用于反渗透组件的聚氨酯粘合剂
领域
本发明总体上涉及聚氨酯粘合剂。更确切地说,本发明涉及用于制作反渗透(RO)组件的聚氨酯粘合剂。
背景
反渗透是强制溶剂从高溶质浓度的区域通过半透膜到低溶质浓度的区域中的过程。该过程是通过施加超过渗透压的压力完成的。反渗透具有许多应用,包括,但不限于,从海水和半咸水中分离纯水,其中抵靠在膜的一个表面上对海水或半咸水加压,导致耗尽盐的水横跨该膜运输并且从该低压侧出现可饮用的饮用水。反渗透的其他应用包括浓缩食品液体(例如,橘汁)、生产枫糖浆、和生产氢气。
典型地存在两种类型的用于反渗透的半透膜构型:螺旋卷式筒和中空芯。这些膜具有在聚合物基质中的致密层,在这里发生从溶剂中分离溶质。在大多数情况下,该膜被设计为仅仅允许溶剂(如水)穿过这个致密层,同时防止溶质(如盐离子)的通过。如在美国专利号4,842,736中讨论的,螺旋卷式筒包括粘合剂以密封该膜中的间隙或空隙,这防止进料流体到渗透物收集管中的渗漏。在具体实例中,如在美国专利号7,303,675中讨论的,在其中已经处理了下游表面(防止从其中流过)的位置可以将该粘合剂施加在膜材料的上游表面上。可以将该粘合剂施加到该膜材料的其他位置中,如其中利用该膜的结构和/或该应用所要求的,例如像,沿着纵向边缘的膜的褶皱、下游表面等。
由于使该筒经受高水压力,所以该完全固化的粘合剂必须是坚固且耐用的。如果该完全固化的粘合剂的硬度太低,则该水的压力可能导致该粘合剂结合的失效以及最后该筒的失效。然而,如果该完全固化的粘合剂的硬度太高,则该粘合剂可能变脆并且也导致失效。该粘合剂的硬度可以按照肖氏硬度标度测量,并且进行此类测量的方法在本领域中是已知的。进一步地,注意到,完全固化的粘合剂的拉伸强度被用作该粘合剂在反渗透组件中的适合性的量度。本领域的技术人员将了解的是,成功粘合剂的另一个特征是该粘合剂渗透该膜材料以建立足够的粘合剂结合的能力。
如在美国专利号7,303,675中指出的,已经发现随时间的推移并且通过使用清洗溶液,传统上使用的粘合剂可能破裂或起泡(经常被称为“渗透性起泡”),这导致进料流体到渗透物收集管中的侧封渗漏和端封渗漏(经常被称为“脉状凸起(veining)”或“闪电(lightning bolt)”失效)。渗透性起泡还可能有助于细菌生长并且还可能导致该膜的尺寸变化,使得其难以移除且替换。渗透性起泡通过使用在工业中频繁使用的碱性清洗流体(例如像氢氧化钠溶液)而加剧。因此,对于改进的粘合剂组合物存在需求,该粘合剂组合物在保持以上指出的性能要求的同时,还具有增加的或改进的碱性流体耐受性。
本发明被认为是对提供粘合剂的需求的回答,该粘合剂在反渗透应用中是耐用的并且耐受碱性流体。
概述
本发明的粘合剂组合物出人意料地减少或消除经常展示在已知粘合剂组合物中的渗透性起泡和脉状凸起以及闪电失效。本发明的粘合剂组合物在与已知粘合剂组合物相比表现出改进的流变学、粘度和流动控制的同时,还使在该反渗透组件应用中使用的粘合层的宽度最小化。
在一个方面,本发明是针对一种适合于反渗透组件的粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:(I)基于该粘合剂组合物的总wt%从65wt%至99wt%的聚氨酯组合物,该聚氨酯组合物包含:(A)含异氰酸酯基的预聚物,该预聚物包含以下各项的反应产物:(i)蓖麻油或其衍生物;和(ii)聚异氰酸酯;以及(iii)任选地第二多元醇;以及(B)异氰酸酯反应性多元醇混合物,该混合物包含:(i)聚丁二烯多元醇;和(ii)尿烷催化剂;以及(iii)任选地该第二多元醇;以及(II)基于该粘合剂组合物的总wt%从1wt%至35wt%的增塑剂,其中该粘合剂组合物基本上不含稀释剂油和溶剂。
本发明的另一个方面是针对一种适合于反渗透组件的粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:(I)基于该粘合剂组合物的总重量从65wt%至99wt%的聚氨酯组合物,该聚氨酯组合物包含:(A)含异氰酸酯基的预聚物,该预聚物包含以下各项的反应产物:(i)蓖麻油或其衍生物;和(ii)聚异氰酸酯;以及(B)异氰酸酯反应性多元醇混合物,该混合物包含:(i)聚丁二烯多元醇;(ii)尿烷催化剂;以及(iii)第二多元醇;以及(II)基于该粘合剂组合物的总wt%从1wt%至35wt%的增塑剂,其中该粘合剂组合物基本上不含稀释剂油和溶剂,进一步其中当完全固化时该粘合剂组合物的拉伸强度是至少1,000psi,并且当完全固化时该粘合剂组合物的肖氏硬度是在35D与75D之间。
本发明的另一个方面是针对一种反渗透组件,该反渗透组件包含根据在此描述的粘合剂组合物中任一种的粘合剂组合物。
本发明的还另一个方面是针对一种构造反渗透组件的方法,该方法包括:将粘合剂组合物施加到存在于该反渗透组件中的膜的至少一部分上,该粘合剂组合物是根据在此描述的粘合剂组合物中任一种的粘合剂组合物。
在此更详细地讨论了这些和其他方面。
附图简要说明
图1是具有膜的反渗透组件的透视图,该膜具有施加到其上的粘合剂组合物。
详细说明
总体上,本发明是针对一种粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含聚氨酯组合物和增塑剂。该粘合剂组合物基本上不含稀释剂油和溶剂。如在此使用的术语“基本上不含”意思是该组合物含有不可避免的水平但是没有更多。稀释剂油和溶剂不是该粘合剂组合物的一部分,并且术语“稀释剂油和溶剂”指的是以下组合物,这些组合物不包括该聚氨酯粘合剂,即,它们不与该粘合剂组合物中的聚异氰酸酯反应,并且包含但不限于烃,例如,汽油、煤油、矿物油和植物油(如玉米油、菜籽油、和橄榄油)。该粘合剂组合物可以用于例如反渗透组件中,并且诸位本发明人已经出人意料地发现根据在此实施例的粘合剂组合物减少或消除了在反渗透组件中的渗透性起泡和渗漏。
该粘合剂组合物包含两部分式聚氨酯组合物(在下文中被称为“聚氨酯组合物”)和增塑剂。在一个实施例中,该粘合剂组合物包含基于该粘合剂组合物的总wt.%从65wt.%至99wt.%(或在其之间的任何量)的该聚氨酯组合物以及从1wt.%至35wt.%(或在其之间的任何量)的增塑剂。考虑了其他量的该聚氨酯组合物可以存在于该粘合剂组合物中,例如像,该聚氨酯可以是以基于该粘合剂组合物的总重量在75wt.%与99wt.%之间的量或者在其之间的任何量存在。在另一个实施例中,该聚氨酯可以是以基于该粘合剂组合物的总重量在85wt.%与99wt.%之间的量或者在其之间的任何量存在。该增塑剂可以是以基于该粘合剂组合物的总重量在1wt.%与35wt.%之间的量或者在其之间的任何量存在于该粘合剂组合物中。在一个实例中,该增塑剂可以是以基于该粘合剂组合物的总重量在20wt.%与30wt.%之间的量或者在其之间的任何量存在于该粘合剂组合物中。
用于该粘合剂组合物中的聚氨酯组合物包含部分(A),该部分(A)是含异氰酸酯基的预聚物,该预聚物包含以下各项的反应产物:蓖麻油或其衍生物和聚异氰酸酯以及任选地第二多元醇;以及部分(B),该部分(B)是异氰酸酯反应性多元醇混合物,该混合物包含聚丁二烯多元醇和尿烷催化剂以及任选地该第二多元醇。该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)可以按照本领域中已知的任何方式混合在一起,该方式包括但不限于手动混合、静态混合、以及动态混合。还注意到,可以将部分(A)添加至部分(B)中或者反之亦然,或者,在替代方案中,可以同时地将部分(A)和部分(B)添加至同一容器中。
存在于该部分(A)的含异氰酸酯基的预聚物中的蓖麻油(即,蓖麻油酸甘油三酯)是广泛地可商购的可再生原料。注意到,蓖麻油的衍生物包括衍生自蓖麻油的任何多元醇,其包括水解产物、乙氧基化产物、转酯化产物、或酯化产物、或聚酰胺产物。
用于制备该聚氨酯组合物的部分(A)的预聚物的聚异氰酸酯是具有至少两个异氰酸酯部分的任何化合物。由以下各项可以例示二异氰酸酯:1,5-亚萘基二异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)、4,4'-二苯基二甲基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苄基二异氰酸酯、二烷基二苯基甲烷二异氰酸酯、1,3-亚苯基二异氰酸酯、1,4-亚苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、丁烷-1,4-二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、亚异丙基二异氰酸酯、亚萘基二异氰酸酯、亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、环己烷-1,4-二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、氢化的苯二甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷、甲基-环己烷二异氰酸酯、间-四甲基苯二甲基二异氰酸酯、2,4,6-三异丙基苯二异氰酸酯、异亚丙基双(4-环己基异氰酸酯)、以及其混合物。二异氰酸酯的示例性混合物包括4,4'-MDI与2,4-MDI的混合物。
用于制备该部分(A)预聚物的聚异氰酸酯还可以是例如通过使二异氰酸酯与二异氰酸酯反应性化合物例如多元醇(例如二醇)或多胺(例如二胺)反应制备的聚异氰酸酯。用于制备该部分A预聚物的示例性聚异氰酸酯包括聚合物形式的MDI。用于制备该部分(A)预聚物的聚异氰酸酯还可以是碳二亚胺改性的二异氰酸酯,例如碳二亚胺改性的MDI。用于制备该部分(A)的预聚物的聚异氰酸酯具有如通过ASTM D2572测量的从15%至40%(质量百分比)变化的异氰酸酯(NCO)含量。
该部分(A)预聚物的异氰酸酯(NCO)含量从5%至25%(质量百分比)变化。在另一个实施例中,该部分(A)预聚物的异氰酸酯(NCO)含量(如通过ASTM D2572测量的)从10%至20%(质量百分比)、并且更优选地在13%至19%(质量百分比)之间变化。
该聚氨酯组合物的部分(A)预聚物可包含第二多元醇。总体上,该聚氨酯组合物的部分(A)中的任选的第二多元醇是可以与异氰酸酯基反应的任何多元醇(即,具有多于一个附加于其上的羟基的化合物)。更确切地说,该第二多元醇优选地选自具有小于600的分子量的多元醇的组。在一个实例中,该第二多元醇选自具有在80与300之间的分子量的多元醇的组。在另一个实例中,该第二多元醇选自具有在80与200之间的分子量的多元醇的组。在另外的实例中,该第二多元醇选自具有在300与600之间的分子量的多元醇的组。
第二多元醇的实例包括二醇,即,含有1,2二羟基的二醇,例如乙二醇或丙二醇以及其衍生物,以及丙三醇或甘油及其衍生物。第二多元醇的实例包括聚丙二醇和聚四亚甲基醚二醇。在一个实施例中,该第二多元醇是具有从3至20个碳原子的二醇。在另一个实施例中,该第二多元醇是具有4至12个碳原子的二醇。在另外的实施例中,该第二多元醇是具有5至10个碳原子的二醇。此类二醇的实例包括,但不限于:2-乙基-1,3-己二醇;1,2-丙二醇;1,3-丁二醇;2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、1,12-十八烷二醇;1,2-己二醇;1,2-辛二醇;以及1,2-癸二醇。第二多元醇的另外实例包括四醇例如季戊四醇。该第二多元醇可以是从任选地与另一种多元醇(例如二醇或丙三醇)反应的环氧乙烷和/或环氧丙烷制备的聚醚多元醇。
该聚氨酯组合物的部分(B)的聚丁二烯多元醇是低分子量的羟基封端的丁二烯均聚物。聚丁二烯多元醇的实例包括,但不限于,以名称Poly
R-45HTLO和Poly
R-20LM(两者都是从美国宾夕法尼亚州埃克斯顿的美国克雷威利有限责任公司(Cray ValleyUSA,LLC,Exton,PA,USA)可商购的)、以及以名称Hypro
TM 2800X95HTB(从美国新泽西州莫里斯敦的CVC热固性特种产品公司(CVC Thermoset Specialties,Moorestown,NJ,USA)可商购的)出售的丁二烯的液体羟基封端的聚合物。
该聚氨酯组合物的部分(B)的尿烷催化剂可以是任何尿烷催化剂。尿烷催化剂的实例包括锡催化剂,例如二链烷酸二烷基锡,例如,Fomrez催化剂UL-28(二新癸酸二甲锡),其提供了非常短的凝胶和黏性消失时间以及在聚氨酯体系中的良好的溶解度。尿烷催化剂的其他实例包括,但不限于:辛酸亚锡,作为
T-9从美国宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司(Air Products,Allentown PA,USA)可商购的;有机锡,作为
131从美国宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司可商购的;1,4-二氮杂二环辛烷,作为
结晶催化剂从美国宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司可获得的;n-十六基-n,n-二甲胺,作为
B-16从美国宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司可获得的;二月桂酸二丁基锡,作为
T-12从美国宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司可获得的;二乙酸二丁基锡,作为Metacure
TM T-1催化剂从美国宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司可获得的;新癸酸锌、新癸酸铋和新癸酸的共混物,作为BiCat8从美国俄亥俄州诺伍德的牧羊人化学公司(Shepherd Chemical Company,Norwood,OH,USA)可获得的;乙酰丙酮铁,作为AmspecGCR-56从美国特拉华州贝尔的Amspec化学公司(Amspec Chemical Corporation,Bear,DE,USA)可获得的;以及油酸,作为Oleic Acid 105从美国宾夕法尼亚州蓝铃的阿珂姆-哈德斯蒂公司(Acme-Hardesty Company,Blue Bell,PA,USA)可获得的。
可以用于该聚氨酯组合物的部分(B)中的任选的第二多元醇包括关于以上部分(A)描述的相同的第二多元醇。考虑了如果该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)两者都包含该第二多元醇,则该第二多元醇可以是相同或不同的。
该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)中任一者或两者还可包含消泡剂。在一个实施例中,将消泡剂以在0.01wt.%与0.1wt.%之间的量添加至部分(A)中。在另一个实施例中,将消泡剂以在0.01与0.1之间的量添加至部分(B)中。在另外的实施例中,将消泡剂以在0.005与0.05之间的量添加至部分(A)中并且以在0.005与0.05之间的量添加至部分(B)中。在该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)中任一者或两者中使用的消泡剂可以是本领域中已知的任何消泡剂。在一个实例中,该消泡剂是基于硅酮的消泡剂,例如像,作为SF8843从美国俄亥俄州哥伦布的迈图高新材料控股有限责任公司(Momentive PerformanceMaterials Holdings LLC,Columbus,OH,USA)可商购的基于烷基芳基硅酮聚合物的抗泡添加剂。在另一个实施例中,该消泡剂是不含硅酮的消泡剂,例如基于异链烷烃的消泡剂,例如像,从美国康涅狄格州沃灵福德的美国毕克公司(BYK USA,Inc.,Wallingford,CT,USA)可获得的BYK 054。
该聚氨酯组合物的部分(A)的粘度是至少600cps。在一个实施例中,该聚氨酯组合物的部分(A)的粘度是在600cps与50,000cps之间,包括其间的任何值。在另一个实施例中,该聚氨酯组合物的部分(A)的粘度是在约10,000cps与约50,000cps之间,包括其间的任何值。在另外的实施例中,该聚氨酯组合物的部分(A)的粘度是在20,000cps与40,000cps之间,包括其间的任何值。在又另一个实施例中,该聚氨酯组合物的部分(A)的粘度是在30,000cps与35,000cps之间,包括其间的任何值。该聚氨酯组合物的部分(A)的粘度是在组合部分(A)的所有组分之后测量的。
该聚氨酯组合物的部分(B)的粘度是至少600cps。在一个实施例中,该聚氨酯组合物的部分(B)的粘度是在600cps与50,000cps之间,包括其间的任何值。在另一个实施例中,该聚氨酯组合物的部分(B)的粘度是在1,000cps与50,000cps之间,包括其间的任何值。在另外的实施例中,该聚氨酯组合物的部分(B)的粘度是在1,000cps与40,000cps之间,包括其间的任何值。在又另一个实施例中,该聚氨酯组合物的部分(B)的粘度是在约1,000cps与约30,000cps之间,包括其间的任何值。
考虑了该粘合剂组合物的聚氨酯组合物可以含有任何比率或量的部分(A)和部分(B)。在一个实例中,该聚氨酯组合物含有10wt.%至90wt.%的部分(A)以及10wt.%至90wt.%的部分(B)。考虑了其他实例,其中该聚氨酯组合物含有20wt.%至80wt.%的部分(A)以及20wt.%至80wt.%的部分(B);30wt.%至75wt.%的部分(A)以及25wt.%至70wt.%的部分(B),以及其间的任何量。在具体实例中,该聚氨酯组合物含有50wt.%的部分(A)以及50wt.%的部分(B),即,以1:1比率混合部分(A)和部分(B)。
如以上指出的,该第二多元醇在该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)中是任选的。考虑了该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)两者都不可包含该第二多元醇。还考虑了部分(A)和部分(B)中的任一者或两者可以包含该第二多元醇。在该聚氨酯组合物的一个实施例中,部分(A)或部分(B)包含基于部分(A)和部分(B)的总wt.%的至少4wt.%的该第二多元醇。在该聚氨酯组合物的另一个实施例中,部分(A)或部分(B)包含基于部分(A)和部分(B)的总wt.%的至少6wt.%的该第二多元醇。在该聚氨酯组合物的另一个实施例中,部分(A)或部分(B)包含基于部分(A)和部分(B)的总wt.%的至少10wt.%的该第二多元醇。在另外的实施例中,该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)具有基于部分(A)和部分(B)的总wt.%在4wt.%至约30wt.%之间的该第二多元醇。
除了上述的聚氨酯组合物,该粘合剂组合物还包含增塑剂。在一个实施例中,将该增塑剂添加至部分(B)中,并且然后将包含该增塑剂的部分(B)与部分(A)混合。在另一个实施例中,将该增塑剂添加至部分(A)中,并且然后将包含该增塑剂的部分(A)与部分(B)混合。在另一个实施例中,将该增塑剂添加至部分(A)和部分(B)两者中并且然后混合在一起以形成该聚氨酯组合物。
该增塑剂可以是能够在粘合剂组合物中使用的任何增塑剂。合适的增塑剂包括,但不限于,壬二酸酯、癸二酸酯、马来酸酯、琥珀酸酯、邻苯二甲酸酯、己二酸酯、基于二羧酸/三羧酸酯的增塑剂、磷酸酯、偏苯三酸酯、戊二酸酯、柠檬酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、二甘醇二苯甲酸酯、环氧化的大豆油、大豆油酯或前述增塑剂的任何的组合。在一个实施例中,该增塑剂具有基于该增塑剂的总重量0.04wt.%的最大含水量。
基于邻苯二甲酸酯的增塑剂的实例包括,但不限于:邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二十一烷酯、以及邻苯二甲酸二正己酯。
偏苯三酸酯的实例包括,但不限于:偏苯三酸三甲酯、偏苯三酸三-(2-乙基己基)酯、偏苯三酸三-(正辛基,正癸基)酯、偏苯三酸三-(庚基,壬基)酯、偏苯三酸正辛酯。
己二酸酯、戊二酸酯、二羧酸、磷酸酯、癸二酸酯、和马来酸酯的实例包括,但不限于:1,2-苯二羧酸、聚酯戊二酸酯、磷酸邻异丙基苯基二苯酯、柠檬酸三正丁酯、二烷基二醚戊二酸酯、己二酸双(2-乙基己基)酯、己二酸二辛酯、1聚酯己二酸酯、己二酸二甲酯、己二酸单甲酯、己二酸二异癸酯、己二酸二异壬酯、癸二酸双(2-乙基己基)酯、壬二酸双(2-乙基己基)酯(bis(2-ethylhexyl)azelainate)、偏苯三酸三(2-乙基己基)酯、己二酸二(C7-9-烷基)酯、富马酸丁酯、富马酸二异丁酯、富马酸双(2-乙基己基)酯、马来酸二乙酯、马来酸二甲酯、己二酸二庚酯、己二酸二辛酯、已二酸二壬酯、癸二酸二丁酯、马来酸二丁酯、马来酸二异丁酯。
大豆油酯的实例包括大豆脂肪酸甲酯、大豆脂肪酸乙酯和大豆脂肪酸丙酯。苯甲酸酯的实例包括,但不限于:作为BenzoflexTM从美国田纳西州金斯波特的伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company,Kingsport,TN,USA)可商购的苯甲酸1-[2-(苯甲酰氧基)丙氧基]丙-2-基酯。
其他示例增塑剂包括,但不限于:对苯二甲酸二辛酯、1,2-环己烷二羧酸二异壬酯、环氧化的植物油、烷基磺酸苯酯、N-乙基甲苯磺酰胺(邻位和对位的异构体)、N-(2-羟丙基)苯磺酰胺、N-(正丁基)苯磺酰胺、磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯、二醇/聚醚、有机磷酸酯、三甘醇二己酸酯、四甘醇二庚酸酯、聚合型增塑剂、聚丁烯、乙酰化单甘油酯、柠檬酸烷基酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三辛酯、柠檬酸三己酯、乙酰柠檬酸三己酯、丁酰柠檬酸三己酯和柠檬酸三甲酯。
合适的可商购的增塑剂还包括作为Jayflex DIDP从美国得克萨斯州休斯顿的埃克森美孚化工公司(Exxon Mobil Chemical,Houston,TX,USA)出售的邻苯二甲酸二异癸酯。其他可接受的邻苯二甲酸酯增塑剂包括来自美国得克萨斯州休斯顿的埃克森美孚化工公司的其他Jayflex
TM增塑剂(例如像,Jayflex DOP),从美国密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto,St.Louis,Missouri,USA)可商购的DIOCTYL
TM、
和DIBUTYL
TM增塑剂,以及从德国拜耳公司(Bayer Corporation,Germany)可商购的
TEGDA
TM、TRIACETIN
TM和ULTRAMOLL
TM增塑剂。优选的增塑剂具有低的挥发性,例如长链、支链的邻苯二甲酸酯(例如,邻苯二甲酸双十三烷酯、邻苯二甲酸二-L-壬酯和邻苯二甲酸二-L-十一烷酯)。有用的二苯甲酸酯是作为从美国伊利诺斯州罗斯蒙特的Velsicol ChemicalCorporation可商购的
9 88、
50和
400可获得的。大豆油是以商品名FLEXOL
TM EPO从美国特拉华州的陶氏化学公司(DowChemicals,DE,USA)可商购的。
该聚氨酯组合物和该增塑剂可以按照可接受的任何方式组合或混合以形成该粘合剂组合物,该方式包括但不限于手动混合、静态混合、以及动态混合。注意到,可以将该聚氨酯组合物添加至该增塑剂中,或反之亦然,或可替代地,可以同时地将该聚氨酯组合物和增塑剂添加至容器中以形成该粘合剂组合物。
该粘合剂组合物可以包含填充剂、或流变改性剂(优选地是触变剂(“一种或多种触变胶”))或其组合,可以将它们添加至该聚氨酯组合物的部分(A)和/或部分(B)中。该填充剂可以是本领域中已知的任何合适的填充剂,包括但不限于,滑石、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁、粘土、云母、二氧化钛、或前述的任何组合。该流变改性剂包括来自美国康涅狄格州沃灵福德的毕克添加剂/元素特种产品公司(BYK Additives/Elements Specialties,Wallingford,CT,USA)的所有合成和天然的抗流挂添加剂,连同伯胺封端的聚醚化合物。伯胺封端的聚醚化合物包括,但不限于具有从110或200至优选500的分子量(尽管最高达2000的分子量是合适的)和2至3、优选2的胺官能度的聚氧丙烯胺。此类伯氨基封端的聚醚是由犹他州盐湖城的亨斯迈公司(Huntsman Corporation,Salt Lake City,UT)以名称Jeffamine制造且出售的。特别优选的是Jeffamine D-230,其是用伯胺封端的且具有2的胺官能度以及230的分子量的聚氧化丙烯二醇。该粘合剂组合物中的交联可以进一步通过添加含羟基的叔胺(例如作为QUADROL由德国巴斯夫公司(BASF Corp.,Germany)可商购的二异丙醇胺)来加速。当该聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)在此类胺存在下混合在一起时,触变性迅速发展。触变剂包括,但不限于,无机添加剂,并且可以包括,例如,气相二氧化硅、无定形二氧化硅、粘土、膨润土、滑石、和类似物、以及其组合。
当该聚氨酯组合物和该增塑剂组合以形成该粘合剂组合物时,该粘合剂组合物典型地具有至少10,000cps的初始混合粘度。注意到,如在“初始混合粘度”中使用的术语“初始混合”指的是当首先将该聚氨酯的两个部分(A)和(B)以及该增塑剂混合在一起时的该粘合剂组合物的粘度。在另一个实例中,该粘合剂组合物的初始混合粘度是在10,000cps与40,000cps之间,包括其间的任何值。在另一个实例中,该粘合剂组合物的初始混合粘度是在10,000cps与25,000cps之间,包括其间的任何值。在另外的实例中,该粘合剂组合物的初始粘度是在20,000cps与35,000cps之间,包括其间的任何值。在另一个实例中,该粘合剂组合物的初始粘度是在30,000cps与40,000cps之间,包括其间的任何值。虽然以上提供了初始混合粘度的某些范围,但是考虑了该粘合剂组合物的初始混合粘度可以是高于20,000cps的任何值。基于加工要求,该初始混合粘度范围可以是从5000cps至70,000cps。
这些粘合剂组合物应该是柔性的以便渗透反渗透组件的膜中的间隙和空隙,而且应该是足够坚固的以导致该膜经受的高压使用其。在混合上述组分形成该粘合剂组合物之后,将该粘合剂组合物施加到该反渗透组件的膜上。该粘合剂组合物在施加在该膜上之后固化。在图1中说明了示例反渗透组件10,其中示出了施加在膜14的至少一部分上的粘合剂组合物12。图1中示出的实例仅仅用于说明目的并且不意味着限制本发明的范围。
可以通过室温固化或热固化来固化该粘合剂组合物。当该粘合剂组合物完全固化时,该粘合剂将具有某些特性,这些特性帮助将有益特征给予该粘合剂组合物(当用于反渗透组件中时)。当完全固化时该粘合剂组合物典型地具有大于20A的肖氏硬度。在另一个实例中,当完全固化时该粘合剂组合物具有至少30A的肖氏硬度,而在另一个实例中,当完全固化时该粘合剂组合物具有至少40A的肖氏硬度。在又另一个实例中,当完全固化时该粘合剂组合物具有至少35D的肖氏硬度。在另外的实例中,当完全固化时该粘合剂组合物具有在35D与80D之间的肖氏硬度。在另一个实例中,该粘合剂组合物具有在60A与80D之间的肖氏硬度。
当完全固化时,该粘合剂组合物应该具有大于100psi、优选地大于500psi的拉伸强度。在另一个实例中,当完全固化时,该粘合剂组合物具有大于1,000psi、优选地大于2,000psi的拉伸强度。该拉伸强度可以通过例如英斯特朗(Instron)张力计测量。
考虑了可以使用本领域中施加此类粘合剂的已知的任何技术将该粘合剂组合物施加到所希望的膜上。例如,可以使用任何可商购的涂覆机(如狭缝式模头涂覆机)将该粘合剂组合物施加到反渗透组件的膜上。可以将该粘合剂组合物作为具有任何所希望的厚度的层施加。在一个实例中,该粘合剂组合物以0.2至4密耳厚的层施加,尽管其他厚度可以是可适用的。
本发明至少包括以下实施例:
实施例1.一种适合于反渗透组件的粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(I)基于该粘合剂组合物的总wt.%从65wt.%至99wt.%的聚氨酯组合物,该聚氨酯组合物包含:
(A)含异氰酸酯基的预聚物,该预聚物包含以下各项的反应产物:(i)蓖麻油或其衍生物;和(ii)聚异氰酸酯;以及(iii)任选地第二多元醇;以及
(B)异氰酸酯反应性多元醇混合物,该混合物包含:(i)聚丁二烯多元醇;和(ii)尿烷催化剂;以及(iii)任选地该第二多元醇;以及
(II)基于该粘合剂组合物的总wt%从1wt%至35wt%的增塑剂,
其中该粘合剂组合物基本上不含稀释剂油和溶剂。
实施例2.根据实施例1所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的初始混合粘度是至少10,000cps。
实施例3.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的初始混合粘度是在10,000cps与40,000cps之间。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的初始混合粘度是在30,000cps与40,000cps之间。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的初始混合粘度是在20,000cps与35,000cps之间。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的初始混合粘度是在10,000cps与25,000cps之间。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,当完全固化时进一步包括大于20A的肖氏硬度。
实施例8.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,当完全固化时进一步包括至少30A的肖氏硬度。
实施例9.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,当完全固化时进一步包括至少40A的肖氏硬度。
实施例10.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,当完全固化时进一步包括在60A与80D之间的肖氏硬度。
实施例11.根据实施例1-6和9-10中任一项所述的粘合剂组合物,当完全固化时进一步包括至少35D的肖氏硬度。
实施例12.根据实施例1-6和9-10中任一项所述的粘合剂组合物,当完全固化时进一步包括在35D与80D之间的肖氏硬度。
实施例13.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的拉伸强度大于100psi。
实施例14.如前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中当完全固化时该粘合剂组合物的拉伸强度是至少1,000psi。
实施例15.如前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中当完全固化时该粘合剂组合物的拉伸强度是至少2,000psi。
实施例16.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中部分(A)或部分(B)包含基于部分(A)和部分(B)的总重量百分比的至少4wt%的该第二多元醇。
实施例17.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中部分(A)或部分(B)包含基于部分(A)和部分(B)的总重量百分比的至少6wt.%的该第二多元醇。
实施例18.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中部分(A)或部分(B)包含基于部分(A)和部分(B)的总重量的至少10wt.%的该第二多元醇。
实施例19.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该第二多元醇选自具有小于600的分子量的多元醇的组。
实施例20.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该第二多元醇是具有在80-300道尔顿之间的分子量的多元醇。
实施例21.根据实施例20所述的粘合剂组合物,其中该第二多元醇是二醇。
实施例22.根据实施例19所述的粘合剂组合物,其中该第二多元醇选自下组,该组由以下各项组成:2-乙基-1,3-己二醇;1,2-丙二醇;1,3-丁二醇;2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、1,12-十八烷二醇;1,2-己二醇;1,2-辛二醇;以及1,2-癸二醇。
实施例23.根据实施例19所述的粘合剂组合物,其中该第二多元醇是聚丙二醇或聚四亚甲基醚二醇。
实施例24.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中部分(I)(A)和部分(I)(B)中的至少一种进一步包含填充剂、触变剂或其组合。
实施例25.根据实施例24所述的粘合剂组合物,其中部分(I)(A)和部分(I)(B)中的至少一种包含选自下组的填充剂,该组由以下各项组成:滑石、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁、粘土、云母、二氧化钛、以及其组合。
实施例26.根据实施例24所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的部分(I)(B)进一步包含触变剂。
实施例27.根据实施例26所述的粘合剂组合物,其中该触变剂选自下组,该组由以下各项组成:气相二氧化硅、无定形二氧化硅、滑石、粘土以及其组合。
实施例28.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的部分(I)包含基于部分(I)的总重量的在10wt.%与90wt.%之间的部分(A)以及基于部分(I)的总重量的在10wt.%与90wt.%之间的部分(B)。
实施例29.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的部分(I)包含基于部分(I)的总重量的在20wt.%与80wt.%之间的部分(A)以及基于部分(I)的总重量的在20wt.%与80wt.%之间的部分(B)。
实施例30.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的部分(I)包含基于部分(I)的总重量的在30wt.%与70wt.%之间的部分(A)以及基于部分(I)的总重量的在30wt.%与70wt.%之间的部分(B)。
实施例31.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该粘合剂组合物的部分(I)包含基于部分(I)的总重量的50wt.%的部分(A)以及基于部分(I)的总重量的50wt.%的部分(B)。
实施例32.一种适合于反渗透组件的粘合剂组合物,该粘合剂组合物包含:
(I)基于该粘合剂组合物的总重量从65wt%至99wt%的聚氨酯组合物,该聚氨酯组合物包含:
(A)含异氰酸酯基的预聚物,该预聚物包含以下各项的反应产物:(i)蓖麻油或其衍生物;和(ii)聚异氰酸酯;以及
(B)异氰酸酯反应性多元醇混合物,该混合物包含:(i)聚丁二烯多元醇;(ii)尿烷催化剂;以及(iii)第二多元醇;以及
(II)基于该粘合剂组合物的总wt%从1wt.%至35wt.%的增塑剂,
其中该粘合剂组合物基本上不含稀释剂油和溶剂,进一步其中当完全固化时该粘合剂组合物的拉伸强度是至少1,000psi,并且当完全固化时该粘合剂组合物的肖氏硬度是在35D与75D之间。
实施例33.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该增塑剂选自下组,该组由以下各项组成:壬二酸酯、癸二酸酯、马来酸酯、琥珀酸酯、邻苯二甲酸酯、己二酸酯、基于二羧酸/三羧酸酯的增塑剂、磷酸酯、偏苯三酸酯、戊二酸酯、柠檬酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、二甘醇二苯甲酸酯、环氧化大豆油、大豆油酯、以及其组合。
实施例34.根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物,其中该增塑剂选自下组,该组由以下各项组成:二丙二醇二苯甲酸酯、二甘醇二苯甲酸酯、环氧化大豆油、大豆油酯、己二酸二庚酯、己二酸二辛酯、已二酸二壬酯、以及其组合。
实施例35.一种包含根据前述实施例中任一项所述的粘合剂组合物的反渗透组件。
实施例36.一种包含根据实施例32所述的粘合剂组合物的反渗透组件。
实施例37.一种构造反渗透组件的方法,该方法包括:
将粘合剂组合物施加到存在于该反渗透组件中的膜的至少一部分上,该粘合剂组合物是根据实施例1-32中任一项所述的粘合剂组合物。
实施例38.一种构造反渗透组件的方法,该方法包括:
将粘合剂组合物施加到存在于该反渗透组件中的膜的至少一部分上,该粘合剂组合物是根据实施例32所述的粘合剂组合物。
在以下提供的实例中进一步讨论了根据前述实施例中的一项或多项所述的粘合剂组合物。
实例
在表1中列出的以下组分用于实例I-IX中,这些实例在以下表2和3中详述。
表1:使用的化学品和商品名:
表2提供了用于实例I-II中的粘合剂组合物的聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)以及增塑剂的组分,这些粘合剂组合物是根据本发明的粘合剂组合物。表2还提供了用于实例III-IV(对比粘合剂组合物)的组分。在实例I-IV中,该聚氨酯组合物的部分(B)不包含第二多元醇。
根据以下程序合成实例I-IX中的粘合剂组合物的部分(A)和(B)。
用于在实例I-IX中合成部分(A)的方案:
将称重的二异氰酸酯装入配备用于搅拌、真空、加热并且冷却的反应容器中。将SF8843消泡剂添加至该反应容器中。在搅拌下,将90摩尔%(基于异氰酸酯)的蓖麻油以温度升高不超过85℃的这样的速率添加至该反应容器中。在添加该蓖麻油之后,将该反应容器在真空下(至少在27英寸Hg下)密封并且然后在80℃至85℃之间的温度下加热持续四个(4)小时以形成该部分(A)的含异氰酸酯基的预聚物。
根据ASTM D 2572分析该部分(A)的含异氰酸酯基的预聚物的样品以确定NCO含量。当必要时,将附加的蓖麻油加入并且在真空下在80℃至85℃之间的温度下反应持续2小时以将该NCO含量降低至目标NCO值,即,5%至25%(质量百分比)NCO含量。如果所计算的NCO含量低于该目标值,添加额外的二异氰酸酯以增加该NCO含量。在使用之前再次确定该NCO含量以确保该NCO含量在目标值内。
用于在实例I-IV中合成部分(B)的方案:
在实例I-IV的粘合剂组合物中,该聚氨酯组合物的部分(B)不包含第二多元醇和触变胶。通过在容器中共混该聚丁二烯二醇、增塑剂和消泡剂持续30分钟合成实例I-IV中的每种粘合剂组合物。然后从该混合物中汽提水,使得该混合物的含水量小于0.04wt.%。然后添加该催化剂并且搅拌该混合物在40与45分钟之间以产生均匀的混合物。
用于在实例VI-IX中合成部分(B)的方案
在实例VI-IX的粘合剂组合物中,该聚氨酯组合物的部分(B)包含第二多元醇和触变胶。通过在容器中共混该聚丁二烯二醇、增塑剂和消泡剂持续30分钟合成实例VI-IX中的每种粘合剂组合物。然后从该混合物中汽提水,使得该混合物的含水量小于0.04wt.%。在该混合物被汽提除去水之后,将该第二多元醇(第二二醇EH二醇)添加至该混合物中并且与该混合物共混,使得含水量是0.04wt.%或更少。然后在室温下将该催化剂添加至该混合物中并且混合,接着是该触变胶。在室温下将该触变胶添加至该混合物中并且混合在40分钟与45分钟之间,直到获得均匀的混合物。
表3提供了用于实例V-IX中的粘合剂组合物的聚氨酯组合物的部分(A)和部分(B)以及增塑剂的组分,这些粘合剂组合物是根据本发明的粘合剂组合物。在实例V-IX中,该聚氨酯组合物的部分(B)包含第二多元醇。
混合之后立即测量部分A+部分B的初始粘度。
*如下进行耐碱性测试:将完全固化的粘合剂的样品板在75℃下在3%NaOH溶液中老化持续72小时,然后对于硬度和变形再次进行测试。所有实例示出了仅仅轻微的黄化,而没有变形或硬度上的变化。
如以上表2和3中示出的,与根据对比实例III、IV和IX的粘合剂组合物相比,根据本发明(实例I、II和V-VIII)的粘合剂组合物的硬度、拉伸强度和撕裂强度被改进。