RU2404998C2 - Сульфированные блок-сополимеры, способ их получения и различные применения этих блок-сополимеров - Google Patents

Сульфированные блок-сополимеры, способ их получения и различные применения этих блок-сополимеров Download PDF

Info

Publication number
RU2404998C2
RU2404998C2 RU2008100783A RU2008100783A RU2404998C2 RU 2404998 C2 RU2404998 C2 RU 2404998C2 RU 2008100783 A RU2008100783 A RU 2008100783A RU 2008100783 A RU2008100783 A RU 2008100783A RU 2404998 C2 RU2404998 C2 RU 2404998C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
polymer
sulfonated
styrene
water
Prior art date
Application number
RU2008100783A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008100783A (ru
Inventor
Карл Лесли УИЛЛИС (US)
Карл Лесли УИЛЛИС
ДЖР. Дэйл Ли ХЕНДЛИН (US)
ДЖР. Дэйл Ли ХЕНДЛИН
Скотт Руссел ТРЕНОР (US)
Скотт Руссел ТРЕНОР
Брайан Дуглас МЕЙДЗЕР (US)
Брайан Дуглас МЕЙДЗЕР
Original Assignee
Кратон Полимерз Рисёч Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кратон Полимерз Рисёч Б.В. filed Critical Кратон Полимерз Рисёч Б.В.
Publication of RU2008100783A publication Critical patent/RU2008100783A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2404998C2 publication Critical patent/RU2404998C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/107—Organic support material
    • B01D69/1071—Woven, non-woven or net mesh
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/261—Polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/28—Polymers of vinyl aromatic compounds
    • B01D71/281—Polystyrene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/40—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. salts, amides, imides, nitriles, anhydrides, esters
    • B01D71/401—Polymers based on the polymerisation of acrylic acid, e.g. polyacrylate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/76—Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/80—Block polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/76—Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/82—Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74 characterised by the presence of specified groups, e.g. introduced by chemical after-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F293/00—Macromolecular compounds obtained by polymerisation on to a macromolecule having groups capable of inducing the formation of new polymer chains bound exclusively at one or both ends of the starting macromolecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/34—Introducing sulfur atoms or sulfur-containing groups
    • C08F8/36—Sulfonation; Sulfation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00—Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F13/15—Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators
    • A61F13/53—Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators characterised by the absorbing medium
    • A61F2013/530481—Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators characterised by the absorbing medium having superabsorbent materials, i.e. highly absorbent polymer gel materials
    • A61F2013/530489—Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators characterised by the absorbing medium having superabsorbent materials, i.e. highly absorbent polymer gel materials being randomly mixed in with other material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31855—Of addition polymer from unsaturated monomers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31855—Of addition polymer from unsaturated monomers
    • Y10T428/31931—Polyene monomer-containing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31855—Of addition polymer from unsaturated monomers
    • Y10T428/31938—Polymer of monoethylenically unsaturated hydrocarbon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20—Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/30—Woven fabric [i.e., woven strand or strip material]
    • Y10T442/3854—Woven fabric with a preformed polymeric film or sheet
    • Y10T442/387—Vinyl polymer or copolymer sheet or film [e.g., polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/30—Woven fabric [i.e., woven strand or strip material]
    • Y10T442/3854—Woven fabric with a preformed polymeric film or sheet
    • Y10T442/3886—Olefin polymer or copolymer sheet or film [e.g., polypropylene, polyethylene, ethylene-butylene copolymer, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/30—Woven fabric [i.e., woven strand or strip material]
    • Y10T442/3976—Including strand which is stated to have specific attributes [e.g., heat or fire resistance, chemical or solvent resistance, high absorption for aqueous composition, water solubility, heat shrinkability, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/659—Including an additional nonwoven fabric
    • Y10T442/668—Separate nonwoven fabric layers comprise chemically different strand or fiber material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/674—Nonwoven fabric with a preformed polymeric film or sheet
    • Y10T442/676—Vinyl polymer or copolymer sheet or film [e.g., polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/674—Nonwoven fabric with a preformed polymeric film or sheet
    • Y10T442/678—Olefin polymer or copolymer sheet or film [e.g., polypropylene, polyethylene, ethylene-butylene copolymer, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Absorbent Articles And Supports Therefor (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к сульфированным блок-сополимерам и к способам их получения. Описан сульфированный блок-сополимер, который является твердым в воде и не растворим в воде, имеющий общую конфигурацию A-D-B-D-A, (A-D-B)nX, А-В-А, (А-В)nX, или их смеси, где n означает целое число от 2 до примерно 30, и Х представляет собой остаток сшивающего агента, где: а) каждый блок А и каждый блок D представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, причем указанные блоки А, В и D не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности; б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 60000 и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от 10000 до 300000; причем в) каждый блок А содержит один или более сегментов, выбранных из полимеризованных паразамещенных мономеров стирола или 1,3-бутадиена, где сегменты, содержащие полимеризованные конъюгированные диены, затем гидрируют, а перед гидрированием они имеют содержание винила менее чем 35 мол.%; г) каждый блок В содержит сегменты полимеризованных мономеров незамещенного стирола, смеси незамещенного стирола/гидрированного 1,3-бутадиена, смеси незамещенного стирола/альфа-метилстирола или 1,1-дифенилэтилена; д) каждый блок D содержит полимеры, имеющие температуру стеклования менее чем 20°С и среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 50000, где указанный блок D выбран из группы, состоящей из полимеризованного изопрена, 1,3-бутадиена и их смесей, имеющего содержание винила перед гидрированием от 20 до 80 мол.%, где указанные сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-бутадиен или изопрен, затем гидрируют; е) указанные блоки В сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% из расчета на звенья винилового ароматического мономера в указанных блоках В; и ж) мольный процент виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенные мономеры стирола, 1,1-дифенилэтилена, альфа-метилстирола в каждом блоке В составляет от 10 мол.% до 100 мол.%. Также описаны изделие, образованное по меньшей мере частично из композиции, содержащей указанный выше сульфированный блок-сополимер; способ модификации транспортных свойств пленки, отлитой из указанного выше полимера; композиция, содержащая указанный выше сульфированный блок-сополимер. Технический результат - полученные сульфированные блок-сполимеры демонстрируют баланс свойств, включая перенос воды, прочность в мокром состоянии, стабильность размеров и технологичность, которые раньше были недостижимы. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 4 ил., 8 табл.

Description

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к сульфированным блок-сополимерам и к способам получения этих блок-сополимеров. В частности, настоящее изобретение относится к сульфированным блок-сополимерам, имеющим по меньшей мере два полимерных концевых блока, которые являются устойчивыми к сульфированию, и по меньшей мере один полимерный внутренний блок, который является восприимчивым к сульфированию. Кроме того, настоящее изобретение относится к блок-сополимерам, имеющим по меньшей мере два полимерных концевых блока, которые содержат мало функциональных групп сульфоновой кислоты, и по меньшей мере один полимерный внутренний блок, который содержит эффективное количество функциональных групп сульфоновой кислоты. Настоящее изобретение дополнительно относится к применению сульфированных блок-сополимеров по изобретению для получения различных изделий или одной или более частей различных изделий.
Предшествующий уровень техники
Получение стирол-диеновых блок-сополимеров ("SBC") хорошо известно. В типичном способе синтеза для начала полимеризации одного мономера используют инициирующее соединение. Реакции позволяют протекать до тех пор, пока весь мономер не израсходуется, что приводит к образованию "живого" гомополимера. К этому живому гомополимеру добавляют второй мономер, который отличается по химической природе от первого. "Живой" конец первого полимера служит местом продолжения полимеризации, в результате чего происходит включение второго мономера в линейный полимер в качестве отдельного блока. Растущий таким образом блок-сополимер является "живым" до тех пор, пока не оборвется.
Терминация (обрыв цепи) превращает "живой" конец блок-сополимера в нерастущую частицу, за счет чего полимер становится нереакционноспособным по отношению к мономеру или сшивающему агенту. Полимер, терминированный таким образом (т.е. полимер с оборванной цепью), обычно называют диблок-сополимером. Если полимер не терминирован, то "живые" блок-сополимеры могут реагировать с дополнительным мономером с образованием последовательного линейного блок-сополимера. Альтернативно, "живой" блок-сополимер можно привести в контакт с многофункциональными агентами, обычно известными как сшивающие агенты. Соединение двух "живых" концов вместе приводит к образованию линейного триблок-сополимера, имеющего в два раза большую молекулярную массу, чем исходный "живой" диблок-сополимер. Соединение более чем двух "живых" концов вместе приводит к образованию блок-сополимера с радиальной архитектурой, имеющего по меньшей мере три ответвления.
Одним из первых патентов на линейные АВА блок-сополимеры, полученные из стирола и бутадиена, является патент США № 3149182. Эти полимеры, в свою очередь, могли быть гидрированы с образованием более стабильных блок-сополимеров, таких как блок-сополимеры, описанные в патенте США № 3595942 и переизданном патенте США № 27145. Селективное гидрирование для удаления С=С группировок в полидиеновом сегменте таких полимеров является критическим при получении блок-сополимеров с хорошей термической и химической стойкостью, в частности стойкостью к окислительной деградации.
В течение нескольких лет появились многочисленные модификации таких блок-сополимеров, сделанные для изменения и улучшения их свойств. Одна из таких модификаций состояла в сульфировании блок-сополимера. Один из первых таких сульфированных блок-сополимеров раскрыт, например, в патенте США № 3577357 на имя Winkler. Полученный блок-сополимер охарактеризовали как имеющий общую конфигурацию А-В-(В-А)1-5, где каждый А представляет собой неэластомерный сульфированный полимерный блок моновиниларена и каждый В представляет собой по существу насыщенный эластомерный полимерный блок альфа-олефина, где указанный блок-сополимер сульфирован в степени, достаточной для обеспечения по меньшей мере 1 мас.% серы во всем полимере и вплоть до одного сульфированного компонента на каждое звено моновиниларена. Сульфированные полимеры могли быть использованы как таковые или могли быть использованы в форме их кислоты, соли щелочного металла, соли аммония или соли амина. В патенте Winkler триблок-сополимер полистирола, гидрированного полиизопрена и полистирола обрабатывали сульфирующим агентом, содержащим триоксид серы/триэтилфосфат, в 1,2-дихлорэтане. Такие блок-сополимеры продемонстрировали водопоглощающие характеристики, которые могут быть полезными в мембранах для очистки воды и тому подобном.
Сульфирование ненасыщенных стирол-диеновых блок-сополимеров раскрыто у O'Neill с соавт., патент США № 3642953. Полистирол-полиизопрен-полистирол сульфировали, используя хлорсульфоновую кислоту в диэтиловом эфире. Поскольку сульфоновокислотная функциональная группа, включенная в полимер, стимулирует окисление и остаточные С=С участки, оставшиеся в полимерной основной цепи, имеют тенденцию окисляться, эти полимеры имели ограниченную полезность. Как указано в колонке 3, строка 38, этого патента: "Ненасыщенные сульфоновые кислоты блок-сополимера, полученные этим способом, подвержены быстрой окислительной деградации на воздухе, поэтому их следует обрабатывать в анаэробных условиях и/или стабилизировать антиоксидантами до тех пор, пока они не будут отлиты из раствора в их конечную форму и превращены в более стабильную соль путем нейтрализации или ионного обмена". Сульфированные ненасыщенные блок-полимеры, полученные в экспериментах, изложенных в Примерах патента O'Neill с соавт., были отлиты в виде тонких пленок. Эти пленки продемонстрировали избыточное набухание (вплоть до 1600 мас.% водопоглощения) и были слабыми. Несмотря на то что отлитые пленки можно было стабилизировать посредством обработки избытком основания и их свойства действительно несколько улучшились при нейтрализации (всего лишь от 300 до 500 фунтов на кв.дюйм (2,1-3,4 МПа) предела прочности при растяжении), данные пленки в форме сульфонатной соли были теперь нерастворимыми и не могли быть подвергнуты повторному формованию. Аналогично, патент США № 3870841, Makowski с соавт., включает примеры сульфирования трет-бутилстирол/изопренового статистического сополимера. Поскольку эти сульфированные полимеры имеют С=С участки в своей основной цепи, также не ожидают, что они будут стабильными при окислении в форме сульфоновой кислоты. Такие полимеры использовали для применений, требующих ограниченной гибкости, и не ожидали, что они будут иметь приемлемые общие физические свойства. Другой сульфированный стирол/бутадиеновый сополимер раскрыт в патенте США № 6110616, Sheikh-Ali с соавт., где статистический сополимер SBR-типа сульфирован.
Другой путь получения сульфированных блок-сополимеров раскрыт Balas с соавт. в патенте США № 5239010, где ацилсульфат подвергают взаимодействию с селективно гидрированным блок-сополимером, состоящим из по меньшей мере одного блока конъюгированного диена и одного блока алкениларена. После гидрирования блок-сополимер модифицируют путем присоединения сульфоновокислотных функциональных групп в основном к блокам алкениларена (блоки А). Механические свойства можно варьировать и контролировать путем варьирования степени функционализации (степени сульфирования) и степени нейтрализации сульфоновокислотных групп до сульфированных солей металлов.
Pottick с соавт. в патенте США № 5516831 раскрыл смесь алифатического углеводородного масла и функционализированного, селективно гидрированного блок-сополимера, к которому были привиты сульфоновокислотные функциональные группы. В блок-сополимере Pottick с соавт. по существу все сульфоновокислотные функциональные группы привиты к блок-сополимеру на блоке А алкениларенового полимера в отличие от по существу полностью гидрированного конъюгированного диенового блок-сополимера В. Нейтрализация кислотных групп до соли металла была предпочтительной для получения маслонаполненных смесей, которые сохраняли в значительной степени механические свойства ненаполненных смесей. Блок-сополимерные смеси использовали для адгезивов и уплотнителей, в качестве модификаторов для смазывающих веществ, топлива и тому подобного.
В последнее время больше внимания стали уделять применению сульфированных блок-сополимеров для топливных элементов. Например, Ehrenberg с соавт. в патенте США № 5468574 раскрыл применение мембраны, содержащей привитый сополимер сульфированного стирола и бутадиена. В примерах блок-сополимер SEBS (т.е. селективно гидрированный триблок-сополимер стирол/бутадиен/стирол) сульфировали триоксидом серы до по меньшей мере 25 мол.% на основании количества стирольных звеньев в данном блок-сополимере. Как показано в патенте, все группы сульфоновой кислоты присоединяются к стирольным звеньям. Разрушительное воздействие индуцированного водой набухания в таких мембранах обсуждается в статье J. Won с соавт. под названием "Fixation of Nanosized Proton Transport Channels in Membranes", Macromolecules, 2003, 36, 3228-3234 (April 8, 2003). Как раскрыто в статье из Macromolecules, мембрану получали посредством отливки из растворителя образца (из Aldrich) сульфированного (45 мол.% основного содержания стирола) SEBS (Mw примерно 80000, 28 мас.% стирола) полимера на стекле. Мембрану погружали в воду и обнаружили, что она абсорбирует свыше 70% ее сухой массы в воде в результате набухания. Затем тестировали скорость переноса метанола через набухшую в воде мембрану и обнаружили, что она является нежелательно высокой. Это не является предпочтительным результатом для приложений с использованием прямого метанольного топливного элемента (DMFC), где сегрегация метанола только в одном компартменте данного элемента является существенной для устройства для генерации электрической энергии. Для этих применений "необходимо уменьшить переход метанола, в то же время поддерживая протонную проводимость и механическую прочность, чтобы улучшить характеристики топливного элемента". Эту проблему решили в некоторой степени, как описано в сообщении J. Won с соавт., путем первой отливки пленки стирол-диенового блок-сополимера, радиационного сшивания данной пленки (cSBS) и затем сульфирования предварительно формованного изделия. Несмотря на то что сшивание блок-сополимера перед сульфированием решило проблему избыточного набухания, которое наблюдалось, когда полимер S-E/B-S, который избирательно сульфировали в наружных блоках, использовали для формирования мембраны, технология сшивания ограничена ее полезностью до тонких прозрачных изделий, которые легко проницаемы для источника излучения. Кроме того, сульфирование поперечно-сшитого изделия требует много времени и избыточного количества дихлорэтана (DCE). Как сообщалось J. Won с соавт., "Пленка cSBS набухала в избыточном количестве DCE в течение ночи. Раствор нагревали до 50°С и продували азотом в течение 30 мин. Затем добавляли раствор ацетилсульфата (полученный методом, описанным выше)". "Раствор перемешивали в течение 4 ч при этой температуре и затем реакцию останавливали путем добавления 2-пропанола, в результате чего получали сульфированную поперечно-сшитую мембрану SBS (scSBS)". Чистка сульфированного изделия также была проблематичной. "Мембрану промывали в кипящей воде и много раз холодной водой. Полное удаление остаточной кислоты из конечного изделия после сульфирования является важным, поскольку она может нарушать свойства конечного изделия".
Еще один тип блок-сополимера, который был сульфирован в прошлом, представляет собой селективно гидрированные стирол/бутадиеновые блок-сополимеры, которые имеют внутренний блок с регулируемым распределением, содержащий как стирол, так и бутадиен, в отличие от нормальных блок-сополимеров, которые содержат только бутадиен во внутреннем блоке. Такие блок-сополимеры раскрыты в опубликованных заявках на патент США № 2003/0176582 и 2005/0137349, а также в опубликованной заявке РСТ WO 2005/03812.
В сульфированных блок-сополимерах, раскрытых выше, неизменно наружные (жесткие) блоки сульфированы благодаря присутствию стирола в наружных блоках. Это означает, что при воздействии воды гидратация жестких доменов в материале будет приводить к пластикации этих доменов и значительному размягчению. Это размягчение жестких доменов приводит к значительному снижению механической целостности мембран, полученных из этих блок-сополимеров. Таким образом, существует риск, что при воздействии воды любая структура, поддерживаемая этими сульфированными блок-сополимерами из уровня техники, не будет иметь достаточной прочности для сохранения ее формы. Поэтому существуют ограничения относительно того, как использовать такой блок-сополимер, и ограничения в отношении его конечных применений.
Описаны другие сульфированные полимеры из уровня техники, где концевые блоки и внутренние блоки не включают гидрированные диены. Патент США № 4505827, Rose с соавт., относится к "диспергируемому в воде" триблок-сополимеру ВДВ, где блоки В представляют собой гидрофобные блоки, такие как алкил или сульфированный поли(трет-бутилстирол), а блоки А представляют собой гидрофильные блоки, такие как сульфированный поли(винилтолуол). Ключевым аспектом полимеров, раскрытых у Rose с соавт., является то, что они должны быть "диспергируемыми в воде", поскольку данный полимер предназначен для применения в буровых растворах или для модификации вязкости. Rose с соавт. утверждает в колонке 3, строки 51-52, что данный полимер "демонстрирует способности к гидрофобной ассоциации при диспергировании в водной среде". Rose с соавт. продолжает утверждать в строках 53-56, что "для целей изобретения такой полимер представляет собой полимер, который при смешивании с водой дает прозрачную или полупрозрачную смесь, а не молочно-белую, как в случае дисперсии нерастворимого в воде полимера". Полимер Rose с соавт. диспергируется в воде, поскольку трет-бутилстирольные блоки являются небольшими - типично блок-сополимер будет иметь менее чем 20 мол.% блоков В, предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 2 мол.%. Кроме того, концевые блоки В, вероятно, будут содержать значительные уровни сульфирования.
Патент США № 4492785, Valint с соавт., относится к "растворимым в воде блок-полимерам", которые являются загустителями для воды. Эти водорастворимые блок-сополимеры представляют собой либо диблок-полимеры трет-бутилстирол/металлстиролсульфоната, либо триблок-полимеры трет-бутилстирол/металлстиролсульфонат/трет-бутилстирола. Из приведенных структур и свойств следует, что внутренний стирольный блок сульфирован на 100%. В результате получают водорастворимый полимер. Кроме того, в представленных структурах каждый из концевых блоков будет содержать от 0,25 до 7,5 мол.% данного полимера. С таким большим внутренним блоком, который полностью сульфирован и имеет относительно небольшие концевые блоки, данные полимеры неизменно будут водорастворимыми.
Ни одна из указанных выше ссылок из уровня техники не раскрывает сульфированные полимеры на основе стирола и/или трет-бутилстирола, которые находятся в твердом состоянии в присутствии воды и имеют как высокие свойства транспорта воды, так и достаточную прочность в мокром состоянии. Соответственно, необходима полупроницаемая мембрана с высокими воднотранспортными свойствами, которая сохраняет достаточную прочность в мокром состоянии для самых различных приложений.
Краткое изложение сущности изобретения
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что можно достичь высоких свойств переноса воды при сохранении достаточной прочности в мокром состоянии для самых различных приложений путем использования сульфированных блок-сополимеров, имеющих один или более внутренних блоков, которые являются восприимчивыми к сульфированию, и наружных блоков, которые являются устойчивыми к сульфированию. Эти сульфированные насыщенные блок-сополимеры по настоящему изобретению демонстрируют баланс свойств, включая перенос воды, прочность в мокром состоянии, стабильность размеров и технологичность, которые прежде были недостижимы. Обнаружили, что когда сульфирование ограничивается одним или более чем одним внутренним блоком блок-сополимера, тогда гидрофобность наружных блоков сохраняется и, следовательно, их целостность в присутствии гидратированного центра или каучуковой фазы. Способы, с помощью которых сульфирование может быть избирательно направлено на внутренний или расположенный внутри блок, включают, например, применение паразамещенных мономеров стирола, таких как пара-трет-бутилстирол в наружных блоках. Большой алкильный заместитель в параположении на стирольном кольце уменьшает реакционную способность данного кольца в отношении сульфирования, тем самым направляя сульфирование на один или более чем один внутренний или расположенный внутри блок полимера.
Ключевым признаком сульфированных блок-сополимеров, имеющих устойчивые к сульфированию концевые блоки, является то, что они могут быть сформованы в твердые предметы или изделия, которые сохраняют свой твердый характер даже в присутствии избытка воды. Твердым веществом считают вещество, которое не течет под давлением своей собственной массы. Полимеры по настоящему изобретению могут быть отлиты в твердые мембраны. Несмотря на то что эти мембраны эффективно транспортируют водяной пар, они представляют собой твердые вещества даже в присутствии избытка воды. Твердый характер этих мембран в воде может быть продемонстрирован путем тестирования их стойкости к текучести при разрывном напряжении при погружении в воду. Простое испытание на разрыв согласно способам, изложенным в ASTM D412, может быть проведено на мембране при ее погружении в баню с водой; это измерение может быть взято в качестве критерия прочности материала в мокром состоянии. Этот тест успешно используют на мембране, которую выдерживали в избытке воды. Материалы, которые демонстрируют предел прочности при растяжении в мокром состоянии свыше 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) площади поперечного сечения, представляют собой высокопрочные твердые вещества. Важно, что они являются высокопрочными твердыми веществами даже в присутствии избытка воды. Ясно, такие материалы не растворимы в воде. Водорастворимые материалы не будут иметь никакой измеримой прочности при оценке с использованием модифицированной методики ASTM D412, которая была изложена выше. Кроме того, такие материалы не диспергируют в воде. Водная дисперсия полимера не будет иметь никакой измеримой прочности при тестировании с использованием модифицированной методики ASTM D412, как обсуждалось выше. Полимерные мембраны по настоящему изобретению не растворимы в воде и не образуют дисперсии при контакте с избытком воды. Вновь открытые полимерные мембраны имеют хорошие свойства транспорта водяного пара и имеют пределы прочности при растяжении при выдерживании с водой свыше 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа). Они являются твердыми даже в мокром состоянии.
Отличительным признаком блок-сополимеров по настоящему изобретению, которые были селективно сульфированы во внутреннем блоке, является то, что они могут быть сформованы в предметы, имеющие полезный баланс свойств, которые прежде были недостижимы, включая прочность даже при выдерживании с водой, поведение при переносе водяного пара, стабильность размеров и технологичность. Гидрофобные блоки и их положение на концах цепи блок-сополимера вносят вклад в прочность в мокром состоянии, стабильность размеров и технологичность этих полимеров и предметов, сформованных из них. Сульфированный(е) блок(и), расположенный(е) внутри сополимера, обеспечивает(ют) эффективный перенос водяного пара. Совокупность свойств дает уникальный материал. В результате вышесказанного сульфированные блок-сополимеры по настоящему изобретению могут использоваться более эффективно в самых разнообразных применениях, в которых сульфированные полимеры из уровня техники оказались дефектными благодаря непрочности таких полимеров в воде. Следует отметить, что сульфированные блок-сополимеры, которые являются "водорастворимыми" или "диспергируемыми в воде" по своей природе, не будут иметь достаточный предел прочности при растяжении для приложений, раскрытых в данном описании.
Соответственно, настоящее изобретение в широком смысле включает сульфированные блок-сополимеры для формования изделий, которые являются твердыми в воде, содержащие по меньшей мере два полимерных концевых блока и по меньшей мере один насыщенный полимерный внутренний блок, где:
а) каждый концевой блок представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый внутренний блок представляет собой насыщенный полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, причем указанные концевые и внутренние блоки не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый концевой блок независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый внутренний блок независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) указанные внутренние блоки сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% и
г) указанный сульфированный блок-сополимер при формовании изделия имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
Типично, в сульфированном блок-сополимере мольный процент концевых блоков будет достаточным, так что блок-сополимер будет нерастворимым в воде и недиспергируемым в воде. В указанном блок-сополимере мольный процент концевых блоков может составлять более чем 15%, предпочтительно более чем 20%. В других случаях мольный процент концевых блоков может составлять более чем 20% и менее чем 70%, предпочтительно более чем 20% и менее чем 50%. Гидрофобные звенья концевых блоков вносят вклад в нерастворимость блок-сополимера. Более того, если мольный процент концевых блоков достигает более низких значений, то гидрофобность всего блок-сополимера может регулироваться путем включения гидрофобных мономерных звеньев во внутренние блоки, включая блоки А, а также блоки В.
Везде в данной заявке касательно настоящего изобретения следующие термины имеют следующие значения. "Устойчивый к сульфированию" означает, что происходит малое сульфирование блока, если оно происходит. "Восприимчивый к сульфированию" означает, что сульфирование является весьма вероятным в упомянутых блоках. Выражение "устойчивый к сульфированию", как оно использовано касательно настоящего изобретения в отношении концевых блоков, и выражение "восприимчивый к сульфированию" в отношении внутренних блоков предназначены для обозначения того, что сульфирование происходит в основном во внутреннем(их) блоке(ах) сополимера, так что степень сульфирования, которое происходит во внутреннем блоке(ах), относительно общей степени сульфирования блок-сополимера оказывается в каждом случае выше, чем степень сульфирования, которое происходит в концевых блоках. Степень сульфирования во внутреннем(их) блоке(ах) составляет по меньшей мере 85% суммарного сульфирования блок-сополимера. В альтернативных воплощениях степень сульфирования во внутреннем(их) блоке(ах) составляет по меньшей мере 90% общего сульфирования, причем предпочтительное количество в этом воплощении составляет по меньшей мере 95% общего сульфирования. В некоторых воплощениях концевые блоки могут не показать никакого сульфирования. Следует отметить, что на протяжении всего описания встречаются обсуждения, относящиеся к концевым блокам и внутренним блокам. Во многих случаях используют структуры, имеющие отношение к концевым блокам, обозначенным "А", и внутренним блокам, обозначенным "В". Такие обсуждения, если не указано иначе, не ограниченны только теми сульфированными блок-сополимерами по настоящему изобретению, которые содержат концевые блоки "А" и внутренние блоки "В", но, напротив, относятся к типичным представителям всех структур из воплощений настоящего изобретения, в которых концевые блоки, которые являются устойчивыми к сульфированию, представлены блоками "А", "А1" или "А2", а внутренние блоки, которые являются восприимчивыми к сульфированию, представлены блоками "В", "В1", "В2", "D", "Е" или "F". Более того, следует отметить, что в некоторых случаях более чем один внутренний блок может быть восприимчивым к сульфированию. В этих случаях блоки могут быть одинаковыми или они может быть различными.
Кроме того, термин "не содержащий значительных уровней ненасыщенности" означает, что остаточная олефиновая ненасыщенность блок-сополимера составляет менее чем 2,0 миллиэквивалента углерод-углеродных двойных связей на грамм полимера, предпочтительно менее чем 0,2 миллиэквивалента углерод-углеродных двойных связей на грамм блок-сополимера. Это означает, например, для любого конъюгированного диенового полимерного компонента, присутствующего в указанном сульфированном блок-сополимере, что такой конъюгированный диен должен быть гидрирован так, чтобы по меньшей мере 90% двойных связей были восстановлены путем гидрирования, предпочтительно по меньшей мере 95% двойных связей были восстановлены путем гидрирования, и еще более предпочтительно по меньшей мере 98% двойных связей были восстановлены путем гидрирования.
В одном из воплощений настоящее изобретение в широком смысле включает сульфированные блок-сополимеры, содержащие по меньшей мере два полимерных концевых блока А и по меньшей мере один полимерный внутренний блок В, где:
а) каждый блок А представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, причем указанные блоки А и В не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) где каждый блок А содержит один или более сегментов, выбранных из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола, (2) этилена, (3) альфа-олефинов из 3-18 атомов углерода; (4) 1,3-циклодиеновых мономеров, (5) мономеров конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, (6) сложных эфиров акриловой кислоты, (7) сложных эфиров метакриловой кислоты и (8) их смесей, где любые сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-циклодиен или конъюгированные диены, затем гидрируют, и где любой блок А, содержащий полимеризованный этилен или гидрированные полимеры конъюгированного ациклического диена, имеет точку плавления более чем 50°С, предпочтительно более чем 80°С;
г) каждый блок В, содержащий сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
д) где указанные блоки В сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% из расчета на звенья винилового ароматического мономера в указанных блоках В;
е) мольный процент виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенные мономеры стирола, ортозамещенные мономеры стирола, метазамещенные мономеры стирола, альфа-метилстирол, 1,1-дифенилэтилен и 1,2-дифенилэтилен, в каждом блоке В составляет от 10 мол.% до 100 мол.%; и
ж) указанный сульфированный блок-сополимер при формовании изделия имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
В этом воплощении блоки А также могут содержать вплоть до 15 мол.% мономеров, упомянутых для блоков В. Такие сульфированные блок-сополимеры этого воплощения могут быть представлены структурами А-В-А, (А-В-А)nX, (А-В)nX или их смесями, где n означает целое число от 2 до примерно 30, Х представляет собой остаток сшивающего агента и А и В являются такими, как определено выше.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к сульфированному блок-сополимеру, содержащему полимерные блоки А1, А2, В1 и В2, имеющему структуру (A1-B1-B2)nX, (A1-B2-B1)nX, (A2-B1-B2)nX, (A2-B2-B1)nX, (А1-А2-В1)nX, (A1-A2-B2)nX, (A2-A1-B1)nX, (A2-A1-B2)nX, (A1-A2-B1-B2)nX, (A1-A2-B2-B1)nX, (А2-А1-В1-В2)nX или (A2-A1-В2-В1)nX, где n означает целое число от 2 до 30 и Х представляет собой остаток сшивающего агента и где:
а) каждый блок A1 и каждый блок А2 представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В1 и каждый блок В2 представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, где указанные блоки A1, А2, В1 и В2 не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок A1 и каждый блок А2 независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок В1 и В2 независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) каждый блок A1 выбран из группы, состоящей из полимеризованного (1) этилена и (2) конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, где конъюгированные диены затем гидрируют;
г) каждый блок А2 выбран из группы, состоящей из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола и (2) 1,3-циклодиеновых мономеров, где 1,3-циклодиеновые мономеры затем гидрируют;
д) каждый блок В1 содержит сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
е) каждый блок В2 представляет собой гидрированные, сополимеризованные сегменты из по меньшей мере одного конъюгированного диена и по меньшей мере одного моноалкениларена, выбранного из (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
ж) каждый блок В1 и каждый блок В2 сульфирован в пределах от 10 до 100 мол.% и
з) указанный сульфированный блок-сополимер при формовании изделия имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
В еще одном аспекте настоящее изобретение включает сульфированные блок-сополимеры, также содержащие по меньшей мере один блок D, имеющий температуру стеклования менее чем 20°С. Один такой блок содержит гидрированный полимер или сополимер конъюгированного диена, выбранного из изопрена, 1,3-бутадиена и их смесей, имеющих содержание винила перед гидрированием от 20 до 80 мол.% и среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000. Другой блок D может содержать полимер акрилатного мономера или полимер кремния, имеющий среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000. Другой блок D может представлять собой полимеризованный изобутилен, имеющий среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000. В этом воплощении настоящее изобретение включает сульфированный блок-сополимер, имеющий общую конфигурацию A-D-B-D-A, A-B-D-B-A, (A-D-B)nX, (A-B-D)nX, или их смеси, где n означает целое число от 2 до примерно 30 и Х представляет собой остаток сшивающего агента, где:
а) каждый блок А и каждый блок D представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, причем указанные блоки А, В и D не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000, каждый блок D независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000 и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) каждый блок А содержит один или более сегментов, выбранных из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола, (2) этилена, (3) альфа-олефинов из 3-18 атомов углерода; (4) 1,3-циклодиеновых мономеров, (5) мономеров конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, (6) сложных эфиров акриловой кислоты, (7) сложных эфиров метакриловой кислоты и (8) их смесей, где любые сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-циклодиен или конъюгированные диены, затем гидрируют;
г) каждый блок В содержит сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
д) каждый блок D содержит полимеры, имеющие температуру стеклования менее чем 20°С и среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000, где указанный блок D выбран из группы, состоящей из (1) полимеризованного или сополимеризованного конъюгированного диена, выбранного из изопрена, 1,3-бутадиена, имеющего содержание винила перед гидрированием от 20 до 80 мол.%, (2) полимеризованного акрилатного мономера, (3) полимеризованного кремния, (4) полимеризованного изобутилена и (5) их смесей, где любые сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-бутадиен или изопрен, затем гидрируют, и имеет температуру стеклования менее чем 20°С;
е) где указанные блоки В сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% из расчета на звенья винилового ароматического мономера в указанных блоках В;
ж) мольный процент виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенные мономеры стирола, ортозамещенные мономеры стирола, метазамещенные мономеры стирола, альфа-метилстирол, 1,1-дифенилэтилен и 1,2-дифенилэтилен, в каждом блоке В составляет от 10 мол.% до 100 мол.%, и
з) указанный сульфированный блок-сополимер при формовании изделия имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
В дополнительной альтернативе этого воплощения настоящее изобретение включает сульфированные блок-сополимеры, которые имеют более чем один блок D и в которых второй блок D представляет собой полимеризованный акрилатный мономер или полимеризованный полимер кремния.
В другом воплощении настоящее изобретение включает блок-сополимеры для формования изделий, которые являются твердыми в воде, содержащие по меньшей мере два полимерных концевых блока А и по меньшей мере один полимерный внутренний блок В, где:
а) каждый блок А представляет собой полимерный блок, не содержащий по существу сульфоновокислотных или сульфонатных функциональных групп, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, содержащий от 10 до 100 мол.% сульфоновокислотных или сульфонатных функциональных групп из расчета на число мономерных звеньев блока В, причем указанные блоки А и В не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности, и
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000.
В другом воплощении настоящего изобретения мономеры, содержащие блок В, как указано непосредственно выше, представляют собой функциональные мономеры сульфоновой кислоты. В предпочтительном воплощении мономеры выбраны из группы, состоящей из пара-стиролсульфоната натрия, пара-стиролсульфоната лития, пара-стиролсульфоната калия, пара-стиролсульфоната аммония, амин-пара-стиролсульфоната, этил-пара-стиролсульфоната, металлилсульфоната натрия, аллилсульфоната натрия, винилсульфоната натрия и их смесей.
В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к сульфированным блок-сополимерам, где часть сульфоновокислотных функциональных групп была нейтрализована ионизируемым соединением металла с образованием солей металлов.
Еще одно дополнительное воплощение настоящего изобретения включает сульфированный блок-сополимер, содержащий по меньшей мере два полимерных концевых блока А, по меньшей мере один полимерный внутренний блок Е и по меньшей мере один полимерный внутренний блок F, имеющий структуру A-E-F-E-A, A-F-E-F-A, (A-F-E)nX или (A-E-F)nX, где n означает целое число от 2 до 30 и Х представляет собой остаток сшивающего агента и где:
а) каждый блок А представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок Е и F представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, где указанные блоки А, Е и F не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок Е и F независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) каждый блок А содержит один или более сегментов, выбранных из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола, (2) этилена, (3) альфа-олефинов из 3-18 атомов углерода; (4) 1,3-циклодиеновых мономеров, (5) мономеров конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, (6) сложных эфиров акриловой кислоты, (7) сложных эфиров метакриловой кислоты и (8) их смесей, где любые сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-циклодиен или конъюгированные диены, затем гидрируют;
г) каждый блок F содержит сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
д) каждый блок Е представляет собой сополимеризованный гидрированный блок из по меньшей мере одного конъюгированного диена и по меньшей мере одного моноалкениларена, выбранного из (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
е) указанные блоки Е и F сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% из расчета на звенья винилового ароматического мономера в указанных блоках Е и F и
ж) указанный сульфированный блок-сополимер при формовании изделия имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
В предпочтительной альтернативе данному воплощению блок А представляет собой полимерный блок пара-трет-бутилстирола, блок F представляет собой полимерный блок незамещенного стирола и блок Е представляет собой сополимерный блок гидрированного 1,3-бутадиена и незамещенного стирола.
Заявители также заявляют в качестве их изобретения способы получения сульфированных блок-сополимеров по настоящему изобретению. Один из способов получения сульфированных блок-сополимеров включает взаимодействие блок-сополимера с сульфирующим агентом, который селективно сульфирует блоки В блок-сополимера, содержащего по меньшей мере два полимерных концевых блока А и по меньшей мере один полимерный внутренний блок В, где:
а) каждый блок А представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, причем указанные блоки А и В не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000, где мольный процент концевых блоков А составляет от 20 до 50%;
в) указанные блоки В сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% и
г) указанный сульфированный блок-сополимер имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
Другой способ включает получение сульфированных блок-сополимеров для формования изделий, которые являются твердыми в воде, имеющих по меньшей мере два полимерных концевых блока А и по меньшей мере один полимерный внутренний блок В, причем данный способ включает сульфирование указанного внутреннего блока В до тех пор, пока указанный блок В не будет в по существу сульфирован, и где:
а) каждый указанный блок А является иным, чем только полимеры этилена или только гидрированные полимеры конъюгированных диенов;
б) указанный блок-сополимер является водонерастворимым и
в) указанные концевые блоки А не имеют по существу сульфированных мономеров.
В одном особенно предпочтительном воплощении настоящего изобретения используемый агент сульфирования представляет собой ацилсульфат, и в особенно предпочтительном альтернативном воплощении используемый агент сульфирования представляет собой триоксид серы.
При получении сульфированных блок-сополимеров по настоящему изобретению может быть использовано любое количество исходных молекул. В одном предпочтительном воплощении настоящего изобретения исходный блок-сополимер перед гидрированием имеет общую конфигурацию А-В-А, (А-В-А)nХ, (A-B)nX, A-D-B-D-A, A-B-D-B-A, (A-D-B)nX, (A-B-D)nX или их смеси, где n означает целое число от 2 до примерно 30 и Х представляет собой остаток сшивающего агента и где:
а) каждый блок А представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, каждый блок D представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, где указанные блоки А, D и В не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000, каждый блок D независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000 и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) каждый блок А содержит один или более сегментов, выбранных из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола, (2) этилена, (3) альфа-олефинов из 3-18 атомов углерода; (4) 1,3-циклодиеновых мономеров, (5) мономеров конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, (6) сложных эфиров акриловой кислоты, (7) сложных эфиров метакриловой кислоты и (8) их смесей;
г) каждый блок В содержит сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
д) каждый блок D содержит полимеры, имеющие температуру стеклования менее чем 20°С и среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 50000, где указанный блок D выбран из группы, состоящей из (1) полимеризованного или сополимеризованного конъюгированного диена, выбранного из изопрена, 1,3-бутадиена, имеющего содержание винила перед гидрированием от 20 до 80 мол.%, (2) полимеризованного акрилатного мономера, (3) полимеризованного кремния, (4) полимеризованного изобутилена и (5) их смесей, где любые сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-бутадиен или изопрен, затем гидрируют, и
е) мольный процент виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенные мономеры стирола, ортозамещенные мономеры стирола, метазамещенные мономеры стирола, альфа-метилстирол, 1,1-дифенилэтилен и 1,2-дифенилэтилен, в каждом блоке В составляет от 10 мол.% до 100 мол.%.
В другом предпочтительном воплощении настоящего изобретения исходный блок-сополимер перед гидрированием имеет общую конфигурацию (А1-В1-В2)nX, (A1-B2-B1)nX, (A2-B1-B2)nX, (A2-B2-B1)nX, (A1-A2-B1)nX, (A1-А2-В2)nX, (А2-А1-В1)nX, (А2-А1-В2)nX, (А1-А2-В1-В2)nX, (A1-A2-B2-B1)nX, (А2-А1-В1-В2)nX или (А2-А1-В2-В1)nX, где n означает целое число от 2 до 30 и Х представляет собой остаток сшивающего агента и где:
а) каждый блок A1 и каждый блок А2 представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В1 и каждый блок В2 представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, где указанные блоки A1, А2, В1 и В2 не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А1 и каждый блок А2 независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок В1 и В2 независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) каждый блок А1 выбран из группы, состоящей из полимеризованного (1) этилена и (2) конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием;
г) каждый блок А2 выбран из группы, состоящей из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола и (2) 1,3-циклодиеновых мономеров;
д) каждый блок В1 содержит сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
е) каждый блок В2 представляет собой полимеризованные сегменты из по меньшей мере одного конъюгированного диена и по меньшей мере одного моноалкениларена, выбранного из (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей, и
ж) каждый блок В1 и каждый блок В2 сульфирован в пределах от 10 до 100 мол.%.
Еще один класс исходных молекул включает исходные молекулы, имеющие общую конфигурацию A-E-F-E-A или (A-E-F)nX, где n означает целое число от 2 до 30 и Х представляет собой остаток сшивающего агента и где:
а) каждый блок А представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок Е и F представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, где указанные блоки А, Е и F не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000 и каждый блок Е и F независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000;
в) каждый блок А выбран из группы, состоящей из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола;
г) каждый блок F содержит сегменты одного или более виниловых ароматических мономеров, выбранных из полимеризованных (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей;
д) каждый блок Е представляет собой полимеризованный блок из по меньшей мере одного конъюгированного диена и по меньшей мере одного моноалкениларена, выбранного из (1) незамещенных мономеров стирола, (2) ортозамещенных мономеров стирола, (3) метазамещенных мономеров стирола, (4) альфа-метилстирола, (5) 1,1-дифенилэтилена, (6) 1,2-дифенилэтилена и (7) их смесей, и
е) где указанные блоки Е и F сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% из расчета на звенья винилового ароматического мономера в указанных блоках Е и F.
Средним специалистам в данной области будет понятно, что упомянутые выше структуры не преследуют цель обязательно дать исчерпывающий перечень возможных исходных молекул для получения блок-сополимеров по настоящему изобретению. Указанные выше исходные молекулы могут быть использованы в качестве исходных материалов в способе получения сульфированных блок-сополимеров по настоящему изобретению с использованием способа, изложенного выше, а также любого другого способа, который легко доступен в данной области, при условии, что конечное изделие удовлетворяет требованиям настоящего изобретения. Эти требования подразумевают, что сульфированный блок-сополимер является твердым в присутствии воды, внутренний(е) блок(и) содержит(ат) одну или более сульфоновокислотных функциональных групп после сульфирования и сульфированный блок-сополимер при формовании изделия имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTM D412.
В еще одном аспекте настоящее изобретение включает изделие, полученное по меньшей мере частично из композиции, содержащей сульфированный блок-сополимер по изобретению. В частности, настоящее изобретение предусматривает изделия, такие как, например, топливные элементы, протонообменные мембраны для топливных элементов, дисперсии обогащенных металлом частиц углерода в сульфированном полимерцементе для применения в электродных устройствах, включая электродные устройства для топливных элементов, ткани, ткани с покрытием, хирургические принадлежности и устройства, фильтрационные мембраны, мембраны для кондиционирования воздуха, мембраны для регенерации тепла, мембраны для обессоливания, адгезивы, средства личной гигиены, суперабсорбирующие изделия, связующие вещества для суперабсорбентов и необрастающие покрытия. Конкретные примеры таких изделий включают, но не ограничиваются этим, мембраны с избирательной проницаемостью, полученные частично из композиции, содержащей сульфированный блок-сополимер. Другие применения включают волокна, трубки, ткани, листы, покрытия для тканей из крученых или некрученых нитей и ламинаты. Конкретные применения включают, но не ограничиваются этим, воздухопроницаемую защитную одежду и перчатки для служб экстренного реагирования, пожарных, рабочих химической и биологической промышленности, сельскохозяйственных рабочих, медицинского персонала и военнослужащих, привлеченных к работе с потенциально опасными веществами; одежду для спорта и отдыха; палатки; селективные мембраны для промышленных, медицинских применений и очистки воды и системы, которые предотвращают накопление влаги внутри стен и между полом и фундаментом дома. Другие конкретные применения предназначены для личной гигиены, включая применение в качестве суперабсорбентов или связующих веществ для суперабсорбентов в детских или взрослых подгузниках. Еще одни конкретные применения включают корабельные покрытия и антиобрастающие покрытия в целом. Еще одни применения включают покрытия для мембран, такие как покрытия на полисульфоновые мембраны для обессоливания.
В еще одном аспекте настоящее изобретение включает топливный элемент, включающий одну или более мембран, полученных из сульфированных блок-сополимеров по настоящему изобретению. Более конкретно, настоящее изобретение включает топливный элемент, содержащий:
а) мембрану, полученную из сульфированного блок-сополимера;
б) первый и второй противоположные электроды в контакте с указанной мембраной;
в) средство для подачи топлива к указанному первому электроду и
г) средство для обеспечения контакта оксиданта с указанным вторым электродом.
Не желая быть связанными с какой-либо конкретной теорией, изобретатели полагают, что значение настоящего изобретения зависит от двух структурных признаков блок-сополимеров: 1) резкие различия в полярности между наружными блоками А и внутренними блоками В регулируют физику: а) фазового разделения блоков сополимеров, б) транспорта воды через мембраны и в) барьерных свойств этих полимеров для иных веществ, чем вода и протоны, и 2) прочность и стабильность размеров материалов, полученных из этих полимеров, зависит от блоков А, не имеющих или имеющих очень мало функциональных групп. Полярность внутренних блоков В происходит из сульфирования виниловых ароматических группировок, связанных во внутреннем(их) блок-сегменте(ах). В твердой фазе эти группы ароматической сульфоновой кислоты (-SO3H центры) собираются в непрерывную полярную фазу, которая является чрезвычайно гидрофильной. Эта фаза обеспечивает легкий путь для прохождения протонов или воды с одной стороны мембраны на другую. Более высокой является плотность -SO3H участков в этой фазе (моль -SO3H/г блок-сополимера), более быстрым является перенос молекул воды через композиционный материал. Эти пути можно рассматривать в качестве микрофазы, разделяющей ионные или водные каналы, которые имеют ширину приблизительно от десяти до нескольких тысяч ангстрем. В этом многофазном материале эти каналы ограничиваются неполярной, гидрофобной фазой, которая состоит из гидрофобных блоков А сополимера. Поскольку блоки А не содержат или содержат очень мало реакционноспособных центров, то после сульфирования блоки А не имеют или имеют очень мало сульфоновокислотных функциональных групп. В результате и в отличие от внутренних блоков В блоки А очень устойчивы к проникновению воды или протонов. Свойства блок-фазы А многофазного материала с трудом изменяются при добавлении протонных веществ или воды. По этой причине неполярная блок-фаза А сополимерного материала незначительно ослабляется добавлением воды. Примером одного из воплощений настоящего изобретения, когда каждый внутренний В химически присоединен к двум наружным сегментам блока А, является композиционный, многофазный материал, имеющий значительную прочность также и в мокром состоянии. На самом деле, сравнение прочности пленки или мембраны, полученных из селективно сульфированного блок-сополимера, тестируемого в мокром состоянии, относительно его прочности при тестировании в сухом состоянии является хорошим критерием отсутствия (или почти отсутствия) функциональной группы в блоке А сополимера; прочность в мокром состоянии должна быть по меньшей мере на 30% больше прочности сухого образца.
Более того, неполярная гидрофобная фаза может быть непрерывной, обеспечивающей совместную непрерывную многофазную структуру. Когда это имеет место, прочность этой фазы и ее стойкость к набуханию в присутствии воды контролируют и ограничивают уровень набухания, который может встречаться в гидрофильной фазе. Таким образом, контролируется стабильность размеров готового элемента. Даже если гидрофобная фаза блока А диспергируется, прочность этой фазы ограничивает набухание гидрофильной фазы до предела, определенного расширяемостью сульфированных блоков В в воде. Поскольку концы блоков В присоединены к блокам А, которые не пластифицируются водой, они могут набухать лишь в степени, которая определяется длиной их цепи. Набухание не может преодолеть прочность химической связи, которая удерживает блоки А и В (наружные и внутренние блоки) вместе.
Свойства материалов (твердость, прочность, жесткость и термостойкость) композиционных материалов, полученных из этих блок-сополимеров, будут находиться под сильным влиянием природы блок-полимера(ов) А и непрерывности, или ее отсутствия, гидрофобной фазы. С другой стороны, свойства переноса воды и протонов, эластичность, гибкость и ударная вязкость этих материалов будут находиться под сильным влиянием природы блок-полимера В или сополимера многофазного материала. В зависимости от выбора мономера(ов), используемого(ых) в изготовлении внутреннего сегмента блок-сополимера, селективно сульфированный блок-сополимер может давать очень эластичный и мягкий материал, или может образовываться очень прочный, но жесткий материал. Поскольку вода действует в качестве пластификатора взаимодействий сульфированных группировок в гидрофильной фазе, добавление воды к этим композиционным материалам будет вызывать их смягчение - чтобы сделать их менее жесткими.
Барьерные свойства этих материалов находятся под влиянием свойств как гидрофильных, так и гидрофобных фаз композиционного материала. Проникновение неполярных газов и неполярных жидкостей сильно ограничивается высокой полярностью и энергией когезии гидрофильной фазы. Кроме того, гидрофильная фаза должна быть непрерывной или совместно непрерывной. Гидрофобная фаза возможно может и не быть непрерывной, в этом случае не существует непрерывности и для потока молекул через неполярную фазу. Когда гидрофобная фаза совместно непрерывна с ионными каналами, тогда плотность (непористый твердый материал) гидрофобной фазы препятствует диффузии молекул через эту фазу данного материала.
Блок-сополимеры, имеющие устойчивые к сульфированию наружные сегменты, блоки А, и восприимчивые к сульфированию внутренние сегменты, насыщенные блоки В, могут быть селективно сульфированы с получением материалов, имеющих уникальную двухфазовую структуру. Следствием этой структуры является то, что могут быть образованы непоперечно-сшитые полимеры, имеющие уникальный баланс полезных свойств: хорошую стабильность размеров, неожиданные скорости переноса воды и неожиданную прочность в присутствии воды. Специфический баланс свойств, необходимых для конкретного применения, может быть подобран путем регуляции природы или размеров блоков А и В сополимера, уровня сульфирования полимера, линейности или степени разветвления в исходном полимере до сульфирования и степени нейтрализации, если это имеет место, -SО3Н участков. Потребность в материалах, имеющих эти типы свойств, огромна. Установлено бесчисленное множество применений для пленок, мембран, волокон для включения в некрученые волокна, покрытия, адгезивы, формованные изделия и тому подобное. Предусмотрено применение этих изделий для обеспечения защиты против химических и биологических агентов, для очистки водных потоков, для защиты против роста грибков и микробов, для обеспечения испарительного охлаждения путем переноса воды (в частности, при потении) на поверхность, для усиления поглощения энергии излучения в мокром состоянии и для впитывания воды. Поэтому широта применения этого изобретения представляется огромной.
Краткое описание графических материалов
На Фиг.1 показано сравнение модуля упругости образца Т-3 до и после сульфирования. На этой фигуре показано, что середина перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние, Тg, внутреннего блока S/EB смещается от приблизительно 15°С к приблизительно 50°С.
На Фиг.2 показано похожее увеличение Тg внутреннего блока образца Т-2. Эти увеличения демонстрируют, что в обоих образцах внутренний блок сульфирован в степени, которая приводит к значительному изменению физических свойств образца.
На Фиг.3 показана структура пленок, отлитых из: (слева) 90/10 толуол/метанол, (центр) 80/20 ТГФ(тетрагидрофуран)/толуол и (справа) 50/50 ТГФ/толуол, изображения которых получены с помощью AFM (атомно-силового микроскопа).
На Фиг.4 показаны графики DSC (дифференциальная сканирующая калориметрия), демонстрирующие различия в плавлении воды как функцию растворов для отливки.
Подробное описание изобретения
Основные полимеры, необходимые для получения содержащих сульфоновую кислоту блок-сополимеров по настоящему изобретению, могут быть получены множеством разных способов, включая анионную полимеризацию, замедленную анионную полимеризацию, катионную полимеризацию, полимеризацию на катализаторах Циглера-Натта и полимеризацию с использованием "живых" или стабильных свободных радикалов. Анионная полимеризация описана ниже в подробном описании и в патентах, приведенных в качестве ссылки. Способы замедленной анионной полимеризации для получения стирольных блок-сополимеров были раскрыты, например, в патентах США № 6391981, 6455651 и 6492469, каждый из которых включен в данное описание посредством ссылки. Способы катионной полимеризации для получения блок-сополимеров раскрыты, например, в патентах США № 6515083 и 4946899, каждый из которых включен в данное описание посредством ссылки. Способы "живой" полимеризации на катализаторах Циглера-Натта, которые могут быть использованы для получения блок-сополимеров, были недавно описаны в обзоре G.W.Coates, P.D.Hustad и S.Reinartz в Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 2236-2257; в последующей публикации H.Zhang и K.Nomura (JACS Communications, 2005) описано применение "живых" Z-N методик для получения, в частности, стирольных блок-сополимеров. Приводится обзор огромной работы в области химии нитроксид-опосредованной "живой" радикальной полимеризации; см. C.J.Hawker. A.W.Bosman, and E. Harth, Chemical Reviews, 101(12), p.3661-3688 (2001). Как изложено в этом обзоре, стирольные блок-сополимеры могут быть получены методами с использованием "живых" или стабильных свободных радикалов. Для полимеров по настоящему изобретению способы нитроксид-опосредованной полимеризации будут представлять собой предпочтительный способ полимеризации с использованием "живых" или стабильных свободных радикалов.
1. Структура полимера
Один из важных аспектов настоящего изобретения относится к структуре сульфированных блок-сополимеров. В одном из воплощений эти блок-сополимеры, полученные согласно настоящему изобретению, будут иметь по меньшей мере два полимерных конца или наружных блока А и по меньшей мере один насыщенный полимерный внутренний блок В, где каждый блок А представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию.
Предпочтительные структуры имеют общую конфигурацию А-В-А, (А-В)n(А), (A-B-A)n, (A-B-A)nX, (A-B)nX, A-B-D-B-A, A-D-B-D-A, (A-D-B)n(A), (A-B-D)n(A), (А-В-D)nX, (A-D-B)nX или их смеси, где n означает целое число от 2 до примерно 30, Х представляет собой остаток сшивающего агента и А, В и D являются такими, как определено выше.
Наиболее предпочтительными структурами являются либо линейные А-В-А, (А-В)2Х, (A-B-D)nX2X и (A-D-B)nX2X структуры, либо радиальные структуры (А-В)nХ и (A-D-B)nX, где n равно 3-6. Такие блок-сополимеры обычно получают посредством анионной полимеризации, катионной полимеризации или полимеризации на катализаторах Циглера-Натта. Предпочтительно, блок-сополимеры получают посредством анионной полимеризации. Считают, что при любой полимеризации полимерная смесь будет включать некоторое количество диблок-сополимера А-В дополнительно к любым линейным и/или радиальным полимерам.
Блоки А представляют собой один или более сегментов, выбранных из полимеризованных (1) паразамещенных мономеров стирола, (2) этилена, (3) альфа-олефинов из 3-18 атомов углерода; (4) 1,3-циклодиеновых мономеров, (5) мономеров конъюгированных диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, (6) сложных эфиров акриловой кислоты, (7) сложных эфиров метакриловой кислоты и (8) их смесей. Если сегменты А представляют собой полимеры 1,3-циклодиена или конъюгированных диенов, то данные сегменты будут гидрироваться после полимеризации.
Паразамещенные мономеры стирола выбраны из пара-метилстирола, пара-этилстирола, пара-н-пропилстирола, пара-изо-пропилстирола, пара-н-бутилстирола, пара-втор-бутилстирола, пара-изо-бутилстирола, пара-трет-бутилстирола, изомеров пара-децилстирола, изомеров пара-додецилстирола и смеси указанных выше мономеров. Предпочтительные паразамещенные мономеры стирола представляют собой пара-трет-бутилстирол и пара-метилстирол, причем пара-трет-бутилстирол является наиболее предпочтительным. Мономеры могут представлять собой смеси мономеров, зависимые от конкретного источника. Желательно, чтобы общая чистота паразамещенных мономеров стирола составляла по меньшей мере 90 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 95 мас.% и еще более предпочтительно по меньшей мере 98 мас.% желательного паразамещенного мономера стирола.
Когда блоки А представляют собой полимеры этилена, это может быть полезным для полимеризации этилена способом Циглера-Натта, как описано в обзорной статье G.W.Coates с соавт., процитированной выше, описание которой включено в данное описание посредством ссылки. Предпочтительней получать этиленовые блоки с использованием методик анионной полимеризации, как раскрыто в патенте США № 3450795, описание которого включено в данное описание посредством ссылки. Молекулярная масса блока для таких этиленовых блоков обычно будет составлять от примерно 1000 до примерно 60000.
Когда блоки А представляют собой полимеры альфа-олефинов из 3-18 атомов углерода, тогда такие полимеры получают способом Циглера-Натта, как описано в обзорной статье G.W. Coates с соавт., процитированной выше, описание которой включено в данное описание посредством ссылки. Предпочтительно, альфа-олефины представляют собой пропилен, бутилен, гексан или октен, причем пропилен является наиболее предпочтительным. Молекулярная масса блока для таких альфа-олефиновых блоков обычно будет составлять от примерно 1000 до примерно 60000.
Когда блоки А представляют собой гидрированные полимеры 1,3-циклодиеновых мономеров, тогда такие мономеры выбраны из группы, состоящей из 1,3-циклогексадиена, 1,3-циклогептадиена и 1,3-циклооктадиена. Предпочтительно, циклодиеновый мономер представляет собой 1,3-циклогексадиен. Полимеризация таких циклодиеновых мономеров раскрыта в патенте США № 6699941, описание которого включено в данное описание посредством ссылки. Необходимо будет гидрировать блоки А при использовании циклодиеновых мономеров, поскольку негидрированные полимеризованные циклодиеновые блоки будут восприимчивы к сульфированию.
Когда блоки А представляют собой гидрированные полимеры конъюгированных ациклических диенов, имеющих содержание винила менее чем 35 мол.% перед гидрированием, предпочтительно, чтобы конъюгированный диен представлял собой 1,3-бутадиен. Необходимо, чтобы содержание винила в полимере перед гидрированием составляло менее чем 35 мол.%, предпочтительно менее чем 30 мол.%. В некоторых воплощениях содержание винила в полимере перед гидрированием будет составлять менее чем 25 мол.%, еще более предпочтительно менее чем 20 мол.% и даже менее чем 15 мол.%, причем одно из более предпочтительных содержаний винила в полимере перед гидрированием составляет менее чем 10 мол.%. Таким образом, блоки А будут иметь кристаллическую структуру, похожую на структуру полиэтилена. Такие структуры блока А раскрыты в патентах США № 3670054 и 4107236, описания которых включены в данную заявку посредством ссылки.
Блоки А могут представлять собой также полимеры сложных эфиров акриловой кислоты или сложных эфиров метакриловой кислоты. Эти полимерные блоки могут быть получены согласно способам, раскрытым в патенте США № 6767976, описание которого включено в данное описание посредством ссылки. Конкретные примеры сложного эфира метакриловой кислоты включают сложные эфиры первичного спирта и метакриловой кислоты, такие как метилметакрилат, этилметакрилат, пропилметакрилат, н-бутилметакрилат, изобутилметакрилат, гексилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, додецилметакрилат, лаурилметакрилат, метоксиэтилметакрилат, диметиламиноэтилметакрилат, диэтиламиноэтилметакрилат, глицидилметакрилат, триметоксисилилпропилметакрилат, трифторметилметакрилат, трифторэтилметакрилат; сложные эфиры вторичного спирта и метакриловой кислоты, такие как изопропилметакрилат, циклогексилметакрилат и изоборнилметакрилат, и сложные эфиры третичного спирта и метакриловой кислоты, такие как трет-бутилметакрилат. Конкретные примеры сложного эфира акриловой кислоты включают сложные эфиры первичного спирта и акриловой кислоты, такие как метилакрилат, этилакрилат, пропилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, гексилакрилат, 2-этилгексилакрилат, додецилакрилат, лаурилакрилат, метоксиэтилакрилат, диметиламиноэтилакрилат, диэтиламиноэтилакрилат, глицидилакрилат, триметоксисилилпропилакрилат, трифторметилакрилат, трифторэтилакрилат; сложные эфиры вторичного спирта и акриловой кислоты, такие как изопропилакрилат, циклогексилакрилат и изоборнилакрилат, и сложные эфиры третичного спирта и акриловой кислоты, такие как трет-бутилакрилат. При необходимости, в качестве сырьевого материала или сырьевых материалов в настоящем изобретении могут быть использованы один или более других анионных полимеризующихся мономеров вместе со сложным эфиром (мет)акриловой кислоты. Примеры анионного полимеризующегося мономера, который возможно может быть использован, включают метакриловые или акриловые мономеры, такие как триметилсилилметакрилат, N-изопропилметакриламид, N-трет-бутилметакриламид, триметилсилилакрилат, N-изопропилакриламид и N-трет-бутилакриламид. Более того, может быть использован многофункциональный анионный полимеризующийся мономер, имеющий в своей молекуле две или более метакриловых или акриловых структур, таких как сложноэфирные структуры метакриловой кислоты или спожноэфирные структуры акриловой кислоты (например, этиленгликольдиакрилат, этиленгликольдиметакрилат, 1,4-бутандиолдиакрилат, 1,4-бутандиолдиметакрилат, 1,6-гександиолдиакрилат, 1,6-гександиолдиметакрилат, триметилолпропантриакрилат и триметилолпропантриметакрилат).
В способах полимеризации, используемых для получения полимерных блоков сложных эфиров акриловой или метакриловой кислоты, может быть использован только один из мономеров, например сложный эфир (мет)акриловой кислоты, или могут быть использованы два или более из них в комбинации. Когда в комбинации могут быть использованы два или более мономеров, тогда любая форма сополимеризации, выбранная из статистической, блочной, конусовидной блочной и тому подобных форм сополимеризации, может осуществляться путем выбора условий, таких как комбинация мономеров и время добавления мономеров в полимеризационную систему (например, одновременное добавление двух или более мономеров или отдельные добавления с заданными интервалами времени).
Блоки А также могут содержать вплоть до 15 мол.% виниловых ароматических мономеров, упомянутых для блоков В. В некоторых воплощениях блоки А могут содержать вплоть до 10 мол.%, предпочтительно они будут содержать вплоть до 5 мол.% и, в частности, предпочтительно вплоть до 2 мол.% виниловых ароматических мономеров, упомянутых для блоков В. Однако в наиболее предпочтительных воплощениях блоки А не будут содержать никаких виниловых мономеров, упомянутых в блоках В. Соответственно, уровень сульфирования в блоках А может составлять от 0 вплоть до 15 мол.% общих мономеров в блоке А. Следует отметить, что данные диапазоны могут включать все комбинации мольных процентов, перечисленных при этом.
Что касается насыщенных блоков В, то каждый блок В содержит сегменты одного или более полимеризованных виниловых ароматических мономеров, выбранных из незамещенного мономера стирола, ортозамещенных мономеров стирола, метазамещенных мономеров стирола, мономера альфа-метилстирола, 1,1-дифенилэтиленового мономера, 1,2-дифенилэтиленового мономера и их смесей. Кроме мономеров и полимеров, указанных непосредственно выше, блоки В также могут содержать гидрированный сополимер такого(их) мономера(ов) с конъюгированным диеном, выбранным из 1,3-бутадиена, изопрена и их смесей, имеющим содержание винила от 20 до 80 мол.%. Эти сополимеры с гидрированными диенами могут представлять собой статистические сополимеры, конусовидные сополимеры, блок-сополимеры или сополимеры с регулируемым распределением. Соответственно, существуют две предпочтительные структуры: одна, в которой блоки В гидрированы и содержат сополимер конъюгированных диенов и виниловых ароматических мономеров, упомянутых в этом параграфе, а другая, в которой блоки В представляют собой незамещенные мономерные стирольные блоки, которые являются насыщенными благодаря природе данного мономера и не требуют дополнительной технологической стадии гидрирования. Блоки В, имеющие структуру с регулируемым распределением, раскрыты в опубликованной заявке на патент США № 2003/0176582, описание которой включено в данное описание посредством ссылки. В опубликованной заявке на патент США № 2003/0176582 также раскрыто получение сульфированных блок-сополимеров, хотя и не структур, заявленных в настоящем изобретении. Блоки В, содержащие стирольный блок, описаны здесь. В одном предпочтительном воплощении насыщенные блоки В представляют собой незамещенные стирольные блоки, поскольку полимер не будет требовать затем отдельной стадии гидрирования.
Кроме того, другой аспект настоящего изобретения включает по меньшей мере один модифицирующий ударную прочность блок D, имеющий температуру стеклования менее чем 20°С. Один такой пример модифицирующего ударную прочность блока D включает гидрированный полимер или сополимер конъюгированного диена, выбранного из изопрена, 1,3-бутадиена и их смесей, имеющих содержание винила перед гидрированием от 20 до 80 мол.% и среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 50000. Другим примером является акрилатный или кремниевый полимер, имеющий среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 50000. В еще одном примере блок D представляет собой полимер изобутилена, имеющего среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 50000.
Каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 60000, и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 300000. Предпочтительно, каждый блок А имеет среднечисловую молекулярную массу от 2000 до 50000, более предпочтительно от 3000 и 40000 и еще более предпочтительно от 3000 до 30000. Предпочтительно, каждый блок В имеет среднечисловую молекулярную массу от 15000 до 250000, более предпочтительно от 20000 до 200000 и еще более предпочтительно от 30000 до 100000. Следует отметить, что данные диапазоны также могут включать все комбинации указанных среднечисловых молекулярных масс, перечисленных при этом. Эти молекулярные массы наиболее точно определяют с помощью измерений светорассеяния и выражают в виде среднечисловой молекулярной массы. Предпочтительно, сульфированные полимеры имеют от примерно 8 мол.% до примерно 80 мол.%, предпочтительно от примерно 10 до примерно 60 мол.% блоков А, более предпочтительно более чем 15 мол.% блоков А и еще более предпочтительно от примерно 20 до примерно 50 мол.% блоков А.
Относительное количество виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенный мономер стирола, ортозамещенный мономер стирола, метазамещенный мономер стирола, мономер альфа-метилстирола, 1,1-дифенилэтиленовый мономер и 1,2-дифенилэтиленовый мономер в сульфированном блок-сополимере, составляет от примерно 5 до примерно 90 мол.%, предпочтительно от примерно 5 до примерно 85 мол.%. В альтернативных воплощениях данное количество составляет от примерно 10 до примерно 80 мол.%, предпочтительно от примерно 10 до примерно 75 мол.%, более предпочтительно от примерно 15 до примерно 75 мол.%, причем наиболее предпочтительное количество составляет от примерно 25 до примерно 70 мол.%. Следует отметить, что данные диапазоны могут включать все комбинации мольных процентов, перечисленных при этом.
Что касается насыщенного блока В, то в одном предпочтительном воплощении мольный процент виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенный мономер стирола, ортозамещенный мономер стирола, метазамещенный мономер стирола, мономер альфа-метилстирола, 1,1-дифенилэтиленовый мономер и 1,2-дифенилэтиленовый мономер, в каждом блоке В составляет от примерно 10 до примерно 100 мол.%, предпочтительно от примерно 25 до примерно 100 мол.%, более предпочтительно от примерно 50 до примерно 100 мол.%, еще более предпочтительно от примерно 75 до примерно 100 мол.% и наиболее предпочтительно 100 мол.%. Следует отметить, что данные диапазоны могут включать все комбинации мольных процентов, перечисленных при этом.
Что касается уровня сульфирования, то типичные уровни представляют собой уровни, где каждый блок В содержит одну или более сульфоновокислотных функциональных групп. Предпочтительные уровни сульфирования составляют от 10 до 100 мол.% от мольного процента виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенный мономер стирола, ортозамещенный мономер стирола, метазамещенный мономер стирола, мономер альфа-метилстирола, 1,1-дифенилэтиленовый мономер и 1,2-дифенилэтиленовый мономер, в каждом блоке В, более предпочтительно от примерно 20 до 95 мол.% и еще более предпочтительно от примерно 30 до 90 мол.%. Следует отметить, что указанный диапазон сульфирования может включать все комбинации мольных процентов, указанных здесь. Уровень сульфирования определяют путем титрования сухого полимерного образца, который растворяли в тетрагидрофуране с стандартизованным раствором NaOH в смешанном водно-спиртовом растворителе.
2. Общий анионный способ получения полимеров
Что касается способа получения полимеров, то способ анионной полимеризации включает полимеризацию подходящих мономеров в растворе с литиевым инициатором. Растворитель, используемый в качестве полимеризационного носителя, может представлять собой любой углеводород, который не реагирует с "живым" концом анионной цепи образующегося полимера, легко поддается обработке в промышленных полимеризационных установках и предлагает соответствующие характеристики растворимости для полимерного продукта. Например, неполярные алифатические углеводороды, которые обычно не имеют ионизируемых атомов водорода, образуют особенно подходящие растворители. Часто используются циклические алканы, такие как циклопентан, циклогексан, циклогептан и циклоокган, которые все являются относительно неполярными. Другие подходящие растворители будут известны специалистам в данной области и могут быть выбраны для эффективного осуществления в данной совокупности условий обработки, причем температура полимеризации является одним из основных факторов, принимаемых во внимание.
Исходные материалы для получения блок-сополимеров по настоящему изобретению включают исходные мономеры, указанные выше. Другие важные исходные материалы для анионной сополимеризации включают один или более инициаторов полимеризации. В настоящем изобретении такие инициаторы включают, например, алкиллитиевые соединения, такие как втор-бутиллитий, н-бутиллитий, втор-бутиллитий, амиллитий и тому подобное, и другие литийорганические соединения, включая двойные инициаторы, такие как ди-втор-бутиллитиевый аддукт мета-диизопропенилбензола. Другие такие двойные инициаторы раскрыты в патенте США № 6492469, который включен в данное описание посредством ссылки. Из различных инициаторов полимеризации втор-бутиллитий является предпочтительным. Инициатор может быть использован в полимеризационной смеси (включая мономеры и растворитель) в количестве, рассчитанном на одну инициаторную молекулу на желательную полимерную цепь. Способ с использованием литиевого инициатора хорошо известен и описан, например, в патентах США № 4039593 и переизданном патенте 27145, описания которых включены в данную заявку посредством ссылки.
Условия полимеризации для получения блок-сополимеров по настоящему изобретению обычно напоминают условия, используемые для анионной полимеризации в целом. В настоящем изобретении полимеризацию предпочтительно осуществляют при температуре от примерно -30°С до примерно 150°С, более предпочтительно от примерно 10°С до примерно 100°С и наиболее предпочтительно, с учетом промышленных ограничений, от примерно 30°С до примерно 90°С. Полимеризация осуществляется в инертной атмосфере, предпочтительно в атмосфере азота, и может также осуществляться под давлением в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 10 бар. Эта сополимеризация обычно требует менее чем примерно 12 часов и может быть осуществлена через промежуток времени от примерно 5 минут до примерно 5 часов в зависимости от температуры, концентрации мономерных компонентов и молекулярной массы полимера, который желателен. Когда в комбинации используют два или более мономеров, тогда может быть использована любая форма сополимеризации, выбранная из статистической, блочной, конусовидной блочной, блочной с регулируемым распределением и тому подобных форм сополимеризации.
Считают, что процесс анионной полимеризации можно замедлить путем добавления кислоты Льюиса, такой как алкилалюминий, алкилмагний, алкилцинк или их комбинации. Влияние добавленных кислот Льюиса на процесс полимеризации состоит в: 1) снижении вязкости раствора "живого" полимера с учетом процесса, который осуществляется при более высоких концентрациях полимера и, таким образом, использует меньше растворителя, 2) в увеличении термической стабильности конца "живой" полимерной цепи, которая делает возможной полимеризацию при более высоких температурах и снова уменьшает вязкость раствора полимера, позволяя использовать меньше растворителя, и 3) в замедлении скорости реакции, которая делает возможной полимеризацию при более высоких температурах при использовании такой же технологии удаления тепла реакции, которая была использована в стандартном процессе анионной полимеризации. Технологические преимущества использования кислот Льюиса для замедления методик анионной полимеризации были раскрыты в патентах США № 6391981, 6455651 и 6492469, которые включены в данное описание посредством ссылки. Соответствующая информация раскрыта в патентах США № 6444767 и 6686423, каждый из которых включен в данное описание посредством ссылки. Полимер, полученный таким замедленным способом анионной полимеризации, может иметь такую же структуру, как и полимер, полученный с использованием стандартного способа анионной полимеризации, и как таковой этот способ может быть полезным в получении полимеров по настоящему изобретению. Что касается способов анионной полимеризации, замедленных добавлением кислоты Льюиса, то температуры реакции от 100°С и 150°С являются предпочтительными, поскольку при этих температурах можно воспользоваться преимуществом проведения реакции при очень высоких концентрациях полимера. Несмотря на то что может быть использован стехиометрический избыток кислоты Льюиса, в большинстве случаев нет достаточного преимущества в улучшенной технологии для обоснования дополнительной стоимости избытка кислоты Льюиса. Предпочтительно использовать от примерно 0,1 до примерно 1 моль кислоты Льюиса на моль "живых" концов анионных цепей для достижения улучшения эффективности процесса методом замедленной анионной полимеризации.
Получение радиальных (разветвленных) полимеров требует стадии постполимеризации, названной "сшивание". В приведенных выше радиальных формулах n означает целое число от 2 до примерно 30, предпочтительно от примерно 2 до примерно 15 и более предпочтительно от 2 до 6 и Х означает остаток сшивающего агента. Различные сшивающие агенты известны в данной области и могут быть использованы в получении сшитых блок-сополимеров по настоящему изобретению. Они включают, например, дигалогеноалканы, галогениды кремния, силоксаны, многофункциональные эпоксиды, соединения кремния, сложные эфиры одноатомных спиртов с карбоновыми кислотами (например, метилбензоат и диметиладипат) и эпоксидированные масла. Звездообразные полимеры получают с полиалкенильными сшивающими агентами, как раскрыто, например, в патентах США № 3985830, 4391949 и 4444953, а также патенте Канады № 716645, каждый из которых включен в данное описание посредством ссылки. Подходящие полиалкенильные сшивающие агенты включают дивинилбензол и, предпочтительно, мета-дивинилбензол. Предпочтительными являются тетра-алкоксисиланы, такие как тетра-метоксисилан (TMOS) и тетра-этоксисилан (TEOS), три-алкоксисиланы, такие как метилтриметоксисилан (MTMS), алифатические диэфиры, такие как диметиладипат и диэтиладипат, и диглицидилароматические эпоксисоединения, такие как диглицидилэфиры, являющиеся результатом реакции бис-фенола А и эпихлоргидрина.
3. Способ получения гидрированных блок-сополимеров.
Как отмечено, в некоторых случаях, т.е. (1) когда имеется диен во внутренних блоках В, (2) когда блок А представляет собой полимер 1,3-циклодиена, (3) когда имеется модифицирующий ударную прочность блок D и (4) когда блок А представляет собой полимер конъюгированного диена, имеющего содержание винила менее чем 35 мол.%, необходимо селективно гидрировать блок-сополимер для удаления этиленовой ненасыщенности. Гидрирование обычно улучшает термическую стабильность, стабильность к ультрафиолетовому свету, окислительную стабильность и, следовательно, стойкость конечного полимера к атмосферным воздействиям и уменьшает всякую возможность сульфирования блока А или блока D.
Гидрирование можно осуществлять любым из нескольких способов гидрирования или селективного гидрирования, известных из уровня техники. Например, такое гидрирование осуществляли с использованием способов, раскрытых, например, в патентах США № 3595942, 3634549, 3670054, 3700633 и переизданном патенте 27145, описания которых включены в данную заявку посредством ссылки. Эти способы используются для гидрирования полимеров, содержащих этиленовую ненасыщенность, и основаны на действии подходящего катализатора. Такой катализатор, или предшественник катализатора, предпочтительно содержит металл группы VIII, такой как никель или кобальт, который объединен с подходящим восстанавливающим агентом, таким как алкилалюминий или гидрид металла, выбранного из группы I-A, II-A и III-B периодической системы элементов, в частности лития, магния или алюминия. Это получение можно осуществлять в подходящем растворителе или разбавителе при температуре от примерно 20°С до примерно 80°С. Другие катализаторы, которые являются полезными, включают системы катализаторов на основе титана.
Гидрирование можно осуществлять в таких условиях, при которых восстанавливается по меньшей мере примерно 90% двойных связей конъюгированного диена и восстанавливается от нуля до 10% двойных связей арена. Предпочтительные диапазоны составляют по меньшей мере примерно 95% восстановленных двойных связей конъюгированного диена и более предпочтительно примерно 98% восстановленных двойных связей конъюгированного диена.
После того как гидрирование завершится, предпочтительно окислить и экстрагировать катализатор путем перемешивания раствора полимера с относительно большим количеством водной кислоты (предпочтительно 1-30 мас.% кислоты) при объемном соотношении примерно 0,5 частей водной кислоты к 1 части раствора полимера. Природа кислоты не является критической. Подходящие кислоты включают фосфорную кислоту, серную кислоту и органические кислоты. Это перемешивание продолжают при примерно 50°С в течение от примерно 30 до примерно 60 минут, барботируя смесью кислорода в азоте. На этой стадии следует соблюдать осторожность, чтобы избежать образования взрывчатой смеси кислорода и углеводородов.
4. Способ получения сульфированных полимеров
После полимеризации полимера и, если необходимо, гидрирования он будет подвергнут сульфированию с использованием агента сульфирования способами, известными в данной области, такими как способы, раскрытые в патентах США № 3577357; 5239010 и 5516831, каждый из которых включен в данное описание посредством ссылки. В одном способе используют ацилсульфаты. Ацилсульфаты известны в данной области, как описано в "Sulfonation and Related Reactions", E.E. Gilbert, Robert E. Krieger Publishing Co., Inc., Huntington, NY, p. 22, 23, 33 (1977) (Первое издание, опубликованное John Wiley & Sons, Inc. (1965)). Предпочтительный сульфирующий агент представляет собой "ацетилсульфат".
Считают, что ацетилсульфатный метод сульфирования является одним из наименее грубых и самых чистых способов. В ацетилсульфатном методе ацетилсульфат получают путем объединения концентрированной серной кислоты с молярным избытком уксусного ангидрида в подходящем растворителе, таком как 1,2-дихлорэтан. Это получают либо до реакции, либо генерируют "in situ" (на месте) в присутствии полимера. Опубликованная температура для сульфирования варьирует от 0°С до 50°С, а время реакции обычно находится в диапазоне от 2 до 6 часов. Ацетилсульфат типично получают свежим, поскольку он может реагировать сам с собой с течением времени и при повышенных температурах реакции с образованием сульфоуксусной кислоты (HSO3CH2COOH). Сульфирование с использованием ацетилсульфата часто не является количественным, конверсия ацетилсульфата может составлять от 50% до 60% для сульфирования стирольных блок-сополимеров, хотя могут быть достигнуты и более широкие диапазоны.
Выделение сульфированных полимеров часто осуществляют путем отгона с паром или посредством коагуляции в кипящей воде. После того как реакция сульфирования завершится, блок-сополимеры могут быть отлиты непосредственно в форму изделия (например, мембрану) без необходимости выделения блок-сополимера, как на предыдущей стадии. Количество молекулярных звеньев, содержащих сульфоновокислотные или сульфонатные функциональные группы в модифицированном блок-сополимере, зависит от содержания и ароматической структуры алкениларена в них. После того как эти параметры будут определены, количество таких присутствующих групп будет зависеть от степени функциональности, желательной между минимальной и максимальной степенью функциональности на основе этих параметров. Минимальная степень функциональности соответствует среднему по меньшей мере примерно одной (1), предпочтительно по меньшей мере примерно трех (3) сульфоновокислотных или сульфонатных групп на молекулу блок-сополимера. В настоящее время полагают, что присоединение примерно одной (1) сульфоновокислотной или сульфонатной группы к непаразамещенной ароматической группе блоков В является ограничивающим. Предпочтительно, функциональность составляет от примерно 10 до 100% непаразамещенных ароматических групп в блоках В, более предпочтительно от примерно 20 до примерно 90% таких групп, наиболее предпочтительно от примерно 25 до примерно 75 мол.%.
Другой путь сульфирования полимеров состоит в применении триоксида серы, как раскрыто в патенте США № 5468574, включенном в данное описание посредством ссылки. Другие пути сульфирования полимеров включают (1) реакцию с комплексом триоксида серы и диэтилового эфира и (2) реакцию с аддуктом триэтилфосфата/триоксида серы, как раскрыто в патенте США №5239010, включенном в данное описание посредством ссылки. Похожие методики с использованием соответствующих реагентов фосфора включают реакцию триоксида серы с комплексами пятиокиси фосфора и трис(2-этилгексил)фосфата, как раскрыто в РСТ публикации WO 2005/030812 А1; эта публикация также включает описание серной кислоты, предпочтительно с использованием сульфата серебра в качестве катализатора, различных агентов на основе хлорсульфоновой кислоты и смесей диоксида серы с газообразным хлором для реакции сульфирования.
5. Способ нейтрализации сульфированных полимеров
Другое воплощение настоящего изобретения состоит в "нейтрализации" модифицированного блок-сополимера основанием. Это может быть желательно всякий раз, когда необходима улучшенная стабильность полимера или усиленная прочность полимера при повышенных температурах. Нейтрализация сульфированного блок-сополимера также имеет тенденцию уменьшать коррозионные свойства кислотных группировок, усиливает движущую силу фазового разделения в блок-сополимере, улучшает стойкость к углеводородным растворителям и во многих случаях улучшает регенерацию сульфированного полимера из побочных продуктов реакции сульфирования.
Сульфированный блок-сополимер может быть по меньшей мере частично нейтрализован там, где часть сульфоновокислотных функциональных групп, протонных доноров или кислот Брэнстеда была нейтрализована основанием, основанием Брэнстеда или Льюиса. Используя определения оснований Брэнстеда и Льюиса, которые содержатся в главе 8 и ссылках в ней из Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms, and Structures, Fourth Edition by Jerry March, John Wiley & Sons, New York, 1992, основание представляет собой соединение с доступной парой электронов. Необязательно, основание может быть полимерным или неполимерным. Иллюстративные воплощения группы неполимерных оснований обычно включают соединение ионизируемого металла, которое реагирует с центрами кислоты Брэнстеда в сульфированном блок-сополимере с образованием солей металлов. В одном из воплощений соединение ионизируемого металла включает гидроксид, оксид, алкоголят, карбоксилат, формиат, ацетат, метилат, этилат, нитрат, карбонат или бикарбонат. Предпочтительно, соединение ионизируемого металла представляет собой гидроксид, ацетат или метилат, более предпочтительно соединение ионизируемого металла представляет собой гидроксид. Что касается конкретного металла, то предпочтительно, чтобы соединение ионизируемого металла содержало соединения Na+, K+, Li+, Cs+, Ag+, Hg+, Cu+, Mg2+, Са2+, Sr2+, Ва2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+, Sn2+, Pb2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Al3+, Sc3+, Fe3+, La3+ или Y3+. Предпочтительно, соединение ионизируемого металла представляет собой соединение Са2+, Fe3+ или Zn2+, такое как ацетат цинка, более предпочтительно соединение ионизируемого металла представляет собой соединение Са2+. Альтернативно, амины будут реагировать в качестве оснований с кислотными центрами в сульфированных блок-сополимерах по настоящему изобретению с образованием ионов аммония. Подходящие неполимерные амины обычно включают первичные, вторичные и третичные амины и их смеси, где заместители обычно представляют собой линейные, разветвленные или циклические алифатические или ароматические группировки или смеси различных типов заместителей. Алифатические амины обычно включают этиламин, диэтиламин, триэтиламин, триметиламин, циклогексиламин и тому подобное. Подходящие ароматические амины обычно включают пиридин, пиррол, имидазол и тому подобное. Аналогичные полимерные амины обычно включают полиэтиленамин, поливиниламин, полиаллиламин, поливинилпиридин и тому подобное. Что касается уровня нейтрализации, то предпочтительно, чтобы данный уровень составлял от 5 до 100 мол.% участков сульфирования, более предпочтительно, чтобы уровень составлял от 20 до 100 мол.%, еще более предпочтительно, чтобы уровень составлял от 50 до 100 мол.% участков сульфирования. Такая нейтрализация раскрыта в патентах США № 5239010 и 5516831, описания которых включены в данную заявку посредством ссылки.
Другие методики нейтрализации включают процессы, где часть указанных сульфоновокислотных функциональных групп была нейтрализована ацетилацетонатом алюминия, описанные в патенте США № 6653408, и реакцию с агентом, представленным формулой MRx, где М представляет собой ион металла, R независимо выбран из группы, состоящей из водорода и гидрокарбильных групп, и х означает целое число от 1 до 4, описанную в патенте США № 5003012. Описания патентов США № 6653408 и 5003012 включены в данное описание посредством ссылки.
В еще одном воплощении сульфированный блок-сополимер модифицирован путем взаимодействия с основанием, основанием Брэнстеда или Льюиса, с образованием водородной связи. Используя определения оснований Брэнстеда и Льюиса, которые содержатся в главе 8 и ссылках в ней из Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms, and Structures, Fourth Edition by Jerry March, John Wiley & Sons, New York, 1992, основание представляет собой соединение с доступной парой электронов. В этом случае основание является недостаточно сильным для нейтрализации центров кислоты Брэнстеда в сульфированном блок-сополимере, но является достаточно сильным для достижения значительного взаимодействия с сульфированным блок-сополимером с образованием водородной связи. Как указано выше, соединения азота часто имеют доступную электронную пару и много взаимодействуют с центрами сульфоновой кислоты с образованием водородной связи без эффективной нейтрализация кислотных групп. Примеры таких азотсодержащих веществ включают нитрилы, уретаны и амиды. Их полимерные аналоги, полиакриламид, полиакрилонитрил, нейлоны, ABS и полиуретаны могут быть использованы в качестве модифицирующих агентов, которые взаимодействуют с сульфированным блок-сополимером также посредством водородно-связывающих взаимодействий. Аналогично, кислородсодержащие соединения, которые имеют доступную пару электронов, будут взаимодействовать в качестве оснований с кислотными центрами в сульфированных блок-сополимерах, образуя различные оксониевые ионы. Как полимерные, так и неполимерные простые эфиры, сложные эфиры и спирты могут быть использованы таким же образом для модификации сульфированного блок-сополимера по настоящему изобретению. Сульфированные полимеры по настоящему изобретению могут быть модифицированы кислотно-основными взаимодействиями с образованием водородной связи при объединении с гликолями для включения полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля или смесей полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля самих по себе или с другими заместителями (т.е. Pluronics® и Pepgel) и тому подобного, политетрагидрофураном, сложными эфирами для включения полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, алифатических полиэфиров и тому подобного и спиртами для включения поливинилового спирта, полисахаридов и крахмалов.
Средним специалистам в данной области будет понятно, что в некоторых случаях может быть желательно дополнительное взаимодействие сульфированного блок-сополимера с другими заместителями, такими как одна или более галогеновых групп (например, фтор).
В отношении соединений ионизируемого металла полагают, что повышенные высокотемпературные свойства этих ионных сополимеров являются результатом ионного взаимодействия между ионом металла и одной или более ионизированными сульфонатными функциональными группами в блочном домене В. Это ионное взаимодействие приводит к образованию ионных поперечных связей, которое имеет место в твердом состоянии. Улучшение механических свойств и сопротивления деформации, являющееся результатом нейтрализации ионных доменов блока В, находится в значительной степени под влиянием степени нейтрализации и, следовательно, количества ионных поперечных связей и природы рассматриваемой поперечной связи. Иллюстративные воплощения неполимерных оснований включают соединение ионизируемого металла, которое реагирует с образованием солей металлов. Соединение ионизируемого металла включает гидроксид, оксид, алкоголят, карбоксилат, формиат, ацетат, метилат, этилат, нитрат, карбонат или бикарбонат.
Альтернативно, амины могут реагировать в качестве оснований с кислотными центрами в сульфированных блок-сополимерах по настоящему изобретению с образованием ионов аммония. Подходящие неполимерные амины включают первичные, вторичные и третичные амины и их смеси, где заместители обычно представляют собой линейные, разветвленные или циклические алифатические или ароматические группировки или смеси различных типов заместителей. Алифатические амины включают этиламин, диэтиламин, триэтиламин, триметиламин, циклогексиламин и тому подобное. Подходящие ароматические амины включают пиридин, пиррол, имидазол и тому подобное. Аналогичные полимерные амины обычно включают полиэтиленамин, поливиниламин, полиаллиламин, поливинилпиридин и тому подобное.
Примеры азотсодержащих веществ включают нитрилы, уретаны и амиды и их полимерные аналоги, полиакриламид, полиакрилонитрил, нейлоны, ABS (терполимер акрилонитрил-бутадиен-стирол) и полиуретаны. Подходящие примеры кислородсодержащих соединений включают как полимерные, так и неполимерные простые эфиры, сложные эфиры и спирты.
Степень сульфирования и нейтрализации может быть измерена несколькими способами. Например, для определения общей степени функциональности может быть использован инфракрасный анализ или элементный анализ. Кроме того, для определения степени функциональности и/или степени нейтрализации (содержание сульфонатной соли металла) может быть использовано титрование раствора блок-сополимера сильным основанием. Нейтрализация, как использовано здесь, основана на процентном содержании сульфонатных ионов по сравнению с общей функциональностью сульфоновой кислоты и сульфонатной группы. Условия реакции и способы раскрыты дополнительно в примерах и в патентах США № 5239010 и 5516831, описания которых включены в данную заявку посредством ссылки.
6. Выделение сульфированных полимеров
В одном из воплощений последняя стадия, после всех реакций полимеризации(й) и сульфирования, а также любых желательных дополнительных процессов, представляет собой конечную обработку для удаления конечного полимера из растворителя. Специалистам в данной области известны различные средства и способы, которые включают применение пара для выпаривания растворителя и коагуляцию полимера с последующей фильтрацией. Для выделения сульфированных полимеров также использовали коагуляцию в нерастворителе с последующей фильтрацией. В тех случаях когда отработанные реагенты и побочные продукты являются летучими, можно использовать регенерацию в сушилке с псевдоожиженным слоем. После любой из этих конечных обработок в этом воплощении предпочтительно промыть полученный полимер один или более раз в воде для того, чтобы удалить остатки реагента, которые остаются после процесса сульфирования. При добавлении к полученному полимеру воды получают суспензию, представляющую собой взвешенное в жидкости твердое вещество и имеющую молочно-белый цвет. Полимер удаляют из мутной суспензии либо фильтрацией конечного продукта из суспензии, либо делая возможным осаждение полимера с последующим удалением водной фазы. В альтернативном воплощении после того, как реакция сульфирования завершится, блок-сополимеры отливают непосредственно в форму изделия (например, мембрану) без необходимости выделения блок-сополимера, как на предыдущей стадии. В этом конкретном воплощении изделие (например, мембрана) может быть погружено в воду и будет сохранять свою форму (твердую), пока находится в воде. Другими словами, блок-сополимер не будет растворяться в воде или диспергировать в воде.
Независимо от способа выделения конечным результатом является "чистый" блок-сополимер, полезный для самых различных перспективных применений, согласно его свойствам.
7. Свойства сульфированных полимеров
Полимеры по настоящему изобретению как прямое следствие селективного сульфирования во внутреннем сегменте одного из блок-сополимеров, упомянутых выше, например внутреннем сегменте насыщенного триблок-сополимера, имеют уникальный баланс физических свойств, которые делают их чрезвычайно полезными во многих применениях. Поскольку сульфированные блок-сополимеры по изобретению не являются поперечно-сшитыми, то эти сополимеры могут быть отлиты в мембраны или покрытия. В процессе отливки сополимеры имеют тенденцию к самосборке в микрофазно-разделенные структуры. Сульфонатные группы организуются в отдельную фазу или ионные каналы. Когда эти каналы образуют непрерывную структуру, охватывающую расстояние между двумя сторонами мембраны, они обладают замечательной способностью переносить воду и протоны. Это означает целостность фазы, образованной в результате разделения концевых сегментов, что придает мембране прочность. Поскольку концевые сегменты имеют мало сульфонатных функциональных групп или не имеют их вовсе, они чрезвычайно устойчивы к пластификации при добавлении воды, а также метанола. Это эффект, который делает возможным образование мембран с хорошей прочностью в мокром состоянии. Твердость и гибкость мембраны могут легко регулироваться двумя путями. Содержание стирола во внутреннем сегменте (блок В) исходного блок-сополимера может быть увеличено с низкого уровня до 100 мас.%. Когда содержание стирола во внутреннем сегменте увеличивается, результирующая сульфированная блок-сополимерная мембрана становится более жесткой и менее гибкой. Альтернативно, содержание исходного блок-сополимера в концевом сегменте (блок А) может быть увеличено от примерно 10 мас.% до примерно 90 мас.% с эффектом, что результирующая сульфированная блок-сополимерная мембрана станет более жесткой и менее гибкой, когда содержание концевого блока в полимере увеличится. При более низких содержаниях концевого блока мембрана будет слишком слабой; при содержаниях концевого блока выше примерно 90 мас.% конечные мембраны будут иметь плохие транспортные свойства.
Регулируя структуру исходного блок-сополимера, можно получить сульфированные полимерные мембраны, имеющие неожиданную прочность в мокром состоянии, хорошо контролируемые и высокие скорости переноса воды и/или протонов через мембрану, исключительные барьерные свойства для органических и неполярных жидкостей и газов, изменяемую гибкость и эластичность, регулируемый модуль и окислительную и термическую стабильность.
Ожидают, что мембраны будут иметь хорошую стойкость к переносу метанола и хорошее сохранение свойств в присутствии метанола. Поскольку эти мембраны не являются поперечно-сшитыми, то они могут быть подвергнуты повторному формованию или повторной переработке путем перерастворения их в растворителе и повторной отливки полученного раствора; также они могут быть повторно использованы или подвергнуты повторному формованию с использованием различных способов плавления полимеров.
Интересным признаком этих однородных микрофазно-разделенных веществ является то, что одна фаза легко поглощает воду, тогда как вторая фаза является гораздо менее полярной и термопластичной. Воду в сульфированной фазе можно нагревать, используя любой из множества непрямых способов, воздействие микроволнового или радиочастотного излучения, с обозначением пары; вода, нагретая таким образом, может переносить достаточное количество тепла в термопластичную фазу, чтобы позволить размягчение или текучесть в этой фазе. Такой механизм может быть основой для способов "сварки" или формования полимеров, которые не требуют прямого нагревания термопластичной фазы. Такой способ может быть очень эффективным, так как он не требует нагревания всего изделия, быстрым, так как интенсивность может регулироваться в очень широком диапазоне, и безопасным, так как только облучаемый участок будет горячим, что приводит к более низкой общей температуре изделия. Такой способ будет хорошо подходить для сборки изделий из кусков ткани. Вместо того чтобы сшивать куски вместе, их можно "приварить" друг к другу - не сшивая прорези. Он может быть также использован для электронной сборки и строительства зданий. В родственной области пленки (для включения наполненных адгезивных пленок), приготовленные из полимеров по настоящему изобретению, могут быть использованы в качестве одноразовых адгезивов и затем удалены путем обработки водой.
Как показано в примерах, которые приведены ниже, блок-сополимеры по настоящему изобретению имеют целый ряд важных и неожиданных свойств. Например, сульфированные блок-сополимеры по настоящему изобретению имеют водопроницаемость более чем 0,1×10-6, предпочтительно более чем 1,0×10-6 грамм на Паскаль·метр·час согласно "сиккативному" способу ASTM E96-00, предел прочности при растяжении в мокром состоянии более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа), предпочтительно более чем 500 фунтов на кв.дюйм (3,4 МПа) согласно ASTM D412 и набухаемость менее чем 100 мас.%. В противоположность этому, как показано в примерах, при уровнях сульфирования (присутствие -SO3H звеньев) выше примерно 1,5 ммоль/г полимера полимеры из уровня техники имеют небольшой, если он есть, предел прочности при растяжении в мокром состоянии, тогда как полимеры по настоящему изобретению типично имеют пределы прочности при растяжении в мокром состоянии выше 500 фунтов на кв.дюйм (3,4 МПа) и во многих случаях примерно 1000 фунтов на кв.дюйм (6,9 МПа). Кроме того, было показано, что полимеры по настоящему изобретению имеют отношение предела прочности при растяжении в мокром состоянии к пределу прочности при растяжении в сухом состоянии более чем 0,3.
8. Конечные применения, соединения и приложения
Сульфированные блок-сополимеры по настоящему изобретению могут быть использованы в многочисленных приложениях и конечных применениях. Такие полимеры, имеющие селективно сульфированные внутренние блоки, будут полезными в приложениях, где важна комбинация хорошей прочности в мокром состоянии, хороших характеристик переноса воды и протонов, хорошей стойкости к метанолу, легкого образования пленок или мембран, барьерных свойств, контроля гибкости и эластичности, регулируемой твердости и термической/окислительной стабильности. В одном из воплощений настоящего изобретения сульфированные блок-сополимеры по изобретению используют в электрохимических приложениях, например, в топливных элементах (разделительная фаза), протонообменных мембранах для топливных элементов, дисперсиях обогащенных металлом частиц углерода в сульфированном полимерцементе для применения в электродных устройствах, включая приложения для топливных элементов, электролизерах для разложения воды (электролит), батареях кислотных аккумуляторов (сепаратор электролитов), сверхконденсаторах (электролит), сепараторном элементе (электролит барьер) для процессов регенерации металлов, сенсорах (в частности, для измерения влажности) и тому подобном. Сульфированные блок-сополимеры по изобретению также используют в виде мембран для обессоливания, покрытий на пористые мембраны, абсорбентов, средств личной гигиены, водных гелей и в качестве адгезивов. Кроме того, блок-сополимеры по изобретению используют в защитной одежде и воздухопроницаемых тканях, где мембраны, ткани с покрытием и текстолиты могут обеспечить барьер для защиты от различных факторов окружающей среды (ветер, дождь, снег, химические агенты, биологические агенты), обеспечивая уровень комфорта в результате их способности быстро переносить воду с одной стороны мембраны или ткани на другую, например, позволяя влаге из пота выходить с поверхности кожи владельца такой одежды на наружную поверхность мембраны или ткани и наоборот. Полностью герметичные костюмы, изготовленные из таких мембран и тканей, могут защищать специалистов службы экстренного реагирования на месте чрезвычайной ситуации, где существует вероятность воздействия дыма, разлива химикатов или различных химических или биологических агентов. Аналогичные потребности возникают в медицинских приложениях, в частности хирургии, где существует риск воздействия биологически опасных агентов. Хирургические перчатки и простыни (или салфетки), изготовленные из этих типов мембран, представляют собой другие приложения, которые могут быть полезны в медицинских условиях. Изделия, изготовленные из этих типов мембран, могут иметь антибактериальные, и/или противовирусные, и/или противомикробные свойства, как сообщается в патентах США № 6537538, 6239182, 6028115, 6932619 и 5925621, где указано, что полистиролсульфонаты действуют в качестве ингибиторных агентов против ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) и HSV (вирус простого герпеса). Для гигиенических применений будут полезны мембрана или ткань по настоящему изобретению, которые будут транспортировать водяной пар из пота, обеспечивая барьер для выхода других жидкостей организма, и при этом сохранять свои свойства прочности в мокром окружении. Применение этих типов материалов в конструкциях детских и взрослых подгузников будет приводить к улучшениям относительно существующих технологий.
Ткани могут быть изготовлены либо путем отливки сульфированного полимера из раствора на подкладочную ткань, либо включения слоя пленки из сульфированного полимера между подкладочной тканью и трикотажным полотном, предназначенным для дублирования (ламинирование).
Сульфированные блок-сополимеры по настоящему изобретению также могут быть использованы в абсорбентных изделиях и, в частности, с суперабсорбирующими материалами. В частности, сульфированные блок-сополимеры могут быть использованы для удержания и/или распределения воды в суперабсорбирующих частицах. Например, суперабсорбирующие частицы могут быть заключены в пленку из сульфированного блок-сополимера. В других воплощениях материалы по настоящему изобретению будут устойчивы к бактериальным скоплениям. Известно применение водонабухающих, обычно нерастворимых в воде абсорбирующих материалов, общеизвестных в качестве суперабсорбентов, в одноразовых абсорбирующих средствах личной гигиены. Такие абсорбирующие материалы обычно используют в абсорбирующих средствах, таких как, например, пеленки, тренировочные брюки, подгузники для взрослых и предметы женской гигиены, для увеличения поглотительной способности таких изделий, уменьшая их общий объем. Такие абсорбирующие материалы обычно присутствуют в качестве композиционного материала суперабсорбирующих частиц (SAP), смешанных в волокнистом матриксе, таком как матрикс из распушенной целлюлозы. Матрикс из распушенной целлюлозы обычно имеет поглотительную способность примерно 6 грамм жидкости на грамм пушистой массы. Суперабсорбирующие материалы (SAM) обычно имеют поглотительную способность по меньшей мере примерно 10 грамм жидкости на грамм SAM, желательно по меньшей мере примерно 20 грамм жидкости на грамм SAM и часто вплоть до примерно 40 грамм жидкости на грамм SAM.
В одном из воплощений настоящего изобретения суперабсорбирующий материал содержит натриевую соль поперечно-сшитой полиакриловой кислоты. Подходящие суперабсорбирующие материалы включают, но не ограничиваются этим: Dow AFA-177-140 и Drytech 2035, оба имеются в Dow Chemical Company, Midland, Mien.; Favor SXM-880, имеется в Stockhausen, Inc. из Greensboro, N.C.; Sanwet IM-632, имеется в Tomen America из New York, N.Y.; и Hysorb P-7050, имеется в BASF Corporation, Portsmouth, Va. Желательно, чтобы абсорбентные композиционные материалы по настоящему изобретению содержали вышеописанные суперабсорбирующие материалы в комбинации с сульфированными блок-сополимерами по настоящему изобретению, возможно содержащими волокнистый матрикс, содержащий один или более типов волокнистых материалов.
В применениях, таких как покрытия для устройств транспорта и хранения питьевой воды, будет использовано преимущество комбинации хороших механических свойств этих полимеров в мокром окружении с их тенденцией сдерживать рост биологически активных видов. Это свойство блок-сополимеров, селективно сульфированных во внутреннем сегменте, может быть успешно использовано для сточных труб (для отвода как бытовых, так и промышленных сточных вод) и очистных сооружений. Аналогично, полимеры по настоящему изобретению могут быть использованы для ингибирования роста плесени на поверхностях строительных материалов. Эти полимеры могут хорошо ингибировать рост более крупных организмов, поэтому будут полезными в избегании обрастания покрытий в различных применениях на море. Известно применение свойства самосборки селективно сульфированных блок-сополимеров для конструирования влагообменных элементов, как описано в патенте США № 6841601. В этом применении полимеры по настоящему изобретению сделают возможным производство мембранных элементов с хорошей прочностью в мокром состоянии и не будут требовать упрочнения. Это может упростить конструирование мембранных устройств для регенерации энергии. Нетканые материалы для покрытия зданий, такие как TYVEK®, поставляемые DuPont, в настоящее время используют в жилищном строительстве для сохранения элементов зданий от воздействия ветра и погоды. В некоторых условиях окружающей среды эта технология не предусматривает достаточный транспорт водяного пара через стены здания, в результате чего в стенах дома создаются условия для роста плесени. Сборка, полученная из полимеров по настоящему изобретению, может обеспечить одинаково хорошие барьерные характеристики с преимуществом обеспечения эффективного выхода водяного пара из стен здания. Аналогично, существует потребность в материале-основе для ковровых покрытий, которая обеспечивает транспорт водяного пара. Эта потребность является критической в домах, в которых используются конструкции из бетонных плит, где поток воды через бетон может быть значительным в периоды высокой влажности или избыточных дождевых осадков. Если основа коврового покрытия не транспортирует водяной пар с равной скоростью, то накопление конденсированной воды между основой коврового покрытия и поверхностью плиты может создавать проблемы. Ковровые покрытия с основой из полимерного покрытия на основе полимеров по настоящему изобретению могли бы решить эту проблему.
Сульфированные полимеры по настоящему изобретению могут быть также использованы в качестве огнезащитных материалов, в частности для опрыскивания легковоспламеняющегося изделия на пути продвижения огня. Такие сульфированные полимеры могут быть превосходными "носителями" для стандартных материалов-замедлителей воспламенения, которые несовместимы со стандартными углеводородными полимерами.
Более того, сульфированные блок-сополимеры по изобретению также могут быть использованы в качестве мембраны для сбора влаги из окружающей среды. Соответственно, такие мембраны могут быть использованы для сбора свежей воды из атмосферы в ситуации, когда нет ожидаемой поставки воды хорошего качества.
Кроме того, сополимеры по настоящему изобретению могут быть смешаны с другими компонентами, не оказывающими вредного влияния на свойства сополимеров. Блок-сополимеры по настоящему изобретению могут быть смешаны с целым рядом других полимеров, включая олефиновые полимеры, полимеры стирола, смолы, повышающие клейкость, гидрофильные полимеры и конструкционные термопластичные смолы, с полимерными жидкостями, такими как ионные жидкости, натуральные масла, ароматизаторы, и с наполнителями, такими как наноглины, углеродные нанотрубки, фуллерены и традиционные наполнители, такие как тальки, оксид кремния и тому подобное.
Кроме того, сульфированные полимеры по настоящему изобретению могут быть смешаны со стандартными стирол/диеновыми и гидрированными стирол/диеновыми блок-сополимерами, такими как стирольные блок-сополимеры, доступные от Kraton Polymers LLC. Эти стирольные блок-сополимеры включают линейные S-B-S, S-I-S, S-EB-S, S-EP-S блок-сополимеры. Также включены радиальные блок-сополимеры на основе стирола вместе с изопреном и/или бутадиеном и селективно гидрированными радиальными блок-сополимерами.
Олефиновые полимеры включают, например, гомополимеры этилена, этилен/альфа-олефиновые сополимеры, гомополимеры пропилена, пропилен/альфа-олефиновые сополимеры, ударопрочный полипропилен, гомополимеры бутилена, бутилен/альфа-олефиновые сополимеры и другие альфа-олефиновые сополимеры или интерполимеры. Типичные полиолефины включают, например, но не ограничиваются этим, по существу линейные этиленовые полимеры, однородно разветвленные линейные этиленовые полимеры, неоднородно разветвленные линейные этиленовые полимеры, включая линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилен ультра или очень низкой плотности (ULDPE или VLDPE), полиэтилен средней плотности (MDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэтилен высокого давления низкой плотности (LDPE). Другие полимеры, включенные ниже, представляют собой сополимеры этилена и акриловой кислоты (ЕЕА), иономеры этилена и метакриловой кислоты (ЕМАА), сополимеры этилена и винилацетата (EVA), сополимеры этилена и винилового спирта (EVOH), сополимеры этилена и циклического олефина, гомополимеры и сополимеры полипропилена, сополимеры пропилена и стирола, сополимеры этилена и пропилена, полибутилен, интерполимеры этилена и монооксида углерода (например, сополимер этилена и монооксида углерода (ЕСО), тройной сополимер этилена, акриловой кислоты и монооксида углерода и тому подобное). Еще одни полимеры, включенные ниже, представляют собой поливинилхлорид (PVC) и смеси PVC с другими материалами.
Полимеры стирола включают, например, кристаллический полистирол, ударопрочный полистирол, полистирол средней ударной прочности, сополимеры стирола и акрилонитрила, сополимеры стирола, акрилонитрила и бутадиена (ABS), синдиотактический полистирол, сульфированный полистирол и сополимеры стирола с олефинами. Типичные сополимеры стирола с олефинами представляют собой по существу статистические этилен/стирольные сополимеры, предпочтительно содержащие по меньшей мере 20, более предпочтительно равные или содержащие более чем 25 мас.% сополимеризованного мономера стирола.
Для целей описания и формулы изобретения термин "конструкционная термопластичная смола" охватывает различные полимеры, такие как, например, термопластичный полиэфир, термопластичный полиуретан, поли(арилэфир) и поли(арилсульфон), поликарбонат, полиацетальная смола, полиамид, галогенированный термопластичный материал, нитрильный каучук, поли(метилметакрилат) и циклические олефиновые сополимеры, и дополнительно определен в патенте США № 4107131, описание которого при этом включено посредством ссылки.
Смолы, повышающие клейкость, включают полистирольные блок-совместимые смолы и среднеблочные совместимые смолы. Полистирольная блок-совместимая смола может быть выбрана из группы кумарон-инденовой смолы, полиинденовой смолы, поли(метилинденовой) смолы, полистирольной смолы, винилтолуол-альфаметилстирольной смолы, альфаметилстирольной смолы и полифениленэфира, в частности поли(2,6-диметил-1,4-фениленэфир). Такие смолы продаются, например, под торговыми наименованиями "HERCURES", "ENDEX", "KRISTALEX", "NEVCHEM" и "РICСОТЕХ". Смолы, совместимые с гидрированным (внутренним) блоком, могут быть выбраны из группы, состоящей из совместимых С5 углеводородных смол, гидрированных С5 углеводородных смол, стиролсодержащих С5 смол, С5/С9 смол, стиролсодержащих терпеновых смол, полностью гидрированных или частично гидрированных С9 углеводородных смол, сложных эфиров канифоли, производных канифоли и их смесей. Эти смолы продаются, например, под торговыми наименованиями "REGALITE", "REGALREZ", "ESCOREZ" и "ARKON".
Гидрофильные полимеры включают полимерные основания, которые характеризуются как имеющие доступную пару электронов. Примеры таких оснований включают полимерные амины, такие как полиэтиленамин, поливиниламин, полиаллиламин, поливинилпиридин и тому подобное; полимерные аналоги азотсодержащих материалов, таких как полиакриламид, полиакрилонитрил, нейлоны, ABS, полиуретаны и тому подобное; полимерные аналоги кислородсодержащих соединений, таких как полимерные простые эфиры, сложные эфиры и спирты, и кислотно-основные взаимодействия через водородные связи при объединении с гликолями, такими как полиэтиленгликоль и полипропиленгликоль и тому подобное, политетрагидрофуран, сложные эфиры (включая полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, алифатические полиэфиры и тому подобное) и спирты (включая поливиниловый спирт), полисахариды и крахмалы. Другие гидрофильные полимеры, которые могут быть использованы, включают сульфированный полистирол. Гидрофильные жидкости, такие как ионные жидкости, могут быть объединены с полимерами по настоящему изобретению с образованием набухших проводящих пленок или гелей. Ионные жидкости, такие как те, которые описаны в патентах США 5827602 и 6531241 (описания которых включены в данную заявку посредством ссылки) могут быть введены в сульфированные полимеры либо путем набухания предварительно отлитой мембраны, либо путем добавления в систему растворителей до отливки мембраны, пленочного покрытия или волокна. Такая комбинация может найти применение в качестве твердого электролита или водопроницаемой мембраны.
Примеры веществ, которые могут быть использованы в качестве дополнительных компонентов, обычно включают, без ограничения:
1) пигменты, антиоксиданты, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, воска и активаторы течения;
2) частицы, наполнители и масла и
3) растворители и другие вещества, добавленные для усиления технологичности и транспортировки композиции.
Что касается пигментов, антиоксидантов, стабилизаторов, поверхностно-активных веществ, восков и активаторов течения, то эти компоненты при использовании в композиции с сульфированными блок-сополимерами по настоящему изобретению могут быть включены в количествах вплоть до и включая 10%, т.е. от 0 до 10%, на основе общей массы композиции. При наличии одного или более из этих компонентов они могут присутствовать в количестве от примерно 0,001 до примерно 5% и еще более предпочтительно от примерно 0,001 до примерно 1%.
Что касается частиц, наполнителей и масел, то такие компоненты могут присутствовать в количестве вплоть до 50% (включительно), от 0 до 50%, на основе общей массы композиции. При наличии одного или более из этих компонентов они могут присутствовать в количестве от примерно 5 до примерно 50%, предпочтительно от примерно 7 до примерно 50%.
Средним специалистам в данной области будет понятно, что количество растворителей и других веществ, добавленных для усиления технологичности и транспортировки композиции, будет во многих случаях зависеть от конкретной приготовленной композиции, а также растворителя и/или другого добавленного вещества. Обычно такое количество не будет превышать 50% на основе общей массы композиции.
Сульфированные блок-сополимеры по настоящему изобретению могут быть использованы для изготовления любых изделий, указанных выше, и во многих случаях будут иметь любую из множества форм, например форму пленки, листа, покрытия, ленты, полосы, профиля, молдинга, пены, ленты, ткани, нити, шнура, узкой полоски, волокна, множества волокон или прочеса. Такие изделия можно формовать различными способами, такими как, например, литье, литье под давлением, формование на твердую основу, окунание, экструзия (когда блок-сополимер находится в нейтрализованной форме), формование методом намотки, формование полых изделий заливкой и медленным вращением формы, прядение волокна (такое как электропрядение, когда блок-сополимер находится в нейтрализованной форме), изготовление пленки, нанесение лакокрасочного покрытия или вспенивание.
Заявители дополнительно заявляют способ модификации транспортных свойств пленки, отлитой из блок-сополимеров по настоящему изобретению. Используя смесь растворителей, которая содержит два или более растворителей, выбранных из полярных растворителей и неполярных растворителей, можно получать различные структуры, которые демонстрируют разные механизмы сбора воды. Это, в свою очередь, делает возможным применение блок-сополимеров по настоящему изобретению для точного подбора транспортных свойств для конкретных применений, в которых используют один класс блок-сополимеров, т.е. блок-сополимеры по настоящему изобретению. Предпочтительно, полярные растворители, используемые в способе по настоящему изобретению, выбраны из воды, спиртов, имеющих от 1 до 20 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 8 атомов углерода, более предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода; простых эфиров, имеющих от 1 до 20 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 8 атомов углерода, более предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода, включая циклические эфиры; сложных эфиров карбоновых кислот, сложных эфиров серной кислоты, амидов, карбоновых кислот, ангидридов, сульфоксидов, нитрилов и кетонов, имеющих от 1 до 20 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 8 атомов углерода, более предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода, включая циклические кетоны. Более конкретно, полярные растворители выбраны из метанола, этанола, пропанола, изопропанола, диметилового эфира, диэтилового эфира, дипропилового эфира, дибутилового эфира, замещенных и незамещенных фуранов, оксетана, диметилкетона, диэтилкетона, метилэтилкетона, замещенного и незамещенного тетрагидрофурана, метилацетата, этилацетата, пропилацетата, метилсульфата, диметилсульфата, дисульфида углерода, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, сульфоуксусной кислоты, уксусного ангидрида, ацетона, крезола, креозола, диметилсульфоксида (ДМСО), циклогексанона, диметилацетамида, диметилформамида, ацетонитрила, воды и диоксана, причем вода, тетрагидрофуран, метанол, этанол, уксусная кислота, сульфоуксусная кислота, метилсульфат, диметилсульфат и IPA (изопропанол) являются более предпочтительными полярными растворителями.
Предпочтительно, неполярные растворители, используемые в способе по настоящему изобретению, выбраны из толуола, бензола, ксилола, мезитилена, гексанов, гептанов, октанов, циклогексана, хлороформа, дихлорэтана, дихлорметана, тетрахлорида углерода, триэтилбензола, метилциклогексана, изопентана и циклопентана, причем толуол, циклогексан, метилциклогексан, циклопентан, гексаны, гептаны, изопентан и дихлорэтан являются наиболее предпочтительными неполярными растворителями. Как указано, в способе используют два или более растворителей. Это означает, что могут быть использованы два, три, четыре или более растворителей, выбранных из только полярных растворителей, только неполярных растворителей или комбинации полярных растворителей и неполярных растворителей. Соотношение растворителей друг к другу могут варьировать в широких пределах. Например, в смесях растворителей, имеющих два растворителя, соотношение может варьировать от 99,99:0,01 до 0,01:99,9. Условия, при которых отливают пленки, могут варьировать. Предпочтительно, пленки будут отливать на воздухе при температуре от 10°С до 200°С, предпочтительно при комнатной температуре, и на поверхность, с которой пленка может легко высвобождаться. Альтернативно, раствор для отливки можно привести в контакт с нерастворителем для полимера, удаляя таким образом растворитель и формируя твердую пленку или изделие. Альтернативно, ткань с покрытием может быть получена путем пропускания ткани из крученых или некрученых нитей через раствор полимера. Растворитель затем может быть удален посредством сушки или экстракции с использованием нерастворителя для полимера.
Следующие ниже примеры преследуют цель быть лишь в качестве иллюстрации и не преследуют цель и не должны истолковываться как ограничивающие каким-либо образом объем настоящего изобретения.
Иллюстративный Пример 1
Поскольку полистирол селективно сульфируется в параположении, то изобретатели предположили, что полистирол, который имеет алкильную группу, блокирующую параположение, будет менее восприимчивым к сульфированию; он будет иметь тенденцию к более медленному сульфированию или быть даже абсолютно устойчивым к сульфированию. Для того чтобы проверить эту гипотезу, проводили эксперимент на 50/50 (мас/мас.) смеси полистирола (48200 Mn (среднечисленная масса)) и поли(пара-трет-бутилстирола) примерно 22000 Mn. Смесь сульфировали, планируя 30 мол.% полистирольных сегментов для сульфирования. Всю реакционную смесь для сульфирования дважды пропускали непосредственно через оксид алюминия для того, чтобы удалить сульфированный полимерный материал. Раствор неабсорбированного полимера затем сушили и полученный полимер бежевого цвета экстрагировали метанолом для удаления сульфирующих агентов. Полимер снова сушили под вакуумом. Сульфированную неабсорбированную смесь и первоначальную непрореагировавшую смесь анализировали с помощью количественного 13С ЯМР и 1Н ЯМР для определения количества присутствующих стирола и пара-трет-бутилстирола (Таблица 1).
Таблица 1
ЯМР-анализ элюата непрореагировавшего полимера
Получение полимерного образца Содержание полистирола (мас.%) Поли-пара-трет-бутилстирол (мас.%) Способ анализа
50/50 смесь до сульфирования 49,3 50,7 1Н ЯМР
50/50 смесь после сульфирования и хроматографии 6,2 93,8 1Н ЯМР
50/50 смесь после сульфирования и хроматографии 7,0 93,0 13С ЯМР
Ясно, что реакция сульфирования предпочитает полистирольные остатки поли-пара-трет-бутилстирольным остаткам. Соответственно, полимерные блоки пара-трет-бутилстирола являются устойчивыми к сульфированию, а полимерные блоки незамещенного стирола являются восприимчивыми к сульфированию.
Иллюстративный Пример 2
В этом примере авторы изобретения охарактеризовали различные полимеры перед сульфированием. Блок-сополимеры, используемые в примерах сульфирования, описаны ниже в Таблице 2.
Таблица 2
Основные полимеры
Идентификация (ID) полимера Тип полимера Общее содержание полистирола (PSC) (мас.%) Содержание полистирола (PSC) во внутреннем блоке (мас.%) Содержа-ние ptBS (мас.%) Кажущиеся MWs 2-ответвление (кг/моль) Mn (истинная) 2-ответвление (кг/моль)
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
Aldrich-1 S-E/B-S 29 0 0 106 71
G-1 S-E/B-S 30 0 0 80 54
G-2 S-E/B-S 30 0 0 112 71
А-1 S-S/E/B-S 38 25 0 147 105
А-2 S-S/E/B-S 66 50 0 233 197
А-3 S-S/E/B-S 64 49 0 136 107
ПРИМЕРЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Т-1 (ptBS-S/E/B)n 31 50 42 167 188
Т-2 (ptBS-S/E/B)n 40 50 22 132 126
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 22 36 47 102 100
Т-3 (ptBS/S-S/E/B)n 42 50 22 145 137
Т-4 (ptBS-S)n 67 100 33 142 170
Т-5 (ptBS-S)n 68 100 32 174 212
Р-1 (pMS-S)n 67 100 0 124 132
Е-1 (PE-S)n 67 100 0 180 153
TS-1 (ptBS-E/B-S)n 34 63 34 96 85
TS-2 (ptBS-E/B-S)n 42 73 43 67 75
TS-3 (ptBS-E/B-S)n 35 60 36 91 79
TS-4 (ptBS-E/B-S)n 41 70 45 61 68
Где S = стирол, Е = этилен, В = бутилен, ptBS = пара-трет-бутилстирол, Е/В представляет собой гидрированный полибутадиен, pMS = пара-метилстирол и РЕ = гидрированный полибутадиен с низким содержанием винила (около 10% 1,2-присоединения), для (ptBS-E/B-S)x полимеров E/B-S принимали во внимание внутренний блок для того, чтобы рассчитать "PSC во внутреннем блоке (%)", "Кажущиеся MW, 2-ответвление (кг/моль)" означает молекулярную массу линейного трехблочного компонента (2-ответвление для сшитых полимеров) смеси продуктов, как измерено с помощью GPC (калибровали с помощью полистирола), "Мn(истинная) 2-ответвление (кг/моль)" представляет собой значение кажущейся MW, которое было подобрано для оценки фактической MW триблок-сополимера с использованием следующих факторов (подобраны на основе MW мономера) для приведения молекулярной массы полистирольного эквивалента в соответствие со значениями истинной MW: для полистирола: умножить кажущуюся MW на мас.% полистирола × 1,0, для гидрированного полибутадиена (Е/В): умножить кажущуюся MW на мас.% гидрированного полибутадиена × 0,54, для ptBS: умножить кажущуюся MW на мас.% поли-пара-трет-бутилстирола × 1,6, и для pMS: умножить кажущуюся MW на мас.% пара-метилстирола × 1,2. Использовали "Aldrich-1", приобретенный из Aldrich Chemical Company (Номер продукта 448885).
Информация, предоставленная с образцом из Aldrich-1, показала, что он представляет собой сульфированный, селективно гидрированный S-B-S триблок-сополимер. Полимеры, обозначенные как G-1 и G-2, представляют собой селективно гидрированные S-B-S триблок-сополимеры, доступные от Kraton Polymers. Полимеры, обозначенные как А-1, А-2 и А-3, представляют собой селективно гидрированные АВА триблок-сополимеры, где блоки А представляют собой стирольные полимерные блоки, а блок В перед гидрированием представляет собой блок-сополимер стирола и бутадиена с регулируемым распределением, изготовленный согласно способу, раскрытому в опубликованной заявке на патент США № 2003/0176582. Гидрирование с использованием методики, описанной в упомянутой выше опубликованной заявке на патент, давало полимеры А-1, А-2 и А-3.
Полимеры, обозначенные как Т-1, Т-2 и Т-2.1, представляют собой селективно гидрированные (А-В)nХ блок-сополимеры, где блок А представляет собой полимерный блок пара-трет-бутилстирола, который, как обнаружили, является устойчивым к сульфированию, а блок В представляет собой гидрированный блок бутадиена и стирола с регулируемым распределением, который, как обнаружили, является восприимчивым к сульфированию. Эти три полимера получали, используя по существу один и тот же способ, но несколько отличающиеся количества различных мономеров. Блок А получали посредством анионной полимеризации пара-трет-бутилстирола (ptBS) в циклогексане (примерно 40°С), используя втор-BuLi в качестве инициатора. "Живой" поли-пара-трет-бутилстирол в растворе циклогексана объединяли с агентом, контролирующим распределение (диэтиловый эфир (DEE), 6 мас.%). Используя методику, описанную в опубликованной заявке на патент США № 2003/0176582, сегмент с регулируемым распределением стирола в бутадиеновом полимере полимеризовали на поли-пара-трет-бутилстирольный концевой сегмент. Полученный диблок-сополимер подвергали реакции сшивания, используя метилтриметоксисилан (Si/Li=0,45/1 (моль/моль)). Сшитый полимер представлял собой в основном линейный А-В-А триблок-сополимер. Гидрирование с использованием стандартного способа с Со2+/триэтилалюминием давало полимеры, описанные в Таблице 2.
Полимер, обозначенный как Т-3, сходен с Т-2 за исключением того, что блок А представляет собой статистический сополимерный блок незамещенного стирола и пара-трет-бутилстирола. Этот полимер получали аналогичным способом за исключением того, что в анионной полимеризации блок-сополимера А использовали смесь пара-трет-бутилстирола и стирола (90/10 (мас./мас.)). Оставшийся синтез осуществляли, как описано для получения Т-2. Снова получили в основном линейный полимерный триблок-сополимер. Поскольку свыше 97% незамещенного стирольного мономера находилось в блоке В сополимера, то блоки А были устойчивыми к сульфированию, а блоки В были восприимчивыми к сульфированию.
Полимеры, обозначенные как Т-4 и Т-5, представляют собой негидрированные блок-сополимеры (А-В)nX, где блок А представляет собой полимерный блок пара-трет-бутилстирола, а блок В представляет собой полимерный блок незамещенного стирола. При получении Т-4 и Т-5 анионную полимеризацию пара-трет-бутилстирола в циклогексане инициировали с использованием втор-BuLi, получая блок А, имеющий расчетную молекулярную массу примерно 26000 г/моль. Раствор "живого" поли-пара-трет-бутилстирола в циклогексане обрабатывали мономером стирола. Последующая полимеризация давала "живой" диблок-сополимер, имеющий блок В, состоящий только из полистирола. Раствор "живого" полимера подвергали реакции сшивания с использованием тетраметоксисилана (Si/Li=0,40/1 (моль/моль)). Получали смесь разветвленных (основной компонент) и линейных сшитых полимеров. Поскольку внутренние сегменты этих полимеров содержали только полистирол, а концевые сегменты содержали только поли-пара-трет-бутилстирол, внутренние сегменты этих полимеров были гораздо более восприимчивыми к сульфированию, чем концевые сегменты.
Полимер, обозначенный как Р-1, представляет собой негидрированный блок-сополимер (А-В)nX блок-сополимер, где блок А представляет собой полимерный блок пара-метилстирола, а блок В представляет собой полимерный блок незамещенного стирола. При получении Р-1 анионную полимеризацию пара-метилстирола (использовали такой, который получен от Deltech) в циклогексане инициировали с использованием втор-BuLi. Полимеризацию контролировали в температурном диапазоне от 30°С до 65°С, получая блок А, имеющий MW (стирольный эквивалент) 20100. Раствор "живого" поли-пара-метилстирола в циклогексане обрабатывали мономером стирола (50°С). Последующая полимеризация давала "живой" диблок-сополимер (стирольный эквивалент MW=60200), имеющий блок В, состоящий только из полистирола. Раствор "живого" полимера подвергали реакции сшивания с использованием тетраметоксисилана (Si/Li=0,53/1 (моль/моль)). Получали смесь разветвленных (минорный компонент) и линейных сшитых полимеров. Поскольку внутренние сегменты этих полимеров содержали только полистирол, а концевые сегменты содержали только поли-пара-метилстирол, то можно ожидать, что внутренние сегменты этих полимеров будут гораздо более восприимчивыми к сульфированию, чем концевые сегменты.
Полимер, обозначенный как Е-1, представляет собой селективно гидрированный (А-В)nX блок-сополимер, где блок А представляет собой полукристаллический, полиэтиленподобный блок гидрированного, с низким содержанием винила, полибутадиена, который, как обнаружили, является устойчивым к сульфированию, а блок В представляет собой полистирол, который, как обнаружили, является восприимчивым к сульфированию. Блок А получали посредством анионной полимеризации 1,3-бутадиена в циклогексане в температурном диапазоне от 30°С до 60°С, используя втор-BuLi в качестве инициатора. Полимеризация занимала чуть больше часа для завершения. Аликвоту раствора "живого" полимера гасили путем добавления МеОН и анализировали, используя метод Н-ЯМР. Только 9% бутадиена полимеризовалось путем 1,2-присоединения (присоединение винила). "Живой", с низким содержанием винила, полибутадиен в растворе циклогексана подвергали взаимодействию со стиролом (50°С, примерно полчаса) для получения блока В. Полученный "живой" диблок-сополимер подвергали реакции сшивания с использованием тетраметоксисилана (Si/Li=0,52/1 (моль/моль)). Реакции сшивания позволяли протекать в течение ночи при 70°С. Сшитый полимер представлял собой в основном линейный А-В-А триблок-сополимер. Гидрирование (70°С, 650 фунтов на кв.дюйм (изб.) (4,5 МПа), примерно 2 ч) с использованием стандартного способа с Со2+/триэтилалюминием (30 млн-1 Со) давал полимер, описанный в Таблице 2. Аликвоту раствора полимера сушили для удаления растворителя. Сухой полимер легко отливали под давлением при 200°С (значительно выше точки плавления полукристаллических блоков А) в тонкую пленку; это служило доказательством термопластичной природы блок-сополимера.
Полимер, обозначенный как TS-1, представляет собой селективно гидрированный (A-D-B)nX блок-сополимер, где блок А представляет собой полимерный блок пара-трет-бутилстирола, а блок В представляет собой полимерный блок незамещенного стирола. Блок, обозначенный как D, представляет собой гидрированный бутадиен, и Х представляет собой кремнийсодержащий остаток сшивающего агента. При получении TS-1 анионную полимеризацию пара-трет-бутилстирола в циклогексане инициировали с использованием втор-BuLi, получая блок А, имеющий расчетную молекулярную массу примерно 22000 г/моль. Диэтиловый эфир (6 мас.% общего раствора) добавляли к раствору "живого" поли-пара-трет-бутилстирола (ptBS-Li) в циклогексане. Эфирмодифицированный раствор обрабатывали достаточным количеством бутадиена с получением второго сегмента с молекулярной массой 28000 г/моль (ptBS-Bd-Li). Полибутадиеновый сегмент имел содержание 1,2-присоединения 40 мас.%. Раствор "живого" (ptBS-Bd-Li) диблок-сополимера обрабатывали мономером стирола. Последующая полимеризация давала "живой" триблок-сополимер (ptBS-Bd-S-Li), имеющий третий блок, состоящий только из полистирола (MW блока S=25000 г/моль). Раствор "живого" полимера подвергали реакции сшивания с использованием тетраметоксисилана (Si/Li=0,41/1 (моль/моль)). Получали смесь разветвленных ((ptBS-Bd-S)3) (основной компонент) и линейных ((ptBS-Bd-S)2) сшитых полимеров. Гидрирование с использованием способа, описанного выше для Т-1 и Т-2, удаляло С=С ненасыщенность в бутадиеновой части пентаблок-сополимера, давая желательный (A-D-B)nX блок-сополимер. Поскольку внутренний сегмент этих полимеров содержал только полистирол, а концевые сегменты содержали только поли-пара-трет-бутилстирол, внутренние сегменты этих полимеров были гораздо более восприимчивыми к сульфированию, чем концевые сегменты. Гидрированный Bd сегмент, Е/В сополимер, был устойчивым к сульфированию и действовал в качестве повышающего ударную прочность спейсерного блока между поли-пара-трет-бутилстирольными концевыми сегментами и сульфированным полистирольным центральным сегментом. Полимеры TS-2, TS-3 и TS-4 получали, используя способы, описанные выше для получения полимера TS-1, но использовали отличающиеся количества мономеров с получением материалов, описанных в Таблице 2.
Иллюстративный Пример 3
Полимеры, описанные в Иллюстративном примере 2, сульфировали согласно методике по настоящему изобретению.
В типичном эксперименте эластомерный триблок-сополимер, полимер, обозначенный как Т-2 из Таблицы 2, имеющий устойчивые к сульфированию концевые сегменты и восприимчивый к сульфированию внутренний сегмент, обрабатывали сульфирующим агентом ацетилсульфатом. Триблок-сополимер, имеющий поли-трет-бутилстирольные (ptBS) концевые сегменты и внутренний сегмент, синтезированный посредством селективного гидрирования сополимера бутадиена (Во) и стирола (S) (S/E/B), имеющего регулируемое распределение этих двух мономеров, ptBS-S/E/B-ptBS (20 г), растворяли в 1,2-дихлорэтане (DСЕ) (400 мл) и раствор нагревали до 43°С. Ацетилсульфатный реагент приготавливали в отдельном сосуде путем объединения холодного (ледяная баня) раствора уксусного ангидрида (АсОАс) (10,85 г, 0,106 моль) в DCE (40 мл) с холодной серной кислотой (6,52 г, 0,067 моль). Холодный раствор ацетилсульфата добавляли при перемешивании к полимеру в DCE. Условия сульфирования поддерживали в течение 4,5 ч. Триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутреннем сегменте, извлекали из кипящей воды, промывали избытком воды (до тех пор, пока промывочная вода не становилась нейтральной по рН) и сушили под вакуумом. Аликвоту сухого, селективно сульфированного полимера (2,34 г) растворяли в смеси тетрагидрофурана (THF) и метанола (МеОН) (5/1 (об./об.)) и связанную с полимером сульфоновокислотную функциональную группу титровали до тимолсульфонфталеиновой конечной точки, используя раствор гидроксида натрия (NaOH) (0,245 н.) в смеси метанол/вода (80/20 (мас./мас.)). Этот анализ обнаружил, что 33,6 мол.% полистирольных участков в блок-сополимере были сульфированы.
В Таблице 3 полимеры, обозначенные как Т-1, Т-3, TS-1, TS-2, TS-3 и TS-4, сульфировали, используя по существу одну и ту же методику. Количества реагентов, используемых в последующих экспериментах, слегка различались, что приводило к несколько разным уровням сульфирования (ммоль сульфоната/г полимера).
В связанном эксперименте пластичный триблок-сополимер, имеющий устойчивые к сульфированию концевые сегменты и восприимчивый к сульфированию внутренний сегмент, сульфировали ацетилсульфатом. Триблок-сополимер, имеющий поли-пара-трет-бутилстирольные (ptBS) концевые сегменты и полистирольный (S) внутренний сегмент, ptBS-S-ptBS (обозначенный как полимер Т-4.1, Таблица 2) (20 г), растворяли в 1,2-дихлорэтане (DCE) (500 г) и раствор нагревали до 49°С. Ацетилсульфатный реагент приготавливали в отдельном сосуде путем объединения холодного (ледяная баня) раствора уксусного ангидрида (АсОАс) (18 г, 0,18 моль) в DCE (20-30 мл) с серной кислотой (10,4 г, 0,11 моль). Холодный раствор ацетилсульфата добавляли при перемешивании к полимеру в растворе DCE. Условия сульфирования поддерживали в течение 4,1 ч. Триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутреннем сегменте, выделяли посредством коагуляции в избытке воды, промывали водой для удаления кислотных остатков, которые не связались с полимером (до тех пор, пока промывочная вода не становилась нейтральной по рН), и сушили под вакуумом. Аликвоту сухого, селективно сульфированного полимера (1,04 г) растворяли в смеси толуола и метанола (МеОН) (1/2 (об./об.)) и связанную с полимером сульфоновокислотную функциональную группу титровали до тимолсульфонфталеиновой конечной точки, используя раствор гидроксида натрия (NaOH) (0,10 н.) в смеси метанол/вода (80/20 (мас./мас.)). Этот анализ обнаружил, что 37 мол.% полистирольных участков во внутреннем блоке сополимера были сульфированы.
Эту методику повторяли несколько раз, используя несколько различающиеся количества сульфирующего агента, получая данные, представленные в Таблице 3.
В эксперименте, тесно связанном с вышеописанным, пластичный Триблок-сополимер, имеющий поли-пара-метилстирол (pMS) концевые сегменты и полистирольный (S) внутренний сегмент, pMS-S-pMS (обозначенный как полимер Р-1, Таблица 2) (20 г), растворяли в 1,2-дихлорэтане (DCE) (511 г) и раствор нагревали до 55°С. Ацетилсульфатный реагент приготавливали в отдельном сосуде путем объединения раствор уксусного ангидрида (АсОАс) (20 г, 0,20 моль) в DCE (10 г) с холодной серной кислотой (12,2 г, 0,12 моль). Холодный раствор ацетилсульфата добавляли при перемешивании к полимеру в растворе DCE. Условия сульфирования поддерживали в течение 4 ч. Триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутреннем сегменте, выделяли посредством коагуляции в избытке воды, промывали водой для удаления кислотных остатков, которые не связались с полимером (до тех пор, пока промывочная вода не становилась нейтральной по рН), и сушили под вакуумом. Аликвоту сухого, селективно сульфированного полимера (1,0 г) растворяли в смеси тетрагидрофурана и МеОН (2/1 (об./об.)) и связанную с полимером сульфоновокислотную функциональную группу титровали до тимолсульфонфталеиновой конечной точки, используя раствор гидроксида натрия (NaOH) (0,135 н.) в смеси метанол/вода (80/20 (мас./мас.)). Можно ожидать, что примерно 35 мол.% полистирольных участков во внутреннем блоке сополимера будут сульфированы.
Пластичный триблок-сополимер, имеющий полиэтиленподобные (гидрированные, с низким содержанием винила, полибутадиеновые) концевые сегменты и полистирольный (S) внутренний сегмент, PE-S-PE (обозначенный как полимер Е-1, Таблица 2) (20 г), диспергировали в 1,2-дихлорэтане (DCE) (500 г) и раствор нагревали до 65°С. Ацетилсульфатный реагент приготавливали в отдельном сосуде путем объединения раствора холодного уксусного ангидрида (АсОАс) (20 г, 0,19 моль) в DCE (20 мл) с серной кислотой (12,6 г, 0,13 моль). Холодный раствор ацетилсульфата добавляли при перемешивании к полимеру в суспензии DCE. Условия сульфирования поддерживали в течение 4 ч. Триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутреннем сегменте, выделяли путем декантации отработанного реагента сульфирования и DCE, промывали водой для удаления кислотных остатков, которые не связались с полимером (до тех пор, пока промывочная вода не становилась нейтральной по рН), и сушили под вакуумом. Аликвоту сухого, селективно сульфированного полимера нагревали в присутствии ксилола, но не растворяли. Это брали в качестве подтверждающего доказательства, что полистирольные участки во внутреннем блоке сополимера были сульфированы. Аналогично, полимер уже нельзя было формовать под давлением в результате сильных взаимодействий -SO3H участков, присутствующих в блоке В сополимера.
Таблица 3
Анализ сульфированных полимеров
Идентифи-кация (ID) полимера Тип полимера Уровень сульфирования
-SO3H/полимер (ммоль/г) -SO3H/стирол (мол.% основного содержания стирола в полимере)
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
Aldrich-1 S-E/B-S 1,3-1,6 45-55
G-1 S-E/B-S 0,9 30
G-2 S-E/B-S 0,80 27
А-1 S-S/E/B-S 0,6 17
А-1.1 S-S/E/B-S 1,1 31
А-2 S-S/E/B-S 1,6 25
А-2 S-S/E/B-S 1,9 29
А-3 S-S/E/B-S 2,3 38
ПРИМЕРЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Т-1 (ptBS-S/E/B)n 1,0 35
Т-2 (ptBS-S/E/B)n 1,3 34
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,5 47
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,0 32
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,5 47
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,4 46
Т-3 (ptBS/S-S/E/B)n 1,2 28
Т-4 (ptBS-S)n 0,7 9
Т-4.1 (ptBS-S)n 2,8 37
Т-4 (ptBS-S)n 2,0 27
Т-4 (ptBS-S)n 2,0 27
Т-4 (ptBS-S)n 2,3 31
Т-5 (ptBS-S)n 2,4 37
Т-5 (ptBS-S)n 1,8 27
Т-5 (ptBS-S)n 3,2 50
Т-5 (ptBS-S)n 1,5 23,8
TS-1 (ptBS-E/B-S)n 1,5 47
TS-1.1 (ptBS-E/B-S)n 1,8 58
TS-2 (ptBS-E/B-S)n 2,5 64
TS-2.1 (ptBS-E/B-S)n 1,8 46
Р-1 (pMS-S)n 2,2 35
Е-1 (PE-S)n НА НА
Где S = стирол, Е = этилен, В = бутилен, ptBS = пара-трет-бутилстирол и Е/В представляет собой гидрированный полибутадиен, исходные полимеры описаны в Таблице 2. Использовали "Aldrich-1", приобретенный из Aldrich Chemical Company (Номер продукта 448885); функциональность, как она определена в MSDS. "НА" означает, что не анализировали.
Используя методику сульфирования, описанную выше, широкий диапазон полимеров селективно сульфировали во внутреннем сегменте А-В-А блок-сополимеров. Уровни сульфирования варьировали от примерно 0,6 до примерно 2,8 ммоль сульфонатной функциональной группы на грамм полимера для полимеров по настоящему изобретению (Полимеры Т-1, Т-2, Т-3, Т-4 и Р-1). Полимеры из сравнительных примеров, которые были сульфированы в концевых блоках (Aldrich-1 и G-1, которые имеют стирольные группы только в блоках А) или беспорядочно сульфированы во всех блоках сополимера (Полимеры А-1 и А-2, которые имеют реакционноспособные стирольные группы и в А, и в В блоках) с использованием методики сульфирования, описанной выше, имели уровни функциональности, распределенные в том же диапазоне. Все эти полимеры использовали для синтеза мембран.
Иллюстративный Пример 4
Сульфированные блок-сополимеры отливали на воздухе, при комнатной температуре, из растворителя (смеси содержали варьирующие количества тетрагидрофурана (THF), метанола (МеОН) и толуола (MeBz), причем соотношения подбирали так, чтобы удовлетворять свойствам растворимости сульфированных блок-сополимеров) на поверхность покрытой тефлоном фольги. Полученные пленки тестировали в литом виде (данные, обозначенные как "Сухой"). Тест-образцы штамповали из этих мембран с использованием штампа Mini-D. Испытание на растяжение проводили согласно ASTM D412. Сообщенные данные представляют средние значения результатов для 3-5 протестированых образцов в зависимости от вариабельности результатов для образца и количества доступного образца.
В типичном эксперименте аликвоту А-В-А триблок-сополимера, который был селективно сульфирован в эластомерном блоке В, Полимер Т-2 в Таблице 3, растворяли в смеси THF/MeOH, и раствор выливали на поверхность покрытой тефлоном фольги. Некоторые образцы мембраны приготавливали для испытания на растяжение (штамп Mini-D). "Сухие" образцы давали значения предела прочности на разрыв 4410 фунтов на кв.дюйм (30,4 МПа) (среднее) при растяжении с удлинением на 290%. Ясно, что они представляли собой крепкие эластичные пленки. Некоторые из тест-образцов, отштампованных из той же пленки, выдерживали под водой (в течение суток) перед тестированием и аппарат для испытания на растяжение использовали таким образом, чтобы образцы можно было вытягивать при полном погружении под воду (данные, обозначенные как "Мокрый" в Таблице 4). В среднем мокрые образцы имели прочность на разрыв при растяжении под водой 1790 фунтов на кв.дюйм (12,3 МПа) с удлинением на разрыв 280%. Даже в мокром состоянии эта мембрана была крепкой и очень эластичной. Неожиданно этот триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутреннем сегменте, сохранял при полной гидратации свыше 40% прочности аналогичного полимера при его тестировании в сухом состоянии; мокрый полимер имел по существу такое же удлинение на разрыв, какое наблюдали при тестировании в сухом состоянии. Эластомерную мембрану, имеющую превосходные свойства прочности и удлинения в мокром состоянии, получали путем отливки полимера по настоящему изобретению из растворителя.
Как показано в Таблице 4, сульфированные аддукты Полимеров Т-1, Т-3, Т-2.1 и TS-1, иллюстративные примеры настоящего изобретения, давали мембраны с исключительной прочностью и эластичностью в мокром состоянии.
В отличие от неожиданных результатов, полученных с полимерами по изобретению, описанных выше, пленки, отлитые из полимеров из сравнительных примеров, полимеров, сульфированных селективно в концевых блоках (Aldrich 1), и полимеров, неселективно сульфированных во всех сегментах (сульфированные аддукты Полимеров А-1.1 и А-2), имели низкие пределы прочности при растяжении в мокром состоянии. В примере, в котором использовали Aldrich 1 полимер, мокрые тест-пленки были слишком слабыми, чтобы давать обнаружимую реакцию в испытании на разрыв. За исключением экспериментов с Полимерами А-1 и G-1 пленки из полимеров из сравнительных примеров потеряли почти всю (диапазон от свыше 80 до 100% потери прочности при растяжении) свою прочность при тестировании в мокром состоянии при сравнении со свойствами, измеренными на образцах, тестированных в сухом состоянии. Ясно, что пленки, изготовленные из сульфированных блок-сополимеров, имеющих эти структуры, будут невыгодными в применениях, где эти мембраны будут намокать.
Как будет показано позже, G-1 полимер и А-1 полимер были недостаточно сульфированы для того, чтобы иметь эффективные свойства транспорта воды. Несмотря на то что эти полимеры продемонстрировали хорошие эксплуатационные характеристики в испытании на разрыв в мокром состоянии, они не были сульфированы в достаточной степени, чтобы дать эффективные полупроницаемые мембраны.
Аликвоту А-В-А блок-сополимера, имеющего только пластичные блоки (поли-пара-трет-бутилстирольные концевые сегменты и полистирольный внутренний сегмент), которые были селективно сульфированы в полистирольном внутреннем сегменте, Т-4, растворяли в THF и раствор выливали на поверхность покрытой тефлоном фольги. Некоторые образцы полученной мембраны приготавливали для испытания на растяжение (штамп Mini-D). "Сухие" образцы давали значение предела прочности при растяжении 1800 фунтов на кв.дюйм (12,4 МПа) (среднее) при удлинении 14%. Это был очень пластичный материал, который выдержал деформирующее событие с удлинением и затем разрушился. Некоторые из тест-образцов, отштампованных из той же пленки, выдерживали под водой (в течение суток) перед тестированием и аппарат для испытания на растяжение использовали таким образом, чтобы образцы можно было вытягивать при полном погружении под воду (данные, обозначенные как "Мокрый" в Таблице 4). В среднем мокрые образцы имели прочность на разрыв при растяжении под водой 640 фунтов на кв.дюйм (4,4 МПа) с удлинением на разрыв 38%. В мокром состоянии эта мембрана была крепкой и более гибкой. Неожиданно этот триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутреннем сегменте, сохранял при полной гидратации свыше 30% прочности аналогичного полимера при его тестировании в сухом состоянии; мокрый полимер имел по существу улучшенное удлинение на разрыв при сравнении с тем, которое наблюдалось при тестировании в сухом состоянии. Гибкость полимера усиливалась в результате водной селективной пластификации сульфированной полистирольной фазы. Плотную пластическую мембрану, имеющую хорошую прочность в мокром состоянии и улучшенную ударную вязкость в мокром состоянии, получали путем отливки полимера по настоящему изобретению из растворителя. Этот полимер получали путем селективного сульфирования пластичного триблок-сополимера во внутреннем сегменте. Мембраны, полученные в результате отливки близкого сульфированного полимера Т-5, давали еще лучшие результаты в тесте на разрыв в мокром состоянии (см. Эксперименты 91-57 и 91-74 в Таблице 4). Как проиллюстрировано мембранами, полученными из TS-2, вставка короткого каучукового сегмента между устойчивыми к сульфированию пара-трет-BS концевыми сегментами и восприимчивым к сульфированию S внутренним сегментом, давала сульфированные материалы с еще лучшими механическими характеристиками в мокром состоянии. Механические свойства этих материалов в сухом состоянии были также весьма хорошими (см. Полимеры TS-2 и TS-2.1 в Таблице 4).
Как показано в Таблице 4, результаты для мембраны, отлитой из селективно сульфированного пластичного триблок-сополимера, имеющего поли-пара-метилстирольные концевые сегменты и полистирольный центральный сегмент, были еще более поразительными. В сухом состоянии этот полимер был настолько хрупким, что тест-образец невозможно было штамповать из "сухого" полимера в виде отлитой мембраны; образец разрушался в процессе штамповки. Пленку затем вымачивали в воде в течение суток. Тест-образцы легко штамповали из мокрой пленки после того, как сульфированный полистирольный блок был пластифицирован водой. В испытании на растяжение под водой обнаружили, что эта полимерная мембрана имеет хорошую прочность, предел прочности при растяжении на разрыв 1800 фунтов на кв.дюйм (12,4 МПа) и поразительно улучшенную ударную вязкость.
В отношении результатов на близких мембранах, полученных из селективно сульфированного, пластичного А-В-А триблок-сополимера, имеющего полиэтиленовые концевые сегменты и полистирольный внутренний блок, см. данные в Таблице 4.
Из этих данных очевидно, что при использовании в мокром окружении мембраны, полученные из термопластичных блок-сополимеров по настоящему изобретению, которые селективно сульфированы в блоке В, будут иметь хорошую прочность, ударную вязкость и гибкие свойства. Поскольку предполагают, что многие применения изделий по настоящему изобретению будут осуществляться в мокром окружении, эти материалы будут обладать существенными преимуществами.
Таблица 4
Механические свойства при растяжении мембран, отлитых из сульфированных блок-сополимеров
Идентификация (ID) полимера Тип полимера Прочность на разрыв (фунтов на кв.дюйм)
Мокр. Сухой М/С		 Удлинение при разрыве (%)
Мокр. Сухой М/С
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
Aldrich-1 S-E/B-S 0 780 0 0 650 0
G-1 S-E/B-S 650 1200 0,54 370 630 0,59
А-1 S-S/E/B-S 770 3770 0,20 540 830 0,65
А-1.1 S-S/E/B-S 460 3440 0,13 410 580 0,71
А-2 S-S/E/B-S 230 2950 0,08 140 230 0,61
А-2 S-S/E/B-S 90 3150 0,03 60 310 0,19
А-3 S-S/E/B-S 1700 3360 0,51 300 230 1,3
ПРИМЕРЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Т-1 (ptBS-S/E/B)n 2366 3682 0,64 121 142 0,85
Т-2 (ptBS-S/E/B)n 1790 4410 0,41 280 290 0,97
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 3300 3300 1,0 280 180 1,6
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 2430 3360 0,72 300 290 1,0
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 2050 3850 0,53 140 220 0,66
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 2270 4630 0,49 160 190 0,84
Т-3 (ptBS/S-S/E/B)n 2770 3660 0,76 310 260 1,19
Т-4 (ptBS-S)n 643 1799 0,36 38 14 2,71
Т-5 (ptBS-S)n 1480 Хруп. Б/к 66 Хруп. Б/к
Т-5 (ptBS-S)n 870 Хруп. Б/к 66 Хруп. Б/к
Т-5 (ptBS-S)n НА          
TS-1 (ptBS-E/B-S)n 2940 3194 0,92 510 390 1,3
TS-1.1 (ptBS-E/B-S)n 1110 1440 0,77 180 28 6,4
TS-2 (ptBS-E/B-S)n 1600 2130 0,75 150 7 21
TS-2.1 (ptBS-E/B-S)n 4740 5870 0,81 5 16 3,2
Р-1 (pMS-S)n 1827 Хруп. Б/к 5 Хруп. Б/к
Е-1 (PE-S)n 111 НА НА 6 НА НА
Где S = стирол, Е = этилен, В = бутилен, ptBS = пара-трет-бутилстирол, Е/В представляет собой гидрированный полибутадиен и РЕ = гидрированный полибутадиен с низким содержанием винила, использовали "Aldrich-1", приобретенный из Aldrich Chemical Company (Номер продукта 44885), "Хрупкий" или "Хруп." означает мембрану, которая разрушалась при попытке осуществить штамповку образца из пленки, тестируемого на растяжение, "Бесконечное" или "Б/к" представляет собой значение соотношения свойств в мокром состоянии к свойствам в сухом состоянии, когда сухая мембрана была слишком хрупкой для тестирования. НА = не анализировали.
Иллюстративный Пример 5
В иллюстративном примере 5 сульфированные полимеры тестировали с помощью динамического механического анализа. Динамический механический анализ осуществляли как на сульфированных, так и на исходных полимерах, используя DMA 2900, произведенный ТА Instruments. Сканирования осуществляли, используя осцилляцию 10 Гц и изменение температуры 2°С/мин, на образцах пленки, отлитых из растворителя. Тестируемый температурный диапазон составлял от -100°С до 200°С для сульфированных полимеров и от -100°С до 120°С для исходных полимеров. На Фиг.1 показано сравнение модуля упругости образца Т-3 до и после сульфирования. На этой фигуре показано, что середина перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние, Tg, внутреннего блока S/EB смещается от приблизительно 15°С к приблизительно 50°С. Аналогично, на Фиг.2 показано похожее увеличение Tg внутреннего блока образца Т-2. Эти увеличения демонстрируют, что в обоих образцах внутренний блок сульфирован в степени, которая приводит к значительному изменению физических свойств образца.
Иллюстративный Пример 6
Исследования набухания на полимерных материалах были взяты в качестве критерия стабильности размеров (или ее отсутствия) для изделий, полученных из конкретного полимера в присутствии специфического агента набухания. В данном случае исследования набухания в воде осуществляли на отлитых из раствора пленках сульфированных блок-сополимеров, описанных в Таблице 4. Чрезвычайно желательно иметь полимеры, сульфированные в очень высокой степени (для хороших характеристик переноса воды), которые давали мембраны с превосходной стабильностью размеров (очень незначительное набухание) в присутствии воды.
В примере настоящего изобретения "сухой" в виде отпитой пленки, полученной из селективно сульфированного аддукта эластомерного А-В-А триблок-сополимера, имеющего поли-пара-трет-бутилстирольные концевые сегменты и эластомерный внутренний блок, представляющий собой гидрированный сополимер бутадиена и стирола, взвешивали (Полимер Т-2), погружали в чан с водой на сутки, вынимали из воды, промокали насухо и снова взвешивали. В этом эксперименте обнаружили, что пленка имела 62%-ное увеличение массы в результате погружения в воду на сутки. Образцы, взятые в более короткие промежутки времени, продемонстрировали, что пленка достигала равновесного привеса всего за несколько часов. Привес после 1-суточного пребывания под водой был взят в качестве критерия равновесного набухания для этой пленки. Как показано в Таблице 5, результаты равновесного набухания обычно ниже для пленок, отлитых из других селективно сульфированных во внутреннем сегменте сополимеров, как для эластомерных, так и пластических исходных полимеров. Можно ожидать, что они продемонстрируют еще лучшую стабильность размеров при использовании в мокрых средах.
При сравнении результаты сходных экспериментов, проведенных на пленках, отлитых из полимеров из сравнительных примеров, которые были сульфированы либо в концевых блоках, либо беспорядочно во всех частях блок-сополимера, были ниже. В этих системах набухание можно было контролировать только путем уменьшения уровня функциональности полимера. При полезных уровнях сульфирования наблюдали уровни набухания до 280%; эти пленки имеют очень низкую стабильность размеров по сравнению с полимерами по настоящему изобретению. Низший уровень набухания был получен в экспериментах на сравнительных примерах с полимерами А-1 и G-1, имеющими низшие уровни сульфирования. Но, как будет показано ниже, сниженный уровень набухания приводил к затратам в основном на характеристиках транспорта воды. В полимерах из сравнительных примеров невозможно было иметь мембрану, которая имела бы и эффективные свойства транспорта воды, и хорошую стабильность размеров (как измерено в экспериментах по набуханию) в мокром окружении. Блок-сополимеры по настоящему изобретению, которые селективно сульфированы в центральном блоке, были найдены для получения пленок, которые имели преимущество стабильности размеров в мокром окружении.
Таблица 5
Водопоглощение мембран, отлитых из сульфированных полимеров
Идентифи-кация (ID) полимера Тип полимера Уровень сульфирования Равновесное набухание
-SO3H/полимер (ммоль/г) (% привеса)
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
Aldrich 1 S-E/B-S 1,3-1,6 180
G-1 S-E/B-S 0,9 11
А-1 S-S/E/B-S 0,6 8
А-1.1 S-S/E/B-S 1,1 110
А-2 S-S/E/B-S 1,6 88
А-2 S-S/E/B-S 1,9 280
А-3 S-S/E/B-S 1,6 (сред.) 56
ПРИМЕРЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Т-1 (ptBS-S/E/B)n 1,0 30
Т-2 (ptBS-S/E/B)n 1,3 62
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,5 27
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,0 63
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,5 9,0
Т-2.1 (ptBS-S/E/B)n 1,4 24
Т-3 (ptBS/S-S/E/B)n 1,2 35
Т-4 (ptBS-S)n 2,8 74
Т-5 (ptBS-S)n 1,8 41
Т-5 (ptBS-S)n 3,2 96
Т-5 (ptBS-S)n НА 15
TS-1 (ptBS-E/B-S)n 1,5 19
TS-1.1 (ptBS-E/B-S)n 1,8 НА
TS-2 (ptBS-E/B-S)n 2,5 15
TS-2.1 (ptBS-E/B-S)n 1,8 НА
Р-1 (Pms-S)n 2,2 25
Е-1 (PE-S)n НА 34
См. примечание к Таблице 4 для пояснения символов и сокращений, используемых в этой таблице.
Иллюстративный Пример 7
Пленки, отлитые из растворителя, описанные в Иллюстративном примере 4, и близкие материалы из сравнительных примеров, описанные в Таблице 4, тестировали для определения скорости, при которой вода проходила с одной стороны мембраны на другую. Скорость передачи водяного пара (WVT) измеряли на пленках толщиной примерно 1 мил, используя "сиккативный" способ ASTM E96-00. В этом тесте небольшой с отъемной крышкой сосуд, содержащий активированный сухой сиккатив, покрывали тестируемой мембраной. Мембрану плотно закрепляли на верхней части сосуда и эту конструкцию взвешивали. Устройство для испытания подвергали воздействию атмосферы при контролируемой температуре (75°F(23,9°C)) и контролируемой влажности (относительная влажность 50%) в течение недели и снова взвешивали, чтобы посмотреть, сколько воды прошло через мембрану и было абсорбировано сиккативом. Зная время теста, толщину и площадь экспонированной поверхности мембраны и массу абсорбированной воды, можно вычислить скорость WVT и представить ее как проницаемость (г Н2О/Па·м·ч).
Обнаружили, что мембрана, полученная из полимера по изобретению, селективно сульфированного Т-2, имеет водопроницаемость 1,2×10-6 г/ Па·м·ч, эффективную скорость передачи. Кроме того, эта мембрана имела превосходную прочность в мокром состоянии и свойства при удлинении. Полимер, используемый в изготовлении этой мембраны, получали путем селективного сульфирования эластомерного триблок-сополимера во внутреннем сегменте. Как показано в Таблице 6, мембраны, полученные из других селективно сульфированных эластомерных А-В-А полимеров по настоящему изобретению, полимеров Т-1 и Т-3, также имели эффективные скорости WVT и превосходили сравнительные полимерные мембраны по прочности и стабильности размеров в мокром состоянии.
Обнаружили, что мембрана, полученная из полимера по изобретению, селективно сульфированного Т-4, имеет водопроницаемость 9,0×10-6 г/Па·м·ч, эффективную скорость передачи. Эта скорость WVT превышает (примерно в 3 раза) скорость для любого другого полимера в Таблице 6. Кроме того, эта мембрана имела хорошую прочность в мокром состоянии, продемонстрировала хорошую ударную вязкость и гибкость и имела хорошую стабильность размеров в присутствии воды. Полимер, используемый в изготовлении этой мембраны, получали путем селективного сульфирования термопластичного триблок-сополимера во внутреннем сегменте. Как показано в Таблице 6, мембраны, полученные из других селективно сульфированных термопластичных А-В-А полимеров по настоящему изобретению, полимеров Р-1 и Е-1, также имели исключительные скорости WVT и превосходную прочность в мокром состоянии и стабильность размеров в мокром окружении. Этот набор свойств обеспечивает значительное улучшение эффективности мембран, которые способны транспортировать воду.
Как и ожидалось, некоторые из мембран, полученных из сульфированных аддуктов полимеров из сравнительных примеров, имели эффективные скорости передачи воды со значениями, варьирующими от 3,6×10-7 до 2,6×10-6 г/Па·м·ч. Мембрана, полученная из сульфированного полимера А-1, сульфированного в Эксперименте 45-28, представляла собой замечательное исключение; по существу через эту мембрану вообще не наблюдалось никакого тока воды, проницаемость = 2,3×10-9 г/Па·м·ч. Основная проблема с этими мембранами (Эксперимент 45-28), изготовленными из полимера А-1, что они имели небольшую прочность в мокром состоянии или не имели ее вовсе и имели низкую стабильность размеров в присутствии воды. Их будет очень трудно использовать в приложениях, в которых вовлечено мокрое окружение. Мембраны, полученные согласно настоящему изобретению, будут иметь хорошие скорости переноса воды и будут иметь устойчивые механические свойства в присутствии воды.
Таблица 6
Скорости передачи водяного пара для мембран, отлитых из растворителя, из растворов сульфированных триблок-сополимеров
Идентификация (ID) полимера Тип полимера Равновесное набухание (% привеса) Предел прочности при растяжении в мокром состоянии (фунтов на кв.дюйм) Проницаемость (10-6 г/Па·м·ч)
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
Aldrich-1 S-E/B-S 180 0 3
G-1 S-E/B-S 11 650 0,078
А-1 S-S/E/B-S 8 770 0,0023
А-1.1 S-S/E/B-S 110 460 1,5
А-2 S-S/E/B-S 90 230 0,99
А-2 S-S/E/B-S 280 90 2,6
ПРИМЕРЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Т-1 (ptBS-S/E/B)n 30 2370 1,7
Т-2 (ptBS-S/E/B)n 62 1790 1,2
T-3 (ptBS/S-S/E/B)n 35 2770 0,30
Т-4 (ptBS-S)n 74 640 9,0
Р-1 (pMS-S)n 25 1830 НА
Е-1 (PE-S)n 34 11 НА
См. примечание к Таблице 4 для пояснения символов и сокращений, используемых в этой таблице.
Иллюстративный Пример 8
Получение селективно сульфированного (А-В-Р)х блок-сополимера (гипотетического).
Ответвление "живого" триблок-сополимера, ptBS-S-Bd-Li, будет получено с использованием способов "живой" анионной полимеризации с последующим присоединением мономеров. Ответвление "живого" триблок-сополимера будут сшивать с получением смеси линейных и разветвленных полимерных цепей, имеющих устойчивые к сульфированию концевые сегменты поли-пара-трет-бутилстирола (ptBS), восприимчивые к сульфированию внутренние сегменты полистирола (S) и предшественник для модификации ударной прочности, устойчивый к сульфированию блок гидрированного полибутадиена (Е/В) в центре молекулы.
В типичном эксперименте полимеризацию 26 г пара-трет-бутилстирольного мономера в смеси, содержащей 940 г циклогексана и 60 г сухого диэтилового эфира, будут инициировать в условиях анионной полимеризации при 40°С путем добавления 1 ммоль втор-BuLi. После полной конверсии мономера аналитический образец "живого" поли-пара-трет-бутилстирола будут терминировать путем добавления избытка МеОН и терминированный продукт будут анализировать с помощью GPC способа для того, чтобы найти полимер, имеющий истинную MW=26000 г/моль. Получив первый блок полимерного ответвления, 52 г мономера стирола будут добавлять к раствору "живого" полимера. После полной конверсии мономера аналитический образец "живого" поли-пара-трет-бутилстирол-полистирольного диблок-сополимера будут терминировать путем добавления избытка МеОН и терминированный продукт будут анализировать с помощью GPC способа для того, чтобы найти полимер, имеющий истинную MW=78000 г/моль. Это будет соответствовать ptBS-S диблок-сополимеру, имеющему молекулярные массы сегментов соответственно 26000-52000. Получив второй блок сополимерного ответвления, 20 г 1,3-бутадиенового мономера будут добавлять к раствору "живого" полимера. После полной конверсии мономера аналитический образец "живого" поли-пара-трет-бутилстирол-полистирол-полибутадиенового триблок-сополимера будут терминировать путем добавления избытка МеОН и терминированный продукт будут анализировать с помощью GPC способа для того, чтобы найти полимер, имеющий истинную MW=98000 г/моль. Это будет соответствовать ptBS-S-Bd блок-сополимеру, имеющему молекулярные массы сегментов соответственно 26000-56000-20000. Ожидают, что анализ триблок-сополимера с использованием Н-ЯМР обнаружит, что примерно 40% бутадиена были добавлены по механизму 1,2-присоединения. Получив третий блок сополимерного ответвления, "живые" полимерные ответвления будут сшивать путем добавления 0,04 ммоль тетраметоксисилана (TMOS) (Si/Li=0,4/1 (моль/моль)). Ожидают, что анализ раствора сшитого полимера с использованием GPC способа обнаружит смесь разветвленных (основной компонент) и линейных сшитых полимеров, (ptBS-S-Bd)TMOS с менее чем 10% ответвлений, оставшихся в виде свободных триблок-сополимерных цепей.
Раствор циклогексана/диэтилового эфира свежеполимеризованной смеси (ptBS-S-Bd)TMOS будут переносить в сосуд высокого давления. Водород будут добавлять до давления 700 фунтов на кв.дюйм (изб.). Суспензию (в количестве, эквивалентном 0,2 г Со), содержащую продукт реакции, полученный в результате добавления Со(неодеканоат)2 и триэтилалюминия (Al/Со=2,6/1 (моль/моль)), будут добавлять в реактор для инициации гидрирования. Когда реакция гидрирования завершится (99% С=С центров были гидрированы, как измерено с использованием метода Н-ЯМР), избыток газообразного водорода будет удален и селективно гидрированный полимер, (ptBS-S-E/B)TMOS, будет приведен в контакт с избытком 10 мас.% серной кислоты в воде и при воздействии воздуха (на этой стадии следует соблюдать осторожность, чтобы избежать образования взрывчатой смеси углеводорода и воздуха). Контактирование полимерцемента с воздухом в присутствии избытка кислоты будет приводить к окислению катализатора гидрирования и экстракции неорганических остатков катализатора в непрерывную водную фазу. Раствор полимера будут промывать водой для удаления любых разновидностей кислот, которые могут быть в органической фазе. Примерно 100 г селективно гидрированного полимера будет извлечено посредством коагуляции с МеОН, сбора путем фильтрации и высушено. Аликвоту этого полимера будут анализировать с помощью DSC и обнаружат, что Tg фазы модификатора ударной прочности будет ниже 0°С.
Аликвота нового полимера (ptBS-S-E/B)TMOS будет селективно сульфирована в центральном сегменте с использованием методики, изложенной в Эксперименте 43-51, используемом для Т-4. Порция 20 г нового полимера, имеющего устойчивый к сульфированию, модифиированный в отношении ударной прочности, центральный блок, будет растворена в 1,2-дихлорэтане (DCE) (500 г) и раствор нагрет до 49°С. Ацетилсульфатный реагент будет приготовлен в отдельном сосуде путем объединения холодного (ледяная баня) раствора уксусного ангидрида (АсОАс) (18 г, 0,18 моль) в DCE (20-30 мл) с холодной серной кислотой (10,4 г, 0,11 моль). Холодный раствор ацетилсульфата будет добавлен при перемешивании к полимеру в растворе DCE. Условия сульфирования будут поддерживаться в течение 4,1 ч. Мультиблок-сополимер, который будет селективно сульфирован во внутренних стирольных сегментах, будет выделен посредством коагуляции в избытке воды, промыт водой для удаления кислотных остатков, которые не связались с полимером (до тех пор, пока промывочная вода не станет нейтральной по рН), и высушен под вакуумом. Аликвота сухого, селективно сульфированного полимера (1,04 г) будет растворена в смеси толуола и метанола (МеОН) (1/2 (об./об.)) и связанную с полимером сульфоновокислотную функциональную группу будут титровать до тимолсульфонфталеиновой конечной точки, используя раствор гидроксида натрия (NaOH) (0,14 N) в смеси метанол/вода (80/20 (мас./мас.)). Ожидают, что этот анализ обнаружит, что примерно 37 мол.% полистирольных участков во внутреннем блоке сополимера были сульфированы.
Аликвота селективно сульфированного A-B-D-B-A блок-сополимера, имеющего устойчивые к сульфированию концевые блоки (поли-пара-трет-бутилстирольные концевые сегменты) и модифицированный в отношении ударной прочности центральный блок (гидрированный полибутадиен) и имеющего восприимчивые к сульфированию полистирольные внутренние сегменты, будет растворена в смеси растворителей THF/MeOH (3/1 (об./об.)), и раствор будет вылит на поверхность покрытой тефлоном фольги. Некоторые образцы полученной мембраны будут приготовлены для испытания на растяжение (штамп Mini-D). Ожидают, что "сухие" образцы будут давать значения предела прочности при растяжении на разрыв свыше 1800 фунтов на кв.дюйм (12,4 МПа) (среднее) при удлинении более чем 14%. Это будет очень гибкий материал. Некоторые из тест-образцов, отштампованных из такой же пленки, будут выдерживать под водой (в течение суток) перед тестированием и аппарат для испытания на растяжение будут использовать таким образом, чтобы образцы можно было вытягивать при полном погружении под воду. В среднем, ожидают, что мокрые образцы будут иметь прочность на разрыв при растяжении под водой свыше 500 фунтов на кв.дюйм (3,4 МПа) с удлинением на разрыв свыше 38%. В мокром состоянии эта мембрана будет крепкой и гибкой. Неожиданно этот триблок-сополимер, который был селективно сульфирован во внутренних стирольных сегментах, будет, как ожидают, сохранять при полной гидратации свыше 30% прочности аналогичного полимера при его тестировании в сухом состоянии. Гибкость полимера была бы усилена в результате водной селективной пластификации сульфированной полистирольной фазы. Плотную гибкую мембрану, имеющую хорошую прочность в мокром состоянии и улучшенную ударную вязкость в мокром состоянии, получали бы путем отливки полимера по настоящему изобретению из растворителя. Этот полимер получали бы путем селективного сульфирования полимера, имеющего модифицированный в отношении ударной прочности блок в центре (внутри) молекулы.
Ожидают, что исследования набухания на новом, селективно сульфированном полимере, проведенные согласно способу, изложенному в Иллюстративном примере 6, обнаружат, что селективно сульфированный (ptBS-S-E/B)TMOS полимер поглощает менее 100% его массы в воде при равновесии. Из этого результата можно будет заключить, что материалы, полученные из этого полимера, будет иметь хорошую стабильность размеров в присутствии воды.
Используя методику, изложенную в Иллюстративном примере 7, мембраны, полученные из селективно сульфированного (ptBS-S-E/B)TMOS полимера, тестировали бы на скорости переноса воды. Ожидают, что этот тест обнаружит, что эти полимеры имеют значения водопроницаемости свыше 0,1×10-6 г/Па·м·ч. Из этого результата можно будет заключить, что эти мембраны являются очень эффективными для переноса воды.
Ожидают, что эти эксперименты покажут, что селективно сульфированный полимер, имеющий устойчивые к сульфированию наружные блоки, восприимчивые к сульфированию внутренние сегменты и устойчивый к сульфированию модифицированный в отношении ударной прочности блок в центре молекулы, будет давать изделия, имеющие хорошую стабильность размеров в присутствии воды, полезные уровни прочности, превосходную ударную вязкость и гибкость и эффективные свойства транспорта воды.
Иллюстративный Пример 9
Контроль механических характеристик и состояния воды в условиях литья.
В этом примере аликвоту сульфированного блок-сополимера TS-1 на основе (A-D-B)nX, который был селективно сульфирован в блоке В, отливали из трех различных смесей растворителей (Таблица 7), на воздухе, при комнатной температуре, на поверхность покрытой тефлоном фольги. Полученные пленки тестировали в литом виде (данные, обозначенные как "Сухой"). Тест-образцы тестировали на водопоглощение, водопроницаемость, состояние воды в пленке и предел прочности при растяжении как в мокром, так и в сухом состоянии. Исследования набухания в воде проводили, как описано в Иллюстративном воплощении 6, и измерения прочности в мокром и сухом состоянии осуществляли, как описано в Иллюстративном примере 4. Атомно-силовую микроскопию осуществляли для того, чтобы увидеть морфологию трех мембран. Состояние воды измеряли, используя способ дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), изложенный в публикациях Hickner с соавт. под названиями "State of Water in Disulfonated Poly(arylene ether sulfone) Copolymers and a Perfluorosulfonic Acid Copolymer (Nation) and Its Effect on Physical and Electrochemical Properties", Macromolecules 2003, Volume 36, Number 17, 6281-6285 и Transport in sulfonated poly(phenylene)s: Proton conductivity, permeability, and the state of water", Polymer, Volume 47, Issue 11, Pages 4238-4244. Измерения скорости водопроницаемости осуществляли с помощью способа, изложенного в публикации N.S. Schneider и D. Rivin "Solvent transport in hydrocarbon and perfluorocarbon lonomers", Polymer, Volume 47, Issue 9, Pages 3119-3131.
Таблица 7
Влияние условий литья на свойства мембран
Смесь раствори-телей Прочность в сухом состоянии (фунтов на кв.дюйм) Прочность в мокром состоянии (фунтов на кв.дюйм) Водопоглощение (мас.%) Скорость проницаемости для воды (г-мил/сутки-м2) Нагревание воды в результате плавления (ΔHf) (Дж/г)
90/10 3100 2600 18 2700 191
Толуол/МеОН (21,37 МПа) (17,93      
    МПа)      
80/20 3800 2700 21 3500 257
THF/Толуол (26,20 МПа) (18,62      
    МПа)      
50/50 4300 2300 21 1160 65
THF/Толуол (29,89 МПа) (15,86      
    МПа)      
Атомно-силовая микроскопия (Фиг.3) продемонстрировала, что из трех различных растворов для отливки образовались различные структуры. Несмотря на то что все три пленки имеют исключительную прочность в мокром и сухом состоянии, прочность каждой пленки отличалась (Таблица 7). Каждая пленка также имела похожее водопоглощение от 18 до 21 мас.% (Таблица 7).
Неожиданно, что каждая пленка имеет разный механизм сбора воды, как измерено с помощью DSC (Фиг.4). На Фиг.4 показаны два перекрывающихся эндотермических пика для каждого образца, которые состоят из широкого диапазона пиков плавления от -30°С до 10°С, соответствующего слабосвязанной воде, и острого пика плавления при 0°С за счет свободной воды. Количество связанной и свободной воды указывается местоположением и шириной пиков плавления и вариациями в ΔHf (Таблица 7). Низкие значения ΔHf указывают на прочно связанную воду (ΔHf для общей воды составляет 334 Дж/г), поскольку прочно связанная вода не способна замораживаться. Варьирование относительных количеств связанной воды относительно свободной позволяет регулировать транспортные свойства с одним сульфированным полимером. В этом примере скорость водопроницаемости увеличивается более чем в три раза благодаря изменениям в количестве связанной воды.
Иллюстративный Пример 10
В иллюстративном примере 10 сульфированные полимеры тестировали на механическую стабильность в кипящей воде. Образец сульфированной полимерной мембраны приблизительно 0,75" в ширину и 3" в длину суспендировали в контейнере с кипящей водой. Нижний конец пленки утяжеляли 3 г зажимом для предупреждения всплывания сульфированной мембраны в воде. После кипячения мембраны в течение 15 минут образцы удаляли и определяли изменения в размерах. Результаты показаны в Таблице 8. Как 0091-49, так и 0091-67А-3 и G-2 образцы (сравнительные примеры) давали нежелательные результаты. Образцы набухали так сильно, что они начинали рваться под зажимами во время тестирования и рвались при удалении зажимов после тестирования. Неожиданно 0091-85 и 0091-91TS-1 и TS-2 образцы (образцы по настоящему изобретению) не набухли заметно и сохранили свои первоначальные размеры после тестирования. Это свойство чрезвычайно желательно в применениях, таких как метанольные топливные элементы, поскольку зажатая мембрана будет потенциально периодически проходить через влажную и сухую окружающую среду и стабильность размеров является наиболее важной.
Таблица 8
Набухание и мембрана стабильность в кипящей воде
Тип полимера Идентификация (ID) полимера Набухание (% увеличения в размере) Наблюдение
S-S/E/B-S А-3 180 Образец разрушался после извлечения из воды
S-E/B-S G-2 175 Образец рвался под зажимами во время набухания и рвался после удаления зажимов
(ptBS-E/B-S)n TS-1 <10 Легкая усадка после сушки
(ptBS-E/B-S)n TS-2 <10 Легкая хрупкость после сушки
Дополнительные примеры
Пример А
Селективно гидрированный блок-сополимер A-D-B-D-A, где блоки А представляют собой пара-трет-бутилстирол, блоки D состоят из гидрированного изопрена, блок В состоит из незамещенного стирола, получали следующим образом. Инициировали анионную полимеризацию пара-трет-бутилстирола в циклогексане с использованием s-BuLi, при которой блок А достигал молекулярной массы около 15000 г/моль. Добавляли изопрен для получения второго сегмента с молекулярной массой около 9000 г/моль (ptBS-Ip-Li). Раствор живого диблок-сополимера (ptBS-Ip-Li) обрабатывали мономером стирола. В результате полимеризации получали живой триблок-сополимер (ptBS-Ip-S-Li), имеющий третий блок, состоящий из полистирола (молекулярная масса блока S=28000 г/моль). К этому раствору добавляли аликвоту изопрена, в результате получали структуру живого тетраблок-сополимера (ptBS-Ip-S-Ip-Li), имеющий второй сегмент полиизопрена с молекулярной массой около 11000 г/моль. Затем добавляли вторую аликвоту пара-трет-бутилстирола, обрывали цепь в метаноле с получением концевого блока из пара-трет-бутилстирола с молекулярной массой около 14000 г/моль. Молекулярная масса блок-сополимера составляет 77 кг/моль. Осуществляли гидрирование способом, описанным в заявке в связи с получением сополимеров Т-1 и Т-2 для насыщения двойных связей С=С в сегментах из изопрена пентаблочного сополимера A-D-B-D-A, поскольку внутренний сегмент этих полимеров состоит только из полистирола, концевые сегменты состоят только из пара-трет-бутилстирола, внутренние сегменты таких полимеров восприимчивы к сульфированию по сравнению с концевыми. Гидрированный сегмент изопрена (сополимер этилена-пропилена) был устойчив к сульфированию и действовал как укрепляющий промежуточный блок между концевыми сегментами из пара-трет-бутилстирола и внутренним сульфированным сегментом из полистирола.
Пример В
Селективно гидрированный блок-сополимер A-D-B-D-A, где блоки А представляют собой пара-трет-бутилстирол, блоки D состоят из гидрированного сополимера изопрена и бутадиена, блок В состоит из незамещенного стирола, получали, как описано в Примере А, за исключением того, что вместо изопрена использовали смесь 70% изопрена и 30% бутадиена.
Пример С
Селективно гидрированный звездообразный блок-сополимер (A-D-B)nX, где блок А представляет собой пара-трет-бутилстирол, блоки D состоят из гидрированного бутадиена, блок В состоит из незамещенного стирола и Х - продукт реакции дивинилбензола, получали как описано в Примере TS-1, за исключением того, что добавляли достаточное количество бутадиена, чтобы «закрыть» концы цепи St-Li (около 3-5 молей на моль лития), затем добавляли м-дивинилбензол в молярном соотношении 3:1 к литию вместо добавления тетраметоксисилана. Полученный полимер содержит в среднем 10 лучей в отличие от полимера TS-1, содержащего 3 луча.
Пример D
Негидрированный блок-сополимер АВА, аналогичный Т-4, получали путем добавления второй аликвоты пара-трет-бутилстирола вместо соединения с тетраметоксисиланом. Этот продукт отличается от Т-4 тем, что содержит линейные молекулы.
Пример Е
Селективно гидрированный блок-сополимер A-D-B-D-A, где блоки А представляют собой пара-трет-бутилстирол, блоки D состоят из гидрированного изопрена, блок В состоит из сополимера незамещенного стирола и альфа-метилстирола, получали как описано в Примере А, за исключением того, что сегмент В получали путем сополимеризации смеси двух мономеров незамещенного стирола и альфа-метилстирола. Конечная композиция сегмента В состояла из 20 мас.% альфа-метилстирола и 80 мас.% стирола. Сополимеризацию проводили таким образом, что поддерживали существенный избыток мономеров альфа-метилстирола путем его добавления со значительно меньшей скоростью, чем добавление стирола.
Пример F
Селективно гидрированный блок-сополимер A-D-B-D-A, где блоки А представляют собой пара-трет-бутилстирол, блоки D состоят из гидрированного изопрена, блок В состоит из сополимера незамещенного стирола и 1,1-дифенилэтилена (DPE), получали, как описано в Примере А, за исключением того, что сегмент В получали путем сополимеризации смеси двух мономеров незамещенного стирола и 1,1-дифенилэтилена. Конечная композиция сегмента В состояла из 20 мас.% 1,1-дифенилэтилена и 80 мас.% стирола. Сополимеризацию проводили таким образом, что поддерживали существенный избыток мономеров 1,1-дифенилэтилена путем его добавления со значительно меньшей скоростью, чем добавление стирола.

Claims (30)

1. Сульфированный блок-сополимер, который является твердым в воде и нерастворим в воде, имеющий общую конфигурацию A-D-B-D-A, (A-D-B)nX, А-В-А, (А-В)nX, или их смеси, где n означает целое число от 2 до примерно 30, и Х представляет собой остаток сшивающего агента, где:
а) каждый блок А и каждый блок D представляет собой полимерный блок, устойчивый к сульфированию, и каждый блок В представляет собой полимерный блок, восприимчивый к сульфированию, причем указанные блоки А, В и D не содержат значительных уровней олефиновой ненасыщенности;
б) каждый блок А независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 60000, и каждый блок В независимо имеет среднечисловую молекулярную массу от 10000 до 300000; причем
в) каждый блок А содержит один или более сегментов, выбранных из полимеризованных пара-замещенных мономеров стирола или 1,3-бутадиена, где сегменты, содержащие полимеризованные конъюгированные диены, затем гидрируют, а перед гидрированием они имеют содержание винила менее чем 35 мол.%;
г) каждый блок В содержит сегменты полимеризованных мономеров незамещенного стирола, смеси незамещенного стирола/гидрированного 1,3-бутадиена, смеси незамещенного стирола/альфа-метилстирола, или 1,1-дифенилэтилена;
д) каждый блок D содержит полимеры, имеющие температуру стеклования менее чем 20°С и среднечисловую молекулярную массу от 1000 до 50000, где указанный блок D выбран из группы, состоящей из полимеризованного изопрена, 1,3-бутадиена и их смесей, имеющего содержание винила перед гидрированием от 20 до 80 мол.%, где указанные сегменты, содержащие полимеризованный 1,3-бутадиен или изопрен, затем гидрируют;
е) указанные блоки В сульфированы в пределах от 10 до 100 мол.% из расчета на звенья винилового ароматического мономера в указанных блоках В; и
ж) мольный процент виниловых ароматических мономеров, которые представляют собой незамещенные мономеры стирола, 1,1-дифенилэтилена, альфа-метилстирола, в каждом блоке В составляет от 10 до 100 мол.%.
2. Сульфированный блок-сополимер по п.1, где указанный блок А представляет собой полимерный блок пара-трет-бутилстирола, и указанный блок В представляет собой полимерный блок незамещенного стирола.
3. Сульфированный блок-сополимер по п.1, где указанный блок А представляет собой полимерный блок пара-метилстирола, и указанный блок В представляет собой полимерный блок незамещенного стирола.
4. Сульфированный блок-сополимер по п.3, где указанный блок D перед гидрированием представляет собой полимерный блок 1,3-бутадиена, и где от 20 до 80 мол.% конденсированных бутадиеновых звеньев в блоке D имеют 1,2-конфигурацию перед гидрированием.
5. Сульфированный блок-сополимер по любому из пп.1-4, где указанный сульфированный блок-сополимер имеет предел прочности при растяжении более чем 100 фунтов на кв.дюйм (689,5 кПа) в присутствии воды согласно ASTMD412.
6. Сульфированный блок-сополимер по п.1, сформованный в изделие, имеющее водопроницаемость более чем 0,1·10-6 грамм на Паскаль·метр·час согласно "сиккативному" способу ASTM E96-00, предел прочности при растяжении в мокром состоянии более чем 500 фунтов на кв. дюйм (3,4 МПа) согласно ASTM D412 и набухаемость менее чем 100 мас.%.
7. Сульфированный блок-сополимер по п.1, сформованный в изделие, имеющее водопроницаемость более чем 1,0·10-6 грамм на Паскаль-метр-час согласно "сиккативному" способу ASTM E96-00 и предел прочности при растяжении в мокром состоянии более чем 1000 фунтов на кв. дюйм (6,9 МПа) согласно ASTM D412.
8. Сульфированный блок-сополимер по п.1, сформованный в изделие, имеющее отношение предела прочности при растяжении в мокром состоянии к пределу прочности при растяжении в сухом состоянии более чем 0,3.
9. Сульфированный блок-сополимер по п.1, где часть полученных сульфоновокислотных функциональных групп в указанном блоке В нейтрализована.
10. Сульфированный блок-сополимер по п.9, где часть указанных сульфоновокислотных функциональных групп нейтрализована соединением ионизируемого металла с образованием солей металлов.
11. Сульфированный блок-сополимер по п.10, где от 50 до 100% сульфоновокислотных функциональных групп нейтрализованы.
12. Сульфированный блок-сополимер по п.10, где соединение ионизируемого металла содержит Na+, K+, Li+, Cs+, Ag+, Hg+, Cu+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ва2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+, Sn2+, Pb2+, Fe2+, Со2+, Ni2+, Zn2+, AI3+, Sc3+, Fe3+, La3+ или Y3+.
13. Сульфированный блок-сополимер по п.10, где соединение ионизируемого металла включает гидроксид, оксид, алкоголят, карбоксилат, формиат, ацетат, метилат, этилат, нитрат, карбонат или бикарбонат.
14. Изделие, образованное по меньшей мере частично из композиции, содержащей сульфированный блок-сополимер по п.1.
15. Изделие по п.14, где указанное изделие выбрано из группы, состоящей из топливных элементов, тканей, тканей с покрытием, пленок, волокон, тканей, ламинатов, адгезивов, покрытий, фильтрационных мембран, мембран для обессоливания, мембран для кондиционирования воздуха, мембран для регенерации тепла, покрытий для мембран, средств личной гигиены, адгезивов, гидрогелей, необрастающих покрытий, водопоглощающих изделий, электродных устройств и корабельных покрытий.
16. Изделие по п.14, где изделие представляет собой селективно проницаемую мембрану, образованную частично из композиции, содержащей сульфированный блок-сополимер по п.1.
17. Изделие по п.14, где изделие представляет собой топливный элемент, содержащий:
а) мембрану по п.16;
б) первый и второй противоположные электроды в контакте с указанной мембраной;
в) средство для подачи топлива к указанному первому электроду; и
г) средство для обеспечения контакта оксиданта с указанным вторым электродом.
18. Изделие по п.14, где изделие представляет собой абсорбирующую сердцевину для средств личной гигиены, образованную из композиции, содержащей сульфированный блок-сополимер по п.1 и суперабсорбирующий материал.
19. Изделие по п.18, где сульфированный блок-сополимер находится в форме пленки, содержащей суперабсорбирующий материал.
20. Изделие по п.18, где указанный суперабсорбирующий материал также содержит волокнистый материал.
21. Изделие по п.14, где изделие представляет собой одежду, содержащую множество слоев тканей из крученых или некрученых нитей вокруг мембраны по п.16.
22. Изделие по п.14, где изделие представляет собой ткань из крученых или некрученых нитей, покрытая полимером по п.1.
23. Способ модификации транспортных свойств пленки, отлитой из полимера по п.1, включающий отливку указанного полимера с использованием смеси растворителей, содержащей два или более растворителей, выбранных из группы, состоящей из полярных растворителей и неполярных растворителей.
24. Способ по п.23, где полярные растворители выбраны из спиртов, имеющих от 1 до 20 атомов углерода; простых эфиров, имеющих от 1 до 20 атомов углерода; сложных эфиров карбоновых кислот, сложных эфиров серной кислоты, амидов, карбоновых кислот, ангидридов, нитрилов и кетонов, имеющих от 1 до 20 атомов углерода.
25. Способ по п.23, где полярные растворители выбраны из метанола, этанола, пропанола, изопропанола, диметилового эфира, диэтилового эфира, дипропилового эфира, дибутилового эфира, замещенных и незамещенных фуранов, оксетана, диметилкетона, диэтилкетона, метилэтилкетона, замещенного и незамещенного тетрагидрофурана, метилацетата, этилацетата, пропилацетата, метилсульфата, диметилсульфата, дисульфида углерода, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, ацетона, крезола, креозола, диметилсульфоксида (ДМСО), циклогексанона, диметилацетамида, диметилформамида, ацетонитрила, воды и диоксана.
26. Способ по п.23, где неполярные растворители выбраны из толуола, бензола, ксилола, мезитилена, гексанов, гептанов, октанов, циклогексана, хлороформа, дихлорэтана, дихлорметана, тетрахлорида углерода, триэтил-бензола, метилциклогексана, изопентана и циклопентана.
27. Композиция, содержащая сульфированный блок-сополимер по п.1 и дополнительные компоненты, выбранные из группы, состоящей из пигментов, антиоксидантов, стабилизаторов, поверхностно-активных веществ, восков, активаторов течения, твердых частиц, наполнителей и масел.
28. Композиция по п.27, где дополнительные компоненты выбраны из группы, состоящей из других полимеров, полимерных жидкостей и наполнителей.
29. Композиция по п.27, где другие полимеры выбраны из группы, состоящей из олефиновых полимеров, полимеров стирола, смол, повышающих клейкость, гидрофильных полимеров и конструкционных термопластичных полимеров.
30. Композиция по п.29, где указанные полимеры стирола выбраны из кристаллического полистирола, ударопрочного полистирола, полистирола средней ударной прочности, синдиотактического полистирола, сульфированного полистирола, стирол/акрилонитрил/бутадиеновых полимеров и стирол/олефиновых сополимеров.
RU2008100783A 2005-07-22 2006-07-21 Сульфированные блок-сополимеры, способ их получения и различные применения этих блок-сополимеров RU2404998C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US70176805P 2005-07-22 2005-07-22
US60/701,768 2005-07-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008100783A RU2008100783A (ru) 2009-08-27
RU2404998C2 true RU2404998C2 (ru) 2010-11-27

Family

ID=36939159

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008100781A RU2425060C2 (ru) 2005-07-22 2006-07-21 Сульфированные блоксополимеры, способ их получения и различные применения этих блоксополимеров
RU2008100783A RU2404998C2 (ru) 2005-07-22 2006-07-21 Сульфированные блок-сополимеры, способ их получения и различные применения этих блок-сополимеров

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008100781A RU2425060C2 (ru) 2005-07-22 2006-07-21 Сульфированные блоксополимеры, способ их получения и различные применения этих блоксополимеров

Country Status (15)

Country Link
US (8) US7737224B2 (ru)
EP (2) EP1913032B1 (ru)
JP (2) JP5242389B2 (ru)
KR (2) KR101016895B1 (ru)
CN (2) CN101228193B (ru)
AT (2) ATE534702T1 (ru)
AU (2) AU2006271592B2 (ru)
BR (2) BRPI0613740B1 (ru)
CA (2) CA2616250C (ru)
ES (2) ES2379937T3 (ru)
PL (2) PL1919963T3 (ru)
RU (2) RU2425060C2 (ru)
TW (1) TWI326691B (ru)
WO (2) WO2007010039A1 (ru)
ZA (2) ZA200800579B (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2609477C2 (ru) * 2012-03-15 2017-02-02 КРЭЙТОН ПОЛИМЕРС Ю.Эс. ЭлЭлСи Смеси сульфированных блок-сополимеров и дисперсного углерода, и содержащие их мембраны, пленки и покрытия
RU2610268C2 (ru) * 2011-10-25 2017-02-08 КРЭЙТОН ПОЛИМЕРС ЮЭс ЭлЭлСи Модифицированные полиоксиалкиленамином сульфированные блок-сополимеры, их получение и применение

Families Citing this family (179)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083240A1 (en) * 2004-02-23 2005-09-09 Donaldson Company, Inc. Crankcase ventilation filter
US20080193818A1 (en) * 2004-03-19 2008-08-14 University Of Tennessee Research Foundation Copolymers of fluorinated polydienes and sulfonated polystyrene
US8061533B2 (en) * 2004-03-19 2011-11-22 University Of Tennessee Research Foundation Materials comprising polydienes and hydrophilic polymers and related methods
AU2005304879B2 (en) 2004-11-05 2010-02-04 Donaldson Company, Inc. Filter medium and structure
US8057567B2 (en) 2004-11-05 2011-11-15 Donaldson Company, Inc. Filter medium and breather filter structure
US8329291B2 (en) * 2005-01-31 2012-12-11 Timberline Tool, L.L.C. Multi-layered composite system and method
BRPI0606842A2 (pt) 2005-02-04 2009-07-21 Donaldson Co Inc separador de aerossol
US8404014B2 (en) 2005-02-22 2013-03-26 Donaldson Company, Inc. Aerosol separator
US20110097277A1 (en) 2005-08-25 2011-04-28 University Of Washington Particles coated with zwitterionic polymers
WO2007024393A2 (en) 2005-08-25 2007-03-01 University Of Washington Super-low fouling sulfobetaine and carboxybetaine materials and related methods
ATE503544T1 (de) 2006-02-13 2011-04-15 Donaldson Co Inc Filtergewebe, das feine fasern und reaktive, adsorptive oder absorptive partikel umfasst
EP1986257B1 (en) * 2006-02-13 2012-05-23 Kuraray Co., Ltd. Polyelectrolyte film, film-electrode assembly, and solid-polymer-type fuel cell
JP2007336790A (ja) * 2006-06-19 2007-12-27 Kuraray Co Ltd 高分子電気化学素子
JP4946666B2 (ja) * 2006-07-04 2012-06-06 住友化学株式会社 高分子電解質エマルションおよびその用途
US7990679B2 (en) * 2006-07-14 2011-08-02 Dais Analytic Corporation Nanoparticle ultracapacitor
WO2008016990A2 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Ada Technologies, Inc. High performance ultracapacitors with carbon nanomaterials and ionic liquids
EP2069412B1 (en) * 2006-08-07 2019-01-02 University of Washington Mixed charge copolymers and hydrogels
US8470071B2 (en) * 2006-09-25 2013-06-25 Dais Analytic Corporation Enhanced HVAC system and method
DE102006054951A1 (de) * 2006-11-22 2008-05-29 Volkswagen Ag Ionische Flüssigkeiten sowie deren Verwendung
KR101540123B1 (ko) * 2006-12-22 2015-07-28 바스프 에스이 코팅된 텍스타일, 특히 합성 피혁의 제조 방법
CA2674632A1 (en) 2006-12-29 2008-07-10 University Of Washington Dual-functional nonfouling surfaces and materials
WO2008089484A1 (en) * 2007-01-20 2008-07-24 Dais Analytic Corporation Multi-phase selective mass transfer through a membrane
JP5376485B2 (ja) * 2007-02-21 2013-12-25 独立行政法人日本原子力研究開発機構 アルキルグラフト鎖からなる高分子電解質膜、及び、その製造方法
US7988860B2 (en) * 2007-03-15 2011-08-02 Donaldson Company Inc. Superabsorbent-containing web that can act as a filter, absorbent, reactive layer or fuel fuse
JP5276442B2 (ja) * 2007-06-04 2013-08-28 株式会社クラレ 高分子電解質、高分子電解質膜、膜−電極接合体及び固体高分子型燃料電池
WO2009002984A2 (en) * 2007-06-26 2008-12-31 Aegis Biosciences Llp Stable and compatible polymer blends
WO2009035771A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-19 Boston Scientific Limited Embolization particles
JP2011503332A (ja) * 2007-11-19 2011-01-27 ユニヴァーシティ オブ ワシントン 船舶コーティング
US9533006B2 (en) 2007-11-19 2017-01-03 University Of Washington Marine coatings
US8658192B2 (en) * 2007-11-19 2014-02-25 University Of Washington Integrated antimicrobial and low fouling materials
WO2009067562A1 (en) 2007-11-19 2009-05-28 University Of Washington Cationic beataine precursors to zwitterionic betaines having controlled biological properties
US8557473B2 (en) * 2007-12-11 2013-10-15 Bose Corporation Fuel cell polymer electrolyte membrane
US20090155658A1 (en) * 2007-12-13 2009-06-18 Asahi Glass Company, Limited Electrode for polymer electrolyte fuel cell, membrane/electrode assembly and process for producing catalyst layer
US8440365B2 (en) * 2008-01-08 2013-05-14 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Electrolyte, production process therefor, electrolyte membrane, production process therefor, catalyst layer and fuel cell
WO2009120872A2 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Ada Technologies, Inc. High performance batteries with carbon nanomaterials and ionic liquids
JP5145411B2 (ja) * 2008-03-26 2013-02-20 帝人株式会社 固体高分子型燃料電池の電解質膜補強用フィルム
WO2009137508A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-12 Ada Technologies, Inc. High performance carbon nanocomposites for ultracapacitors
US8012539B2 (en) * 2008-05-09 2011-09-06 Kraton Polymers U.S. Llc Method for making sulfonated block copolymers, method for making membranes from such block copolymers and membrane structures
EP2299950A4 (en) * 2008-06-19 2013-05-29 Convatec Technologies Inc OSTOMY DEVICES WITH SULFONED POLYMERS
JP5519684B2 (ja) * 2008-10-28 2014-06-11 アーケマ・インコーポレイテッド 水分流動性ポリマー膜
WO2011038138A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Origene Technologies, Inc. Protein arrays and uses thereof
US8263713B2 (en) * 2009-10-13 2012-09-11 Kraton Polymers U.S. Llc Amine neutralized sulfonated block copolymers and method for making same
US8445631B2 (en) * 2009-10-13 2013-05-21 Kraton Polymers U.S. Llc Metal-neutralized sulfonated block copolymers, process for making them and their use
WO2011057225A2 (en) 2009-11-06 2011-05-12 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Self-assembled particles from zwitterionic polymers and related methods
EP2496267A4 (en) 2009-11-06 2016-02-17 Univ Washington Ct Commerciali ZWITTERIONIC POLYMER BIOKON JUGATES AND CORRESPONDING METHODS
US9013155B2 (en) 2010-01-09 2015-04-21 Dais Analytic Corporation Energy storage devices including a solid multilayer electrolyte
WO2011085186A2 (en) * 2010-01-09 2011-07-14 Dais Analytic Corporation Anionic exchange electrolyte polymer membranes
JP2011216244A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Kuraray Co Ltd 高分子電解質、高分子電解質膜、膜―電極接合体、および燃料電池
AU2011268661B2 (en) 2010-06-24 2015-11-26 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Liquid-to-air membrane energy exchanger
JP4988967B2 (ja) * 2010-07-16 2012-08-01 株式会社日本触媒 二次電池用水系電極バインダー
US9283518B2 (en) 2010-09-07 2016-03-15 Dais Analytic Corporation Fluid treatment systems and methods using selective transfer membranes
KR101223708B1 (ko) * 2010-09-14 2013-01-18 주식회사 엘지화학 트리 블록 공중합체, 및 그로부터 제조되는 전해질 막
US9429366B2 (en) * 2010-09-29 2016-08-30 Kraton Polymers U.S. Llc Energy recovery ventilation sulfonated block copolymer laminate membrane
US9394414B2 (en) * 2010-09-29 2016-07-19 Kraton Polymers U.S. Llc Elastic, moisture-vapor permeable films, their preparation and their use
US9216385B2 (en) 2010-10-04 2015-12-22 Saudi Arabian Oil Company Application of rejection enhancing agents (REAs) that do not have cloud point limitations on desalination membranes
KR101539512B1 (ko) * 2010-10-18 2015-07-24 크레이튼 폴리머즈 유.에스. 엘엘씨 설폰화된 블록 공중합체 조성물의 생산 방법
JP5563428B2 (ja) * 2010-11-08 2014-07-30 株式会社クラレ アニオン交換性ブロック共重合体、及びアニオン交換膜
US8915092B2 (en) 2011-01-19 2014-12-23 Venmar Ces, Inc. Heat pump system having a pre-processing module
US9861941B2 (en) * 2011-07-12 2018-01-09 Kraton Polymers U.S. Llc Modified sulfonated block copolymers and the preparation thereof
CA2872378C (en) 2011-07-20 2016-01-12 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Photonic blood typing
JP5652961B2 (ja) * 2011-08-02 2015-01-14 大日精化工業株式会社 スルホン酸基含有ブロックコポリマーおよびその製造方法、顔料分散剤、顔料着色剤組成物、樹脂処理顔料組成物およびその製造方法ならびにカラーフィルター用顔料着色剤組成物
US9810439B2 (en) 2011-09-02 2017-11-07 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Energy exchange system for conditioning air in an enclosed structure
JP5792018B2 (ja) * 2011-10-03 2015-10-07 株式会社クラレ 高分子電解質膜、膜−電極接合体及び固体高分子型燃料電池
US20130101767A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Kraton Polymers U.S. Llc Method for melt processing sulfonated block copolymers and articles comprising optionally amine modified sulfonated block copolymers
US20130108880A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 Kraton Polymers U.S. Llc Sulfonated block copolymer laminates with polar or active metal substrates
US11021559B2 (en) 2011-10-31 2021-06-01 Kraton Polymers Llc Sulfonated block copolymer laminates with polar or active metal substrates
KR101350382B1 (ko) * 2011-11-02 2014-01-10 세종대학교산학협력단 스타이렌-부타디엔 삼중 블록 공중합체, 및 이의 제조 방법
JP2015500913A (ja) 2011-12-14 2015-01-08 センプラス・バイオサイエンシーズ・コーポレイションＳｅｍｐｒｕｓ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃｏｒｐ． 表面改質コンタクトレンズを作り出すための多段階式ｕｖ方法
EP2791213A4 (en) 2011-12-14 2015-10-28 Semprus Biosciences Corp SILICONE HYDROGEN CONTACT LENS MODIFIED WITH LANTHANIDE OR TRANSITION METAL OXIDANTS
JP2015507761A (ja) 2011-12-14 2015-03-12 センプラス・バイオサイエンシーズ・コーポレイションＳｅｍｐｒｕｓ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃｏｒｐ． コンタクトレンズ改質のためのレドックス法
MX2014007202A (es) 2011-12-14 2015-03-09 Semprus Biosciences Corp Lentes de contacto modificadas en la superficie.
CA2859195C (en) 2011-12-14 2016-09-27 Semprus Biosciences Corp. Imbibing process for contact lens surface modification
US10031138B2 (en) 2012-01-20 2018-07-24 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Hierarchical films having ultra low fouling and high recognition element loading properties
EP2618090B1 (en) 2012-01-20 2014-10-15 Westwind Limited Heat exchanger element and method for the production
US9293269B2 (en) 2012-02-08 2016-03-22 Dais Analytic Corporation Ultracapacitor tolerating electric field of sufficient strength
US20130225020A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Kraton Polymers Us Llc High flow, hydrogenated styrene-butadiene-styrene block copolymer and applications
US9771473B2 (en) 2012-02-24 2017-09-26 Kraton Polymers U.S. Llc High flow, hydrogenated styrene-butadiene-styrene block copolymers and applications
DE102012206273A1 (de) 2012-04-17 2013-10-17 Tesa Se Vernetzbare Klebmasse mit Hart- und Weichblöcken als Permeantenbarriere
DE102012206265A1 (de) 2012-04-17 2013-10-17 Tesa Se Temperaturstabile vernetzbare Klebemasse mit Hart- und Weichblöcken
US20140014289A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 Kraton Polymers U.S. Llc Enhanced-efficiency energy recovery ventilation core
CN102733088B (zh) * 2012-07-19 2014-05-07 哈尔滨工业大学 一种温敏性聚n-异丙基丙烯酰胺/聚氨酯载药电纺纤维膜及其制备方法
US9816760B2 (en) 2012-08-24 2017-11-14 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Liquid panel assembly
US8871699B2 (en) 2012-09-13 2014-10-28 Ecolab Usa Inc. Detergent composition comprising phosphinosuccinic acid adducts and methods of use
US20140308162A1 (en) 2013-04-15 2014-10-16 Ecolab Usa Inc. Peroxycarboxylic acid based sanitizing rinse additives for use in ware washing
US9994799B2 (en) 2012-09-13 2018-06-12 Ecolab Usa Inc. Hard surface cleaning compositions comprising phosphinosuccinic acid adducts and methods of use
US9023784B2 (en) 2012-09-13 2015-05-05 Ecolab Usa Inc. Method of reducing soil redeposition on a hard surface using phosphinosuccinic acid adducts
US9752105B2 (en) 2012-09-13 2017-09-05 Ecolab Usa Inc. Two step method of cleaning, sanitizing, and rinsing a surface
WO2014071453A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-15 Deakin University Toughened thermosets
KR102020485B1 (ko) 2013-01-11 2019-09-11 삼성디스플레이 주식회사 블록 공중합체, 그 형성 방법 및 패턴 형성 방법
US9061254B2 (en) * 2013-01-14 2015-06-23 Kraton Polymers U.S. Llc Block copolymers, their manufacture and their use
CN104936990B (zh) 2013-01-14 2017-05-17 科腾聚合物美国有限责任公司 阴离子交换嵌段共聚物，其制造及其用途
US9627691B2 (en) 2013-02-07 2017-04-18 Ada Technologies, Inc. Metalized, three-dimensional structured oxygen cathode materials for lithium/air batteries and method for making and using the same
US9109808B2 (en) 2013-03-13 2015-08-18 Venmar Ces, Inc. Variable desiccant control energy exchange system and method
US9772124B2 (en) 2013-03-13 2017-09-26 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Heat pump defrosting system and method
US10352628B2 (en) 2013-03-14 2019-07-16 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Membrane-integrated energy exchange assembly
US10584884B2 (en) 2013-03-15 2020-03-10 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Control system and method for a liquid desiccant air delivery system
US11408681B2 (en) 2013-03-15 2022-08-09 Nortek Air Solations Canada, Iac. Evaporative cooling system with liquid-to-air membrane energy exchanger
US9890467B2 (en) * 2013-03-15 2018-02-13 Biotectix Llc Implantable electrode comprising a conductive polymeric coating
US10090527B2 (en) * 2013-03-15 2018-10-02 Zeon Corporation Binder composition for secondary battery, slurry composition for secondary battery, negative electrode for secondary battery, and secondary battery
US9302248B2 (en) 2013-04-10 2016-04-05 Evonik Corporation Particulate superabsorbent polymer composition having improved stability
US9375507B2 (en) 2013-04-10 2016-06-28 Evonik Corporation Particulate superabsorbent polymer composition having improved stability
CA2872185C (en) 2013-07-19 2015-12-15 Marcel Riendeau Heat / enthalpy exchanger element and method for the production
WO2015041146A1 (ja) * 2013-09-20 2015-03-26 Dic株式会社 ブロック共重合体の製造方法及びその方法により得られたブロック共重合体
US9127132B2 (en) * 2013-10-08 2015-09-08 Katon Polymers U.S. LLC Process for coagulating sulfonated block copolymers
CN104722241A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 上海师范大学 羧酸盐磺酸盐类三元共聚物分散剂及其制备工艺
TWI589610B (zh) 2013-12-31 2017-07-01 財團法人工業技術研究院 聚電解質與儲能元件
SG11201607475XA (en) * 2014-03-26 2016-10-28 Univ Singapore Highly permeable double-skinned forward osmosis membrane for anti-fouling in the emulsified oil-water separation process
US10047477B2 (en) * 2014-04-02 2018-08-14 Kraton Polymers U.S. Llc Textile coating composition
KR101926950B1 (ko) 2014-04-02 2018-12-07 크레이튼 폴리머즈 유.에스. 엘엘씨 중간 블록 설폰화 블록 공중합체의 수성 유제의 제조 방법
RU2016142917A (ru) 2014-04-02 2018-05-08 КРЭЙТОН ПОЛИМЕРС Ю.Эс. ЭлЭлСи Способ получения водной эмульсии блоксополимера с сульфированным серединным блоком
US9216405B1 (en) 2014-06-26 2015-12-22 Kraton Polymers U.S. Llc Rotary enthalpy exchange wheel having sulfonated block copolymer
CN105273204B (zh) 2014-07-16 2020-10-16 科腾聚合物美国有限责任公司 嵌段共聚物、其制备及其用途
WO2016026042A1 (en) 2014-08-19 2016-02-25 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Liquid to air membrane energy exchangers
CZ305957B6 (cs) * 2014-12-23 2016-05-18 2Vv S.R.O. Entalpický výměník tepla
US11092349B2 (en) 2015-05-15 2021-08-17 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Systems and methods for providing cooling to a heat load
SG10201913923WA (en) 2015-05-15 2020-03-30 Nortek Air Solutions Canada Inc Using liquid to air membrane energy exchanger for liquid cooling
US10962252B2 (en) 2015-06-26 2021-03-30 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Three-fluid liquid to air membrane energy exchanger
US9834625B2 (en) * 2015-08-14 2017-12-05 Kraton Polymers U.S. Llc Amine-containing polyalkenyl coupling agents and polymers prepared therefrom
CN108430606B (zh) 2015-10-07 2021-11-02 戴斯分析公司 使用选择性转移膜的蒸发冷却系统和方法
CN105255090B (zh) * 2015-10-10 2017-07-28 嘉兴市博尔塑胶有限公司 使用sebs回收料的组合物及由其得到的高强度无卤阻燃绝缘材料
EP3365045A4 (en) 2015-10-22 2019-07-03 Cytosorbents Corporation MULTIFUNCTIONAL, HEMO-COMPATIBLE, POROUS POLYMERPERLENE SUBSTANCE FOR REMOVING PROTEIN-BASED TOXINS AND CALIUM FROM BIOLOGICAL FLUIDS
CN109073265B (zh) 2016-03-08 2021-09-28 北狄空气应对加拿大公司 用于向热负载提供冷却的系统和方法
CN108779221B (zh) * 2016-03-24 2022-07-05 科腾聚合物美国有限责任公司 半结晶嵌段共聚物和得自其的组合物
CN109312030A (zh) 2016-06-17 2019-02-05 康奈尔大学 交联聚合材料
US11001761B2 (en) 2016-12-08 2021-05-11 Kemira Oyj Method and composition for treating tailings
CN108525530A (zh) * 2017-03-01 2018-09-14 南京欧纳壹有机光电有限公司 一种有机-无机复合膜的制备方法及其应用
AU2017410557A1 (en) 2017-04-18 2019-12-05 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Desiccant enhanced evaporative cooling systems and methods
JP2020528968A (ja) 2017-07-27 2020-10-01 インヴィスタ テキスタイルズ（ユー．ケー．）リミテッド 消防士及び第一対応者のための耐炎性通気性防護衣服
WO2019031454A1 (ja) * 2017-08-07 2019-02-14 東ソー・ファインケム株式会社 高純度の両親媒性アリールスルホン酸アミン塩ビニルモノマーとその（共）重合物
CN109777362A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 中国石油化工股份有限公司 一种硫酸盐基苯乙烯/氢化共轭二烯/苯乙烯嵌段共聚物离聚体复合相变材料及制备方法
CN111699574B (zh) * 2018-03-07 2023-05-05 日本瑞翁株式会社 非水系二次电池电极用粘结剂组合物及其制造方法、非水系二次电池电极用浆料组合物、非水系二次电池用电极以及非水系二次电池
WO2019229680A1 (en) 2018-06-01 2019-12-05 3M Innovative Properties Company Porous membranes including triblock copolymers
CN109112855A (zh) * 2018-07-03 2019-01-01 绍兴百立盛新材料科技有限公司 一种具有降温效果的印花浆料及其制备方法和应用
JP7476801B2 (ja) * 2018-12-18 2024-05-01 東亞合成株式会社 二次電池電極用バインダー及びその利用
US20220088546A1 (en) * 2019-03-28 2022-03-24 3M Innovative Properties Company Porous Membranes Including Triblock Copolymers
KR20210151065A (ko) * 2019-03-29 2021-12-13 니폰 제온 가부시키가이샤 비수계 이차 전지용 바인더 조성물, 비수계 이차 전지 전극용 슬러리 조성물, 비수계 이차 전지용 전극, 및 비수계 이차 전지
US11629215B2 (en) * 2019-04-02 2023-04-18 Kraton Corporation Sulfonated block copolymers and uses thereof
KR102183145B1 (ko) * 2019-04-08 2020-11-25 주식회사 실크로드시앤티 석고보드용 혼화제, 석고보드 형성용 조성물 및 이를 이용한 석고보드
CN110028209B (zh) * 2019-05-30 2021-09-21 安徽欣创节能环保科技股份有限公司 一种mbr工艺在生活污水处理中的应用
CN112538188B (zh) * 2019-09-20 2022-10-21 中国石油化工股份有限公司 一种智能控湿阻隔复合薄膜及其制备方法和应用
KR20220073842A (ko) * 2019-10-10 2022-06-03 크레이튼 폴리머스 엘엘씨 멤브레인 기반 에어 컨디셔닝 시스템
CN112694758B (zh) * 2019-10-23 2022-05-24 财团法人工业技术研究院 离子交换树脂组合物、其制备方法以及其所形成的膜材
CN111068527B (zh) * 2019-12-23 2022-04-19 哈尔滨工业大学（深圳） 用于去除重金属污染物的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法
US20230174793A1 (en) * 2020-04-17 2023-06-08 Kraton Polymers Llc Self-Disinfecting Frequently Touched Surface
AU2021102029A4 (en) 2020-04-17 2021-06-10 Kraton Polymers Research B.V. Antimicrobial Face Mask
DE202021001415U1 (de) 2020-04-17 2021-08-03 Kraton Polymers Research B.V. Biosichere Schutzvorrichtung
DE202021001416U1 (de) 2020-04-17 2021-09-24 Kraton Polymers Research B.V. Selbststerilisierender Schutz für Oberflächen
AU2021102028A4 (en) 2020-04-17 2021-06-10 Kraton Polymers Research B.V. Self-Disinfecting Face Shield
EP4110504A2 (en) * 2020-04-17 2023-01-04 Kraton Polymers LLC Antimicrobial spray composition
US20210355342A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Kraton Polymers Llc Bio-secure protective equipment and methods for making
AU2021102033A4 (en) 2020-04-17 2021-06-10 Kraton Polymers Research B.V. Self-sterilizing wound dressing
DE202021001421U1 (de) 2020-04-17 2021-09-24 Kraton Polymers Research B.V. Luftfiltergerät mit antimikrobiellen Filtermedien
US20230151226A1 (en) 2020-04-17 2023-05-18 Kraton Polymers Llc Antimicrobial paint composition
US20210355343A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 North Carolina State University Inherently self-disinfecting coating surfaces and method for making thereof
KR102332242B1 (ko) * 2020-06-11 2021-11-30 주식회사 실크로드시앤티 석고보드용 혼화제
CN111718506B (zh) * 2020-07-13 2021-04-20 西安交通大学 一种高交联高磺化度磺化芳香嵌段聚合物膜的制备及应用
US20220069418A1 (en) * 2020-09-03 2022-03-03 Sumitomo Chemical Company, Limited Porous layer for nonaqueous electrolyte secondary battery
CN114573922B (zh) * 2020-11-30 2023-04-07 国科广化(南雄)新材料研究院有限公司 一种单质硫/萜烯共聚物在热塑性弹性体中的应用
CN114763396B (zh) * 2021-01-14 2024-02-13 中国石油化工股份有限公司 梳型丁二烯-苯乙烯共聚物及其制备方法与应用
CN112876588B (zh) * 2021-01-18 2022-04-22 浙大宁波理工学院 一种磺化sebs基稀土离聚物及其制备方法和应用
CN116982175A (zh) 2021-01-24 2023-10-31 科腾公司 用于电池的电极粘结剂
CN113024728B (zh) * 2021-03-10 2022-08-05 万华化学(四川)有限公司 一种聚丁二烯胶乳及其制备方法，一种abs树脂
DE202021001418U1 (de) 2021-04-19 2021-07-15 Kraton Polymers Research B.V. Antimikrobielle Gesichtsmaske
DE202021001417U1 (de) 2021-04-19 2021-07-22 Kraton Polymers Research B.V. Selbstdesinfizierender Gesichtsschutzschild
DE202021001422U1 (de) 2021-04-19 2021-07-20 Kraton Polymers Research B.V. Selbststerilisierender Wundverband
DE202021001420U1 (de) 2021-04-19 2021-07-20 Kraton Polymers Research B.V. Antimikrobielle Sprühzusammensetzung
WO2023278996A1 (en) 2021-06-28 2023-01-05 North Carolina State University Gel polymer electrolyte composition and applications thereof
CN113402704B (zh) * 2021-07-09 2022-09-20 万华化学集团股份有限公司 一种聚碳酸酯共聚物及其制备方法和用途
CN115957617A (zh) * 2021-10-13 2023-04-14 中国石油化工股份有限公司 脱碱精制剂及其制备方法和应用
CN114335544B (zh) * 2022-01-05 2024-07-05 湖南大晶新材料有限公司 一种水系粘结剂、锂离子电池负极材料及锂离子电池
EP4223840A1 (en) * 2022-02-02 2023-08-09 Kraton Polymers Nederland B.V. Sulfonated polymers and compositions thereof
EP4223863A1 (en) 2022-02-02 2023-08-09 Kraton Polymers Nederland B.V. Methods of removing antimicrobial residues from surfaces
EP4223124A1 (en) 2022-02-02 2023-08-09 Kraton Polymers Nederland B.V. Antimicrobial wipe
EP4239016A1 (en) 2022-02-09 2023-09-06 Kraton Polymers Nederland B.V. Erasable and reusable marking surface
CN114749040A (zh) * 2022-03-03 2022-07-15 华南理工大学 一种speek/peg/pvdf气体调节复合膜及其制备与应用
CN114752164B (zh) * 2022-03-18 2022-12-13 国家电投集团氢能科技发展有限公司 乙烯-乙烯醇共聚物的复合物及其应用
CN114588953B (zh) * 2022-04-01 2023-12-01 丹东明珠特种树脂有限公司 醚化制备工艺甲醇萃取水脱酸剂和其制备方法
CN114808270A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 四川大学 一种制备磺化高分子弹性体纳米纤维膜的静电纺丝工艺
EP4411059A3 (en) 2023-02-06 2024-08-21 Kraton Polymers Nederland B.V. Compositions and methods for odor control

Family Cites Families (104)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2880253A (en) * 1956-09-12 1959-03-31 Sun Oil Co Separation of isomeric c aromatic hydrocarbons by selective sulfonation
US3149182A (en) * 1957-10-28 1964-09-15 Shell Oil Co Process for preparing block copolymers utilizing organolithium catalysts
US3577357A (en) * 1968-11-29 1971-05-04 Shell Oil Co Selectively sulfonated block copolymers
US3595942A (en) * 1968-12-24 1971-07-27 Shell Oil Co Partially hydrogenated block copolymers
USRE27145E (en) 1969-05-20 1971-06-22 Side-chain
US3670054A (en) * 1969-10-29 1972-06-13 Shell Oil Co Block copolymers having reduced solvent sensitivity
US3642953A (en) * 1970-05-20 1972-02-15 Us Health Education & Welfare Selectively sulfonated block copolymers and process for their preparation
US3735559A (en) * 1972-02-02 1973-05-29 Gen Electric Sulfonated polyxylylene oxide as a permselective membrane for water vapor transport
US3870841A (en) * 1972-10-02 1975-03-11 Exxon Research Engineering Co Flexible polymeric compositions comprising a normally plastic polymer sulfonated to about 0.2 to about 10 mole % sulfonate
CA993585A (en) * 1973-04-18 1976-07-20 Eric G. Kent Thermoelastic articles and process of manufacture thereof
US4448935A (en) * 1976-06-10 1984-05-15 National Starch And Chemical Corporation Process for the preparation of crosslinked, sulfonated styrene polymers
US4157432A (en) * 1977-11-29 1979-06-05 Exxon Research & Engineering Co. Bulk sulfonation process
US4492785A (en) * 1982-12-29 1985-01-08 Exxon Research And Engineering Co. Water soluble block polymers
JPS59148727A (ja) * 1983-02-09 1984-08-25 Toyo Soda Mfg Co Ltd 有機物の精製及び濃縮方法
US4678025A (en) 1983-08-26 1987-07-07 Oberlander George H Heating/cooling/ventilation unit
US4505827A (en) * 1983-09-19 1985-03-19 The Dow Chemical Company Triblock polymers of the BAB type having hydrophobic association capabilities for rheological control in aqueous systems
US4728429A (en) * 1985-06-27 1988-03-01 Israel Cabasso Membrane permeation process for dehydration of organic liquid mixtures using sulfonated ion-exchange polyalkene membranes
US4766161A (en) 1986-06-05 1988-08-23 Allied Corporation Bipolar membranes and methods of making same
US4871814A (en) * 1986-08-28 1989-10-03 Mobil Oil Corporation High impact, highly transparent linear styrene-diene block copolymers with five or more blocks and their preparations by anionic dispersion polymerization
US4788361A (en) * 1987-10-30 1988-11-29 Shell Oil Company Polymeric viscosity index improver and oil composition comprising the same
DE68915554T2 (de) 1988-01-26 1995-01-12 Asahi Glass Co Ltd Für Dampf permselektive Membran.
US5095054A (en) 1988-02-03 1992-03-10 Warner-Lambert Company Polymer compositions containing destructurized starch
US5239010A (en) * 1988-05-24 1993-08-24 Shell Oil Company Sulfonated block copolymers
JP2697088B2 (ja) * 1989-03-01 1998-01-14 日本合成ゴム株式会社 吸水性樹脂の製造方法
US5003012A (en) * 1989-04-28 1991-03-26 Shell Oil Company Neutralization of polymeric acid sites
US4934148A (en) 1989-05-12 1990-06-19 Union Carbide Corporation Dry, high purity nitrogen production process and system
US4931070A (en) 1989-05-12 1990-06-05 Union Carbide Corporation Process and system for the production of dry, high purity nitrogen
US4944776A (en) 1989-10-05 1990-07-31 Andrew Corporation Dehumidifier for waveguide system
US5516831A (en) * 1991-01-30 1996-05-14 Shell Oil Company Selectively sulfonated block copolymers/extender oils
US5288773A (en) * 1992-03-05 1994-02-22 Exxon Research And Engineering Company Sulfonated unhydrogenated copolymers of styrene and butadiene
US5348691A (en) * 1993-06-11 1994-09-20 United Technologies Corporation Atmosphere membrane humidifier and method and system for producing humidified air
US7231967B2 (en) * 1994-01-31 2007-06-19 Building Performance Equipment, Inc. Ventilator system and method
US6160054A (en) * 1995-05-08 2000-12-12 Fmc Corporation Hetero-telechelic polymers and processes for making same
JPH07275637A (ja) * 1994-04-08 1995-10-24 Asahi Glass Co Ltd 除湿方法
US5468574A (en) * 1994-05-23 1995-11-21 Dais Corporation Fuel cell incorporating novel ion-conducting membrane
JPH0871181A (ja) 1994-09-06 1996-03-19 Sumitomo Rubber Ind Ltd ゴルフボール
JPH09100314A (ja) * 1994-11-21 1997-04-15 Asahi Chem Ind Co Ltd 硬化性樹脂及び組成物
US5840387A (en) 1995-07-28 1998-11-24 Aegis Biosciences L.L.C. Sulfonated multiblock copolymer and uses therefor
US5677074A (en) 1996-06-25 1997-10-14 The Dais Corporation Gas diffusion electrode
KR20000052944A (ko) * 1996-11-01 2000-08-25 메리 이. 보울러 고도의 전도성 이온 교환 중합체 및 제법
JPH10152538A (ja) * 1996-11-22 1998-06-09 Asahi Chem Ind Co Ltd 環状共役ジエン系重合体の製造方法
US5785117A (en) 1997-02-10 1998-07-28 Nutech Energy Systems Inc. Air-to-air heat exchanger core
US6110616A (en) 1998-01-30 2000-08-29 Dais-Analytic Corporation Ion-conducting membrane for fuel cell
JP4150867B2 (ja) * 1998-05-13 2008-09-17 ダイキン工業株式会社 燃料電池に使用するのに適した固体高分子電解質用材料
DE19824142A1 (de) 1998-05-29 1999-12-09 Siemens Ag Verfahren zum Ätzen von flourwasserstofflöslichen Schichten
US6145588A (en) * 1998-08-03 2000-11-14 Xetex, Inc. Air-to-air heat and moisture exchanger incorporating a composite material for separating moisture from air technical field
US6277514B1 (en) 1998-12-17 2001-08-21 Moltech Corporation Protective coating for separators for electrochemical cells
FI110947B (fi) * 1999-04-23 2003-04-30 Danisco Finland Oy Polymeerihartsi ja sen valmistus
CA2283089C (en) 1999-05-10 2004-05-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heat exchanger and method for preparing it
US6777082B2 (en) 1999-07-28 2004-08-17 The Dow Chemical Company Hydrogenated block copolymers having elasticity and articles made therefrom
AU7295900A (en) * 1999-09-01 2001-03-26 Rhodia Chimie Aqueous gelled composition comprising a block copolymer including at least a water soluble block and a hydrophobic block
WO2001027552A1 (en) 1999-10-08 2001-04-19 Carrier Corporation A plate-type heat exchanger
US6579948B1 (en) * 1999-11-24 2003-06-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Self-assembled sulfonated block copolymer semipermeable membrane and uses therefor
US6306419B1 (en) 2000-02-23 2001-10-23 Aegis Biosciences, Llc Medical uses of styrene sulfonate polymers
US6413298B1 (en) 2000-07-28 2002-07-02 Dais-Analytic Corporation Water- and ion-conducting membranes and uses thereof
US6383391B1 (en) 2000-07-28 2002-05-07 Dais-Analytic Corporation Water-and ion-conducting membranes and uses thereof
TW527745B (en) * 2000-11-21 2003-04-11 Dainichiseika Color Chem Solidifying material for cell electrolyte solution, and cell comprising the solidifying material
US6664309B2 (en) * 2000-12-07 2003-12-16 Bostik Findley, Inc. Antimicrobial hot melt adhesive
WO2005030812A1 (en) 2003-09-23 2005-04-07 Dais-Analytic Corp. Novel block copolymers and method for making same
WO2002072242A1 (en) * 2001-03-13 2002-09-19 Dais-Analytic Corporation Heat and moisture exchange device
US7179860B2 (en) * 2001-03-13 2007-02-20 Liwei Cao Crosslinked polymer electrolyte membranes for heat, ion and moisture exchange devices
US6841601B2 (en) 2001-03-13 2005-01-11 Dais-Analytic Corporation Crosslinked polymer electrolyte membranes for heat and moisture exchange devices
US20030087144A1 (en) * 2001-04-13 2003-05-08 Hoi-Cheong Steve Sun Enzymatic fuel cell with fixed dehydrogenase enzyme
US20040137813A1 (en) 2003-01-09 2004-07-15 Materiaux Dfc Inc. Air and vapor barrier sheathing system
KR100407793B1 (ko) 2001-09-04 2003-12-01 한국과학기술연구원 분리능이 있는 수소 이온 교환 복합막, 복합 용액, 그제조방법 및 이를 포함하는 연료전지
US6987142B2 (en) * 2002-02-07 2006-01-17 Kraton Polymers U.S. Llc Adhesives and sealants from controlled distribution block copolymers
US20030181584A1 (en) * 2002-02-07 2003-09-25 Kraton Polymers U.S. Llc Elastomeric articles prepared from controlled distribution block copolymers
EP1493015A4 (en) 2002-04-05 2006-01-04 Powerzyme Inc ANALYTE DETECTOR
US6994943B2 (en) * 2002-05-15 2006-02-07 Konica Corporation Toner for developing static latent image, producing method thereof and image forming method
CN1200032C (zh) * 2002-06-10 2005-05-04 武汉理工大学 纤维增强磺化sbs膜及其制备方法
US20040005490A1 (en) 2002-07-05 2004-01-08 Qinbai Fan High stability membrane for proton exchange membrane fuel cells
US7160551B2 (en) * 2002-07-09 2007-01-09 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Injectable system for controlled drug delivery
AU2003279805A1 (en) 2002-10-03 2004-04-23 Powerzyme, Inc. Fuel cells including biocompatible membranes and metal anodes
DK1561768T3 (da) * 2002-10-08 2010-02-01 Toyo Boseki Polyarylenæterforbindelse indeholdende sulfonsyregrupper, sammensætning indeholdende den samme og fremgangsmåde til fremstilling af disse
US20040142910A1 (en) 2002-10-21 2004-07-22 Aegis Biosciences Llc Sulfonated styrene copolymers for medical uses
US6699941B1 (en) * 2002-11-07 2004-03-02 Kraton Polymers U.S. Llc Block copolymer
JP2004179160A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Samsung Sdi Co Ltd リチウム−硫黄電池用正極
US7228891B2 (en) * 2002-12-02 2007-06-12 Lg Electronics Inc. Heat exchanger of ventilating system
US6703449B1 (en) * 2002-12-20 2004-03-09 Kraton Polymers U.S. Llc Block copolymers containing both polystyrene and low vinyl content polydiene hard blocks
EP1590621B1 (en) * 2003-02-04 2008-07-09 Lg Electronics Inc. Heat exchanger of ventilating system
US7312292B2 (en) * 2003-06-06 2007-12-25 Promerus Llc Polycyclic polymers containing pendant ion conducting moieties
GB0315349D0 (en) 2003-07-01 2003-08-06 Qinetiq Ltd Signal processing with reduced combinatorial complexity
EP1641853B1 (en) 2003-07-09 2010-03-03 Dow Global Technologies Inc. Fibers made from block copolymer
US20050042489A1 (en) 2003-07-11 2005-02-24 Kenji Fukuta Laminate useful as a membrane-electrode assembly for fuel cells, production process therefor and a fuel cell provided with the laminate
US20050133204A1 (en) 2003-12-17 2005-06-23 Renewaire, Llc Energy recovery ventilator
US7307127B1 (en) 2004-04-06 2007-12-11 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Highly sulfonated block copolymer hydrogels and uses thereof
US7601785B2 (en) 2004-12-14 2009-10-13 Lg Chem, Ltd. Sulphonated multiblock copolymer and electrolyte membrane using the same
KR100657740B1 (ko) 2004-12-22 2006-12-14 주식회사 엘지화학 브랜치된 술폰화 멀티 블록 공중합체 및 이를 이용한전해질막
CN101111959B (zh) * 2004-12-27 2010-06-02 株式会社可乐丽 聚合物电解质燃料电池用聚合物电解质膜、膜电极组件和燃料电池
CN101443604A (zh) * 2005-08-15 2009-05-27 开利公司 用于热量与能量回收通气的热电热泵
US7320361B2 (en) * 2005-10-28 2008-01-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heat exchanger
US7598337B2 (en) * 2005-12-20 2009-10-06 General Electric Company Mixed-sulfonation block copolymers
EP1978584B1 (en) 2006-01-26 2012-04-04 Kuraray Co., Ltd. Electrolyte multilayer membrane for solid polymer fuel cell, membrane-electrode assembly, and fuel cell
EP1986257B1 (en) 2006-02-13 2012-05-23 Kuraray Co., Ltd. Polyelectrolyte film, film-electrode assembly, and solid-polymer-type fuel cell
US8470071B2 (en) * 2006-09-25 2013-06-25 Dais Analytic Corporation Enhanced HVAC system and method
WO2008037079A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Dpoint Technologies Inc. Pleated heat and humidity exchanger with flow field elements
EP2096697B1 (en) * 2006-10-27 2013-07-03 Tokuyama Corporation Diaphragm for solid polymer fuel cell and membrane-electrode assembly
WO2008089484A1 (en) 2007-01-20 2008-07-24 Dais Analytic Corporation Multi-phase selective mass transfer through a membrane
US20100273901A1 (en) 2007-05-09 2010-10-28 Aegis Biosciences Llc Molecule sulfonation process
JP5276442B2 (ja) * 2007-06-04 2013-08-28 株式会社クラレ 高分子電解質、高分子電解質膜、膜−電極接合体及び固体高分子型燃料電池
WO2009002984A2 (en) * 2007-06-26 2008-12-31 Aegis Biosciences Llp Stable and compatible polymer blends
JP5430958B2 (ja) 2008-03-31 2014-03-05 三洋電機株式会社 膜電極接合体および燃料電池
US8235093B2 (en) * 2008-06-19 2012-08-07 Nutech R. Holdings Inc. Flat plate heat and moisture exchanger
US20100167100A1 (en) 2008-12-26 2010-07-01 David Roger Moore Composite membrane and method for making

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610268C2 (ru) * 2011-10-25 2017-02-08 КРЭЙТОН ПОЛИМЕРС ЮЭс ЭлЭлСи Модифицированные полиоксиалкиленамином сульфированные блок-сополимеры, их получение и применение
US10208168B2 (en) 2011-10-25 2019-02-19 Kraton Polymers U.S. Llc Polyoxyalkyleneamine modified sulfonated block copolymers, their preparation and their use
RU2609477C2 (ru) * 2012-03-15 2017-02-02 КРЭЙТОН ПОЛИМЕРС Ю.Эс. ЭлЭлСи Смеси сульфированных блок-сополимеров и дисперсного углерода, и содержащие их мембраны, пленки и покрытия
US10233323B2 (en) 2012-03-15 2019-03-19 Kraton Polymers U.S. Llc Blends of sulfonated block copolymers and particulate carbon and membranes, films, and coatings comprising them

Also Published As

Publication number Publication date
AU2006271677A1 (en) 2007-01-25
ES2379937T3 (es) 2012-05-07
US20100203784A1 (en) 2010-08-12
US20100204403A1 (en) 2010-08-12
JP2009504807A (ja) 2009-02-05
US8329827B2 (en) 2012-12-11
TWI326691B (en) 2010-07-01
PL1919963T3 (pl) 2012-06-29
EP1919963A1 (en) 2008-05-14
US20100298514A1 (en) 2010-11-25
EP1919963B1 (en) 2011-11-23
WO2007010042A1 (en) 2007-01-25
CN101228192A (zh) 2008-07-23
ZA200800579B (en) 2009-03-25
ATE534702T1 (de) 2011-12-15
AU2006271592B2 (en) 2010-03-11
US8058353B2 (en) 2011-11-15
CA2616251A1 (en) 2007-01-25
CA2616251C (en) 2012-03-13
AU2006271677B2 (en) 2010-04-22
US20070021569A1 (en) 2007-01-25
BRPI0613740B1 (pt) 2017-11-21
KR101020898B1 (ko) 2011-03-09
KR20080034949A (ko) 2008-04-22
ES2380553T3 (es) 2012-05-16
JP4896976B2 (ja) 2012-03-14
US7919565B2 (en) 2011-04-05
TW200745190A (en) 2007-12-16
US7737224B2 (en) 2010-06-15
US8383735B2 (en) 2013-02-26
US20100203783A1 (en) 2010-08-12
KR20080037036A (ko) 2008-04-29
US20100203782A1 (en) 2010-08-12
CN101228192B (zh) 2011-05-25
CA2616250C (en) 2011-09-20
WO2007010039A1 (en) 2007-01-25
JP2009503137A (ja) 2009-01-29
US8003733B2 (en) 2011-08-23
RU2008100783A (ru) 2009-08-27
EP1913032B1 (en) 2011-09-21
BRPI0613740A2 (pt) 2012-01-24
US20110263763A1 (en) 2011-10-27
US8084546B2 (en) 2011-12-27
CN101228193A (zh) 2008-07-23
JP5242389B2 (ja) 2013-07-24
RU2008100781A (ru) 2009-08-27
ZA200800578B (en) 2009-03-25
KR101016895B1 (ko) 2011-02-22
ATE525405T1 (de) 2011-10-15
CN101228193B (zh) 2012-07-18
US20100203785A1 (en) 2010-08-12
CA2616250A1 (en) 2007-01-25
AU2006271592A1 (en) 2007-01-25
BRPI0613741A2 (pt) 2012-01-24
EP1913032A1 (en) 2008-04-23
PL1913032T3 (pl) 2012-06-29
RU2425060C2 (ru) 2011-07-27
US7981970B2 (en) 2011-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2404998C2 (ru) Сульфированные блок-сополимеры, способ их получения и различные применения этих блок-сополимеров
WO2009137678A1 (en) Improved method for making sulfonated block copolymers, method for making membranes from such block copolymers and membrane structures

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200722