JP2018001118A - Gas separation membrane - Google Patents

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弘 江口
Hiroshi Eguchi
弘 江口
正冨 金井
Masatomi Kanai
正冨 金井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas separation membrane having high plasticity resistance against carbon dioxide and gas separation performance durable in practical use, a production method of the gas separation membrane, a separation method of a gas mixture, a gas separation membrane module using the same and a gas separation device.SOLUTION: A gas separation membrane containing the baked substance of a polyimide resin obtained by heat-treating the polyimide resin having an HFIP group (hexafluoro isopropanol group) at least in a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon skeleton at 200-400°C and a separation method of a gas mixture separating carbon dioxide or at least methane from the gas mixture containing at least carbon dioxide and methane using the gas separation membrane are provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、気体分離膜、その製造方法、ガス混合物の分離方法、それを用いた気体分離膜モジュール、および気体分離装置に関する。   The present invention relates to a gas separation membrane, a method for producing the same, a method for separating a gas mixture, a gas separation membrane module using the same, and a gas separation device.

重要エネルギー資源の一つであるメタンは、産業の発達と人口増加により、その使用量が年々増加している。そのため、メタンを主成分として含む天然ガスからメタンを精製するプロセスは、効率的で低コストの方法が求められている。   The use of methane, one of the important energy resources, is increasing year by year due to industrial development and population growth. Therefore, an efficient and low-cost method is required for the process of purifying methane from natural gas containing methane as a main component.

天然ガスはメタンを主成分として含むガス混合物であるが、その他に多種類のガスを副成分として含む。その一例である二酸化炭素は、酸性ガスであり、パイプラインに腐食が生じる原因の一つとなる。そのため、パイプラインに天然ガスを供給する前に、天然ガス中から二酸化炭素を分離するプロセスが必要となる。従来の分離・精製プロセスでは、化学吸収法が採用されている。この方法は、高純度のメタンが精製される一方で、メンテナンスとオペレーションコストが高い。   Natural gas is a gas mixture containing methane as a main component, but also contains many kinds of gases as subcomponents. Carbon dioxide, which is an example of this, is an acid gas and is one of the causes of corrosion in pipelines. Therefore, a process for separating carbon dioxide from natural gas is required before supplying natural gas to the pipeline. In the conventional separation / purification process, a chemical absorption method is employed. While this method purifies high purity methane, it is expensive to maintain and operate.

そこで、現行の分離・精製プロセスにおいては、従来のプロセスの一部が気体分離膜を用いた分離プロセスに置き換えられている。気体分離膜を用いた分離プロセスは、気体を分離する駆動力に、(配管内における)天然ガスの流れによって生じる圧力を利用する事が可能であるため、化学吸収法と比較して低コストの分離方法である。この気体分離膜の材料には、酢酸セルロース膜、ポリイミド膜などの高分子膜が採用されている。しかしながら、これらの高分子膜が、天然ガスに含まれる二酸化炭素下に高圧下で暴露されると、該高分子膜の可塑化が起こることがある。可塑化した高分子膜は過剰に膨張することから、気体の拡散係数が大きくなる事に由来する気体透過係数の上昇と、気体選択性の低下が生じ、高純度のメタンが得られなくなる問題がある。   Therefore, in the current separation / purification process, a part of the conventional process is replaced with a separation process using a gas separation membrane. The separation process using a gas separation membrane can use the pressure generated by the flow of natural gas (in the pipe) as the driving force for separating the gas, and is therefore less expensive than the chemical absorption method. Separation method. As the material of the gas separation membrane, a polymer membrane such as a cellulose acetate membrane or a polyimide membrane is employed. However, when these polymer membranes are exposed to carbon dioxide contained in natural gas under high pressure, the polymer membranes may be plasticized. Since the plasticized polymer membrane expands excessively, there is a problem that the gas permeability coefficient is increased and the gas selectivity is lowered due to an increase in the gas diffusion coefficient, and high-purity methane cannot be obtained. is there.

酢酸セルロース膜は、非特許文献1に記載されているように、10atm(1.0MPa)以上の二酸化炭素暴露下で可塑化が認められる。一方、ポリイミド膜は一般的に、酢酸セルロース膜と比較して可塑耐性が高いが、実用的にはさらなる可塑耐性の向上が望まれてきた。例えば、非特許文献2および非特許文献3では、架橋構造を導入したポリイミド樹脂を用い、それより得られる膜は良好な可塑耐性を有することが開示されている。しかしながら、架橋構造を導入したポリイミド樹脂から得られる気体分離膜は、高分子内の自由体積の低減に伴い、気体透過係数が低減し、天然ガスの処理量が低下することがある。   As described in Non-Patent Document 1, the cellulose acetate film is recognized to be plasticized under carbon dioxide exposure of 10 atm (1.0 MPa) or more. On the other hand, the polyimide film generally has higher plastic resistance than the cellulose acetate film, but in practice, further improvement in plastic resistance has been desired. For example, Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 disclose that a polyimide resin into which a cross-linked structure is introduced is used, and a film obtained therefrom has good plastic resistance. However, a gas separation membrane obtained from a polyimide resin introduced with a crosslinked structure may have a reduced gas permeability coefficient and a reduced natural gas throughput with a reduction in free volume in the polymer.

他方、気体分離性能に優れる気体分離膜として、特許文献1、特許文献2及び特許文献3には、ヘキサフルオロイソプロパノール基(以下、HFIP基と称することがある。)を有するポリイミド樹脂を原料として用いた気体分離膜が開示されている。また、特許文献4および特許文献5には、HFIP基を有するポリアミド酸を熱イミド化することで、HFIP基を有するポリイミド樹脂が得られることが開示されている。しかしながら、二酸化炭素に対する可塑耐性に関する詳細な情報は明らかにされていなかった。   On the other hand, as gas separation membranes having excellent gas separation performance, Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3 use a polyimide resin having a hexafluoroisopropanol group (hereinafter sometimes referred to as HFIP group) as a raw material. A gas separation membrane was disclosed. Patent Documents 4 and 5 disclose that a polyimide resin having an HFIP group can be obtained by thermal imidization of a polyamic acid having an HFIP group. However, detailed information on plastic resistance to carbon dioxide has not been revealed.

特開2013−10096号公報JP 2013-10096 A 特開2014−128787号公報JP 2014-128787 A 特開2014−128788号公報JP 2014-128788 A 特開2007−119503号公報JP 2007-119503 A 特開2007−119504号公報JP 2007-119504 A

Journal of Membrane Science, Vol47, 301−332,1989Journal of Membrane Science, Vol 47, 301-332, 1989 Journal of Membrane Science, Vol225, 77−90,2003Journal of Membrane Science, Vol 225, 77-90, 2003 Macromolecules, Vol40, 583−589,2007Macromolecules, Vol 40, 583-589, 2007.

本発明は、二酸化炭素に対する可塑耐性が高く、かつ、実用に耐える気体分離性能を有する気体分離膜、気体分離膜の製造方法、ガス混合物の分離方法、及びそれを用いた気体分離膜モジュール、気体分離装置を提供することを目的とする。   The present invention relates to a gas separation membrane having a high plastic resistance to carbon dioxide and having a gas separation performance that can withstand practical use, a method for producing a gas separation membrane, a method for separating a gas mixture, a gas separation membrane module using the same, and a gas An object is to provide a separation device.

上記目的を達成するために、本発明者らは、HFIP基を有するポリイミドの中でも、縮合多環式芳香族炭化水素骨格にHFIP基を有するポリイミドに着目し、鋭意検討を行った。その結果、縮合多環式芳香族炭化水素骨格にHFIP基を有するポリイミドを加熱処理して得られる焼成体、を含む気体分離膜は、高圧二酸化炭素暴露環境下において、二酸化炭素に対する優れた可塑耐性を発現し、かつ、実用に耐える気体分離性能を有することを見出し、本発明を完成させた。   In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have made extensive studies by paying attention to a polyimide having an HFIP group in a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon skeleton among polyimides having an HFIP group. As a result, a gas separation membrane comprising a fired product obtained by heat-treating a polyimide having a HFIP group on a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon skeleton has excellent plastic resistance to carbon dioxide in an environment exposed to high-pressure carbon dioxide. And has been found to have gas separation performance that can withstand practical use, and the present invention has been completed.

本発明は、以下の各発明を含む。
[発明1]
一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂の焼成体、を少なくとも含む気体分離膜。

Figure 2018001118
(一般式(1)中、Rは一般式(2)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。)
Figure 2018001118
(一般式(2)中、aおよびbは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦a+b≦4である。)
[発明2]
前記Rが、以下のいずれかの2価の有機基である、発明1に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
[発明3]
前記Rが、以下のいずれかの4価の有機基である、発明1または2に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
[発明4]
前記ポリイミド樹脂が、一般式(3)で表される繰り返し単位をさらに有する、発明1〜3のいずれかに記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
(一般式(3)中、Rは一般式(4)で表される2価の有機基または一般式(5)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。)
Figure 2018001118
(一般式(4)中、Rは単結合、酸素原子、硫黄原子、CO、CH、CHCH、SO、SO、C(CH、C(CH)(CHCH)、NHCO、C(CF、芳香環または脂環であり、RおよびRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基またはフルオロアルキル基であり、cおよびdは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦c+d≦4である。)
Figure 2018001118
(一般式(5)中、Rは水素原子、アルキル基またはフルオロアルキル基であり、eは1〜4の整数である。)
[発明5]
前記Rが、以下のいずれかの2価の有機基である、発明4に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
[発明6]
前記Rが、以下のいずれかの4価の有機基である、発明4または5に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
[発明7]
前記ポリイミド樹脂の質量平均分子量が、20000以上、500000以下である、発明1〜6のいずれかに記載の気体分離膜。
[発明8]
前記焼成体が、前記ポリイミド樹脂の200〜400℃での加熱処理体である、発明1〜7のいずれかに記載の気体分離膜。
[発明9]
発明1乃至8の何れか一項に記載の気体分離膜を用いて、二酸化炭素及びメタンを少なくとも含むガス混合物から二酸化炭素を分離する、ガス混合物の分離方法。
[発明10]
発明1乃至8の何れかに記載の気体分離膜を用いて、二酸化炭素及びメタンを少なくとも含むガス混合物からメタンを分離する、ガス混合物の分離方法。
[発明11]
発明1乃至8の何れかに記載の気体分離膜を含む気体分離膜モジュール。
[発明12]
発明11に記載の気体分離膜モジュールを少なくとも備える気体分離装置。
[発明13]
一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂。
Figure 2018001118
(一般式(1)中、Rは一般式(2)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。)
Figure 2018001118
(一般式(2)中、aおよびbは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦a+b≦4である。)
[発明14]
前記Rが、以下のいずれかの2価の有機基である、発明13に記載のポリイミド樹脂。
Figure 2018001118
[発明15]
前記Rが、以下のいずれかの4価の有機基である、発明13または14に記載のポリイミド樹脂。
Figure 2018001118
[発明16]
質量平均分子量が、20000以上、500000以下である、発明13〜15のいずれかに記載の気体分離膜。 The present invention includes the following inventions.
[Invention 1]
A gas separation membrane comprising at least a fired body of a polyimide resin having a repeating unit represented by the general formula (1).
Figure 2018001118
(In General Formula (1), R 1 is a divalent organic group represented by General Formula (2), and R 2 contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. (It is a tetravalent organic group.)
Figure 2018001118
(In general formula (2), a and b are each independently an integer of 0 to 2, and 1 ≦ a + b ≦ 4.)
[Invention 2]
The gas separation membrane according to invention 1, wherein R 1 is any one of the following divalent organic groups.
Figure 2018001118
[Invention 3]
The gas separation membrane according to invention 1 or 2, wherein R 2 is any of the following tetravalent organic groups.
Figure 2018001118
[Invention 4]
The gas separation membrane according to any one of inventions 1 to 3, wherein the polyimide resin further has a repeating unit represented by the general formula (3).
Figure 2018001118
(In the general formula (3), R 3 is a divalent organic group represented by formula (4) a divalent organic group or a group represented by formula represented (5), R 4 is an alicyclic, aromatic A tetravalent organic group containing at least one selected from the group consisting of a ring and an alkylene group.)
Figure 2018001118
(In the general formula (4), R 5 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, CO, CH 2 , CH 2 CH 2 , SO, SO 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CH 3 ) (CH 2 CH 3 ), NHCO, C (CF 3 ) 2 , an aromatic ring or an alicyclic ring, R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or a fluoroalkyl group, and c and d are each independently (It is an integer of 0 to 2, and 1 ≦ c + d ≦ 4.)
Figure 2018001118
(In General Formula (5), R 8 is a hydrogen atom, an alkyl group or a fluoroalkyl group, and e is an integer of 1 to 4.)
[Invention 5]
The gas separation membrane according to invention 4, wherein R 3 is any one of the following divalent organic groups.
Figure 2018001118
[Invention 6]
The gas separation membrane according to invention 4 or 5, wherein R 4 is any of the following tetravalent organic groups.
Figure 2018001118
[Invention 7]
The gas separation membrane according to any one of Inventions 1 to 6, wherein the polyimide resin has a mass average molecular weight of 20,000 or more and 500,000 or less.
[Invention 8]
The gas separation membrane according to any one of inventions 1 to 7, wherein the fired body is a heat-treated body of the polyimide resin at 200 to 400 ° C.
[Invention 9]
A method for separating a gas mixture, wherein the gas separation membrane according to any one of inventions 1 to 8 is used to separate carbon dioxide from a gas mixture containing at least carbon dioxide and methane.
[Invention 10]
A gas mixture separation method, wherein methane is separated from a gas mixture containing at least carbon dioxide and methane, using the gas separation membrane according to any one of inventions 1 to 8.
[Invention 11]
A gas separation membrane module comprising the gas separation membrane according to any one of inventions 1 to 8.
[Invention 12]
A gas separation device comprising at least the gas separation membrane module according to the eleventh aspect.
[Invention 13]
A polyimide resin having a repeating unit represented by the general formula (1).
Figure 2018001118
(In General Formula (1), R 1 is a divalent organic group represented by General Formula (2), and R 2 contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. (It is a tetravalent organic group.)
Figure 2018001118
(In general formula (2), a and b are each independently an integer of 0 to 2, and 1 ≦ a + b ≦ 4.)
[Invention 14]
The polyimide resin according to Invention 13, wherein R 1 is any one of the following divalent organic groups.
Figure 2018001118
[Invention 15]
The polyimide resin according to Invention 13 or 14, wherein R 2 is any of the following tetravalent organic groups.
Figure 2018001118
[Invention 16]
The gas separation membrane according to any one of Inventions 13 to 15, wherein the mass average molecular weight is 20,000 or more and 500,000 or less.

本発明の気体分離膜により、二酸化炭素に対する可塑耐性が高く、かつ、実用に耐える気体分離性能を有する気体分離膜とその製造方法を提供することができる。また、本発明の気体分離膜により、ガス混合物の分離方法、気体分離膜モジュール、気体分離膜モジュールを含む気体分離装置を提供することができる。   The gas separation membrane of the present invention can provide a gas separation membrane having a high plastic resistance to carbon dioxide and having a gas separation performance that can be practically used, and a method for producing the same. Moreover, the gas separation membrane of the present invention can provide a gas separation method including a gas mixture separation method, a gas separation membrane module, and a gas separation membrane module.

実施例1で得られた気体分離膜の可塑耐性試験における二酸化炭素の供給圧力と透過係数のプロット図である。2 is a plot of carbon dioxide supply pressure and permeation coefficient in the plastic resistance test of the gas separation membrane obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた気体分離膜の可塑耐性試験における二酸化炭素の供給圧力と透過係数のプロット図である。4 is a plot of carbon dioxide supply pressure and permeation coefficient in the plastic resistance test of the gas separation membrane obtained in Example 2. FIG. 比較例5で得られた気体分離膜の可塑耐性試験における二酸化炭素の供給圧力と透過係数のプロット図である。6 is a plot diagram of carbon dioxide supply pressure and permeation coefficient in a plastic resistance test of a gas separation membrane obtained in Comparative Example 5. FIG. 比較例6で得られた気体分離膜の可塑耐性試験における二酸化炭素の供給圧力と透過係数のプロット図である。6 is a plot of carbon dioxide supply pressure and permeation coefficient in a plastic resistance test of a gas separation membrane obtained in Comparative Example 6. FIG. 比較例7で得られた気体分離膜の可塑耐性試験における二酸化炭素の供給圧力と透過係数のプロット図である。10 is a plot diagram of carbon dioxide supply pressure and permeation coefficient in a plastic resistance test of a gas separation membrane obtained in Comparative Example 7. FIG.

以下の実施形態における各構成およびそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。   Configurations and combinations thereof in the following embodiments are examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.

<1.気体分離膜>
本発明の気体分離膜は、ガス混合物から特定の気体を効率的に分離するための気体分離膜である。このガス混合物に含まれる気体の種類は、特に限定されず、二種のみまたは二種よりも多くの気体を含んでいてもよい。
<1. Gas separation membrane>
The gas separation membrane of the present invention is a gas separation membrane for efficiently separating a specific gas from a gas mixture. The kind of gas contained in this gas mixture is not specifically limited, Only 2 types or more than 2 types may be included.

この気体の種類としては例えば、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(SOx)、窒素酸化物(NOx)、炭化水素、不飽和炭化水素、パーフルオロ化合物等が挙げられる。ここで、上記炭化水素としては例えば、メタン、エタン、プロパンなどが挙げられ、上記不飽和炭化水素としては例えば、エチレン、プロピレンなどが挙げられ、上記パーフルオロ化合物としては例えば、テトラフルオロエタンなどが挙げられる。   Examples of the gas include hydrogen, helium, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, oxygen, nitrogen, ammonia, sulfur oxide (SOx), nitrogen oxide (NOx), hydrocarbon, unsaturated hydrocarbon, Examples include perfluoro compounds. Here, examples of the hydrocarbon include methane, ethane, and propane. Examples of the unsaturated hydrocarbon include ethylene and propylene. Examples of the perfluoro compound include tetrafluoroethane. Can be mentioned.

これらの気体の組合せは特に限定されないが、二酸化炭素および炭化水素を少なくとも含んでいることが好ましく、二酸化炭素およびメタンを少なくとも含んでいることが特に好ましい。   The combination of these gases is not particularly limited, but preferably contains at least carbon dioxide and hydrocarbons, and particularly preferably contains at least carbon dioxide and methane.

本発明の気体分離膜は、気体分離選択性、特に二酸化炭素の透過性に優れ、二酸化炭素/炭化水素、特に二酸化炭素/メタンの分離膜として優れた性能を発揮する。   The gas separation membrane of the present invention is excellent in gas separation selectivity, particularly carbon dioxide permeability, and exhibits excellent performance as a carbon dioxide / hydrocarbon, particularly carbon dioxide / methane separation membrane.

本発明の一実施形態に係る気体分離膜は、二酸化炭素とメタンを少なくとも含むガス混合物から、二酸化炭素を分離するための気体分離膜である。   A gas separation membrane according to an embodiment of the present invention is a gas separation membrane for separating carbon dioxide from a gas mixture containing at least carbon dioxide and methane.

本発明の別の一実施形態に係る気体分離膜は、二酸化炭素とメタンを少なくとも含むガス混合物から、メタンを分離するための気体分離膜である。   A gas separation membrane according to another embodiment of the present invention is a gas separation membrane for separating methane from a gas mixture containing at least carbon dioxide and methane.

ポリイミド樹脂のように、ガラス転移温度を有するガラス状高分子の膜は、一般的に、供給圧力の上昇に伴って二酸化炭素の透過係数が低下する。供給圧力がさらに高圧になると、ガラス状高分子膜は、二酸化炭素によって可塑化が進行するため、二酸化炭素の透過係数が供給圧力の上昇に伴って増加する。従って、二酸化炭素の透過係数が最小となるときの、二酸化炭素の供給圧力は、ガラス状高分子膜の可塑化が開始する圧力を指す。そこで、本明細書において、二酸化炭素の透過係数が最小となるときの気体分離膜への供給圧力を「可塑化開始圧力」と定義する。   A glassy polymer film having a glass transition temperature, such as a polyimide resin, generally has a low carbon dioxide permeability coefficient as the supply pressure increases. When the supply pressure is further increased, the glassy polymer membrane is plasticized by carbon dioxide, so that the carbon dioxide permeability coefficient increases as the supply pressure increases. Accordingly, the supply pressure of carbon dioxide when the carbon dioxide permeability coefficient is minimized refers to the pressure at which plasticization of the glassy polymer film starts. Therefore, in this specification, the supply pressure to the gas separation membrane when the permeability coefficient of carbon dioxide is minimized is defined as “plasticization start pressure”.

本発明の気体分離膜は、一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂(以下、「ポリイミド樹脂(1)」と称することがある。)の焼成体、を少なくとも含む。本発明の気体分離膜は、ポリイミド樹脂(1)の焼成体の他にも、その他の種々の樹脂を含んでもよいし、ポリイミド樹脂(1)の焼成体からなってもよい。本発明の気体分離膜は、ポリイミド樹脂(1)の焼成体からなることが好ましい。   The gas separation membrane of the present invention includes at least a fired body of a polyimide resin having a repeating unit represented by the general formula (1) (hereinafter sometimes referred to as “polyimide resin (1)”). The gas separation membrane of the present invention may contain other various resins in addition to the fired body of the polyimide resin (1), or may be made of a fired body of the polyimide resin (1). The gas separation membrane of the present invention is preferably made of a fired body of polyimide resin (1).

また、本発明の気体分離膜において、この焼成体全量に対するポリイミド樹脂(1)の含有率は特に限定されない。90質量%以上であることが好ましく、ポリイミド樹脂(1)のみを加熱処理することで得られる焼成体のみからなることが特に好ましい。   Moreover, in the gas separation membrane of this invention, the content rate of the polyimide resin (1) with respect to this baked body whole quantity is not specifically limited. The content is preferably 90% by mass or more, and particularly preferably composed only of a fired body obtained by heat-treating only the polyimide resin (1).

ポリイミド樹脂(1)の焼成体は、ポリイミド樹脂(1)を加熱処理(焼成)することで得られる。この加熱処理の温度は、特に限定されない。通常180℃以上400℃以下であり、好ましくは200℃以上325℃以下、より好ましくは250℃以上320℃以下である。加熱処理の温度が、250℃以上であれば、二酸化炭素に対する可塑耐性が優れた気体分離膜を得ることができ、400℃以下であれば、ポリイミド樹脂(1)の熱分解が起こり難く、十分な機械強度を有する気体分離膜を得ることができる。また、上記の温度で加熱処理を行うことで得られるポリイミド樹脂(1)の焼成体は、上記の温度よりも低温度で加熱処理をして得られる焼成体よりも、分子鎖がより密にパッキングして分子間電荷移動を起こしやすくなり、より安定な構造をとっていると考えられる。   The fired body of the polyimide resin (1) can be obtained by heat-treating (baking) the polyimide resin (1). The temperature of this heat treatment is not particularly limited. It is usually 180 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 325 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or higher and 320 ° C. or lower. If the temperature of the heat treatment is 250 ° C. or higher, a gas separation membrane having excellent plastic resistance to carbon dioxide can be obtained, and if it is 400 ° C. or lower, the thermal decomposition of the polyimide resin (1) hardly occurs and is sufficient. A gas separation membrane having a high mechanical strength can be obtained. In addition, the fired body of the polyimide resin (1) obtained by performing the heat treatment at the above temperature has a denser molecular chain than the fired body obtained by performing the heat treatment at a temperature lower than the above temperature. Packing facilitates intermolecular charge transfer and is considered to have a more stable structure.

上記の加熱処理の時間は、特に限定されない。通常30分間〜24時間であり、1時間〜12時間が好ましい。   The time for the heat treatment is not particularly limited. Usually 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 12 hours.

本発明の気体分離膜は、緻密層からなる対称膜であってもよく、または緻密層と多孔質層からなる非対称膜であってもよい。非対称膜の場合、前記緻密層はガス種によって透過速度が異なり、ガス混合物を分離する役割を果たす一方で、前記多孔質層は、膜形状を保持する為の支持体としての役割を果たすことが可能となる。非対称膜の形状は、特に限定されず、例えば、平坦な膜状、中空糸膜状のいずれの形状であってもよい。   The gas separation membrane of the present invention may be a symmetric membrane comprising a dense layer or an asymmetric membrane comprising a dense layer and a porous layer. In the case of an asymmetric membrane, the dense layer has a different permeation rate depending on the gas species and serves to separate the gas mixture, while the porous layer serves as a support for maintaining the membrane shape. It becomes possible. The shape of the asymmetric membrane is not particularly limited, and may be, for example, a flat membrane shape or a hollow fiber membrane shape.

対称膜の場合、その膜厚は特に限定されない。5μm以上1mm以下であることが好ましく、10μm以上100μm以下であることが特に好ましい。5μm以上であれば製膜が容易で破れ難く、1mm以下であれば、対象となる気体が透過し易い。   In the case of a symmetric film, the film thickness is not particularly limited. The thickness is preferably 5 μm or more and 1 mm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 100 μm or less. If it is 5 μm or more, film formation is easy and difficult to break, and if it is 1 mm or less, the target gas is easy to permeate.

非対称膜の場合、該非対称膜中の緻密層の膜厚は特に限定されない。10nm以上10μm以下であることが好ましく、30nm以上1μm以下であることが特に好ましい。10nm以上であれば製膜が容易であり、10μm以下であれば対象となる気体が透過し易い。また、前記非対称膜中の多孔質層の膜厚は特に限定されない。平坦な膜状とする場合には、5μm以上2mm以下が好ましく、10μm以上500μm以下が特に好ましい。5μm以上であれば製膜が容易であり、2mm以下であれば対象となる気体が透過し易い。中空糸膜状とする場合には、外側を緻密層、内側を多孔質層とすることが好ましく、その膜厚は特に限定されず、内径が10μm以上4mm以下が好ましく、20μm以上1mm以下が特に好ましく、外径は30μm以上8mm以下が好ましく、50μm以上1.5mm以下が特に好ましい。内径が10μm以上、外径が30μm以上であれば中空糸膜状に製造し易く、内径が1mm以下、外径が8mm以下であれば実用に適した中空糸膜状の気体分離膜となる。   In the case of an asymmetric film, the thickness of the dense layer in the asymmetric film is not particularly limited. The thickness is preferably from 10 nm to 10 μm, particularly preferably from 30 nm to 1 μm. If it is 10 nm or more, film formation is easy, and if it is 10 μm or less, the target gas is easy to permeate. Further, the thickness of the porous layer in the asymmetric membrane is not particularly limited. In the case of a flat film, it is preferably 5 μm or more and 2 mm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 500 μm or less. If it is 5 μm or more, film formation is easy, and if it is 2 mm or less, the target gas is easy to permeate. In the case of a hollow fiber membrane, it is preferable that the outer side is a dense layer and the inner side is a porous layer. The film thickness is not particularly limited, and the inner diameter is preferably 10 μm or more and 4 mm or less, particularly 20 μm or more and 1 mm or less. The outer diameter is preferably from 30 μm to 8 mm, particularly preferably from 50 μm to 1.5 mm. If the inner diameter is 10 μm or more and the outer diameter is 30 μm or more, it is easy to produce a hollow fiber membrane, and if the inner diameter is 1 mm or less and the outer diameter is 8 mm or less, a hollow fiber membrane-like gas separation membrane suitable for practical use is obtained.

[ポリイミド樹脂(1)]
ポリイミド樹脂(1)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも有する。

Figure 2018001118
[Polyimide resin (1)]
The polyimide resin (1) has at least a repeating unit represented by the following general formula (1).
Figure 2018001118

一般式(1)中、Rは、一般式(2)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。

Figure 2018001118
In general formula (1), R 1 is a divalent organic group represented by general formula (2), and R 2 contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. It is a tetravalent organic group.
Figure 2018001118

一般式(2)中、aおよびbは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦a+b≦4である。   In the general formula (2), a and b are each independently an integer of 0 to 2, and 1 ≦ a + b ≦ 4.

一般式(1)中、Rに係る4価の有機基は、脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有すれば、特に限定されない。この4価の有機基は、構造中にフッ素原子、塩素原子、酸素原子、硫黄原子または窒素原子を含有していてもよい。また、構造中に水素原子を有する場合には、その水素原子の一部または全部が、アルキル基、フルオロアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシ基またはシアノ基で置換されていてもよい。 In the general formula (1), the tetravalent organic group according to R 2 is not particularly limited as long as it contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. This tetravalent organic group may contain a fluorine atom, a chlorine atom, an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom in the structure. In addition, when the structure has a hydrogen atom, part or all of the hydrogen atom may be substituted with an alkyl group, a fluoroalkyl group, a carboxyl group, a hydroxy group, or a cyano group.

に係る4価の有機基は、以下の何れかであることが特に好ましい。

Figure 2018001118
The tetravalent organic group according to R 2 is particularly preferably any of the following.
Figure 2018001118

ポリイミド樹脂(1)は、上記の一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも有するものであれば特に限定されない。中でも、以下のいずれかの繰り返し単位を有するものが好ましい。

Figure 2018001118
The polyimide resin (1) is not particularly limited as long as it has at least the repeating unit represented by the general formula (1). Among these, those having any of the following repeating units are preferable.
Figure 2018001118

中でも、ポリイミド樹脂(1)は、以下のいずれかの繰り返し単位で表されるものが特に好ましい。

Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Among these, the polyimide resin (1) is particularly preferably one represented by any of the following repeating units.
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118

中でも、ポリイミド樹脂(1)は、以下のいずれかの繰り返し単位で表されるものがさらに好ましい。

Figure 2018001118
Among these, the polyimide resin (1) is more preferably one represented by any of the following repeating units.
Figure 2018001118

上記一般式(1)で表される繰り返し単位は、ポリイミド(1)中に規則的に配列されていてもよいし、ランダムに存在していてもよい。   The repeating unit represented by the general formula (1) may be regularly arranged in the polyimide (1) or may be present at random.

ポリイミド樹脂(1)の質量平均分子量(Mw)は、20000以上、500000以下が好ましく、30000以上、200000以下特に好ましい。20000以上であれば、強靭な膜を得ることができ、500000以下であれば成膜に適している。ここで、質量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ(略称:GPC)により測定し、標準ポリスチレン検量線により換算して得られる値である。   The weight average molecular weight (Mw) of the polyimide resin (1) is preferably 20000 or more and 500000 or less, particularly preferably 30000 or more and 200000 or less. If it is 20000 or more, a tough film can be obtained, and if it is 500000 or less, it is suitable for film formation. Here, the mass average molecular weight is a value obtained by measuring with gel permeation chromatography (abbreviation: GPC) and converting with a standard polystyrene calibration curve.

ポリイミド樹脂(1)は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位をさらに有していてもよい。

Figure 2018001118
The polyimide resin (1) may further have a repeating unit represented by the following general formula (3).
Figure 2018001118

一般式(3)中、Rは下記一般式(4)で表される2価の有機基または下記一般式(5)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。

Figure 2018001118
In general formula (3), R 3 is a divalent organic group represented by the following general formula (4) or a divalent organic group represented by the following general formula (5), and R 4 is an alicyclic ring, It is a tetravalent organic group containing at least one selected from the group consisting of an aromatic ring and an alkylene group.
Figure 2018001118

一般式(4)中、Rは単結合、酸素原子、硫黄原子、CO、CH、CHCH、SO、SO、C(CH、C(CH)(CHCH)、NHCO、C(CF、芳香環または脂環である。
およびRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基またはフルオロアルキル基である。
cおよびdは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦c+d≦4を満たす。

Figure 2018001118
In the general formula (4), R 5 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, CO, CH 2 , CH 2 CH 2 , SO, SO 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CH 3 ) (CH 2 CH 3 ), NHCO, C (CF 3 ) 2 , aromatic ring or alicyclic ring.
R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or a fluoroalkyl group.
c and d are each independently an integer of 0 to 2, and satisfy 1 ≦ c + d ≦ 4.
Figure 2018001118

一般式(5)中、Rは水素原子、アルキル基またはフルオロアルキル基である。eは1〜4の整数である。 In the general formula (5), R 8 is a hydrogen atom, an alkyl group or a fluoroalkyl group. e is an integer of 1-4.

一般式(4)中、Rに係る芳香環としては、以下の構造で表される2価の有機基が挙げられる。

Figure 2018001118
In the general formula (4), examples of the aromatic ring according to R 5 include divalent organic groups represented by the following structures.
Figure 2018001118

一般式(4)中、Rに係る脂環としては、以下の構造で表される2価の有機基が挙げられる。

Figure 2018001118
In the general formula (4), examples of the alicyclic ring according to R 5 include divalent organic groups represented by the following structures.
Figure 2018001118

一般式(4)中、RおよびRに係るアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられ、フルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフロオロエチル基、ヘプタフルオロ−n−プロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基等が挙げられる。 In general formula (4), examples of the alkyl group according to R 6 and R 7 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, and a tert-butyl group. A fluoroalkyl group Examples thereof include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoro-n-propyl group, and a heptafluoroisopropyl group.

一般式(5)中、Rに係るアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられ、フルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフロオロエチル基、ヘプタフルオロ−n−プロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基等が挙げられる。 In general formula (5), examples of the alkyl group according to R 8 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, and a tert-butyl group. As the fluoroalkyl group, Examples thereof include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoro-n-propyl group, and a heptafluoroisopropyl group.

一般式(3)中、Rに係る4価の有機基は、脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有すれば、特に限定されない。この4価の有機基は、構造中にフッ素原子、塩素原子、酸素原子、硫黄原子または窒素原子を含有していてもよい。また、構造中に水素原子を有する場合には、その水素原子の一部または全部が、アルキル基、フルオロアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシ基またはシアノ基で置換されていてもよい。
また、一般式(3)中、Rに係る4価の有機基は、一般式(1)中のRと同じであってもよい。
In general formula (3), the tetravalent organic group according to R 4 is not particularly limited as long as it contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. This tetravalent organic group may contain a fluorine atom, a chlorine atom, an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom in the structure. In addition, when the structure has a hydrogen atom, part or all of the hydrogen atom may be substituted with an alkyl group, a fluoroalkyl group, a carboxyl group, a hydroxy group, or a cyano group.
Further, in the general formula (3), tetravalent organic group according to R 4 in general formula (1) may be the same as R 2 in.

一般式(3)中、Rに係る4価の有機基は、以下の何れかであることが特に好ましい。

Figure 2018001118
In general formula (3), the tetravalent organic group according to R 4 is particularly preferably any of the following.
Figure 2018001118

ポリイミド樹脂(1)が上記一般式(3)で表される繰り返し単位をさらに有する場合、上記一般式(3)で表される繰り返し単位が、以下のいずれかの繰り返し単位であることが好ましい。

Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
When the polyimide resin (1) further has a repeating unit represented by the general formula (3), the repeating unit represented by the general formula (3) is preferably any one of the following repeating units.
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118

中でも、上記一般式(3)で表される繰り返し単位が、以下のいずれかの繰り返し単位であることが特に好ましい。

Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Especially, it is especially preferable that the repeating unit represented by the general formula (3) is any one of the following repeating units.
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118
Figure 2018001118

ポリイミド樹脂(1)が上記一般式(3)で表される繰り返し単位をさらに有する場合、ポリイミド樹脂(1)における上記一般式(1)で表される繰り返し単位の数と、上記一般式(3)で表される繰り返し単位の数の比は、特に限定されない。二酸化炭素に対する可塑耐性の観点から、上記一般式(1)で表される繰り返し単位の数/上記一般式(3)で表される繰り返し単位の数が0.02以上であることが好ましく、0.05以上であることが特に好ましい。   When the polyimide resin (1) further has a repeating unit represented by the above general formula (3), the number of repeating units represented by the above general formula (1) in the polyimide resin (1) and the above general formula (3) The ratio of the number of repeating units represented by) is not particularly limited. From the viewpoint of plastic resistance to carbon dioxide, the number of repeating units represented by the general formula (1) / the number of repeating units represented by the general formula (3) is preferably 0.02 or more. .05 or more is particularly preferable.

[ポリイミド樹脂(1)の製造方法]
ポリイミド樹脂(1)の製造方法の一例として、下記一般式(6)で表されるHFIP基を有するナフタレンジアミンと、下記一般式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物とを必須原料とし、有機溶媒中で縮重合してポリアミック酸を得て、次いで該ポリアミック酸を脱水閉環させてイミド化することでポリイミド樹脂(1)を得る方法、が挙げられる。これらの方法においては、必要に応じて、前記必須原料に、その他のジアミン、その他のテトラカルボン酸二無水物またはその両方を加えてもよい。

Figure 2018001118
[Production method of polyimide resin (1)]
As an example of a method for producing the polyimide resin (1), an essential raw material is a naphthalenediamine having an HFIP group represented by the following general formula (6) and a tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (7). And a method of obtaining a polyimide resin (1) by polycondensation in an organic solvent to obtain a polyamic acid, and then dehydrating and ring-closing the polyamic acid to imidize. In these methods, if necessary, other diamines, other tetracarboxylic dianhydrides, or both may be added to the essential raw materials.
Figure 2018001118

一般式(6)中、aおよびbは一般式(2)のaおよびbとそれぞれ同義である。一般式(2)中のaおよびbは、一般式(6)で表されるナフタレンジアミン中のaおよびbにそれぞれ由来する。   In general formula (6), a and b are synonymous with a and b in general formula (2), respectively. A and b in the general formula (2) are derived from a and b in the naphthalenediamine represented by the general formula (6), respectively.

Figure 2018001118
Figure 2018001118

一般式(7)中、Rは一般式(1)のRと同義である。一般式(1)中のRは、一般式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物中のRに由来する。 In the general formula (7), R 2 has the same meaning as R 2 in the general formula (1). R 2 in the general formula (1) is derived from R 2 in the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (7).

前記その他のジアミンとしては、種々のジアミン化合物を用いることができる。   As the other diamine, various diamine compounds can be used.

上記一般式(3)で表される繰り返し単位をさらに有するポリイミド樹脂(1)を製造する場合には、下記一般式(8)で表されるジアミンまたは下記一般式(9)で表されるジアミンを用いる。

Figure 2018001118
When manufacturing the polyimide resin (1) further having the repeating unit represented by the general formula (3), a diamine represented by the following general formula (8) or a diamine represented by the following general formula (9) Is used.
Figure 2018001118

一般式(8)中、R、R、R、cおよびdは、一般式(4)中のR、R、R、cおよびdとそれぞれ同義である。一般式(4)中のR、R、R、cおよびdは、一般式(8)で表されるジアミン中のR、R、R、cおよびdにそれぞれ由来する。

Figure 2018001118
In the general formula (8), R 5, R 6, R 7, c and d are the general formula (4) R 5, R 6 , respectively R 7, c and d in the same meaning. R 5 , R 6 , R 7 , c and d in the general formula (4) are derived from R 5 , R 6 , R 7 , c and d in the diamine represented by the general formula (8), respectively.
Figure 2018001118

一般式(9)中、Rおよびeは、一般式(5)中のRおよびeとそれぞれ同義である。一般式(5)中のRおよびeは、一般式(9)で表されるテトラカルボン酸二無水物中のRおよびeにそれぞれ由来する。 In the general formula (9), R 8 and e are each and R 8 and e in the general formula (5) interchangeably. R 8 and e in the general formula (5) are derived from R 8 and e in the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (9), respectively.

前記その他のテトラカルボン酸二無水物としては、種々のテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。   As said other tetracarboxylic dianhydride, various tetracarboxylic dianhydrides can be used.

前記縮重合反応において使用する有機溶媒は、反応に阻害しないものでなければ特に限定されない。例えば、アミド系溶媒、芳香族系溶媒、ハロゲン系溶媒、ラクトン類、アルコール類、グリコールエーテル類などが挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。   The organic solvent used in the polycondensation reaction is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction. Examples thereof include amide solvents, aromatic solvents, halogen solvents, lactones, alcohols, glycol ethers, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

前記アミド系溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。   Examples of the amide solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, hexamethylphosphoric triamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like.

前記芳香族系溶媒としては、ベンゼン、アニソール、ジフェニルエーテル、ニトロベンゼン、ベンゾニトリルなどが挙げられる。   Examples of the aromatic solvent include benzene, anisole, diphenyl ether, nitrobenzene, and benzonitrile.

前記ハロゲン系溶媒としては、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタンまたは1,1,2,2−テトラクロロエタンなどが挙げられる。   Examples of the halogen solvent include chloroform, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, and the like.

前記ラクトン類としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。   Examples of the lactones include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, γ-caprolactone, ε-caprolactone, and α-methyl-γ-butyrolactone.

前記アルコール類としては、n−ブチルアルコールなどが挙げられる。   Examples of the alcohols include n-butyl alcohol.

前記グリコールエーテル類としては、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノールなどが挙げられる。   Examples of the glycol ethers include 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol and the like.

前記縮重合反応における反応温度は通常−20〜80℃で行う。また、一般的に、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物との縮重合反応は、モル比で表して1対1で反応することから、前記縮重合反応においては、「前記ナフタレンジアミンおよび前記その他のジアミン」と、「前記テトラカルボン酸二無水物と前記その他のテトラカルボン酸二無水物」の存在比を、モル比で表して、1対1とすることが好ましい。   The reaction temperature in the condensation polymerization reaction is usually -20 to 80 ° C. In general, the polycondensation reaction between diamine and tetracarboxylic dianhydride is a one-to-one reaction expressed as a molar ratio. Therefore, in the polycondensation reaction, “the naphthalenediamine and the other It is preferable that the abundance ratio of “diamine” and “the tetracarboxylic dianhydride and the other tetracarboxylic dianhydride” is represented in a molar ratio of 1: 1.

ポリイミド樹脂(1)は、前記縮重合反応で得られたポリアミック酸をさらに脱水閉環させイミド化することで得られる。この脱水閉環反応は、環化を促進する、加熱法、化学法等の条件で行う。加熱法は、縮重合直後のポリアミック酸を150〜250℃の高温加熱でイミド化し、化学法は、0〜50℃でピリジンまたはトリエチルアミン等の塩基と無水酢酸を原料のジアミンに対してそれぞれ2モル当量以上10当量未満を加えることでイミド化し、ポリイミド樹脂(1)溶液を得ることができる。得られたポリイミド樹脂(1)溶液は、そのまま後述の気体分離膜の製造に供してもよく、あるいは、濃縮または希釈してもよく、あるいは、溶液中から溶媒等を除去してポリイミド樹脂(1)を得てもよい。   The polyimide resin (1) can be obtained by further dehydrating and ring-closing the polyamic acid obtained by the condensation polymerization reaction. This dehydration cyclization reaction is performed under conditions such as a heating method and a chemical method that promote cyclization. The heating method imidizes the polyamic acid immediately after polycondensation by heating at a high temperature of 150 to 250 ° C., and the chemical method consists of 2 moles each of a base such as pyridine or triethylamine and acetic anhydride at 0 to 50 ° C. with respect to the starting diamine. The polyimide resin (1) solution can be obtained by imidizing by adding an equivalent amount or more and less than 10 equivalents. The obtained polyimide resin (1) solution may be used as it is for the production of a gas separation membrane, which will be described later, or may be concentrated or diluted, or the polyimide resin (1 ) May be obtained.

ポリイミド樹脂(1)の製造方法は、上述の方法の他に、上記一般式(6)で表されるHFIP基を有するナフタレンジアミンと、上記一般式(7)で表されるテトラカルボン酸二無水物とを必須原料とし、150℃以上で相互に溶融させて、ポリイミド樹脂(1)を得る方法なども挙げられる。   In addition to the method described above, the method for producing the polyimide resin (1) includes naphthalenediamine having an HFIP group represented by the general formula (6) and tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (7). A method of obtaining polyimide resin (1) by using materials as essential raw materials and melting them at 150 ° C. or higher can also be mentioned.

<2.気体分離膜の製造方法>
本発明に係る気体分離膜は、少なくとも、ポリイミド樹脂(1)を加熱処理することで得られる。このとき、ポリイミド樹脂(1)とともにその他の樹脂を加熱処理してもよいし、加熱処理したポリイミド樹脂(1)とその他の樹脂とを組み合わせてもよい。
<2. Manufacturing method of gas separation membrane>
The gas separation membrane according to the present invention is obtained by heat-treating at least the polyimide resin (1). At this time, other resin may be heat-treated together with the polyimide resin (1), or the heat-treated polyimide resin (1) and other resin may be combined.

ポリイミド樹脂(1)を加熱処理する際、種々の形状、膜厚とするために、ポリイミド樹脂(1)は有機溶媒に溶解した溶液として取り扱うことが好ましい。溶液として使用する場合は、ガラス、シリコンウエハ、金属、金属酸化物、セラミックス、樹脂などの基材上にスピンコート、スプレーコート、フローコート、含浸コート、ハケ塗りなど通常用いられる方法で塗布することができる。   When heat-treating the polyimide resin (1), the polyimide resin (1) is preferably handled as a solution dissolved in an organic solvent in order to obtain various shapes and film thicknesses. When using it as a solution, apply it on a substrate such as glass, silicon wafer, metal, metal oxide, ceramics, resin, etc. by a commonly used method such as spin coating, spray coating, flow coating, impregnation coating, brush coating, etc. Can do.

この有機溶媒の種類は、ポリイミド樹脂(1)が溶解し、加熱処理温度以下で揮発するものであれば特に限定されない。例えば、前記縮重合反応で使用する有機溶媒を用いることができる。また、前記有機溶媒の他にも、特許文献2に記載の有機溶媒を用いることもできる。   The type of the organic solvent is not particularly limited as long as the polyimide resin (1) is dissolved and volatilizes at the heat treatment temperature or lower. For example, an organic solvent used in the condensation polymerization reaction can be used. Moreover, the organic solvent of patent document 2 can also be used besides the said organic solvent.

また、この溶液中のポリイミド樹脂(1)の濃度は、特に限定されないが、5質量%以上、50質量%以下が好ましく、特に好ましくは10質量%以上、40質量%以下である。   Moreover, the density | concentration of the polyimide resin (1) in this solution is although it does not specifically limit, 5 mass% or more and 50 mass% or less are preferable, Most preferably, they are 10 mass% or more and 40 mass% or less.

また、上記のポリアミック酸を基材上に塗布し、上記の加熱処理温度で加熱することで、脱水閉環反応を進行させてポリイミド樹脂(1)に変換するとともに、本発明の気体分離膜とすることもできる。   In addition, the polyamic acid is applied onto a substrate and heated at the above heat treatment temperature to advance the dehydration ring-closure reaction to convert it into the polyimide resin (1), and the gas separation membrane of the present invention. You can also.

さらに、ポリイミド樹脂(1)前駆体のポリアミック酸溶液または、それを脱水閉環したポリイミド樹脂(1)溶液を所望の膜形状に成膜した後、加熱処理することでも本発明の気体分離膜を製造することができる。このとき、この溶液は、貧溶媒に注いでポリアミック酸またはポリイミド樹脂(1)を沈殿、回収、乾燥させた後に、有機溶媒に再溶解させた溶液としてもよい。   Furthermore, the gas separation membrane of the present invention can also be produced by heat-treating a polyimide resin (1) precursor polyamic acid solution or a polyimide resin (1) solution obtained by dehydrating and ring-closing the polyimide resin (1) solution into a desired membrane shape. can do. At this time, this solution may be a solution obtained by pouring the polyamic acid or polyimide resin (1) into a poor solvent, precipitating, collecting, and drying, and then re-dissolving in an organic solvent.

本発明の気体分離膜として、対称膜を製造する場合には、前述のポリイミド樹脂(1)前駆体のポリアミック酸溶液を用いる場合は、例えば、ガラス基板等の基材にスピンコーターまたはアプリケーター等を用いて湿式塗布した後、空気、窒素またはアルゴン等の乾燥気体中で加熱処理を行うことで、有機溶媒の蒸発、前記環化脱水反応を経て焼成体を得た後、前記基材から該焼成体を剥離させることで得られる。ポリイミド樹脂(1)の溶液を用いる場合は、例えば、ガラス基板やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)基板等の基材にスピンコートまたはアプリケーター等を用いて塗布した後、空気、窒素、またはアルゴン等の乾燥気体中で加熱処理を行うことで、有機溶媒の蒸発を経て焼成体を得た後、前記基材から剥離させることで得られる。   When producing a symmetrical membrane as the gas separation membrane of the present invention, when using the polyamic acid solution of the aforementioned polyimide resin (1) precursor, for example, a spin coater or applicator is used on a substrate such as a glass substrate. After wet coating using, heat treatment is performed in a dry gas such as air, nitrogen or argon to obtain a fired body through evaporation of the organic solvent and the cyclization dehydration reaction, and then firing from the base material. It is obtained by peeling the body. When using a solution of the polyimide resin (1), for example, after applying it to a base material such as a glass substrate or a PTFE (polytetrafluoroethylene) substrate using a spin coater or an applicator, air, nitrogen, argon or the like A heat treatment is performed in a dry gas to obtain a fired body through evaporation of the organic solvent, and then peeled from the substrate.

本発明の気体分離膜として、非対称膜を製造する場合には、ポリイミド溶液を圧力容器内に入れ吐出口から、ポリイミド溶液の有機溶媒と相溶するがポリイミドは溶解しない貧溶媒を用いた凝固液を満たした浴内に吐出させて、ポリイミド膜の表面近傍に存在する溶媒を空気中に蒸発させ、表面側に緻密層を形成した後、浴側は微細な多孔質層を形成させる方法がある。   When producing an asymmetric membrane as the gas separation membrane of the present invention, a coagulation liquid using a poor solvent that is compatible with the organic solvent of the polyimide solution but does not dissolve the polyimide from the discharge port by placing the polyimide solution in a pressure vessel There is a method in which a solvent existing in the vicinity of the surface of the polyimide film is evaporated in the air and a dense layer is formed on the surface side, and then a fine porous layer is formed on the bath side. .

このような凝固液としては、水、または水と有機溶剤の混合溶液である水系凝固液が好適に使用される。この混合溶液の組成は特に限定されない。混合溶液の全質量に対して、通常、30質量%以上、90質量%以下、好ましくは、40質量%以上、80質量%以下の水を含有することが好ましい。ここで使用する有機溶剤は、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン系溶剤を例示することができる。   As such a coagulating liquid, water or an aqueous coagulating liquid that is a mixed solution of water and an organic solvent is preferably used. The composition of this mixed solution is not particularly limited. It is preferable to contain 30% by mass or more and 90% by mass or less, and preferably 40% by mass or more and 80% by mass or less of water based on the total mass of the mixed solution. Examples of the organic solvent used here include alcohol solvents such as methanol, ethanol and isopropanol, and ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone and diethyl ketone.

<3.ガス混合物の分離方法>
本発明のガス混合物の分離方法は、ガス混合物から特定の気体を分離する方法である。
<3. Separation method of gas mixture>
The gas mixture separation method of the present invention is a method for separating a specific gas from a gas mixture.

本発明のガス混合物の分離方法において、原料のガス混合物の成分は特に限定されるものではなく、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(SOx)、窒素酸化物(NOx)、炭化水素、不飽和炭化水素、パーフルオロ化合物等が挙げられる。ここで、上記炭化水素としては例えば、メタン、エタン、プロパンなどが挙げられ、上記不飽和炭化水素としては例えば、プロピレンなどが挙げられ、上記パーフルオロ化合物としては例えば、テトラフルオロエタンなどが挙げられる。   In the gas mixture separation method of the present invention, the components of the raw material gas mixture are not particularly limited. For example, hydrogen, helium, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, oxygen, nitrogen, ammonia, sulfur oxide (SOx), nitrogen oxide (NOx), hydrocarbon, unsaturated hydrocarbon, perfluoro compound and the like. Here, examples of the hydrocarbon include methane, ethane, and propane, examples of the unsaturated hydrocarbon include propylene, and examples of the perfluoro compound include tetrafluoroethane. .

中でも、ガス混合物の主成分が二酸化炭素及びメタンであることが好ましい。すなわち、ガス混合物における二酸化炭素及びメタンの占める割合が、二酸化炭素の割合として5〜50%であることが好ましく、10〜40%であることがさらに好ましい。ガス混合物が二酸化炭素のような酸性ガス共存下である場合、本発明の気体分離膜を用いるガス混合物の分離方法は特に優れた性能を発揮し、二酸化炭素とメタンの分離においてより優れた性能を発揮する。   Especially, it is preferable that the main components of a gas mixture are a carbon dioxide and methane. That is, the proportion of carbon dioxide and methane in the gas mixture is preferably 5 to 50%, more preferably 10 to 40% as the proportion of carbon dioxide. When the gas mixture is in the presence of an acidic gas such as carbon dioxide, the separation method of the gas mixture using the gas separation membrane of the present invention exhibits particularly excellent performance, and more excellent performance in the separation of carbon dioxide and methane. Demonstrate.

本発明の気体分離膜の気体分離性能は特に限定されない。気体透過係数、特にCO透過係数とCH透過係数について、150kPa、35℃の条件下で、CO透過係数は10バーラー(Barrer)以上が好ましく、20バーラー(Barrer)以上が特に好ましく、30バーラー(Barrer)以上がさらに好ましい。また150kPa、35℃の条件下で、ガス選択性(特にCO/CH選択性)は30以上が好ましく、35以上が特に好ましい。 The gas separation performance of the gas separation membrane of the present invention is not particularly limited. Regarding the gas permeability coefficient, particularly the CO 2 permeability coefficient and the CH 4 permeability coefficient, the CO 2 permeability coefficient is preferably 10 barr or more, particularly preferably 20 barr or more, under conditions of 150 kPa and 35 ° C., 30 More preferred is Barrer or higher. Further, under the conditions of 150 kPa and 35 ° C., the gas selectivity (particularly CO 2 / CH 4 selectivity) is preferably 30 or more, and particularly preferably 35 or more.

中でも、気体透過係数について、CO透過係数が10バーラー(Barrer)以上、好ましくは20バーラー(Barrer)以上であり、かつ、ガス選択性(特にCO/CH選択性)が30以上、好ましくは35以上であると、高い透過性と高い選択性とを同時に満足する気体分離膜であるため、より好ましい。 Among them, as for the gas permeability coefficient, the CO 2 permeability coefficient is 10 barr or more, preferably 20 barr or more, and the gas selectivity (especially CO 2 / CH 4 selectivity) is 30 or more, preferably Is more preferably 35 or more, because it is a gas separation membrane that simultaneously satisfies high permeability and high selectivity.

<4.気体分離膜モジュールおよび気体分離装置>
本発明の気体分離膜は気体分離膜モジュールとすることができる。また、本発明の気体分離膜又は気体分離膜モジュールを用いて、気体を分離回収又は分離精製させるための手段を有する装置とすることができる。
<4. Gas separation membrane module and gas separation device>
The gas separation membrane of the present invention can be a gas separation membrane module. Moreover, it can be set as the apparatus which has a means for carrying out the separation collection | recovery or separation refinement | purification of gas using the gas separation membrane or gas separation membrane module of this invention.

本発明の気体分離膜はモジュール化して好適に用いることができる。モジュールの例としては、スパイラル型、中空糸膜型、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、本発明の気体分離膜は、例えば、特開2007−297605号に記載のような吸収液と併用した膜・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。   The gas separation membrane of the present invention can be suitably used in a modular form. Examples of the module include a spiral type, a hollow fiber membrane type, a pleat type, a tubular type, a plate & frame type, and the like. The gas separation membrane of the present invention may be applied to a gas separation / recovery device as a membrane / absorption hybrid method used in combination with an absorbing solution as described in JP-A-2007-297605, for example.

以下に実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1] ポリイミド(A)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式に示されるHFIP−NDA(3.1g、6mmol)、HFIP−MDA(30.0g、56mmol)、BPDA(18.4g、62mmol)、ジメチルアセトアミド(以下、DMAcと呼ぶことがある)(100g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(19.8g、250mmol)、無水酢酸(25.6g、250mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、DMAc(50g)を加えてイミド化後の反応液を希釈し、加圧濾過することで、反応式中のポリイミド(A)のDMAc溶液を調製した。
[Example 1] Gas separation membrane comprising a fired product of polyimide (A) heated at 250 ° C A three-necked flask with a capacity of 500 mL equipped with a nitrogen introduction tube and a stirring blade was charged with HFIP-NDA (3.1 g) shown in the following reaction formula. 6 mmol), HFIP-MDA (30.0 g, 56 mmol), BPDA (18.4 g, 62 mmol), dimethylacetamide (hereinafter sometimes referred to as DMAc) (100 g), and stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere. Then, the following reaction was performed. Pyridine (19.8 g, 250 mmol) and acetic anhydride (25.6 g, 250 mmol) were sequentially added to the resulting reaction solution, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Thereafter, DMAc (50 g) was added to dilute the reaction solution after imidization, and pressure filtration was performed to prepare a DMAc solution of polyimide (A) in the reaction formula.

ポリイミドのDMAc溶液のゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ(以下、GPCと称することがある。東ソー株式会社製、機種名:HLC−8320GPC、カラム:TSKgel SuperHZM−H、溶媒:テトラヒドロフラン(以下、THFと称することがある。))での分子量の測定結果は、Mw=51300、Mw/Mn=2.3であった。

Figure 2018001118
Gel permeation chromatography (hereinafter sometimes referred to as GPC) of polyimide DMAc solution, manufactured by Tosoh Corporation, model name: HLC-8320GPC, column: TSKgel SuperHZM-H, solvent: tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF) The measurement results of the molecular weight in ()) were Mw = 51300 and Mw / Mn = 2.3.
Figure 2018001118

上記ポリイミド(A)の焼成体からなる気体分離膜は、上記ポリイミド(A)のDMAc溶液をガラス基材に塗布して作製した。   The gas separation membrane made of the fired body of the polyimide (A) was prepared by applying the DMAc solution of the polyimide (A) to a glass substrate.

ガラス基材上にポリイミド(A)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度600rpmに上昇させた後、回転速度600rpmで10秒間保持し、ポリイミド(A)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、300℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(A)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
膜厚計(株式会社ニコン製、機種名:DIGIMICRO MH−15)で膜厚を測定したところ、40μmであった。
A DMAc solution of polyimide (A) is dropped on a glass substrate, and the spin coater is used to increase the rotation speed to 600 rpm over 10 seconds. Then, the rotation is maintained at 600 rpm for 10 seconds, and the polyimide (A) DMAc solution is added. And uniformly coated on a glass substrate. After drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C. in a nitrogen atmosphere, the solvent was removed, and after heat treatment at 300 ° C. for 2 hours, the polyimide (A) was removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with a film thickness meter (manufactured by Nikon Corporation, model name: DIGIMICRO MH-15), it was 40 μm.

[実施例2] ポリイミド(A)の300℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
実施例1と同様の操作を行い、ポリイミド(A)のDMAc溶液を調製した。ガラス基材上にポリイミド(A)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度600rpmに上昇させた後、回転速度600rpmで10秒間保持し、ポリイミド(A)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、300℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(A)を300℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
[Example 2] Gas separation membrane comprising a fired product of polyimide (A) heated at 300 ° C The same operation as in Example 1 was performed to prepare a DMAc solution of polyimide (A). A DMAc solution of polyimide (A) is dropped on a glass substrate, and the spin coater is used to increase the rotation speed to 600 rpm over 10 seconds. Then, the rotation is maintained at 600 rpm for 10 seconds, and the polyimide (A) DMAc solution is added. And uniformly coated on a glass substrate. After drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C. in a nitrogen atmosphere, the solvent was removed, and after heat treatment at 300 ° C. for 2 hours, the polyimide (A) was removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 300 ° C. was obtained.

[実施例3] ポリイミド(B)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式に示すHFIP−NDA(18.4g、38mmol)、HFIP−MDA(20.0g、38mmol)、BTDA(24.2g、75mmol)、DMAc(132g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(9.0g、114mmol)、無水酢酸(11.7g、114mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、加圧濾過することで、反応式中のポリイミド(B)のDMAc溶液を調製した。
ポリイミド(B)のDMAc溶液のGPCでの分子量の測定結果は、Mw=25000、Mw/Mn=2.5であった。

Figure 2018001118
[Example 3] In a 500 mL three-necked flask equipped with a gas separation membrane nitrogen inlet tube made of a fired body of polyimide (B) by heating at 250 ° C and a stirring blade, HFIP-NDA (18.4 g, 38 mmol), HFIP-MDA (20.0 g, 38 mmol), BTDA (24.2 g, 75 mmol), and DMAc (132 g) were added, and the mixture was stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out the following reaction. Pyridine (9.0 g, 114 mmol) and acetic anhydride (11.7 g, 114 mmol) were sequentially added to the resulting reaction solution, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Then, the DMAc solution of the polyimide (B) in reaction formula was prepared by carrying out pressure filtration.
The measurement results of the molecular weight by GPC of the DMAc solution of polyimide (B) were Mw = 25000 and Mw / Mn = 2.5.
Figure 2018001118

ガラス基材上にポリイミド(B)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度500rpmに上昇させた後、回転速度500rpmで10秒間保持し、ポリイミド(B)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、250℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(B)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。   A DMAc solution of polyimide (B) is dropped on a glass substrate, and the spin speed is increased to 500 rpm over 10 seconds using a spin coater, and then held at a rotation speed of 500 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. In a nitrogen atmosphere, the solvent is removed by drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C., and after heat treatment at 250 ° C. for 2 hours, the polyimide film is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.

[実施例4] ポリイミド(C)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式に示すHFIP−NDA(30.0g、61mmol)、BTDA(19.7g、61mmol)、DMAc(103g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(10.2g、129mmol)、無水酢酸(13.1g、129mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、加圧濾過することで、反応式中のポリイミド(C)のDMAc溶液を調製した。
ポリイミド(C)のDMAc溶液のGPCでの分子量の測定結果は、Mw=26200、Mw/Mn=2.1であった。

Figure 2018001118
[Example 4] Gas separation membrane comprising a fired product of polyimide (C) heated at 250 ° C A three-neck flask having a capacity of 500 mL equipped with a nitrogen introduction tube and a stirring blade was charged with HFIP-NDA (30.0 g, 61 mmol), BTDA (19.7 g, 61 mmol), and DMAc (103 g) were added, and the mixture was stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out the following reaction. Pyridine (10.2 g, 129 mmol) and acetic anhydride (13.1 g, 129 mmol) were sequentially added to the resulting reaction solution, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Thereafter, a DMAc solution of polyimide (C) in the reaction formula was prepared by filtration under pressure.
The measurement results of the molecular weight by GPC of the DMAc solution of polyimide (C) were Mw = 26200 and Mw / Mn = 2.1.
Figure 2018001118

ガラス基材上にポリイミド(C)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度450rpmに上昇させた後、回転速度450rpmで10秒間保持し、ポリイミド(C)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、250℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(C)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。   A DMAc solution of polyimide (C) is dropped on a glass substrate, and the spin coater is used to raise the rotation speed to 450 rpm over 10 seconds, and then held at the rotation speed of 450 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. After drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C. in a nitrogen atmosphere, the solvent was removed, and after heat treatment at 250 ° C. for 2 hours, the polyimide (C) was removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.

[比較例1] ポリイミド(P1)の300℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式中に示されるHFIP−MDA(58.3g、110mmol)、BPDA(32.4g、110mmol)、DMAc(220g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(34.8g、440mmol)、無水酢酸(44.9g、440mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、加圧濾過することで、下記反応式中に示されるポリイミド(P1)のDMAc溶液を作製した。
ポリイミド(P1)のDMAc溶液のGPCでの分子量の測定結果は、Mw=95200、Mw/Mn=1.9であった。

Figure 2018001118
[Comparative Example 1] A gas separation membrane made of a fired body of polyimide (P1) heated at 300 ° C In a 500 mL three-necked flask equipped with a nitrogen introducing tube and a stirring blade, HFIP-MDA (58. 3 g, 110 mmol), BPDA (32.4 g, 110 mmol), and DMAc (220 g) were added, and the mixture was stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out the following reaction. Pyridine (34.8 g, 440 mmol) and acetic anhydride (44.9 g, 440 mmol) were sequentially added to the resulting reaction solution, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Then, the DMAc solution of the polyimide (P1) shown in the following reaction formula was produced by carrying out pressure filtration.
The measurement results of the molecular weight by GPC of the DMAc solution of polyimide (P1) were Mw = 95200 and Mw / Mn = 1.9.
Figure 2018001118

上記ポリイミド(P1)の焼成体からなる気体分離膜は、上記ポリイミド(P1)のDMAc溶液をガラス基材に塗布して作製した。   The gas separation membrane made of the fired body of the polyimide (P1) was prepared by applying the DMAc solution of the polyimide (P1) to a glass substrate.

ガラス基材上にポリイミド(P1)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度300rpmに上昇させた後、回転速度300rpmで10秒間保持し、ポリイミド(P1)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、300℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(P1)を300℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は80μmであった。
A DMAc solution of polyimide (P1) is hung on a glass substrate, and the rotation speed is increased to 300 rpm over 10 seconds using a spin coater, and then held at a rotation speed of 300 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. In a nitrogen atmosphere, the solvent is removed by drying at 180 ° C. for 30 minutes, and after heat treatment at 300 ° C. for 2 hours, the polyimide (P1) is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 300 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 80 μm.

[比較例2] ポリイミド(P1)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
比較例1と同様の操作を行い、ポリイミド(P1)のDMAc溶液を調製した。ガラス基材上にポリイミド(P1)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度300rpmに上昇させた後、回転速度300rpmで10秒間保持し、ポリイミド(P1)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、200℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(P1)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は80μmであった。
[Comparative Example 2] Gas separation membrane comprising a fired product of polyimide (P1) heated at 250 ° C The same operation as in Comparative Example 1 was performed to prepare a DMAc solution of polyimide (P1). A DMAc solution of polyimide (P1) is hung on a glass substrate, and the rotation speed is increased to 300 rpm over 10 seconds using a spin coater, and then held at a rotation speed of 300 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. After drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C. in a nitrogen atmosphere, the solvent is removed, and after heat treatment at 200 ° C. for 2 hours, the polyimide (P1) is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 80 μm.

[比較例3] ポリイミド(P1)の200℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
比較例1と同様の操作を行い、ポリイミド(P1)のDMAc溶液を調製した。ガラス基材上にポリイミド(P1)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度300rpmに上昇させた後、回転速度300rpmで10秒間保持し、ポリイミド(P1)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、200℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(P1)を200℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は80μmであった。
[Comparative Example 3] Gas separation membrane composed of a fired product of polyimide (P1) heated at 200 ° C The same operation as in Comparative Example 1 was performed to prepare a DMAc solution of polyimide (P1). A DMAc solution of polyimide (P1) is hung on a glass substrate, and the rotation speed is increased to 300 rpm over 10 seconds using a spin coater, and then held at a rotation speed of 300 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. After drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C. in a nitrogen atmosphere, the solvent is removed, and after heat treatment at 200 ° C. for 2 hours, the polyimide (P1) is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 200 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 80 μm.

[比較例4] マトリミド5218の200℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
3口フラスコにマトリミド5218(Huntsman Advanced Materials社製、マトリミド(登録商標)の商標で販売されている特定のポリイミドポリマーを指す。以下、マトリミドと表すことがある。)(0.6g)、THF(16g)を加え、室温で48時間攪拌し、マトリミドのTHF溶液を調製した。直径10cmの円型PTFE皿にマトリミドのTHF溶液を入れ、THFの蒸気で満たされたグローブバック中で48時間保持し、溶媒を除去乾燥させ、マトリミド膜を得た。この膜を窒素雰囲気下、200℃で2時間加熱処理した後、冷却することで、マトリミドを200℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は82μmであった。

Figure 2018001118
[Comparative Example 4] A gas separation membrane made of a fired product of Matrimid 5218 heated at 200 ° C A 3-neck flask refers to a specific polyimide polymer sold under the Matrimid (registered trademark) trademark of Matrimid 5218 (manufactured by Huntsman Advanced Materials) (Hereinafter, it may be referred to as Matrimid.) (0.6 g) and THF (16 g) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 48 hours to prepare a Matrimid solution in THF. Matrimid THF solution was placed in a circular PTFE dish having a diameter of 10 cm, held in a glove bag filled with vapor of THF for 48 hours, and the solvent was removed and dried to obtain a Matrimid membrane. This membrane was heat-treated at 200 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and then cooled to obtain a gas separation membrane made of a fired body obtained by heat-treating Matrimid at 200 ° C.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 82 μm.
Figure 2018001118

[比較例5] ポリイミド(P2)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式に示されるmTB(23.4g、110mmol)、6FDA(48.9g、110mmol)、DMAc(220g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(34・8g、440mmol)、無水酢酸(44.9g、440mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、加圧濾過することで、下記反応式で示されるポリイミド(P2)のDMAc溶液を作製した。
下記反応式中のポリイミド(P2)のDMAc溶液のGPCでの分子量の測定結果は、Mw=86000、Mw/Mn=1.7であった。

Figure 2018001118
[Comparative Example 5] Gas separation membrane composed of a fired body of polyimide (P2) heated at 250 ° C A three-neck flask with a capacity of 500 mL equipped with a nitrogen introduction tube and a stirring blade was charged with mTB (23.4 g, 110 mmol) shown in the following reaction formula ), 6FDA (48.9 g, 110 mmol) and DMAc (220 g) were added, and the mixture was stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out the following reaction. To the resulting reaction solution, pyridine (34.8 g, 440 mmol) and acetic anhydride (44.9 g, 440 mmol) were sequentially added, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Then, the DMAc solution of the polyimide (P2) shown by the following reaction formula was produced by carrying out pressure filtration.
The measurement results of the molecular weight by GPC of the DMAc solution of polyimide (P2) in the following reaction formula were Mw = 86000 and Mw / Mn = 1.7.
Figure 2018001118

上記ポリイミド(P2)の焼成体からなる気体分離膜は、上記ポリイミド(P2)のDMAc溶液をガラス基材に塗布して作製した。
ガラス基材上にポリイミド(P2)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度500rpmに上昇させた後、回転速度500rpmで10秒間保持し、ポリイミド(P2)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、250℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(P2)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は74μmであった。
The gas separation membrane made of the fired body of polyimide (P2) was prepared by applying the DMAc solution of polyimide (P2) to a glass substrate.
A DMAc solution of polyimide (P2) is dropped on a glass substrate, and the spin rate is increased to 500 rpm over 10 seconds using a spin coater. Then, the DMAc solution of polyimide (P2) is held at a rotation speed of 500 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. In a nitrogen atmosphere, the solvent is removed by drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C., and after heat treatment at 250 ° C. for 2 hours, the polyimide film (P2) is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 74 μm.

[比較例6] ポリイミド(P3)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式中に示されるHFIP−MDA(58.3g、110mmol)、6FDA(48.9g、110mmol)、DMAc(220g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(34.8g、440mmol)、無水酢酸(44.9g、440mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、加圧濾過することで、下記反応式中に示されるポリイミド(H)のDMAc溶液を作製した。
下記反応式中のポリイミド(H)のDMAc溶液のGPCでの分子量の測定結果は、Mw=60000、Mw/Mn=2.0であった。

Figure 2018001118
[Comparative Example 6] A gas separation membrane made of a fired body of polyimide (P3) heated at 250 ° C In a 500 mL three-necked flask equipped with a nitrogen inlet tube and a stirring blade, HFIP-MDA (58. 3 g, 110 mmol), 6FDA (48.9 g, 110 mmol), and DMAc (220 g) were added, and the mixture was stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out the following reaction. Pyridine (34.8 g, 440 mmol) and acetic anhydride (44.9 g, 440 mmol) were sequentially added to the resulting reaction solution, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Then, the DMAc solution of the polyimide (H) shown in the following reaction formula was produced by carrying out pressure filtration.
The measurement results of the molecular weight by GPC of the DMAc solution of polyimide (H) in the following reaction formula were Mw = 60000 and Mw / Mn = 2.0.
Figure 2018001118

上記ポリイミド(P3)の焼成体からなる気体分離膜は、上記ポリイミド(P3)のDMAc溶液をガラス基材に塗布して作製した。
ガラス基材上にポリイミド(H)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度150rpmに上昇させた後、回転速度150rpmで10秒間保持し、ポリイミド(P3)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、250℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(P3)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は74μmであった。
The gas separation membrane made of the fired body of the polyimide (P3) was prepared by applying the DMAc solution of the polyimide (P3) to a glass substrate.
A DMAc solution of polyimide (H) is hung on a glass substrate, and the spin coater is used to increase the rotation speed to 150 rpm over 10 seconds. Then, the rotation is maintained at 150 rpm for 10 seconds, and the polyimide (P3) DMAc solution is added. And uniformly coated on a glass substrate. In a nitrogen atmosphere, the solvent is removed by drying at a temperature of 180 ° C. for 30 minutes, and after heat treatment at 250 ° C. for 2 hours, the polyimide (P3) is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 74 μm.

[比較例7] ポリイミド(P4)の250℃加熱による焼成体からなる気体分離膜
窒素導入管および攪拌翼を備えた容量500mLの三口フラスコに、下記反応式中に示されるHFIP−MDA(40.0g、75mmol)、下記反応式中に示されるBTDA(24.3g、75mmol)、DMAc(137g)を加え、窒素雰囲気下、20℃で攪拌し、以下に示す反応を行った。得られた反応液にピリジン(12.5g、158mmol)、無水酢酸(16.2g、158mmol)を順に加え、さらに24時間攪拌し、イミド化を行った。その後、加圧濾過することで、下記反応式中に示されるポリイミド(G)のDMAc溶液を作製した。
ポリイミド(G)のDMAc溶液のGPCでの分子量の測定結果は、Mw=172000、Mw/Mn=2.0であった。

Figure 2018001118
[Comparative Example 7] A gas separation membrane made of a fired body of polyimide (P4) heated at 250 ° C. In a 500 mL three-necked flask equipped with a nitrogen introduction tube and a stirring blade, HFIP-MDA (40. 0 g, 75 mmol), BTDA (24.3 g, 75 mmol) and DMAc (137 g) shown in the following reaction formula were added, and the mixture was stirred at 20 ° C. in a nitrogen atmosphere to carry out the following reaction. Pyridine (12.5 g, 158 mmol) and acetic anhydride (16.2 g, 158 mmol) were sequentially added to the resulting reaction solution, and the mixture was further stirred for 24 hours to perform imidization. Then, the DMAc solution of the polyimide (G) shown in the following reaction formula was produced by carrying out pressure filtration.
The measurement result of the molecular weight by GPC of the DMAc solution of polyimide (G) was Mw = 172000 and Mw / Mn = 2.0.
Figure 2018001118

上記ポリイミド(P4)の焼成体からなる気体分離膜は、上記ポリイミド(P4)のDMAc溶液をガラス基材に塗布して作製した。
ガラス基材上にポリイミド(P4)のDMAc溶液を垂らし、スピンコーターを用いて10秒間かけて回転速度300rpmに上昇させた後、回転速度300rpmで10秒間保持し、ポリイミド(P4)のDMAc溶液を、ガラス基材上に均一に塗布した。窒素雰囲気下、180℃の温度下で30分間乾燥して溶媒を除去し、250℃で2時間加熱処理した後、冷却し、ガラス基材からポリイミド膜を剥がすことで、上記ポリイミド(P4)を250℃で加熱処理することで得られる焼成体からなる気体分離膜を得た。
前記膜厚計で膜厚を測定したところ、膜厚は80μmであった。
The gas separation membrane made of the fired body of polyimide (P4) was prepared by applying the DMAc solution of polyimide (P4) to a glass substrate.
A DMAc solution of polyimide (P4) is hung on a glass substrate, and the spin speed is increased to 300 rpm over 10 seconds using a spin coater. Then, the DMAc solution of polyimide (P4) is held at a rotation speed of 300 rpm for 10 seconds. And uniformly coated on a glass substrate. After drying for 30 minutes at a temperature of 180 ° C. in a nitrogen atmosphere, the solvent is removed, and after heat treatment at 250 ° C. for 2 hours, the polyimide (P4) is removed by cooling and peeling the polyimide film from the glass substrate. A gas separation membrane made of a fired body obtained by heat treatment at 250 ° C. was obtained.
When the film thickness was measured with the film thickness meter, the film thickness was 80 μm.

上記実施例および比較例で得られた気体分離膜における、メタンの透過係数、二酸化炭素の透過係数、およびガス選択性(CO/CH)を表1に示す。

Figure 2018001118
Table 1 shows the methane permeability coefficient, carbon dioxide permeability coefficient, and gas selectivity (CO 2 / CH 4 ) in the gas separation membranes obtained in the above Examples and Comparative Examples.
Figure 2018001118

[試験例2] 可塑化開始圧力の測定
<二酸化炭素に対する可塑耐性の評価>
得られた気体分離膜において、非特許文献Ind.Eng.Chem.Res,Vol42,6389−6395,2003に記載されている方法に準じて、各二酸化炭素の供給圧力における、二酸化炭素の透過係数を測定した。具体的には、ステンレス製のセルに膜面積3.14cmの気体分離膜を配置し、温度25℃の条件で、ガスの供給圧力を0.15MPaから4.3MPaの範囲で、低圧力から順に供給圧力を上げていき、そのときの二酸化炭素の透過係数を各々測定した。得られた透過係数の中で最も低い透過係数のときの供給圧力を、可塑化開始圧力とした。各気体分離膜の可塑耐性の評価は、各気体分離膜の可塑化開始圧力を比較することで行った。
[Test Example 2] Measurement of plasticization start pressure <Evaluation of plastic resistance to carbon dioxide>
In the obtained gas separation membrane, non-patent document Ind. Eng. Chem. According to the method described in Res, Vol 42, 6389-6395, 2003, the carbon dioxide permeability coefficient at each carbon dioxide supply pressure was measured. Specifically, a gas separation membrane having a membrane area of 3.14 cm 2 is placed in a stainless steel cell, and the gas supply pressure is in the range of 0.15 MPa to 4.3 MPa at a temperature of 25 ° C. The supply pressure was increased in order, and the carbon dioxide permeability coefficient at that time was measured. The supply pressure at the lowest permeation coefficient among the obtained permeation coefficients was defined as the plasticizing start pressure. The plastic resistance of each gas separation membrane was evaluated by comparing the plasticization start pressure of each gas separation membrane.

上記実施例1、2および比較例5〜7で得られた気体分離膜における二酸化炭素の供給圧力と透過係数のプロットを図1〜5に示し、それぞれの可塑化開始圧力を表2に示す。

Figure 2018001118
1 to 5 show plots of carbon dioxide supply pressure and permeation coefficient in the gas separation membranes obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 5 to 7, and Table 2 shows the respective plasticization start pressures.
Figure 2018001118

表2に示される通り、実施例1のHFIP基と縮合多環式芳香族炭化水素とを有するポリイミドの焼成体からなる気体分離膜は、比較例5のHFIP基を有しないポリイミドの焼成体からなる気体分離膜に比べ、可塑化開始圧力が大きく、可塑耐性は優れていた。
また、実施例1のHFIP基と縮合多環式芳香族炭化水素を有するポリイミドの焼成体からなる気体分離膜は、比較例2、6のHFIP基を有するが、縮合多環式芳香族炭化水素を有しないポリイミドの焼成体からなる気体分離膜に比べ、可塑化開始圧力が大きく、可塑耐性が優れていた。
さらに、実施例1と実施例2で示されるように、同じポリイミド(A)を原料とした焼成体であっても、焼成温度が300℃である実施例2では、焼成温度が250℃である実施例1よりも、さらに優れた可塑耐性を示した。
As shown in Table 2, the gas separation membrane made of the fired body of polyimide having the HFIP group of Example 1 and the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon was obtained from the fired body of polyimide having no HFIP group of Comparative Example 5. Compared with the gas separation membrane, the plasticizing start pressure was large and the plastic resistance was excellent.
Further, the gas separation membrane made of the fired product of polyimide having the HFIP group and the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon of Example 1 has the HFIP group of Comparative Examples 2 and 6, but the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon. Compared to a gas separation membrane made of a fired body of polyimide that does not have a plasticity, the plasticization start pressure was large and the plastic resistance was excellent.
Furthermore, as shown in Example 1 and Example 2, even in a fired body made of the same polyimide (A) as a raw material, in Example 2 where the firing temperature is 300 ° C., the firing temperature is 250 ° C. The plastic resistance more excellent than Example 1 was shown.

また、表1に示される通り、実施例1と実施例2のHFIP基と縮合多環式芳香族炭化水素を有するポリイミドの焼成体からなる気体分離膜は、優れた気体透過性能、ガス選択性を示した。
Moreover, as shown in Table 1, the gas separation membrane comprising a fired product of polyimide having HFIP groups and condensed polycyclic aromatic hydrocarbons of Examples 1 and 2 has excellent gas permeation performance and gas selectivity. showed that.

Claims (16)

一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂の焼成体、を少なくとも含む気体分離膜。
Figure 2018001118
(一般式(1)中、Rは一般式(2)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。)
Figure 2018001118
(一般式(2)中、aおよびbは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦a+b≦4である。)
A gas separation membrane comprising at least a fired body of a polyimide resin having a repeating unit represented by the general formula (1).
Figure 2018001118
(In General Formula (1), R 1 is a divalent organic group represented by General Formula (2), and R 2 contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. (It is a tetravalent organic group.)
Figure 2018001118
(In general formula (2), a and b are each independently an integer of 0 to 2, and 1 ≦ a + b ≦ 4.)
前記Rが、以下のいずれかの2価の有機基である、請求項1に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
The gas separation membrane according to claim 1, wherein R 1 is any one of the following divalent organic groups.
Figure 2018001118
前記Rが、以下のいずれかの4価の有機基である、請求項1または2に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
The gas separation membrane according to claim 1 or 2, wherein R 2 is any one of the following tetravalent organic groups.
Figure 2018001118
前記ポリイミド樹脂が、一般式(3)で表される繰り返し単位をさらに有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
(一般式(3)中、Rは一般式(4)で表される2価の有機基または一般式(5)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。)
Figure 2018001118
(一般式(4)中、Rは単結合、酸素原子、硫黄原子、CO、CH、CHCH、SO、SO、C(CH、C(CH)(CHCH)、NHCO、C(CF、芳香環または脂環であり、RおよびRはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基またはフルオロアルキル基であり、cおよびdは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦c+d≦4である。)
Figure 2018001118
(一般式(5)中、Rは水素原子、アルキル基またはフルオロアルキル基であり、eは1〜4の整数である。)
The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyimide resin further has a repeating unit represented by the general formula (3).
Figure 2018001118
(In the general formula (3), R 3 is a divalent organic group represented by formula (4) a divalent organic group or a group represented by formula represented (5), R 4 is an alicyclic, aromatic A tetravalent organic group containing at least one selected from the group consisting of a ring and an alkylene group.)
Figure 2018001118
(In the general formula (4), R 5 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, CO, CH 2 , CH 2 CH 2 , SO, SO 2 , C (CH 3 ) 2 , C (CH 3 ) (CH 2 CH 3 ), NHCO, C (CF 3 ) 2 , an aromatic ring or an alicyclic ring, R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group or a fluoroalkyl group, and c and d are each independently (It is an integer of 0 to 2, and 1 ≦ c + d ≦ 4.)
Figure 2018001118
(In General Formula (5), R 8 is a hydrogen atom, an alkyl group or a fluoroalkyl group, and e is an integer of 1 to 4.)
前記Rが、以下のいずれかの2価の有機基である、請求項4に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
The gas separation membrane according to claim 4, wherein R 3 is any one of the following divalent organic groups.
Figure 2018001118
前記Rが、以下のいずれかの4価の有機基である、請求項4または5に記載の気体分離膜。
Figure 2018001118
The gas separation membrane according to claim 4 or 5, wherein R 4 is any one of the following tetravalent organic groups.
Figure 2018001118
前記ポリイミド樹脂の質量平均分子量が、20000以上、500000以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の気体分離膜。   The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the polyimide resin has a mass average molecular weight of 20,000 or more and 500,000 or less. 前記焼成体が、前記ポリイミド樹脂の200〜400℃での加熱処理体である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の気体分離膜。 The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 7, wherein the fired body is a heat-treated body of the polyimide resin at 200 to 400 ° C. 請求項1乃至8の何れか一項に記載の気体分離膜を用いて、二酸化炭素及びメタンを少なくとも含むガス混合物から二酸化炭素を分離する、ガス混合物の分離方法。   A method for separating a gas mixture, wherein the gas separation membrane according to any one of claims 1 to 8 is used to separate carbon dioxide from a gas mixture containing at least carbon dioxide and methane. 請求項1乃至8の何れか一項に記載の気体分離膜を用いて、二酸化炭素及びメタンを少なくとも含むガス混合物からメタンを分離する、ガス混合物の分離方法。   A method for separating a gas mixture, wherein the gas separation membrane according to any one of claims 1 to 8 is used to separate methane from a gas mixture containing at least carbon dioxide and methane. 請求項1乃至8の何れか一項に記載の気体分離膜を含む気体分離膜モジュール。   A gas separation membrane module comprising the gas separation membrane according to any one of claims 1 to 8. 請求項11に記載の気体分離膜モジュールを少なくとも備える気体分離装置。   A gas separation device comprising at least the gas separation membrane module according to claim 11. 一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂。
Figure 2018001118
(一般式(1)中、Rは一般式(2)で表される2価の有機基であり、Rは脂環、芳香環およびアルキレン基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する4価の有機基である。)
Figure 2018001118
(一般式(2)中、aおよびbは、それぞれ独立に0〜2の整数であり、1≦a+b≦4である。)
A polyimide resin having a repeating unit represented by the general formula (1).
Figure 2018001118
(In General Formula (1), R 1 is a divalent organic group represented by General Formula (2), and R 2 contains at least one selected from the group consisting of an alicyclic ring, an aromatic ring and an alkylene group. (It is a tetravalent organic group.)
Figure 2018001118
(In general formula (2), a and b are each independently an integer of 0 to 2, and 1 ≦ a + b ≦ 4.)
前記Rが、以下のいずれかの2価の有機基である、請求項13に記載のポリイミド樹脂。
Figure 2018001118
The polyimide resin according to claim 13, wherein R 1 is any one of the following divalent organic groups.
Figure 2018001118
前記Rが、以下のいずれかの4価の有機基である、請求項13または14に記載のポリイミド樹脂。
Figure 2018001118
The polyimide resin according to claim 13 or 14, wherein R 2 is any one of the following tetravalent organic groups.
Figure 2018001118
質量平均分子量が、20000以上、500000以下である、請求項13〜15のいずれか一項に記載の気体分離膜。
The gas separation membrane according to any one of claims 13 to 15, wherein the mass average molecular weight is 20,000 or more and 500,000 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018131697A1 (en) * 2017-01-16 2018-07-19 セントラル硝子株式会社 Gas separation membrane

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