JP2017185462A - Gas separation membrane, gas separation module, gas separation device and gas separation method - Google Patents

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敦靖 野崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas separation membrane capable of achieving gas permeability and gas separation selectivity at a desired high level and capable of persistently expressing the above excellent separation membrane performances (gas permeability, gas separation selectivity) even under existence of plasticization impurities, and to provide the gas separation module, gas separation device and gas separation method using the membrane.SOLUTION: There is provided a gas separation membrane having a gas separation layer containing a high molecular compound having the constitutional unit represented by formula (1) on a main chain (Zand Zare each independently a divalent connection group; Qis a divalent group including a sulfonamide group; Yis H, alkyl, aryl, alkoxy, alkylsulfone or dialkyl phosphine oxide; and n is an integer of 0 or more).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ガス分離膜、ガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法に関する。   The present invention relates to a gas separation membrane, a gas separation module, a gas separation device, and a gas separation method.

高分子化合物からなる素材には、その素材ごとに特有の気体透過性がある。その性質に基づき、特定の高分子化合物から構成された膜によって、所望の気体成分を選択的に透過させて分離することができる。この気体分離膜の産業上の利用態様として、地球温暖化の問題と関連し、火力発電所及び/又はセメントプラント、製鉄所高炉等において、大規模な二酸化炭素発生源からこれを分離回収することが検討されている。そして、この膜分離技術は、比較的小さなエネルギーで達成できる環境問題の解決手段として着目されている。一方、天然ガスやバイオガス(生物の排泄物、有機質肥料、生分解性物質、汚水、ゴミ、エネルギー作物などの発酵、嫌気性消化により発生するガス)は主としてメタンと二酸化炭素を含む混合ガスであり、その二酸化炭素等の不純物を除去する手段として膜分離方法が検討されている。   A material made of a polymer compound has a gas permeability unique to each material. Based on the property, a desired gas component can be selectively permeated and separated by a membrane composed of a specific polymer compound. As an industrial utilization mode of this gas separation membrane, it is related to the problem of global warming, and it is separated and recovered from a large-scale carbon dioxide generation source in a thermal power plant and / or a cement plant, a steelworks blast furnace, etc. Is being considered. And this membrane separation technique attracts attention as a means for solving environmental problems that can be achieved with relatively small energy. On the other hand, natural gas and biogas (gas generated by fermentation and anaerobic digestion of biological waste, organic fertilizer, biodegradable substances, sewage, garbage, energy crops, etc.) are mainly mixed gases containing methane and carbon dioxide. As a means for removing impurities such as carbon dioxide, a membrane separation method has been studied.

膜分離方法を用いた天然ガスの精製では、より効率的にガスを分離するために、優れたガス透過性とガス分離選択性が求められる。また、実際のプラントにおいては、天然ガス中に存在する不純物成分(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン)の影響等によって膜が可塑化し、これによるガス分離選択性の低下が問題となる。したがってガス分離膜には、上記不純物成分の存在下においても所望のガス分離選択性を、持続して発現することができる耐可塑性も求められる。これらを実現するために種々の膜素材が検討されており、その一環として、以下のようなガス分離膜の検討が行われてきた。例えば、特許文献1には、ポリスルホンアミド−ポリ尿素で被覆された微孔質膜を、ガス分離膜のガス分離層として用いることが記載されている。また、特許文献2には、スルホンアミド基を有するフッ素系共重合体からなる樹脂膜を、ガス分離膜のガス分離層として用いることが記載されている。   In the purification of natural gas using a membrane separation method, excellent gas permeability and gas separation selectivity are required in order to separate gases more efficiently. Further, in an actual plant, the membrane is plasticized due to the influence of impurity components (for example, benzene, toluene, xylene) present in natural gas, and this causes a problem of reduction in gas separation selectivity. Therefore, the gas separation membrane is also required to have plastic resistance capable of continuously expressing desired gas separation selectivity even in the presence of the impurity component. In order to realize these, various membrane materials have been studied, and as part of this, the following gas separation membranes have been studied. For example, Patent Document 1 describes that a microporous membrane coated with polysulfonamide-polyurea is used as a gas separation layer of a gas separation membrane. Patent Document 2 describes that a resin membrane made of a fluorine-based copolymer having a sulfonamide group is used as a gas separation layer of a gas separation membrane.

実用的なガス分離膜とするためには、ガス分離層を薄層にして十分なガス透過性を確保した上で、さらに高度なガス分離選択性も実現しなければならない。ガス分離層を薄層化する手法としては、ガス分離機能を担うガス分離層を形成する高分子化合物を、相分離法により非対称膜とし、分離に寄与する部分を緻密層あるいはスキン層と呼ばれる薄層にする方法がある。この非対称膜では、緻密層以外の部分を膜の機械的強度を担う支持層として機能させる。
また、上記非対称膜の他に、ガス分離機能を担うガス分離層と機械強度を担う支持層とを別素材とし、ガス透過性の支持層上に、ガス分離能を有するガス分離層を薄層に形成する複合膜の形態も知られている。
In order to obtain a practical gas separation membrane, the gas separation layer must be made thin to ensure sufficient gas permeability, and a higher degree of gas separation selectivity must be realized. As a method for thinning the gas separation layer, a polymer compound that forms the gas separation layer responsible for the gas separation function is made into an asymmetric membrane by a phase separation method, and a portion contributing to the separation is called a dense layer or a skin layer. There is a way to layer. In this asymmetric membrane, a portion other than the dense layer is allowed to function as a support layer that bears the mechanical strength of the membrane.
In addition to the asymmetric membrane, the gas separation layer responsible for the gas separation function and the support layer responsible for the mechanical strength are made of different materials, and the gas separation layer having gas separation ability is thinly formed on the gas permeable support layer. The form of the composite film formed in the above is also known.

特表2011−522058Special table 2011-522058 特開平5−329343JP-A-5-329343

一般に、ガス透過性とガス分離選択性は互いにいわゆるトレードオフの関係にある。したがって、ガス分離層に用いる高分子化合物の共重合成分を調整することにより、ガス分離層のガス透過性あるいはガス分離選択性のいずれかを改善することはできても、両特性を所望の高いレベルで両立するのは困難とされる。
また従来、ガス分離層に用いる高分子化合物は耐可塑性の問題に十分に対応できない場合があった。特にガス透過性の高い高分子化合物をガス分離層に用いた場合には、上記不純物成分の影響をより受けやすくなり、ガス分離層の膨潤が促進される。
In general, gas permeability and gas separation selectivity are in a so-called trade-off relationship. Therefore, by adjusting the copolymerization component of the polymer compound used in the gas separation layer, either gas permeability or gas separation selectivity of the gas separation layer can be improved, but both characteristics are high as desired. It is difficult to achieve both levels.
Conventionally, the polymer compound used for the gas separation layer may not sufficiently cope with the problem of plastic resistance. In particular, when a polymer compound having high gas permeability is used for the gas separation layer, it becomes more susceptible to the above-mentioned impurity components, and the swelling of the gas separation layer is promoted.

本発明は、ガス透過性とガス分離選択性を所望の高いレベルで実現することができ、さらに可塑化不純物の存在下においても上記の優れた分離膜性能(ガス透過性、分離選択性)を持続的に発現することができるガス分離膜を提供することを課題とする。また、本発明は、上記ガス分離膜を用いたガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法を提供することを課題とする。   The present invention can achieve gas permeability and gas separation selectivity at a desired high level, and also provides the above excellent separation membrane performance (gas permeability and separation selectivity) even in the presence of plasticizing impurities. It is an object to provide a gas separation membrane that can be continuously expressed. Another object of the present invention is to provide a gas separation module, a gas separation device, and a gas separation method using the gas separation membrane.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、主鎖構造中にスルホンアミド基を導入した高分子化合物(ポリスルホンアミド化合物)を、ガス分離膜のガス分離層に用いた場合に、ガス透過性と可塑化耐性の両立を、従来のトレードオフの関係を克服して実現できることを見い出した。さらにこのガス分離膜は高圧条件下でも優れたガス分離選択性を示すことを見出した。本発明は、これらの知見に基づきさらに検討を重ね完成させるに至ったものである。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have used a polymer compound having a sulfonamide group introduced into the main chain structure (polysulfonamide compound) in the gas separation layer of the gas separation membrane. We found that both gas permeability and plasticization resistance can be achieved by overcoming the conventional trade-off relationship. Furthermore, it has been found that this gas separation membrane exhibits excellent gas separation selectivity even under high pressure conditions. The present invention has been further studied and completed based on these findings.

上記の課題は以下の手段により解決された。
[1]
高分子化合物を含有してなるガス分離層を有するガス分離膜であって、上記高分子化合物が、下記式(1)で表される構成単位を主鎖に有するガス分離膜。

Figure 2017185462
式(1)中、Z、Zはそれぞれ独立に二価の連結基を示し、Qはスルホンアミド基を含む二価の基を示し、Yは水素原子、アルキル基、アリール基又は式(3)〜式(5)のいずれかの基を示し、nは0以上の整数である。
Figure 2017185462
式(3)〜式(5)中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を示す。*1は、上記窒素原子との結合部位である。
[2]
上記高分子化合物を構成する上記式(1)で表される構成単位の一部又は全部が、下記式(7)で表される構成単位である[1]に記載のガス分離膜。
Figure 2017185462
式(7)中、Z〜Zはそれぞれ独立に二価の連結基を示し、Y、Yはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基又は式(3)〜式(5)のいずれかの基を示す。
Figure 2017185462
式(3)〜式(5)中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を示す。*1は、上記窒素原子との結合部位である。
[3]
上記Z〜Z及びZ〜Zがそれぞれ独立に、アリーレン基を含む二価の基である、[1]又は[2]に記載のガス分離膜。
[4]
上記Z〜Z及びZ〜Zがそれぞれ独立に、下記式A−1〜A−11のいずれかである、[1]又は[2]に記載のガス分離膜。
Figure 2017185462
式中、W〜W50はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基又はカルボキシ基を示し、Z11は−CR −、−O−、−NR−、−S−又は単結合を示し、L〜Lはそれぞれ独立に、−CR −、−O−、−NR−、−S−又は単結合を示す。Rは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示す。Rは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示す。
[5]
上記ガス分離膜が、上記ガス分離層をガス透過性の支持層上側に有するガス分離複合膜である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載のガス分離膜。
[6]
分離処理されるガスが二酸化炭素とメタンの混合ガスである場合において、40℃、5MPaにおける二酸化炭素の透過速度が20GPU超であり、二酸化炭素とメタンとの透過速度比(RCO2/RCH4)が15以上である、[1]〜[5]のいずれか1つに記載のガス分離膜。
[7]
上記支持層が、ガス分離層側の多孔質層と、その逆側の不織布層とからなる、[1]〜[6]のいずれか1つに記載のガス分離膜。
[8]
二酸化炭素及びメタンを含むガスから二酸化炭素を選択的に透過させるために用いられる、[1]〜[7]のいずれか1つに記載のガス分離膜。
[9]
[1]〜[7]のいずれか1つに記載のガス分離膜を具備するガス分離モジュール。
[10]
[9]に記載のガス分離モジュールを備えたガス分離装置。
[11]
[1]〜[8]のいずれか1つに記載のガス分離膜を用いて、二酸化炭素及びメタンを含むガスから二酸化炭素を選択的に透過させるガス分離方法。 The above problem has been solved by the following means.
[1]
A gas separation membrane having a gas separation layer containing a polymer compound, wherein the polymer compound has a structural unit represented by the following formula (1) in the main chain.
Figure 2017185462
In formula (1), Z 1 and Z 2 each independently represent a divalent linking group, Q 1 represents a divalent group containing a sulfonamide group, Y 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group or The group in any one of Formula (3)-Formula (5) is shown, and n is an integer greater than or equal to 0.
Figure 2017185462
In formula (3) to formula (5), R 3 to R 6 each independently represents an alkyl group or an aryl group. * 1 is a binding site with the nitrogen atom.
[2]
The gas separation membrane according to [1], wherein a part or all of the structural unit represented by the formula (1) constituting the polymer compound is a structural unit represented by the following formula (7).
Figure 2017185462
In Formula (7), Z 5 to Z 6 each independently represent a divalent linking group, and Y 2 and Y 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or Formula (3) to Formula (5). Any one of these groups is shown.
Figure 2017185462
In formula (3) to formula (5), R 3 to R 6 each independently represents an alkyl group or an aryl group. * 1 is a binding site with the nitrogen atom.
[3]
The gas separation membrane according to [1] or [2], wherein Z 1 to Z 2 and Z 5 to Z 6 are each independently a divalent group containing an arylene group.
[4]
The gas separation membrane according to [1] or [2], wherein Z 1 to Z 2 and Z 5 to Z 6 are each independently any one of the following formulas A-1 to A-11.
Figure 2017185462
In the formula, each of W 1 to W 50 independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, or a carboxy group, and Z 11 represents —CR 8 2 —, —O—, —NR 8 —, indicates -S- or a single bond, the L 1 ~L 2 are each independently, -CR 9 2 -, - O -, - NR 9 -, - S- or a single bond. R 8 represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. R 9 represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
[5]
The gas separation membrane according to any one of [1] to [4], wherein the gas separation membrane is a gas separation composite membrane having the gas separation layer above the gas-permeable support layer.
[6]
In the case where the gas to be separated is a mixed gas of carbon dioxide and methane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa exceeds 20 GPU, and the permeation rate ratio of carbon dioxide and methane (R CO2 / R CH4 ) Is a gas separation membrane according to any one of [1] to [5].
[7]
The gas separation membrane according to any one of [1] to [6], wherein the support layer includes a porous layer on the gas separation layer side and a nonwoven fabric layer on the opposite side.
[8]
The gas separation membrane according to any one of [1] to [7], which is used to selectively permeate carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and methane.
[9]
A gas separation module comprising the gas separation membrane according to any one of [1] to [7].
[10]
A gas separation apparatus comprising the gas separation module according to [9].
[11]
The gas separation method which makes a carbon dioxide selectively permeate | transmit from the gas containing a carbon dioxide and methane using the gas separation membrane as described in any one of [1]-[8].

本明細書において「〜」で表される数値範囲は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。
本明細書において、特定の符号で表示された置換基や連結基等(以下、置換基等という)が複数あるとき、あるいは複数の置換基等を同時もしくは択一的に規定するときには、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよいことを意味する。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、式中に同一の表示で表された複数の部分構造の繰り返しがある場合は、各部分構造ないし繰り返し単位は同一でも異なっていてもよい。
In the present specification, the numerical value range represented by “to” means that the numerical values described before and after it are included as the lower limit value and the upper limit value.
In the present specification, when there are a plurality of substituents, linking groups, and the like (hereinafter referred to as substituents) indicated by specific symbols, or when a plurality of substituents are specified simultaneously or alternatively, It means that a substituent etc. may mutually be same or different. The same applies to the definition of the number of substituents and the like. Further, when there are repetitions of a plurality of partial structures represented by the same indication in the formula, each partial structure or repeating unit may be the same or different.

本明細書において化合物ないし基の表示については、化合物ないし基そのもののほか、それらの塩、それらのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。
本明細書において置換又は無置換を明記していない置換基(連結基についても同様)については、所望の効果を奏する範囲で、その基に任意の置換基を有していてもよい意味である。これは置換又は無置換を明記していない化合物についても同義である。
本明細書において置換基というときには、特に断らない限り、後記置換基群Zをその好ましい範囲とする。
本明細書においてスルホンアミド基とは、−S(=O)(=O)NR−又は−S(=O)(=O)N−で表される2価の基を意味する。Rは水素原子又は置換基を示す。
In this specification, about the display of a compound thru | or group, it uses for the meaning containing those salts and those ions other than a compound thru | or group itself. In addition, it means that a part of the structure is changed as long as the desired effect is achieved.
In the present specification, a substituent that does not clearly indicate substitution or non-substitution (the same applies to a linking group) means that the group may have an arbitrary substituent as long as a desired effect is achieved. . This is also the same for compounds that do not specify substitution or non-substitution.
In the present specification, the substituent group Z is a preferred range unless otherwise specified.
The sulfonamido group herein, -S (= O) (= O) NR Q - or -S (= O) (= O ) N - - means a divalent group represented by. RQ represents a hydrogen atom or a substituent.

本発明のガス分離膜、ガス分離モジュール、及びガス分離装置は、高圧条件下の使用においても、ガス透過性と可塑化耐性の両立を従来の一般的なトレードオフライン上ではない、高度なレベルで実現することができ、高速、高選択性で可塑化耐性にも優れたガス分離を可能とする。
本発明のガス分離方法によれば、高圧条件下においても、優れたガス透過性で、且つ、優れたガス分離選択性でガスを分離することができ、高速、高選択性のガス分離が可能となるとともに、可塑化耐性にも優れる。
The gas separation membrane, the gas separation module, and the gas separation device of the present invention can achieve both gas permeability and plasticization resistance at a high level that is not on a conventional general trade-off line even when used under high pressure conditions. The gas separation can be realized with high speed, high selectivity and excellent plasticization resistance.
According to the gas separation method of the present invention, gas can be separated with excellent gas permeability and excellent gas separation selectivity even under high pressure conditions, and high speed and high selectivity gas separation is possible. And excellent plasticization resistance.

本発明のガス分離複合膜の一実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one Embodiment of the gas separation composite membrane of this invention. 本発明のガス分離複合膜の別の実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another embodiment of the gas separation composite membrane of this invention.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
本発明のガス分離膜は、ガス分離層に特定の高分子化合物(ポリスルホンアミド化合物)(以下、本書においては、特定高分子化合物ともいう。)を含む。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
The gas separation membrane of the present invention contains a specific polymer compound (polysulfonamide compound) (hereinafter also referred to as a specific polymer compound) in the gas separation layer.

[高分子化合物]
本発明に用いる特定高分子化合物は、下記式(1)で表される構成単位を主鎖に含む。すなわち本発明に用いる特定高分子化合物は、下記式(1)で表される構成単位が主鎖構造中に組み込まれている。
式(1)で表される構成単位とともに式(2)で表される構成単位を主鎖に含んでいてもよい。
ここで、式(2)で表される構成単位の上記高分子化合物に含まれる割合はできる限り少ない方が好ましく、上記高分子化合物中に含まれる全構成単位100モル%に対して式(2)で表される構成単位の上記高分子化合物に含まれる割合が5モル%以下であることがより好ましい。
[Polymer compound]
The specific polymer compound used in the present invention contains a structural unit represented by the following formula (1) in the main chain. That is, in the specific polymer compound used in the present invention, a structural unit represented by the following formula (1) is incorporated in the main chain structure.
The structural unit represented by Formula (2) may be included in the main chain together with the structural unit represented by Formula (1).
Here, the proportion of the structural unit represented by the formula (2) contained in the polymer compound is preferably as small as possible, and the formula (2) with respect to 100 mol% of all the structural units contained in the polymer compound. It is more preferable that the proportion of the structural unit represented by) is 5 mol% or less.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

上記式(1)及び式(2)中、Z〜Zはそれぞれ独立に二価の連結基を示し、例えば、アリーレン基(好ましくは1〜5環式のアリーレン基、より好ましくは、フェニレン基、ナフチレン基)、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12、さらに好ましくは炭素数1〜6)、二価の飽和脂環式炭化水素基(好ましくは炭素数3〜30、より好ましくは炭素数3〜18、さらに好ましくは炭素数4〜8であり、好ましくはシクロヘキシル基、シクロペンチル基)、アルキレン基、アリーレン基又はこれらの基から選ばれる2つ以上の基を単結合又は二価の基で連結してなる基(好ましくは2つ以上のアリーレン基を単結合又は二価の基で連結してなる基)が挙げられる。上記の二価の基で連結されたアリーレン基、アルキレン基及び飽和脂環式炭化水素基から選ばれる2つ以上の基は、これらの基が有する置換基同士が連結して、上記二価の基と共に環を形成してもよい。かかる二価の基としては、例えばアルキレン基(好ましくはメチレン基)、アリーレン基(好ましくはフェニレン基)、飽和脂環式炭化水素基(好ましくはシクロヘキシル基)が挙げられる。
〜Zは好ましくはアリーレン基を含む二価の基であり、より好ましくは、上記Z〜Zがそれぞれ独立に、下記式A−1〜A−11のいずれかである。
In the above formulas (1) and (2), Z 1 to Z 4 each independently represent a divalent linking group, for example, an arylene group (preferably a 1-5 cyclic arylene group, more preferably phenylene. Group, naphthylene group), alkylene group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, and further preferably 1 to 6 carbon atoms), divalent saturated alicyclic hydrocarbon group (preferably carbon). 2 to 3 or more, more preferably 3 to 18 carbon atoms, still more preferably 4 to 8 carbon atoms, preferably a cyclohexyl group, a cyclopentyl group), an alkylene group, an arylene group, or two or more selected from these groups And a group formed by connecting groups with a single bond or a divalent group (preferably a group formed by connecting two or more arylene groups with a single bond or a divalent group). Two or more groups selected from the arylene group, alkylene group, and saturated alicyclic hydrocarbon group linked by the above divalent group, the substituents of these groups are linked to each other, You may form a ring with group. Examples of such a divalent group include an alkylene group (preferably a methylene group), an arylene group (preferably a phenylene group), and a saturated alicyclic hydrocarbon group (preferably a cyclohexyl group).
Z 1 to Z 4 are preferably divalent groups including an arylene group, and more preferably, the above Z 1 to Z 4 are each independently any one of the following formulas A-1 to A-11.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

〜W50はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基又はカルボキシ基を示し、好ましくはアルキル基、カルホキシ基、水素原子である。W〜W50が採りうるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基として具体的には、後記置換基群Zで例示したものが挙げられる。 W 1 to W 50 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group or a carboxy group, preferably an alkyl group, a carboxy group or a hydrogen atom. Specific examples of the halogen atom, alkyl group, and alkoxy group that can be adopted by W 1 to W 50 include those exemplified in Substituent Group Z below.

11は−CR −、−O−、−NR−、−S−又は単結合を示し、好ましくは−O−、−CR −である。 Z 11 represents -CR 8 2 -, - O - , - NR 8 -, - S- or a single bond, preferably -O - a -, - CR 8 2.

〜Lはそれぞれ独立に、−CR −、−O−、−NR−、−S−又は単結合を示し、好ましくは−O−、−CR −である。 L 1 to L 2 each independently represent —CR 9 2 —, —O—, —NR 9 —, —S—, or a single bond, preferably —O— or —CR 8 2 —.

又はRは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示す。
又はRとして採り得るアルキル基は、直鎖でも分岐を有してもよく、環状構造でもよい。R又はRとして採り得るアルキル基は、その炭素数が1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜8がさらに好ましく、1〜6がよりさらに好ましく、1〜4が特に好ましい。このアルキル基の好ましい具体例として、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、s−ブチル、イソブチル、シクロブチル、n−ヘキシル、シクロヘキシルを挙げることができ、メチルが特に好ましい。また、ハロゲン置換アルキル基が好ましい。ハロゲン置換アルキル基の好ましい具体例として、例えば、トリフルオロメチル基、を挙げることができる。
R 8 or R 9 represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
The alkyl group that can be adopted as R 8 or R 9 may be linear or branched, and may have a cyclic structure. Alkyl group which may take as R 8 or R 9 is the number of carbon atoms thereof is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, preferably 1 to 8 further more preferably more 1-6, particularly preferably 1-4 . Preferable specific examples of this alkyl group include, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl, s-butyl, isobutyl, cyclobutyl, n-hexyl and cyclohexyl. preferable. A halogen-substituted alkyl group is preferred. Preferable specific examples of the halogen-substituted alkyl group include, for example, a trifluoromethyl group.

又はRとして採り得るアリール基の炭素数は6〜40が好ましく、6〜30がより好ましく、6〜20がさらに好ましく、6〜15がよりさらに好ましく、6〜12が特に好ましい。このアリール基の好ましい具体例として、例えばフェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニルを挙げることができ、フェニル、ビフェニルが特に好ましい。また、ハロゲン置換アリール基が好ましい。ハロゲン置換アリール基の好ましい具体例として、例えば、トリフルオロメチルを挙げることができる。 R 8 or a carbon number of possible aryl group as R 9 preferably 6 to 40, more preferably 6 to 30, more preferably 6 to 20, more preferably more 6 to 15, 6 to 12 are particularly preferred. Specific examples of the aryl group include phenyl, naphthyl, biphenyl, and terphenyl, and phenyl and biphenyl are particularly preferable. A halogen-substituted aryl group is preferred. Preferable specific examples of the halogen-substituted aryl group include trifluoromethyl.

、Qはそれぞれ独立に、スルホンアミド基(本明細書においてスルホンアミド基とは、−S(=O)(=O)NR−又は−S(=O)(=O)N−で表される2価の基を意味する。Rは水素原子又は置換基を示す。)を含む二価の基を示し、例えば、それぞれスルホンアミド基と、アリーレン基、アルキレン基又は脂環式炭化水素基から選ばれる基とを組合せてなる二価の基が挙げられる。この二価の基において、スルホンアミド基と、アリーレン基、アルキレン基又は脂環式炭化水素基から選ばれる基との連結構造は、単結合であることが好ましい。 Q 1, Q 2 are each independently, a sulfonamide group in a sulfonamido group (herein, -S (= O) (= O) NR Q - or -S (= O) (= O ) N - -. means a divalent group represented by .R Q is a divalent group containing a) represents a hydrogen atom or a substituent, for example, a sulfonamido group, respectively, an arylene group, an alkylene group or an alicyclic And divalent groups formed by combining groups selected from the formula hydrocarbon groups. In this divalent group, the connecting structure of the sulfonamide group and a group selected from an arylene group, an alkylene group or an alicyclic hydrocarbon group is preferably a single bond.

は水素原子、アルキル基、アリール基又は式(3)〜式(5)のいずれかの基を示す。 Y 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or any group of formulas (3) to (5).

Figure 2017185462
Figure 2017185462

〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を示す。
*1は、上記窒素原子との結合部位である。
R 3 to R 6 each independently represents an alkyl group or an aryl group.
* 1 is a binding site with the nitrogen atom.

又はR〜Rが採りうるアルキル基又はアリール基としては、上記アルキル基又はアリール基が挙げられる。 Examples of the alkyl group or aryl group that Y 1 or R 3 to R 6 can take include the above alkyl group or aryl group.

1+は有機または無機のカチオンを示し、例えば、アンモニウムカチオン、アルカリ金属カチオンを挙げることができる。この内、有機カチオンが好ましい。
nは0以上の整数であり、好ましくは0〜2である。
X 1+ represents an organic or inorganic cation, and examples thereof include an ammonium cation and an alkali metal cation. Of these, organic cations are preferred.
n is an integer of 0 or more, preferably 0-2.

本発明に用いる高分子化合物は、下記式(7)で表される構成単位を主鎖に含むことが好ましい。
式(7)で表される構成単位とともに式(8)で表される構成単位を主鎖に含んでいてもよい。
ここで、式(8)で表される構成単位の上記高分子化合物に含まれる割合は少ない方が好ましく、上記高分子化合物中に含まれる全構成単位100モル%に対して式(8)で表される構成単位の上記高分子化合物に含まれる割合が5モル%以下であることがより好ましい。
The polymer compound used in the present invention preferably contains a structural unit represented by the following formula (7) in the main chain.
A structural unit represented by the formula (8) may be included in the main chain together with the structural unit represented by the formula (7).
Here, the proportion of the structural unit represented by the formula (8) contained in the polymer compound is preferably small, and the formula (8) represents 100 mol% of all the structural units contained in the polymer compound. The proportion of the structural unit represented in the polymer compound is more preferably 5 mol% or less.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

上記式(7)及び式(8)中、Z〜Z、Z〜Z、Y〜Y、X2+〜X3+は、上記式(1)及び式(2)中のZ〜Z、Y、X1+と同義である。 In the above formula (7) and formula (8), Z 5 to Z 6 , Z 8 to Z 9 , Y 2 to Y 3 , X 2+ to X 3+ are Z in the above formula (1) and formula (2). 1 to Z 4, a Y 1, synonymous with X 1+.

<式(3)〜式(5)のいずれかで表される基>
本発明で用いられる特定高分子化合物は、Yとして式(3)〜式(5)のいずれかで示される基を含むことが好ましい。式(3)〜式(5)で表される基は、一価の酸無水物又は一価の酸ハライド化合物と、特定高分子化合物中の主鎖中に組み込まれたスルホンアミド基との高分子反応により形成されうる。一価の酸無水物又は一価の酸ハライド化合物とは、上記特定高分子化合物中のスルホンアミド基と反応し、その基を形成可能な一価の化合物を意味する。一価の酸無水物又は一価の酸ハライド化合物の好ましい例としては、カルボン酸無水物、スルホン酸無水物、カルボン酸クロライド、スルホン酸クロライド、リン酸クロライドなどを挙げることができる。一価の酸ハライド化合物におけるハライドは、クロライド、ブロマイドが挙げられる。
本発明に使用しうる一価の酸無水物、一価の酸ハライド化合物の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに制限されない。
例えば、下記のH−1とCL−1とは、原料は違ってもYとして同じ基を形成することができる。
<Group represented by any one of formula (3) to formula (5)>
The specific polymer compound used in the present invention preferably contains a group represented by any one of formulas (3) to (5) as Y1. The groups represented by the formulas (3) to (5) are high in the monohydric acid anhydride or monovalent acid halide compound and the sulfonamide group incorporated in the main chain in the specific polymer compound. It can be formed by molecular reaction. The monovalent acid anhydride or monovalent acid halide compound means a monovalent compound that can react with the sulfonamide group in the specific polymer compound to form the group. Preferable examples of the monovalent acid anhydride or monovalent acid halide compound include carboxylic acid anhydride, sulfonic acid anhydride, carboxylic acid chloride, sulfonic acid chloride, and phosphoric acid chloride. Examples of the halide in the monovalent acid halide compound include chloride and bromide.
Specific examples of the monovalent acid anhydride and monovalent acid halide compound that can be used in the present invention are listed below, but the present invention is not limited thereto.
For example, the following H-1 and CL-1 can form the same group as Y 1 even if the raw materials are different.

<一価の酸無水物>

Figure 2017185462
<Monovalent acid anhydride>
Figure 2017185462

<一価の酸ハライド化合物>

Figure 2017185462
<Monovalent acid halide compound>
Figure 2017185462

Figure 2017185462
Figure 2017185462

Figure 2017185462
Figure 2017185462

本発明に用いる高分子化合物を構成する構成単位が、極性基であるスルホンアミド基を高分子化合物の主鎖に有するポリスルホンアミド化合物とすることによって、側鎖に導入した場合と比べて、ポリマー間の相互作用が向上し、ガス選択性と可塑化耐性が向上したと考えられる。かかる高分子化合物をガス分離層に用いた際に、優れたガス選択性と可塑化耐性の両立を高度なレベルで実現することが可能となる。
また、Z〜Z、Z〜Z及びY〜Yの芳香族ユニットを変更する事で、ガス透過性、ガス分離選択性、可塑化耐性のバランスを良好に調整する事が可能となる。
The structural unit constituting the polymer compound used in the present invention is a polysulfonamide compound having a sulfonamide group, which is a polar group, in the main chain of the polymer compound. It is considered that the gas selectivity and plasticization resistance were improved. When such a polymer compound is used in the gas separation layer, it is possible to achieve both excellent gas selectivity and plasticization resistance at a high level.
Moreover, by changing the aromatic units of Z 1 to Z 6 , Z 8 to Z 9 and Y 1 to Y 3 , the balance of gas permeability, gas separation selectivity, and plasticization resistance can be adjusted well. It becomes possible.

本発明に用いられる特定高分子化合物は、ジアミン化合物とジスルホン酸ハライド化合物から合成されることが好ましい。
本発明に用いられる特定高分子化合物は、下記例示のジアミン化合物と、下記例示のジスルホン酸ハライド化合物から合成されることが、より好ましい。
本発明に用いられる特定高分子化合物は、1種類のみのジアミン化合物と1種類のみのジスルホン酸ハライド化合物を有しても良いが、2種類以上のジアミン化合物と2種類以上のジスルホン酸ハライド化合物を有することが好ましい。
The specific polymer compound used in the present invention is preferably synthesized from a diamine compound and a disulfonic acid halide compound.
The specific polymer compound used in the present invention is more preferably synthesized from the diamine compound exemplified below and the disulfonic acid halide compound exemplified below.
The specific polymer compound used in the present invention may have only one type of diamine compound and only one type of disulfonic acid halide compound, but two or more types of diamine compounds and two or more types of disulfonic acid halide compounds may be used. It is preferable to have.

特定高分子化合物を合成するために好適に得られるジアミン化合物、ジスルホン酸ハライド化合物を以下に例示する。   Examples of the diamine compound and disulfonic acid halide compound that can be suitably obtained for synthesizing the specific polymer compound are shown below.

<ジスルホン酸ハライド化合物>

Figure 2017185462
<Disulfonic acid halide compound>
Figure 2017185462

<ジアミン化合物>

Figure 2017185462
<Diamine compound>
Figure 2017185462

以下に、特定高分子化合物を合成するために好適な化合物を以下に例示する。   Examples of compounds suitable for synthesizing the specific polymer compound are shown below.

Figure 2017185462
Figure 2017185462
Figure 2017185462
Figure 2017185462

Figure 2017185462
Figure 2017185462
Figure 2017185462
Figure 2017185462
Figure 2017185462
Figure 2017185462

本発明に用いられる特定高分子化合物は、例えば、酸ハライド基を2つ以上有する化合物とアミノ基を2つ以上有する化合物の重縮合反応により生成される。   The specific polymer compound used in the present invention is produced, for example, by a polycondensation reaction of a compound having two or more acid halide groups and a compound having two or more amino groups.

例えば、下記の2種の重合反応によれば、同一の特定高分子化合物(ポリスルホンアミド化合物)が得られる。下段に示した原料ジアミンを使用する方が、分子量が大きくなる。

Figure 2017185462
For example, according to the following two polymerization reactions, the same specific polymer compound (polysulfonamide compound) can be obtained. The molecular weight increases when the raw material diamine shown in the lower part is used.
Figure 2017185462

本発明に用いられる特定高分子化合物は、酸ハライド基を2つ以上有する化合物と、少なくとも1つのスルホンアミド基を含むジアミン化合物の逐次重合反応により生成することがより好ましい。   The specific polymer compound used in the present invention is more preferably produced by a sequential polymerization reaction of a compound having two or more acid halide groups and a diamine compound containing at least one sulfonamide group.

本発明で用いられる特定高分子化合物は、直鎖状の高分子化合物であることが好ましい。   The specific polymer compound used in the present invention is preferably a linear polymer compound.

本発明に用いられる特定高分子化合物の好ましい具体例を下記表に示す。例示化合物PS−1〜PS−25は、上記に記載されたジアミン化合物とジスルホン酸ハライド化合物とを表に記載の割合(モル比)で反応してできた高分子化合物を意味する。
また、ポリマーの重量平均分子量(Mw)は、GPC法により測定した値である。
本発明に用いられる特定高分子化合物は、下記表に記載された具体例に限定されるものではない。
Preferred specific examples of the specific polymer compound used in the present invention are shown in the following table. Exemplified compounds PS-1 to PS-25 mean polymer compounds obtained by reacting the diamine compounds described above and disulfonic acid halide compounds in the proportions (molar ratio) described in the table.
Moreover, the weight average molecular weight (Mw) of a polymer is the value measured by GPC method.
The specific polymer compound used in the present invention is not limited to the specific examples described in the following table.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

本発明の特定高分子化合物には、本発明の効果を損なわない限りにおいて、所望により他の成分(他の構成単位)を含有しても良い。
以下、一価の塩基性化合物について説明する。
The specific polymer compound of the present invention may contain other components (other structural units) as desired as long as the effects of the present invention are not impaired.
Hereinafter, the monovalent basic compound will be described.

<一価の塩基性化合物>
本発明の特定高分子化合物には、一価の塩基性化合物を含むことが好ましい。
本発明に用いられる一価の塩基性化合物とは、上記特定高分子化合物中のスルホンアミド基と塩構造を形成可能な一価の塩基性化合物を意味し、好ましい例としては、アルカリ金属の水酸化物、酸化物又は炭酸水素塩、アルコキシド(ROM)、フェノキシド(ArONa)等、アンモニア(気体、又は、水溶液)、ジアリールアミン及びトリアリールアミンを除くアミン類(ジアリールアミン及びトリアリールアミンは、ほぼ中性に近く、酸基との塩形成性が不十分であるため除外される)、ピリジン、キノリン、ピペリジン等の複素環塩基、ヒドラジン誘導体、アミジン誘導体、水酸化テトラアルキルアンモニウム、などを挙げることができる。
また、本発明において「塩構造を形成する」とは、そこで定義される化合物ないし基がそのまま塩をなすことのほか、その化合物ないし塩の一部が組み合わされて塩をなすことを意味する。例えば、特定の化合物のアニオンが解離してカチオン部分のみがスルホンアミド基と塩を形成してもよい。また、上記「塩構造」がガス分離層中で解離して存在していてもよい。
本発明で用いることのできる上記一価の塩基性化合物のなかでも、アルカリ金属の水酸化物、酸化物又は炭酸水素塩、アルコキシド(ROM)、フェノキシド(ArONa)、アンモニア(気体、又は、水溶液)、及び、含窒素化合物が好ましく挙げられる。
本発明に使用しうる一価の塩基性化合物の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに制限されない。
<Monovalent basic compound>
The specific polymer compound of the present invention preferably contains a monovalent basic compound.
The monovalent basic compound used in the present invention means a monovalent basic compound capable of forming a salt structure with the sulfonamide group in the specific polymer compound. Preferred examples include alkali metal water. Oxides, oxides or bicarbonates, alkoxides (ROM), phenoxides (ArONa), etc., amines other than ammonia (gas or aqueous solution), diarylamines and triarylamines (diarylamines and triarylamines are almost Nearly neutral and excluded due to insufficient salt formation with acid groups), heterocyclic bases such as pyridine, quinoline, piperidine, hydrazine derivatives, amidine derivatives, tetraalkylammonium hydroxide, etc. Can do.
In the present invention, “forms a salt structure” means that a compound or group defined therein forms a salt as it is, and a part of the compound or salt is combined to form a salt. For example, the anion of a specific compound may dissociate and only the cation moiety may form a salt with a sulfonamide group. Further, the “salt structure” may be dissociated in the gas separation layer.
Among the monovalent basic compounds that can be used in the present invention, alkali metal hydroxides, oxides or bicarbonates, alkoxides (ROM), phenoxides (ArONa), ammonia (gas or aqueous solution). Preferred are nitrogen-containing compounds.
Specific examples of the monovalent basic compound that can be used in the present invention are listed below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

Figure 2017185462
Figure 2017185462

Figure 2017185462
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Figure 2017185462
Figure 2017185462

以下に、特定高分子化合物と一価の塩基性化合物とで形成された塩構造を分子内に有する本発明に好適な特定高分子化合物の具体例を示す。
なお、本発明に用いられる特定高分子化合物は、これらの具体例に限定されるものではない。
Specific examples of the specific polymer compound suitable for the present invention having a salt structure formed of the specific polymer compound and a monovalent basic compound in the molecule are shown below.
The specific polymer compound used in the present invention is not limited to these specific examples.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

以下に、特定高分子化合物と、酸無水物又は酸ハライド化合物とで形成された本発明に好適な特定高分子化合物の具体例を示す。
なお、本発明に用いられる特定高分子化合物は、これらの具体例に限定されるものではない。
Below, the specific example of the specific polymer compound suitable for this invention formed with the specific polymer compound and the acid anhydride or acid halide compound is shown.
The specific polymer compound used in the present invention is not limited to these specific examples.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

置換基群Z:
アルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシルなどが挙げられる。)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜30、より好ましくは炭素数3〜20、特に好ましくは炭素数3〜10のシクロアルキル基であり、例えばシクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10のアルケニル基であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10のアルキニル基であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなどが挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12のアリール基であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル、アントラニルなどが挙げられる。)、アミノ基(アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基及びヘテロ環アミノ基を含み、好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜10のアミノ基であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10のアルコキシ基であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールオキシ基であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のヘテロ環オキシ基であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、
Substituent group Z:
An alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 10 carbon atoms, such as methyl, ethyl, iso-propyl, tert-butyl, n-octyl , N-decyl, n-hexadecyl, etc.), a cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, more preferably 3 to 20 carbon atoms, particularly preferably 3 to 10 carbon atoms). For example, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, etc.), an alkenyl group (preferably an alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, Vinyl, allyl, 2-butenyl, 3-pentenyl, etc.), an alkynyl group (preferably having 2 to 2 carbon atoms). 0, more preferably an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, such as propargyl and 3-pentynyl), an aryl group (preferably having 6 to 30 carbon atoms, and more). An aryl group having 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms is preferable, and examples thereof include phenyl, p-methylphenyl, naphthyl, anthranyl, and the like, amino groups (amino groups, alkylamino groups, An arylamino group and a heterocyclic amino group are included, preferably an amino group having 0 to 30 carbon atoms, more preferably 0 to 20 carbon atoms, particularly preferably 0 to 10 carbon atoms, such as amino, methylamino, dimethylamino , Diethylamino, dibenzylamino, diphenylamino, ditolylamino, etc.), alkoxy group Preferably it is a C1-C30, More preferably, it is a C1-C20, Most preferably, it is a C1-C10 alkoxy group, for example, a methoxy, an ethoxy, butoxy, 2-ethylhexyloxy etc. are mentioned. An aryloxy group (preferably an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, etc. A heterocyclic oxy group (preferably a heterocyclic oxy group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridyloxy, pyrazyloxy, Pyrimidyloxy, quinolyloxy, etc.),

アシル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のアシル基であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニル基であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12のアリールオキシカルボニル基であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルオキシ基であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10のアシルアミノ基であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、   An acyl group (preferably an acyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include acetyl, benzoyl, formyl, pivaloyl, etc.), alkoxy A carbonyl group (preferably an alkoxycarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, such as methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl), aryloxy A carbonyl group (preferably an aryloxycarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, more preferably 7 to 20 carbon atoms, particularly preferably 7 to 12 carbon atoms, such as phenyloxycarbonyl), an acyloxy group ( Preferably 2-30 carbons, more preferably 2-20 carbons, especially preferred. Or an acyloxy group having 2 to 10 carbon atoms such as acetoxy and benzoyloxy), an acylamino group (preferably having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, and particularly preferably carbon number). 2-10 acylamino groups such as acetylamino and benzoylamino).

アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12のアルコキシカルボニルアミノ基であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12のアリールオキシカルボニルアミノ基であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜12のスルファモイル基であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、   An alkoxycarbonylamino group (preferably an alkoxycarbonylamino group having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, such as methoxycarbonylamino), aryl Oxycarbonylamino group (preferably an aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms, more preferably 7 to 20 carbon atoms, particularly preferably 7 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyloxycarbonylamino group). A sulfonylamino group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methanesulfonylamino and benzenesulfonylamino), a sulfamoyl group (Preferably 0 to 30 carbon atoms, more preferably 0 to 20 carbon atoms, particularly preferably a sulfamoyl group having 0 to 12 carbon atoms, for example sulfamoyl, methylsulfamoyl, dimethylsulfamoyl, and the like phenylsulfamoyl.),

アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のアルキルチオ基であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12のアリールチオ基であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のヘテロ環チオ基であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、   An alkylthio group (preferably an alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methylthio and ethylthio), an arylthio group (preferably An arylthio group having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenylthio, and a heterocyclic thio group (preferably having 1 to 30 carbon atoms). More preferably a heterocyclic thio group having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazolylthio and the like. ),

スルホニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のスルホニル基であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のスルフィニル基であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のウレイド基であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12のリン酸アミド基であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子であり、より好ましくはフッ素原子が挙げられる。)、   A sulfonyl group (preferably a sulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as mesyl and tosyl), a sulfinyl group (preferably A sulfinyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methanesulfinyl, benzenesulfinyl, and the like, and a ureido group (preferably 1 carbon atom). -30, more preferably a ureido group having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as ureido, methylureido, phenylureido, etc.), phosphoric acid amide group (preferably having carbon number) 1 to 30, more preferably a phosphoric acid amide group having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms. For example, diethyl phosphoric acid amide, phenylphosphoric acid amide, etc.), hydroxy group, mercapto group, halogen atom (for example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, more preferably fluorine atom). ),

シアノ基、カルボキシ基、オキソ基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは3〜7員環のヘテロ環基で、芳香族ヘテロ環でも芳香族でないヘテロ環であってもよく、ヘテロ環を構成するヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子が挙げられる。炭素数は0〜30が好ましく、より好ましくは炭素数1〜12のヘテロ環基であり、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル、アゼピニルなどが挙げられる。)、シリル基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24のシリル基であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24のシリルオキシ基であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。)などが挙げられる。これらの置換基は、更に上記置換基群Zより選択されるいずれか1つ以上の置換基により置換されてもよい。
なお、本発明において、1つの構造部位に複数の置換基があるときには、それらの置換基は互いに連結して環を形成していたり、上記構造部位の一部又は全部と縮環して芳香族環もしくは不飽和複素環を形成していたりしてもよい。
A cyano group, a carboxy group, an oxo group, a nitro group, a hydroxamic acid group, a sulfino group, a hydrazino group, an imino group, a heterocyclic group (preferably a 3- to 7-membered heterocyclic group, neither an aromatic heterocyclic ring nor aromatic The hetero atom may be a hetero ring, and examples of the hetero atom constituting the hetero ring include a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom, preferably 0 to 30 carbon atoms, more preferably a hetero ring having 1 to 12 carbon atoms. Specific examples include imidazolyl, pyridyl, quinolyl, furyl, thienyl, piperidyl, morpholino, benzoxazolyl, benzimidazolyl, benzthiazolyl, carbazolyl, azepinyl and the like, and a silyl group (preferably having a carbon number). A silyl group having 3 to 40 carbon atoms, more preferably 3 to 30 carbon atoms, and particularly preferably 3 to 24 carbon atoms. For example, trimethylsilyl, triphenylsilyl, etc.), a silyloxy group (preferably a silyloxy group having 3 to 40 carbon atoms, more preferably 3 to 30 carbon atoms, and particularly preferably 3 to 24 carbon atoms. , Triphenylsilyloxy, etc.). These substituents may be further substituted with any one or more substituents selected from the above substituent group Z.
In the present invention, when one structural site has a plurality of substituents, these substituents are connected to each other to form a ring, or condensed with a part or all of the above structural sites to form an aromatic group. A ring or an unsaturated heterocyclic ring may be formed.

化合物ないし置換基等がアルキル基、アルケニル基等を含むとき、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。またアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。
本明細書において、単に置換基としてしか記載されていないものは、特に断わりのない限りこの置換基群Zを参照するものであり、また、各々の基の名称が記載されているだけのとき(例えば、「アルキル基」と記載されているだけのとき)は、この置換基群Zの対応する基における好ましい範囲、具体例が適用される。
When a compound or a substituent includes an alkyl group, an alkenyl group, etc., these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. When an aryl group, a heterocyclic group, or the like is included, they may be monocyclic or condensed, and may be substituted or unsubstituted.
In the present specification, what is merely described as a substituent refers to this substituent group Z unless otherwise specified, and when the name of each group is only described ( For example, when only “alkyl group” is described), preferred ranges and specific examples of the corresponding group in the substituent group Z are applied.

本発明に用いる高分子化合物の分子量は、重量平均分子量として10,000〜1,000,000であることが好ましく、より好ましくは15,000〜500,000であり、さらに好ましくは20,000〜200,000である。   The molecular weight of the polymer compound used in the present invention is preferably 10,000 to 1,000,000 as a weight average molecular weight, more preferably 15,000 to 500,000, still more preferably 20,000 to 200,000.

本明細書において分子量及び分散度は特に断らない限りGPC(ゲルろ過クロマトグラフィー)法を用いて測定した値とし、分子量はポリスチレン換算の重量平均分子量とする。GPC法に用いるカラムに充填されているゲルは芳香族化合物を繰り返し単位に持つゲルが好ましく、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体からなるゲルが挙げられる。カラムは2〜6本連結させて用いることが好ましい。用いる溶媒は、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、N−メチルピロリジノン等のアミド系溶媒が挙げられる。測定は、溶媒の流速が0.1〜2mL/minの範囲で行うことが好ましく、0.5〜1.5mL/minの範囲で行うことが最も好ましい。この範囲内で測定を行うことで、装置に負荷がかからず、さらに効率的に測定ができる。測定温度は10〜50℃で行うことが好ましく、20〜40℃で行うことが最も好ましい。なお、使用するカラム及びキャリアは測定対称となる高分子化合物の物性に応じて適宜選定することができる。   In the present specification, unless otherwise specified, the molecular weight and the degree of dispersion are values measured using a GPC (gel filtration chromatography) method, and the molecular weight is a weight average molecular weight in terms of polystyrene. The gel packed in the column used in the GPC method is preferably a gel having an aromatic compound as a repeating unit, and examples thereof include a gel made of a styrene-divinylbenzene copolymer. It is preferable to use 2 to 6 columns connected together. Examples of the solvent used include ether solvents such as tetrahydrofuran and amide solvents such as N-methylpyrrolidinone. The measurement is preferably performed at a solvent flow rate in the range of 0.1 to 2 mL / min, and most preferably in the range of 0.5 to 1.5 mL / min. By performing the measurement within this range, the apparatus is not loaded and the measurement can be performed more efficiently. The measurement temperature is preferably 10 to 50 ° C, most preferably 20 to 40 ° C. Note that the column and carrier to be used can be appropriately selected according to the physical properties of the polymer compound that is symmetrical to the measurement.

〔高分子化合物の合成〕
本発明に用いる高分子化合物は、ジスルホン酸ハライド化合物とジアミン化合物とを縮合重合させることで合成することができる。
[Synthesis of polymer compounds]
The polymer compound used in the present invention can be synthesized by condensation polymerization of a disulfonic acid halide compound and a diamine compound.

本発明に用いる高分子化合物は、上記各原料及び塩基性触媒(例えばトリエチルアミン、ピリジン等)を溶媒中に混合する方法で縮合重合させて得ることができる。
上記溶媒としては、特に限定されるものではないが、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系有機溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の脂肪族ケトン系有機溶剤、エチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルシクロペンチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系有機溶剤、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系有機溶剤、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系有機溶剤などが挙げられる。これらの有機溶剤は反応基質であるジスルホン酸ハライド化合物、ジアミン化合物、さらに最終生成物である高分子化合物を溶解させることを可能とする範囲で適切に選択されるものである。好ましくは、エステル系(好ましくは酢酸ブチル)、脂肪族ケトン系(好ましくは、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン)、エーテル系(ジエチレングリコールモノメチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル)、アミド系(好ましくはN−メチルピロリドン)、含硫黄系(ジメチルスルホキシド、スルホラン)の溶媒が好ましい。また、これらは、1種又は2種以上の溶媒を組み合わせて用いることができる。
The polymer compound used in the present invention can be obtained by condensation polymerization using a method in which the above raw materials and a basic catalyst (for example, triethylamine, pyridine, etc.) are mixed in a solvent.
The solvent is not particularly limited, but ester organic solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate; aliphatics such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, cyclopentanone, and cyclohexanone. Ketone-based organic solvents, ether-based organic solvents such as ethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, methylcyclopentyl ether, dioxane, and amide-based organic solvents such as N-methylpyrrolidone, 2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, and dimethylacetamide Examples of the solvent include sulfur-containing organic solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane. These organic solvents are appropriately selected as long as it is possible to dissolve the disulfonic acid halide compound and the diamine compound as the reaction substrate and the polymer compound as the final product. Preferably, ester type (preferably butyl acetate), aliphatic ketone type (preferably methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, cyclopentanone, cyclohexanone), ether type (diethylene glycol monomethyl ether, methyl cyclopentyl ether), amide A solvent of a system (preferably N-methylpyrrolidone) or a sulfur-containing system (dimethyl sulfoxide, sulfolane) is preferable. Moreover, these can be used combining 1 type (s) or 2 or more types of solvent.

重合反応温度に特に制限はなく高分子化合物の合成において通常採用されうる温度を採用することができる。具体的には−50〜250℃であることが好ましく、より好ましくは−25〜225℃であり、更に好ましくは−10℃〜100℃であり、特に好ましくは0℃〜70℃である。   There is no restriction | limiting in particular in polymerization reaction temperature, The temperature normally employ | adopted in the synthesis | combination of a high molecular compound is employable. Specifically, it is preferably −50 to 250 ° C., more preferably −25 to 225 ° C., further preferably −10 ° C. to 100 ° C., and particularly preferably 0 ° C. to 70 ° C.

本発明において、高分子化合物の重合反応液中のジスルホン酸ハライド化合物及びジアミン化合物の総濃度は特に限定されるものではないが、5〜100質量%が好ましく、より好ましくは20〜90質量%が好ましく、さらに好ましくは30〜60質量%である。   In the present invention, the total concentration of the disulfonic acid halide compound and the diamine compound in the polymerization reaction solution of the polymer compound is not particularly limited, but is preferably 5 to 100% by mass, more preferably 20 to 90% by mass. Preferably, it is 30-60 mass% more preferably.

[ガス分離膜]
〔ガス分離複合膜〕
本発明のガス分離膜の好ましい態様であるガス分離複合膜は、ガス透過性の支持層の上側に、特定の高分子化合物を含有してなるガス分離層が形成されている。この複合膜は、多孔質の支持体の少なくとも表面に、上記のガス分離層をなす塗布液(ドープ)を塗布(本明細書において塗布とは浸漬により表面に付着される態様を含む意味である。)することにより形成することが好ましい。
図1は、本発明の好ましい実施形態であるガス分離複合膜10を模式的に示す縦断面図である。1はガス分離層、2は多孔質層からなる支持層である。図2は、本発明の別の好ましい実施形態であるガス分離複合膜20を模式的に示す断面図である。この実施形態では、ガス分離層1及び多孔質層2に加え、支持層として不織布層3が追加されている。
図1及び2は、二酸化炭素とメタンの混合ガスから二酸化炭素を選択的に透過させることにより、透過ガスを二酸化炭素リッチにした態様を示す。
[Gas separation membrane]
[Gas separation composite membrane]
In the gas separation composite membrane which is a preferred embodiment of the gas separation membrane of the present invention, a gas separation layer containing a specific polymer compound is formed on the upper side of the gas permeable support layer. This composite membrane is applied to the above-mentioned coating solution (dope) forming the gas separation layer on at least the surface of the porous support (in this specification, coating is meant to include an aspect in which it is attached to the surface by dipping) )) Is preferable.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a gas separation composite membrane 10 which is a preferred embodiment of the present invention. 1 is a gas separation layer, 2 is a support layer which consists of a porous layer. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a gas separation composite membrane 20 which is another preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, a nonwoven fabric layer 3 is added as a support layer in addition to the gas separation layer 1 and the porous layer 2.
1 and 2 show an embodiment in which carbon dioxide is selectively permeated from a mixed gas of carbon dioxide and methane to make the permeated gas rich in carbon dioxide.

本明細書において「支持層上側」とは、支持層とガス分離層との間に他の層が介在してもよい意味である。また、上下の表現については、特に断らない限り、分離対象となるガスが供給される側を「上」とし、分離されたガスが出される側を「下」とする。   In this specification, “upper support layer” means that another layer may be interposed between the support layer and the gas separation layer. As for the upper and lower expressions, unless otherwise specified, the side to which the gas to be separated is supplied is “upper”, and the side from which the separated gas is released is “lower”.

本発明のガス分離複合膜は、多孔質性の支持体(支持層)の表面ないし内面にガス分離層を形成・配置するようにしてもよく、少なくとも表面に形成して簡便に複合膜とすることができる。多孔質性の支持体の少なくとも表面にガス分離層を形成することで、高分離選択性と高ガス透過性、更には機械的強度を兼ね備えるという利点を有する複合膜とすることができる。分離層の膜厚としては機械的強度、分離選択性を維持しつつ高ガス透過性を付与する条件において可能な限り薄膜であることが好ましい。   In the gas separation composite membrane of the present invention, a gas separation layer may be formed and disposed on the surface or inner surface of a porous support (support layer). be able to. By forming a gas separation layer on at least the surface of the porous support, a composite membrane having the advantages of having both high separation selectivity, high gas permeability, and mechanical strength can be obtained. The thickness of the separation layer is preferably a thin film as much as possible under the condition of imparting high gas permeability while maintaining mechanical strength and separation selectivity.

本発明のガス分離複合膜において、ガス分離層の厚さは特に限定されない。ガス分離層の厚さは、0.01〜5.0μmであることが好ましく、0.05〜2.0μmであることがより好ましい。   In the gas separation composite membrane of the present invention, the thickness of the gas separation layer is not particularly limited. The thickness of the gas separation layer is preferably 0.01 to 5.0 μm, and more preferably 0.05 to 2.0 μm.

支持層に好ましく適用される多孔質支持体(多孔質層)は、機械的強度及び高気体透過性の付与に合致する目的のものであれば、特に限定されるものではなく有機、無機どちらの素材であっても構わない。好ましくは有機高分子の多孔質膜であり、その厚さは1〜3000μm、好ましくは5〜500μmであり、より好ましくは5〜150μmである。この多孔質膜の細孔構造は、通常平均細孔直径が10μm以下、好ましくは0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下である。空孔率は好ましくは20〜90%であり、より好ましくは30〜80%である。
ここで、支持層が「ガス透過性」を有するとは、支持層(支持層のみからなる膜)に対して、40℃の温度下、ガス供給側の全圧力を5MPaにして二酸化炭素を供給した際に、二酸化炭素の透過速度が1×10−5cm(STP)/cm・sec・cmHg(10GPU)以上であることを意味する。さらに、支持層のガス透過性は、40℃の温度下、ガス供給側の全圧力を5MPaにして二酸化炭素を供給した際に、二酸化炭素透過速度が3×10−5cm(STP)/cm・sec・cmHg(30GPU)以上であることが好ましく、100GPU以上であることがより好ましく、200GPU以上であることがさらに好ましい。多孔質膜の素材としては、従来公知の高分子、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂等、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等、ポリスチレン、酢酸セルロース、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアラミド等の各種樹脂を挙げることができる。多孔質膜の形状としては、平板状、スパイラル状、管状、中空糸状などいずれの形状をとることもできる。
The porous support (porous layer) preferably applied to the support layer is not particularly limited as long as it has the purpose of meeting mechanical strength and imparting high gas permeability. It may be a material. Preferably, it is an organic polymer porous film, and its thickness is 1 to 3000 μm, preferably 5 to 500 μm, and more preferably 5 to 150 μm. The pore structure of this porous membrane usually has an average pore diameter of 10 μm or less, preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.2 μm or less. The porosity is preferably 20 to 90%, more preferably 30 to 80%.
Here, that the support layer has “gas permeability” means that carbon dioxide is supplied to the support layer (a film composed of only the support layer) at a temperature of 40 ° C. with a total pressure of 5 MPa on the gas supply side. It means that the permeation rate of carbon dioxide is 1 × 10 −5 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg (10 GPU) or more. Further, the gas permeability of the support layer is such that when carbon dioxide is supplied at a temperature of 40 ° C. and the total pressure on the gas supply side is 5 MPa, the carbon dioxide transmission rate is 3 × 10 −5 cm 3 (STP) / It is preferably cm 2 · sec · cmHg (30 GPU) or more, more preferably 100 GPU or more, and further preferably 200 GPU or more. Examples of porous membrane materials include conventionally known polymers such as polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, and polyvinylidene fluoride, polystyrene, cellulose acetate, and polyurethane. And various resins such as polyacrylonitrile, polyphenylene oxide, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, and polyaramid. The shape of the porous membrane may be any shape such as a flat plate shape, a spiral shape, a tubular shape, and a hollow fiber shape.

本発明のガス分離複合膜においては、ガス分離層を形成する支持層の下部にさらに機械的強度を付与するために支持体が形成されていることが好ましい。このような支持体としては、織布、不織布、ネット等が挙げられるが、製膜性及びコスト面から不織布が好適に用いられる。不織布としてはポリエステル、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリアミド等からなる繊維を単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよい。不織布は、例えば、水に均一に分散した主体繊維とバインダー繊維を円網や長網等で抄造し、ドライヤーで乾燥することにより製造できる。また、毛羽を除去したり機械的性質を向上させたり等の目的で、不織布を2本のロール挟んで圧熱加工を施すことも好ましい。   In the gas separation composite membrane of the present invention, it is preferable that a support is formed to further impart mechanical strength to the lower portion of the support layer forming the gas separation layer. Examples of such a support include woven fabrics, nonwoven fabrics, nets, and the like, but nonwoven fabrics are preferably used in terms of film forming properties and cost. As the nonwoven fabric, fibers made of polyester, polypropylene, polyacrylonitrile, polyethylene, polyamide or the like may be used alone or in combination. The nonwoven fabric can be produced, for example, by making a main fiber and a binder fiber uniformly dispersed in water using a circular net or a long net, and drying with a dryer. Moreover, it is also preferable to apply a heat treatment by sandwiching a non-woven fabric between two rolls for the purpose of removing fluff and improving mechanical properties.

<ガス分離複合膜の製造方法>
本発明の複合膜の製造方法は、好ましくは、上記高分子化合物を含有する塗布液を支持体上に塗布してガス分離層を形成することを含む製造方法が好ましい。塗布液中の高分子化合物の含有量は特に限定されないが、0.1〜30質量%であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましい。高分子化合物の含有量が低すぎると、多孔質支持体上に製膜した際に、容易に下層に浸透してしまうために分離に寄与する表層に欠陥が生じる可能性が高くなる。また、高分子化合物の含有量が高すぎると、多孔質支持体上に製膜した際に孔内に高濃度に充填されてしまい、透過性が低くなる可能性がある。本発明のガス分離膜は、分離層のポリマーの分子量、構造、組成さらには溶液粘度を調整することで適切に製造することができる。
<Method for producing gas separation composite membrane>
The production method of the composite membrane of the present invention is preferably a production method including forming a gas separation layer by applying a coating liquid containing the polymer compound on a support. Although content of the high molecular compound in a coating liquid is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1-30 mass%, and it is more preferable that it is 0.5-10 mass%. When the content of the polymer compound is too low, when the film is formed on the porous support, it easily penetrates into the lower layer, so that there is a high possibility that defects will occur in the surface layer that contributes to separation. On the other hand, if the content of the polymer compound is too high, the pores are filled at a high concentration when the film is formed on the porous support, and the permeability may be lowered. The gas separation membrane of the present invention can be appropriately produced by adjusting the molecular weight, structure, composition, and solution viscosity of the polymer in the separation layer.

塗布液の媒体とする有機溶剤としては、特に限定されるものではないが、n−ヘキサン、n−ヘプタン等の炭化水素系有機溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系有機溶剤、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール等の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の脂肪族ケトン、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、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルシクロペンチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系有機溶剤、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。これらの有機溶剤は支持体を浸蝕するなどの悪影響を及ぼさない範囲で適切に選択されるものである。好ましくは、エステル系(好ましくは酢酸ブチル)、アルコール系(好ましくはメタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール)、脂肪族ケトン(好ましくは、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン)、エーテル系(エチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル)の溶剤が好ましく、さらに好ましくは脂肪族ケトン系、アルコール系、エーテル系である。またこれらは、1種又は2種以上の溶剤を組み合わせて用いることができる。   The organic solvent used as a medium for the coating solution is not particularly limited, but is a hydrocarbon organic solvent such as n-hexane or n-heptane, an ester organic solvent such as methyl acetate, ethyl acetate, or butyl acetate, Lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol and tert-butanol, aliphatic ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, cyclopentanone and cyclohexanone, ethylene glycol , Diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl or monoethyl ether, propylene glycol methyl ether, dipropylene glycol methyl ether, triplicate Ether-based organics such as pyrene glycol methyl ether, ethylene glycol phenyl ether, propylene glycol phenyl ether, diethylene glycol monomethyl or monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl or monoethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, methylcyclopentyl ether, dioxane Examples include solvents, N-methylpyrrolidone, 2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide and the like. These organic solvents are appropriately selected as long as they do not adversely affect the substrate. Preferably, ester type (preferably butyl acetate), alcohol type (preferably methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol), aliphatic ketone (preferably methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, cyclopentanone, cyclohexanone) , Ether-based (ethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, methylcyclopentyl ether) solvents are preferable, and aliphatic ketone-based, alcohol-based, and ether-based solvents are more preferable. Moreover, these can be used combining 1 type (s) or 2 or more types of solvent.

(支持層とガス分離層の間の他の層)
本発明のガス分離複合膜において、支持層とガス分離層との間には他の層が存在していてもよい。他の層の好ましい例として、シロキサン化合物層が挙げられる。シロキサン化合物層を設けることで、支持体最表面の凹凸を平滑化することができ、分離層の薄層化が容易になる。シロキサン化合物層を形成するシロキサン化合物としては、主鎖がポリシロキサンからなるものと、主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造を有する化合物とが挙げられる。
本明細書において「シロキサン化合物」という場合、特に断りのない限り、オルガノポリシロキサン化合物を意味する。
(Other layers between the support layer and the gas separation layer)
In the gas separation composite membrane of the present invention, another layer may exist between the support layer and the gas separation layer. A preferred example of the other layer is a siloxane compound layer. By providing the siloxane compound layer, the unevenness on the outermost surface of the support can be smoothed, and the separation layer can be easily thinned. Examples of the siloxane compound forming the siloxane compound layer include those having a main chain made of polysiloxane and compounds having a siloxane structure and a non-siloxane structure in the main chain.
In the present specification, the term “siloxane compound” means an organopolysiloxane compound unless otherwise specified.

−主鎖がポリシロキサンからなるシロキサン化合物−
シロキサン化合物層に用いうる、主鎖がポリシロキサンからなるシロキサン化合物としては、下記式(1)もしくは(2)で表されるポリオルガノシロキサンの1種又は2種以上が挙げられる。また、これらのポリオルガノシロキサンは架橋反応物を形成していてもよい。この架橋反応物としては、例えば、下記式(1)で表される化合物が、下記式(1)の反応性基Xと反応して連結する基を両末端に有するポリシロキサン化合物により架橋された形態の化合物が挙げられる。
-Siloxane compound whose main chain is made of polysiloxane-
Examples of the siloxane compound having a main chain made of polysiloxane that can be used in the siloxane compound layer include one or more polyorganosiloxanes represented by the following formula (1) or (2). Moreover, these polyorganosiloxanes may form a crosslinking reaction product. As the cross-linking reaction, for example, a compound represented by the following formula (1) is crosslinked by a polysiloxane compound having a group capable of linking by reacting with the reactive group X S of the formula (1) at both ends The compound of the form is mentioned.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(1)中、Rは非反応性基であって、アルキル基(好ましくは炭素数1〜18、より好ましくは炭素数1〜12のアルキル基)又はアリール基(好ましくは炭素数6〜15、より好ましくは炭素数6〜12のアリール基、さらに好ましくはフェニル)であることが好ましい。
は反応性基であって、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、ヒドロキシ基、及び置換アルキル基(好ましくは炭素数1〜18、より好ましくは炭素数1〜12のアルキル基)から選ばれる基であることが好ましい。
及びZは上記R又はXである。
mは1以上の数であり、好ましくは1〜100,000である。
nは0以上の数であり、好ましくは0〜100,000である。
In the formula (1), R S is a non-reactive group and is an alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms) or an aryl group (preferably having 6 to 6 carbon atoms). 15, more preferably an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, still more preferably phenyl).
XS is a reactive group, and is selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a vinyl group, a hydroxy group, and a substituted alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms). It is preferably a group.
Y S and Z S are the above R S or X S.
m is a number of 1 or more, and preferably 1 to 100,000.
n is a number of 0 or more, preferably 0 to 100,000.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(2)中、X、Y、Z、R、m及びnは、それぞれ式(1)のX、Y、Z、R、m及びnと同義である。 Wherein (2), X S, Y S, Z S, R S, m and n are X S of each formula (1), Y S, Z S, R S, and m and n synonymous.

上記式(1)及び(2)において、非反応性基Rがアルキル基である場合、このアルキル基の例としては、メチル、エチル、へキシル、オクチル、デシル、及びオクタデシルを挙げることができる。また、非反応性基Rがフルオロアルキル基である場合、このフルオロアルキル基としては、例えば、−CHCHCF、−CHCH13が挙げられる。 In the above formulas (1) and (2), when the non-reactive group R S is an alkyl group, examples of the alkyl group include methyl, ethyl, hexyl, octyl, decyl, and octadecyl. . When the non-reactive group R is a fluoroalkyl group, examples of the fluoroalkyl group include —CH 2 CH 2 CF 3 and —CH 2 CH 2 C 6 F 13 .

上記式(1)及び(2)において、反応性基Xが置換アルキル基である場合、このアルキル基の例としては、炭素数1〜18のヒドロキシアルキル基、炭素数1〜18のアミノアルキル基、炭素数1〜18のカルボキシアルキル基、炭素数1〜18のクロロアルキル基、炭素数1〜18のグリシドキシアルキル基、グリシジル基、炭素数7〜16のエポキシシクロへキシルアルキル基、炭素数4〜18の(1−オキサシクロブタン−3−イル)アルキル基、メタクリロキシアルキル基、及びメルカプトアルキル基が挙げられる。
上記ヒドロキシアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は1〜10の整数であることが好ましく、例えば、−CHCHCHOHが挙げられる。
上記アミノアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は1〜10の整数であることが好ましく、例えば、−CHCHCHNHが挙げられる。
上記カルボキシアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は1〜10の整数であることが好ましく、例えば、−CHCHCHCOOHが挙げられる。
上記クロロアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は1〜10の整数であることが好ましく、好ましい例としては−CHClが挙げられる。
上記グリシドキシアルキル基を構成するアルキル基の好ましい炭素数は1〜10の整数であり、好ましい例としては、3−グリシジルオキシプロピルが挙げられる。
上記炭素数7〜16のエポキシシクロへキシルアルキル基の好ましい炭素数は8〜12の整数である。
炭素数4〜18の(1−オキサシクロブタン−3−イル)アルキル基の好ましい炭素数は4〜10の整数である。
上記メタクリロキシアルキル基を構成するアルキル基の好ましい炭素数は1〜10の整数であり、例えば、−CHCHCH−OOC−C(CH)=CHが挙げられる。
上記メルカプトアルキル基を構成するアルキル基の好ましい炭素数は1〜10の整数であり、例えば、−CHCHCHSHが挙げられる。
m及びnは、化合物の分子量が5,000〜1,000,000になる数であることが好ましい。
In the above formulas (1) and (2), when the reactive group XS is a substituted alkyl group, examples of the alkyl group include a hydroxyalkyl group having 1 to 18 carbon atoms and an aminoalkyl having 1 to 18 carbon atoms. Group, a carboxyalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a chloroalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a glycidoxyalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a glycidyl group, an epoxycyclohexylalkyl group having 7 to 16 carbon atoms, Examples thereof include (1-oxacyclobutan-3-yl) alkyl groups, methacryloxyalkyl groups, and mercaptoalkyl groups having 4 to 18 carbon atoms.
Preferably the number of carbon atoms of the alkyl group constituting the hydroxyalkyl groups is an integer of 1 to 10, for example, -CH 2 CH 2 CH 2 OH.
Preferably the number of carbon atoms of the alkyl group constituting the amino alkyl group is an integer of 1 to 10, for example, -CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 .
Preferably the number of carbon atoms of the alkyl group constituting the carboxyalkyl group is an integer of 1 to 10, for example, -CH 2 CH 2 CH 2 COOH.
The number of carbon atoms of the alkyl group constituting the chloroalkyl group is preferably an integer of 1 to 10, and a preferred example is —CH 2 Cl.
The preferred carbon number of the alkyl group constituting the glycidoxyalkyl group is an integer of 1 to 10, and a preferred example is 3-glycidyloxypropyl.
The preferable carbon number of the said C7-C16 epoxy cyclohexyl alkyl group is an integer of 8-12.
A preferable carbon number of the (1-oxacyclobutan-3-yl) alkyl group having 4 to 18 carbon atoms is an integer of 4 to 10.
Preferred number of carbon atoms of the alkyl group constituting the methacryloxy group is an integer of 1 to 10, for example, -CH 2 CH 2 CH 2 -OOC -C (CH 3) = CH 2 and the like.
The preferable carbon number of the alkyl group constituting the mercaptoalkyl group is an integer of 1 to 10, and examples thereof include —CH 2 CH 2 CH 2 SH.
m and n are preferably numbers that give a molecular weight of 5,000 to 1,000,000.

上記式(1)及び(2)において、反応性基含有シロキサン単位(式中、その数がnで表される構成単位)と反応性基を有さないシロキサン単位(式中、その数がmで表される構成単位)の分布に特に制限はない。すなわち、式(1)及び(2)中、(Si(R)(R)−O)単位と(Si(R)(X)−O)単位はランダムに分布していてもよい。 In the above formulas (1) and (2), a reactive group-containing siloxane unit (wherein the number is a structural unit represented by n) and a siloxane unit having no reactive group (wherein the number is m The distribution of the structural unit represented by That is, in the formulas (1) and (2), the (Si (R S ) (R S ) —O) unit and the (Si (R S ) (X S ) —O) unit may be randomly distributed. .

−主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造を有する化合物−
シロキサン化合物層に用いうる、主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造を有する化合物としては、例えば、下記式(3)〜(7)で表される化合物が挙げられる。
-Compounds having siloxane structure and non-siloxane structure in the main chain-
Examples of the compound having a siloxane structure and a non-siloxane structure in the main chain that can be used in the siloxane compound layer include compounds represented by the following formulas (3) to (7).

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(3)中、R、m及びnは、それぞれ式(1)のR、m及びnと同義である。Rは−O−又は−CH−であり、RS1は水素原子又はメチルである。式(3)の両末端はアミノ基、水酸基、カルボキシ基、トリメチルシリル基、エポキシ基、ビニル基、水素原子、置換アルキル基であることが好ましい。 Wherein (3), R S, m and n are respectively the same as R S, m and n in formula (1). R L is —O— or —CH 2 —, and R S1 is a hydrogen atom or methyl. Both ends of the formula (3) are preferably an amino group, a hydroxyl group, a carboxy group, a trimethylsilyl group, an epoxy group, a vinyl group, a hydrogen atom, or a substituted alkyl group.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(4)中、m及びnは、それぞれ式(1)におけるm及びnと同義である。   In Formula (4), m and n are synonymous with m and n in Formula (1), respectively.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(5)中、m及びnは、それぞれ式(1)におけるm及びnと同義である。   In Formula (5), m and n are synonymous with m and n in Formula (1), respectively.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(6)中、m及びnは、それぞれ式(1)におけるm及びnと同義である。式(6)の両末端はアミノ基、水酸基、カルボキシ基、トリメチルシリル基、エポキシ基、ビニル基、水素原子、又は置換アルキル基が結合していることが好ましい。   In Formula (6), m and n are synonymous with m and n in Formula (1), respectively. It is preferable that the both ends of Formula (6) have an amino group, a hydroxyl group, a carboxy group, a trimethylsilyl group, an epoxy group, a vinyl group, a hydrogen atom, or a substituted alkyl group bonded thereto.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

式(7)中、m及びnは、それぞれ式(1)におけるm及びnと同義である。式(7)の両末端はアミノ基、水酸基、カルボキシ基、トリメチルシリル基、エポキシ、ビニル基、水素原子、又は置換アルキル基が結合していることが好ましい。   In Formula (7), m and n are synonymous with m and n in Formula (1), respectively. It is preferable that an amino group, a hydroxyl group, a carboxy group, a trimethylsilyl group, an epoxy, a vinyl group, a hydrogen atom, or a substituted alkyl group is bonded to both ends of the formula (7).

上記式(3)〜(7)において、シロキサン構造単位と非シロキサン構造単位とは、ランダムに分布していてもよい。   In the above formulas (3) to (7), the siloxane structural unit and the non-siloxane structural unit may be randomly distributed.

主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造を有する化合物は、全繰り返し構造単位の合計モル数に対して、シロキサン構造単位を50モル%以上含有することが好ましく、70モル%以上含有することがさらに好ましい。   The compound having a siloxane structure and a non-siloxane structure in the main chain preferably contains 50 mol% or more of siloxane structural units, more preferably 70 mol% or more, based on the total number of moles of all repeating structural units. .

シロキサン化合物層に用いるシロキサン化合物の重量平均分子量は、薄膜化と耐久性の両立の観点から、5,000〜1,000,000であることが好ましい。重量平均分子量の測定方法は上述したとおりである。   The weight average molecular weight of the siloxane compound used for the siloxane compound layer is preferably 5,000 to 1,000,000 from the viewpoint of achieving both thinning and durability. The method for measuring the weight average molecular weight is as described above.

さらに、シロキサン化合物層を構成するシロキサン化合物の好ましい例を以下に列挙する。
ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリスルホン/ポリヒドロキシスチレン/ポリジメチルシロキサン共重合体、ジメチルシロキサン/メチルビニルシロキサン共重合体、ジメチルシロキサン/ジフェニルシロキサン/メチルビニルシロキサン共重合体、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン/メチルビニルシロキサン共重合体、ジメチルシロキサン/メチルフェニルシロキサン/メチルビニルシロキサン共重合体、ジフェニルシロキサン/ジメチルシロキサン共重合体末端ビニル、ポリジメチルシロキサン末端ビニル、ポリジメチルシロキサン末端H、及びジメチルシロキサン/メチルハイドロシロキサン共重合体から選ばれる1種又は2種以上。なお、これらは架橋反応物を形成している形態も含まれる。
Furthermore, the preferable example of the siloxane compound which comprises a siloxane compound layer is enumerated below.
Polydimethylsiloxane, polymethylphenylsiloxane, polydiphenylsiloxane, polysulfone / polyhydroxystyrene / polydimethylsiloxane copolymer, dimethylsiloxane / methylvinylsiloxane copolymer, dimethylsiloxane / diphenylsiloxane / methylvinylsiloxane copolymer, methyl -3,3,3-trifluoropropylsiloxane / methylvinylsiloxane copolymer, dimethylsiloxane / methylphenylsiloxane / methylvinylsiloxane copolymer, diphenylsiloxane / dimethylsiloxane copolymer terminal vinyl, polydimethylsiloxane terminal vinyl, One or more selected from polydimethylsiloxane terminal H and dimethylsiloxane / methylhydrosiloxane copolymer. In addition, these include the form which forms the cross-linking reaction product.

本発明の複合膜において、シロキサン化合物層の厚さは、平滑性及びガス透過性の観点から、0.01〜5μmであることが好ましく、0.05〜1μmであることがより好ましい。
また、シロキサン化合物層の40℃、4MPaにおける気体透過率は二酸化炭素透過速度で100GPU以上であることが好ましく、300GPU以上であることがより好ましく、1000GPU以上であることがさらに好ましい。
In the composite film of the present invention, the thickness of the siloxane compound layer is preferably 0.01 to 5 μm, and more preferably 0.05 to 1 μm, from the viewpoint of smoothness and gas permeability.
Further, the gas permeability at 40 ° C. and 4 MPa of the siloxane compound layer is preferably 100 GPU or more, more preferably 300 GPU or more, and further preferably 1000 GPU or more in terms of carbon dioxide transmission rate.

〔ガス分離非対称膜〕
本発明のガス分離膜は、非対称膜であってもよい。非対称膜は、ポリイミド化合物を含む溶液を用いて相転換法によって形成することができる。相転換法は、ポリマー溶液を凝固液と接触させて相転換させながら膜を形成する公知の方法であり、本発明ではいわゆる乾湿式法が好適に用いられる。乾湿式法は、膜形状にしたポリマー溶液の表面の溶液を蒸発させて薄い緻密層を形成し、ついで凝固液(ポリマー溶液の溶媒とは相溶し、ポリマーは不溶な溶剤)に浸漬し、その際生じる相分離現象を利用して微細孔を形成して多孔質層を形成させる方法であり、ロブ・スリラージャンらの提案(例えば、米国特許第3,133,132号明細書)したものである。
[Gas separation asymmetric membrane]
The gas separation membrane of the present invention may be an asymmetric membrane. The asymmetric membrane can be formed by a phase change method using a solution containing a polyimide compound. The phase inversion method is a known method for forming a film while bringing a polymer solution into contact with a coagulation liquid to cause phase conversion. In the present invention, a so-called dry / wet method is suitably used. The dry and wet method evaporates the solution on the surface of the polymer solution in the form of a film to form a thin dense layer, and then immerses it in a coagulation liquid (solvent that is compatible with the solvent of the polymer solution and the polymer is insoluble), This is a method of forming a porous layer by forming micropores using the phase separation phenomenon that occurs at that time, and proposed by Rob Thrillerjan et al. (For example, US Pat. No. 3,133,132) It is.

本発明のガス分離非対称膜において、緻密層あるいはスキン層と呼ばれるガス分離に寄与する表層の厚さは特に限定されない。表層の厚さは、実用的なガス透過性を付与する観点から、0.01〜5.0μmであることが好ましく、0.05〜1.0μmであることがより好ましい。一方、緻密層より下部の多孔質層はガス透過性の抵抗を下げると同時に機械強度の付与の役割を担うものであり、その厚さは非対称膜としての自立性が付与される限りにおいては特に限定されるものではない。この厚さは、5〜500μmであることが好ましく、5〜200μmであることがより好ましく、5〜100μmであることがさらに好ましい。   In the gas separation asymmetric membrane of the present invention, the thickness of the surface layer that contributes to gas separation called a dense layer or a skin layer is not particularly limited. The thickness of the surface layer is preferably 0.01 to 5.0 μm, more preferably 0.05 to 1.0 μm, from the viewpoint of imparting practical gas permeability. On the other hand, the porous layer below the dense layer lowers the gas permeability resistance and at the same time plays a role of imparting mechanical strength, and its thickness is particularly limited as long as it is self-supporting as an asymmetric membrane. It is not limited. This thickness is preferably 5 to 500 μm, more preferably 5 to 200 μm, and still more preferably 5 to 100 μm.

本発明のガス分離非対称膜は、平膜であってもあるいは中空糸膜であってもよい。非対称中空糸膜は乾湿式紡糸法により製造することができる。乾湿式紡糸法は、乾湿式法を紡糸ノズルから吐出して中空糸状の目的形状としたポリマー溶液に適用して非対称中空糸膜を製造する方法である。より詳しくは、ポリマー溶液をノズルから中空糸状の目的形状に吐出させ、吐出直後に空気又は窒素ガス雰囲気中を通した後、ポリマーを実質的には溶解せず且つポリマー溶液の溶媒とは相溶性を有する凝固液に浸漬して非対称構造を形成し、その後乾燥し、さらに必要に応じて加熱処理して分離膜を製造する方法である。   The gas separation asymmetric membrane of the present invention may be a flat membrane or a hollow fiber membrane. The asymmetric hollow fiber membrane can be produced by a dry and wet spinning method. The dry-wet spinning method is a method for producing an asymmetric hollow fiber membrane by applying a dry-wet method to a polymer solution that is discharged from a spinning nozzle to have a hollow fiber-shaped target shape. More specifically, the polymer solution is discharged from a nozzle into a hollow fiber-shaped target shape, and after passing through an air or nitrogen gas atmosphere immediately after discharge, the polymer is not substantially dissolved and is compatible with the solvent of the polymer solution. In this method, an asymmetric structure is formed by immersing in a coagulating liquid containing, then dried, and further heat-treated as necessary to produce a separation membrane.

ノズルから吐出させるポリイミド化合物を含む溶液の溶液粘度は、吐出温度(例えば10℃)で2〜17000Pa・s、好ましくは10〜1500Pa・s、特に好ましくは20〜1000Pa・sであることが、中空糸状などの吐出後の形状を安定に得ることができるので好ましい。凝固液への浸漬は、一次凝固液に浸漬して中空糸状等の膜の形状が保持出来る程度に凝固させた後、案内ロールに巻き取り、ついで二次凝固液に浸漬して膜全体を十分に凝固させることが好ましい。凝固した膜の乾燥は、凝固液を炭化水素などの溶媒に置換してから行うのが効率的である。乾燥のための加熱処理は、用いたポリイミド化合物の軟化点又は二次転移点よりも低い温度で実施することが好ましい。   The solution viscosity of the solution containing the polyimide compound discharged from the nozzle is 2 to 17000 Pa · s, preferably 10 to 1500 Pa · s, particularly preferably 20 to 1000 Pa · s at the discharge temperature (for example, 10 ° C.). It is preferable because a shape after discharge such as a thread shape can be stably obtained. For immersion in the coagulation liquid, the film is immersed in the primary coagulation liquid and solidified to such an extent that the shape of the hollow fiber or the like can be maintained, wound on a guide roll, and then immersed in the secondary coagulation liquid to fully saturate the entire film. It is preferable to solidify. It is efficient to dry the coagulated film after replacing the coagulating liquid with a solvent such as hydrocarbon. The heat treatment for drying is preferably performed at a temperature lower than the softening point or secondary transition point of the used polyimide compound.

本発明のガス分離膜は、上記ガス分離層上に保護層として、ガス分離層に接してシロキサン化合物層が設けられていてもよい。   In the gas separation membrane of the present invention, a siloxane compound layer may be provided on the gas separation layer as a protective layer in contact with the gas separation layer.

〔ガス分離膜の用途と特性〕
本発明のガス分離膜(複合膜及び非対称膜)は、ガス分離回収法、ガス分離精製法として好適に用いることができる。例えば、水素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、酸素、窒素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、メタン、エタンなどの炭化水素、プロピレンなどの不飽和炭化水素、テトラフルオロエタンなどのパーフルオロ化合物などのガスを含有する気体混合物から特定の気体を効率よく分離し得るガス分離膜とすることができる。特に二酸化炭素/炭化水素(メタン)を含む気体混合物から二酸化炭素を選択分離するガス分離膜とすることが好ましい。
[Uses and characteristics of gas separation membranes]
The gas separation membrane (composite membrane and asymmetric membrane) of the present invention can be suitably used as a gas separation recovery method and gas separation purification method. For example, hydrogen, helium, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, oxygen, nitrogen, ammonia, sulfur oxides, nitrogen oxides, hydrocarbons such as methane and ethane, unsaturated hydrocarbons such as propylene, tetrafluoroethane, etc. A gas separation membrane capable of efficiently separating a specific gas from a gas mixture containing a gas such as a perfluoro compound. In particular, a gas separation membrane that selectively separates carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide / hydrocarbon (methane) is preferable.

とりわけ、分離処理されるガスが二酸化炭素とメタンとの混合ガスである場合においては、40℃、5MPaにおける二酸化炭素の透過速度が20GPU超であることが好ましく、30GPU超であることがより好ましく、35〜500GPUであることがより好ましい。二酸化炭素とメタンとの透過速度比(RCO2/RCH4)は15以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましい。RCO2は二酸化炭素の透過速度、RCH4はメタンの透過速度を示す。
なお、1GPUは1×10−6cm(STP)/cm・sec・cmHgである。
In particular, when the gas to be separated is a mixed gas of carbon dioxide and methane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa is preferably more than 20 GPU, more preferably more than 30 GPU, More preferably, it is 35 to 500 GPU. The permeation rate ratio between carbon dioxide and methane (R CO2 / R CH4 ) is preferably 15 or more, and more preferably 20 or more. R CO2 represents the permeation rate of carbon dioxide, and R CH4 represents the permeation rate of methane.
1 GPU is 1 × 10 −6 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg.

〔その他の成分等〕
本発明のガス分離膜のガス分離層には、膜物性を調整するため、各種高分子化合物を添加することもできる。高分子化合物としては、アクリル系重合体、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、シェラック、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、ワックス類、その他の天然樹脂等が使用できる。また、これらは2種以上併用してもかまわない。
また、液物性調整のためにノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び/又は有機フルオロ化合物などを添加することもできる。
[Other ingredients]
Various polymer compounds can be added to the gas separation layer of the gas separation membrane of the present invention in order to adjust the membrane properties. High molecular compounds include acrylic polymers, polyurethane resins, polyamide resins, polyester resins, epoxy resins, phenol resins, polycarbonate resins, polyvinyl butyral resins, polyvinyl formal resins, shellac, vinyl resins, acrylic resins, rubber resins. Waxes and other natural resins can be used. Two or more of these may be used in combination.
In addition, a nonionic surfactant, a cationic surfactant, and / or an organic fluoro compound can be added to adjust liquid properties.

界面活性剤の具体例としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、高級脂肪酸塩、高級脂肪酸エステルのスルホン酸塩、高級アルコールエーテルの硫酸エステル塩、高級アルコールエーテルのスルホン酸塩、高級アルキルスルホンアミドのアルキルカルボン酸塩、アルキルリン酸塩などのアニオン界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物、グリセリンのエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどの非イオン性界面活性剤、また、この他にもアルキルベタイン及びアミドベタインなどの両性界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッソ系界面活性剤などを含めて、従来公知である界面活性剤及びその誘導体から適宜選ぶことができる。   Specific examples of the surfactant include alkylbenzene sulfonate, alkylnaphthalene sulfonate, higher fatty acid salt, sulfonate of higher fatty acid ester, sulfate ester of higher alcohol ether, sulfonate of higher alcohol ether, higher alkyl Anionic surfactants such as alkyl carboxylates of sulfonamides, alkyl phosphates, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl phenyl ethers, polyoxyethylene fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, ethylene oxide adducts of acetylene glycol, Nonionic surfactants such as ethylene oxide adducts of glycerin and polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, as well as amphoteric boundaries such as alkylbetaines and amidebetaines Active agents, silicone surface active agents, including such fluorine-based surfactant, can be appropriately selected from surfactants and derivatives thereof are known.

また、高分子分散剤を含んでいてもよく、この高分子分散剤として、具体的にはポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリルアミド等が挙げられ、中でもポリビニルピロリドンを用いることが好ましい。   In addition, a polymer dispersant may be included, and specific examples of the polymer dispersant include polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polyacrylamide. Of these, polyvinylpyrrolidone is preferably used.

本発明のガス分離膜を形成する条件に特に制限はないが、温度は−30〜100℃が好ましく、−10〜80℃がより好ましく、5〜50℃が特に好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the conditions which form the gas separation membrane of this invention, -30-100 degreeC is preferable, as for temperature, -10-80 degreeC is more preferable, and 5-50 degreeC is especially preferable.

本発明においては、膜の形成時に空気や酸素などの気体を共存させてもよいが、不活性ガス雰囲気下であることが望ましい。
本発明のガス分離膜において、ガス分離層中の高分子化合物の含有量は、所望のガス分離性能が得られれば特に制限はない。ガス分離性能をより向上させる観点から、ガス分離層中の高分子化合物の含有量は、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることがさらに好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。また、ガス分離層中の高分子化合物の含有量は、100質量%であってもよいが、通常は99質量%以下である。
In the present invention, a gas such as air or oxygen may coexist at the time of forming the film, but it is preferably in an inert gas atmosphere.
In the gas separation membrane of the present invention, the content of the polymer compound in the gas separation layer is not particularly limited as long as desired gas separation performance can be obtained. From the viewpoint of further improving the gas separation performance, the content of the polymer compound in the gas separation layer is preferably 20% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and 60% by mass or more. Is more preferable, and it is especially preferable that it is 70 mass% or more. Further, the content of the polymer compound in the gas separation layer may be 100% by mass, but is usually 99% by mass or less.

〔ガス混合物の分離方法〕
本発明のガス分離方法は、本発明のガス分離膜を用いて2成分以上の混合ガスから特定のガスを分離する方法である。本発明のガス分離方法では、二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスから二酸化炭素を選択的に透過させることを含む方法である。ガス分離の際の圧力は0.5〜10MPaであることが好ましく、1〜10MPaであることがより好ましく、2〜7MPaであることがさらに好ましい。また、ガス分離温度は、−30〜90℃であることが好ましく、15〜70℃であることがさらに好ましい。二酸化炭素とメタンガスとを含む混合ガスにおいて、二酸化炭素とメタンガスの混合比に特に制限はないが、二酸化炭素:メタンガス=1:99〜99:1(体積比)であることが好ましく、二酸化炭素:メタンガス=5:95〜90:10であることがより好ましい。
[Separation method of gas mixture]
The gas separation method of the present invention is a method for separating a specific gas from a mixed gas of two or more components using the gas separation membrane of the present invention. The gas separation method of the present invention is a method including selectively permeating carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide and methane. The pressure during gas separation is preferably 0.5 to 10 MPa, more preferably 1 to 10 MPa, and further preferably 2 to 7 MPa. The gas separation temperature is preferably −30 to 90 ° C., more preferably 15 to 70 ° C. In the mixed gas containing carbon dioxide and methane gas, the mixing ratio of carbon dioxide and methane gas is not particularly limited, but is preferably carbon dioxide: methane gas = 1: 99 to 99: 1 (volume ratio). Methane gas is more preferably 5:95 to 90:10.

[ガス分離モジュール又はガス分離装置]
本発明のガス分離膜を用いてガス分離膜モジュールを調製することができる。モジュールの例としては、スパイラル型、中空糸型、プリーツ型、管状型、プレート&フレーム型などが挙げられる。
また、本発明のガス分離複合膜又はガス分離膜モジュールを用いて、ガスを分離回収又は分離精製させるための手段を有するガス分離装置を得ることができる。本発明のガス分離複合膜は、例えば、特開2007−297605号公報に記載のような吸収液と併用した膜及び/又は吸収ハイブリッド法としての気体分離回収装置に適用してもよい。
[Gas separation module or gas separation device]
A gas separation membrane module can be prepared using the gas separation membrane of the present invention. Examples of modules include spiral type, hollow fiber type, pleated type, tubular type, plate & frame type and the like.
In addition, a gas separation apparatus having means for separating and recovering or purifying gas can be obtained using the gas separation composite membrane or gas separation membrane module of the present invention. The gas separation composite membrane of the present invention may be applied to, for example, a membrane used in combination with an absorbing solution as described in JP 2007-297605 A and / or a gas separation and recovery device as an absorption hybrid method.

以下に実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、本実施例において、「部」、「%」とは、特に断りのない限り、「質量部」、「質量%」を意味する。   The present invention will be described below in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In this example, “parts” and “%” mean “parts by mass” and “mass%” unless otherwise specified.

(合成例)
<スルホンアミド含有ジアミン(SA−1)の合成>
コンデンサー及び撹拌機を取り付けた1L3つ口フラスコに、クロロスルホン酸280.0gを秤取し、次いで、0℃に冷却後、1,3−ジイソプロピルベンゼン(和光純薬社製)64.91gを1時間かけて滴下し、室温にて1時間攪拌した。反応液を55℃まで昇温し、3時間攪拌した。この反応液を攪拌しながら、室温まで冷却し、2Lの氷冷水に晶析し、30分攪拌した後、これを濾取し、1Lの酢酸エチルに溶解した。この酢酸エチル溶液を分液ロートに移し、純水にて2回分液洗浄し、次いで、飽和食塩水にて分液洗浄した。有機層を三角フラスコに移し、硫酸マグネシウム30gを添加し、攪拌し、固形物をろ過で取り除いた後、エバポレーターを用いて酢酸エチルを留去し、40℃で24時間真空乾燥し、目的物の前駆体S−1(ジスルホン酸クロリド体)を87.0g得た。前駆体(S−1)であることはNMRスペクトルから確認した。
(Synthesis example)
<Synthesis of sulfonamide-containing diamine (SA-1)>
In a 1 L three-necked flask equipped with a condenser and a stirrer, 280.0 g of chlorosulfonic acid was weighed, then cooled to 0 ° C., and 64.91 g of 1,3-diisopropylbenzene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The solution was added dropwise over time and stirred at room temperature for 1 hour. The reaction was warmed to 55 ° C. and stirred for 3 hours. The reaction solution was cooled to room temperature while stirring, crystallized in 2 L of ice-cold water, stirred for 30 minutes, and then collected by filtration and dissolved in 1 L of ethyl acetate. This ethyl acetate solution was transferred to a separating funnel, and separated and washed twice with pure water, and then separated and washed with saturated saline. The organic layer was transferred to an Erlenmeyer flask, 30 g of magnesium sulfate was added and stirred, and the solid matter was removed by filtration. Then, ethyl acetate was distilled off using an evaporator and dried in vacuo at 40 ° C. for 24 hours. 87.0g of precursor S-1 (disulfonic acid chloride body) was obtained. The precursor (S-1) was confirmed from the NMR spectrum.

コンデンサー及び撹拌機を取り付けた2L3つ口フラスコに、2,4,6−トリメチル−1,3−フェニレンジアミン(東京化成工業(株)製)45.1g、アセトニトリル200gを秤量し、0〜5℃に冷却しながら攪拌した。上記で得られた前駆体(S−1)18.0gをテトラヒドロフラン200gに溶解した後、滴下ロートに移し、攪拌中の上記3つ口フラスコ内に1時間かけて滴下し、1時間攪拌した。この反応液を室温に戻し、2時間攪拌した後、1M水酸化ナトリウム水溶液200g、純水300gを添加し、攪拌した。上記結晶を40℃で24時間真空乾燥し、目的物(SA−1)21.1gを得た。目的物であることはNMRスペクトルから確認した。
同様にして、SA−2〜SA−100を合成することができる。
In a 2 L three-necked flask equipped with a condenser and a stirrer, 45.1 g of 2,4,6-trimethyl-1,3-phenylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 200 g of acetonitrile were weighed, and 0 to 5 ° C. The mixture was stirred while cooling. After 18.0 g of the precursor (S-1) obtained above was dissolved in 200 g of tetrahydrofuran, it was transferred to a dropping funnel, dropped into the stirring three-necked flask over 1 hour, and stirred for 1 hour. The reaction solution was returned to room temperature and stirred for 2 hours, and then 200 g of 1M sodium hydroxide aqueous solution and 300 g of pure water were added and stirred. The crystal was vacuum-dried at 40 ° C. for 24 hours to obtain 21.1 g of the desired product (SA-1). The desired product was confirmed from the NMR spectrum.
Similarly, SA-2 to SA-100 can be synthesized.

<ポリスルホンアミド化合物(PS−1)の合成例>
コンデンサー及び撹拌機を取り付けた3つ口フラスコに、上記合成法と同様の方法で得られたSA−1を20.538g、脱水したN−メチルピロリドン40.60g、脱水したピリジン6.92gを秤量し、氷冷しながら攪拌し、均一溶液とした。次いで2,4,6−メシチレンジスルホニルクロリド(東京化成工業(株)製)11.102gを添加し、0〜10℃で1時間攪拌後、60℃で3時間反応させ、室温に戻した。次いで、この3つ口フラスコに、N−メチルピロリドン50.0gを添加し、溶解した。この反応液を、メタノール1L及び1N塩酸水1Lの混合液にあけ、ポリマーを析出させた。これを濾取、洗浄、乾燥し、重量平均分子量72000のポリスルホンアミド化合物(バインダーポリマー)(PS−1)28.2gを得た。目的物であることは、NMRスペクトル、IRスペクトル、GPC(ポリスチレン換算)から確認した。
なお、同様の方法により、PS−2〜PS−25を合成することができる。
<Synthesis Example of Polysulfonamide Compound (PS-1)>
A three-necked flask equipped with a condenser and a stirrer was weighed 20.538 g of SA-1 obtained by the same method as the above synthesis method, 40.60 g of dehydrated N-methylpyrrolidone, and 6.92 g of dehydrated pyridine. And stirred with ice cooling to obtain a homogeneous solution. Next, 11.102 g of 2,4,6-mesitylene disulfonyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, stirred at 0-10 ° C. for 1 hour, reacted at 60 ° C. for 3 hours, and returned to room temperature. Next, 50.0 g of N-methylpyrrolidone was added to this three-necked flask and dissolved. The reaction solution was poured into a mixed solution of 1 L of methanol and 1 L of 1N hydrochloric acid water to precipitate a polymer. This was collected by filtration, washed and dried to obtain 28.2 g of a polysulfonamide compound (binder polymer) (PS-1) having a weight average molecular weight of 72,000. It was confirmed from the NMR spectrum, IR spectrum, and GPC (polystyrene conversion) that it was the target product.
PS-2 to PS-25 can be synthesized by the same method.

<ポリスルホンアミド化合物(PSC−1)の合成例>
コンデンサー及び撹拌機を取り付けた100mL3つ口フラスコに、上記合成方法で得られたポリイミド樹脂PS−13を3.00g、N−メチルピロリドン27.0gを秤量し、室温で攪拌し、均一溶液とした。ピリジン(東京化成工業(株)製)3.00g、無水酢酸(東京化成工業(株)製)1.96gを添加し、室温で1時間攪拌後、80℃で3時間反応させた。次いでN−メチルピロリドン10gを添加し、溶解させた。この反応液を、メタノール0.2L及び1N塩酸水0.2Lの混合液にあけ、ポリスルホンアミド化合物を析出させた。これを濾取、洗浄、乾燥し、重量平均分子量65000のポリスルホンアミド化合物(バインダーポリマー)(PIC−1)2.5gを得た。目的物であることは、NMRスペクトル、IRスペクトル、GPC(ポリスチレン換算)から確認した。
なお、同様の方法により、PSC−2〜PSC−11を合成することができる。
<Synthesis Example of Polysulfonamide Compound (PSC-1)>
In a 100 mL three-necked flask equipped with a condenser and a stirrer, 3.00 g of polyimide resin PS-13 obtained by the above synthesis method and 27.0 g of N-methylpyrrolidone were weighed and stirred at room temperature to obtain a uniform solution. . 3.00 g of pyridine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 1.96 g of acetic anhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added, stirred at room temperature for 1 hour, and reacted at 80 ° C. for 3 hours. Next, 10 g of N-methylpyrrolidone was added and dissolved. This reaction solution was poured into a mixed solution of 0.2 L of methanol and 0.2 L of 1N hydrochloric acid to precipitate a polysulfonamide compound. This was collected by filtration, washed and dried to obtain 2.5 g of a polysulfonamide compound (binder polymer) (PIC-1) having a weight average molecular weight of 65,000. It was confirmed from the NMR spectrum, IR spectrum, and GPC (polystyrene conversion) that it was the target product.
Note that PSC-2 to PSC-11 can be synthesized by the same method.

実施例中、「重量平均分子量」は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いた標準ポリスチレン換算法により算出した。ただし、GPCカラムとしてポリスチレン架橋ゲルを充填したもの(TSKgel SuperAWM−H;東ソー(株)製)、GPC溶媒としてN−メチルピロリドン(リン酸、臭化リチウム各0.01mol/L)を用いた。   In the examples, “weight average molecular weight” was calculated by a standard polystyrene conversion method using gel permeation chromatography (GPC). However, a GPC column packed with polystyrene cross-linked gel (TSKgel SuperAWM-H; manufactured by Tosoh Corporation) and N-methylpyrrolidone (phosphoric acid and lithium bromide 0.01 mol / L each) were used as a GPC solvent.

<ポリイミド化合物(PSB−1)の合成例>
200ml3つ口フラスコにN−メチル−2−ピロリドン(和光純薬(株)製)95gを秤量し、次いで、ポリスルホンアミド(PS−1)を5g添加し、攪拌しながら溶解させた。次いで、トリエタノールアミン(東京化成工業(株)製)0.054gを秤量し、添加し、室温で1時間攪拌した。反応液をメタノール0.5L、純水0.5Lにあけ、ポリマーを析出させた。これをろ取、洗浄、乾燥し、重量平均分子量78000のポリスルホンアミド化合物(バインダーポリマー)(PSB−1)4.6gを得た。目的物であることは、NMRスペクトル、IRスペクトル、GPC(ポリスチレン換算)から確認した。
<Synthesis Example of Polyimide Compound (PSB-1)>
In a 200 ml three-necked flask, 95 g of N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was weighed, then 5 g of polysulfonamide (PS-1) was added and dissolved while stirring. Next, 0.054 g of triethanolamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was weighed, added, and stirred at room temperature for 1 hour. The reaction solution was poured into 0.5 L of methanol and 0.5 L of pure water to precipitate a polymer. This was filtered, washed and dried to obtain 4.6 g of a polysulfonamide compound (binder polymer) (PSB-1) having a weight average molecular weight of 78000. It was confirmed from the NMR spectrum, IR spectrum, and GPC (polystyrene conversion) that it was the target product.

実施例1
<複合膜の作製>
図2に示すガス分離複合膜を作製した。
30ml褐色バイアル瓶に、ポリスルホンアミド化合物(PIC−1)を1.4g、テトラヒドロフラン8.6gを混合して30分攪拌したのち、更に1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Aldrich社製、製品番号:40,561−2)を28mg加えて、更に30分攪拌した。10cm四方の清浄なガラス板上に、ポリアクリロニトリル多孔質膜(GMT社製)を静置し、アプリケータを用いて前記ポリスルホンアミド化合物(PIC−1)液を多孔質支持膜表面にキャストさせ、複合膜(実施例1)を得た。ポリスルホンアミド化合物(PIC−1)層の厚さは約1μmであり、ポリアクリロニトリル多孔質膜の厚さは不織布を含めて約180μmであった。
なお、これらのポリアクリロニトリル多孔質膜の分画分子量は100,000以下のものを使用した。
Example 1
<Production of composite membrane>
A gas separation composite membrane shown in FIG. 2 was produced.
In a 30 ml brown vial, 1.4 g of polysulfonamide compound (PIC-1) and 8.6 g of tetrahydrofuran were mixed and stirred for 30 minutes, and further 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (manufactured by Aldrich, product number: 40, 281-2 of 561-2) was added, and the mixture was further stirred for 30 minutes. A polyacrylonitrile porous membrane (manufactured by GMT) is allowed to stand on a 10 cm square clean glass plate, and the polysulfonamide compound (PIC-1) solution is cast on the porous support membrane surface using an applicator, A composite membrane (Example 1) was obtained. The thickness of the polysulfonamide compound (PIC-1) layer was about 1 μm, and the thickness of the polyacrylonitrile porous film including the nonwoven fabric was about 180 μm.
These polyacrylonitrile porous membranes had a molecular weight cut-off of 100,000 or less.

実施例2〜8
<その他の複合膜の作製>
上記実施例1において、ポリスルホンアミド化合物(PIC−1)を表1に記載のとおりに変更することで、表1に示す実施例2〜8の複合膜を作製した。
Examples 2-8
<Production of other composite films>
In the said Example 1, the composite film of Examples 2-8 shown in Table 1 was produced by changing a polysulfonamide compound (PIC-1) as shown in Table 1.

比較例1〜2
<複合膜の作製>
上記実施例1において、ポリスルホンアミド化合物(PIC−1)を表1に記載の比較用ポリマーC−1、C−2に変更することで、表1に示す比較例1〜2の複合膜を作製した。
比較例1〜2で用いた比較用ポリマーC−1、C−2を以下に示す。
Comparative Examples 1-2
<Production of composite membrane>
In the said Example 1, the composite film of Comparative Examples 1-2 shown in Table 1 is produced by changing a polysulfonamide compound (PIC-1) into the comparative polymers C-1 and C-2 of Table 1. did.
Comparative polymers C-1 and C-2 used in Comparative Examples 1 and 2 are shown below.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

<ガス分離性能の評価>
得られた各複合膜に対して、高圧耐性のあるSUS316製ステンレスセル(DENISSEN社製)を用いて、二酸化炭素(CO)、メタン(CH)の体積比が1:1となるようにマスフローコントローラーを用いて、40℃、ガス供給側の全圧力を5MPa(CO、CHの分圧:2.5MPa)としてCO、CHのそれぞれのガスの透過性をTCD検知式ガスクロマトグラフィーにより測定した。各複合膜のガス透過性は、ガス透過率(Permeance)を算出することにより比較した。ガス透過率の単位はGPU(ジーピーユー)単位(1GPU=1×10−6cm(STP)/(s・cm・cmHg))で表した。
二酸化炭素/メタンの透過する比が30以上であるものを評価A、20以上30未満を評価B、10以上20未満を評価C、0以上10未満を評価Dとした。
ガス透過率80GPU以上を評価A、50GPU以上80GPU未満を評価B、20以上50未満を評価C、20GPU未満を評価Dとした。
<Evaluation of gas separation performance>
For each of the obtained composite membranes, a volume ratio of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) is 1: 1 using a stainless steel cell made of SUS316 (DENISSEN) having high pressure resistance. Using a mass flow controller, the permeability of each gas of CO 2 and CH 4 is TCD detection type gas chromatograph at 40 ° C. and the total pressure on the gas supply side is 5 MPa (CO 2 and CH 4 partial pressure: 2.5 MPa). Measured graphically. The gas permeability of each composite membrane was compared by calculating the gas permeability (Permeance). The unit of gas permeability was expressed in GPU (GPU) units (1 GPU = 1 × 10 −6 cm 3 (STP) / (s · cm 2 · cmHg)).
A carbon dioxide / methane permeation ratio of 30 or more was evaluated as A, 20 or more and less than 30 as evaluation B, 10 or more and less than 20 as evaluation C, and 0 or more and less than 10 as evaluation D.
Gas permeability of 80 GPU or more was evaluated as A, 50 GPU or more and less than 80 GPU as evaluation B, 20 or more and less than 50 as evaluation C, and less than 20 GPU as evaluation D.

<トルエン暴露試験>
150〜180mg程度のバルクサンプルを作成(1mass%溶液を終夜かけて乾燥させる)し、次いで90℃で1週間(1wk)エージングし、25℃20%RH環境で半日以上静置後、初期質量として質量測定する。気液平衡状態のトルエン雰囲気容器に保管し、7日後に質量測定し、質量変化(7日後の質量/初期質量)を割り出す。さらに、下記式からトルエン膨潤率を求めた。

トルエン膨潤率=〔(7日後の質量−初期質量)/初期質量〕×100

トルエン膨潤率10%未満を評価A、10%以上25%未満を評価B、25%以上40%未満を評価C、トルエン膨潤率40%以上を評価Dとした。
以上の測定結果を表4に示す。
<Toluene exposure test>
Create a bulk sample of about 150-180 mg (1 mass% solution is dried overnight), then age at 90 ° C. for 1 week (1 wk), leave it at 25 ° C. and 20% RH for more than half a day, Measure the mass. Store in a toluene atmosphere container in a vapor-liquid equilibrium state, measure the mass after 7 days, and determine the mass change (mass after 7 days / initial mass). Furthermore, toluene swelling rate was calculated | required from the following formula.

Toluene swelling ratio = [(mass after 7 days−initial mass) / initial mass] × 100

The toluene swelling rate was less than 10% as evaluation A, 10% or more and less than 25% as evaluation B, 25% or more and less than 40% as evaluation C, and toluene swelling rate as 40% or more as evaluation D.
The above measurement results are shown in Table 4.

Figure 2017185462
Figure 2017185462

上記表4に示される通り、比較ポリマー(C−1又はC−2)を用いた比較例のガス分離膜は、ガス透過性、二酸化炭素とメタンの選択性、及びトルエン膨潤(可塑化耐性)に劣る結果となった(比較例1〜2)。
これに対し、本発明の式(1)で表される構成単位を含む高分子化合物を含有したガス分離膜は、ガス透過性、二酸化炭素とメタンの選択性、及びトルエン膨潤(可塑化耐性)に優れる(実施例1〜8)。
As shown in Table 4 above, the gas separation membrane of the comparative example using the comparative polymer (C-1 or C-2) has gas permeability, carbon dioxide and methane selectivity, and toluene swelling (plasticization resistance). (Comparative Examples 1 and 2).
On the other hand, the gas separation membrane containing the polymer compound containing the structural unit represented by the formula (1) of the present invention has gas permeability, selectivity of carbon dioxide and methane, and toluene swelling (plasticization resistance). (Examples 1 to 8).

以上の結果から、本発明のガス分離膜を用いると、優れた気体分離方法、ガス分離モジュール、このガス分離モジュールを備えたガス分離装置を提供できることが分かった。   From the above results, it was found that when the gas separation membrane of the present invention is used, an excellent gas separation method, a gas separation module, and a gas separation apparatus equipped with this gas separation module can be provided.

1 ガス分離層
2 多孔質層
3 不織布層
10、20 ガス分離複合膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas separation layer 2 Porous layer 3 Nonwoven fabric layer 10, 20 Gas separation composite membrane

Claims (11)

高分子化合物を含有してなるガス分離層を有するガス分離膜であって、上記高分子化合物が、下記式(1)で表される構成単位を主鎖に有するガス分離膜。
Figure 2017185462
式(1)中、Z、Zはそれぞれ独立に二価の連結基を示し、Qはスルホンアミド基を含む二価の基を示し、Yは水素原子、アルキル基、アリール基又は式(3)〜式(5)のいずれかの基を示し、nは0以上の整数である。
Figure 2017185462
式(3)〜式(5)中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を示す。*1は、上記窒素原子との結合部位である。
A gas separation membrane having a gas separation layer containing a polymer compound, wherein the polymer compound has a structural unit represented by the following formula (1) in the main chain.
Figure 2017185462
In formula (1), Z 1 and Z 2 each independently represent a divalent linking group, Q 1 represents a divalent group containing a sulfonamide group, Y 1 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group or The group in any one of Formula (3)-Formula (5) is shown, and n is an integer greater than or equal to 0.
Figure 2017185462
In formula (3) to formula (5), R 3 to R 6 each independently represents an alkyl group or an aryl group. * 1 is a binding site with the nitrogen atom.
上記高分子化合物を構成する上記式(1)で表される構成単位の一部又は全部が、下記式(7)で表される構成単位である請求項1に記載のガス分離膜。
Figure 2017185462
式(7)中、Z〜Zはそれぞれ独立に二価の連結基を示し、Y、Yはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基又は式(3)〜式(5)のいずれかの基を示す。
Figure 2017185462
式(3)〜式(5)中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基又はアリール基を示す。*1は、上記窒素原子との結合部位である。
The gas separation membrane according to claim 1, wherein a part or all of the structural unit represented by the formula (1) constituting the polymer compound is a structural unit represented by the following formula (7).
Figure 2017185462
In Formula (7), Z 5 to Z 6 each independently represent a divalent linking group, and Y 2 and Y 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or Formula (3) to Formula (5). Any one of these groups is shown.
Figure 2017185462
In formula (3) to formula (5), R 3 to R 6 each independently represents an alkyl group or an aryl group. * 1 is a binding site with the nitrogen atom.
上記Z〜Z及びZ〜Zがそれぞれ独立に、アリーレン基を含む二価の基である、
請求項1又は2に記載のガス分離膜。
Z 1 to Z 2 and Z 5 to Z 6 are each independently a divalent group containing an arylene group.
The gas separation membrane according to claim 1 or 2.
上記Z〜Z及びZ〜Zがそれぞれ独立に、下記式A−1〜A−11のいずれかである、請求項1又は2に記載のガス分離膜。
Figure 2017185462
式中、W〜W50はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基又はカルボキシ基を示し、Z11は−CR −、−O−、−NR−、−S−又は単結合を示し、L〜Lはそれぞれ独立に、−CR −、−O−、−NR−、−S−又は単結合を示す。Rは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示す。Rは、水素原子、アルキル基又はアリール基を示す。
The gas separation membrane according to claim 1 or 2, wherein Z 1 to Z 2 and Z 5 to Z 6 are each independently any of the following formulas A-1 to A-11.
Figure 2017185462
In the formula, each of W 1 to W 50 independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, or a carboxy group, and Z 11 represents —CR 8 2 —, —O—, —NR 8 —, indicates -S- or a single bond, the L 1 ~L 2 are each independently, -CR 9 2 -, - O -, - NR 9 -, - S- or a single bond. R 8 represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. R 9 represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
上記ガス分離膜が、上記ガス分離層をガス透過性の支持層上側に有するガス分離複合膜である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas separation membrane is a gas separation composite membrane having the gas separation layer on the gas permeable support layer. 分離処理されるガスが二酸化炭素とメタンの混合ガスである場合において、40℃、5MPaにおける二酸化炭素の透過速度が20GPU超であり、二酸化炭素とメタンとの透過速度比(RCO2/RCH4)が15以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガス分離膜。 In the case where the gas to be separated is a mixed gas of carbon dioxide and methane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa exceeds 20 GPU, and the permeation rate ratio of carbon dioxide and methane (R CO2 / R CH4 ) The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein is 15 or more. 上記支持層が、ガス分離層側の多孔質層と、その逆側の不織布層とからなる、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the support layer comprises a porous layer on the gas separation layer side and a nonwoven fabric layer on the opposite side. 二酸化炭素及びメタンを含むガスから二酸化炭素を選択的に透過させるために用いられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 7, which is used for selectively transmitting carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and methane. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のガス分離膜を具備するガス分離モジュール。   A gas separation module comprising the gas separation membrane according to claim 1. 請求項9に記載のガス分離モジュールを備えたガス分離装置。   A gas separation apparatus comprising the gas separation module according to claim 9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のガス分離膜を用いて、二酸化炭素及びメタンを含むガスから二酸化炭素を選択的に透過させるガス分離方法。   A gas separation method in which carbon dioxide is selectively permeated from a gas containing carbon dioxide and methane using the gas separation membrane according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10509316B2 (en) * 2016-05-12 2019-12-17 Daniel J Nawrocki Polysulfonamide redistribution compositions and methods of their use

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