JP2007092078A - ポリイミド多孔質膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 膜の内部においてポリイミド相と空間相とが網目構造を有して微細な連続孔を形成しており、膜の両表面では多孔質構造を有する、ガ−レ−数が200秒/100ml以下であるポリイミド多孔質膜、及び極限粘度数数が2.2以上のポリイミドまたはポリイミド前駆体の有機溶媒溶液を溶媒置換誘起の粘弾性相分離によりポリマ−成分を析出し、多孔質化することを特徴とする請求項1あるいは5に記載のポリイミド多孔質膜の製造方法。
【選択図】なし
Description
この明細書において、微細な連続孔とは、任意の表面から細孔が通路状に他の表面まで連続している、いわゆる開放孔をいい、細孔が屈曲しながらある面から反対面に通じているものをいう。
また、この明細書において、実質的に独立孔を有さずとは、ポリイミド多孔質膜の任意の断面の断面電子顕微鏡写真において、独立孔が全孔(連続孔と独立孔との合計)の30%以下の割合であることを意味する。
この明細書において、ガ−レ−数とは透気抵抗度を示し、秒/100mlで表示され、JIS−P8117で測定されるものである。
しかし、ポリオレフィン多孔膜は、温度200℃以上の耐熱性用途には、フィルタ−として、耐熱性の点で不適当である。一方、耐熱性樹脂繊維からなるフィルタ−エレメントは、厚くて、重量的に重いという欠点がある。
また、特許文献4に記載されているように、ポリイミド前駆体に良溶媒と非溶媒の混合液をド−プとして用いることを特徴とするポリイミド多孔質膜の製造方法が提案された。
しかし、透過性を高くするために空孔率を大きくすると独立孔の割合が多くなり却って透過性が低くなり、より透過性の高いものが求められている。
つまり、電池セパレ−タ−や精密フィルタ−に用いるとき透気性能の点から、上記の改良が求められている。
さらに、この発明は、極限粘度数数が2.2以上のポリイミドまたはポリイミド前駆体の有機溶媒溶液を溶媒置換誘起の粘弾性相分離によりポリマ−成分を析出し、多孔質化する上記のポリイミド多孔質膜の製造方法に関する。
この発明によれば、均質で耐熱性が高く、微細な連続孔を有しているため、透過性が良好で圧力損失が小さいポリイミド多孔質膜を容易に得ることができる。
1)ガ−レ−数が30〜200秒/100ml、特に50〜120秒/100mlである上記のポリイミド多孔質膜。
2)電池セパレ−タ−用である上記のポリイミド多孔質膜。
3)単層または複層の上記のポリイミド多孔質膜。
5)溶媒置換誘起が、溶媒置換速度調整材を用いて凝固溶媒とポリイミドまたはポリイミド前駆体の有機溶媒溶液との直接接触を避けて行う上記のポリイミド多孔質膜の製造方法。
この発明のポリイミド多孔質膜は、好適には表面の孔の平均孔径が0.01〜2μmであり、特に0.03〜1μmである。
さらに、この発明のポリイミド多孔質膜は、好適には膜厚が5〜100μmである。膜厚が5μmより薄いと、機械的強度が弱いものになってしまう。また、膜厚100μmを越えると、連続孔の割合が減少し、通過量が少なくなる。
前記のポリイミド前駆体とは、テトラカルボン酸成分とジアミン成分、好ましくは芳香族モノマ−を重合して得られたポリアミック酸或いはその部分的にイミド化したものであり、熱イミド化あるいは化学イミド化することで閉環してポリイミド樹脂とすることができるものである。ポリイミドとは、イミド化率(IR測定法)が約70%以上、好適には約90%以上の耐熱性ポリマ−である。
前記の2.2以上の極限粘度数ポリイミド前駆体は、市販のジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物を使用しても達成することができず、ジアミンを昇華精製しテトラカルボン酸二無水物の水分吸着を防止したものをそれぞれ使用することが好ましい。
H2N−R(R1)m−A−(R2)nR’−NH2 (1)
(ただし、前記一般式において、RおよびR’は直接結合あるいは二価の芳香族環、R1およびR2は、水素、低級アルキル、低級アルコキシ、ハロゲン原子などの置換基であり、Aは、直接結合、O、S、CO、SO2、SO、CH2、C(CH3)2などの二価の基であり、mおよびnは1〜4の整数である。)で示されるジアミン化合物、特に芳香族ジアミン化合物が好ましい。
ポリイミド多孔質フィルムの膜厚、空孔率、平均孔径の測定は以下に従って行った。
ガ−レ−値:JIS−P8117によって測定。
空孔率:所定の大きさに切取った多孔質フィルムの膜厚及び重量を測定し、目付重量から空孔率を次の式(1)によって求めた。式(1)のSは多孔質フィルムの面積、dは膜厚、wは測定した重量、Dはポリイミドの密度を意味し、ポリイミドの密度は1.34g/cm3とした。
空孔率=S×d×D/w×100
平均孔径=2×(Sa/π)1/2
テトラカルボン酸成分として乾燥したs−BPDAを、ジアミン成分として市販あるいは昇華精製したDADEを用い、NMP中、s−BPDAに対するDADEのモルを比0.994〜1.000の間で調整して重合を行うことで、極限粘度数および濃度の異なるポリアミック酸溶液を得た。
得られたポリイミド前駆体溶液(ポリイミド前駆体濃度:10重量%、溶液粘度:2620ポイズ、極限粘度数:3.25)を、研磨したステンレス板上に厚みが均一になるように流延し、溶媒置換速度調整材として透気度550秒/100mlのポリオレフィン製微多孔膜(宇部興産社製、UP3025)でシワの生じないように表面を覆った。該積層物をメタノ−ル中に7分間浸漬し、ポリイミド前駆体の析出、多孔質化を行った。この多孔質フィルムを水中に15分間浸漬した後、ピンテンタ−に固定した状態で、大気中にて320℃、10分間熱処理を行った。
得られたポリイミド多孔質膜は、ガ−レ−値が108秒/100ml、空孔率が38%で、膜厚みが28μmで、平均孔径が0.15μmであった。
得られたポリイミド前駆体溶液(ポリイミド前駆体濃度:10重量%、溶液粘度:124ポイズ、極限粘度数:1.91)を使用した他は実施例1と同様に実施して、ポリイミド多孔質膜を得た。
得られたポリイミド多孔質膜は、ガ−レ−値が298秒/100ml、空孔率が64%で、膜厚みが36μmで、平均孔径が0.40μmであった。
得られたポリイミド前駆体溶液(ポリイミド前駆体濃度:9.5重量%、溶液粘度:1076ポイズ、極限粘度数:3.40)を使用した他は実施例1と同様に実施して、ポリイミド多孔質膜を得た。
得られたポリイミド多孔質膜は、ガ−レ−値が103秒/100ml、空孔率が38%で、膜厚みが28μmで、平均孔径が0.13μmであった。
また、実施例1および実施例2で得られたポリイミド多孔質膜の断面電子顕微鏡写真から、独立孔の割合は20%以下であった。
得られたポリイミド前駆体溶液(ポリイミド前駆体濃度:11重量%、溶液粘度:250ポイズ、極限粘度数:1.85)を使用した他は実施例1と同様に実施して、ポリイミド多孔質膜を得た。
得られたポリイミド多孔質膜は、ガ−レ−値が1240秒/100ml、空孔率が56%で、膜厚みが50μmで、平均孔径が0.15μmであった。
テトラカルボン酸成分として乾燥したs−BPDAを、ジアミン成分として昇華精製したPPDを用い、NMP中、s−BPDAに対するDADEのモルを比0.999で調整して重合を行うことで、極限粘度数3.32および濃度9.5重量%のポリアミック酸溶液を得た。
参考例5で得られたポリイミド前駆体溶液を使用し、メタノ−ルの変わりにメタノ−ル/イソプロピルアルコ−ル(体積比1/1)の混合溶媒を使用した他は実施例1と同様に実施して、ポリイミド多孔質膜を得た。
得られたポリイミド多孔質膜は、ガ−レ−値が197秒/100ml、空孔率が48%で、膜厚みが23μmで、平均孔径が0.20μmであった。
また、実施例1〜3で得られたポリイミド多孔質膜は比較例1、比較例2で得られたポリイミド多孔質膜に比べて引張強度の大きいものであった。
実施例3で得られたポリイミド多孔質膜をアルゴンガスの雰囲気中で、通気性の炭素シ−トに挟み込み、昇温速度10℃/分で、1400℃まで昇温して多孔質炭素膜を得た。この多孔質炭素膜は、空孔が炭化前の空孔より概ね70%小さくなっており、走査型電子顕微鏡写真の結果よりポリイミドが有していた微細な連続孔を保持していることが確認された。
続いて、熱間等方圧装置(HIP)により、アルゴンガス中、昇温速度5℃/分、圧力150MPaで、温度3000℃まで昇温し、120分保持した。
降温後、得られた黒鉛膜は、光沢のある多孔質膜を呈していた。この多孔質黒鉛膜は、黒鉛化前の空孔より少し小さくなっており、走査型電子顕微鏡写真の結果より微細な連続孔を有していることが確認された。
Claims (8)
- 膜の内部においてポリイミド相と空間相とが網目構造を有して微細な連続孔を形成しており、膜の両表面では多孔質構造を有する、ガ−レ−数が200秒/100ml以下であるポリイミド多孔質膜。
- ガ−レ−数が30〜200秒/100ml、特に50〜120秒/100ml/秒である請求項1に記載のポリイミド多孔質膜。
- 電池セパレ−タ−用である請求項1に記載のポリイミド多孔質膜。
- 単層または複層の請求項1に記載のポリイミド多孔質膜。
- 実質的に独立孔を有さず連続孔からなり、空孔率が25〜55%であるポリイミド多孔質膜。
- 極限粘度数数が2.2以上のポリイミドまたはポリイミド前駆体の有機溶媒溶液を溶媒置換誘起の粘弾性相分離によりポリマ−成分を析出し、多孔質化することを特徴とする請求項1あるいは5に記載のポリイミド多孔質膜の製造方法。
- ポリイミドまたはポリイミド前駆体の有機溶媒溶液が、ポリイミドまたはポリイミド前駆体の濃度が12重量%以下でかつ溶液粘度が400ポイズ以上である請求項6に記載のポリイミド多孔質膜の製造方法。
- 溶媒置換誘起が、溶媒置換速度調整材を用いて凝固溶媒とポリイミドまたはポリイミド前駆体の有機溶媒溶液との直接接触を避けて行う請求項6に記載のポリイミド多孔質膜の製造方法。
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