JP2631253B2 - Highly selective gas separation membrane and its production method - Google Patents

Highly selective gas separation membrane and its production method

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JP2631253B2
JP2631253B2 JP3295226A JP29522691A JP2631253B2 JP 2631253 B2 JP2631253 B2 JP 2631253B2 JP 3295226 A JP3295226 A JP 3295226A JP 29522691 A JP29522691 A JP 29522691A JP 2631253 B2 JP2631253 B2 JP 2631253B2
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俊介 中西
喜博 楠木
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この出願の第1の発明は、概略、
ビフェニルテトラカルボン酸類及び/又は2,2−ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロ
パン二無水物を主成分とする芳香族テトラカルボン酸成
分と、芳香族ジアミン成分とから得られた特定の芳香族
ポリイミドで形成されている非対称性ガス分離膜が、プ
ラズマ処理されていて、そして、ヘリウムガスの透過速
度(PHe)が高いレベルであると共に、ヘリウムガス
の透過速度と窒素ガスの透過速度との比(PHe/PN
)で示される選択透過性(ガス分離性能)が極めて高
いという新規な高選択性ガス分離膜に係わるものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The first invention of the present application is summarized as follows.
A specific component obtained from an aromatic tetracarboxylic acid component mainly containing biphenyltetracarboxylic acids and / or 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride and an aromatic diamine component The asymmetric gas separation membrane made of the aromatic polyimide of the above is plasma-treated, and the helium gas permeation rate (PHe) is at a high level, and the helium gas permeation rate and the nitrogen gas permeation rate And the ratio (PHe / PN
The present invention relates to a novel highly selective gas separation membrane having an extremely high selective permeability (gas separation performance) shown in 2 ).

【0002】この出願の第2の発明は、前記の特定の芳
香族ポリイミドで形成されていて、プラズマ処理されて
いない、特定の低いガス分離性能を有する非対称性ガス
分離膜を、特定の不飽和化合物の存在下に、化学的プラ
ズマ処理することによって、前述の高選択性ガス分離膜
を工業的に製造する方法に係わる。
The second invention of this application is to provide an asymmetric gas separation membrane which is formed of the above-mentioned specific aromatic polyimide and which has not been subjected to plasma treatment and has a specific low gas separation performance. The present invention relates to a method for industrially producing the above-mentioned highly selective gas separation membrane by performing a chemical plasma treatment in the presence of a compound.

【0003】[0003]

【従来技術の説明】従来、多孔質である耐熱性のガス分
離膜について、その選択透過性を改良する方法は、種々
のポリマーからなる多孔質ガス分離膜について改良方法
が多数提案されていた。
2. Description of the Related Art Hitherto, many methods for improving the selective permeability of a porous heat-resistant gas separation membrane have been proposed for porous gas separation membranes made of various polymers.

【0004】例えば、耐熱性ポリマー溶液から湿式製膜
法などで製膜して多孔質ガス分離膜を製造し、次いで、
そのガス分離膜を熱処理して、緻密層を形成させたり、
変質させて、気体のガス透過速度、ガス分離性能(選択
性)が改良されたガス分離膜を製造する方法が知られて
いる。
For example, a porous gas separation membrane is manufactured by forming a film from a heat-resistant polymer solution by a wet film forming method or the like, and then,
Heat-treating the gas separation membrane to form a dense layer,
There is known a method for producing a gas separation membrane which is modified to improve gas permeation rate and gas separation performance (selectivity) of gas.

【0005】しかしながら、耐熱性ポリマーで形成され
ているガス分離膜を熱処理によって、選択透過性を向上
させようとする場合には、ガス分離膜を極めて高い温度
に長時間さらすことによって行われているので、ガス分
離膜の多孔質構造が著しく変質したり、不均一に変質し
てしまい、その結果、ガス透過性が低下してしまった
り、再現性よく選択透過性の改善されたガス分離膜を製
造することができないという問題があった。
However, in order to improve the selective permeability of a gas separation membrane made of a heat-resistant polymer by heat treatment, the gas separation membrane is exposed to an extremely high temperature for a long time. Therefore, the porous structure of the gas separation membrane is remarkably deteriorated or non-uniformly deteriorated, and as a result, the gas permeability is reduced or the gas separation membrane with improved selectivity is improved with good reproducibility. There was a problem that it could not be manufactured.

【0006】最近、耐熱性ポリマー製の多孔質ガス分離
膜の選択透過性を向上させる方法として多孔質ガス分離
膜の表面をプラズマ処理する方法が提案されている。例
えば、特開昭57−94304号公報、特開昭57−9
4305号公報、特開昭58−8503号公報には、ポ
リスルホン、アクリロニトリルなどの耐熱性ポリマーか
らなる多孔質のガス分離膜(支持体)を、ガス状の有機
化合物及び/又は不活性ガスの存在下で、プラズマ処理
して、緻密層(分離層)を形成したり又は表面層を改質
して、選択透過性を改良した(中空繊維)ガス分離膜を
製造する方法が提案されている。
Recently, a method of plasma-treating the surface of a porous gas separation membrane has been proposed as a method for improving the selective permeability of a porous gas separation membrane made of a heat-resistant polymer. For example, JP-A-57-94304 and JP-A-57-9
JP-A-4305 and JP-A-58-8503 disclose that a porous gas separation membrane (support) made of a heat-resistant polymer such as polysulfone or acrylonitrile can be used for the presence of a gaseous organic compound and / or an inert gas. Below, a method has been proposed in which a dense layer (separation layer) is formed by plasma treatment or a surface layer is modified to produce a gas separation membrane (hollow fiber) having improved permselectivity.

【0007】しかし、前記のプラズマ処理によって多孔
質ガス分離膜に、緻密層を形成する方法では、プラズマ
処理によって多数の微細孔の表面開口部を閉塞させて緻
密層化するのであるが、多孔質ガス分離膜の表面を再現
性よく緻密層を形成することが極めて困難であり、特
に、芳香族ポリイミド製の多孔質ガス分離膜について
は、充分に高い選択性が付与された非対称性ガス分離膜
を得ることが実質的にできなかったのである。
However, in the method of forming a dense layer on a porous gas separation membrane by the above-mentioned plasma treatment, the surface openings of many fine pores are closed by the plasma treatment to form a dense layer. It is extremely difficult to form a dense layer with good reproducibility on the surface of the gas separation membrane. In particular, for an aromatic polyimide porous gas separation membrane, an asymmetric gas separation membrane provided with a sufficiently high selectivity Could not be substantially obtained.

【0008】また、特開昭60−99323号〜993
27号公報、および、特開昭62−204825号〜2
04827公報において、ポリスルホン、ポリアミド、
ポリアクリルニトリルなどからなる多孔質膜上に、パー
フルオロシクロヘキセン、パーフルオロヘプテン−1、
テトラキス(トリフルオロメチル)エチレン、テトラキ
ス(トリフルオロメチル)ジチエタンなどの不飽和フル
オロ化合物などをプラズマ重合させて、プラズマ重合膜
の緻密層を有するガス分離膜を製造する方法が知られて
いる。
[0008] Japanese Patent Laid-Open No. 60-99323 to 993
No. 27, and JP-A No. 62-204825-2
04827, polysulfone, polyamide,
Perfluorocyclohexene, perfluoroheptene-1, on a porous film made of polyacrylonitrile, etc.
There is known a method for producing a gas separation membrane having a dense layer of a plasma-polymerized membrane by plasma-polymerizing an unsaturated fluoro compound such as tetrakis (trifluoromethyl) ethylene and tetrakis (trifluoromethyl) dithiethane.

【0009】特開昭61−107923号公報には、特
定の2,2−ビス〔4−(3,4−ジカルボキシフェノ
キシ)フェニル〕オロプロパン二無水物とフェニレンジ
アミンとから得られた特定のポリエーテルイミドからな
る非対称性の多孔質膜上に、シラン系不飽和化合物など
の重合性モノマーをプラズマ重合させて重合膜を形成
し、さらに、オルガノポリシロキサン類のコーティング
薄膜を形成して、選択透過性複合膜を製造する方法が提
案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-107923 discloses a specific poly (2,2-bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] olopropane dianhydride and phenylenediamine. A polymerizable film is formed by plasma polymerizing a polymerizable monomer such as a silane-based unsaturated compound on an asymmetric porous film made of etherimide, and then a coating thin film of organopolysiloxanes is formed. There has been proposed a method for producing a composite membrane.

【0010】しかし、前記の公知のプラズマ重合法によ
って製造される各複合分離膜は、ヘリウムガスの透過速
度(PHe)が約1.2×10−3〜6.8×10−4
cm(STP)/cm・sec・cmHg程度と高
いレベルであるけれども、一方、それらの選択透過性
(PHe/PN)が13〜32程度とかなり低いレベ
ルのものであるか、或いはヘリウムガスの透過速度(P
He)が1.4×10−5〜2.0×10−5cm
cm・sec・cmHg程度と極めて小さく、実用的
に使用する場合に充分に満足することができないもので
あった。
However, each composite separation membrane manufactured by the above-mentioned known plasma polymerization method has a helium gas permeation rate (PHe) of about 1.2 × 10 −3 to 6.8 × 10 −4.
cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg, but on the other hand, their permselectivity (PHe / PN 2 ) is on the order of 13-32, or helium. Gas permeation speed (P
He) is 1.4 × 10 −5 to 2.0 × 10 −5 cm 3 /
cm 2 · sec · cmHg, which was extremely small, and could not be sufficiently satisfied in practical use.

【0011】[0011]

【本発明の解決すべき問題点】この発明の目的は、ヘリ
ウムガスの透過速度が充分に大きく、しかも、ヘリウム
と窒素とのガス分離性(選択透過性)が極めて高いとい
う、実用性の高いガス分離性能を有する新規な芳香族ポ
リイミド製の高選択性ガス分離膜、ならびに、その高選
択性ガス分離膜を工業的に再現性よく製造することがで
きる製法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly practical gas having a sufficiently high helium gas permeation rate and a very high gas separation property (selective permeability) between helium and nitrogen. An object of the present invention is to provide a novel aromatic polyimide high selectivity gas separation membrane having gas separation performance, and a method for industrially producing the high selectivity gas separation membrane with good reproducibility.

【0012】[0012]

【問題点を解決する手段】この出願の第1の発明は、
一般式A
[Means for Solving the Problems] The first invention of this application is:
General formula A

【0013】[0013]

【化7】 (式中、Rは、芳香族ジアミン化合物に基づく2価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(A)、およ
び/または、一般式(B)
Embedded image (Wherein, R 1 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound) and / or a general formula (B)

【0014】[0014]

【化8】 (式中、Rは、芳香族ジアミン化合物に基づく2価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(B)80〜
100モル%、並びに、一般式(C)
Embedded image (Wherein, R 2 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound).
100 mol% and the general formula (C)

【0015】[0015]

【化9】 (式中、Rは、芳香族テトラカルボン酸類に基づく4価
の芳香族残基であり、そして、Rは、芳香族ジアミン
化合物に基づく2価の芳香族残基である。)
Embedded image (In the formula, R is a tetravalent aromatic residue based on an aromatic tetracarboxylic acid, and R 3 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound.)

【0016】で示される反復単位(C)20モル%以下
からなる芳香族ポリイミドで形成されている非対称性ガ
ス分離膜が、不飽和炭化水素化合物、不飽和ハロゲン化
物、不飽和脂肪族アルコール及び不飽和脂肪族アミンか
らなる群から選ばれた少なくとも一種の不飽和化合物の
存在下に、プラズマ処理されており、そして、80℃に
おけるへリウムガスの透過速度(PHe)が1×10-4
cm3 (STP)/cm2 ・sec・cmHg以上、好
ましくは2×10-4〜l×10-3cm3 (STP)/c
2 ・sec・cmHgであり、そして、80℃におけ
るヘリウムガスの透過速度(PHe)と窒素ガスの透過
速度(PN2 )との比(PHe/PN2 )が50以上、
特に60〜300程度であることを特徴とする高選択性
ガス分離膜に係わる。
The asymmetric gas separation membrane formed of an aromatic polyimide comprising 20 mol% or less of the repeating unit (C) represented by the formula (1) is used for forming an unsaturated hydrocarbon compound, an unsaturated halide, an unsaturated aliphatic alcohol and an unsaturated aliphatic alcohol. It has been plasma-treated in the presence of at least one unsaturated compound selected from the group consisting of saturated aliphatic amines, and has a helium gas permeation rate (PHe) of 1 × 10 −4 at 80 ° C.
cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg or more, preferably 2 × 10 −4 to 1 × 10 −3 cm 3 (STP) / c
m 2 · sec · cmHg, and the ratio (PHe / PN 2 ) of the helium gas permeation rate (PHe) to the nitrogen gas permeation rate (PN 2 ) at 80 ° C. is 50 or more;
In particular, the present invention relates to a highly selective gas separation membrane characterized by being about 60 to 300.

【0017】この出願の第2の発明は、前記の一般式
(A)で示される反復単位(A)及び/又は一般式
(B)で示される反復単位(B)80〜100モル%、
並びに、一般式(C)で示される反復単位(C)20モ
ル%以下からなる芳香族ポリイミドで形成されていて、
又、80℃におけるへリウムガスの透過速度(PHe)
が1×10-4cm3 (STP)/cm2 ・sec・cm
Hg以上、好ましくは5×10-4〜5×10-3cm
3 (STP)/cm2 ・sec・cmHg程度であっ
て、そして、80℃におけるへリウムガスの透過速度
(PHe)と窒素ガスの透過速度(PN2 )との比(P
He/PN2 )が1.5〜50、好ましくは2〜20程
度であるガス分離膜を、不飽和炭化水素化合物、不飽和
ハロゲン化物、不飽和脂肪族アルコール及び不飽和脂肪
族アミンからなる群から選ばれた少なくとも一種の不飽
和化合物の存在下に、プラズマ処理することを特徴とす
る高選択性ガス分離膜の製法に係わる。
The second invention of this application is characterized in that the repeating unit (A) represented by the general formula (A) and / or the repeating unit (B) represented by the general formula (B) is 80 to 100 mol%,
And an aromatic polyimide comprising 20 mol% or less of the repeating unit (C) represented by the general formula (C),
Also, the permeation rate of helium gas at 80 ° C (PHe)
Is 1 × 10 -4 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cm
Hg or more, preferably 5 × 10 −4 to 5 × 10 −3 cm
3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg, and the ratio (P) of the transmission rate of helium gas (PHe) to the transmission rate of nitrogen gas (PN 2 ) at 80 ° C.
A gas separation membrane having He / PN 2 ) of about 1.5 to 50, preferably about 2 to 20 is formed of a group consisting of an unsaturated hydrocarbon compound, an unsaturated halide, an unsaturated aliphatic alcohol and an unsaturated aliphatic amine. A plasma treatment in the presence of at least one unsaturated compound selected from the group consisting of:

【0018】この発明の高選択性ガス分離膜は、特定の
芳香族ポリイミド製の多孔質又は非対称性のガス分離膜
が、特定の不飽和化合物の存在下に、グロー放電または
コロナ放電によって、化学的プラズマ処理されおり、該
ガス分離膜の表面層に架橋構造が形成されていたり、官
能基が導入されていたり、あるいは、プラズマ重合体の
薄膜が形成されていることによって、前述の高いガス分
離性能が付与された芳香族ポリイミド製の新規な高選択
性ガス分離膜である。
The high selectivity gas separation membrane of the present invention is characterized in that a porous or asymmetric gas separation membrane made of a specific aromatic polyimide is formed by a glow discharge or corona discharge in the presence of a specific unsaturated compound. Plasma treatment, a cross-linked structure is formed on the surface layer of the gas separation membrane, a functional group is introduced, or a thin film of a plasma polymer is formed. It is a novel highly selective gas separation membrane made of aromatic polyimide to which performance is given.

【0019】この発明の高選択性ガス分離膜を形成して
いるポリマー材料は、前述の一般式(A)で示される反
復単位(A)および/又は一般式(B)で示される反復
単位(B)80〜100モル%、好ましくは90〜10
0モル%並びに一般式(C)で示される反復単位(C)
20モル%以下、好ましくは0〜18モル%からなる芳
香族ポリイミドである。
The polymer material forming the highly selective gas separation membrane of the present invention comprises a repeating unit (A) represented by the aforementioned general formula (A) and / or a repeating unit represented by the following general formula (B): B) 80 to 100 mol%, preferably 90 to 10
0 mol% and the repeating unit (C) represented by the general formula (C)
It is an aromatic polyimide comprising 20 mol% or less, preferably 0 to 18 mol%.

【0020】この発明においては、前記の芳香族ポリイ
ミドは、例えば、(a)前述の一般式(A)で示される
反復単位(A)90〜100モル%、および、一般式
(C)で示される反復単位(C)0〜10モル%からな
る可溶性の芳香族ポリイミドであるか、あるいは、
(b)前述の一般式(A)で示される反復単位(A)5
〜70モル%、特に10〜60モル%、一般式(B)で
示される反復単位(B)20〜90モル%、特に30〜
80モル%、および、一般式(C)で示される反復単位
(C)20モル%以下、好ましくは0〜18モル%から
なる可溶性の芳香族ポリイミドであることが好適であ
る。
In the present invention, the aromatic polyimide may be, for example, (a) 90 to 100 mol% of a repeating unit (A) represented by the above-mentioned general formula (A); A soluble aromatic polyimide comprising 0 to 10 mol% of repeating units (C),
(B) a repeating unit (A) 5 represented by the aforementioned general formula (A)
-70 mol%, especially 10-60 mol%, 20-90 mol%, especially 30-90 mol% of the repeating unit (B) represented by the general formula (B)
It is suitable to be a soluble aromatic polyimide comprising 80 mol% and 20 mol% or less, preferably 0 to 18 mol% of the repeating unit (C) represented by the general formula (C).

【0021】すなわち、前記の芳香族ポリイミド(a)
は、ビフェニルテトラカルボン酸又はその酸二無水物8
0〜100モル%、その他の芳香族テトラカルボン酸類
20モル%以下からなる芳香族テトラカルボン酸成分
と、芳香族ジアミン成分とを、両成分略等モル、有機極
性溶媒中で重合およびイミド化して、得られる可溶性の
芳香族ポリイミドである。
That is, the aromatic polyimide (a)
Is biphenyltetracarboxylic acid or its acid dianhydride 8
An aromatic tetracarboxylic acid component composed of 0 to 100 mol% and other aromatic tetracarboxylic acids of 20 mol% or less, and an aromatic diamine component are polymerized and imidized in an organic polar solvent in substantially equimolar amounts of both components. And the resulting soluble aromatic polyimide.

【0022】前記の芳香族ポリイミド(b)は、ビフェ
ニルテトラカルボン酸又はその酸二無水物5〜70モル
%、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘ
キサフルオロプロパン又はその二無水物20〜90モル
%、および、必要であれば、ピロメリット酸、ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸、または、ジフェニルエーテル
テトラカルボン酸、又はそれらの酸二無類物からなるそ
の他の芳香族テトラカルボン酸類20モル%以下を含有
する芳香族テトラカルボン酸成分と、芳香族ジアミン成
分とを、両成分略等モル、有機極性溶媒中で重合および
イミド化して得られる可溶性の芳香族ポリイミドであ
る。
The aromatic polyimide (b) may be a biphenyltetracarboxylic acid or its dianhydride in an amount of 5 to 70 mol%, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane or its dianhydride. 20 to 90 mol% of the product and, if necessary, 20 mol% or less of pyromellitic acid, benzophenone tetracarboxylic acid, diphenyl ether tetracarboxylic acid, or other aromatic tetracarboxylic acids composed of diacids of these acids Is a soluble aromatic polyimide obtained by polymerizing and imidizing an aromatic tetracarboxylic acid component and an aromatic diamine component in substantially equimolar amounts of both components in an organic polar solvent.

【0023】前記の反復単位(A)としては、特に、一
般式(AA)
The repeating unit (A) is preferably represented by the general formula (AA)

【化10】 (式中、Rは、芳香族ジアミン化合物に基づく二価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(AA)であ
ることが特に好ましい。
Embedded image (Wherein, R 1 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound).

【0024】すなわち、この発明の高選択性ガス分離膜
を形成している芳香族ポリイミドは、3,3’,4,
4’−ビフェニルテトラカルボン酸又はその酸二無水物
をビフェニルテトラカルボン酸類として使用するほか
は、前述の(a)又は(b)の重合法のようにして重合
及びイミド化反応して得られる芳香族ポリイミドであっ
て、前記一般式(AA)で示される反復単位(AA)を
有していることが好ましい。
That is, the aromatic polyimide forming the highly selective gas separation membrane of the present invention is 3,3 ′, 4,4
Other than using 4'-biphenyltetracarboxylic acid or its acid dianhydride as biphenyltetracarboxylic acids, the fragrance obtained by polymerization and imidization reaction as in the polymerization method (a) or (b) described above. It is preferably a group III polyimide having a repeating unit (AA) represented by the general formula (AA).

【0025】また、前記の一般式(C)において、R
は、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン
酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸又はそれらの
酸二無水物など芳香族テトラルボン酸類に基づく4価の
芳香族残基であることが好ましく、特に、ピロメリット
酸又はその酸二無水物が好適である。
In the above general formula (C), R
Is preferably a tetravalent aromatic residue based on aromatic tetrarubonic acids such as pyromellitic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, biphenylethertetracarboxylic acid or their acid dianhydrides, and in particular, pyromellitic acid or Acid dianhydrides are preferred.

【0026】前記の一般式(A)、(AA)、(B)及
び(C)におけるR、RまたはRの2価の芳香族
残基を形成することになる芳香族ジアミンは、すべて同
一であっても、それぞれ異なっていてもよく、例えば、
The aromatic diamine which forms a divalent aromatic residue of R 1 , R 2 or R 3 in the general formulas (A), (AA), (B) and (C) is All may be the same or may be different, for example,

【0027】(a)4,4’−ジアミノジフェニルエー
テル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,
3’−ジアミノジフェニルエーテル等のジフェニルエー
テル系ジアミン化合物、4,4’−ジアミノジフェニル
メタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,
3’−ジアミノジフェニルメタン等のジフェニルメタン
系ジアミン化合物、2,2−ビス(3−アミノフェニ
ル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プ
ロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフ
ルオロプロパン等のビス(フェニル)プロパン系ジアミ
ン化合物、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、
3,4’−ジアミノジフェニルスルホン等のジフェニル
スルホン系ジアミン化合物、4,4’−ジアミノベンゾ
フェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン等のベン
ゾフェノン系ジアミン化合物、3,7−ジアミノ−2,
8−ジメチル−ジフェニレンスルホン、3,7−ジアミ
ノ−2,8−ジエチル−ジフェニレンスルホン、3,7
−ジアミノ−4,8−ジメチル−ジフェニレンスルホン
等のジフェニレンスルホン系ジアミン化合物、
(A) 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether,
Diphenyl ether diamine compounds such as 3′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,4′-diaminodiphenylmethane, 3,
Diphenylmethane diamine compounds such as 3'-diaminodiphenylmethane, 2,2-bis (3-aminophenyl) propane, 2,2-bis (4-aminophenyl) propane, and 2,2-bis (4-aminophenyl) hexa Bis (phenyl) propane-based diamine compounds such as fluoropropane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone,
Diphenylsulfone diamine compounds such as 3,4'-diaminodiphenylsulfone; benzophenone diamine compounds such as 4,4'-diaminobenzophenone and 3,4'-diaminobenzophenone; 3,7-diamino-2,
8-dimethyl-diphenylene sulfone, 3,7-diamino-2,8-diethyl-diphenylene sulfone, 3,7
Diphenylene sulfone diamine compounds such as -diamino-4,8-dimethyl-diphenylene sulfone;

【0028】(b) 1,4−ビス(3−アミノフェノ
キシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキ
シ)ベンゼン等のビス(フェノキシ)ベンゼン系ジアミ
ン化合物、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼ
ン、1,4−ビス(3−アミノフェニル)ベンゼンなど
のビス(フェニル)ベンゼン系ジアミン化合物、
(B) bis (phenoxy) benzene diamine compounds such as 1,4-bis (3-aminophenoxy) benzene and 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene; Bis (phenyl) benzene-based diamine compounds such as aminophenyl) benzene and 1,4-bis (3-aminophenyl) benzene;

【0029】(c) 2,2−ビス〔4−(4−アミノ
フェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−
(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2
−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキ
サフルオロプロパン等のビス〔(フェノキシ)フェニ
ル〕プロパン系ジアミン化合物、2,2−ビス〔4−
(4−アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン、2,2
−ビス〔4−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕スル
ホン等のビス〔(フェノキシ)フェニル〕スルホン系ジ
アミン化合物、
(C) 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4-
(4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2
Bis [(phenoxy) phenyl] propane-based diamine compounds such as -bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropane, 2,2-bis [4-
(4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 2,2
Bis [(phenoxy) phenyl] sulfone-based diamine compounds such as -bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone;

【0030】(d) o−、m−またはp−フェニレン
ジアミン、3,5−ジアミノ安息香酸などのフェニレン
系ジアミン化合物などを挙げることができる。
(D) Phenylene diamine compounds such as o-, m- or p-phenylenediamine and 3,5-diaminobenzoic acid.

【0031】前記の芳香族ジアミン成分としては、複数
のベンゼン環、特に2〜4個のベンゼンの単環または縮
合環を有する芳香族ジアミン化合物を主として(約80
モル%以上、特に90〜100モル%)含有することが
好ましく、特に、ジフェニレンスルホン系ジアミン化合
物、ジフェニルエーテル系ジアミン化合物、ジフェニル
メタン系ジアミン化合物、ビス(フェノキシ)ベンゼン
系ジアミン化合物を主として含有することが好適であ
る。
The aromatic diamine component is mainly an aromatic diamine compound having a plurality of benzene rings, particularly a monocyclic or condensed ring of 2 to 4 benzenes (about 80 to about 80).
Mol% or more, especially 90 to 100 mol%), and particularly preferably mainly contains a diphenylene sulfone diamine compound, a diphenyl ether diamine compound, a diphenylmethane diamine compound, and a bis (phenoxy) benzene diamine compound. It is suitable.

【0032】この発明の高選択性ガス分離膜は、平膜状
であっても、中空糸状であってもよく、また、その膜厚
が10〜500μm、特に20〜300μm程度である
ことが好ましい。
The highly selective gas separation membrane of the present invention may be in the form of a flat membrane or a hollow fiber, and preferably has a thickness of about 10 to 500 μm, especially about 20 to 300 μm. .

【0033】この発明の製法は、前述の反復単位(A)
及び(B)を主として有する芳香族ポリイミドで形成さ
れていて、そして、80℃におけるヘリウムガスの透過
速度(PHe)が1×10−4cm(STP)/cm
・sec・cmHg以上であって、80℃におけるヘ
リウムガスの透過速度と窒素ガスとの透過速度比(PH
e/PN)が1.5〜50である多孔質又は非対称性
のガス分離膜を準備し、そして、そのガス分離膜を、前
述の不飽和化合物の存在下に(好ましくは前記不飽和化
合物を約0.01〜100cm(STP)/分の供給
速度で流通させながら)、0.01〜10torr、特
に0.05〜5torrの圧力およびガス温度約200
℃以下で、グロー放電、コロナ放電などの高周波のプラ
ズマ処理〔好ましくは周波数:1〜50MHz、高周波
電力:1〜100Wでの低温プラズマ処理:非平衡プラ
ズマ処理。「超LSIのプラズマ化学」(発行所:株式
会社工業調査会、編者:”電子材料”編集部、発行日:
1983.9.10.)参照〕を約0.1〜30分間、
特に0.3〜10分間行うことによって、高選択性ガス
分離膜を製造することが好ましい。
The production method of the present invention is characterized in that the aforementioned repeating unit (A)
And helium gas permeation rate (PHe) at 80 ° C. is 1 × 10 −4 cm 3 (STP) / cm.
2 sec · cmHg or more, and the ratio of the transmission speed of helium gas to that of nitrogen gas at 80 ° C. (PH
e / PN 2 ) is provided with a porous or asymmetric gas separation membrane of 1.5 to 50, and the gas separation membrane is prepared in the presence of the aforementioned unsaturated compound (preferably the unsaturated compound). about 0.01~100cm 3 (STP) while circulating in / min feed rate), 0.01~10torr, especially about the pressure and gas temperature 0.05~5Torr 200
C. or lower, high-frequency plasma processing such as glow discharge and corona discharge [preferably low-frequency plasma processing at a frequency of 1 to 50 MHz and high-frequency power of 1 to 100 W: non-equilibrium plasma processing. "Ultra LSI Plasma Chemistry" (Publisher: Industrial Research Institute Co., Ltd., Editor: "Electronic Materials" Editorial Department, Publication Date:
1983.9.10. )) For about 0.1-30 minutes,
In particular, it is preferable to produce a highly selective gas separation membrane by performing the treatment for 0.3 to 10 minutes.

【0034】前記のプラズマ処理において使用する不飽
和化合物である炭化水素化合物としては、エチレン、プ
ロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−
ペンテン、2−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、2
−メチル−2−ブテンなどのオレフィン系炭化水素、ブ
タジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエ
ン、1−メチルブタジエン、2,3−ジメチルブタジエ
ン、アレンなどのジエン系炭化水素、アセチレンおよび
その誘導体を好適に挙げることができる。
The hydrocarbon compound which is an unsaturated compound used in the above-mentioned plasma treatment includes ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1-butene and the like.
Pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 2
-Olefin-based hydrocarbons such as -methyl-2-butene, butadiene, 1,3-pentadiene, 1,4-pentadiene, 1-methylbutadiene, 2,3-dimethylbutadiene, diene-based hydrocarbons such as arene, acetylene and the like Derivatives are preferred.

【0035】また、前記の不飽和化合物であるハロゲン
化物としては、1,1−ジフルオロエチレン、テトラフ
ルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、塩化ビニ
ル、ビニリデンクロライド、1,2−ジブロモエチレン
などのオレフィン系炭化水素またはジエン系炭化水素の
ハロゲン化物を好適に挙げることができる。
Examples of the unsaturated compound halide include olefinic hydrocarbons such as 1,1-difluoroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, vinyl chloride, vinylidene chloride and 1,2-dibromoethylene. Alternatively, a halide of a diene hydrocarbon can be preferably exemplified.

【0036】さらに、前記の不飽和化合物としては、ア
リルアルコール、2−ブテン−1−オール、3−ブテン
−1−オール、3−ブテン−2−オール、2−ペンテン
−1−オール、2−ペンテン−2−オール、4−ペンテ
ン−1−オール、4−ペンテン−2−オール、1−ヘキ
セン−3−オール、2−ヘキセン−1−オール、3−ヘ
キセン−1−オール、4−ヘキセン−1−オール、5−
ヘキセン−1−オール、2−ブテン−1,4−ジオー
ル、2−シクロヘキセン−1−オール、プロパギルアル
コール等の不飽和脂肪族アルコール、および、
Further, the unsaturated compounds include allyl alcohol, 2-buten-1-ol, 3-buten-1-ol, 3-buten-2-ol, 2-penten-1-ol, and 2-penten-1-ol. Penten-2-ol, 4-penten-1-ol, 4-penten-2-ol, 1-hexen-3-ol, 2-hexen-1-ol, 3-hexen-1-ol, 4-hexen- 1-ol, 5-
Unsaturated aliphatic alcohols such as hexen-1-ol, 2-butene-1,4-diol, 2-cyclohexen-1-ol, propargyl alcohol, and

【0037】アリルアミン、ジアリルアミン、トリアリ
ルミン、N,N−ジメチルアリルアミン、N−メチルジ
アリルアミン、1−ジメチルアミノ−2−プロピレン、
3−(ジメチルアミノ)アクロレイン、3−(ジメチル
アミノ)アクリロニトリル、プロパギルアミン等の不飽
和脂肪族アミンなどを挙げることができ、炭素−炭素二
重結合を有する不飽和アルコールが最適である。
Allylamine, diallylamine, triallylamine, N, N-dimethylallylamine, N-methyldiallylamine, 1-dimethylamino-2-propylene,
Examples thereof include unsaturated aliphatic amines such as 3- (dimethylamino) acrolein, 3- (dimethylamino) acrylonitrile, and propargylamine. An unsaturated alcohol having a carbon-carbon double bond is most preferable.

【0038】この発明の製法においてプラズマ処理に使
用する不飽和化合物は、その他の有機化合物、あるい
は、酸素、水素、窒素、空気、ヘリウム、アルゴン、炭
酸ガス、一酸化炭素、アンモニア等の無機ガスが70モ
ル%まで含有された状態で、プラズマ処理工程に供給し
てもよい。
The unsaturated compound used in the plasma treatment in the production method of the present invention may be other organic compounds or inorganic gases such as oxygen, hydrogen, nitrogen, air, helium, argon, carbon dioxide, carbon monoxide, and ammonia. It may be supplied to the plasma treatment step in a state where it is contained up to 70 mol%.

【0039】この発明の製法において使用される芳香族
ポリイミド製のガス分離膜は、前述の反復単位(A)及
び(B)を主として有する可溶性の芳香族ポリイミドを
有機極性溶媒に均一に溶解させたポリマー溶液を紡糸用
ドープ液として使用して、例えば、特公昭61−352
82号公報、特公平1−44804号公報に記載されて
いるように紡糸用ノズル吐出温度(約60〜150℃、
特に70〜120℃)での回転粘度が10〜20000
ポイズ、特に50〜10000ポイズ程度である該ドー
プ液を中空糸紡糸用ノズルから押し出して中空糸状体を
形成し、短時間乾燥して、直ちに、凝固液(約−10〜
60℃)中へ投入して中空糸状体を凝固させて、中空糸
ガス分離膜を形成する『半乾・湿式紡糸法』によって、
紡糸速度2〜80m/分程度で製造することができる。
The gas separation membrane made of aromatic polyimide used in the production method of the present invention is obtained by uniformly dissolving a soluble aromatic polyimide having the above-mentioned repeating units (A) and (B) in an organic polar solvent. Using a polymer solution as a spinning dope, for example, JP-B-61-352
No. 82, Japanese Patent Publication No. 1-44484, a spinning nozzle discharge temperature (about 60 to 150 ° C.,
Especially the rotational viscosity at 70 to 120 ° C) is 10 to 20,000.
The dope solution having a poise, in particular, about 50 to 10,000 poise is extruded from a hollow fiber spinning nozzle to form a hollow fiber body, dried for a short time, and immediately coagulated (about -10 to 10).
60 ° C.) to solidify the hollow fiber and form a hollow fiber gas separation membrane by the “semi-dry / wet spinning method”.
It can be produced at a spinning speed of about 2 to 80 m / min.

【0040】前述のようにして製造した中空糸ガス分離
膜は、最後に、例えば、イソペンタン、n−ヘキサン、
イソオクタン、n−ヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒
で該中空糸膜中の凝固溶媒を置換した後に、その脂肪族
炭化水素溶媒を約50〜150℃の温度で蒸発させて乾
燥して、乾燥された中空糸ガス分離膜とすることが好ま
しく、さらに、必要であれば、該乾燥中空糸膜を150
〜300℃程度の温度で短時間熱処理を行ってもよい。
[0040] The hollow fiber gas separation membrane produced as described above is finally made of, for example, isopentane, n-hexane,
After replacing the coagulating solvent in the hollow fiber membrane with an aliphatic hydrocarbon solvent such as isooctane or n-heptane, the aliphatic hydrocarbon solvent is evaporated to dryness at a temperature of about 50 to 150 ° C. and dried. It is preferable to use a hollow fiber gas separation membrane.
The heat treatment may be performed at a temperature of about 300 ° C. for a short time.

【0041】前記の可溶性の芳香族ポリミミドは、30
℃の対数粘度(測定濃度:0.5g/100ミリリット
ル溶媒、溶媒:パラクロルフェノール4容量部とオルソ
クロルフェノール1容量部との混合溶媒)が、0.1〜
7、特に0.2〜5程度であることが好ましい。
The soluble aromatic polyamide is 30
Logarithmic viscosity at 0 ° C (measured concentration: 0.5 g / 100 ml solvent, solvent: mixed solvent of 4 parts by volume of parachlorophenol and 1 part by volume of orthochlorophenol) is 0.1 to
7, particularly preferably about 0.2 to 5.

【0042】また、前記のポリマー溶液に使用される有
機極性溶媒は、芳香族ポリイミドの重合溶媒として使用
され、芳香族ポリイミドを均一に溶解することができる
有機溶媒であって、融点が200℃以下、特に150℃
以下であるものが好ましく、例えば、フェノール、クレ
ゾール、キシレノールのようなフェノール類、2個の水
酸基をベンゼン環に直接結合して有するカテコール類、
3−クロルフェノール(以下、PCPともいう。)、4
−ブロモフェノール、2−クロル−5−ヒドロキシトル
エンなどのハロゲン化フェノール類などのフェノール系
溶媒、または、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−
ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミ
ド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチル
ホルムアミドなどのアミド系溶媒、あるいはそれらを主
成分とする混合溶媒を挙げることができる。
The organic polar solvent used in the polymer solution is an organic solvent which is used as a polymerization solvent for the aromatic polyimide and can uniformly dissolve the aromatic polyimide, and has a melting point of 200 ° C. or lower. Especially 150 ° C
The following are preferable, for example, phenols such as phenol, cresol and xylenol, catechols having two hydroxyl groups directly bonded to a benzene ring,
3-chlorophenol (hereinafter also referred to as PCP), 4
Phenolic solvents such as halogenated phenols such as -bromophenol and 2-chloro-5-hydroxytoluene, or N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-
Examples thereof include amide solvents such as dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and N, N-diethylformamide, and mixed solvents containing these as main components.

【0043】[0043]

【実施例】以下、この発明の参考例、実施例、及び比較
例を示し、この発明をさらに詳しく説明する。
The present invention will now be described in more detail with reference to Reference Examples, Examples and Comparative Examples.

【0044】参考例、実施例及び比較例で得られた中空
糸ガス分離膜の透過性能は、次に示す方法で測定した。
まず、中空糸ガス分離膜の各試料中空糸と、ステンレス
パイプと、エポキシ樹脂系接着剤とを使用して、透過性
能評価用の中空糸の糸束エレメントを作成し、そして、
透過性能は、前記の糸束エレメントをガス透過試験用の
ステンレス容器に装着して、ヘリウムガスと窒素ガスと
の混合ガスを用いて、80℃の温度及び10kg/cm
の差圧で、ガス透過試験を行い、各ガスのガス透過速
度と、ガス透過速度比(選択透過性、ガス分離度を示
す。)とを、透過ガスおよび未透過ガスのガスクロマト
グラフィー分析の測定値から算出した。
The permeation performance of the hollow fiber gas separation membranes obtained in Reference Examples, Examples and Comparative Examples was measured by the following method.
First, using each sample hollow fiber of the hollow fiber gas separation membrane, a stainless steel pipe, and an epoxy resin-based adhesive, a yarn bundle element of a hollow fiber for permeation performance evaluation was prepared, and
The permeation performance was measured by mounting the yarn bundle element on a stainless steel container for a gas permeation test, using a mixed gas of helium gas and nitrogen gas at a temperature of 80 ° C. and 10 kg / cm.
A gas permeation test was performed at a differential pressure of 2 , and the gas permeation rate of each gas and the gas permeation rate ratio (indicating the selective permeability and the degree of gas separation) were analyzed by gas chromatography of the permeated gas and the unpermeated gas. Was calculated from the measured values.

【0045】参考例1 〔芳香族ポリイミド溶液(a)の調製〕3,3’,4,
4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物99ミリモ
ルからなる芳香族テトラカルボン酸成分と、4,4’−
ジアミノジフェニルエーテル40ミリモル及び1,4−
ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン60ミリモルか
らなる芳香族ジアミン成分とを、パラフェニレンジアミ
ンからなる芳香族ジアミン成分とを、パラクロルフェノ
ール218gと共に、攪拌機と窒素ガス導入管とが付設
されたセパラブルフラスコに入れて、反応液を撹拌しな
がら、180℃の重合温度で、16時間、両モノマー成
分を重合させて、芳香族ポリイミドの濃度が19重量%
である芳香族ポリイミド溶液(a)を調製した。
Reference Example 1 [Preparation of aromatic polyimide solution (a)] 3,3 ', 4
An aromatic tetracarboxylic acid component comprising 99 mmol of 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride; and 4,4'-
40 mmol of diaminodiphenyl ether and 1,4-
An aromatic diamine component composed of 60 mmol of bis (4-aminophenoxy) benzene, an aromatic diamine component composed of paraphenylenediamine, 218 g of parachlorophenol, and a separable device provided with a stirrer and a nitrogen gas inlet tube. In a flask, while stirring the reaction solution, at a polymerization temperature of 180 ° C., both monomer components were polymerized for 16 hours, and the concentration of the aromatic polyimide was 19% by weight.
(A) was prepared.

【0046】この芳香族ポリイミド溶液(a)は、10
0℃における溶液粘度(回転粘度)が2000ポイズで
あり、90℃の溶液粘度(回転粘度)が2800ポイズ
であった。芳香族ポリイミド溶液(a)中のポリマーの
対数粘度(測定温度:0.5g/100ミリリットル溶
媒、溶媒:パラクロルフェノール4容量部とオルソクロ
ルフェノル1容量部との混合溶媒、測定温度:30℃)
は、1.6であった。
This aromatic polyimide solution (a) is
The solution viscosity (rotational viscosity) at 0 ° C. was 2000 poise, and the solution viscosity at 90 ° C. (rotational viscosity) was 2800 poise. Logarithmic viscosity of polymer in aromatic polyimide solution (a) (measurement temperature: 0.5 g / 100 ml solvent, solvent: mixed solvent of 4 parts by volume of parachlorophenol and 1 part by volume of orthochlorophenol, measurement temperature: 30 ℃)
Was 1.6.

【0047】参考例2 〔芳香族ポリイミド溶液(b)の調製〕2,2−ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロ
パン二無水物55ミリモルと、3,3’,4,4’−ビ
フェニルテトラカルボン酸二無水物30ミリモル及びピ
ロメリット酸二無水物14ミリモルからなる芳香族テト
ラカルボン酸成分と、3,7−ジアミノ−2,8−ジメ
チルジフェニレンスルホン90ミリモルおよび4,4’
−ジアミノジフェニルメタン10ミリモルからなる芳香
族ジアミン成分とを、パラクロルフェノール312gと
共に、攪拌機と窒素ガス導入管とが付設されたセパラブ
ルフラスコに入れて、反応液を攪拌しながら、180℃
の重合温度で、16時間、両モノマー成分を重合させ
て、芳香族ポリイミドの濃度が16重量%である芳香族
ポリイミド溶液(a)を調製した。
Reference Example 2 [Preparation of aromatic polyimide solution (b)] 55 mmol of 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride and 3,3 ′, 4,4 ′ An aromatic tetracarboxylic acid component consisting of 30 mmol of biphenyltetracarboxylic dianhydride and 14 mmol of pyromellitic dianhydride, 90 mmol of 3,7-diamino-2,8-dimethyldiphenylene sulfone and 4,4 ′
-An aromatic diamine component consisting of 10 mmol of diaminodiphenylmethane and 312 g of parachlorophenol were put into a separable flask equipped with a stirrer and a nitrogen gas inlet tube, and the reaction solution was stirred at 180 ° C.
At 16 ° C. for 16 hours to prepare an aromatic polyimide solution (a) having an aromatic polyimide concentration of 16% by weight.

【0048】この芳香族ポリイミド溶液(b)は、10
0℃における溶液粘度(回転粘度)が1079ポイズで
あり、90℃の溶液粘度(回転粘度)が1507ポイズ
であった。芳香族ポリイミド溶液(b)中のポリマーの
対数粘度(測定温度:0.5g/100ミリリットル溶
媒、溶媒:パラクロルフェノール4容量部とオルソクロ
ルフェノル1容量部との混合溶媒、測定温度:30℃)
は、1.1であった。
This aromatic polyimide solution (b) is 10
The solution viscosity (rotational viscosity) at 0 ° C. was 1079 poise, and the solution viscosity at 90 ° C. (rotational viscosity) was 1507 poise. Logarithmic viscosity of polymer in aromatic polyimide solution (b) (measurement temperature: 0.5 g / 100 ml solvent, solvent: mixed solvent of 4 parts by volume of parachlorophenol and 1 part by volume of orthochlorophenol, measurement temperature: 30 ℃)
Was 1.1.

【0049】参考例3および4 〔ガス分離膜(a)および(b)の製造〕前記の芳香族
ポリイミド溶液〔(a):参考例1〕および芳香族ポリ
イミド溶液〔(b):参考例2〕をそれぞれ使用して、
400メッシュのステンレス金網で濾過して、紡糸用ド
ープ液をそれぞれ準備した。
Reference Examples 3 and 4 [Production of Gas Separation Membrane (a) and (b)] The aromatic polyimide solution [(a): Reference Example 1] and the aromatic polyimide solution [(b): Reference Example 2] ]
The solution was filtered through a 400-mesh stainless steel wire mesh to prepare spinning dope solutions.

【0050】それらの紡糸用ドープ液を使用して、中空
糸紡糸用ノズル(円形開口部の外径:1000μm、円
形開口部のスリット幅:200μm、及び、芯部開口部
の外径:400μm)を備えた紡糸装置(特公平1−4
4804号公報参照)に、前記の各紡糸用ドープ液をそ
れぞれ仕込み、そして、前記紡糸用ノズルから中空糸状
に吐出させて、その中空糸状体を乾燥された窒素雰囲気
中を短時間通過させた後、65重量%のエタノール水溶
液からなる一次凝固液(約0℃)に浸漬し、さらに、一
対の案内ロールを備えた二次凝固装置内の二次凝固液
(約0℃)中で案内ロール間を往復させて、中空糸状体
の凝固を完了させて、芳香族ポリイミド製の中空糸ガス
分離膜を、引取りロールで(引取り速度15m/分で)
引取りながら紡糸をそれぞれ行った。
Using these spinning dope solutions, a hollow fiber spinning nozzle (outer diameter of circular opening: 1000 μm, slit width of circular opening: 200 μm, and outer diameter of core opening: 400 μm) Spinning device equipped with
No. 4804), each of the spinning dopes is charged, and the spinning dope is discharged in a hollow fiber form from the spinning nozzle, and the hollow fiber is passed through a dried nitrogen atmosphere for a short time. Immersed in a primary coagulation liquid (about 0 ° C.) composed of a 65% by weight ethanol aqueous solution, and further immersed in a secondary coagulation liquid (about 0 ° C.) in a secondary coagulation apparatus having a pair of guide rolls. Is reciprocated to complete the solidification of the hollow fiber-shaped body, and the aromatic polyimide hollow fiber gas separation membrane is taken up by a take-up roll (at a take-up speed of 15 m / min).
Each spinning was performed while taking over.

【0051】最後に、各中空糸ガス分離膜を、ボビンに
巻き取り、エタノールで充分に凝固溶媒などを洗浄した
後、イソオクタン(置換溶媒)でエタノールを置換し、
さらに、非対称性中空糸ガス分離膜を100℃に加熱し
てイソオクタンの蒸発および乾燥を行い、中空糸ガス分
離膜(a)〔参考例1の芳香族ポリイミド溶液(a)を
使用〕および中空糸ガス分離膜(b)〔参考例2の芳香
族ポリイミド溶液(b)を使用〕をそれぞれ製造した。
Finally, each of the hollow fiber gas separation membranes is wound around a bobbin, and after sufficiently washing the coagulating solvent with ethanol, the ethanol is replaced with isooctane (substitution solvent).
Further, the asymmetric hollow fiber gas separation membrane is heated to 100 ° C. to evaporate and dry isooctane, and the hollow fiber gas separation membrane (a) (using the aromatic polyimide solution (a) of Reference Example 1) and the hollow fiber A gas separation membrane (b) [using the aromatic polyimide solution (b) of Reference Example 2] was produced.

【0052】前記の中空糸ガス分離膜(a)は、外径が
480μmであって、膜厚が90μmであった。また、
前記の中空糸ガス分離膜(b)は、外径が420μmで
あって、膜厚が70μmであった。さらに、前記の中空
糸ガス分離膜(a)および(b)について、ガス透過試
験をそれぞれ行った。それらの結果を第1表及び第2表
にそれぞれ示す。
The hollow fiber gas separation membrane (a) had an outer diameter of 480 μm and a thickness of 90 μm. Also,
The hollow fiber gas separation membrane (b) had an outer diameter of 420 μm and a thickness of 70 μm. Further, a gas permeation test was performed on each of the hollow fiber gas separation membranes (a) and (b). The results are shown in Tables 1 and 2, respectively.

【0053】実施例1 参考例3で得られた芳香族ポリイミド製の中空糸ガス分
離膜(a)を『カセ』に巻取ってベルジャー内に設置し
て、高周波パワー20W、ベルジャー内の圧力1.3t
orr、および、エチレンのガス流量50cm(ST
P)/分のプラズマ処理条件で、3分間、前記中空糸ガ
ス分離膜(a)のエチレン−プラズマ処理を行った。前
記のプラズマ処理された中空糸ガス分離膜(a)のガス
透過試験を行い、その結果のガス透過速度、選択透過性
を第1表に示す。
Example 1 A hollow fiber gas separation membrane (a) made of aromatic polyimide obtained in Reference Example 3 was wound around a “casing” and placed in a bell jar, and a high frequency power of 20 W and a pressure of 1 in the bell jar were set. .3t
orr and ethylene gas flow rate of 50 cm 3 (ST
The hollow fiber gas separation membrane (a) was subjected to ethylene-plasma treatment for 3 minutes under the plasma treatment conditions of P) / min. A gas permeation test was conducted on the plasma-treated hollow fiber gas separation membrane (a), and the resulting gas permeation rate and permselectivity are shown in Table 1.

【0054】実施例2〜5 プラズマ処理に使用する不飽和化合物の種類およびその
ガス流量を第1表に示すようにし、さらに、ベルジャー
内の圧力、高周波パワーおよびプラズマ処理時間を第1
表に示すようにしたほかは、実施例1と同様にして、中
空糸ガス分離膜(a)の各不飽和化合物−プラズマ処理
を行った。前記のプラズマ処理された中空糸ガス分離膜
(a)のガス透過試験を行い、その結果のガス透過速
度、選択透過性を第1表に示す。
Examples 2 to 5 The types of unsaturated compounds used in the plasma treatment and the gas flow rates thereof are shown in Table 1, and the pressure in the bell jar, the high frequency power and the plasma treatment time are shown in Table 1.
Except as shown in the table, each unsaturated compound-plasma treatment of the hollow fiber gas separation membrane (a) was performed in the same manner as in Example 1. A gas permeation test was conducted on the plasma-treated hollow fiber gas separation membrane (a), and the resulting gas permeation rate and permselectivity are shown in Table 1.

【0055】比較例1〜3 参考例3で得られた芳香族ポリイミド製の中空糸ガス分
離膜(a)を『カセ』に巻取って、第1表に示す温度で
30分間の熱処理のみを行って、熱処理のみがなされた
中空糸ガス分離膜(a)を製造した。前記の熱処理のみ
がなされた中空糸ガス分離膜(a)のガス透過試験を行
い、その結果のガス透過速度、選択透過性を第1表に示
す。
Comparative Examples 1 to 3 The hollow fiber gas separation membrane (a) made of aromatic polyimide obtained in Reference Example 3 was wound around a cassette and subjected to only heat treatment at the temperature shown in Table 1 for 30 minutes. Then, the hollow fiber gas separation membrane (a) subjected to only the heat treatment was manufactured. A gas permeation test was performed on the hollow fiber gas separation membrane (a) subjected to only the heat treatment, and the resulting gas permeation rate and permselectivity are shown in Table 1.

【0056】実施例6 参考例4で得られた芳香族ポリイミド製の中空糸ガス分
離膜(b)を使用して、不飽和化合物としてアリルアル
コールを使用したほかは、実施例1と同様にして、中空
糸ガス分離膜(b)のアリルアルコール−プラズマ処理
を行った。前記のプラズマ処理された中空糸ガス分離膜
(b)のガス透過試験を行い、その結果のガス透過速
度、選択透過性を第2表に示す。
Example 6 The procedure of Example 1 was repeated, except that the aromatic polyimide hollow fiber gas separation membrane (b) obtained in Reference Example 4 was used, and allyl alcohol was used as the unsaturated compound. Allyl alcohol-plasma treatment of the hollow fiber gas separation membrane (b) was performed. A gas permeation test was conducted on the plasma-treated hollow fiber gas separation membrane (b), and the resulting gas permeation rate and permselectivity are shown in Table 2.

【0057】実施例7〜11 参考例4で得られた芳香族ポリイミド製の中空糸ガス分
離膜(b)をそのまま使用するか、あるいは、第2表に
示す予備熱処理を施して、プラズマ処理に使用する不飽
和化合物の種類およびそのガス流量を第2表に示すよう
にし、さらに、ベルジャー内の圧力、高周波パワー及び
プラズマ処理時間を第2表に示すようにしたほかは、実
施例1と同様にして、非対称性中空糸ガス分離膜(b)
の各不飽和化合物−プラズマ処理を行った。前記のプラ
ズマ処理された中空糸ガス分離膜(b)のガス透過試験
を行い、その結果のガス透過速度、選択透過性を第2表
に示す。
Examples 7 to 11 The aromatic polyimide hollow fiber gas separation membrane (b) obtained in Reference Example 4 was used as it is, or was subjected to a preliminary heat treatment shown in Table 2 for plasma treatment. Same as Example 1 except that the type of unsaturated compound used and the gas flow rate were as shown in Table 2, and the pressure in the bell jar, high frequency power and plasma treatment time were as shown in Table 2. And an asymmetric hollow fiber gas separation membrane (b)
Of each unsaturated compound-plasma treatment. A gas permeation test was conducted on the plasma-treated hollow fiber gas separation membrane (b), and the resulting gas permeation rate and permselectivity are shown in Table 2.

【0058】比較例4〜8 参考例4で得られた芳香族ポリイミド製の中空糸ガス分
離膜(b)を『カセ』に巻取って、第2表に示す温度で
30分間の熱処理のみを行って、熱処理のみがなされた
中空糸ガス分離膜(b)を製造した。前記の熱処理のみ
がなされた中空糸ガス分離膜(b)のガス透過試験を行
い、その結果のガス透過速度、選択透過性を第2表に示
す。
Comparative Examples 4 to 8 The hollow fiber gas separation membrane (b) made of aromatic polyimide obtained in Reference Example 4 was wound around a cassette and subjected to only heat treatment at the temperature shown in Table 2 for 30 minutes. Then, the hollow fiber gas separation membrane (b) subjected to only the heat treatment was manufactured. A gas permeation test was performed on the hollow fiber gas separation membrane (b) subjected to only the heat treatment, and the resulting gas permeation rate and permselectivity are shown in Table 2.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】[0060]

【表2】 [Table 2]

【0061】[0061]

【本発明の作用効果】この発明の高選択性ガス分離膜
は、ビフェニルテトラカルボン酸類及び/又は2,2−
ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロ
プロパンを主成分とする芳香族テトラカルボン酸成分と
芳香族ジアミン成分とを略等モル重合及びイミド化して
得られた可溶性の芳香族ポリイミドで形成されている多
孔質又は非対称性ガス分離膜が、不飽和化合物−プラズ
マ処理されていて、しかも、ヘリウムガスの透過速度が
充分に大きく、しかも、ヘリウムと窒素とのガス分離性
(選択透過性)が極めて高いという、実用性の高いガス
分離性能を有する新規な芳香族ポリイミド製のガス分離
膜である。
[Operation and effect of the present invention] The highly selective gas separation membrane of the present invention comprises a biphenyltetracarboxylic acid and / or 2,2-
It is formed of a soluble aromatic polyimide obtained by substantially equimolar polymerization and imidization of an aromatic tetracarboxylic acid component having bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane as a main component and an aromatic diamine component. The porous or asymmetric gas separation membrane is treated with an unsaturated compound-plasma, has a sufficiently high helium gas permeation rate, and has a gas separation property (selective permeability) between helium and nitrogen. This is a novel aromatic polyimide gas separation membrane having extremely high gas separation performance that is highly practical.

【0062】そして、この発明の製法は、前記の芳香族
ポリイミド製のガス分離膜を、不飽和化合物の存在下に
プラズマ処理して、前述の優れたガス分離性能のガス分
離膜(中空糸ガス分離膜)を工業的に再現性よく製造す
ることができる製法である。
According to the production method of the present invention, the aromatic polyimide gas separation membrane is subjected to plasma treatment in the presence of an unsaturated compound, and the gas separation membrane (hollow fiber gas (Separation membrane) can be produced industrially with good reproducibility.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−111921(JP,A) 特開 平3−127616(JP,A) 特開 平3−65214(JP,A) 特開 昭63−123420(JP,A) 特開 平3−106426(JP,A) 特開 昭59−127603(JP,A) 特開 昭61−107923(JP,A) 特開 昭61−103521(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-63-111921 (JP, A) JP-A-3-127616 (JP, A) JP-A-3-65214 (JP, A) JP-A-63-111 123420 (JP, A) JP-A-3-106426 (JP, A) JP-A-59-127603 (JP, A) JP-A-61-107923 (JP, A) JP-A-61-103521 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式A 【化1】 (式中、R1 は、芳香族ジアミン化合物に基づく2価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(A)、およ
び/または、一般式(B) 【化2】 (式中、R2 は、芳香族ジアミン化合物に基づく2価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(B)80〜
100モル%、並びに、一般式(C) 【化3】 (式中、Rは、芳香族テトラカルボン酸類に基づく4価
の芳香族残基であり、そして、R3 は、芳香族ジアミン
化合物に基づく2価の芳香族残基である。)で示される
反復単位(C)20モル%以下からなる芳香族ポリイミ
ドで形成されている非対称性ガス分離膜が、不飽和炭化
水素化合物、不飽和ハロゲン化物、不飽和脂肪族アルコ
ール及び不飽和脂肪族アミンからなる群から選ばれた少
なくとも一種の不飽和化合物の存在下に、プラズマ処理
されており、そして、80℃におけるへリウムガスの透
過速度(PHe)が1×10-4cm3 (STP)/cm
2 ・sec・cmHg以上であり、80℃におけるへリ
ウムガスの透過速度(PHe)と窒素ガスの透過速度
(PN2 )との比(PHe/PN2 )が50以上である
ことを特徴とする高選択性ガス分離膜。
1. A compound of the general formula A (Wherein, R 1 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound) and / or a general formula (B) (Wherein R 2 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound).
100 mol% and the general formula (C) (Wherein, R is a tetravalent aromatic residue based on an aromatic tetracarboxylic acid, and R 3 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound.) An asymmetric gas separation membrane formed of an aromatic polyimide having a repeating unit (C) of 20 mol% or less comprises an unsaturated hydrocarbon compound, an unsaturated halide, an unsaturated aliphatic alcohol, and an unsaturated aliphatic amine. Plasma-treated in the presence of at least one unsaturated compound selected from the group, and a helium gas transmission rate (PHe) at 80 ° C. of 1 × 10 −4 cm 3 (STP) / cm.
2 · sec · cmHg or more, and the ratio (PHe / PN 2 ) of the permeation rate of helium gas (PHe) to the permeation rate of nitrogen gas (PN 2 ) at 80 ° C. is 50 or more. Selective gas separation membrane.
【請求項2】一般式A 【化4】 (式中、R1 は、芳香族ジアミン化合物に基づく2価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(A)、およ
び/または、一般式(B) 【化5】 (式中、R2 は、芳香族ジアミン化合物に基づく2価の
芳香族残基である。)で示される反復単位(B)80〜
100モル%、並びに、一般式(C) 【化6】 (式中、Rは、芳香族テトラカルボン酸類に基づく4価
の芳香族残基であり、そして、R3 は、芳香族ジアミン
化合物に基づく2価の芳香族残基である。)で示される
反復単位(C)20モル%以下からなる芳香族ポリイミ
ドで形成されていて、そして、80℃におけるへリウム
ガスの透過速度(PHe)が1×10-4cm3 (ST
P)/cm2 ・sec・cmHg以上であって、80℃
におけるへリウムガスの透過速度(PHe)と窒素ガス
の透過速度(PN2 )との比(PHe/PN2 )が1.
5〜50である非対称性ガス分離膜を、不飽和炭化水素
化合物、不飽和ハロゲン化物、不飽和脂肪族アルコール
及び不飽和脂肪族アミンからなる群から選ばれた少なく
とも一種の不飽和化合物の存在下に、プラズマ処理する
ことを特徴とする高選択性ガス分離膜の製法。
2. A compound of the general formula A (Wherein, R 1 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound) and / or a general formula (B) (Wherein R 2 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound).
100 mol% and the general formula (C) (Wherein, R is a tetravalent aromatic residue based on an aromatic tetracarboxylic acid, and R 3 is a divalent aromatic residue based on an aromatic diamine compound.) It is formed of an aromatic polyimide comprising 20 mol% or less of the repeating unit (C), and has a helium gas permeation rate (PHe) of 1 × 10 −4 cm 3 at 80 ° C. (ST
P) / cm 2 · sec · cmHg or more and 80 ° C
Permeation rate of the permeation rate (PHe) and nitrogen gas fart helium gas in the ratio of (PN 2) (PHe / PN 2) is 1.
The asymmetric gas separation membrane of 5 to 50 in the presence of at least one unsaturated compound selected from the group consisting of unsaturated hydrocarbon compounds, unsaturated halides, unsaturated aliphatic alcohols and unsaturated aliphatic amines. And a plasma processing method for producing a highly selective gas separation membrane.
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