JP2012533671A - 重合溶液から製造されるポリイミド膜 - Google Patents
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Abstract
Description
粘度測定
動力学粘度ηはさまざまな回転数Ω(ないしせん断速度γ)の設定により、25℃の定温にて、円筒状ギャップ内でのポリマー溶液のせん断によって一回、続いて、さまざまなせん断応力τの設定によって求められる。
モル質量測定はゲル浸透クロマトグラフィーを用いて行われる。キャリブレーションはポリスチレン標準によって行われる。したがって、報告されたモル質量は相対モル質量として理解されなければならない。
シートのガス透過率はBarrer(10-10cm3.cm-2.cm.s-1.cmHg-1)で表される。中空繊維または平膜のガス浸透度はGPU(ガス透過単位、10-6cm3.cm-2.s-1.cmHg-1)で表される。ナノ濾過膜および限外ろ過膜の流量は1.m-2.h-1.bar-1で表される。
ガス透過率の測定は圧力増加法によって行われる。この場合、10〜70μの厚さを有するフラットシートの片側にガスまたは混合ガスが当てられる。反対側つまり浸透側はテスト開始時に真空(約10-2mbar)が支配的である。浸透側の圧力増加が時間と相関させて記録される。
P84粉末製造時のモル質量低下の問題は、ポリマーが重合後に双極性非プロトン性溶媒中で固体の形とくに乾燥した固体とりわけ乾燥粉末として単離されるのではなく、重合体溶液が直接に膜の製造に使用されることによって回避される。
a) 重合
b) 流し込み溶液の製造
c) 膜製造
重合
ポリイミドの製造は、芳香族テトラカルボン酸無水物が二酸化炭素を遊離しつつ芳香族ジイソシアネートと重縮合することによって行われる。以下に、使用が好ましい物質ならびにそれらの組み合わせを挙げる:
二無水物
3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、オキシジフタル酸二無水物、スルホニルジフタル酸二無水物、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−プロピリデンジフタル酸二無水物。
2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート、2,4,6−トリメチル−1,3−フェニレンジイソシアネート、2,3,4,5−テトラメチル−1,4−フェニレンジイソシアネート。
・ アルカリ−およびアルカリ土類水酸化物、−メチレート、−エタノレート、−カーボネートおよび−ホスフェートたとえば、ただしそれらに限定されるわけではないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチレート、カリウムメチレート、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸二水素カリウム。
重縮合から得られるポリマー溶液は22質量%〜28質量%の固体含有量を有しており、その他の処理なしに、流し込み溶液の製造に使用することができる。
・ 平膜および中空繊維膜の製造にとって十分高い粘度を有する
・ 膜中の粗大な空隙(マクロボイド)の形成を防止する添加剤を含み得る
・ 所望のポアサイズを有する表面を製造するための揮発性溶媒を含み得る
流し込み溶液の粘度は、それが固体含有量と相関した粘度カーブのいわゆる「からみ合い」点に一致している場合に、理想的である。こうした点とは、粘度と固体含有量との相関性が線形タイプから指数関数タイプに変化する点のことである。この点はまた、モル質量にも非常に強く依存している。モル質量が高くなればなるほど、からみ合いが現れる固体含有量は低くなる。
・ 水
・ ケトンたとえばアセトンまたはブタノン
膜の所定の表面の製造には、基本的に、複数の方法が利用可能である:遅延デミキシング法の他に、揮発性補助溶媒の蒸発も、ガス分離膜分野ならびにナノ濾過/限外ろ過膜分野において、非常に薄い選択層を結果する。蒸発程度と共にポアサイズは、揮発性溶媒の種類、その濃度、蒸発時間、流し込み溶液の温度、蒸発区間における周囲ガスの量および温度に影響される。
脱気され、濾過され、添加剤の加えられたポリイミドポリマー溶液は、好ましくは20〜100℃、特に好ましくは30〜70℃に調温される。この溶液は歯車ポンプによって二流体ノズルの外側部分を通してポンピングされる。二流体ノズルの外径は600μm、内径は160μmであり、ポンプ性能は1.3〜13.5ml/min.である。二流体ノズルの内側部分では、水と双極性非プロトン性溶媒または複数の双極性非プロトン性溶媒混合物とからなる混合流体がポンピングされる。
・ アルコールたとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール、ブタンジオール、グリセリン
・ エーテルたとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンまたはポリエチレングリコールまたはポリエチレングリコールエーテル
・ 双極性非プロトン性溶媒たとえばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシドまたはスルホラン
・ ケトンたとえばアセトンまたはメチルエチルケトン
・ その他たとえば酢酸エチルエステル、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、キシレン、脂肪族炭化水素および環式脂肪族炭化水素たとえばヘキサン、ヘプタンまたはシクロヘキサン。
添加剤が混入され、脱気された溶液は、気泡なしで、平膜注入成形装置のスキージーに注入される。スキージーの幅は1.2mまでに達してよい。スキージーの下方を、プラスチック繊維好ましくは−ただしそれらに限定されるわけではないが−ポリイミド、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステルまたはポリフェニレンスルフィドからなる圧延された支持体不織布が0.1〜10m/min、好ましくは1〜5m/minの速度で通過する。不織布の厚さは30〜300μ、好ましくは100〜200μである。単位面積質量は20〜300g/m2、好ましくは50〜150g/m2である。スキージーと不織布との隙間幅は100〜800μ、好ましくは200〜400μである。コートされた不織布は、向流方式でガス流が流れる流路に進入する。ガスとして考量されるのは、特に−ただしそれらに限定されるわけではないが−乾燥空気、窒素、アルゴンまたはヘリウムである。コートされた不織布の周囲を流れるガスの速度はこの場合、100〜5.000m/h、好ましくは200〜1.000m/hであり、ガスの温度は10〜150℃、好ましくは15〜90℃であってよい。続いて、コートされた不織布は沈殿浴に進入し、同所でポリマーは凝固し、所望の膜が形成される。沈殿浴は水から、または、水と水に混合可能な1以上の溶媒との混合物からなる。
・ アルコールたとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール、ブタンジオール、グリセリン
・ エーテルたとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンまたはポリエチレングリコールまたはポリエチレングリコールエーテル
・ 双極性非プロトン性溶媒たとえばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシドまたはスルホラン
・ ケトンたとえばアセトンまたはメチルエチルケトン。
・ アルコールたとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール、ブタンジオール、グリセリン
・ エーテルたとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンまたはポリエチレングリコールまたはポリエチレングリコールエーテル
・ 双極性非プロトン性溶媒たとえばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシドまたはスルホラン
・ ケトンたとえばアセトンまたはメチルエチルケトン
・ その他たとえば酢酸エチルエステル、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、キシレン、脂肪族炭化水素および環式脂肪族炭化水素たとえばヘキサン、ヘプタンまたはシクロヘキサン。
以下に述べる実施例は本発明をさらに詳細に説明し、理解を深化させようとするものであり、決して本発明を制限するものではない。
実施例1:ジメチルアセトアミド中でのポリイミド溶液P84タイプ70の製造
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1622gの無水ジメチルアセトアミドが前以て与えられる。それに456.4gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に0.45gの水酸化ナトリウムが加えられる。窒素の作用下で、64%の2,4−トリレンジイソシアネートと、16%の2,6−トリレンジイソシアネートと、20%の4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンとからなる混合物266.8gが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1622gの無水ジメチルホルムアミドが前以て与えられる。それに456.4gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に0.45gの水酸化ナトリウムが加えられる。窒素の作用下で、64%の2,4−トリレンジイソシアネートと、16%の2,6−トリレンジイソシアネートと、20%の4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンとからなる混合物266.8gが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1800gの無水N−メチルピロリドンが前以て与えられる。それに456.4gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に0.45gの水酸化ナトリウムが加えられる。窒素の作用下で、64%の2,4−トリレンジイソシアネートと、16%の2,6−トリレンジイソシアネートと、20%の4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンとからなる混合物266.8gが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1622gの無水N−エチルピロリドンが前以て与えられる。それに456.4gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に0.45gの水酸化ナトリウムが加えられる。窒素の作用下で、64%の2,4−トリレンジイソシアネートと、16%の2,6−トリレンジイソシアネートと、20%の4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンとからなる混合物266.8gが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1800gの無水ジメチルホルムアミドが前以て与えられる。それに473.6gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に1.8gのジアザビシクロオクタンが加えられる。窒素の作用下で、254.4gの2,4−トリレンジイソシアネートが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1622gの無水ジメチルホルムアミドが前以て与えられる。それに473.6gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に1.8gのジアザビシクロオクタンが加えられる。窒素の作用下で、80%の2,4−トリレンジイソシアネートと、20%の2,6−トリレンジイソシアネートとからなる混合物254.4gが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1800gの無水ジメチルホルムアミドが前以て与えられる。それに316.4gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と142.8gのピロメリット酸二無水物とが溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に1.8gのジアザビシクロオクタンが加えられる。窒素の作用下で、80%の2,4−トリレンジイソシアネートと、20%の2,6−トリレンジイソシアネートとからなる混合物283.4gが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
攪拌装置と還流冷却装置とを備えた3リットルのガラス反応器中に1500gの無水ジメチルホルムアミドが前以て与えられる。それに369.2gの3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が溶解されて、90℃に加熱される。この溶液に1.5gのジアザビシクロオクタンが加えられる。窒素の作用下で、222.3gの2,4,6−トリメチル−1,3−フェニレンジイソシアネートが複数時間にわたって追加計量添加される。その際、副産物としてのCO2は逃散し、直接ポリイミドが液中に生ずる。
重合溶液は無稀釈で金属製の15μ網目ふるいによって濾過される。シートの製造にはElcomer社のスキージー付き装置(Elcometer 4340)が使用される。ガラス板にスキージーを用い、隙間寸法250μにて、ポリマー溶液がコートされる。溶媒は続いて、空気循環乾燥炉中で70℃(0.5h)、150℃(2h)および250℃(12h)にて蒸発させられる。こうして、シートは溶媒が実質的に除去されて(含有量<0.1%)、ガラス板から引き剥がされる。厚さ約30〜40μmのシートが得られる。脆性を示すシートはいっさいなく、すべてのシートが優れた機械的特性を示した。続いて、これらのシートから顕微鏡を用いて欠陥のない箇所が探し求められ、直径46mmの円形試料が切り取られる。これらの試料は、続いて、自家製のガス透過率測定装置に装入されて、さまざまなガスの透過率が真空法で測定される。
実施例10:ポリイミド中空繊維を製造するためのP84タイプ70の流し込み溶液の製造
強力な攪拌装置を備えた3リットルのガラス製攪拌タンク内で、室温にて、実施例2に示したジメチルホルムアドに溶解したP84タイプ70の溶液1168gが滴下されて、94.1gのテトラヒドロフランと40.3gのイソプロパノールとからなる混合物と混合される。その際、ポリマーは滴下箇所周辺で短時間沈殿するが、直ちに再び溶解する。均質な溶液が生ずるまで攪拌が行われる。この溶液は、続いて、メッシュサイズ15μのふるいで濾過されて、2日間攪拌なしで放置される。固体含有量23.5%、ジメチルホルムアド含有量66.5%、テトラヒドロフラン含有量7%およびイソプロパノール含有量3%の流し込み溶液が得られる。
強力な攪拌装置を備えた3リットルのガラス製攪拌タンク内で、室温にて、実施例2に示したジメチルホルムアドに溶解したP84タイプ70の溶液1034gが滴下されて、58.6gのテトラヒドロフランと46.9gのイソプロパノールとからなる混合物と混合される。その際、ポリマーは滴下箇所周辺で短時間沈殿するが、直ちに再溶解する。均質な溶液が生ずるまで攪拌が行われる。この溶液は、続いて、メッシュサイズ15μのふるいで濾過されて、2日間攪拌なしで放置される。固体含有量23.8%、ジメチルホルムアド含有量67.2%、テトラヒドロフラン含有量5%およびイソプロパノール含有量4%の流し込み溶液が得られる。
強力な攪拌装置を備えた3リットルのガラス製攪拌タンク内で、室温にて、実施例7に示したジメチルホルムアドに溶解したP84 HTの溶液1034gが滴下されて、47gのテトラヒドロフランと65gのイソプロパノールとからなる混合物と混合される。その際、ポリマーは滴下箇所周辺で短時間沈殿するが、直ちに再溶解する。均質な溶液が生ずるまで攪拌が行われる。この溶液は、続いて、メッシュサイズ15μのふるいで濾過されて、2日間攪拌なしで放置される。固体含有量23.6%、ジメチルホルムアド含有量66.9%、テトラヒドロフラン含有量4%およびイソプロパノール含有量5.5%の流し込み溶液が得られる。
強力な攪拌装置を備えた3リットルのガラス製攪拌タンク内で、室温にて、実施例5に示したジメチルホルムアドに溶解したP84 T100の溶液1034gが滴下され、46.8gのテトラヒドロフランと58.5gのイソプロパノールとからなる混合物と混合される。その際、ポリマーは滴下箇所周辺で短時間沈殿するが、直ちに再溶解する。均質な溶液が生ずるまで攪拌が行われる。この溶液は、続いて、メッシュサイズ15μのふるいで濾過されて、2日間攪拌なしで放置される。固体含有量22.1%、ジメチルホルムアド含有量68.9%、テトラヒドロフラン含有量5%およびイソプロパノール含有量4%の流し込み溶液が得られる。
強力な攪拌装置を備えた3リットルのガラス製攪拌タンク内で、室温にて、実施例2に示したジメチルホルムアドに溶解したP84 タイプ70の溶液1034gが滴下され、258.5gのテトラヒドロフランと混合される。均質な溶液が生ずるまで攪拌が行われる。この溶液は、続いて、メッシュサイズ15μのふるいで濾過されて、2日間攪拌なしで放置される。固体含有量21.6%、ジメチルホルムアド含有量58.4%、テトラヒドロフラン含有量20%の流し込み溶液が得られる。
実施例15:実施例10に示したジメチルホルムアミドに溶解したP84タイプ70の流し込み溶液からの中空繊維製造
脱気され、濾過され、添加剤の加えられた、実施例10に示したジメチルホルムアミドに溶解したP84タイプ70の溶液が50℃に調温され、歯車ポンプによって二流体ノズルを通して送出される。流量は162g/hである。二流体ノズルの外側領域でポリマー溶液が送出され、内側領域では、中空繊維に孔をつくり出すために、70%のジメチルホルムアミドと30%の水との混合物が送出される。流量は58ml/hである。40cmの距離を経過した後、中空繊維は10℃の冷水中に進入する。その際、中空繊維はチューブで被覆される。このチューブ内には2l/minの流量で窒素流が貫流しており、チューブ内温度は41℃である。繊維は続いて水洗浄浴中を通過させられ、最後に15m/minの速度で巻き取られる。複数時間にわたって水で抽出された後、中空繊維は先ずエタノール中、続いて、ヘプタン中に浸漬され、最後に、空気中で乾燥させられる。外径412μ、孔径250μ、肉厚81μの中空繊維が得られる。
酸素:1.450GPU
窒素:0.165GPU
二酸化炭素:6.03GPU
メタン:0.084GPU
したがって、酸素と窒素の間の個別ガス選択性は8.8であり、二酸化炭素とメタンの間のそれは71.9である。
二酸化炭素:8.99GPU
メタン:0.101GPU
二酸化炭素とメタンの間の個別ガス選択性は88.5である。
脱気され、濾過され、添加剤の加えられた、実施例11に示したジメチルホルムアミドに溶解したP84タイプ70の溶液が50℃に調温され、歯車ポンプによって二流体ノズルを通して送出される。流量は162g/hである。二流体ノズルの外側領域でポリマー溶液が送出され、内側領域では、中空繊維に孔をつくり出すために、70%のジメチルホルムアミドと30%の水との混合物が送出される。流量は58ml/hである。42cmの距離を経過した後、中空繊維は10℃の冷水中に進入する。その際、中空繊維はチューブで被覆される。このチューブ内には2l/minの流量で窒素流が貫流しており、チューブ内温度は46℃である。繊維は続いて水洗浄浴中を通過させられ、最後に24m/minの速度で巻き取られる。複数時間にわたって水で抽出された後、中空繊維は先ずエタノール中、続いて、ヘプタン中に浸漬され、最後に、空気中で乾燥させられる。外径310μ、孔径188μ、肉厚61μの中空繊維が得られる。
酸素:1.463GPU
窒素:0.164GPU
したがって、酸素と窒素の間の個別ガス選択性は8.9である。
脱気され、濾過され、添加剤の加えられた、実施例13に示したジメチルホルムアミドに溶解したP84 T100の溶液が50℃に調温され、歯車ポンプによって二流体ノズルを通して送出される。流量は162g/hである。二流体ノズルの外側領域でポリマー溶液が送出され、内側領域では、中空繊維に孔をつくり出すために、70%のジメチルホルムアミドと30%の水との混合物が送出される。流量は58ml/hである。42cmの距離を経過した後、中空繊維は10℃の冷水中に進入する。その際、中空繊維はチューブで被覆される。このチューブ内には2l/minの流量で窒素流が貫流しており、チューブ内温度は46℃である。繊維は続いて水洗浄浴中を通過させられ、最後に20m/minの速度で巻き取られる。複数時間にわたって水で抽出された後、中空繊維は先ずエタノール中、続いて、ヘプタン中に浸漬され、最後に、空気中で乾燥させられる。外径339μ、孔径189μ、肉厚75μの中空繊維が得られる。
酸素:0.564GPU
窒素:0.072GPU
二酸化炭素:1.679GPU
メタン:0.023GPU
したがって、酸素と窒素の間の個別ガス選択性は7.8であり、二酸化炭素とメタンとの間のそれは71.6である。
脱気され、濾過され、添加剤の加えられた、実施例12に示したジメチルホルムアミドに溶解したP84 HTの溶液が50℃に調温され、歯車ポンプによって二流体ノズルを通して送出される。流量は162g/hである。二流体ノズルの外側領域でポリマー溶液が送出され、内側領域では、中空繊維に孔をつくり出すために、70%のジメチルホルムアミドと30%の水との混合物が送出される。流量は58ml/hである。15cmの距離を経過した後、中空繊維は10℃の冷水中に進入する。その際、中空繊維はチューブで被覆される。このチューブ内には1l/minの流量で窒素流が貫流しており、チューブ内温度は40℃である。繊維は続いて水洗浄浴中を通過させられ、最後に24m/minの速度で巻き取られる。複数時間にわたって水で抽出された後、中空繊維は先ずエタノール中、続いて、ヘプタン中に浸漬され、続いて、空気中で乾燥させられる。外径306μ、孔径180μ、肉厚63μの中空繊維が得られる。
二酸化炭素:6.0GPU
メタン:0.2GPU
したがって、二酸化炭素とメタンの間の個別ガス選択性は30である。
脱気され、濾過された、実施例7に示したジメチルホルムアミドに溶解したP84 HTの溶液が50℃に調温され、歯車ポンプによって二流体ノズルを通して送出される。流量は162g/hである。二流体ノズルの外側領域でポリマー溶液が送出され、内側領域では、中空繊維に孔をつくり出すために、70%のジメチルホルムアミドと30%の水との混合物が送出される。流量は58ml/hである。15cmの距離を経過した後、中空繊維は10℃の冷水中に進入する。その際、中空繊維はチューブで被覆される。このチューブ内には1l/minの流量で窒素流が貫流しており、チューブ内温度は70℃である。繊維は続いて水洗浄浴中を通過させられ、最後に24m/minの速度で巻き取られる。複数時間にわたって水で抽出された後、中空繊維は先ずエタノール中、続いて、ヘプタン中に浸漬され、続いて、空気中で乾燥させられる。外径307μ、孔径189μ、肉厚59μの中空繊維が得られる。
二酸化炭素:3.37GPU
メタン:0.051GPU
したがって、二酸化炭素とメタンの間の個別ガス選択性は66である。
実施例20:P84タイプ70からの平膜の製造
平膜製造装置にて、実施例14に述べた流し込み溶液から幅35cmの膜が製造される。この場合、流し込み溶液はスキージーを用い、流し込み隙間200μにて、圧延されたポリエステル不織布上に単位面積質量100g/m2、速度5m/minにてコートされる。コートされたポリエステル不織布は、続いて、窒素が貫流するシャフト内を通過させられる。貫流速度は339m/hである。こうして達成される滞留時間は3sである。続いて、コートされた不織布は10℃の冷水に浸漬される。粗製膜は次いで湿潤状態で巻き取られる。
実施例21:アミンによる平膜の架橋
実施例20に示した平膜は、16hにわたって、オリゴエチレンイミド((#468533、Aldrich)代表的な分子量423、5〜20%のテトラエチレンペンタアミンを含有)の0.1%エタノール溶液中に浸漬された。膜は架橋されて、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、アセトン、ブタノン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドおよび酢酸エチルに対してなんらの可溶性も示さない。
実施例19に示した中空繊維膜は、16hにわたって、ヘキサメチレンジアミンの0.1%エタノール溶液中に浸漬される。膜は架橋されて、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、アセトン、ブタノン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドおよび酢酸エチルに対してなんらの可溶性も示さない。
図1:DMF中のP84タイプ70の濃度が溶液の粘度に及ぼす影響:P84重合溶液と、沈殿されて25℃にて再溶解されたポリマーから製造されたP84溶液との比較
図2:マクロボイドのある(左図)およびマクロボイドのない(右図)中空繊維膜の断面
図3:実施例20に示した膜の使用テスト
Claims (15)
- ポリイミド膜を製造するための方法であって、
以下のステップ
a) ポリイミドを製造するステップと、
b) ポリイミドを含んだ流し込み溶液を製造するステップと、
c) 前記流し込み溶液からポリイミド膜を製造するステップと
を含み、前記ポリイミドは前記ステップa)とb)との間で、固体の形として単離されて再び溶解されるということなく、とくに乾燥された固体として単離されて再び溶解されるということなく、とりわけ乾燥された粉末として単離されて再び溶解されるということなく、かつ膜の製造は転相法によって行われることを特徴とする方法。 - ポリイミドを製造するために、ステップa)において
芳香族二無水物またはそれらの混合物、好ましくは、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、3,4,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
および/または
芳香族ジイソシアネートまたはそれらの混合物、好ましくは、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート、2,4,6−トリメチル−1,3−フェニレンジイソシアネート、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレンジイソシアネート
および/または
双極性非プロトン性溶媒またはそれらの混合物、好ましくは、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、スルホラン、テトラヒドロフラン、ジオキサン
が使用されることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 流し込み溶液を製造するために、ステップb)において、水溶性添加剤が添加され、その際、添加剤として、好ましくは、
水と混合可能な揮発性溶媒、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンもしくはアセトンまたはそれらの混合物
および/または
非溶媒、たとえば水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ブタンジオール、エチレングリコール、グリセリン、γ−ブチロラクトンまたはそれらの混合物
および/または
多孔形成剤、好ましくは、ポリビニルピロリジノン
および/または
水と混合可能な溶媒、たとえばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシドまたはそれらの混合物
が使用されることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - ステップc)において、支持体不織布はポリイミド流し込み溶液でコートされ、その際、好ましくは、前記支持体不織布にポリマー流し込み溶液がコートされた後に、前記溶媒の一部は調温された乾燥窒素流または空気流によって蒸発されて、膜の分離限度が調整されることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- ポリイミド膜は脂肪族ジアミンまたはポリエチレンイミンで架橋され、その際、好ましくは、
脂肪族ジアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、ジアミノオクタン、ジアミノデカン、ジアミノドデカン、ビス−4,4’−(アミノメチル)ベンゼン、オリゴエチレンイミン、ポリエチレンイミンまたはそれらの混合物が使用され、
および/または
架橋はジアミンの水溶液中またはアルコール、たとえばメタノールもしくはエタノールもしくはイソプロパノールもしくはそれらの混合物中のジアミンの溶液中に浸漬することによって実施され、
および/または
架橋は0〜90℃、好ましくは10〜60℃、特に好ましくは15〜30℃の温度にて行われ、
および/または
架橋時間は10秒〜16時間、好ましくは30秒〜30分、特に好ましくは1〜5分であり、
および/または
ジアミンの濃度は0.01質量%〜50質量%、好ましくは0.1質量%〜10質量%、特に好ましくは0.2質量%〜1質量%であることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - ステップc)において、一体型非対称中空繊維膜が製造され、その際、好ましくは、中空繊維は二流体ノズルによって請求項4記載のポリイミド流し込み溶液と、孔をつくり出すための溶液とから連続法で紡糸されることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 孔をつくり出すための溶液として、水またはアルコールとジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシドまたはそれらの組み合わせとの混合物が使用され、
および/または
紡糸ノズルは、中空繊維が紡糸されて、ポリマーの沈殿によって一体型非対称中空繊維膜が形成される水からなる紡糸浴から1〜60cmの距離を有し、
および/または
紡糸プロセスに際し、中空繊維は、紡糸浴に進入する前に、調温された乾燥窒素流または空気流に曝露されて、膜の分離性能が調整され、
および/または
ポリイミドポリマーは脂肪族ジアミンまたはポリエチレンイミンで架橋され、その際、特に好ましくは、
脂肪族ジアミンとして、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、ジアミノオクタン、ジアミノデカン、ジアミノドデカン、ビス−4,4’−(アミノメチル)ベンゼン、オリゴエチレンイミンもしくはポリエチレンイミンまたはそれらの混合物が使用され、
および/または
架橋はジアミンの水溶液中またはアルコール、たとえばメタノールもしくはエタノールもしくはイソプロパノールもしくはそれらの混合物中のジアミンの溶液中に浸漬することによって実施され、
および/または
架橋は0〜90℃、好ましくは10〜60℃、特に好ましくは15〜30℃の温度にて行われ、
および/または
架橋時間は10秒〜16時間、好ましくは30秒〜30分、特に好ましくは1〜5分であり、
および/または
ジアミンの濃度は0.01質量%〜50質量%、好ましくは0.1質量%〜10質量%、特に好ましくは0.2質量%〜1質量%であることを特徴とする請求項7記載の方法。 - Mp>100000g.mol-1(Mp=モル質量分布のピーク最大値、ジメチルホルムアミド中臭化リチウム0.01mol/lでの対ポリスチレン標準キャリブレーション)と、1.7〜2.3、好ましくは1.8〜2.1の範囲のPDIとを有するポリイミドを含んでなることを特徴とするポリイミド膜。
- 均一に溶解したまたは微粒子状の物質を有機溶媒または水から分離するために使用可能な精密濾過膜、限外濾過膜またはナノ濾過膜、またはガスの分離に使用可能な非孔質膜であることを特徴とする請求項9または10記載のポリイミド膜。
- 支持体不織布上、好ましくは、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンからなる支持体不織布上に配設された一体型非対称平膜、または一体型非対称中空繊維膜であることを特徴とする請求項9から11までのいずれか1項記載のポリイミド膜。
- きわめて多様な気体混合物の分離、好ましくは、
メタンと二酸化炭素との分離
および/または
酸素と窒素との分離
および/または
プロセスガスからの水素の分離
および/または
きわめて多様な種類のガスまたはガス混合物からの水蒸気の分離
に使用可能であることを特徴とする請求項12記載のポリイミド中空繊維膜。 - 請求項9から13までのいずれか1項記載のポリイミド膜および請求項1から8までのいずれか1項記載の方法によって得られるポリイミド膜。
- 請求項1から4までのいずれか1項記載の方法によって得られる流し込み溶液。
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