莫伦，C·M·格里泽，A·M·乔治尼，B·W·卡尔森，
申请(专利权)人：HB富乐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US