JP2013027806A - Carbon dioxide separation membrane, support for carbon dioxide separation membrane, and method of manufacturing them - Google Patents

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吉宏 油屋
Kenichi Ishizuka
憲一 石塚
Kazuki Yamazaki
一樹 山▲崎▼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon dioxide separation membrane which is excellent in carbon dioxide separation performance and has a long lifetime, a support for a carbon dioxide separation membrane which is suitable for the carbon dioxide separation membrane, and a method of manufacturing them.SOLUTION: The carbon dioxide separation membrane includes: a carbon dioxide separation layer which includes a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier; and a porous support which is provided with a hydrophobic porous substrate and a polymer film having a hydrophilic group on at least one surface of the porous substrate and makes contact with the carbon dioxide separation layer through the polymer film to support the carbon dioxide separation layer.

Description

本発明は、二酸化炭素分離膜、二酸化炭素分離膜用支持体、及びこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon dioxide separation membrane, a support for carbon dioxide separation membrane, and a production method thereof.

複数の成分が混合したガスから二酸化炭素を選択的に分離する膜技術(以下「膜分離法」と言う。)が開発されている。膜分離法は、膜で区画された2つの領域の二酸化炭素分圧により分離を行う方法で、エネルギー消費が少なく、且つ設置面積がコンパクトな利点を有する。また、システムの能力の拡縮にフィルターユニットの増減で対応できるため、スケーラビリティーに優れる。   A membrane technology (hereinafter referred to as “membrane separation method”) for selectively separating carbon dioxide from a gas in which a plurality of components is mixed has been developed. The membrane separation method is a method in which separation is performed by carbon dioxide partial pressure in two regions partitioned by a membrane, and has the advantages of low energy consumption and a compact installation area. In addition, because the capacity of the system can be increased or decreased by increasing or decreasing the filter unit, it has excellent scalability.

膜分離法に用いられる二酸化炭素分離膜は、溶解拡散膜と促進輸送膜とに大別される。溶解拡散膜を用いた膜分離法は、二酸化炭素と他のガスとの、膜に対する溶解性及び膜中の拡散性の差を利用して分離を行う。促進輸送膜を用いた膜分離法は、膜中に含有された二酸化炭素キャリア(二酸化炭素と親和性を有する物質)によって、二酸化炭素を膜のガス供給側から反対側に輸送し、分離を行う。
溶解拡散膜は、二酸化炭素と他のガスとの膜に対する溶解度と拡散速度の差により分離を行うため、膜の材質・物性が決まればガスの分離度合いは一義的に決定される。また、膜厚が薄いほど二酸化炭素の透過速度が大きくなるため、一般的に層分離法や界面重合法などを適用して1μm以下の薄膜として製造される。
これに対して促進輸送膜は、二酸化炭素キャリアを膜中に含有することにより、二酸化炭素の溶解度を飛躍的に増大させ高濃度で輸送を行う。したがって、一般的に溶解拡散膜よりも分離度合いが高く、また二酸化炭素の透過速度が速い。また、膜中の二酸化炭素濃度が高濃度であることから、膜中の二酸化炭素の拡散が律速になることは稀であり、分離度合いを上げる点からは1μm以上の厚膜とすることが好ましい。
Carbon dioxide separation membranes used in membrane separation methods are roughly classified into dissolution diffusion membranes and facilitated transport membranes. In the membrane separation method using the dissolution diffusion membrane, the separation is performed by utilizing the difference between the solubility in the membrane and the diffusivity in the membrane between carbon dioxide and another gas. In the membrane separation method using a facilitated transport membrane, carbon dioxide is transported from the gas supply side to the opposite side of the membrane by a carbon dioxide carrier (a substance having an affinity for carbon dioxide) contained in the membrane to perform separation. .
Since the dissolution and diffusion membrane performs separation based on the difference between the solubility and diffusion rate of carbon dioxide and other gases in the membrane, the degree of gas separation is uniquely determined if the material and physical properties of the membrane are determined. Further, since the carbon dioxide permeation rate increases as the film thickness decreases, the film is generally manufactured as a thin film of 1 μm or less by applying a layer separation method or an interfacial polymerization method.
On the other hand, the facilitated transport film contains carbon dioxide carrier in the film, thereby dramatically increasing the solubility of carbon dioxide and transporting it at a high concentration. Therefore, the degree of separation is generally higher than that of the dissolution diffusion membrane, and the carbon dioxide permeation rate is faster. Further, since the concentration of carbon dioxide in the membrane is high, the diffusion of carbon dioxide in the membrane is rarely rate-limiting, and a thick membrane of 1 μm or more is preferable from the viewpoint of increasing the degree of separation. .

これまで、促進輸送膜の性能を向上させるために、膜の安定性や二酸化炭素キャリアの保持性を高める技術が開発され、下記のような二酸化炭素分離膜が提案されている。
例えば、多孔質高分子膜をプラズマ処理した後、親水性ビニルモノマー蒸気をそのプラズマ処理された多孔質高分子膜に接触させてグラフト重合させ、次いでこのようにして得られた親水性重合体表面層を有する多孔質高分子膜に二酸化炭素キャリア液を含浸保持させて得た二酸化炭素分離膜が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、未架橋のビニルアルコール−アクリル酸塩共重合体水溶液を、二酸化炭素透過性支持体上へ膜状に塗布した後、加熱し、架橋させて水不溶化し、この水不溶化物に、二酸化炭素キャリアを含む水溶液を吸収させてゲル化して得た二酸化炭素分離膜が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
ほかに、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体ゲル膜に炭酸セシウム等を添加したゲル層を親水性の多孔膜に担持させた二酸化炭素分離膜が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
Until now, in order to improve the performance of the facilitated transport membrane, a technique for improving the stability of the membrane and the retention of the carbon dioxide carrier has been developed, and the following carbon dioxide separation membrane has been proposed.
For example, after the plasma treatment of the porous polymer membrane, the hydrophilic vinyl monomer vapor is brought into contact with the plasma-treated porous polymer membrane for graft polymerization, and then the hydrophilic polymer surface thus obtained A carbon dioxide separation membrane obtained by impregnating and holding a carbon dioxide carrier liquid in a porous polymer membrane having a layer is disclosed (for example, see Patent Document 1).
Further, after an uncrosslinked vinyl alcohol-acrylate copolymer aqueous solution is applied in a film form on a carbon dioxide permeable support, it is heated and cross-linked to make water insoluble. A carbon dioxide separation membrane obtained by gelling by absorbing an aqueous solution containing a carrier is disclosed (for example, see Patent Document 2).
In addition, a carbon dioxide separation membrane is disclosed in which a gel layer obtained by adding cesium carbonate or the like to a polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer gel membrane is supported on a hydrophilic porous membrane (for example, see Patent Document 3). .

特開平7−60078号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-60078 特公平7−102310号公報Japanese Patent Publication No. 7-102310 特開2009−195900号公報JP 2009-195900 A

しかしながら、特許文献1〜3に開示された二酸化炭素分離膜は、使用にともない分離性能の低下がみられる。市場においては、より寿命の長い二酸化炭素分離膜が望まれている。   However, the carbon dioxide separation membrane disclosed in Patent Documents 1 to 3 shows a decrease in separation performance with use. In the market, a carbon dioxide separation membrane having a longer lifetime is desired.

また、従来、二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素の溶解反応に着目して、二酸化炭素キャリアの種類が検討されてきた。例えば、炭酸セシウムは優れた分離性能を示す二酸化炭素キャリアであるが、いくらその量を増やしても分離性能はある量で飽和してしまう。さらに、湿熱経時した後、炭酸セシウムは二酸化炭素キャリアを含む層から支持体へ染み出して分離性能が悪化する現象が観察され、これは炭酸セシウム量が多いほど顕著であった。
したがって、二酸化炭素分離膜の分離性能を更に高めるためには、二酸化炭素の脱離反応を向上させる必要があると考えられた。
Conventionally, carbon dioxide separation membranes have been studied for the type of carbon dioxide carrier, focusing on the dissolution reaction of carbon dioxide. For example, cesium carbonate is a carbon dioxide carrier exhibiting excellent separation performance, but the separation performance will be saturated by a certain amount no matter how much the amount is increased. Furthermore, after wet heat aging, a phenomenon was observed in which cesium carbonate exudes from the layer containing carbon dioxide carrier to the support and the separation performance deteriorates, and this was more remarkable as the amount of cesium carbonate increased.
Therefore, in order to further improve the separation performance of the carbon dioxide separation membrane, it was considered necessary to improve the carbon dioxide desorption reaction.

上記事情に鑑み、本発明は、二酸化炭素の分離性能に優れ且つ寿命の長い二酸化炭素分離膜、及び該二酸化炭素分離膜に適した二酸化炭素分離膜用支持体、並びにこれらの製造方法を提供することを目的とし、これを課題とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides a carbon dioxide separation membrane having excellent carbon dioxide separation performance and a long life, a carbon dioxide separation membrane support suitable for the carbon dioxide separation membrane, and methods for producing these. It aims at this and makes this a subject.

前記目的を達成するため、以下の発明が提供される。   In order to achieve the above object, the following invention is provided.

<1> 水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む二酸化炭素分離層と、疎水性の多孔質基材及び、前記多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられた親水性基を有する高分子被膜を備え、前記高分子被膜を介して前記二酸化炭素分離層と接し、前記二酸化炭素分離層を支持する多孔質支持体と、を備えた二酸化炭素分離膜。
<2> 前記高分子被膜が、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有する、前記<1>に記載の二酸化炭素分離膜。
<3> 前記高分子被膜は、膜厚が1μm以下である、前記<1>又は<2>に記載の二酸化炭素分離膜。
<4> 前記高分子被膜は、親水性基として、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、アクリルアミド基、イソシアネート基及び酸クロライド基の少なくとも1種を有する、前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜。
<5> 前記多孔質基材は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデンの少なくとも1種を含む、前記<1>〜<4>のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜。
<6> 疎水性の多孔質基材と、前記多孔質基材の少なくとも一方の面に最表層として在る、親水性基を有する高分子被膜と、を備えた二酸化炭素分離膜用支持体。
<7> 前記高分子被膜の表面と水との接触角が120度未満である、前記<6>に記載の二酸化炭素分離膜用支持体。
<8> 前記高分子被膜が、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有する、前記<6>又は<7>に記載の二酸化炭素分離膜用支持体。
<9> 疎水性の多孔質基材の少なくとも一方の面に、ラジカル重合性モノマーを含む重合性組成物を塗布する塗布工程と、塗布された前記重合性組成物に活性エネルギー線を照射して高分子被膜を形成する重合工程と、を有する二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法。
<10> 前記高分子被膜に、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを付加する付加処理工程を更に有する、前記<9>に記載の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法。
<11> 前記ラジカル重合性モノマーは、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、アクリル酸及びこれらの誘導体の少なくとも1種を含む、前記<9>又は<10>に記載の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法。
<12> 前記<6>〜<8>のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜用支持体、又は前記<9>〜<11>のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法により製造された二酸化炭素分離膜用支持体を用いると共に、水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む組成物を前記支持体の前記高分子被膜を有する面に塗布して塗布膜を得る塗布工程と、前記塗布膜を冷却してゲル膜を得る冷却工程と、前記ゲル膜を乾燥させて乾燥膜とする乾燥工程と、を有する二酸化炭素分離膜の製造方法。
<13> 前記乾燥膜を架橋させる架橋工程を更に有する、前記<12>に記載の二酸化炭素分離膜の製造方法。
<1> A carbon dioxide separation layer containing a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier, a hydrophobic porous substrate, and a polymer coating having a hydrophilic group provided on at least one surface of the porous substrate And a porous support that contacts the carbon dioxide separation layer via the polymer coating and supports the carbon dioxide separation layer.
<2> The carbon dioxide separation membrane according to <1>, wherein the polymer film has at least one of an ion exchange group and a chelate group.
<3> The carbon dioxide separation membrane according to <1> or <2>, wherein the polymer coating has a thickness of 1 μm or less.
<4> The polymer coating has at least one of a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a hydroxy group, an amino group, an epoxy group, an acrylamide group, an isocyanate group, and an acid chloride group as a hydrophilic group. The carbon dioxide separation membrane according to any one of <1> to <3>.
<5> The porous substrate contains at least one of polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polypropylene, polyetherimide, polyetheretherketone, and polyvinylidene fluoride. The carbon dioxide separation membrane according to any one of <4>.
<6> A support for a carbon dioxide separation membrane comprising a hydrophobic porous substrate and a polymer film having a hydrophilic group, which is present as an outermost layer on at least one surface of the porous substrate.
<7> The support for carbon dioxide separation membrane according to <6>, wherein a contact angle between the surface of the polymer coating and water is less than 120 degrees.
<8> The support for carbon dioxide separation membrane according to <6> or <7>, wherein the polymer film has at least one of an ion exchange group and a chelate group.
<9> An application step of applying a polymerizable composition containing a radical polymerizable monomer to at least one surface of a hydrophobic porous substrate, and irradiating the applied polymerizable composition with active energy rays And a polymerization step for forming a polymer film.
<10> The method for producing a carbon dioxide separation membrane support according to <9>, further including an addition treatment step of adding at least one of an ion exchange group and a chelate group to the polymer coating.
<11> The method for producing a carbon dioxide separation membrane support according to <9> or <10>, wherein the radical polymerizable monomer includes at least one of acrylate, methacrylate, acrylamide, acrylic acid, and derivatives thereof. .
<12> The support for carbon dioxide separation membrane according to any one of <6> to <8> or the support for carbon dioxide separation membrane according to any one of <9> to <11>. A carbon dioxide separation membrane support produced by the method for producing a body is used, and a composition containing a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier is applied to the surface of the support having the polymer coating to obtain a coating membrane. A method for producing a carbon dioxide separation membrane, comprising: a coating step; a cooling step of cooling the coating membrane to obtain a gel membrane; and a drying step of drying the gel membrane to form a dry membrane.
<13> The method for producing a carbon dioxide separation membrane according to <12>, further including a crosslinking step of crosslinking the dry membrane.

本発明によれば、二酸化炭素の分離性能に優れ且つ寿命の長い二酸化炭素分離膜、及び該二酸化炭素分離膜に適した二酸化炭素分離膜用支持体、並びにこれらの製造方法が提供される。   According to the present invention, a carbon dioxide separation membrane having excellent carbon dioxide separation performance and a long life, a carbon dioxide separation membrane support suitable for the carbon dioxide separation membrane, and a method for producing them are provided.

以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。なお、これらの説明および実施例は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described. In addition, these description and Examples illustrate this invention, and do not restrict | limit the scope of the present invention.
In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. .
In the present specification, a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.

<二酸化炭素分離膜>
本発明の二酸化炭素分離膜は、
水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む二酸化炭素分離層と、
疎水性の多孔質基材及び、前記多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられた親水性基を有する高分子被膜を備え、前記高分子被膜を介して前記二酸化炭素分離層と接し、前記二酸化炭素分離層を支持する多孔質支持体と、
を備える。
係る構成の二酸化炭素分離膜は、疎水性の多孔質基材の少なくとも一方の面に親水性基を有する高分子被膜が設けられ、該高分子被膜を介して多孔質支持体と二酸化炭素分離層とが接していることにより、二酸化炭素の分離性能に優れ且つ寿命が長い。
<Carbon dioxide separation membrane>
The carbon dioxide separation membrane of the present invention is
A carbon dioxide separation layer comprising a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier;
A hydrophobic porous substrate, and a polymer film having a hydrophilic group provided on at least one surface of the porous substrate, in contact with the carbon dioxide separation layer via the polymer film, A porous support for supporting the carbon dioxide separation layer;
Is provided.
The carbon dioxide separation membrane having such a structure is provided with a polymer film having a hydrophilic group on at least one surface of a hydrophobic porous substrate, and the porous support and the carbon dioxide separation layer are interposed via the polymer film. , The carbon dioxide separation performance is excellent and the life is long.

本発明者らが検討した結果、促進輸送膜のCO放出側においては、下記式(1)で示される反応が起こって、二酸化炭素の脱離反応が進行していることが確認された。

HCO + H → CO + HO ……(1)

本発明の二酸化炭素分離膜は、多孔質支持体と二酸化炭素分離層とが接する界面、即ち、二酸化炭素分離層のCO放出側の面において、親水性基を有する高分子被膜がH(プロトン)を供給するように作用することで、上記式(1)の反応を促進し、その結果、二酸化炭素の分離性能を向上させるものと考えられる。
また、本発明の二酸化炭素分離膜は、親水性基を有する高分子被膜を介して多孔質支持体と二酸化炭素分離層とが接していることにより、多孔質支持体と二酸化炭素分離層との密着性がよく、その結果、使用を継続しても分離性能が高く維持され、寿命が長いものと考えられる。
なお、上述したメカニズムは推測されるメカニズムであり、本発明は特定の理論に拘束されるものではない。
As a result of investigations by the present inventors, it was confirmed that a reaction represented by the following formula (1) occurred on the CO 2 releasing side of the facilitated transport film, and the desorption reaction of carbon dioxide progressed.

HCO 3 + H + → CO 2 + H 2 O (1)

In the carbon dioxide separation membrane of the present invention, the polymer film having a hydrophilic group is H + (at the interface where the porous support and the carbon dioxide separation layer are in contact, that is, the CO 2 release side surface of the carbon dioxide separation layer. By acting so as to supply protons, the reaction of the above formula (1) is promoted, and as a result, the carbon dioxide separation performance is considered to be improved.
In addition, the carbon dioxide separation membrane of the present invention has a contact between the porous support and the carbon dioxide separation layer via a polymer film having a hydrophilic group, so that the porous support and the carbon dioxide separation layer are in contact with each other. It is considered that the adhesion is good, and as a result, the separation performance is maintained high even if the use is continued, and the life is long.
In addition, the mechanism mentioned above is a mechanism estimated, and this invention is not restrained by a specific theory.

(二酸化炭素分離層)
本発明の二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素分離層を備える。前記二酸化炭素分離層は、水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを少なくとも含み、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。前記二酸化炭素分離層は、二酸化炭素キャリアの作用により、CO供給側からその反対側へ二酸化炭素を輸送する。
(Carbon dioxide separation layer)
The carbon dioxide separation membrane of the present invention includes a carbon dioxide separation layer. The carbon dioxide separation layer contains at least a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier, and may contain other components as necessary. The carbon dioxide separation layer transports carbon dioxide from the CO 2 supply side to the opposite side by the action of the carbon dioxide carrier.

[水溶性ポリマー]
前記水溶性ポリマーは、バインダーとして機能するものであり、二酸化炭素分離層に水分を保持して、二酸化炭素キャリアによる二酸化炭素の分離機能を発揮させる。前記水溶性ポリマーは、水系の溶媒に溶けて塗布液を形成することができるとともに、二酸化炭素分離層が高い吸水性(保湿性)を有する観点から、吸水性が高いものが好ましい。また、二酸化炭素キャリアの保持力が高いものが好ましい。
[Water-soluble polymer]
The water-soluble polymer functions as a binder, holds moisture in the carbon dioxide separation layer, and exhibits a carbon dioxide separation function by a carbon dioxide carrier. The water-soluble polymer is preferably one having high water absorption from the viewpoint that it can be dissolved in an aqueous solvent to form a coating solution and the carbon dioxide separation layer has high water absorption (humidity retention). Moreover, the thing with the high holding power of a carbon dioxide carrier is preferable.

前記水溶性ポリマーとして、ポリマー種は特に制限されない。吸水性、製膜性、強度などの観点からは、例えば、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸金属塩、ポリカルボキシメチルセルロース金属塩、デンプンポリアクリル酸金属塩−ポリビニルアルコール共重合体(ランダム又はブロック重合体)、ポリビニルピロリドン、ポリNビニルアセトアミド、ポリNビニルアセトアミド−ポリアクリル酸金属塩共重合体(ランダム又はブロック重合体)、ポリ2−ヒドロキシエチルメタクリレート等が好適である。
前記水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合が特に好ましい。ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体は、吸水能が高い上に、高吸水時においてもハイドロゲルの強度が大きい。ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体におけるポリアクリル酸塩の含有率は、例えば5モル%〜95モル%、好ましくは5モル%〜70モル%、より好ましくは5モル%〜60モル%、更に好ましくは5モル%〜50モル%である。ポリアクリル酸塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩のほか、アンモニウム塩や有機アンモニウム塩等が挙げられる。
市販されているポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体(ナトリウム塩)として、例えば、スミカゲルL−5H(住友化学工業社製)や、クラストマーAP20(クラレ社製)が挙げられる。
前記水溶性ポリマーは、2種以上を混合して使用してもよい。
As the water-soluble polymer, the polymer species is not particularly limited. From the viewpoint of water absorption, film-forming property, strength, etc., for example, polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer, polyethylene oxide, polyacrylic acid metal salt, polycarboxymethylcellulose metal salt, starch polyacrylic acid metal salt-polyvinyl alcohol A copolymer (random or block polymer), polyvinylpyrrolidone, poly N vinylacetamide, poly N vinylacetamide-polyacrylic acid metal salt copolymer (random or block polymer), poly 2-hydroxyethyl methacrylate, etc. are suitable. is there.
As the water-soluble polymer, polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer is particularly preferable. The polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer has a high water absorption capacity and a high hydrogel strength even at high water absorption. The content of polyacrylate in the polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer is, for example, 5 mol% to 95 mol%, preferably 5 mol% to 70 mol%, more preferably 5 mol% to 60 mol%, More preferably, it is 5 mol%-50 mol%. Examples of the polyacrylate include ammonium salts and organic ammonium salts in addition to alkali metal salts such as sodium salts and potassium salts.
Examples of the commercially available polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer (sodium salt) include Sumikagel L-5H (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) and Clastomer AP20 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.).
Two or more kinds of the water-soluble polymers may be mixed and used.

前記水溶性ポリマーが、単一種の架橋可能基を有する水溶性ポリマーの場合、水との親和性を有し、且つ、分子量が11万以上であるものがよい。架橋可能基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ビニル基、アルデヒド基、アミノ基、シアノ基等が挙げられるが、これらの官能基に限定される必要性はない。これらの中でも、二酸化炭素キャリアとの親和性及びキャリア担持効果を考慮すると、ヒドロキシ基を持つポリビニルアルコールが好ましい。ポリビニルアルコールは、分子量が13万以上のものがより好ましい。   In the case where the water-soluble polymer is a water-soluble polymer having a single type of crosslinkable group, it is preferable that the water-soluble polymer has an affinity for water and has a molecular weight of 110,000 or more. Examples of the crosslinkable group include a hydroxy group, a carboxy group, a vinyl group, an aldehyde group, an amino group, and a cyano group, but there is no need to be limited to these functional groups. Among these, considering the affinity with the carbon dioxide carrier and the carrier carrying effect, polyvinyl alcohol having a hydroxy group is preferable. More preferably, the polyvinyl alcohol has a molecular weight of 130,000 or more.

[二酸化炭素キャリア]
前記二酸化炭素キャリアは、二酸化炭素と親和性を有し、且つ、水溶性を示すものであればよく、公知のものを用いることができる。この場合の二酸化炭素キャリアは、二酸化炭素と親和性を有する物質であり、塩基性を示す各種の水溶性の無機及び有機物質が用いられる。例えば、アルカリ金属炭酸塩及び/又はアルカリ金属重炭酸塩及び/又はアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩及び/又はアルカリ金属重炭酸塩及び/又はアルカリ金属水酸化物を含む水溶液にアルカリ金属イオンと錯体を形成する多座配位子を添加した水溶液、アンモニア、アンモニウム塩、各種直鎖状、及び環状のアミン、アミン塩、アンモニウム塩等が挙げられる。また、これらの水溶性誘導体も好ましく用いることができる。二酸化炭素キャリアは、2種以上を混合して使用してもかまわない。
[Carbon dioxide carrier]
Any carbon dioxide carrier may be used as long as it has an affinity for carbon dioxide and exhibits water solubility. The carbon dioxide carrier in this case is a substance having an affinity for carbon dioxide, and various water-soluble inorganic and organic substances showing basicity are used. For example, alkali metal ions in an aqueous solution containing alkali metal carbonate and / or alkali metal bicarbonate and / or alkali metal hydroxide, alkali metal carbonate and / or alkali metal bicarbonate and / or alkali metal hydroxide. An aqueous solution to which a polydentate ligand that forms a complex with ammonia, ammonia, ammonium salts, various linear and cyclic amines, amine salts, ammonium salts, and the like are included. These water-soluble derivatives can also be preferably used. Two or more carbon dioxide carriers may be used in combination.

アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウムが挙げられる。
アルカリ金属重炭酸塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウムが挙げられる。
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムが挙げられる。
これらの中でも、二酸化炭素との親和性がよいという観点から、カリウム、ルビジウム、セシウムを含む化合物が好ましい。
二酸化炭素キャリアは分離層中に長期間保持されると有利であるから、アルカリ金属炭酸塩及び/又はアルカリ金属重炭酸塩及び/又はアルカリ金属水酸化物と、アミノ酸やベタインなどの蒸発しにくいアミン含有化合物とを併用することも好ましい。
Examples of the alkali metal carbonate include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, and cesium carbonate.
Examples of the alkali metal bicarbonate include lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, and cesium hydrogen carbonate.
Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide.
Among these, a compound containing potassium, rubidium and cesium is preferable from the viewpoint of good affinity with carbon dioxide.
Since the carbon dioxide carrier is advantageously retained in the separation layer for a long time, alkali metal carbonates and / or alkali metal bicarbonates and / or alkali metal hydroxides and amines that are difficult to evaporate such as amino acids and betaines It is also preferable to use the containing compound in combination.

アルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミン等の水溶性を有する各種のものを挙げることができる。二酸化炭素キャリアは、前記したものに限られるものではなく、二酸化炭素と親和性を有し、且つ、水溶性を示すものであればよく、有機酸のアルカリ金属塩等各種のものを用いることができる。
アルカリ金属イオンと錯体を形成する多座配位子としては、従来公知のもの、例えば;12−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウン−6、ベンゾ−12−クラウン−4、ベンゾ−15−クラウン−5、ベンゾ−18−クラウン−6、ジベンゾ−12−クラウン−4、ジベンゾ−15−クラウン−5、ジベンゾ−18−クラウン−6、ジシクロヘキシル−12−クラウン−4、ジシクロヘキシル−15−クラウン−5、ジシクロヘキシル−18−クラウン−6、n−オクチル−12−クラウン−4、n−オクチル−15−クラウン−5、n−オクチル−18−クラウン−6等の環状ポリエーテル;クリプタンド〔2.1〕、クリプタンド〔2.2〕等の環状ポリエーテルアミン;クリプタンド〔2.2.1〕、クリプタンド〔2.2.2〕、等の双環式ポリエーテルアミンの他、ポルフィリン、フタロシアニン、ポリエチレングリコール、エチレンジアミン四酢酸等を用いることができる。
Examples of the alkanolamine include various water-soluble substances such as monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, monopropanolamine, dipropanolamine, and tripropanolamine. The carbon dioxide carrier is not limited to those described above, and any carbon dioxide carrier may be used as long as it has an affinity for carbon dioxide and exhibits water solubility, and various types of organic acid alkali metal salts can be used. it can.
As the polydentate ligand that forms a complex with an alkali metal ion, conventionally known ones such as: 12-crown-4, 15-crown-5, 18-crown-6, benzo-12-crown-4, benzo -15-crown-5, benzo-18-crown-6, dibenzo-12-crown-4, dibenzo-15-crown-5, dibenzo-18-crown-6, dicyclohexyl-12-crown-4, dicyclohexyl-15 -Cyclic polyethers such as crown-5, dicyclohexyl-18-crown-6, n-octyl-12-crown-4, n-octyl-15-crown-5, n-octyl-18-crown-6; 2.1], cyclic polyether amines such as cryptand [2.2]; cryptand [2.2.1], cryptand [2] 2.2], other bicyclic polyether amines etc. can be used porphyrins, phthalocyanines, polyethylene glycol, ethylene diamine tetraacetic acid and the like.

[その他の成分]
前記二酸化炭素分離層は、製膜性(塗布性、セット性)やガス分離特性に悪影響しない範囲で、親水性ポリマー及び二酸化炭素キャリア以外の他の成分(添加剤)を含むことができる。例えば、架橋剤、界面活性剤、触媒、保湿(吸水)剤、補助溶剤、膜強度調整剤、欠陥検出剤が挙げられる。架橋剤は、後述する二酸化炭素分離膜の製造方法におけるものと同義であり、好ましい態様も同様である。
[Other ingredients]
The carbon dioxide separation layer can contain other components (additives) other than the hydrophilic polymer and the carbon dioxide carrier as long as they do not adversely affect the film-forming properties (coating properties, set properties) and gas separation properties. Examples thereof include a crosslinking agent, a surfactant, a catalyst, a moisturizing (water absorbing) agent, an auxiliary solvent, a film strength adjusting agent, and a defect detecting agent. A crosslinking agent is synonymous with the thing in the manufacturing method of the carbon dioxide separation membrane mentioned later, and its preferable aspect is also the same.

前記二酸化炭素分離層は、二酸化炭素と二酸化炭素キャリアとの反応を促進させる、窒素含有化合物や硫黄酸化物を含んでいてもよい。
前記窒素含有化合物としては、例えば、グリシン、アラニン、セリン、プロリン、ヒスチジン、タウリン、ジアミノプロピオン酸などのアミノ酸類、ピリジン、ヒスチジン、ピペラジン、イミダゾール、トリアジンなどのヘテロ化合物類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類や、クリプタンド〔2.1〕、クリプタンド〔2.2〕などの環状ポリエーテルアミン類、クリプタンド〔2.2.1〕、クリプタンド〔2.2.2〕などの双環式ポリエーテルアミン類やポルフィリン、フタロシアニン、エチレンジアミン四酢酸などを用いることができる。
前記硫黄化合物としては、例えば、シスチン、システインなどのアミノ酸類、ポリチオフェン、ドデシルチオールなどを用いることができる。
The carbon dioxide separation layer may contain a nitrogen-containing compound or a sulfur oxide that promotes a reaction between carbon dioxide and a carbon dioxide carrier.
Examples of the nitrogen-containing compound include amino acids such as glycine, alanine, serine, proline, histidine, taurine, and diaminopropionic acid, hetero compounds such as pyridine, histidine, piperazine, imidazole, and triazine, monoethanolamine, diethanolamine, Alkanolamines such as triethanolamine, monopropanolamine, dipropanolamine, tripropanolamine, cyclic polyetheramines such as cryptand [2.1] and cryptand [2.2], cryptand [2.2.1] ], Bicyclic polyetheramines such as cryptand [2.2.2], porphyrin, phthalocyanine, ethylenediaminetetraacetic acid and the like can be used.
As the sulfur compound, for example, amino acids such as cystine and cysteine, polythiophene, dodecylthiol and the like can be used.

前記二酸化炭素分離層は、強度、ガス透過性、及び分離性能を兼ね備える観点から、厚さが1μm〜200μmの範囲であることが好ましい。さらには、5μm〜150μmがより好ましく、10μm〜100μmが更に好ましい。   The carbon dioxide separation layer preferably has a thickness in the range of 1 μm to 200 μm from the viewpoint of combining strength, gas permeability, and separation performance. Furthermore, 5 micrometers-150 micrometers are more preferable, and 10 micrometers-100 micrometers are still more preferable.

前記二酸化炭素分離層において、乾燥状態での各成分の含有量は、以下の範囲であることが好ましい。
親水性ポリマーは、層の全質量に対して、5〜60質量%が好ましく、10〜50質量%がより好ましく、15〜40質量%が更に好ましい。
二酸化炭素キャリアは、層の全質量に対して、20〜90質量%が好ましく、30〜80質量%がより好ましく、40〜80質量%がさらに好ましい。例えば二酸化炭素キャリアとしてセシウムを含む化合物を用いる場合は、二酸化炭素の分離性能を向上させる観点から、層の全質量に対して、50質量%以上であることが好ましく、55質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが特に好ましい。
In the carbon dioxide separation layer, the content of each component in a dry state is preferably in the following range.
5-60 mass% is preferable with respect to the total mass of a layer, and, as for a hydrophilic polymer, 10-50 mass% is more preferable, and 15-40 mass% is still more preferable.
The carbon dioxide carrier is preferably 20 to 90% by mass, more preferably 30 to 80% by mass, and still more preferably 40 to 80% by mass with respect to the total mass of the layer. For example, when using a compound containing cesium as a carbon dioxide carrier, it is preferably 50% by mass or more and 55% by mass or more with respect to the total mass of the layer from the viewpoint of improving the separation performance of carbon dioxide. Is more preferable, and 60% by mass or more is particularly preferable.

前記二酸化炭素分離層の、多孔質支持体と接する側と反対側の面上には、必要に応じて、二酸化炭素キャリアの溶出を防ぐためにキャリア溶出防止層を設けてもよい。キャリア溶出防止層は二酸化炭素、水蒸気などの気体は透過するが水など液体は透過しない性質を持つことが好ましく、疎水性の多孔質性の膜であることが好ましい。この様な性質の膜を膜面上に塗布してもよく、別に作製した膜をラミネートしてもよい。   A carrier elution preventing layer may be provided on the surface of the carbon dioxide separation layer on the side opposite to the side in contact with the porous support, if necessary, in order to prevent elution of carbon dioxide carriers. The carrier elution preventing layer preferably has a property of transmitting a gas such as carbon dioxide and water vapor but not a liquid such as water, and is preferably a hydrophobic porous film. A film having such properties may be applied on the film surface, or a separately prepared film may be laminated.

(多孔質支持体)
本発明の二酸化炭素分離膜は、疎水性の多孔質基材と、親水性基を有する高分子被膜とを備えた、多孔質支持体を備える。前記多孔質支持体において、前記高分子被膜は、前記多孔質基材の少なくとも一方の面上に設けられていればよい。前記多孔質支持体は、前記高分子被膜を有する面上に二酸化炭素分離層が形成され、該二酸化炭素分離層を支持する。前記多孔質支持体は、後述する本発明の二酸化炭素分離膜用支持体と同義であり、好ましい態様も同様である。
(Porous support)
The carbon dioxide separation membrane of the present invention includes a porous support including a hydrophobic porous substrate and a polymer film having a hydrophilic group. In the porous support, the polymer coating may be provided on at least one surface of the porous substrate. The porous support has a carbon dioxide separation layer formed on the surface having the polymer coating, and supports the carbon dioxide separation layer. The said porous support body is synonymous with the support body for carbon dioxide separation membrane of this invention mentioned later, and its preferable aspect is also the same.

<二酸化炭素分離膜用支持体>
本発明の二酸化炭素分離膜用支持体は、
疎水性の多孔質基材と、
前記多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられ、最表層として存在する、親水性基を有する高分子被膜と、を備える。
係る構成の二酸化炭素分離膜用支持体の前記高分子被膜を有する面上に二酸化炭素分離層を形成して二酸化炭素分離膜としたとき、該二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素の分離性能に優れ且つ寿命が長い。
<Support for carbon dioxide separation membrane>
The support for carbon dioxide separation membrane of the present invention is
A hydrophobic porous substrate;
And a polymer film having a hydrophilic group, which is provided on at least one surface of the porous substrate and exists as an outermost layer.
When a carbon dioxide separation layer is formed on the surface of the support for the carbon dioxide separation membrane having such a structure to form a carbon dioxide separation membrane, the carbon dioxide separation membrane is excellent in carbon dioxide separation performance. And long life.

[疎水性の多孔質基材]
前記多孔質基材は、二酸化炭素透過性を有し、一方の面に二酸化炭素分離層を形成することができ、さらにこの膜を支持することができるものであれば特に限定されない。
前記多孔質基材の材質としては、紙、上質紙、コート紙、キャストコート紙、合成紙、セルロース、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネート、金属、ガラス、セラミックスなどが好適に使用できる。より具体的には、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデン等の樹脂材料が好適に使用できる。これらの中でも、耐久性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデンの少なくとも1種が好ましく、ポリテトラフルオロエチレンが、経時安定性の観点から特に好ましく使用できる。
[Hydrophobic porous substrate]
The porous substrate is not particularly limited as long as it has carbon dioxide permeability, can form a carbon dioxide separation layer on one surface, and can support this membrane.
As the material of the porous substrate, paper, fine paper, coated paper, cast coated paper, synthetic paper, cellulose, polyester, polyolefin, polyamide, polyimide, polysulfone, aramid, polycarbonate, metal, glass, ceramics, etc. are suitable. Can be used. More specifically, resin materials such as polyethylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polypropylene, polyetherimide, polyetheretherketone and polyvinylidene fluoride can be suitably used. . Among these, from the viewpoint of durability, at least one of polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polypropylene, polyetherimide, polyetheretherketone, and polyvinylidene fluoride is preferable, and polytetrafluoroethylene is preferable. From the viewpoint of stability over time, it can be particularly preferably used.

前記多孔質基材の形態としては、織布、不織布、多孔質膜等を採用することができる。一般的には、自己支持性が高く、空隙率が高い支持体が好適に使用できる。ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、セルロースのメンブレンフィルター膜、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、高分子量ポリエチレンの延伸多孔膜等は空隙率が高く、二酸化炭素の拡散阻害が小さく、強度や製造適性の観点から好ましい。この中でも特にポリテトラフルオロエチレンの延伸膜が好ましい。
これらの多孔質基材を単独で用いることもできるが、補強用の膜と一体化した複合膜も好適に使用できる。
As the form of the porous substrate, a woven fabric, a non-woven fabric, a porous membrane, or the like can be adopted. In general, a support having a high self-supporting property and a high porosity can be preferably used. Polyphenylene sulfide, polysulfone, cellulose membrane filter membrane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, stretched porous membrane of high molecular weight polyethylene, etc. are preferable from the viewpoints of high porosity, small diffusion inhibition of carbon dioxide, and strength and suitability for production. . Among these, a stretched film of polytetrafluoroethylene is particularly preferable.
Although these porous base materials can be used alone, a composite membrane integrated with a reinforcing membrane can also be suitably used.

前記多孔質基材は、ガス透過性と強度を兼ね備える観点から、厚さが30μm〜500μmの範囲であることが好ましい。厚さが500μm以下であるとガス透過性が良好であり、30μm以上であると強度が良好である。さらには、50μm〜300μmがより好ましく、50μm〜200μmが更に好ましい。   The porous substrate preferably has a thickness in the range of 30 μm to 500 μm from the viewpoint of combining gas permeability and strength. When the thickness is 500 μm or less, the gas permeability is good, and when it is 30 μm or more, the strength is good. Furthermore, 50 micrometers-300 micrometers are more preferable, and 50 micrometers-200 micrometers are still more preferable.

[親水性基を有する高分子被膜]
前記多孔質基材は、少なくとも一方の面に、親水性基を有する高分子被膜を有する。前記高分子被膜は、前記二酸化炭素分離膜用支持体の少なくとも一方の面において、最表層として存在する。
前記高分子被膜としては、微多孔膜状、不織布状、織布状、その他三次元ネットワーク状の多孔質構造を有した層を挙げることができる。前記高分子被膜としては、微多孔膜であることが好ましい。ここで微多孔膜とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった膜である。
前記高分子被膜は、前記多孔質基材の少なくとも一方の面にあればよく、両方の面にあってもよい。製造コストや塗布適性の観点からは、一方の面にあるほうが好ましく、実際の使用形態であるモジュール形態の観点からは、両方の面にあることが好ましい。
前記高分子被膜は、前記多孔質基材の少なくとも一方の面において、その全面を被覆していることが好ましい。
[Polymer film having hydrophilic group]
The porous substrate has a polymer film having a hydrophilic group on at least one surface. The polymer coating is present as the outermost layer on at least one surface of the carbon dioxide separation membrane support.
Examples of the polymer coating include a layer having a microporous membrane shape, a nonwoven fabric shape, a woven fabric shape, and other three-dimensional network-like porous structures. The polymer film is preferably a microporous film. Here, the microporous membrane has a structure in which a large number of micropores are connected and these micropores are connected, and a gas or liquid can pass from one surface to the other. It is.
The polymer coating may be on at least one surface of the porous substrate, and may be on both surfaces. From the viewpoint of manufacturing cost and application suitability, it is preferable to be on one side, and from the viewpoint of the module form which is the actual usage form, it is preferable to be on both sides.
The polymer film preferably covers the entire surface of at least one surface of the porous substrate.

前記高分子被膜は、前記二酸化炭素分離膜用支持体の少なくとも一方の面の表面部において、最表層として存在する。
前記表面部とは、例えば、支持体の露出表面から深さ1μm以下の範囲である。
前記高分子被膜が最表層として在るとは、前記高分子被膜が支持体の露出表面をなしていることを意味する。
The polymer coating is present as the outermost layer on the surface portion of at least one surface of the carbon dioxide separation membrane support.
The said surface part is the range of 1 micrometer or less from the exposed surface of a support body, for example.
The presence of the polymer coating as the outermost layer means that the polymer coating forms the exposed surface of the support.

−親水性基−
前記高分子被膜は、親水性基を有することから、前記多孔質基材の表面に親水性を付与することができる。前記親水性基としては、特に制限されないが、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、アクリルアミド基、イソシアネート基、酸クロライド基、ニトロ基、チオ基、イミノ基、S−オキシド基等が挙げられる。中でも、耐久性、ガス透過性能の観点から、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、アクリルアミド基、イソシアネート基及び酸クロライド基の少なくとも1種が好ましく、カルボキシ基、スルホン酸基の少なくとも1種が最も好ましい。
-Hydrophilic group-
Since the polymer coating has a hydrophilic group, it can impart hydrophilicity to the surface of the porous substrate. The hydrophilic group is not particularly limited, but carboxy group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, hydroxy group, amino group, epoxy group, acrylamide group, isocyanate group, acid chloride group, nitro group, thio group, imino group. , S-oxide group and the like. Among these, from the viewpoint of durability and gas permeation performance, at least one of a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a hydroxy group, an amino group, an epoxy group, an acrylamide group, an isocyanate group, and an acid chloride group is preferable. Most preferred is at least one sulfonic acid group.

前記親水性基の量について、その量に特に制限はなく、二酸化炭素の分離性能と長寿命の観点から、前記高分子被膜は、多くの親水性基を有することが好ましい。   The amount of the hydrophilic group is not particularly limited. From the viewpoint of carbon dioxide separation performance and long life, the polymer coating preferably has many hydrophilic groups.

−イオン交換基及びキレート基−
前記高分子被膜は、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有することが好ましい。なお、本発明において、イオン交換基及びキレート基は、前記親水性基と明確に区別できなくてもよい。
前記高分子被膜がイオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有すると、二酸化炭素分離層から支持体への二酸化炭素キャリアの染み出しが起きにくい。これは、二酸化炭素分離層から支持体の内部へと拡散しようとする二酸化炭素キャリアを、イオン交換基及びキレート基が捕捉できることによるものと考えられる。
また、イオン交換基は、親水性基でもあるので、前記高分子被膜がイオン交換基を有すると、二酸化炭素分離膜の分離性能を向上させ、また、使用を継続しても分離性能が高く維持される。
-Ion exchange group and chelate group-
The polymer coating preferably has at least one of an ion exchange group and a chelate group. In the present invention, the ion exchange group and the chelate group may not be clearly distinguishable from the hydrophilic group.
When the polymer coating has at least one of an ion exchange group and a chelate group, it is difficult for the carbon dioxide carrier to exude from the carbon dioxide separation layer to the support. This is considered to be due to the fact that the ion exchange group and the chelate group can capture the carbon dioxide carrier to be diffused from the carbon dioxide separation layer into the inside of the support.
In addition, since the ion exchange group is also a hydrophilic group, when the polymer film has an ion exchange group, the separation performance of the carbon dioxide separation membrane is improved, and the separation performance is maintained high even if the use is continued. Is done.

イオン交換基は、金属イオン等をイオン結合により捕捉する官能基である。前記イオン交換基としては、金属イオン等とイオン結合する官能基である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボキシ基等のカチオン交換基、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、4級アミノ基、4級アンモニウム塩基等のアニオン交換基などが挙げられる。   The ion exchange group is a functional group that captures metal ions and the like by ionic bonds. The ion exchange group is not particularly limited as long as it is a functional group that ion-bonds with a metal ion or the like, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples include cation exchange groups such as sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, and carboxy groups, primary amino groups, secondary amino groups, tertiary amino groups, quaternary amino groups, quaternary amino groups, and cation exchange groups such as quaternary ammonium groups. It is done.

キレート基は、金属イオン等をキレート(配位)結合により捕捉する官能基である。前記キレート基としては、金属イオン等とキレート(配位)結合する官能基である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ニトリロトリ酢酸誘導体(NTA)基、イミノジ酢酸基、イミノジエタノール基、アミノポリカルボン酸、アミノポリホスホン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、環状エーテル、環状アミン、フェノール及びリジン誘導体、フェナンスロリン基、テルピリジン基、ビピリジン基、トリエチレンテトラアミン基、ジエチレントリアミン基、トリス(カルボキシメチル)エチレンジアミン基、ジエチレントリアミンペンタ酢酸基、ポリピラゾリルホウ酸基、1,4,7−トリアゾシクロノナン基、ジメチルグリオキシム基、ジフェニルグリオキシム基等の多座配位子などが挙げられる。   The chelate group is a functional group that captures a metal ion or the like by a chelate (coordination) bond. The chelate group is not particularly limited as long as it is a functional group that forms a chelate (coordination) bond with a metal ion or the like, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, nitrilotriacetic acid derivative (NTA) group, iminodiacetic acid group, iminodiethanol group, aminopolycarboxylic acid, aminopolyphosphonic acid, aminotrimethylenephosphonic acid, porphyrin skeleton, phthalocyanine skeleton, cyclic ether, cyclic amine, phenol and lysine derivatives , Phenanthroline group, terpyridine group, bipyridine group, triethylenetetraamine group, diethylenetriamine group, tris (carboxymethyl) ethylenediamine group, diethylenetriaminepentaacetic acid group, polypyrazolylboric acid group, 1,4,7-triazocyclononane Groups, multidentate ligands such as a dimethylglyoxime group and a diphenylglyoxime group.

前記イオン交換基としては、二酸化炭素分離層に含まれる二酸化炭素キャリがアルカリ金属炭酸塩である場合、スルホン酸基が好ましい。前記キレート基としては、二酸化炭素分離層に含まれる二酸化炭素キャリがアルカリ金属炭酸塩である場合、アミノトリメチレンホスホン酸が好ましい。上記のイオン交換基及びキレート基を用いると、アルカリ金属炭酸塩の支持体への染み出しをよく抑制できる。   When the carbon dioxide carrier contained in the carbon dioxide separation layer is an alkali metal carbonate, the ion exchange group is preferably a sulfonic acid group. The chelate group is preferably aminotrimethylene phosphonic acid when the carbon dioxide carrier contained in the carbon dioxide separation layer is an alkali metal carbonate. When the above ion exchange groups and chelate groups are used, the alkali metal carbonate can be well prevented from seeping out onto the support.

前記イオン交換基及びキレート基の量としては、特に制限はない。二酸化炭素キャリアの支持体への染み出しをよく抑制できる観点からは、支持体の最表面の全官能基に対してモル比で0.001%以上であることが好ましく、0.01%以上であることがより好ましい。他方、二酸化炭素の分離性能の観点からは、支持体の最表面の全官能基に対してモル比で90%以下であることが好ましく、80%以下であることがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as the quantity of the said ion exchange group and a chelate group. From the viewpoint of being able to suppress well the exudation of the carbon dioxide carrier to the support, the molar ratio is preferably 0.001% or more with respect to all the functional groups on the outermost surface of the support, More preferably. On the other hand, from the viewpoint of carbon dioxide separation performance, the molar ratio is preferably 90% or less, more preferably 80% or less, with respect to all functional groups on the outermost surface of the support.

前記高分子被膜は、膜厚が1μm以下であることが好ましい。膜厚が1μm以下であると、前記二酸化炭素分離膜用支持体の二酸化炭素の分離性能がよい。より好ましくは、膜厚100nm以下であり、更に好ましくは、膜厚10nm以下である。前記高分子被膜の膜厚の下限は、使用を継続したときの分離性能の維持の観点から、1nm以上が好ましく、3nm以上がより好ましい。
前記高分子被膜の膜厚(最表面から疎水性多孔質基材までの距離)は、二次イオン質量分析法により測定することができる。
The polymer coating preferably has a thickness of 1 μm or less. When the film thickness is 1 μm or less, the carbon dioxide separation performance of the carbon dioxide separation membrane support is good. More preferably, the film thickness is 100 nm or less, and still more preferably, the film thickness is 10 nm or less. The lower limit of the film thickness of the polymer coating is preferably 1 nm or more, and more preferably 3 nm or more from the viewpoint of maintaining separation performance when the use is continued.
The film thickness (distance from the outermost surface to the hydrophobic porous substrate) of the polymer coating can be measured by secondary ion mass spectrometry.

前記二酸化炭素分離膜用支持体は、高分子被膜の表面と水との接触角が120度未満であることが好ましい。前記接触角が120度未満であると、当該面上に水系組成物を塗布して二酸化炭素分離層を形成するに際して該組成物の濡れ性がよく、二酸化炭素分離層との密着性に優れる。前記接触角は、上記の観点から、90度未満であることがより好ましい。   The carbon dioxide separation membrane support preferably has a contact angle between the surface of the polymer coating and water of less than 120 degrees. When the contact angle is less than 120 degrees, when the aqueous composition is applied on the surface to form the carbon dioxide separation layer, the composition has good wettability and excellent adhesion to the carbon dioxide separation layer. The contact angle is more preferably less than 90 degrees from the above viewpoint.

前記高分子被膜は、多孔質構造を有した膜を別に作製し前記多孔質基材と貼り合わせてもよいが、本発明においては、前記多孔質基材の面上に、ラジカル重合性モノマーを重合させて形成した被膜であることが好ましい。以下、二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法を説明して、前記高分子被膜について詳述する。   The polymer coating may be prepared separately from a film having a porous structure and bonded to the porous substrate. In the present invention, a radical polymerizable monomer is provided on the surface of the porous substrate. A film formed by polymerization is preferred. Hereinafter, the manufacturing method of the support body for carbon dioxide separation membranes is demonstrated, and the said polymer film is explained in full detail.

<二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法>
本発明の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法は、
疎水性の多孔質基材の少なくとも一方の面に、ラジカル重合性モノマーを含む重合性組成物を塗布する塗布工程と、
塗布された前記重合性組成物に活性エネルギー線を照射して高分子被膜を形成する重合工程と、を有する。
前記製造方法は、更に、前記高分子被膜に、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを付加する付加処理工程を有してもよい。
<Method for producing support for carbon dioxide separation membrane>
The method for producing a support for carbon dioxide separation membrane of the present invention comprises:
An application step of applying a polymerizable composition containing a radical polymerizable monomer to at least one surface of a hydrophobic porous substrate;
And a polymerization step of irradiating the applied polymerizable composition with active energy rays to form a polymer film.
The manufacturing method may further include an addition treatment step of adding at least one of an ion exchange group and a chelate group to the polymer film.

(塗布工程)
前記塗布工程は、疎水性の多孔質基材の少なくとも一方の面に、ラジカル重合性モノマーを含む重合性組成物を塗布する工程である。前記重合性組成物は、ラジカル重合性モノマーの少なくとも1種と、必要に応じて溶媒、ラジカル重合開始剤、光増感剤、酸化防止剤などのその他の成分を含んでよい。
(Coating process)
The application step is a step of applying a polymerizable composition containing a radical polymerizable monomer to at least one surface of a hydrophobic porous substrate. The polymerizable composition may contain at least one radical polymerizable monomer and other components such as a solvent, a radical polymerization initiator, a photosensitizer, and an antioxidant as necessary.

[ラジカル重合性モノマー]
前記ラジカル重合性モノマーとしては、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、アクリル酸及びこれらの誘導体の少なくとも1種が好ましく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、1−ヒドロキシ−2−プロピルアクリレート、2−ヒドロキシ−1−プロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類;4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、アクリル酸グリシジル等のグリシジル(メタ)アクリレート類;アミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等の第一アミン(メタ)アクリレート類;ウレタン(メタ)アクリレート類;アクリルアミド、メタクリルアミド、エタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド等のアクリルアミド類;アクリル酸、メタクリル酸等のアクリル酸類;アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド等の(メタ)アクリル酸クロライド類等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、後述する官能性化合物との反応性が良好である点で、グリシジル(メタ)アクリレート類、アクリル酸類が好ましい。
[Radically polymerizable monomer]
The radical polymerizable monomer is preferably at least one of acrylate, methacrylate, acrylamide, acrylic acid and derivatives thereof, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, alkyl (meth) acrylates such as 1-hydroxy-2-propyl acrylate, 2-hydroxy-1-propyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, 2,3-dihydroxypropyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, and hydroxyethyl methacrylate Glycidyl (meth) acrylates such as 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether and glycidyl acrylate; primary amine (meth) acrylates such as aminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate; urethane (meth) acrylate Acrylamide such as acrylamide, methacrylamide, ethacrylamide, N, N-dimethylacrylamide Amides, acrylic acid, acrylic acids such as methacrylic acid, acrylic acid chloride, and (meth) acrylic acid chloride such as methacrylic acid chloride or the like. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, glycidyl (meth) acrylates and acrylic acids are preferable in terms of good reactivity with a functional compound described later.

前記ラジカル重合性モノマーは、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、アクリルアミド基、イソシアネート基、酸クロライド基、ニトロ基、チオ基、イミノ基、S−オキシド基等の親水性基を含むことが好ましい。親水性基を含むラジカル重合性モノマーを重合させて高分子被膜を形成することにより、高分子被膜はその表面全体に多量の親水性基を有することができる。そのため、前記二酸化炭素分離膜用支持体を用いた二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素の分離性能に優れ且つ寿命が長い。
前記親水性基としては、中でも、耐久性、ガス透過性能の観点から、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、アクリルアミド基、イソシアネート基及び酸クロライド基の少なくとも1種が好ましく、カルボキシ基、スルホン酸基の少なくとも1種が最も好ましい。
The radical polymerizable monomer includes a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a hydroxy group, an amino group, an epoxy group, an acrylamide group, an isocyanate group, an acid chloride group, a nitro group, a thio group, an imino group, and an S-oxide group. It is preferable to contain a hydrophilic group such as By polymerizing a radically polymerizable monomer containing a hydrophilic group to form a polymer film, the polymer film can have a large amount of hydrophilic groups on the entire surface thereof. Therefore, the carbon dioxide separation membrane using the carbon dioxide separation membrane support is excellent in carbon dioxide separation performance and has a long life.
As the hydrophilic group, in particular, from the viewpoint of durability and gas permeation performance, at least carboxy group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, hydroxy group, amino group, epoxy group, acrylamide group, isocyanate group and acid chloride group One is preferable, and at least one of a carboxy group and a sulfonic acid group is most preferable.

前記カルボキシ基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート等が挙げられる。前記アミノ基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等が挙げられる。前記ヒドロキシ基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、4−ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等が挙げられる。前記エポキシ基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、アクリル酸グリシジル等が挙げられる。前記アクリルアミド基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド等が挙げられる。前記イソシアネート基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、ウレタン(メタ)アクリレート類等が挙げられる。前記酸クロライド基を含むラジカル重合性モノマーとしては、例えば、アクリル酸クロライド等が挙げられる。
前記ウレタン(メタ)アクリレート類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、市販品を用いることができる。該市販品としては、例えば、Desmodur HL(Bayer AG, Leverkusen製)、Roskydal UA VP LS 2265(Bayer AG, Leverkusen製)等が挙げられる。
Examples of the radical polymerizable monomer containing a carboxy group include acrylic acid, methacrylic acid, carboxyethyl acrylate, and the like. Examples of the radical polymerizable monomer containing an amino group include dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate. Examples of the radical polymerizable monomer containing a hydroxy group include 4-hydroxybutyl acrylate and hydroxyethyl methacrylate. Examples of the radical polymerizable monomer containing an epoxy group include 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether, glycidyl acrylate, and the like. Examples of the radical polymerizable monomer containing an acrylamide group include acrylamide and N, N-dimethylacrylamide. Examples of the radical polymerizable monomer containing an isocyanate group include urethane (meth) acrylates. Examples of the radical polymerizable monomer containing an acid chloride group include acrylic acid chloride.
There is no restriction | limiting in particular as said urethane (meth) acrylates, According to the objective, it can select suitably, A commercial item can be used. Examples of the commercially available products include Desmodur HL (Bayer AG, manufactured by Leverkusen), Roskydal UA VP LS 2265 (Bayer AG, manufactured by Leverkusen), and the like.

前記ラジカル重合性モノマーの重合性組成物における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1質量%〜30質量%が好ましく、0.2質量%〜25質量%がより好ましく、0.3質量%〜20質量%が特に好ましい。前記含有量が、0.1質量%以上であると、塗布した面の全面を親水化することができ、30質量%以下であると、多孔質基材の孔部を塞ぐおそれがない。   There is no restriction | limiting in particular as content in the polymeric composition of the said radically polymerizable monomer, Although it can select suitably according to the objective, 0.1 mass%-30 mass% are preferable, 0.2 mass% -25% by mass is more preferable, and 0.3% by mass to 20% by mass is particularly preferable. When the content is 0.1% by mass or more, the entire coated surface can be hydrophilized, and when it is 30% by mass or less, there is no possibility of blocking the pores of the porous substrate.

[ラジカル重合開始剤]
前記ラジカル重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤及び熱ラジカル重合開始剤のいずれも好適に用いることができる。
[Radical polymerization initiator]
As the radical polymerization initiator, both a photo radical polymerization initiator and a thermal radical polymerization initiator can be suitably used.

前記光ラジカル重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社から市販されているイルガキュア(Irgacure)シリーズ(例えば、イルガキュア651、イルガキュア754、イルガキュア184、イルガキュア2959、イルガキュア907、イルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュア819等)、ダロキュア(Darocure)シリーズ(例えば、ダロキュアTPO、ダロキュア1173等)、クオンタキュア(Quantacure)PDO、サートマー(Sartomer)社から市販されているエザキュア(Ezacure)シリーズ(例えば、エザキュアTZM、エザキュアTZT等)等が挙げられる。   The radical photopolymerization initiator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the Irgacure series (for example, Irgacure 651, commercially available from Ciba Specialty Chemicals) IRGACURE 754, IRGACURE 184, IRGACURE 2959, IRGACURE 907, IRGACURE 369, IRGACURE 379, IRGACURE 819, etc.), DAROCURE series (eg DAROCURE TPO, DAROCURE 1173 etc.), Quantacure PD Examples include Ezacur series (for example, Ezacur TZM, Ezacur TZT, etc.) commercially available from the company.

前記熱ラジカル重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、α,α’−アゾビスイソブチロニトリル、三新化学社から市販されているSIシリーズ(例えば、SI−100等)等が挙げられる。   The thermal radical polymerization initiator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, α, α′-azobisisobutyronitrile, SI series commercially available from Sanshin Chemical Co., Ltd. (For example, SI-100 etc.) etc. are mentioned.

前記ラジカル重合開始剤の添加量としては、特に制限はないが、前記ラジカル重合性モノマー100質量部に対して、0.1質量部〜20質量部が好ましく、0.5質量部〜15質量部がより好ましく、1.0質量部〜10質量部が特に好ましい。前記添加量が、0.1質量部以上であると、重合反応が速やかに進行し、20質量部以下であると、十分な膜強度が得られる。   Although there is no restriction | limiting in particular as addition amount of the said radical polymerization initiator, 0.1 mass part-20 mass parts are preferable with respect to 100 mass parts of said radical polymerizable monomers, 0.5 mass part-15 mass parts Is more preferable, and 1.0 to 10 parts by mass is particularly preferable. When the addition amount is 0.1 parts by mass or more, the polymerization reaction proceeds rapidly, and when it is 20 parts by mass or less, sufficient film strength is obtained.

[溶媒]
前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
[solvent]
The solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include water; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and ethylene glycol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK); , Ethers such as dioxane and propylene glycol monomethyl ether acetate; dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and the like.

[光増感剤]
前記重合性組成物には、必要に応じて光増感剤を併用することができる。前記光増感剤を使用することにより、反応性が向上し、硬化物の機械強度や接着強度を向上させることができる。
前記光増感剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばカルボニル化合物、有機硫黄化合物、過硫化物、レドックス系化合物、アゾ及びジアゾ化合物、ハロゲン化合物、光還元性色素などが挙げられ、具体的には、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、α,α−ジメトキシ−α−フェニルアセトフェノン等のベンゾイン誘導体;ベンゾフェノン、2,4−ジクロロベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体;2−クロロチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン等のチオキサントン誘導体;2−クロロアントラキノン、2−メチルアントラキノン等のアントラキノン誘導体;N−メチルアクリドン、N−ブチルアクリドン等のアクリドン誘導体;その他、α,α−ジエトキシアセトフェノン、ベンジル、フルオレノン、キサントン、ウラニル化合物、等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記光増感剤の市販品としては、例えば、Anthracure(登録商標)UVS−1331(川崎化成工業株式会社製)、カヤキュアDETX−S(日本化薬株式会社製)等が挙げられる。
[Photosensitizer]
A photosensitizer can be used in combination with the polymerizable composition as required. By using the photosensitizer, the reactivity is improved, and the mechanical strength and adhesive strength of the cured product can be improved.
The photosensitizer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include carbonyl compounds, organic sulfur compounds, persulfides, redox compounds, azo and diazo compounds, halogen compounds, and photoreduction. Specific examples include benzoin derivatives such as benzoin methyl ether, benzoin isopropyl ether, α, α-dimethoxy-α-phenylacetophenone; benzophenone, 2,4-dichlorobenzophenone, methyl o-benzoylbenzoate Benzophenone derivatives such as 4,4′-bis (diethylamino) benzophenone; thioxanthone derivatives such as 2-chlorothioxanthone and 2-isopropylthioxanthone; anthraquinone derivatives such as 2-chloroanthraquinone and 2-methylanthraquinone; Examples include acridone derivatives such as lidone and N-butylacridone; α, α-diethoxyacetophenone, benzyl, fluorenone, xanthone, and uranyl compounds. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of commercially available photosensitizers include Anthracure (registered trademark) UVS-1331 (manufactured by Kawasaki Kasei Kogyo Co., Ltd.), Kayacure DETX-S (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like.

[酸化防止剤]
前記重合性組成物には、本発明の効果を損なわない限り、酸化防止剤等のその他の添加剤などを含有することできる。前記酸化防止剤の市販品としては、例えば、ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)、イルガノックス1010、イルガノックス1035FF、イルガノックス565等が挙げられる。
[Antioxidant]
The polymerizable composition may contain other additives such as an antioxidant as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of commercially available antioxidants include dibutylhydroxytoluene (BHT), Irganox 1010, Irganox 1035FF, Irganox 565, and the like.

前記重合性組成物の塗布方法としては、従来公知の方法を採用することができる。例えば、カーテンフローコーター、エクストルージョンダイコーター、エアードクターコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、ナイフコーター、スクイズコーター、リバースロールコーター、バーコーター等が挙げられる。また、多孔質基材を前記重合性組成物の液中に浸漬して塗布してもよい。膜厚均一性、塗布量などの観点から、エクストルージョンダイコーター、または浸漬による塗布が好ましい。   A conventionally known method can be adopted as a method for applying the polymerizable composition. Examples include curtain flow coaters, extrusion die coaters, air doctor coaters, blade coaters, rod coaters, knife coaters, squeeze coaters, reverse roll coaters, and bar coaters. Moreover, you may apply | coat a porous base material by immersing in the liquid of the said polymeric composition. From the viewpoint of film thickness uniformity, coating amount, etc., an extrusion die coater or coating by dipping is preferred.

(重合工程)
前記重合工程は、多孔質基材に塗布された前記重合性組成物に活性エネルギー線を照射して高分子被膜を形成する工程である。本工程により、多孔質基材に塗布された重合性組成物に含まれるラジカル重合性モノマーが重合し、高分子被膜が形成される。
前記高分子被膜は、多孔質基材の表面部に形成される。即ち、多孔質基材の露出表面上、及びその表面から内部(例えば1μmまでの深さ)の基材内の孔内表面にも高分子被膜が形成され得る。
(Polymerization process)
The polymerization step is a step of forming a polymer film by irradiating the polymerizable composition applied to the porous substrate with active energy rays. By this step, the radical polymerizable monomer contained in the polymerizable composition applied to the porous substrate is polymerized to form a polymer film.
The polymer coating is formed on the surface portion of the porous substrate. That is, a polymer film can be formed on the exposed surface of the porous substrate and also on the pore inner surface in the substrate from the surface to the inside (for example, a depth of up to 1 μm).

[活性エネルギー線]
前記重合工程で使用される活性エネルギー線は、α線、γ線、電子線、X線、紫外線、可視光、赤外光などが挙げられる。
活性エネルギー線を照射する工程は、多孔質基材に塗布された前記重合性組成物に、例えば、紫外線照射ランプから紫外線を照射する工程である。これにより、前記重合性組成物中の重合性モノマー成分を確実に重合硬化させることができる。なお、活性エネルギー線を照射する光源は、紫外線照射ランプに限らず、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、レーザー、LED、電子線照射装置などを採用することもできる。
活性エネルギー線の照射条件としては、重合性化合物が重合硬化可能であれば特に制限されない。活性エネルギー線の波長としては、例えば、200nm〜600nmであることが好ましく、300nm〜450nmであることがより好ましく、350nm〜420nmであることがさらに好ましい。活性エネルギー線の出力としては、5000mJ/cm以下であることが好ましく、10mJ/cm〜4000mJ/cmであることがより好ましく、20mJ/cm〜3000mJ/cmであることがさらに好ましい。
[Active energy rays]
Examples of the active energy rays used in the polymerization step include α rays, γ rays, electron beams, X rays, ultraviolet rays, visible light, and infrared rays.
The step of irradiating the active energy ray is a step of irradiating the polymerizable composition applied to the porous substrate with ultraviolet rays from, for example, an ultraviolet irradiation lamp. Thereby, the polymerizable monomer component in the polymerizable composition can be surely polymerized and cured. The light source for irradiating the active energy ray is not limited to the ultraviolet irradiation lamp, and a halogen lamp, a high-pressure mercury lamp, a laser, an LED, an electron beam irradiation device, or the like can also be employed.
The irradiation condition of the active energy ray is not particularly limited as long as the polymerizable compound can be polymerized and cured. The wavelength of the active energy ray is, for example, preferably 200 nm to 600 nm, more preferably 300 nm to 450 nm, and further preferably 350 nm to 420 nm. The output of the actinic energy ray is preferably at 5000 mJ / cm 2 or less, more preferably 10mJ / cm 2 ~4000mJ / cm 2 , further preferably 20mJ / cm 2 ~3000mJ / cm 2 .

(付加処理工程)
前記付加処理工程は、前記高分子被膜に、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを付加する工程である。本工程により、二酸化炭素分離膜用支持体の表面に、イオン交換基及び/又はキレート基を付加することができる。本工程におけるイオン交換基及びキレート基は、既述の二酸化炭素分離膜用支持体におけるイオン交換基及びキレート基と同義であり、好ましい態様も同様である。
(Additional process)
The addition treatment step is a step of adding at least one of an ion exchange group and a chelate group to the polymer coating. By this step, an ion exchange group and / or a chelate group can be added to the surface of the support for carbon dioxide separation membrane. The ion exchange group and chelate group in this step are synonymous with the ion exchange group and chelate group in the above-described support for carbon dioxide separation membrane, and the preferred embodiments are also the same.

前記付加処理工程は、前記重合工程と独立した工程であってもよく、前記重合工程と同時に行う工程であってもよい。
前記付加処理工程が前記重合工程と独立した工程である場合とは、例えば、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有する官能性化合物を含む組成物を、前記重合工程で形成した高分子被膜の上に塗布し、加熱処理やエネルギー線の照射等により、高分子被膜をなす重合体と前記官能性化合物とを反応させる場合である。
前記付加処理工程が前記重合工程と同時に行う工程である場合とは、例えば、前記官能性化合物を前記重合工程で用いる重合性組成物中に添加して、高分子被膜の形成と同時に、加熱処理やエネルギー線の照射等により、高分子被膜をなす重合体と前記官能性化合物とを反応させる場合である。
The addition treatment step may be a step independent of the polymerization step, or may be a step performed simultaneously with the polymerization step.
The case where the addition treatment step is a step independent of the polymerization step is, for example, a polymer film in which a composition containing a functional compound having at least one of an ion exchange group and a chelate group is formed in the polymerization step. In this case, the polymer forming the polymer film is reacted with the functional compound by heat treatment or energy ray irradiation.
When the addition treatment step is a step performed simultaneously with the polymerization step, for example, the functional compound is added to the polymerizable composition used in the polymerization step, and the heat treatment is performed simultaneously with the formation of the polymer film. This is a case where a polymer forming a polymer film is reacted with the functional compound by irradiation with energy rays or the like.

前記官能性化合物を含む組成物を前記重合工程で形成した高分子被膜の上に塗布する場合、当該組成物の溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、トルエン等が挙げられる。   When the composition containing the functional compound is applied onto the polymer film formed in the polymerization step, the solvent for the composition is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and ethylene glycol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK); ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and propylene glycol monomethyl ether acetate; dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, toluene and the like Can be mentioned.

[官能性化合物]
前記官能性化合物としては、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記高分子被膜をなす重合体との反応性基、さらに必要に応じてその他の成分を含有してなる。
また、キレート基を含む官能性化合物は、複数種の化合物を前記付加処理工程において反応させて、キレート基を含む官能性化合物としてもよい。
[Functional compounds]
The functional compound is not particularly limited as long as it contains at least one of an ion exchange group and a chelate group, and can be appropriately selected according to the purpose, and is a reactive group with the polymer forming the polymer film. Further, it contains other components as required.
The functional compound containing a chelate group may be a functional compound containing a chelate group by reacting a plurality of types of compounds in the addition treatment step.

−重合体との反応性基−
前記高分子被膜を形成している重合体との反応性基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、アミノ基、ヒドロキシ基、エポキシ基;これらの誘導体基などが挙げられる。これらの中でも、アミノ基、ヒドロキシ基が好ましい。
-Reactive group with polymer-
There is no restriction | limiting in particular as a reactive group with the polymer which forms the said polymer film, According to the objective, it can select suitably. For example, an amino group, a hydroxy group, an epoxy group; derivative groups thereof and the like can be mentioned. Among these, an amino group and a hydroxy group are preferable.

前記反応性基を有する官能性化合物の具体例としては、反応性基がアミノ基である、ペンタエチレンヘキサミン、アミノエタンスルホン酸、ホスホリルエタノールアミン等;反応性基がヒドロキシ基である、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、コリン、ヒドロキシプロパンスルホン酸、グリセロ燐酸二ナトリウム五水和物等;その他として、エチレンスルフィド、オキセタン系化合物等環状化合物などが挙げられる。   Specific examples of the functional compound having a reactive group include a reactive group that is an amino group, pentaethylenehexamine, aminoethanesulfonic acid, phosphorylethanolamine, etc .; a reactive group that is a hydroxy group; Acetic acid, choline, hydroxypropanesulfonic acid, disodium glycerophosphate pentahydrate and the like; and others include cyclic compounds such as ethylene sulfide and oxetane compounds.

前記官能性化合物は、前記高分子被膜を形成している重合体の側鎖に存在する反応基と反応させて、前記高分子被膜に付加することができる。これにより前記官能性化合物は、二酸化炭素分離膜用支持体の表面に固定される。
前記官能性化合物と前記重合体の側鎖に存在する反応基とを反応させる方法としては、従来公知の方法でよく、例えば、加熱処理やエネルギー線の照射等により反応させることができる。
The functional compound can be added to the polymer film by reacting with a reactive group present in the side chain of the polymer forming the polymer film. Thereby, the functional compound is fixed to the surface of the support for carbon dioxide separation membrane.
As a method of reacting the functional compound with the reactive group present in the side chain of the polymer, a conventionally known method may be used, and for example, the reaction may be performed by heat treatment, energy ray irradiation, or the like.

前記官能性化合物が二酸化炭素分離膜用支持体の表面に固定されたことは、例えば、特開2005−131482号公報に記載の逆滴定法などにより、確認することができる。   The fact that the functional compound is fixed to the surface of the support for carbon dioxide separation membrane can be confirmed by, for example, a back titration method described in JP-A-2005-131482.

前記重合工程及び前記付加処理工程の後、アニール処理を行ってもよい。アニール処理により、前記高分子被膜の硬化度を高めたり、塗布用組成物中の溶剤を除去したり、前記高分子被膜と多孔質基材との密着性を向上させることができる。アニール温度は、好ましくは80〜200℃である。アニール時間は、例えば1分間〜180分間とする。   An annealing treatment may be performed after the polymerization step and the addition treatment step. By annealing treatment, the degree of cure of the polymer film can be increased, the solvent in the coating composition can be removed, and the adhesion between the polymer film and the porous substrate can be improved. The annealing temperature is preferably 80 to 200 ° C. The annealing time is, for example, 1 minute to 180 minutes.

<二酸化炭素分離膜の製造方法>
本発明の二酸化炭素分離膜の製造方法は、
本発明の二酸化炭素分離膜用支持体、又は本発明の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法により製造された二酸化炭素分離膜用支持体を用いると共に、
水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む組成物を前記支持体の前記高分子被膜を有する面に塗布して塗布膜を得る塗布工程と、
前記塗布膜を冷却してゲル膜を得る冷却工程と、
前記ゲル膜を乾燥させて乾燥膜とする乾燥工程と、を有する。
本発明の二酸化炭素分離膜の製造方法は、更に、前記乾燥膜を架橋させる架橋工程を有してもよい。
<Method for producing carbon dioxide separation membrane>
The method for producing a carbon dioxide separation membrane of the present invention comprises:
While using the support for carbon dioxide separation membrane of the present invention or the support for carbon dioxide separation membrane produced by the method for producing the support for carbon dioxide separation membrane of the present invention,
An application step of applying a composition containing a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier to the surface of the support having the polymer film to obtain a coating film;
A cooling step of cooling the coating film to obtain a gel film;
A drying step of drying the gel film to form a dry film.
The method for producing a carbon dioxide separation membrane of the present invention may further include a crosslinking step for crosslinking the dry membrane.

(塗布工程)
塗布工程は、水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む組成物を準備した後、当該組成物を支持体の高分子被膜を有する面上に塗布して塗布膜を設ける工程である。
前記組成物は、水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアのほかに、架橋剤、界面活性剤、触媒、保湿(吸水)剤、補助溶剤、膜強度調整剤、欠陥検出剤、製膜適性付与剤などを含んでもよい。本発明の製造方法における水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアは、既述の二酸化炭素分離膜における水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアと同義であり、好ましい態様も同様である。
(Coating process)
The coating step is a step of providing a coating film by preparing a composition containing a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier and then coating the composition on the surface of the support having the polymer film.
In addition to the water-soluble polymer and the carbon dioxide carrier, the composition contains a crosslinking agent, a surfactant, a catalyst, a moisturizing (water absorbing) agent, an auxiliary solvent, a film strength adjusting agent, a defect detecting agent, a film forming suitability imparting agent, and the like. May be included. The water-soluble polymer and carbon dioxide carrier in the production method of the present invention are synonymous with the water-soluble polymer and carbon dioxide carrier in the carbon dioxide separation membrane described above, and preferred embodiments are also the same.

[架橋剤]
前記水溶性ポリマーが架橋可能基を有するとき、ポリマー間を熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等、従来公知の手法で架橋することができる。この場合、前記組成物は、架橋剤を含むことが好ましい。架橋剤としては、例えばエポキシ化合物、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン等が挙げられる。
[Crosslinking agent]
When the water-soluble polymer has a crosslinkable group, the polymers can be crosslinked by a conventionally known method such as thermal crosslinking, ultraviolet crosslinking, electron beam crosslinking, radiation crosslinking, or photocrosslinking. In this case, it is preferable that the composition contains a crosslinking agent. Examples of the crosslinking agent include epoxy compounds, polyvalent glycidyl ethers, polyhydric alcohols, polyvalent isocyanates, polyvalent aziridines, haloepoxy compounds, polyvalent aldehydes, and polyvalent amines.

前記エポキシ化合物の市販品としては、例えば共栄社化学株式会社製エポライト100MF(トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル)、ナガセケムテックス社製EX−411、EX−313、EX−614B、EX−810、EX−811、EX−821、EX−830、日油株式会社製エピオールE400等が挙げられる。
前記多価グリシジルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピル、オキシエチエンオキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソビトール等が挙げられる。
前記多価イソシアネートとしては、例えば、2,4−トルイレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。また、上記多価アジリジンとしては、例えば、2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス〔3−(1−アシリジニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン−ビス−4,4’−N,N’−ジエチレンウレア等が挙げられる。
前記ハロエポキシ化合物としては、例えば、エピクロルヒドリン、α−メチルクロルヒドリン等が挙げられる。
前記多価アルデヒドとしては、例えば、グルタルアルデヒド、グリオキサール等が挙げられる。
前記多価アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等が挙げられる。
Examples of commercially available epoxy compounds include Epolite 100MF (trimethylolpropane triglycidyl ether) manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., EX-411, EX-313, EX-614B, EX-810 and EX-811 manufactured by Nagase ChemteX Corporation. EX-821, EX-830, NOF Corporation Epiol E400, and the like.
Examples of the polyvalent glycidyl ether include ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, pentaerythritol polyglycidyl ether, Examples include propylene glycol glycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
Examples of the polyhydric alcohol include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, glycerin, polyglycerin, propylene glycol, diethanolamine, triethanolamine, polyoxypropyl, and oxyethyleneoxypropylene block. Examples thereof include polymers, pentaerythritol, and sobitol.
Examples of the polyvalent isocyanate include 2,4-toluylene diisocyanate and hexamethylene diisocyanate. Examples of the polyvalent aziridine include 2,2-bishydroxymethylbutanol-tris [3- (1-acylidinyl) propionate], 1,6-hexamethylenediethyleneurea, diphenylmethane-bis-4,4′-. N, N′-diethylene urea and the like can be mentioned.
Examples of the haloepoxy compound include epichlorohydrin and α-methylchlorohydrin.
Examples of the polyvalent aldehyde include glutaraldehyde and glyoxal.
Examples of the polyvalent amine include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, and polyethyleneimine.

上記架橋剤のうち、高分子量体ポリビニルアルコール等と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている結合が可能である点から、エポキシ化合物やグルタルアルデヒドが特に好ましい。   Of the above-mentioned crosslinking agents, epoxy compounds and glutaraldehyde are particularly preferred from the viewpoint that they have good reactivity with high molecular weight polyvinyl alcohol and the like and can be bonded with excellent hydrolysis resistance.

前記組成物中の水溶性ポリマーの含有量としては、その種類にもよるが、バインダーとして膜を形成し、二酸化炭素分離膜が水分を十分保持できるようにする観点から、0.5質量%〜50質量%であることが好ましく、1質量%〜30質量%であることがより好ましく、2質量%〜15質量%であることが特に好ましい。   The content of the water-soluble polymer in the composition depends on the type, but from the viewpoint of forming a membrane as a binder and allowing the carbon dioxide separation membrane to sufficiently retain moisture, 0.5% by mass to It is preferably 50% by mass, more preferably 1% by mass to 30% by mass, and particularly preferably 2% by mass to 15% by mass.

前記二酸化炭素キャリアの前記組成物における含有量は、前記官能性モノマー量との比率にもよるが、0.1質量%〜30質量%であることが好ましく、さらに0.2質量%〜20質量%であることがより好ましく、さらに0.3質量%〜15質量%であることが特に好ましい。前記含有量が、0.1質量%未満であると、十分な二酸化炭素キャリア能を得られない可能製があり、30質量%を超えると、組成物中で、二酸化炭素キャリアが塩析する可能性がある。   The content of the carbon dioxide carrier in the composition is preferably 0.1% by mass to 30% by mass, and more preferably 0.2% by mass to 20% by mass, although it depends on the ratio to the functional monomer amount. %, More preferably 0.3% by mass to 15% by mass. If the content is less than 0.1% by mass, sufficient carbon dioxide carrier ability may not be obtained, and if it exceeds 30% by mass, the carbon dioxide carrier may be salted out in the composition. There is sex.

[製膜適性付与剤]
前記組成物は、塗布時の製膜安定性を付与するために、セット剤や粘度調整剤、チキソトロピー性調整剤などを含有してもよい。
セット剤としては多糖類が好ましい。製膜性、入手容易性、コスト、膜強度などの観点から、寒天が最も好ましく、市販品として、伊那寒天UP−37、UM−11S、SY−8、ZY−4、ZY−6(以上、伊那食品社製)、Agarose H、Agarose S(以上、ニッポンジーン社製)などが挙げられる。
粘度調整剤としては、水溶性増粘剤が好ましく、人工合成系が最も好ましい。水溶性人工合成増粘剤としては、ビニル系化合物、ビニリデン化合物、ポリビニルアルコール系化合物、ポリエーテル系化合物などが挙げられる。
チキソトロピー性調整剤としては、水溶性であるものが好ましく、より好ましくは水溶性の天然合成増粘剤であり、例えば合成雲母やカルボキシビニルポリマーが挙げられる。
これらの製膜適性付与剤は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。これらの中には、混合することでゲル化能の上がるものが知られており、ゲル化速度やゲル化能力、ゲル化温度の調整のために混合して用いることができる。
[Film-forming suitability imparting agent]
The composition may contain a set agent, a viscosity adjuster, a thixotropic adjuster, and the like in order to impart film forming stability during coating.
A polysaccharide is preferred as the set agent. Agar is most preferable from the viewpoints of film-forming properties, availability, cost, film strength, etc., and commercially available products include Ina Agar UP-37, UM-11S, SY-8, ZY-4, ZY-6 (and above, Ina Foods Co., Ltd.), Agarose H, Agarose S (above, Nippon Gene Co., Ltd.) and the like.
As the viscosity modifier, a water-soluble thickener is preferable, and an artificial synthetic system is most preferable. Examples of the water-soluble artificial synthetic thickener include vinyl compounds, vinylidene compounds, polyvinyl alcohol compounds, polyether compounds, and the like.
The thixotropic modifier is preferably water-soluble, more preferably a water-soluble natural synthetic thickener, such as synthetic mica and carboxyvinyl polymer.
These film-forming suitability imparting agents may be used alone or in combination. Among these, those that increase the gelling ability by mixing are known, and can be used by mixing in order to adjust the gelation speed, gelation ability, and gelation temperature.

塗布工程における前記組成物の温度は、組成や濃度に応じてゲル化や塩析が生じないように決めればよいが、温度が高すぎると組成物から溶剤が多量に蒸発して組成濃度が変化したり、局所的にゲル化が進行したり、塗布膜に蒸発痕が残る恐れがあるので、室温〜溶剤沸点の10℃以下程度が好ましく、さらには室温〜溶剤沸点の15℃以下がより好ましく、さらには室温〜溶剤沸点の20℃以下が最も好ましい。   The temperature of the composition in the coating process may be determined so that gelation or salting-out does not occur depending on the composition or concentration. However, if the temperature is too high, a large amount of solvent evaporates from the composition and the composition concentration changes. Or about 10 ° C. or less, preferably from room temperature to the boiling point of the solvent, and more preferably from room temperature to 15 ° C. or less of the solvent boiling point. Furthermore, the room temperature to the solvent boiling point of 20 ° C. or lower is most preferable.

前記組成物の塗布方法としては、従来公知の方法を採用することができる。例えば、カーテンフローコーター、エクストルージョンダイコーター、エアードクターコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、ナイフコーター、スクイズコーター、リバースロールコーター、バーコーター等が挙げられる。特に、膜厚均一性、塗布量などの観点から、エクストルージョンダイコーターが好ましい。   As a method for applying the composition, a conventionally known method can be employed. Examples include curtain flow coaters, extrusion die coaters, air doctor coaters, blade coaters, rod coaters, knife coaters, squeeze coaters, reverse roll coaters, and bar coaters. In particular, an extrusion die coater is preferable from the viewpoint of film thickness uniformity, coating amount, and the like.

前記組成物の塗布量は、組成物の組成、濃度などにもよるが、単位面積あたりの塗布量が少なく過ぎると冷却工程又は乾燥工程で膜に孔が形成されたり、二酸化炭素分離膜としての強度が不十分となるおそれがある。一方、上記塗布量が多過ぎると、膜厚のバラツキが大きくなったり、得られる二酸化炭素分離膜の膜厚が大きくなり過ぎて二酸化炭素の透過性が低下するおそれがある。
これらの観点から、冷却工程で得られるゲル膜の厚さが10μm以上、より好ましくは50μm以上、特に好ましくは100μm以上であり、架橋工程で得られる二酸化炭素分離膜の厚さが5μm以上、より好ましくは10μm以上、特に好ましくは15μm以上になるように塗布量を調整することが好ましい。
The coating amount of the composition depends on the composition and concentration of the composition, but if the coating amount per unit area is too small, pores are formed in the membrane in the cooling step or drying step, or as a carbon dioxide separation membrane. The strength may be insufficient. On the other hand, if the coating amount is too large, the variation in the film thickness may increase, or the film thickness of the obtained carbon dioxide separation membrane may become too large, resulting in a decrease in carbon dioxide permeability.
From these viewpoints, the thickness of the gel membrane obtained in the cooling step is 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, particularly preferably 100 μm or more, and the thickness of the carbon dioxide separation membrane obtained in the crosslinking step is 5 μm or more. The coating amount is preferably adjusted so that it is preferably 10 μm or more, and particularly preferably 15 μm or more.

(冷却工程)
冷却工程は、支持体上に得られた塗布膜を冷却してゲル膜を得る工程である。塗布膜が形成された支持体が冷却されることで、塗布膜がゲル化(固定化)し、安定したゲル膜が得られる。
(Cooling process)
A cooling process is a process of cooling the coating film obtained on the support body, and obtaining a gel film. By cooling the support on which the coating film is formed, the coating film is gelled (fixed), and a stable gel film is obtained.

冷却工程における冷却温度は、高過ぎると固定化に時間がかかって膜厚均一性が低下するおそれがあり、低すぎるとゲル膜が凍結し膜質が変化してしまうおそれがある。塗布膜の厚みをほぼ保たったゲル膜が得られるように、塗布膜の成分、濃度に応じて決めればよいが、冷却工程における冷却温度は、支持体上の塗布膜を迅速にゲル化してゲル膜を形成する観点から湿球温度で1〜35℃が好ましく、2〜20℃がより好ましく、5〜15℃が特に好ましい。   If the cooling temperature in the cooling step is too high, immobilization may take time and the film thickness uniformity may decrease, and if it is too low, the gel film may freeze and the film quality may change. The coating temperature can be determined according to the composition and concentration of the coating film so that a gel film with substantially the same thickness as the coating film can be obtained, but the cooling temperature in the cooling process is a gel that rapidly gels the coating film on the support. From the viewpoint of forming a film, the wet bulb temperature is preferably 1 to 35 ° C, more preferably 2 to 20 ° C, and particularly preferably 5 to 15 ° C.

(乾燥工程)
冷却工程の後、ゲル膜を乾燥させて乾燥膜とする。当該乾燥膜が、二酸化炭素分離層として機能する。
乾燥方法に特に限定はないが、例えば、支持体上のゲル膜に温風を当てて乾燥させる。冷却工程後の膜はゲル状に固定化されているため、乾燥用の風が当たっても崩れずに乾燥する。
風速は、ゲル膜を迅速に乾燥させることができるともにゲル膜が崩れない速度、例えば1m/分〜80m/分が好ましく、2m/分〜70m/分がより好ましく、3m/分〜40m/分が特に好ましい。
風の温度は、支持体の変形などが生じず、かつ、ゲル膜を迅速に乾燥させることができるように膜面温度1〜80℃が好ましく、2〜70℃がより好ましく、3〜60℃が特に好ましい。
(Drying process)
After the cooling step, the gel film is dried to form a dry film. The dry membrane functions as a carbon dioxide separation layer.
Although there is no particular limitation on the drying method, for example, the gel film on the support is dried by applying hot air. Since the film after the cooling step is fixed in a gel state, it is dried without collapsing even when it is exposed to a drying wind.
The wind speed is such that the gel film can be dried quickly and the gel film does not collapse, for example, preferably 1 m / min to 80 m / min, more preferably 2 m / min to 70 m / min, and 3 m / min to 40 m / min. Is particularly preferred.
The temperature of the wind is preferably 1 to 80 ° C., more preferably 2 to 70 ° C., more preferably 3 to 60 ° C. so that the deformation of the support does not occur and the gel membrane can be dried quickly. Is particularly preferred.

(架橋工程)
架橋工程は乾燥工程と同時に行ってもよいし、独立して行ってもよい。また、架橋手法は公知の架橋手法を用いることができる。例えば、ゲル膜に温風を当てて乾燥させた後、赤外線ヒータなどの加熱手段によって架橋させてもよいし、温風によって乾燥とともに架橋させてもよい。熱架橋は例えば100〜150℃程度に加熱することによって行うことができる。塗布後ゲル膜にUVあるいは電子線架橋を施し、その後乾燥させてもかまわない。
(Crosslinking process)
The crosslinking step may be performed simultaneously with the drying step or may be performed independently. Moreover, a well-known crosslinking method can be used for the crosslinking method. For example, after drying by applying warm air to the gel film, it may be crosslinked by heating means such as an infrared heater, or may be crosslinked together with drying by warm air. Thermal crosslinking can be performed by heating to about 100 to 150 ° C., for example. After coating, the gel film may be subjected to UV or electron beam crosslinking and then dried.

<二酸化炭素分離装置>
二酸化炭素分離装置は、本発明の二酸化炭素分離膜を備える。前記二酸化炭素分離膜は、平膜として設置されていてもよいし、逆浸透膜モジュールとして知られるスパイラル型やプリーツ型などに加工して利用することもできる。
<CO2 separation device>
The carbon dioxide separator includes the carbon dioxide separation membrane of the present invention. The carbon dioxide separation membrane may be installed as a flat membrane, or may be used after being processed into a spiral type or a pleated type known as a reverse osmosis membrane module.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>二酸化炭素分離膜(1)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
5質量%ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体(ナトリウム塩)水溶液(クラレ社製、クラストマーAP20)50gとエポキシ架橋剤(EX−810、日油株式会社製)0.7gと寒天0.5gを混合し、85g水溶液になるように純水で調節し、95℃で60分攪拌した。その後、40質量%炭酸セシウム水溶液を15g滴下することでゲル膜形成用組成物(1)を作製した。
<Example 1> Production of carbon dioxide separation membrane (1) [Production of composition for gel membrane formation]
5 g of polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer (sodium salt) aqueous solution (Kuraray Co., Ltd., Clastomer AP20) 50 g, epoxy crosslinking agent (EX-810, NOF Corporation) 0.7 g and agar 0.5 g Were mixed with pure water to make an 85 g aqueous solution and stirred at 95 ° C. for 60 minutes. Then, the composition (1) for gel film formation was produced by dripping 15g of 40 mass% cesium carbonate aqueous solution.

[支持体の作製]
5質量%アクリル酸(TCI社製)と、光ラジカル重合開始剤として0.1質量%Irgacure907(BASF社製)とを含むメタノール・MEK混合溶液100mlに、10cm×10cmの疎水性ポリテトラフルオロエチレン膜(サポーテッドPTFEである、中尾フィルター社製テトラテックス7008)(以下「疎水性s−PTFE膜」)を浸漬した。引き上げた当該膜にUV照射を行い、次いで、大気圧下で150℃、10分間アニール処理を行って、支持体(1)を作製した。
支持体(1)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基を有する。
[Production of support]
Hydrophobic polytetrafluoroethylene of 10 cm × 10 cm in 100 ml of methanol / MEK mixed solution containing 5% by mass acrylic acid (manufactured by TCI) and 0.1% by mass Irgacure 907 (manufactured by BASF) as a photo radical polymerization initiator A membrane (supported PTFE, Tetolatex 7008 manufactured by Nakao Filter Co., Ltd.) (hereinafter “hydrophobic s-PTFE membrane”) was immersed. The pulled up film was irradiated with UV, and then annealed at 150 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure to prepare a support (1).
In the support (1), the polymer coating has at least a carboxy group derived from acrylic acid as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(1)を支持体(1)の片面(UV照射及びアニール処理の時に上にした面。実施例2〜11においても同じ。)の上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(1)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The gel film-forming composition (1) was applied onto one side of the support (1) (the side up during UV irradiation and annealing. The same applies to Examples 2 to 11), cooled and dried. Thus, a carbon dioxide separation membrane (1) was produced.

<実施例2>二酸化炭素分離膜(2)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1における5質量%ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体(ナトリウム塩)水溶液に代えて、5質量%ポリビニルアルコール(分子量18万、けん化率99%、アルドリッチ社製)水溶液を用いた以外は実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(2)を作製した。
<Example 2> Preparation of carbon dioxide separation membrane (2) [Preparation of composition for gel film formation]
Instead of the 5% by mass polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer (sodium salt) aqueous solution in Example 1, a 5% by mass polyvinyl alcohol (molecular weight 180,000, saponification rate 99%, manufactured by Aldrich) aqueous solution was used. Prepared a gel film-forming composition (2) in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
実施例1と同様にして支持体(2)を作製した。
支持体(2)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基を有する。
[Production of support]
A support (2) was produced in the same manner as in Example 1.
In the support (2), the polymer coating has at least a carboxy group derived from acrylic acid as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(2)を支持体(2)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(2)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The carbon dioxide separation membrane (2) was produced by applying the gel membrane-forming composition (2) onto one side of the support (2), cooling and drying.

<実施例3>二酸化炭素分離膜(3)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1における40質量%炭酸セシウム水溶液に代えて、40質量%炭酸カリウム水溶液3gとグリシン1.2gを用いた以外は実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(3)を作製した。
<Example 3> Production of carbon dioxide separation membrane (3) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film-forming composition (3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3 g of 40 mass% potassium carbonate aqueous solution and 1.2 g of glycine were used instead of the 40 mass% cesium carbonate aqueous solution in Example 1. .

[支持体の作製]
実施例1と同様にして支持体(3)を作製した。
支持体(3)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基を有する。
[Production of support]
A support (3) was produced in the same manner as in Example 1.
In the support (3), the polymer coating has at least a carboxy group derived from acrylic acid as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(3)を支持体(3)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(3)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (3) was applied onto one side of the support (3), cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (3).

<実施例4>二酸化炭素分離膜(4)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(4)を作製した。
<Example 4> Production of carbon dioxide separation membrane (4) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film forming composition (4) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(東京化成社製)90質量部と、N,N’−メチレンビスアクリルアミド(東京化成社製)10質量部と、紫外線重合開始剤(チバスペシャルティーケミカル社製、ダロキュア1173)2質量部との混合物2gを、水100mlに溶解させて溶液を調製し、10cm×10cmの疎水性s−PTFE膜を浸漬した。引き上げた当該膜にUV照射を行い、次いで、大気圧下で150℃、10分間アニール処理を行って、支持体(4)を作製した。
支持体(4)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸由来のスルホン酸基を有する。
[Production of support]
90 parts by mass of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 10 parts by mass of N, N′-methylenebisacrylamide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and an ultraviolet polymerization initiator (Ciba Specialty Chemical Co., Ltd.) A solution was prepared by dissolving 2 g of a mixture with 2 parts by mass of Darocur 1173) in 100 ml of water, and a 10 cm × 10 cm hydrophobic s-PTFE membrane was immersed therein. The pulled up film was irradiated with UV, and then annealed at 150 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure to prepare a support (4).
In the support (4), the polymer coating has at least sulfonic acid groups derived from 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid as hydrophilic groups.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(4)を支持体(4)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(4)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (4) was applied onto one side of the support (4), cooled and then dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (4).

<実施例5>二酸化炭素分離膜(5)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(5)を作製した。
<Example 5> Preparation of carbon dioxide separation membrane (5) [Preparation of composition for forming gel membrane]
A gel film-forming composition (5) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
実施例1における5質量%アクリル酸に代えて、5質量%2−ヒドロキシエチルメタクリレートリン酸エステル(ユニケミカル株式会社製、PhosmerM)を用いた以外は実施例1と同様にして支持体(5)を作製した。
支持体(5)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、2−ヒドロキシエチルメタクリレートリン酸エステル由来のリン酸基を有する。
[Production of support]
Support (5) in the same manner as in Example 1, except that 5% by mass of 2-hydroxyethyl methacrylate phosphate ester (Phosmer M manufactured by Unichemical Co., Ltd.) was used instead of 5% by mass of acrylic acid in Example 1. Was made.
In the support (5), the polymer coating has at least a phosphate group derived from 2-hydroxyethyl methacrylate phosphate as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(5)を支持体(5)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(5)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (5) was applied onto one side of the support (5), cooled and then dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (5).

<実施例6>二酸化炭素分離膜(6)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(6)を作製した。
<Example 6> Production of carbon dioxide separation membrane (6) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film forming composition (6) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
実施例1における5質量%アクリル酸に代えて、5質量%2−ヒドロキシエチルアクリレート(大阪有機化学工業社製)を用いた以外は実施例1と同様にして支持体(6)を作製した。
支持体(6)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、2−ヒドロキシエチルアクリレート由来のヒドロキシ基を有する。
[Production of support]
A support (6) was produced in the same manner as in Example 1 except that 5% by mass of 2-hydroxyethyl acrylate (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of 5% by mass of acrylic acid in Example 1.
In the support (6), the polymer coating has at least a hydroxy group derived from 2-hydroxyethyl acrylate as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(6)を支持体(6)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(6)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (6) was applied onto one side of the support (6), cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (6).

<実施例7>二酸化炭素分離膜(7)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(7)を作製した。
<Example 7> Production of carbon dioxide separation membrane (7) [Production of composition for forming gel membrane]
A gel film forming composition (7) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
グリシジルアクリレート類として5質量%4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル(日本化成社製)と、キレート基を有する官能性化合物として5質量%N−(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン三酢酸(同仁化学社製)と、光ラジカル重合開始剤として0.1質量%Irgacure907(BASF社製)とを含むメタノール・MEK混合溶液100mlに、10cm×10cmの疎水性s−PTFEを浸漬した。引き上げた当該膜にUV照射を行い、次いで、大気圧下で150℃、10分間アニール処理を行った。その後、メタノールに30分間浸漬して洗浄を行い、乾燥させることで、支持体(7)を作製した。
支持体(7)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル由来のヒドロキシ基を有する。
[Production of support]
5% by mass 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether (manufactured by Nippon Kasei Co., Ltd.) as glycidyl acrylates and 5% by mass N- (2-hydroxyethyl) ethylenediaminetriacetic acid (manufactured by Dojin Chemical Co., Ltd.) as a functional compound having a chelate group Then, 10 cm × 10 cm of hydrophobic s-PTFE was immersed in 100 ml of a methanol / MEK mixed solution containing 0.1 mass% Irgacure 907 (manufactured by BASF) as a photo radical polymerization initiator. The pulled up film was irradiated with UV, and then annealed at 150 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure. Then, the support body (7) was produced by immersing in methanol for 30 minutes, washing | cleaning, and making it dry.
In the support (7), the polymer coating has at least a hydroxy group derived from 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(7)を支持体(7)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(7)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (7) was applied onto one side of the support (7), cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (7).

<実施例8>二酸化炭素分離膜(8)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(8)を作製した。
<Example 8> Production of carbon dioxide separation membrane (8) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film forming composition (8) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
5質量%アクリル酸(TCI社製)と、光ラジカル重合開始剤として0.1質量%Irgacure907(BASF社製)とを含むメタノール・MEK混合溶液100mlに、10cm×10cmの疎水性s−PTFEを浸漬し、引き上げた当該膜にUV照射を行った。続いて、当該膜を塩化チオニルに浸漬した後、5質量%ペンタエチレンヘキサミンのメタノール液に浸漬し、引き上げた当該膜に、大気圧下で150℃、10分間アニール処理を行った。続いて、10質量%アミノトリメチレンホスホン酸(ナガセケムテックス社製)・トルエン溶液に浸漬し、引き上げた当該膜に、大気圧下で100℃、10分間アニール処理を行った。その後、メタノールに30分間浸漬して洗浄を行い、乾燥させることで、支持体(8)を作製した。
なお、前記アミノトリメチレンホスホン酸と前記ペンタエチレンヘキサミンとの反応化合物が、キレート基を有する官能性化合物である。
支持体(8)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基を有する。
[Production of support]
Hydrophobic s-PTFE of 10 cm × 10 cm was added to 100 ml of a methanol / MEK mixed solution containing 5% by mass acrylic acid (manufactured by TCI) and 0.1% by mass Irgacure 907 (manufactured by BASF) as a photo radical polymerization initiator. The film immersed and pulled was irradiated with UV. Subsequently, the film was immersed in thionyl chloride, and then immersed in a methanol solution of 5 mass% pentaethylenehexamine, and the film pulled up was subjected to an annealing treatment at 150 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure. Subsequently, the film was dipped in a 10% by mass aminotrimethylenephosphonic acid (manufactured by Nagase ChemteX Corporation) / toluene solution and subjected to annealing treatment at 100 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure. Thereafter, the substrate (8) was produced by immersing in methanol for 30 minutes for washing and drying.
The reaction compound of aminotrimethylene phosphonic acid and pentaethylenehexamine is a functional compound having a chelate group.
In the support (8), the polymer film has at least a carboxy group derived from acrylic acid as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(8)を支持体(8)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(8)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (8) was applied onto one side of the support (8), cooled and then dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (8).

<実施例9>二酸化炭素分離膜(9)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(9)を作製した。
<Example 9> Preparation of carbon dioxide separation membrane (9) [Preparation of composition for gel film formation]
A gel film forming composition (9) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
実施例8おける10質量%アミトノリメチレンホスホン酸に代えて、5質量%3−ヒドロキシプロパンスルホン酸(TCI社製)を用いた以外は実施例8と同様にして支持体(9)を作製した。
なお、前記3−ヒドロキシプロパンスルホン酸が、イオン交換基としてヒドロキシ基を有する官能性化合物である。
支持体(9)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基と、3−ヒドロキシプロパンスルホン酸由来のヒドロキシ基を有する。
[Production of support]
A support (9) was produced in the same manner as in Example 8, except that 5% by mass of 3-hydroxypropanesulfonic acid (manufactured by TCI) was used in place of 10% by mass of aminotonomimethylenephosphonic acid in Example 8. .
The 3-hydroxypropanesulfonic acid is a functional compound having a hydroxy group as an ion exchange group.
In the support (9), the polymer coating has at least a carboxy group derived from acrylic acid and a hydroxy group derived from 3-hydroxypropanesulfonic acid as hydrophilic groups.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(9)を支持体(9)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(9)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for forming a gel film (9) was applied onto one side of the support (9), cooled and then dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (9).

<実施例10>二酸化炭素分離膜(10)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(10)を作製した。
<Example 10> Preparation of carbon dioxide separation membrane (10) [Preparation of composition for gel film formation]
A gel film forming composition (10) was prepared in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
実施例1おける5質量%アクリル酸に代えて、1質量%アクリル酸(TCI社製)を用いた以外は実施例1と同様にして支持体(10)を作製した。
支持体(10)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基を有する。
[Production of support]
A support (10) was produced in the same manner as in Example 1 except that 1% by mass acrylic acid (manufactured by TCI) was used instead of 5% by mass acrylic acid in Example 1.
In the support (10), the polymer coating has at least a carboxy group derived from acrylic acid as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(10)を支持体(10)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(10)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (10) was applied onto one side of the support (10), cooled and then dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (10).

<実施例11>二酸化炭素分離膜(11)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(11)を作製した。
<Example 11> Production of carbon dioxide separation membrane (11) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film-forming composition (11) was produced in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
実施例1おける5質量%アクリル酸に代えて、20質量%アクリル酸(TCI社製)を用いた以外は実施例1と同様にして支持体(11)を作製した。
支持体(11)において高分子被膜は、親水性基として少なくとも、アクリル酸由来のカルボキシ基を有する。
[Production of support]
A support (11) was produced in the same manner as in Example 1 except that 20% by mass acrylic acid (manufactured by TCI) was used instead of 5% by mass acrylic acid in Example 1.
In the support (11), the polymer coating has at least a carboxy group derived from acrylic acid as a hydrophilic group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(11)を支持体(11)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(11)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The carbon dioxide separation membrane (11) was produced by applying the gel membrane-forming composition (11) onto one side of the support (11), cooling and drying.

<比較例1>二酸化炭素分離膜(12)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(12)を作製した。
<Comparative Example 1> Preparation of carbon dioxide separation membrane (12) [Preparation of composition for gel film formation]
A gel film forming composition (12) was prepared in the same manner as in Example 1.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(12)を、10cm×10cmの未処理の疎水性s-PTFEの片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(12)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for gel film formation (12) was applied onto one side of 10 cm × 10 cm untreated hydrophobic s-PTFE, cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (12).

<比較例2>二酸化炭素分離膜(13)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(13)を作製した。
<Comparative Example 2> Preparation of carbon dioxide separation membrane (13) [Preparation of composition for gel film formation]
A gel film-forming composition (13) was produced in the same manner as in Example 1.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(13)を、10cm×10cmの未処理の親水性s-PTFE(中尾フィルター社製)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(13)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for forming a gel film (13) was applied onto one side of 10 cm × 10 cm untreated hydrophilic s-PTFE (manufactured by Nakao Filter Co., Ltd.), cooled and dried to obtain a carbon dioxide separation membrane (13 ) Was produced.

<比較例3>二酸化炭素分離膜(14)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(14)を作製した。
<Comparative Example 3> Production of carbon dioxide separation membrane (14) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film-forming composition (14) was produced in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
10cm×10cmの疎水性s−PTFEを5質量%ペンタエチレンヘキサミンのメタノール液に浸漬し、引き上げた当該膜に、大気圧下で150℃、10分間アニール処理を行った。続いて、当該膜を10質量%アミノトリメチレンホスホン酸(ナガセケムテックス社製)・トルエン溶液に浸漬し、引き上げた当該膜に、大気圧下で100℃、10分間アニール処理を行った。その後、メタノールに30分間浸漬して洗浄を行い、乾燥させることで、支持体(14)を作製した。
なお、前記アミノトリメチレンホスホン酸と前記ペンタエチレンヘキサミンとの反応化合物が、キレート基を有する官能性化合物である。
[Production of support]
A 10 cm × 10 cm hydrophobic s-PTFE was dipped in a methanol solution of 5 mass% pentaethylenehexamine, and the pulled film was annealed at 150 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure. Subsequently, the film was immersed in a 10% by mass aminotrimethylene phosphonic acid (manufactured by Nagase ChemteX) / toluene solution and subjected to an annealing treatment at 100 ° C. for 10 minutes under atmospheric pressure. Then, the support body (14) was produced by immersing in methanol for 30 minutes, washing | cleaning, and making it dry.
The reaction compound of aminotrimethylene phosphonic acid and pentaethylenehexamine is a functional compound having a chelate group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(14)を支持体(14)の片面上(アニール処理の時に上にした面。比較例4においても同じ。)へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(14)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The gel film-forming composition (14) is applied onto one side of the support (14) (the side up during the annealing process; the same applies to Comparative Example 4), and after cooling, the carbon dioxide is dried. A separation membrane (14) was produced.

<比較例4>二酸化炭素分離膜(15)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(15)を作製した。
<Comparative Example 4> Preparation of carbon dioxide separation membrane (15) [Preparation of composition for gel film formation]
A gel film-forming composition (15) was produced in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
比較例3おける10質量%アミトノリメチレンホスホン酸に代えて、5質量%3−ヒドロキシプロパンスルホン酸(TCI社製)を用いた以外は比較例3と同様にして支持体(15)を作製した。
なお、前記3−ヒドロキシプロパンスルホン酸が、イオン交換基としてヒドロキシ基を有する官能性化合物である。
[Production of support]
A support (15) was produced in the same manner as in Comparative Example 3, except that 5% by mass of 3-hydroxypropanesulfonic acid (manufactured by TCI) was used instead of 10% by mass of amitonolimethylenephosphonic acid in Comparative Example 3. .
The 3-hydroxypropanesulfonic acid is a functional compound having a hydroxy group as an ion exchange group.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(15)を支持体(15)の片面上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(15)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for forming a gel film (15) was applied onto one side of the support (15), cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (15).

<比較例5>二酸化炭素分離膜(16)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(16)を作製した。
<Comparative Example 5> Production of carbon dioxide separation membrane (16) [Production of composition for gel membrane formation]
A gel film-forming composition (16) was produced in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
10cm×10cmの疎水性s−PTFE膜に、コロナ放電処理装置(春日電機社製、形式「HFSS−103」)を用いて30kVの電圧を印加して15秒間、コロナ放電処理を行い、支持体(16)を作製した。
[Production of support]
A 10 cm × 10 cm hydrophobic s-PTFE membrane was subjected to corona discharge treatment for 15 seconds by applying a voltage of 30 kV using a corona discharge treatment apparatus (model “HFSS-103” manufactured by Kasuga Denki Co., Ltd.). (16) was produced.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(16)を支持体(16)の片面(コロナ放電処理をした面)の上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(16)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for forming a gel film (16) was applied onto one side (surface subjected to corona discharge treatment) of the support (16), cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (16).

<比較例6>二酸化炭素分離膜(17)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(17)を作製した。
<Comparative Example 6> Preparation of carbon dioxide separation membrane (17) [Preparation of composition for gel film formation]
A gel film-forming composition (17) was produced in the same manner as in Example 1.

[支持体の作製]
10cm×10cmの疎水性s−PTFE膜に、大気圧プラズマ発生装置(パール工業社製)を用いて、出力電圧24kV、パルス周波数60Hz、Arガス流量100L/min、照射距離10mmの条件でプラズマ処理を行い、支持体(17)を作製した。
[Production of support]
Plasma treatment is performed on a 10 cm × 10 cm hydrophobic s-PTFE membrane using an atmospheric pressure plasma generator (manufactured by Pearl Industrial Co., Ltd.) under conditions of an output voltage of 24 kV, a pulse frequency of 60 Hz, an Ar gas flow rate of 100 L / min, and an irradiation distance of 10 mm. To prepare a support (17).

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(17)を支持体(17)の片面(プラズマ処理をした面)の上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(17)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for forming a gel film (17) was applied onto one side (surface subjected to plasma treatment) of the support (17), cooled and dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (17).

<比較例7>二酸化炭素分離膜(18)の作製
[ゲル膜形成用組成物の作製]
実施例1における5質量%ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体(ナトリウム塩)水溶液に代えて、5質量%ポリアクリル酸水溶液を用い、40質量%炭酸セシウム水溶液に代えて、50質量%トリエタノールアミン水溶液を用いた以外は実施例1と同様にしてゲル膜形成用組成物(18)を作製した。
<Comparative Example 7> Production of carbon dioxide separation membrane (18) [Production of composition for gel membrane formation]
Instead of the 5 mass% polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer (sodium salt) aqueous solution in Example 1, a 5 mass% polyacrylic acid aqueous solution was used, and instead of the 40 mass% cesium carbonate aqueous solution, 50 mass% tri A gel film-forming composition (18) was produced in the same manner as in Example 1 except that an ethanolamine aqueous solution was used.

[支持体の作製]
比較例6おける疎水性s−PTFE膜に代えて、ポリプロピレン製多孔膜(ダイセル化学工業(株)製、セルガード2500)を用いた以外は比較例6と同様にしてプラズマ処理を行い、支持体(18)を作製した。
[Production of support]
In place of the hydrophobic s-PTFE membrane in Comparative Example 6, a plasma treatment was performed in the same manner as in Comparative Example 6 except that a polypropylene porous membrane (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., Cellguard 2500) was used. 18) was produced.

[ゲル膜形成用組成物の支持体への塗布]
ゲル膜形成用組成物(18)を支持体(18)の片面(プラズマ処理をした面)の上へ塗布し、冷却後、乾燥させることで、二酸化炭素分離膜(18)を作製した。
[Coating of Gel Film Forming Composition on Support]
The composition for forming a gel film (18) was applied onto one side (surface subjected to plasma treatment) of the support (18), cooled and then dried to prepare a carbon dioxide separation membrane (18).

<評価>
下記の7項目の評価を行った。その結果を表1に示す。
表1中、PVA/PAAは、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体を意味し、PVAは、ポリビニルアルコールを意味し、PAAは、ポリアクリル酸を意味し、PTFEは、ポリテトラフルオロエチレンを意味し、PPは、ポリプロピレンを意味する。
<Evaluation>
The following seven items were evaluated. The results are shown in Table 1.
In Table 1, PVA / PAA means polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer, PVA means polyvinyl alcohol, PAA means polyacrylic acid, PTFE means polytetrafluoroethylene. Meaning, PP means polypropylene.

(高分子被膜の膜厚)
実施例1〜11において、疎水性s−PTFE膜の表面に形成した高分子被膜の膜厚(最表面から疎水性多孔質基材までの距離)を、二次イオン質量分析法により測定し、下記の3段階に分類した。
♯1:膜厚が1μm以下
♯2:膜厚が100nm以下
♯3:膜厚が1μm超
(Polymer film thickness)
In Examples 1 to 11, the film thickness of the polymer coating formed on the surface of the hydrophobic s-PTFE membrane (distance from the outermost surface to the hydrophobic porous substrate) was measured by secondary ion mass spectrometry, It was classified into the following three stages.
# 1: Film thickness is 1 μm or less # 2: Film thickness is 100 nm or less # 3: Film thickness is more than 1 μm

(支持体の膜面pH)
実施例1〜11及び比較例3〜7で作製した支持体、及び比較例1及び2で使用したPTFE膜について、膜面pHを以下のようにして評価した。
25℃の条件下、表面処理をした側(ゲル膜形成用組成物を塗布する側)の表面に少量の純水を滴下し、その箇所に平面pH電極を当てて膜面pHを測定した。ここで使用する純水は、それ自体のpHが5〜8であり、且つ、25℃における電気伝導度が1μs/cm以下のイオン交換水または蒸留水である。測定した膜面pHを、下記の3段階に分類した。
A:膜面pHが酸性(膜面pHが6.5未満)
B:膜面pHが中性(膜面pHが6.5以上7.5未満)
C:膜面pHが塩基性(膜面pHが7.5以上)
(Membrane pH of the support)
About the support body produced in Examples 1-11 and Comparative Examples 3-7, and the PTFE film | membrane used by Comparative Examples 1 and 2, membrane surface pH was evaluated as follows.
Under the condition of 25 ° C., a small amount of pure water was dropped on the surface on which the surface treatment was performed (the side on which the composition for forming a gel film was applied), and a planar pH electrode was applied to the surface to measure the film surface pH. The pure water used here is ion-exchanged water or distilled water having a pH of 5 to 8 itself and an electrical conductivity at 25 ° C. of 1 μs / cm or less. The measured film surface pH was classified into the following three stages.
A: membrane surface pH is acidic (membrane surface pH is less than 6.5)
B: membrane surface pH is neutral (membrane surface pH is 6.5 or more and less than 7.5)
C: membrane surface pH is basic (membrane surface pH is 7.5 or more)

(支持体の接触角)
実施例1〜11及び比較例3〜7で作製した支持体、及び比較例1及び2で使用したPTFE膜について、水との接触角を以下のようにして評価した。
25℃、50%RHの条件下、表面処理をした側(ゲル膜形成用組成物を塗布する側)の表面と水との接触角を、全自動接触角計(協和界面化学株式会社製、DM−701)を用いて測定した。同じ試験を3回行って平均を算出し、下記3段階の基準で評価した。
◎:接触角が90度未満
○:接触角が90度以上120度未満
×:接触角が120度以上
◎及び○の場合、支持体表面の親水性が良好と判断し、×の場合、支持体表面の親水性が不良と判断した。
(Contact angle of support)
About the support body produced in Examples 1-11 and Comparative Examples 3-7, and the PTFE film | membrane used in Comparative Examples 1 and 2, the contact angle with water was evaluated as follows.
Under the conditions of 25 ° C. and 50% RH, the contact angle between the surface of the surface-treated side (the side on which the gel film-forming composition is applied) and water was measured using a fully automatic contact angle meter (manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., DM-701). The same test was performed three times, the average was calculated, and evaluated according to the following three criteria.
◎: Contact angle is less than 90 degrees ○: Contact angle is 90 degrees or more and less than 120 degrees ×: Contact angle is 120 degrees or more ◎ If ◎ and ○, the hydrophilicity of the support surface is judged good. The hydrophilicity of the body surface was judged to be poor.

(密着性)
実施例1〜11及び比較例1〜7で作製した二酸化炭素分離膜を25℃、60%RHの条件で2時間調湿した。各膜の表面に、カッターナイフで碁盤目状に縦11本、横11本の切り込みを入れて、合計100個の正方形の升目を刻み、その面に日東電工(株)製のポリエステル粘着テープ(No.31B)を貼りつけた。30分経時した後に、垂直方向にテープを素早く引き剥がし、剥がれた升目の数を数えた。同じ試験を3回行って平均を算出し、下記3段階の基準で評価した。
◎:100升において剥がれが全く認められなかった。
○:100升において1〜10升の剥がれが認められた。(許容範囲)
×:100升において11升以上の剥がれが認められた。
◎及び○の場合、支持体と二酸化炭素分離層との密着性が良好と判断し、×の場合、支持体と二酸化炭素分離層との密着性が不良と判断した。
(Adhesion)
The carbon dioxide separation membranes produced in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 were conditioned for 2 hours under the conditions of 25 ° C. and 60% RH. On the surface of each film, 11 vertical and 11 horizontal cuts are made in a grid pattern with a cutter knife, and a total of 100 square squares are engraved, and a polyester adhesive tape (manufactured by Nitto Denko Corporation) No. 31B) was pasted. After 30 minutes, the tape was quickly peeled off in the vertical direction, and the number of peeled squares was counted. The same test was performed three times, the average was calculated, and evaluated according to the following three criteria.
A: No peeling was observed at 100 mm.
○: peeling of 1 to 10 mm was observed at 100 mm. (Tolerance)
X: Peeling of 11 mm or more was observed at 100 mm.
In the case of (double-circle) and (circle), it was judged that the adhesiveness of a support body and a carbon dioxide separation layer was favorable, and in the case of x, it was judged that the adhesiveness of a support body and a carbon dioxide separation layer was unsatisfactory.

(ガス透過性)
実施例1〜11及び比較例1〜7で作製した二酸化炭素分離膜について、二酸化炭素ガスの透過性を以下のようにして評価した。
二酸化炭素分離膜を直径47mmに切り取り、PTFEメンブレンフィルターで挟み、ガス透過試験サンプルを作製した。テストガスとしてCO/H:10/90(容積比)の混合ガスを相対湿度70%、流量100ml/分、温度130℃、全圧3atmで、各サンプル(有効面積2.40cm)に供給し、透過側にArガス(流量90ml/分)をフローさせた。透過したガスをガスクロマトグラフで分析し、CO透過速度と分離係数を算出した。COの透過係数〔Q(CO)〕を求め、下記4段階の基準で評価した。ここで、透過流速単位(GPU)は、1×10−5cm(STP)/(s・cm・cmHg)である。
◎:初期のQ(CO)が250超
○:初期のQ(CO)がGPUで200超
△:初期のQ(CO)がGPUで150以上200未満
×:初期のQ(CO)がGPUで150未満
△以上が実用的に許容されるレベルである。
なお、支持体として親水性s-PTFEを用いた比較例2は、高温・高圧のテストガス供給中に二酸化炭素分離層が支持体中へ浸透してしまうため、測定すること自体不可能であった。
(Gas permeability)
About the carbon dioxide separation membrane produced in Examples 1-11 and Comparative Examples 1-7, the permeability | transmittance of the carbon dioxide gas was evaluated as follows.
A carbon dioxide separation membrane was cut to a diameter of 47 mm and sandwiched between PTFE membrane filters to prepare a gas permeation test sample. As a test gas, a mixed gas of CO 2 / H 2 : 10/90 (volume ratio) was used for each sample (effective area 2.40 cm 2 ) at a relative humidity of 70%, a flow rate of 100 ml / min, a temperature of 130 ° C., and a total pressure of 3 atm. Then, Ar gas (flow rate 90 ml / min) was allowed to flow on the permeate side. The permeated gas was analyzed with a gas chromatograph, and the CO 2 permeation rate and the separation factor were calculated. The CO 2 permeability coefficient [Q (CO 2 )] was determined and evaluated according to the following four criteria. Here, the permeation flow rate unit (GPU) is 1 × 10 −5 cm 3 (STP) / (s · cm 2 · cmHg).
A: Initial Q (CO 2 ) is more than 250 ○: Initial Q (CO 2 ) is more than 200 by GPU Δ: Initial Q (CO 2 ) is GPU by 150 or more and less than 200 ×: Initial Q (CO 2 ) Is less than 150 in GPU. Δ or more is a practically acceptable level.
In Comparative Example 2 using hydrophilic s-PTFE as the support, the carbon dioxide separation layer penetrates into the support during the supply of the high-temperature and high-pressure test gas, and thus measurement itself is impossible. It was.

(耐久性)
上記のガス透過試験で、500時間連続使用した後の透過係数を求めた。そして、下記の式により、透過係数の変動率を求め、下記3段階の基準で、耐久性(使用を継続したときの分離性能の維持)を評価した。
透過係数の変動率(%)={(初期の透過係数)−(500時間後の透過係数)}/(初期の透過係数)×100
◎:透過係数の変動率が5%以下
○:透過係数の変動率が5%超10%以下
×:透過係数の変動率が10%超
◎及び○の場合、耐久性が良好と判断し、×の場合、耐久性が不良と判断した。
なお、支持体として親水性s-PTFEを用いた比較例2は、前述のとおり、測定すること自体不可能であった。
(durability)
In the gas permeation test, the permeation coefficient after continuous use for 500 hours was determined. And the fluctuation rate of the transmission coefficient was calculated | required with the following formula, and durability (maintenance of the separation performance when it continued using) was evaluated by the following three-stage criteria.
Percentage variation (%) of transmission coefficient = {(initial transmission coefficient) − (transmission coefficient after 500 hours)} / (initial transmission coefficient) × 100
◎: Permeability coefficient fluctuation rate is 5% or less ○: Permeability coefficient fluctuation rate is more than 5% and 10% or less ×: Permeability coefficient fluctuation rate is more than 10% In the case of x, it was judged that the durability was poor.
In Comparative Example 2 using hydrophilic s-PTFE as a support, it was impossible to measure itself as described above.

(支持体への二酸化炭素キャリアの染み出し抑制)
実施例1〜11及び比較例1〜7で作製した二酸化炭素分離膜に対し、130℃、85%RHの条件で500時間湿熱試験を行った。湿熱試験後のサンプル片を凍結し、ウルトラミクロトームで作製した超薄切片を、透過型電子顕微及びエネルギー分散X線分光法により観察した。その際、支持体からのキャリアイオンの信号の有無により評価を行った。なお、この評価は如何に染み出し抑制効果があるかの観点で評価を行った。
◎:支持体中からキャリアイオン由来の信号を全く検出しなかった。(抑制効果有)
○:支持体中から僅かにキャリアイオン由来の信号を検出した。(抑制効果有)
×:支持体上にはキャリアイオンが殆ど存在しておらず、支持体中からだけキャリアイオン由来の信号を検出した。(抑制効果無)
○以上が実用的に好ましいレベルである。
(Inhibition of carbon dioxide carrier exudation to support)
The wet heat test was performed for the carbon dioxide separation membrane produced in Examples 1-11 and Comparative Examples 1-7 on conditions of 130 degreeC and 85% RH for 500 hours. The sample piece after the wet heat test was frozen, and an ultrathin section prepared with an ultramicrotome was observed by transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. At that time, evaluation was performed based on the presence or absence of a carrier ion signal from the support. In addition, this evaluation was evaluated from the viewpoint of how it has a bleeding suppression effect.
A: No signal derived from carrier ions was detected in the support. (With suppression effect)
A: A signal derived from carrier ions was slightly detected in the support. (With suppression effect)
X: Almost no carrier ions were present on the support, and a signal derived from carrier ions was detected only from within the support. (No suppression effect)
The above is a practically preferable level.


表1に示すとおり、本発明である実施例1〜11の二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素ガスの透過性に優れ、使用を継続しても分離性能が高く維持されていた。したがって、本発明の二酸化炭素分離膜は、二酸化炭素の分離性能に優れ且つ寿命が長いことが確認された。   As shown in Table 1, the carbon dioxide separation membranes of Examples 1 to 11 according to the present invention were excellent in carbon dioxide gas permeability, and the separation performance was maintained high even if the use was continued. Therefore, it was confirmed that the carbon dioxide separation membrane of the present invention is excellent in carbon dioxide separation performance and has a long life.

<実施例12>
[モジュール化]
実施例1で作製した二酸化炭素分離膜を用いて、特開平5−168869を参考に、スパイラル型モジュールを作製した。作製した二酸化炭素分離モジュールが、搭載する二酸化炭素分離膜の性能のとおり、長寿命であることを確認した。
<Example 12>
[modularization]
Using the carbon dioxide separation membrane produced in Example 1, a spiral type module was produced with reference to JP-A-5-168869. It was confirmed that the produced carbon dioxide separation module had a long lifetime according to the performance of the mounted carbon dioxide separation membrane.

Claims (13)

水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む二酸化炭素分離層と、
疎水性の多孔質基材及び、前記多孔質基材の少なくとも一方の面に設けられた親水性基を有する高分子被膜を備え、前記高分子被膜を介して前記二酸化炭素分離層と接し、前記二酸化炭素分離層を支持する多孔質支持体と、
を備えた二酸化炭素分離膜。
A carbon dioxide separation layer comprising a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier;
A hydrophobic porous substrate, and a polymer film having a hydrophilic group provided on at least one surface of the porous substrate, in contact with the carbon dioxide separation layer via the polymer film, A porous support for supporting the carbon dioxide separation layer;
A carbon dioxide separation membrane.
前記高分子被膜が、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有する、請求項1に記載の二酸化炭素分離膜。   The carbon dioxide separation membrane according to claim 1, wherein the polymer coating has at least one of an ion exchange group and a chelate group. 前記高分子被膜は、膜厚が1μm以下である、請求項1又は請求項2に記載の二酸化炭素分離膜。   The carbon dioxide separation membrane according to claim 1 or 2, wherein the polymer coating has a thickness of 1 µm or less. 前記高分子被膜は、親水性基として、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、アミノ基、エポキシ基、アクリルアミド基、イソシアネート基及び酸クロライド基の少なくとも1種を有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜。   The said polymer film has at least 1 sort (s) of a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a hydroxyl group, an amino group, an epoxy group, an acrylamide group, an isocyanate group, and an acid chloride group as a hydrophilic group. The carbon dioxide separation membrane according to any one of claims 3 to 4. 前記多孔質基材は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデンの少なくとも1種を含む、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜。   The porous substrate includes at least one of polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polypropylene, polyetherimide, polyetheretherketone, and polyvinylidene fluoride. The carbon dioxide separation membrane of any one of Claims 1. 疎水性の多孔質基材と、
前記多孔質基材の少なくとも一方の面に最表層として在る、親水性基を有する高分子被膜と、
を備えた二酸化炭素分離膜用支持体。
A hydrophobic porous substrate;
A polymer coating having a hydrophilic group present as an outermost layer on at least one surface of the porous substrate;
A support for carbon dioxide separation membrane comprising:
前記高分子被膜の表面と水との接触角が120度未満である、請求項6に記載の二酸化炭素分離膜用支持体。   The carbon dioxide separation membrane support according to claim 6, wherein a contact angle between the surface of the polymer coating and water is less than 120 degrees. 前記高分子被膜が、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを有する、請求項6又は請求項7に記載の二酸化炭素分離膜用支持体。   The support for a carbon dioxide separation membrane according to claim 6 or 7, wherein the polymer film has at least one of an ion exchange group and a chelate group. 疎水性の多孔質基材の少なくとも一方の面に、ラジカル重合性モノマーを含む重合性組成物を塗布する塗布工程と、
塗布された前記重合性組成物に活性エネルギー線を照射して高分子被膜を形成する重合工程と、
を有する二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法。
An application step of applying a polymerizable composition containing a radical polymerizable monomer to at least one surface of a hydrophobic porous substrate;
A polymerization step of irradiating the applied polymerizable composition with active energy rays to form a polymer film;
The manufacturing method of the support body for carbon dioxide separation membrane which has this.
前記高分子被膜に、イオン交換基及びキレート基の少なくともいずれかを付加する付加処理工程を更に有する、請求項9に記載の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法。   The method for producing a support for a carbon dioxide separation membrane according to claim 9, further comprising an addition treatment step of adding at least one of an ion exchange group and a chelate group to the polymer coating. 前記ラジカル重合性モノマーは、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、アクリル酸及びこれらの誘導体の少なくとも1種を含む、請求項9又は請求項10に記載の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法。   The method for producing a support for a carbon dioxide separation membrane according to claim 9 or 10, wherein the radical polymerizable monomer contains at least one of acrylate, methacrylate, acrylamide, acrylic acid and derivatives thereof. 請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜用支持体、又は請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の二酸化炭素分離膜用支持体の製造方法により製造された二酸化炭素分離膜用支持体を用いると共に、
水溶性ポリマー及び二酸化炭素キャリアを含む組成物を前記支持体の前記高分子被膜を有する面に塗布して塗布膜を得る塗布工程と、
前記塗布膜を冷却してゲル膜を得る冷却工程と、
前記ゲル膜を乾燥させて乾燥膜とする乾燥工程と、
を有する二酸化炭素分離膜の製造方法。
The carbon dioxide separation membrane support according to any one of claims 6 to 8, or the method for producing a carbon dioxide separation membrane support according to any one of claims 9 to 11. While using the produced support for carbon dioxide separation membrane,
An application step of applying a composition containing a water-soluble polymer and a carbon dioxide carrier to the surface of the support having the polymer film to obtain a coating film;
A cooling step of cooling the coating film to obtain a gel film;
A drying step of drying the gel film to form a dry film;
A method for producing a carbon dioxide separation membrane having
前記乾燥膜を架橋させる架橋工程を更に有する、請求項12に記載の二酸化炭素分離膜の製造方法。   The method for producing a carbon dioxide separation membrane according to claim 12, further comprising a crosslinking step of crosslinking the dry membrane.
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