JP2019093309A - Gas separation membrane, gas separation module, gas separation device, and gas separation method - Google Patents

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Abstract

To provide: a gas separation membrane having a gas separation layer that is excellent in both gas permeability and gas separation selectivity, exhibits excellent gas permeability and gas separation selectivity even under high pressure conditions, and is also less susceptible to influence of impurities such as toluene present in natural gas; and a gas separation module, a gas separation device and a gas separation method that use the gas separation membrane.SOLUTION: A gas separation membrane 10 contains a crosslinked polyimide compound, and has a crosslinked structure mediated by at least one linking group selected from among formulas (A-1) to (A-12), where Rto Reach independently represent a hydroxyl group, a halogen atom, an alkoxy group, or an aryloxy group.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 apparatus, 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、火力発電所やセメントプラント、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(特許文献1)。   Materials made of polymer compounds have gas permeability that is unique to each material. Based on its properties, a desired gas component can be selectively permeated and separated by a membrane composed of a specific polymer compound. As an industrial application of this gas separation membrane, it is considered to separate and recover it from a large-scale carbon dioxide source at a thermal power plant, cement plant, steel plant blast furnace, etc. in relation to the problem of global warming. It is done. And this membrane separation technology is focused as a solution to environmental problems that can be achieved with relatively small energy. On the other hand, natural gas and biogas (gases generated by biological excrement, organic fertilizers, biodegradable substances, sewage, garbage, fermentation of energy crops etc., anaerobic digestion) are mainly mixed gas containing methane and carbon dioxide As a means for removing such impurities such as carbon dioxide, a membrane separation method has been studied (Patent Document 1).

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。これを実現するために種々の膜素材が検討されており、その一環としてポリイミド化合物を用いたガス分離膜の検討が行われてきた。
実際のプラントにおいては、高圧条件や天然ガス中に存在する不純物(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、ガス透過性とガス分離選択性を高めるだけでなく、高圧条件下や、上記不純物存在下においても高度なガス透過性とガス分離選択性を持続できる可塑化耐性も求められる。その解決手段として、ポリイミドを架橋させる研究開発が行われている。
例えば、特許文献2には、水酸基とカルボキシ基を有するポリイミドを、高温処理することで自己縮合させた架橋ポリイミド膜が、高圧下でもガス透過性とガス分離選択性のいずれにも優れた性能を示したことが記載されている。
また、非特許文献1には、特定のエステル基で架橋させたポリイミド化合物を非対称中空糸構造としたガス分離膜が、トルエン等の不純物共存下に対しても優れた性能、高い耐性を示した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 the gas more efficiently. In order to realize this, various membrane materials have been studied, and as a part thereof, examinations have been made on gas separation membranes using a polyimide compound.
In an actual plant, the membrane is plasticized due to high pressure conditions and the effects of impurities (for example, benzene, toluene, xylene) present in natural gas, and this causes a problem of reduced gas separation selectivity. Therefore, the gas separation membrane not only improves gas permeability and gas separation selectivity, but also plasticization resistance that can maintain high gas permeability and gas separation selectivity even under high pressure conditions and the presence of the above-mentioned impurities. Desired. As a means for solving the problem, research and development has been conducted to crosslink polyimide.
For example, Patent Document 2 shows that a crosslinked polyimide membrane obtained by self-condensing a polyimide having a hydroxyl group and a carboxy group by high temperature treatment has excellent performance in both gas permeability and gas separation selectivity even under high pressure. It is stated that indicated.
Further, in Non-Patent Document 1, a gas separation membrane having an asymmetric hollow fiber structure in which a polyimide compound crosslinked with a specific ester group exhibited excellent performance and high resistance even in the presence of impurities such as toluene It is described.

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、ポリイミド化合物等の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, it is necessary to thin the gas separation layer to ensure sufficient gas permeability, and also to realize a high degree of gas separation selectivity. As a method of thinning the gas separation layer, there is a method of using a polymer compound such as a polyimide compound as an asymmetric membrane by a phase separation method, and making a portion contributing to separation a thin layer called a dense layer or a skin layer. In this asymmetric membrane, the portion other than the dense layer is made to function as a support layer responsible for the mechanical strength of the membrane.
In addition to the above asymmetric membrane, the gas separation layer responsible for the gas separation function and the support layer responsible for the mechanical strength are separate materials, and the gas separation layer having the gas separation ability is a thin layer on the gas permeable support layer. The form of the composite film to be formed is also known.

特開2007−297605号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-297605 米国公開特許2015/0093510号公報U.S. Published Patent 2015/0093510

Journal of Membrane Science,2011,Vol.369,p.490−498Journal of Membrane Science, 2011, Vol. 369, p. 490-498

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支配下にある。したがって、ガス分離層に用いるポリイミド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、両特性を高いレベルで両立するのは困難とされる。
また、天然ガス中にはメタンガスの他、プロパン、ブタン等、種々の高次炭化水素ガスが存在する。したがって、ガス分離膜にはメタンの分離性能だけでなく、炭化水素ガス全般について効率的に分離できる性能が求められるようになってきている。
In general, gas permeability and gas separation selectivity are under the so-called trade-off rule of one another. Therefore, although either the gas permeability or gas separation selectivity of the gas separation layer can be improved by adjusting the copolymerization component of the polyimide compound used for the gas separation layer, both characteristics can be compatible at a high level. It is considered difficult to do.
In addition to methane gas, various higher order hydrocarbon gases such as propane and butane exist in natural gas. Therefore, not only the separation performance of methane but also the performance that can efficiently separate hydrocarbon gases in general is required for gas separation membranes.

本発明は、ガス透過性とガス分離選択性のいずれにも優れ、高圧条件下でも優れたガス透過性とガス分離選択性を示し、且つ、天然ガス中に存在するトルエン等の不純物の影響も受けにくいガス分離層を有す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 is excellent in both gas permeability and gas separation selectivity, exhibits excellent gas permeability and gas separation selectivity even under high pressure conditions, and is also affected by impurities such as toluene present in natural gas. It is an object of the present invention to provide a gas separation membrane having a gas separation layer which is hard to be received. Another object of the present invention is to provide a gas separation module, a gas separation apparatus, 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、ガス分離層を構成するポリイミド化合物へ親水性極性基を導入し、さらに、連結鎖長の比較的短いコンパクトで親水的な架橋連結基を導入することにより、高圧下においてもガス透過性とガス分離選択性のいずれにも優れ、且つ、トルエン等の不純物に対して優れた耐性を示すガス分離膜が得られることを見出した。本発明は、これらの知見に基づき完成させるに至ったものである。   As a result of intensive investigations in view of the above problems, the present inventors introduce a hydrophilic polar group to a polyimide compound constituting a gas separation layer, and further, a compact, hydrophilic cross-linked group having a relatively short chain length. It has been found that by introducing a gas separation membrane which is excellent in both gas permeability and gas separation selectivity even under high pressure and shows excellent resistance to impurities such as toluene. The present invention has been completed based on these findings.

上記の課題は以下の手段により達成された。
[1]
架橋ポリイミド化合物を含有してなるガス分離膜であって、上記架橋ポリイミド化合物は下記(A−1)〜(A−12)からなる群から選ばれる少なくとも1種の連結基を介した架橋構造を有する、ガス分離膜。

Figure 2019093309
上記式中、R、RおよびRはそれぞれ独立に、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基またはアリールオキシ基を示す。
[2]
上記連結基が、下記(B−1)〜(B−6)からなる群から選ばれる少なくとも1種である、[1]に記載のガス分離膜。
Figure 2019093309
[3]
上記架橋ポリイミド化合物が、式(I−a)で表される繰り返し単位の少なくとも一種を含む、[1]又は[2]に記載のガス分離膜。
Figure 2019093309
式(I−a)中、Rは下記式(I−1)〜(I−28)のいずれかで表される4価の基を示す。Rは置換基を示す。m1は0〜3の整数である。Xは−B(OH)−O−、−P(=O)(OH)−O−又は−P(OH)−O−を示す。
ここでX〜Xは単結合又は2価の連結基を、Lは−CH=CH−又は−CH−を、R及びRは水素原子又は置換基を示し、*は式(I−a)中のカルボニル基との結合部位を示す。
Figure 2019093309
[4]
上記式(I−a)において、Rが下記式(I−a1)で表される、[3]に記載のガス分離膜。
Figure 2019093309
[5]
上記架橋ポリイミド化合物が、下記式(I−a2)で表される繰り返し単位を含む、[1]〜[4]のいずれかにガス分離膜。
Figure 2019093309
式(I−a2)中、R は水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を示す。Xは−B(OH)−O−、−P(=O)(OH)−O−又は−P(OH)−O−から選択される基を示す。
[6]
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]〜[5]のいずれか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、[6]に記載のガス分離膜。
[8]
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]〜[7]のいずれかに記載のガス分離膜。
[9]
分離処理されるガスが二酸化炭素とブ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、二酸化炭素とブタンとの透過速度比(RCO2/RC4H10)が40以上である、[1]〜[7]のいずれかに記載のガス分離膜。
[10]
二酸化炭素及び炭化水素ガス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]〜[9]のいずれかに記載のガス分離膜。
[11]
[1]〜[10]のいずれかに記載のガス分離膜を具備するガス分離モジュール。
[12]
[11]に記載のガス分離モジュールを備えたガス分離装置。
[13]
[1]〜[9]のいずれかに記載のガス分離膜を用いたガス分離方法。 The above task has been achieved by the following means.
[1]
A gas separation membrane comprising a crosslinked polyimide compound, wherein the crosslinked polyimide compound has a crosslinked structure via at least one connecting group selected from the group consisting of the following (A-1) to (A-12): Has a gas separation membrane.
Figure 2019093309
In the above formulae, R a , R b and R c each independently represent a hydroxyl group, a halogen atom, an alkoxy group or an aryloxy group.
[2]
The gas separation membrane according to [1], wherein the linking group is at least one selected from the group consisting of (B-1) to (B-6) below.
Figure 2019093309
[3]
The gas separation membrane as described in [1] or [2] in which the said crosslinked polyimide compound contains at least 1 type of a repeating unit represented by Formula (Ia).
Figure 2019093309
In formula (I-a), R represents a tetravalent group represented by any of the following formulas (I-1) to (I-28). R 3 represents a substituent. m1 is an integer of 0 to 3. X a represents -B (OH) -O-, -P (= O) (OH) -O- or -P (OH) -O-.
Here, X 1 to X 3 each represent a single bond or a divalent linking group, L represents -CH = CH- or -CH 2- , R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or a substituent, and * represents a formula ( The binding site to the carbonyl group in I-a) is shown.
Figure 2019093309
[4]
The gas separation membrane as described in [3] in which R is represented by a following formula (I-a1) in said formula (I-a).
Figure 2019093309
[5]
The gas separation membrane is any of [1]-[4] in which the said crosslinked polyimide compound contains the repeating unit represented by a following formula (I-a2).
Figure 2019093309
In formula (I-a2), R I 4 represents a hydrogen atom, an alkyl group or a halogen atom. X a represents a group selected from -B (OH) -O-, -P (= O) (OH) -O- or -P (OH) -O-.
[6]
The gas separation membrane according to any one of [1] to [5], wherein the gas separation membrane is a gas separation composite membrane having the gas separation layer on the upper side of a gas permeable support layer.
[7]
The gas separation membrane according to [6], wherein the support layer comprises a porous layer on the gas separation layer side and a non-woven fabric layer on the opposite side thereof.
[8]
When the gas to be separated and processed is a mixed gas of carbon dioxide and methane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa is more than 20 GPU, and the permeation rate ratio of carbon dioxide to methane (R CO2 / R CH4 ) Is 15 or more, The gas separation membrane in any one of [1]-[7].
[9]
When the gas to be separated and processed is a mixed gas of carbon dioxide and butane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa is more than 20 GPU, and the permeation rate ratio of carbon dioxide to butane (R CO2 / R C4 H10 ) Is 40 or more, The gas separation membrane in any one of [1]-[7].
[10]
The gas separation membrane according to any one of [1] to [9], which is used to selectively permeate carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and a hydrocarbon gas.
[11]
The gas separation module which comprises the gas separation membrane in any one of [1]-[10].
[12]
[11] A gas separation apparatus comprising the gas separation module according to [11].
[13]
The gas separation method using the gas separation membrane in any one of [1]-[9].

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。また、特に断らない場合であっても、複数の置換基等が近接するときにはそれらが互いに連結したり縮環したりして環を形成していてもよい意味である。
The numerical range represented by "-" in this specification is a meaning which includes the numerical value described before and after that as a lower limit and an upper limit.
In the present specification, when there are a plurality of substituents, linking groups and the like (hereinafter referred to as substituents and the like) represented by specific symbols, or when a plurality of substituents and the like are defined simultaneously or alternatively, The substituents and the like mean that they may be the same or different. The same applies to the definition of the number of substituents and the like. Moreover, when there exists repetition of several partial structure represented by the same display in Formula, each partial structure thru | or repeating unit may be same or different. Also, even if not particularly mentioned, it means that when a plurality of substituents and the like are adjacent, they may be linked to each other or condensed to form a ring.

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誘導体を含む意味である。
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。
In the present specification, the term "compound" or "group" is used in the meaning including the compound or group itself as well as the salts thereof and the ions thereof. Moreover, it is a meaning including the derivative which changed a part of structure in the range which show | plays the target effect.
In the present specification, with respect to a substituent which does not specify substitution or non-substitution (the same applies to a linking group), it is a meaning that the group may have any substituent within a range that produces a desired effect. . This is also the same as for compounds in which no substitution or substitution is specified.
When a substituent is referred to in the present specification, unless otherwise specified, the following substituent group Z is the preferable range.

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、高圧条件下においてもガス透過性に優れ、且つ、ガス分離性能にも優れる。また、トルエン等の不純物等を含むガスの分離に用いても、ガス分離性能の低下が生じにくい。   The gas separation membrane, the gas separation module, and the gas separation device of the present invention are excellent in gas permeability even under high pressure conditions, and also excellent in gas separation performance. In addition, even when used for the separation of a gas containing an impurity such as toluene, the decrease in gas separation performance hardly occurs.

本発明のガス分離方法によれば、高圧条件下でおいても、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る。また、分離対象とするガス中に不純物が存在しても、優れたガス分離性能が持続する。   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. In addition, even if impurities are present in the gas to be separated, excellent gas separation performance is maintained.

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。1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a gas separation composite membrane of the present 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 film of this invention.

以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本発明のガス分離膜は、ガス分離層に特定の架橋ポリイミド化合物を含む。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
The gas separation membrane of the present invention contains a specific crosslinked polyimide compound in the gas separation layer.

[架橋ポリイミド化合物]
本発明に用いる架橋ポリイミド化合物は下記(A−1)〜(A−12)からなる群から選ばれる少なくとも1種の連結基を介した架橋構造を有する。
[Crosslinked polyimide compound]
The crosslinked polyimide compound used in the present invention has a crosslinked structure via at least one type of linking group selected from the group consisting of the following (A-1) to (A-12).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

上記式中、R、RおよびRはそれぞれ独立に水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基またはアリールオキシ基を示す。 In the above formulae, R a , R b and R c each independently represent a hydroxyl group, a halogen atom, an alkoxy group or an aryloxy group.

上記ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子、塩素原子又は臭素原子がより好ましく、フッ素原子又は塩素原子がさらに好ましい。   Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom is more preferable, and a fluorine atom or a chlorine atom is more preferable.

アルコキシ基は、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。
アリールオキシ基は、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。
The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 10 carbon atoms, and examples thereof include methoxy, ethoxy, butoxy and 2-ethylhexyloxy Be
The aryloxy group is preferably an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyloxy, 1-naphthyloxy and 2-naphthyloxy Etc.

上記特定の連結基が、下記(B−1)〜(B−6)からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   The specific linking group is preferably at least one selected from the group consisting of (B-1) to (B-6) below.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

これらの連結基群(B)の内で、ポリイミド化合物の主鎖の炭素原子から直接結合している基が好ましい。具体的には、(B−1)、(B−3)及び(B−5)が挙げられる。   Among these linking group group (B), preferred are groups directly bonded from carbon atoms of the main chain of the polyimide compound. Specifically, (B-1), (B-3) and (B-5) may be mentioned.

上記架橋ポリイミド化合物が、式(I−a)で表される繰り返し単位の少なくとも一種を含むことが好ましい。   It is preferable that the said crosslinked polyimide compound contains at least 1 type of the repeating unit represented by Formula (I-a).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式(I−a)中、Rは下記式(I−1)〜(I−28)のいずれかで表される4価の基を示す。Rは置換基を示す。m1は0〜3の整数である。Xは−B(OH)−O−、−P(=O)(OH)−O−又は−P(OH)−O−を示す。 In formula (I-a), R represents a tetravalent group represented by any of the following formulas (I-1) to (I-28). R 3 represents a substituent. m1 is an integer of 0 to 3. X a represents -B (OH) -O-, -P (= O) (OH) -O- or -P (OH) -O-.

として採り得る置換基としては、後述する置換基群Zから選ばれる基が挙げられる。 Examples of the substituent that can be taken as R 3 include groups selected from Substituent Group Z described later.

m1は0〜3の整数であり、好ましくは1〜3である。   m1 is an integer of 0 to 3, preferably 1 to 3.

ここでX〜Xは単結合又は2価の連結基を、Lは−CH=CH−又は−CH−を、R及びRは水素原子又は置換基を示し、*は式(I−a)中のカルボニル基との結合部位を示す。Rは式(I−1)、(I−2)又は(I−4)で表される基であることが好ましく、(I−1)又は(I−4)で表される基であることがより好ましく、(I−1)で表される基であることが特に好ましい。 Here, X 1 to X 3 each represent a single bond or a divalent linking group, L represents -CH = CH- or -CH 2- , R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or a substituent, and * represents a formula ( The binding site to the carbonyl group in I-a) is shown. R is preferably a group represented by formula (I-1), (I-2) or (I-4), and is a group represented by (I-1) or (I-4) Is more preferable, and a group represented by (I-1) is particularly preferable.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

上記式(I−1)、(I−9)及び(I−18)中、X〜Xは、単結合又は2価の連結基を示す。この2価の連結基としては、−C(R−(Rは水素原子又は置換基を示す。Rが置換基の場合、互いに連結して環を形成してもよい)、−O−、−SO−、−C(=O)−、−S−、−NR−(Rは水素原子、アルキル基(好ましくはメチル基又はエチル基)又はアリール基(好ましくはフェニル基))、−C−(フェニレン基)、又はこれらの組み合わせが好ましく、単結合又は−C(R−がより好ましい。Rが置換基を示すとき、その具体例としては、後記置換基群Zから選ばれる基が挙げられ、なかでもアルキル基(好ましい範囲は後記置換基群Zに示されたアルキル基と同義である)が好ましく、ハロゲン原子を置換基として有するアルキル基がより好ましく、トリフルオロメチルが特に好ましい。なお、式(I−18)は、Xが、その左側に記載された2つの炭素原子のいずれか一方、又は、その右側に記載された2つの炭素原子のうちいずれか一方と連結していることを意味する。 In the formulas (I-1), (I-9) and (I-18), X 1 to X 3 each represent a single bond or a divalent linking group. As the divalent linking group, —C (R x ) 2 — (R x represents a hydrogen atom or a substituent. When R x is a substituent, they may be linked to each other to form a ring), -O-, -SO 2- , -C (= O)-, -S-, -NR Y- (where R Y is a hydrogen atom, an alkyl group (preferably a methyl group or an ethyl group) or an aryl group (preferably a phenyl group) group)), - C 6 H 4 - ( phenylene group), or a combination thereof, more preferably a single bond or -C (R x) 2 - are more preferable. When R x represents a substituent, specific examples thereof include a group selected from Substituent Group Z, and in particular, an alkyl group (a preferred range is the same as the alkyl group shown in Substituent Group Z) Some are preferable, an alkyl group having a halogen atom as a substituent is more preferable, and trifluoromethyl is particularly preferable. In Formula (I-18), X 3 is linked to any one of the two carbon atoms described on the left side or one of the two carbon atoms described on the right side. Means to

上記式(I−4)、(I−15)、(I−17)、(I−20)、(I−21)及び(I−23)中、Lは−CH=CH−又は−CH−を示す。 In the above formulas (I-4), (I-15), (I-17), (I-20), (I-21) and (I-23), L is -CH = CH- or -CH 2 Indicates-.

上記式(I−7)中、R及びRは水素原子又は置換基を示す。かかる置換基としては、後述する置換基群Zから選ばれる基が挙げられる。R及びRは互いに結合して環を形成していてもよい。
、Rは水素原子又はアルキル基であることが好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基であることがより好ましく、水素原子であることが更に好ましい。
R < 1 > and R < 2 > show a hydrogen atom or a substituent in said Formula (I-7). Examples of such a substituent include groups selected from Substituent Group Z described later. R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring.
R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group, more preferably a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and still more preferably a hydrogen atom.

式(I−1)〜(I−28)中に示された炭素原子はさらに置換基を有していてもよい。この置換基の具体例としては、後記置換基群Zから選ばれる基が挙げられ、なかでもアルキル基又はアリール基が好ましい。   The carbon atom shown in formulas (I-1) to (I-28) may further have a substituent. Specific examples of the substituent include groups selected from the following Substituent Group Z, and among them, an alkyl group or an aryl group is preferable.

上記式(I−a)において、Rが下記式(I−a1)で表されることが好ましい。   In the above formula (I-a), R is preferably represented by the following formula (I-a1).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

上記架橋ポリイミド化合物が、下記式(I−a2)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。   It is preferable that the said crosslinked polyimide compound contains the repeating unit represented by following formula (I-a2).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式(I−a2)中、R は水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を示す。Xは式(I−a)におけるものと同義である。ここで、ハロゲン原子としては、上記連結基群Aで説明したのと同義であり、その好ましい範囲も同様である。また、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。上記アルキル基は、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。 In formula (I-a2), R I 4 represents a hydrogen atom, an alkyl group or a halogen atom. X a is as defined in formula (I-a). Here, as a halogen atom, it is synonymous with having demonstrated by the said coupling group group A, The preferable range is also the same. The alkyl group may be linear or branched and may have a cyclic structure. The alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, still more preferably 1 to 8 carbon atoms, still more preferably 1 to 6 carbon atoms, and most preferably 1 to 4 carbon atoms. Preferred 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, and methyl is particularly preferable. preferable.

本発明に用いる架橋ポリイミド化合物を構成する繰り返し単位が、「連結基群Aから選ばれる少なくとも1つを有する」ことによって、この高極性な架橋連結基は疎水性であるトルエンなどの不純物に対して膨潤しにくく、かかる架橋ポリイミド化合物をガス分離層に用いた際に、優れたガス分離選択性と優れたガス透過性の両立を高度なレベルで実現し、さらに、耐可塑性にも優れることが可能となる。   When the repeating unit constituting the crosslinked polyimide compound used in the present invention "has at least one selected from the linking group group A", this highly polar crosslinked linking group is hydrophobic with respect to impurities such as toluene It is difficult to swell, and when such a crosslinked polyimide compound is used in a gas separation layer, it is possible to achieve both excellent gas separation selectivity and excellent gas permeability at a high level, and also be excellent in plastic resistance. It becomes.

(架橋構造)
本発明においては、架橋ポリイミド樹脂の架橋構造が、上記連結基群から選ばれる少なくとも1つの連結基を有する。その好ましい範囲も連結基群の項で述べたものと同様である。
上記架橋ポリイミド化合物中の架橋密度とは、例えば、架橋剤と反応したポリイミド化合物の密度を意味する。すなわち、下記[化13〜化17]で表される反応後の構造式の密度を意味する。
(Crosslinked structure)
In the present invention, the crosslinked structure of the crosslinked polyimide resin has at least one linking group selected from the above linking group group. The preferable range is also the same as that described in the section of the connecting group group.
The crosslinking density in the crosslinked polyimide compound means, for example, the density of the polyimide compound reacted with the crosslinking agent. That is, it means the density of the structural formula after the reaction represented by the following [Chemical formula 13 to Chemical formula 17].

[架橋ポリイミド樹脂]
(架橋サイト比[η])
本発明においては、上記架橋ポリイミド樹脂における、上記ポリイミド化合物のイミド基と架橋サイトとの比[η](架橋サイトの数/イミド基の数)が0.0001〜0.45であり、0.01〜0.3であることが好ましく、0.01〜0.2であることがより好ましく、0.01〜0.1であることがさらに好ましい。さらに、低架橋サイト比の設定にする場合には、0.05以下が好ましく、0.04以下がより好ましく、0.02以下が特に好ましい。
[Crosslinked polyimide resin]
(Crosslinking site ratio [η])
In the present invention, the ratio [η] (the number of crosslinking sites / the number of imide groups) of the imide group of the above-mentioned polyimide compound and the crosslinking site in the above-mentioned crosslinked polyimide resin is 0.0001 to 0.45, 0. It is preferably 01 to 0.3, more preferably 0.01 to 0.2, and still more preferably 0.01 to 0.1. Furthermore, when setting the low crosslinking site ratio, 0.05 or less is preferable, 0.04 or less is more preferable, and 0.02 or less is particularly preferable.

本明細書において「架橋サイト比[η]」は、架橋された架橋性官能基の数に基づくものであり、ポリイミド化合物に導入されていてもよく、架橋されなかった架橋性官能基の数は除かれた算定値(比率)である。この値を上記下限値以上とすることで、高CO濃度条件あるいは天然ガス中に含まれるベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物あるいはヘキサン、ヘプタンなどの炭化水素不純物の影響による膜の可塑化にともなう分離選択性の低下を最小限に抑制することができる。一方、上記上限値以下とすることで、架橋密度向上に伴うガス透過率の低下を最小限に抑制することができ、さらには折り曲げ時のクラック、脆性といった機械強度も改善することができる。
この架橋サイト比を所望の範囲とするには、ポリイミド化合物の合成時に適宜官能性架橋基の存在割合(例えば、後述する架橋性官能基密度[γ])を調整したり、架橋反応条件を変化させたりして架橋転化率(例えば、架橋性官能基の総数に対する架橋された官能基の数の比率(架橋転化率)[α])を調整することにより行うことができ、計算上は[η]=[γ]x[α]/200となる。ここで、分母については、ポリイミドは構成単位成分あたりイミド基が2つあるために100×2の200になる。具体的には、所定の範囲内で架橋サイトをもつモノマーの組成比を増やす、反応性を高める、多官能化する、又は別の架橋性置換基を有する素材を併用することで、架橋サイト比[η]を高めることができる。
In the present specification, “crosslinking site ratio [η]” is based on the number of crosslinkable functional groups that have been crosslinked, and may be introduced into the polyimide compound, and the number of crosslinkable functional groups that have not been crosslinked is It is the excluded calculated value (ratio). By setting this value to the above lower limit value or higher, the film is plasticized under the condition of high CO 2 concentration or by the influence of aromatic compounds such as benzene, toluene and xylene contained in natural gas or hydrocarbon impurities such as hexane and heptane. It is possible to minimize the decrease in separation selectivity associated with On the other hand, by setting the upper limit value or less, it is possible to minimize the decrease in gas permeability accompanied by the improvement of the crosslinking density, and further to improve the mechanical strength such as cracking and brittleness at the time of bending.
In order to make this crosslinking site ratio into a desired range, the proportion of functional crosslinking groups (eg, the density of crosslinking functional groups [γ] described later) is appropriately adjusted during synthesis of the polyimide compound, or the crosslinking reaction conditions are changed. It is possible to carry out by adjusting the crosslinking conversion rate (for example, the ratio of the number of crosslinked functional groups to the total number of crosslinking functional groups (crosslinking conversion rate) [α]). ] = [Γ] x [α] / 200. Here, with regard to the denominator, since the polyimide has two imide groups per constituent unit component, it is 200 × 100. Specifically, the crosslinking site ratio is increased by increasing the compositional ratio of the monomer having a crosslinking site within a predetermined range, enhancing the reactivity, polyfunctionalizing or using a material having another crosslinking substituent. [Η] can be increased.

(架橋性官能基密度[γ])
式(I−a)で表される繰り返し単位に対する、下記[化13〜化17]で表される反応後の構造式中のR−O−B(−O−R)−O−Rなどの数の比率を架橋性官能基密度[γ]という。このγ{(R−O−B(−O−R)−O−Rなどの数)/(式(I−a)で表される繰り返し単位の数)}の好ましい範囲は、0.003〜0.68であり、さらに好ましくは0.003〜0.56である。
(Crosslinkable functional group density [γ])
R P -O-B (-O-R P ) -O-R in the structural formula after reaction represented by the following [Chemical Formula 13 to Chemical Formula 17] with respect to the repeating unit represented by Formula (I-a) The ratio of numbers such as P is called crosslinkable functional group density [γ]. The preferable range of this γ {(number of such as R P -O-B (-O-R P ) -O-R P ) / (number of repeating units represented by the formula (I-a))} is 0 And more preferably 0.003 to 0.56.

この架橋性官能基密度は、ポリイミド化合物を合成するときの基質(モノマー)の仕込み量で調節することができる。   The crosslinkable functional group density can be adjusted by the preparation amount of the substrate (monomer) when synthesizing the polyimide compound.

(架橋転化率[α])
本発明の架橋転化率[α]は、膜のラマン分光法測定(例えば、ボレート架橋であれば、ホウ素−酸素結合のピーク(700〜900cm−1))および固体NMR(各種:11B)スペクトルにおいて架橋前後における減少により算出することができる。架橋転化率は20%以上100%以下が好ましく、50%以上94%以下がより好ましく、30%以上89%以下がさらに好ましい。
(Crosslinking conversion rate [α])
The crosslinking conversion ratio [α] of the present invention is a Raman spectroscopy measurement of a film (for example, in the case of borate crosslinking, a peak of boron-oxygen bond (700 to 900 cm −1 )) and solid state NMR (various: 11B) spectra It can be calculated by the decrease before and after crosslinking. 20% or more and 100% or less is preferable, 50% or more and 94% or less is more preferable, and 30% or more and 89% or less is more preferable.

この架橋転化率は、ポリイミド化合物の架橋条件により調節を行うことができ、架橋剤の種類若しくは添加量、又は、架橋反応における温度、基質濃度、熱量、活性放射線の光量及び/又は照射時間を各種調整することで、架橋転化率を調節することができる。具体的には例えば、架橋反応において反応率を高めるために、熱若しくは光エネルギーの総エネルギーを増やすか、材料であれば架橋剤の反応性を高めるか(例えば、脱離能の高いハロゲンで置換されたホウ素又はリンの化合物などを用いる。例えば、ホウ素系架橋剤であればB(OH)3よりもBCl3の方が高反応性である。)、又は、架橋剤の量を増やすことによって、活性を上げることが挙げられる。 The crosslinking conversion ratio can be adjusted by the crosslinking conditions of the polyimide compound, and the kind or addition amount of the crosslinking agent, or the temperature in the crosslinking reaction, substrate concentration, heat quantity, light quantity of actinic radiation and / or irradiation time By adjusting, the crosslinking conversion can be adjusted. Specifically, for example, in order to increase the reaction rate in the crosslinking reaction, the total energy of heat or light energy is increased, or in the case of a material, the reactivity of the crosslinking agent is increased (for example, substitution with halogen having high elimination ability) Compounds of boron or phosphorus, etc. For example, in the case of a boron-based crosslinking agent, BCl 3 is more reactive than B (OH) 3 ) or by increasing the amount of the crosslinking agent. To raise the activity.

下記に架橋反応の例を反応スキームで示すが、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。なお、下記式中、polymerが「ポリイミド残基」を示す。   Although the example of a crosslinking reaction is shown by reaction scheme below, this invention is not limited and interpreted to this. In addition, polymer shows a "polyimide residue" in a following formula.

(1)ホウ酸(ボレート)架橋

Figure 2019093309
反応式:3R−OH + B(R(この一番目の反応は、架橋の1つ前の段階と理解される。以下同様。)
⇒ R−O−B(R + R
⇒ R−O−B(R)−O−R + R
⇒ R−O−B(−O−R)−O−R + R
ここで、Rは、ポリイミド化合物(ポリマー)の残基を表す。Rは、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示す。 (1) Boric acid (borate) crosslinking
Figure 2019093309
Reaction formula: 3R P -OH + B (R 3 ) 3 (This first reaction is understood to be one step before crosslinking. The same applies hereinafter.)
P R P- O-B (R 3 ) 2 + R 3 H
P R P -O-B (R 3 ) -O-R P + R 3 H
P R P -O-B (-O-R P ) -O-R P + R 3 H
Here, R P represents a residue of a polyimide compound (polymer). R 3 represents a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group or an aryloxy group.

(2)ホウ酸(ボレート)架橋

Figure 2019093309
反応式:2R−B(OH) + X−L−X
⇒ R−B(OH)−O−L−X + HX
⇒ R−B(OH)−O−L−O−B(OH)−R + HX
ここで、Rは、上記と同義である。Xは、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示す。Lは、ホウ素原子、リン原子、アルキレン基又はアリーレン基を示す。Xは、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ又はアリールオキシ基を示す。 (2) Boric acid (borate) crosslinking
Figure 2019093309
Reaction formula: 2R P- B (OH) 2 + X 1- L 1- X 2
R R P- B (OH)-O L 1- X 2 + HX 1
R R P- B (OH)-O L 1- O B (OH)-R P + HX 2
Here, R P is as defined above. X 1 represents a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group or an aryloxy group. L 1 represents a boron atom, a phosphorus atom, an alkylene group or an arylene group. X 2 represents a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy or an aryloxy group.

(3)(ホスファイト架橋)

Figure 2019093309
反応式:3R−OH + P(R
⇒ R−O−P−(R + R
⇒ R−O−P(R)−O−R + R
⇒ R−O−P(−O−R)−O−R + R
ここで、RとRは、それぞれ上記と同義である。 (3) (phosphite crosslink)
Figure 2019093309
Reaction formula: 3R P -OH + P (R 3 ) 3
P R P -O-P- (R 3 ) 2 + R 3 H
P R P -O-P (R 3 ) -O-R P + R 3 H
P R P -O-P (-O-R P ) -O-R P + R 3 H
Here, R P and R 3 are as defined above.

(4)(ホスホナート架橋)

Figure 2019093309
反応式:3R−OH + P(=O)(R
⇒ R−O−P(=O)−(R + R
⇒ R−O−P(=O)(R)−O−R + R
⇒ R−O−P(=O)(−O−R)−O−R + R
ここで、RとRは、それぞれ上記と同義である。 (4) (phosphonate crosslink)
Figure 2019093309
Reaction formula: 3R P -OH + P (= O) (R 3 ) 3
P R P -O-P (= O)-(R 3 ) 2 + R 3 H
P R P -O-P (= O) (R 3 ) -O-R P + R 3 H
⇒ R P -O-P (= O) (- O-R P) -O-R P + R 3 H
Here, R P and R 3 are as defined above.

(5)(ホスホナート架橋)

Figure 2019093309
反応式:2R−P(=O)(OH) + X−L−X
⇒ R−P(=O)(OH)−O−L−X + HX
⇒ R−P(=O)(OH)−O−L−O−P(=O)(OH)−R + HX
ここで、R、X、L及びXは、それぞれ上記と同義である。 (5) (phosphonate crosslink)
Figure 2019093309
Reaction formula: 2R P- P (= O) (OH) 2 + X 1- L 1- X 2
R R P- P (= O) (OH)-O L 1- X 2 + H X 1
R R P- P (= O) (OH)-O-L 1- O-P (= O) (OH)-R P + HX 2
Here, R P , X 1 , L 1 and X 2 are as defined above.

本発明に用いるポリイミド化合物は、上記式(I−a)で表される繰り返し単位に加えて、下記式(II−a)又は(II−b)で表される繰り返し単位を有してもよい。   The polyimide compound used in the present invention may have a repeating unit represented by the following formula (II-a) or (II-b) in addition to the repeating unit represented by the above formula (I-a) .

Figure 2019093309
Figure 2019093309

Figure 2019093309
Figure 2019093309

上記式(II−a)及び(II−b)中、Rは式(I−a)中のRと同義であり、好ましい形態も同じである。R〜Rは置換基を示す。置換基としては、後述する置換基群Zから選ばれる基が挙げられる。
はアルキル基、カルボキシ基、又はハロゲン原子であることが好ましい。Rの数を示すl1は0〜4の整数であり、Rがアルキル基の場合、l1は1〜4であることが好ましく、2〜4であることがより好ましく、さらに好ましくは3又は4である。Rがカルボキシ基の場合、l1は1〜2であることが好ましく、より好ましくは1である。Rがアルキル基である場合、このアルキル基の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることがさらに好ましく、特に好ましくはメチル、エチル又はトリフルオロメチルである。
式(II−a)において、ジアミン成分(すなわちRを有しうるフェニレン基)のポリイミド化合物に組み込まれるための2つの連結部位は、互いにメタ位又はパラ位に位置することが好ましい。
In said formula (II-a) and (II-b), R is synonymous with R in a formula (I-a), and its preferable form is also the same. R 4 to R 6 each represent a substituent. As a substituent, the group chosen from the substituent group Z mentioned later is mentioned.
R 4 is preferably an alkyl group, a carboxy group or a halogen atom. L1 indicating the number of R 4 is an integer from 0 to 4, when R 4 is an alkyl group, l1 is preferably 1 to 4, more preferably 2 to 4, more preferably 3 or 4 When R 4 is a carboxy group, 11 is preferably 1 to 2, more preferably 1. When R 4 is an alkyl group, the carbon number of the alkyl group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, still more preferably 1 to 3, and particularly preferably methyl, Ethyl or trifluoromethyl.
In the formula (II-a), two linking sites to be incorporated into the polyimide compound of the diamine component (that is, a phenylene group capable of having R 4 ) are preferably located at the meta position or the para position.

及びRはアルキル基もしくはハロゲン原子を示すか、又は互いに連結してXと共に環を形成する基を示すことが好ましい。また、2つのRが連結して環を形成している形態や、2つのRが連結して環を形成している形態も好ましい。RとRが連結した構造に特に制限はないが、連結基として単結合、−O−又は−S−によって環を形成するのが好ましい。R及びRの数を示すm1及びn1は0〜4の整数であり、1〜4であることが好ましく、2〜4であることがより好ましく、さらに好ましくは3又は4である。R及びRがアルキル基である場合、このアルキル基の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることがさらに好ましく、特に好ましくはメチル、エチル又はトリフルオロメチルである。
式(II−b)において、ジアミン成分中の2つのフェニレン基(すなわちRとRを有しうる2つのフェニレン基)のポリイミド化合物に組み込まれるための2つの連結部位は、Xの連結部位に対し互いにメタ位又はパラ位に位置することが好ましい。
It is preferred that R 5 and R 6 represent an alkyl group or a halogen atom, or a group which forms a ring with X 4 in combination with each other. Also preferred is a form in which two R 5 are linked to form a ring, and a form in which two R 6 are linked to form a ring. There is no particular limitation on the structure in which R 5 and R 6 are connected, but it is preferable to form a ring by a single bond, -O- or -S- as a connecting group. M1 and n1 indicating the number of R 5 and R 6 are integers of 0 to 4, preferably 1 to 4, more preferably 2 to 4, and still more preferably 3 or 4. When R 5 and R 6 are alkyl groups, the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, still more preferably 1 to 3, and particularly preferably Is methyl, ethyl or trifluoromethyl.
In the formula (II-b), two linking sites to be incorporated into the polyimide compound of two phenylene groups (that is, two phenylene groups capable of having R 5 and R 6 ) in the diamine component are X 4 links Preferably, they are located at the meta or para position relative to one another relative to the site.

は単結合又は二価の連結基を示す。Xが採り得る二価の連結基としては、上記式(I−1)、(I−9)及び(I−18)中のX〜Xと同義であり、その好ましい態様も同じである。
但し、式(II−a)で表される繰り返し単位には、上記式(I−a)で表される繰り返し単位に包含される繰り返し単位は含まれない。
X 4 represents a single bond or a divalent linking group. Examples of the divalent linking group X 4 can take the above formula (I-1), (I -9) and (I-18) in the same meaning as X 1 to X 3, its preferred embodiments are also the same is there.
However, the repeating unit included in the repeating unit represented by Formula (I-a) is not included in the repeating unit represented by Formula (II-a).

本発明に用いるポリイミド化合物は、その構造中、上記式(I−a)で表される繰り返し単位と、上記式(II−a)で表される繰り返し単位及び上記式(II−b)で表される繰り返し単位との総モル量中に占める、式(I−a)で表される繰り返し単位のモル量の割合が、10〜100モル%であることが好ましく、50〜100モル%であることがより好ましく、70〜100モル%がさらに好ましく、80〜100モル%がよりさらに好ましく、90〜100モル%が特に好ましい。なお、上記式(I−a)で表される繰り返し単位と、上記式(II−a)で表される繰り返し単位及び上記式(II−b)で表される繰り返し単位との総モル量中に占める、式(I−a)で表される繰り返し単位のモル量の割合が100モル%であるとは、ポリイミド化合物が、上記式(II−a)で表される繰り返し単位及び上記式(II−b)で表される繰り返し単位のいずれも有しないことを意味する。   The polyimide compound used in the present invention is represented by the repeating unit represented by the above formula (I-a), the repeating unit represented by the above formula (II-a), and the above formula (II-b) in the structure. The ratio of the molar amount of the repeating unit represented by the formula (I-a) in the total molar amount of the repeating unit to be mixed is preferably 10 to 100 mol%, and is 50 to 100 mol% Is more preferably 70 to 100 mol%, still more preferably 80 to 100 mol%, and particularly preferably 90 to 100 mol%. In the total molar amount of the repeating unit represented by the above formula (I-a) and the repeating unit represented by the above formula (II-a) and the repeating unit represented by the above formula (II-b) When the proportion of the molar amount of the repeating unit represented by the formula (I-a) is 100 mol%, the polyimide compound is a repeating unit represented by the above formula (II-a) and the above formula (I It means that it does not have any of the repeating units represented by II-b).

本発明に用いるポリイミド化合物は、上記式(I−a)で表される繰り返し単位からなるか、又は、上記式(I−a)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を有する場合には、上記式(I−a)で表される繰り返し単位以外の残部が、上記式(II−a)又は上記式(II−b)で表される繰り返し単位からなることが好ましい。ここで、「上記式(II−a)又は上記式(II−b)で表される繰り返し単位からなる」とは、上記式(II−a)で表される繰り返し単位からなる態様、上記式(II−b)で表される繰り返し単位からなる態様、並びに、上記式(II−a)で表される繰り返し単位と上記式(II−b)で表される繰り返し単位とからなる態様の3つの態様を含む意味である。   The polyimide compound used in the present invention is composed of the repeating unit represented by the above formula (I-a) or has a repeating unit other than the repeating unit represented by the above formula (I-a), It is preferable that remainder other than the repeating unit represented by said Formula (I-a) consists of a repeating unit represented by said Formula (II-a) or said Formula (II-b). Here, “composed of the repeating unit represented by the above formula (II-a) or the above formula (II-b)” means an embodiment comprising the repeating unit represented by the above formula (II-a), the above formula 3) an aspect comprising the repeating unit represented by (II-b), and an aspect comprising the repeating unit represented by the above formula (II-a) and the repeating unit represented by the above formula (II-b) Meaning including one aspect.

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, and examples thereof include methyl, ethyl, iso-propyl, tert-butyl and n-octyl And n-decyl, n-hexadecyl etc., cycloalkyl groups (preferably having 3 to 30 carbon atoms, more preferably 3 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 3 to 10 carbon atoms. For example, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl etc., alkenyl groups (preferably having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 2 to 10 carbon atoms; And vinyl, allyl, 2-butenyl, 3-pentenyl and the like), an alkynyl group (preferably having a carbon number of 2 to 2). The alkynyl group is preferably an alkynyl group having 0, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, and examples thereof include propargyl, 3-pentynyl and the like), aryl groups (preferably 6 to 30 carbon atoms) The aryl group is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyl, p-methylphenyl, naphthyl and anthranyl), an amino group (amino group, alkylamino group, An amino group containing an arylamino group and a heterocyclic amino group, preferably an amino group having 0 to 30 carbon atoms, more preferably 0 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 0 to 10 carbon atoms, such as amino, methylamino, dimethylamino , Diethylamino, dibenzylamino, diphenylamino, ditolylamino etc.), alkoxy group The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 10 carbon atoms, and examples thereof include methoxy, ethoxy, butoxy and 2-ethylhexyloxy). 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, and examples thereof include phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy and the like And heterocyclic oxy groups (preferably 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。)、   Acyl group (preferably an acyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as acetyl, benzoyl, formyl, pivaloyl and the like), and alkoxy A carbonyl group (preferably an alkoxycarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, and examples thereof include methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl), and aryloxy A carbonyl group (preferably an aryloxycarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, more preferably 7 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 7 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyloxycarbonyl and the like), an acyloxy group ( The number of carbon atoms is preferably 2 to 30, more preferably 2 to 20, and particularly preferably Or an acyloxy group having 2 to 10 carbon atoms, and examples thereof include acetoxy, benzoyloxy and the like), an acylamino group (preferably having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 2 carbon atoms And 2 to 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。)、   Alkoxycarbonylamino group (preferably an alkoxycarbonylamino group having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, such as methoxycarbonylamino, etc., aryl An oxycarbonylamino group (preferably an aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms, more preferably 7 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 7 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyloxycarbonylamino and the like). , Sulfonylamino group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include methanesulfonylamino, benzenesulfonylamino and the like) and sulfamoyl group. (Preferably having a carbon number of 0 to 30, 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, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples include methylthio and ethylthio), and an arylthio group (preferably The arylthio group is preferably an arylthio group having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenylthio and the like, heterocyclic thio groups (preferably 1 to 30 carbon atoms). More preferably a heterocyclic thio group having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazolylthio and the like. Can be mentioned),

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, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and includes, for example, mesyl, tosyl, etc.), a sulfinyl group (preferably It is a sulfinyl group having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include methanesulfinyl and benzenesulfinyl, etc., and ureido group (preferably 1 carbon atom). A ureido group having a carbon number of 1 to 30, more preferably 1 to 20, particularly preferably 1 to 12, and examples thereof include ureide, methyl ureido and phenyl ureido), phosphoric acid amide group (preferably carbon number) A phosphoric acid amide group having 1 to 30, more preferably 1 to 20 carbons, particularly preferably 1 to 12 carbons; Diethyl phosphate amide, phenyl phosphate 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。
Cyano group, carboxy group, oxo group, nitro group, hydroxamic acid group, sulfino group, hydrazino group, imino group, heterocyclic group (preferably 3 to 7-membered heterocyclic group, not aromatic heterocyclic but not aromatic) The hetero ring 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, the carbon number is 0 to 30, more preferably a hetero ring having 1 to 12 carbon atoms. Specific examples thereof include imidazolyl, pyridyl, quinolyl, furyl, thienyl, piperidyl, morpholino, benzoxazolyl, benzimidazolyl, benzthiazolyl, carbazolyl, azepinyl and the like), silyl group (preferably having carbon atoms) A silyl group having 3 to 40, more preferably 3 to 30, and particularly preferably 3 to 24 carbon atoms; For example, trimethylsilyl, triphenylsilyl and the like), silyloxy groups (preferably having 3 to 40 carbon atoms, more preferably 3 to 30 carbon atoms, and particularly preferably 3 to 24 carbon atoms, for example, trimethylsilyloxy And triphenylsilyloxy etc.) and the like. These substituents may be further substituted by any one or more substituents selected from the above-mentioned Substituent Group Z.
In the present invention, when there is a plurality of substituents in one structural site, those substituents are linked to each other to form a ring, or condensed with a part or all of the above structural sites to be aromatic. It may form a ring or an unsaturated heterocyclic ring.

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 the compound or substituent or the like contains an alkyl group, an alkenyl group or the like, these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. Further, when the aryl group, the heterocyclic group and the like are contained, they may be monocyclic or fused ring, and may be substituted or unsubstituted.
In the present specification, those which are described only as substituents are the ones referring to this substituent group Z unless otherwise specified, and when only the name of each group is described ( For example, in the case where only “alkyl group” is described), preferred ranges and specific examples in the corresponding group of this substituent group Z apply.

本発明に用いるポリイミド化合物の分子量は、架橋膜となっている場合には一般に溶媒に不溶化するために測定、一概に決定できるものではない。架橋前の前駆体としては、ポリイミドの重量平均分子量として10,000〜1000,000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 polyimide compound used in the present invention can not generally be measured or determined in general because it is insolubilized in a solvent when it is a crosslinked film. As a precursor before crosslinking, the weight average molecular weight of the polyimide is preferably 10,000 to 1,000,000, more preferably 15,000 to 500,000, and still more preferably 20,000 to 200,000. It is.

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 polystyrene-equivalent weight average molecular weight. 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 composed of a styrene-divinylbenzene copolymer. It is preferable to use 2 to 6 columns in a connected state. Examples of the solvent to be used include ether solvents such as tetrahydrofuran, and amide solvents such as N-methyl pyrrolidinone. The measurement is preferably performed at a solvent flow rate of 0.1 to 2 mL / min, and most preferably 0.5 to 1.5 mL / min. By performing the measurement within this range, the load on the device is not applied, and the measurement can be performed more efficiently. The measurement temperature is preferably 10 to 50 ° C, and most preferably 20 to 40 ° C. The column and carrier to be used can be appropriately selected according to the physical properties of the polymer compound to be measured.

(ポリイミド化合物の合成)
本発明に用いるポリイミド化合物は、特定構造の2官能酸無水物(テトラカルボン酸二無水物)と特定構造のジアミンとを縮合重合させることで合成することができる。その方法としては一般的な成書(例えば、今井淑夫、横田力男編著、「最新ポリイミド〜基礎と応用〜」、株式会社エヌ・ティー・エス、2010年8月25日、p.3〜49、など)に記載の手法を適宜参照して実施することができる。
(Synthesis of polyimide compound)
The polyimide compound used in the present invention can be synthesized by condensation polymerization of a bifunctional acid anhydride (tetracarboxylic acid dianhydride) having a specific structure and a diamine having a specific structure. As the method, for example, a general book (for example, Ikuo Imai and Takuo Yokota, “Latest Polyimide-Basics and Applications”, NTS Co., Ltd., August 25, 2010, p. , Etc.) can be implemented with appropriate reference.

本発明に用いるポリイミド化合物の合成において、一方の原料であるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも1種は、下記式(IV)で表される。原料とするテトラカルボン酸二無水物のすべてが下記式(IV)で表されることが好ましい。   In the synthesis of the polyimide compound used in the present invention, at least one kind of tetracarboxylic acid dianhydride which is one of the raw materials is represented by the following formula (IV). It is preferable that all the tetracarboxylic dianhydrides used as a raw material are represented by following formula (IV).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式(IV)中、Rは上記式(I−a)におけるRと同義であり、その好ましい範囲も同様である。   In formula (IV), R has the same meaning as R in formula (I-a) above, and the preferred range is also the same.

本発明に用いうるテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、例えば以下に示すものが挙げられる。   Specific examples of the tetracarboxylic acid dianhydride that can be used in the present invention include those shown below.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

Figure 2019093309
Figure 2019093309

また、本発明に用いうるポリイミド化合物の合成において、もう一方の原料であるジアミン化合物の少なくとも1種は、下記式(V)で表される。   In addition, in the synthesis of the polyimide compound which can be used in the present invention, at least one kind of diamine compound which is another raw material is represented by the following formula (V).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式(V)中、R、m1及びXは、それぞれ式(I−a)中のR、m1及びXと同義であり、その好ましい範囲も同様である。
また、本発明に用いうるポリイミド化合物の合成において、原料とするジアミン化合物として、上記式(V)で表されるジアミン化合物に加えて、下記式(VII−a)又は下記式(VII−b)で表されるジアミン化合物を用いてもよい。
Wherein (V), R 3, m1 and X a has the same meaning as R 3, m1 and X a in each formula (I-a), thereof it is also the same preferable ranges.
Moreover, in addition to the diamine compound represented by said Formula (V) as a diamine compound used as a raw material in the synthesis | combination of the polyimide compound which can be used for this invention, following formula (VII-a) or following formula (VII-b) The diamine compound represented by these may be used.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式(VII−a)中、R及びl1は、それぞれ上記式(II−a)におけるR及びl1と同義である。式(VII−a)で表されるジアミン化合物には、式(V)で表されるジアミン化合物は含まれない。
式(VII−b)中、R、R、X、m1及びn1は、それぞれ上記式(II−b)におけるR、R、X、m1及びn1と同義である。
Wherein (VII-a), R 4 and l1 are each synonymous with R 4 and l1 in the above formula (II-a). The diamine compound represented by Formula (V) is not contained in the diamine compound represented by Formula (VII-a).
Wherein (VII-b), R 5 , R 6, X 4, m1 and n1 are the same meanings as R 5, R 6, X 4 , m1 and n1 in the formula (II-b).

式(VII−a)又は(VII−b)で表されるジアミンとして、例えば下記に示すものを用いることができる。   As a diamine represented by a formula (VII-a) or (VII-b), what is shown below can be used, for example.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

Figure 2019093309
Figure 2019093309

上記式(IV)で表されるモノマーと、上記式(V)、(VII−a)又は(VII−b)で表されるモノマーは、予めオリゴマー又はプレポリマーとして用いてもよい。本発明に用いるポリイミド化合物は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体のいずれでもよい。   The monomer represented by the above formula (IV) and the monomer represented by the above formula (V), (VII-a) or (VII-b) may be used in advance as an oligomer or prepolymer. The polyimide compound used in the present invention may be any of a block copolymer, a random copolymer and a graft copolymer.

本発明に用いるポリイミド化合物は、上記各原料を溶媒中に混合して、上記のように通常の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テトラカルボン酸二無水物、ジアミン化合物、反応中間体であるポリアミック酸、さらに最終生成物であるポリイミド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 polyimide compound used in the present invention can be obtained by mixing each of the above-mentioned raw materials in a solvent and subjecting it to condensation polymerization in the usual manner as described above.
The above solvent is not particularly limited, but is an ester organic solvent such as methyl acetate, ethyl acetate or butyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, aliphatic such as dicyclopentanone or cyclohexanone Ketone organic solvents, ether organic solvents such as ethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, methylcyclopentyl ether, dioxane etc., amide organics such as N-methyl pyrrolidone, 2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, dimethylacetamide Examples thereof include solvents, sulfur-containing organic solvents such as dimethylsulfoxide and sulfolane. These organic solvents are suitably selected in the range which makes it possible to dissolve the reaction substrate tetracarboxylic acid dianhydride, the diamine compound, the polyamic acid which is the reaction intermediate, and the polyimide compound which is the final product. It is a thing. Preferably, an ester type (preferably butyl acetate), an aliphatic ketone type (preferably, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, diacetone alcohol, cyclopentanone, cyclohexanone), an ether type (diethylene glycol monomethyl ether, methyl cyclopentyl ether), an amide Solvents of a system (preferably N-methyl pyrrolidone) and a sulfur-containing system (dimethyl sulfoxide, sulfolane) are preferred. Moreover, these can be used combining 1 type, or 2 or more types of solvent.

重合反応温度に特に制限はなくポリイミド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0℃〜200℃であり、特に好ましくは20℃〜190℃である。   There is no particular limitation on the polymerization reaction temperature, and a temperature which can be usually employed in the synthesis of a polyimide compound can be employed. Specifically, it is preferably −50 to 250 ° C., more preferably −25 to 225 ° C., still more preferably 0 ° C. to 200 ° C., and particularly preferably 20 ° C. to 190 ° C.

上記の重合反応により生成したポリアミック酸を分子内で脱水閉環反応させることによりイミド化することで、ポリイミド化合物が得られる。脱水閉環させる方法としては、一般的な成書(例えば、今井淑夫、横田力男編著、「最新ポリイミド〜基礎と応用〜」、株式会社エヌ・ティー・エス、2010年8月25日、p.3〜49、など)に記載の方法を参考とすることができる。例えば、120℃〜200℃に加熱して、副生する水を系外に除去しながら反応させる熱イミド化法や、ピリジンやトリエチルアミン、DBUのような塩基性触媒共存下で、無水酢酸やジシクロヘキシルカルボジイミド、亜リン酸トリフェニルのような脱水縮合剤を用いるいわゆる化学イミド化等の手法が好適に用いられる。   A polyimide compound is obtained by imidating the polyamic acid produced | generated by said polymerization reaction by carrying out the dehydration ring-closing reaction within a molecule | numerator. As a method of dehydrating and ring closing, a general book (for example, Ikuo Imai and Takuo Yokota, "Latest Polyimide-Basics and Applications", NTS Co., Ltd., August 25, 2010, p. 3 to 49, etc.) can be referred to. For example, a thermal imidization method of heating to 120 ° C. to 200 ° C. to remove by-produced water and removing it out of the system, or in the presence of a basic catalyst such as pyridine, triethylamine or DBU, acetic anhydride or dicyclohexyl Methods such as so-called chemical imidization using a dehydration condensation agent such as carbodiimide or triphenyl phosphite are suitably used.

ポリイミド化合物として好ましい具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明の架橋ポリイミド化合物(架橋膜)を得るに際しては、これらのポリイミド化合物(ポリマー)と、後述する架橋剤とを適切に組み合わせることにより達成される。

Figure 2019093309
Specific preferred examples of the polyimide compound are listed below, but the present invention is not limited thereto. When obtaining the crosslinked polyimide compound (crosslinked film) of the present invention, it is achieved by appropriately combining these polyimide compounds (polymers) and a crosslinking agent described later.
Figure 2019093309

次に、本発明のポリマーと組み合わせて用いることのできる架橋剤として好ましい具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2019093309
Next, preferable specific examples of the crosslinking agent which can be used in combination with the polymer of the present invention are listed below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2019093309

本発明においては、ポリイミド化合物中にボレート、ホスファイト又はホスホナート(例えば、上記式R−1〜R−8)構造を予め有していてもよく、この場合は、これらを有さない架橋剤(上記式R−9〜R−13)で架橋させればよい。あるいは、ポリイミド化合物中にボレート、ホスファイト又はホスホナート構造を有さずに、これらを有する架橋剤(上記式R−1〜R−8)で架橋させてもよい。   In the present invention, the polyimide compound may have a borate, phosphite or phosphonate (for example, the above formulas R-1 to R-8) structure in advance, and in this case, a crosslinking agent (not having these) The crosslinking may be carried out by the above formulas R-9 to R-13). Alternatively, the polyimide compound may be crosslinked with a crosslinking agent (the above formulas R-1 to R-8) having no borate, phosphite or phosphonate structure in the polyimide compound.

本発明において、ポリイミド化合物の重合反応液中のテトラカルボン酸二無水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、5〜70質量%が好ましく、より好ましくは5〜50質量%が好ましく、さらに好ましくは5〜30質量%である。   In the present invention, the total concentration of tetracarboxylic acid dianhydride and diamine compound in the polymerization reaction solution of the polyimide compound is not particularly limited, but it is preferably 5 to 70% by mass, more preferably 5 to 50% by mass Is more preferable, and more preferably 5 to 30% by mass.

[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、特定のポリイミド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 polyimide compound is formed on the upper side of the gas permeable support layer. This composite membrane is the meaning that the coating liquid (dope) which makes the above-mentioned gas separation layer is applied to at least the surface of the porous support (herein, the term application includes the aspect attached to the surface by immersion) It is preferable to form by carrying out.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a gas separation composite membrane 10 according to a preferred embodiment of the present invention. 1 is a gas separation layer, 2 is a support layer consisting of a porous layer. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a gas separation composite membrane 20 according to another preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the gas separation layer 1 and the porous layer 2, a non-woven fabric layer 3 is added as a support layer.
1 and 2 show an embodiment in which the permeate gas is enriched in carbon dioxide by selectively permeating carbon dioxide from a mixed gas of carbon dioxide and methane.

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 the present specification, "support layer upper side" means that another layer may be interposed between the support layer and the gas separation layer. In addition, regarding the expression of upper and lower, unless otherwise specified, the side to which the gas to be separated is supplied is referred to as “upper”, and the side from which the separated gas is discharged is referred to as “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, the gas separation layer may be formed and disposed on the surface or the inner surface of the porous support (support layer), and at least on the surface, it is easily formed into a composite membrane. be able to. By forming the gas separation layer on at least the surface of the porous support, a composite membrane having the advantage of combining high separation selectivity with high gas permeability and mechanical strength can be obtained. The film thickness of the separation layer is preferably as thin as possible under the conditions 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4MPa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4MPa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) that is preferably applied to the support layer is not particularly limited as long as it is for the purpose of meeting mechanical strength and high gas permeability. It may be a material. Preferably, it is a porous membrane of an organic polymer, 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 consisting of only the support layer) at a temperature of 40 ° C. with the total pressure on the gas supply side being 4 MPa. It means that the permeation rate of carbon dioxide is 1 × 10 −5 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg (10 GPU) or more. Furthermore, the gas permeability of the support layer is such that the carbon dioxide permeation rate is 3 × 10 −5 cm 3 (STP) when carbon dioxide is supplied at a total pressure on the gas supply side of 4 MPa at a temperature of 40 ° C. It is preferable that it is cm < 2 > * sec * cmHg (30 GPU) or more, It is more preferable that it is 100 GPU or more, It is more preferable that it is 200 GPU or more. As materials for the porous membrane, 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, polyurethane And various resins such as polyacrylonitrile, polyphenylene oxide, polysulfone, polyether sulfone, polyimide and polyaramid. The shape of the porous membrane may be any shape such as a flat plate, a spiral, a tube, and a hollow fiber.

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 in order to further impart mechanical strength to the lower part of the support layer forming the gas separation layer. Examples of such a support include woven fabric, non-woven fabric, net and the like, but non-woven fabric is suitably used in view of film forming property and cost. As the non-woven fabric, fibers made of polyester, polypropylene, polyacrylonitrile, polyethylene, polyamide or the like may be used alone or in combination. The non-woven fabric can be produced, for example, by forming main fibers and binder fibers uniformly dispersed in water with a circular net or a long net, and drying with a dryer. Moreover, it is also preferable to perform pressure heat processing by sandwiching the 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、上記ポリイミド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。塗布液中のポリイミド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。ポリイミド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、ポリイミド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>
Preferably, the method for producing a composite membrane of the present invention comprises applying a coating solution containing the above-mentioned polyimide compound onto a support to form a gas separation layer. Although content of the polyimide 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 polyimide compound is too low, when forming a film on a porous support, the layer easily penetrates the lower layer, which increases the possibility of causing defects in the surface layer contributing to separation. In addition, when the content of the polyimide compound is too high, the film may be filled at a high concentration in the pores when forming a film on a 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 of the separation layer.

−有機溶剤−
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が、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)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種以上を組み合わせて用いることができる
-Organic solvent-
The organic solvent used as the medium of the coating solution is not particularly limited, but hydrocarbon organic solvents such as n-hexane and n-heptane, ester organic solvents such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate, Lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, aliphatic ketones such as diacetone alcohol, cyclopentanone, cyclohexanone, ethylene glycol , Diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl or monoethyl ether, propylene glycol methyl ether, dipropylene glycol methyl ether, tripez Ether compounds 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, etc. Solvents, N-methylpyrrolidone, 2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide and the like can be mentioned. These organic solvents are suitably selected in the range that they do not adversely affect the support etc., but preferably they are ester (preferably butyl acetate), alcohol (preferably methanol, ethanol, isopropanol) , Isobutanol), aliphatic ketones (preferably, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diacetone alcohol, cyclopentanone, cyclohexanone), ethers (ethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, methylcyclopentyl ether) are preferable, more preferably fat Family ketone type, alcohol type and ether type. Moreover, these can be used combining 1 type or 2 types or more.

<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 Support Layer and Gas Separation Layer>
In the gas separation composite membrane of the present invention, another layer may be present between the support layer and the gas separation layer. A siloxane compound layer is mentioned as a preferable example of another layer. By providing the siloxane compound layer, the irregularities on the outermost surface of the support can be smoothed, and the separation layer can be easily thinned. As a siloxane compound which forms a siloxane compound layer, the thing in which a principal chain consists of polysiloxane, and the compound which has a siloxane structure and a non-siloxane structure in a principal chain are mentioned.
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 composed of polysiloxane-
As a siloxane compound which the principal chain consists of polysiloxane which can be used for a siloxane compound layer, 1 type (s) or 2 or more types of polyorganosiloxane represented by following formula (1) or (2) are mentioned. Also, 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 And other forms of compounds.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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、ヒドロキシル基、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 preferably an alkyl group (preferably having 1 to 18 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms) or an aryl group (preferably 6 to 6 carbon atoms). 15, more preferably an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, still more preferably phenyl).
X S is a reactive group and is selected from a hydrogen atom, a halogen atom, a vinyl group, a hydroxyl group, and a substituted alkyl group (preferably having 1 to 18 carbon atoms, more preferably 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, preferably 1 to 100,000.
n is a number of 0 or more, preferably 0 to 100,000.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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. . Also, if a non-reactive group R is a fluoroalkyl group, the fluoroalkyl group, e.g., -CH 2 CH 2 CF 3, -CH 2 CH 2 C 6 F 13 and the like.

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、例えば、−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、例えば、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5,000〜1000,000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 X S 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, carboxyalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, chloroalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, glycidoxyalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, glycidyl group, epoxycyclohexyl alkyl group having 7 to 16 carbon atoms, A C4-C18 (1-oxa cyclo butane 3-yl) alkyl group, a methacryloxy alkyl group, and a mercapto alkyl group are mentioned.
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.
Preferably the number of carbon atoms of the alkyl group constituting the chloroalkyl group is an integer of 1 to 10, for example, -CH 2 Cl and the like.
The preferable carbon number of the alkyl group which comprises the said glycidoxy alkyl group is an integer of 1-10, for example, 3-glycidyl oxypropyl is mentioned.
The preferable carbon number of the said C7-C16 epoxy cyclohexyl alkyl group is an integer of 8-12.
The preferred carbon number of the C1-C18 (1-oxacyclobutan-3-yl) alkyl group is an integer of 4-10.
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.
Preferred number of carbon atoms of the alkyl group constituting the mercaptoalkyl group represents an integer of 1 to 10, for example, -CH 2 CH 2 CH 2 SH.
Preferably, m and n are numbers such that the molecular weight of the compound is 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 siloxane unit (wherein the number is m) having no reactive group and a reactive group-containing siloxane unit (wherein the structural unit is represented by the number represented by n) There is no particular limitation on the distribution of the constituent units represented by That is, in the formulas (1) and (2), (Si (R S ) (R S ) -O) units and (Si (R S ) (X S ) -O) units 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 a siloxane structure and a non-siloxane structure in the main chain-
As a compound which has a siloxane structure and a non-siloxane structure in a principal chain which can be used for a siloxane compound layer, the compound represented by following formula (3)-(7) is mentioned, for example.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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 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 2019093309
Figure 2019093309

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 respectively synonymous with m and n in Formula (1).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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 respectively synonymous with m and n in Formula (1).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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 respectively synonymous with m and n in Formula (1). It is preferable that 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 is bonded to both ends of the formula (6).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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 respectively synonymous with m and n in Formula (1). 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 distributed randomly.

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, and more preferably 70 mol% or more of siloxane structural units 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、5,000〜1000,000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 in the siloxane compound layer is preferably 5,000 to 1,000,000 from the viewpoint of achieving both thin film formation and durability. The method of 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。
Further, preferable examples of the siloxane compound constituting the siloxane compound layer are listed 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-terminated vinyl, polydimethylsiloxane-terminated vinyl, One or more selected from polydimethylsiloxane terminated H, and dimethylsiloxane / methylhydrosiloxane copolymer. In addition, the form which has formed the crosslinking reaction substance is also included in these.

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.
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 still more preferably 1000 GPU or more in 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 conversion method using a solution containing a polyimide compound. The phase conversion method is a known method in which a polymer solution is brought into contact with a coagulating solution to form a film while phase conversion is performed, and in the present invention, a so-called dry-wet method is suitably used. In the dry-wet method, the solution on the surface of the polymer solution in the form of a film is evaporated to form a thin dense layer, and then immersed in a coagulating solution (a solvent compatible with the solvent of the polymer solution and the polymer is insoluble). This is a method of forming fine pores to form a porous layer by utilizing phase separation phenomenon occurring at that time, which is proposed by Rob Srilajan et al. (Eg, 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 contributing to gas separation, which is 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, and 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 plays a role of lowering mechanical resistance while reducing resistance of gas permeability, and its thickness is particularly large as long as self-supporting property as an asymmetric membrane is given. It is not limited. The 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-wet spinning method. The dry-wet spinning method is a method of producing an asymmetric hollow fiber membrane by applying the dry-wet method from a spinning nozzle to a polymer solution having a hollow fiber shape. More specifically, the polymer solution is discharged from a nozzle into a hollow fiber target shape, and after passing through an atmosphere of air or nitrogen gas immediately after the discharge, the polymer is not substantially dissolved and compatible with the solvent of the polymer solution It is a method of immersing in a coagulating solution having the following to form an asymmetric structure, then drying it, and if necessary, heat treatment 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 (eg 10 ° C.), hollow It is preferable because the shape after discharge such as thread can be stably obtained. Immersion in a coagulating solution is performed by immersing in a primary coagulating solution to coagulate to the extent that the shape of a membrane such as hollow fiber can be maintained, then wound on a guide roll, and then immersed in a secondary coagulating solution to sufficiently immerse the entire membrane. It is preferable to coagulate into It is efficient to dry the coagulated membrane after replacing the coagulating solution with a solvent such as hydrocarbon. The heat treatment for drying is preferably carried out at a temperature lower than the softening point or secondary transition point of the polyimide compound used.

<ガス分離層の上側の保護層>
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。
上記シロキサン化合物層は、下記数式(I)で表されるクロロホルム浸漬前後のSi比が0.6〜1.0の範囲内にあることが好ましい。
<Protective layer on upper side of gas separation layer>
The gas separation membrane of the present invention may be provided with a siloxane compound layer in contact with the gas separation layer as a protective layer on the gas separation layer.
It is preferable that Si ratio of the said siloxane compound layer before and behind immersion in chloroform represented by following Numerical formula (I) exists in the range of 0.6-1.0.

数式(I)
Si比=(クロロホルム浸漬後のSi−KαX線強度)/(クロロホルム浸漬前のSi−KαX線強度)
Formula (I)
Si ratio = (Si-Kα X-ray intensity after chloroform immersion) / (Si-Kα X-ray intensity before chloroform immersion)

Si比は、シロキサン化合物層をクロロホルム中に、25℃で12時間浸漬し、この浸漬前後のシロキサン化合物層表面にX線を照射し、そのSi−KαX線(1.74keV)のピーク(2θ=144.6deg)の強度を測定することにより算出される。Si−KαX線強度の測定方法は、例えば特開平6−88792号公報に記載されている。クロロホルム中への浸漬により、浸漬前に比べてSi−KαX線強度が低下する場合、低分子量成分が存在し、これが溶出していることを意味する。したがって、クロロホルム中への浸漬後において、Si−KαX線強度の低下度合が小さい程、シロキサン化合物層を構成するポリマーがより高分子化され、クロロホルム中に溶出しにくくなっていることを意味する。   For the Si ratio, the siloxane compound layer is immersed in chloroform at 25 ° C. for 12 hours, and the surface of the siloxane compound layer before and after this immersion is irradiated with X-rays, and the peak (2θ = X) of the Si-Kα X-ray (1.74 keV) It is calculated by measuring the intensity of 144.6 deg. The measuring method of Si-K alpha X-ray intensity is described, for example in Unexamined-Japanese-Patent No. 6-88792. When immersion in chloroform lowers the Si-Kα X-ray intensity as compared to before immersion, it means that a low molecular weight component is present and this is eluted. Therefore, after immersion in chloroform, the smaller the degree of decrease in the Si-Kα X-ray intensity, the more the polymer constituting the siloxane compound layer is made to mean that it is difficult to elute in chloroform.

シロキサン化合物層のSi比が0.6〜1.0の範囲内であることにより、シロキサン化合物を層中に、高密度且つ均質に存在させることができ、膜欠陥を効果的に防ぎ、ガス分離性能をより高めることができる。また、高圧、高温且つ高湿条件下における使用や、トルエン等の不純物成分によるガス分離層の可塑化をより抑えることが可能となる。
本発明におけるシロキサン化合物層のSi比は、0.7〜1.0が好ましく、0.75〜1.0がより好ましく、0.8〜1.0がさらに好ましく、0.85〜1.0が特に好ましい。
When the Si ratio of the siloxane compound layer is in the range of 0.6 to 1.0, the siloxane compound can be densely and uniformly present in the layer, and film defects can be effectively prevented, and gas separation can be achieved. Performance can be further enhanced. In addition, it is possible to further suppress the use under high pressure, high temperature and high humidity conditions, and the plasticization of the gas separation layer due to an impurity component such as toluene.
0.7-1.0 are preferable, as for Si ratio of the siloxane compound layer in this invention, 0.75-1.0 are more preferable, 0.8-1.0 are more preferable, 0.85-1.0 Is particularly preferred.

本発明におけるシロキサン化合物層は、シロキサン化合物同士が、−O−M−O−−S−M−S−−NRC(=O)−−NRC(=O)NR−O−CH−O−−S−CHCH−OC(=O)O−−CH(OH)CHOCO−−CH(OH)CHO−−CH(OH)CHS−−CH(OH)CHNR−CH(CHOH)CHOCO−−CH(CHOH)CHO−−CH(CHOH)CHS−−CH(CHOH)CHN(R−CHCH−C(=O)O(R−SO (R及び−PO (Rから選ばれる連結基を介して連結した構造を有することが好ましい。
式中、Mは2〜4価の金属原子を示す。R、R、R 、R、及びRは水素原子又はアルキル基を示す。は連結部位を示す。
In the siloxane compound layer in the present invention, each of the siloxane compounds is * -O-M-O- * , * -S-M-S- * , * -NR a C (= O)- * , * -NR b C (= O) NR b - * , * -O-CH 2 -O- *, * -S-CH 2 CH 2 - *, * -OC (= O) O- *, * -CH (OH) CH 2 OCO- *, 2 O- * * -CH (OH) CH, 2 S- * * -CH (OH) CH, * -CH (OH) CH 2 NR c - *, * -CH (CH 2 OH) CH 2 OCO- *, * -CH (CH 2 OH) CH 2 O- *, * -CH (CH 2 OH) CH 2 S- *, * -CH (CH 2 OH) CH 2 N (R c) 2 - *, * -CH 2 CH 2 - *, * -C (= O) O - N + (R d) 3 - *, * -S It is preferable to have a structure linked via a linking group selected from O 3 - N + (R e ) 3- * and * -PO 3 - N + (R f ) 3- * .
In the formula, M represents a divalent to tetravalent metal atom. R a , R b , R c , R d , R e and R f each represent a hydrogen atom or an alkyl group. * Indicates a linking site.

上記金属原子Mとしては、例えば、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、ベリリウム(Be)、ガリウム(Ga)、バナジウム(V)、インジウム(In)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、銅(Cu)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)、スカンジウム(Sc)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)及びホウ素(B)から選ばれる金属原子が挙げられ、なかでもTi、In、Zr、Fe、Zn、Al、Ga及びBから選ばれる金属原子が好ましく、Ti、In、及びAlから選ばれる金属原子がより好ましく、Alがさらに好ましい。   Examples of the metal atom M include aluminum (Al), iron (Fe), beryllium (Be), gallium (Ga), vanadium (V), indium (In), titanium (Ti), zirconium (Zr), and copper. (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), calcium (Ca), magnesium (Mg), yttrium (Y), scandium (Sc), chromium (Cr), manganese (Mn), molybdenum Metal atoms selected from (Mo) and boron (B) can be mentioned, among which metal atoms selected from Ti, In, Zr, Fe, Zn, Al, Ga and B are preferable, and selected from Ti, In, and Al Metal atoms are more preferable, and Al is more preferable.

上記R、R、R 、R、及びRとして採り得るアルキル基は、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜7、特に好ましくは炭素数1〜4のアルキル基である。このアルキル基は直鎖でも分岐を有してもよいが、直鎖であることがより好ましい。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、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、及び1−エチルペンチルを挙げることができる。 The alkyl group that can be taken as R a , R b , R c , R d , R e and R f preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, and still more preferably 1 to 1 carbon atoms. 7, particularly preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group may be linear or branched, but is more preferably linear. Preferred specific examples of this alkyl group include, for example, methyl, ethyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl and 1-ethylpentyl.

シロキサン化合物同士が上記連結基を介して連結した構造を有することにより、シロキサン化合物層のSi比を本発明で規定する範囲内にまでより高めやすくなる。   By having a structure in which the siloxane compounds are linked via the above-mentioned linking group, the Si ratio of the siloxane compound layer can be easily increased to within the range defined in the present invention.

シロキサン化合物同士を、上記連結基を介して連結する反応について以下に説明する。   The reaction in which the siloxane compounds are linked via the linking group is described below.

−O−M−O−
上記連結基−O−M−O−は、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基等の−OHを有する基(活性水素含有基)を有するシロキサン化合物と、下記式(B)で表される金属錯体(架橋剤)との間の配位子交換反応により形成することができる。
< * -O-M-O- * >
The linking group * -O-M-O- * is, for example, a siloxane compound having a group (active hydrogen-containing group) having -OH, such as a hydroxy group, a carboxy group, a sulfo group, etc. It can be formed by ligand exchange reaction with the metal complex (crosslinking agent).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式中、Mは上記金属原子Mと同義であり、好ましい形態も同じである。Lはアルコキシ基、アリールオキシ基、アセチルアセトナト基、アシルオキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子を示す。yは2〜4の整数を示す。
として採りうるアルコキシ基は、その炭素数が1〜10が好ましく、1〜4がより好ましく、1〜3がさらに好ましい。Lとして採りうるアルコキシ基の具体例としては、例えば、メトキシ、エトキシ、tert−ブトキシ、及びイソプロポキシが挙げられる。
として採りうるアリールオキシ基は、その炭素数が6〜10が好ましく、6〜8がより好ましく、6〜7がさらに好ましい。Lとして採りうるアリールオキシ基の具体例としては、例えば、フェノキシ、4−メトキシフェノキシ、及びナフトキシを挙げることができる。
として採りうるアシルオキシ基は、その炭素数が、2〜10が好ましく、2〜6がより好ましく、2〜4がさらに好ましい。Lとして採りうるアシルオキシ基の具体例としては、例えば、アセトキシ、プロパノイルオキシ、ピバロイルオキシ、及びアセチルオキシを挙げることができる。
として採りうるハロゲン原子に特に制限はなく、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。なかでも塩素原子が好ましい。
In formula, M is synonymous with the said metal atom M, and its preferable form is also the same. L L represents an alkoxy group, an aryloxy group, an acetylacetonato group, an acyloxy group, a hydroxy group or a halogen atom. y shows the integer of 2-4.
The alkoxy group that can be taken as L L preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms, and still more preferably 1 to 3 carbon atoms. Specific examples of the alkoxy group that can be taken as L L include, for example, methoxy, ethoxy, tert-butoxy and isopropoxy.
The carbon number of the aryloxy group that can be taken as L L is preferably 6 to 10, more preferably 6 to 8, and still more preferably 6 to 7. As a specific example of the aryloxy group which can be taken as L L , phenoxy, 4-methoxy phenoxy, and naphthoxy can be mentioned, for example.
The carbon number of the acyloxy group that can be taken as L L is preferably 2 to 10, more preferably 2 to 6, and still more preferably 2 to 4. Specific examples of the acyloxy group that can be taken as L L include, for example, acetoxy, propanoyloxy, pivaloyloxy and acetyloxy.
There is no restriction | limiting in particular in the halogen atom which can be taken as L L , A fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned. Among them, chlorine atom is preferred.

上記式(B)で表される金属錯体は、シロキサン化合物層を形成する際の塗布液に用いる有機溶媒に対して可溶であることが好ましい。より具体的には、25℃において、テトラヒドロフラン100gに対して上記式(B)で表される金属錯体の溶解度が0.01〜10gであることが好ましく、0.1〜1.0gであることがより好ましい。上記式(B)で表される金属錯体が上記有機溶媒に対して可溶であることにより、より均質な金属架橋シロキサン化合物層を形成することができる。   It is preferable that the metal complex represented by the said Formula (B) is soluble with respect to the organic solvent used for the coating liquid at the time of forming a siloxane compound layer. More specifically, the solubility of the metal complex represented by the above formula (B) in 100 g of tetrahydrofuran is preferably 0.01 to 10 g, and is preferably 0.1 to 1.0 g at 25 ° C. Is more preferred. When the metal complex represented by the said Formula (B) is soluble with respect to the said organic solvent, a more homogeneous metal bridge | crosslinking siloxane compound layer can be formed.

上記式(B)で表される金属錯体の好ましい具体例としては、アルミニウムアセチルアセトナト、ガリウムアセチルアセトナト、インジウムアセチルアセトナト、ジルコニウムアセチルアセトナト、コバルトアセチルアセトナト、カルシウムアセチルアセトナト、ニッケルアセチルアセトナト、亜鉛アセチルアセトナト、マグネシウムアセチルアセトナト、塩化第二鉄、酢酸銅(II)、アルミニウムイソプロポキシド、チタニウムイソプロポキシド、ホウ酸、及び三フッ化ホウ素・ジエチルエーテル錯体から選ばれる金属錯体が挙げられる。   Preferred specific examples of the metal complex represented by the above formula (B) include aluminum acetylacetonato, gallium acetylacetonato, indium acetylacetonato, zirconium acetylacetonato, cobalt acetylacetonato, calcium acetylacetonato, nickel acetyl Metal selected from acetonato, zinc acetylacetonato, magnesium acetylacetonato, ferric chloride, copper (II) acetate, aluminum isopropoxide, titanium isopropoxide, boric acid, and boron trifluoride diethyl ether complex And complexes.

上記配位子交換反応の一例を示すと下記の通りである。なお、下記例はシロキサン化合物がヒドロキシ基を有する場合を示すが、シロキサン化合物がカルボキシ基やスルホ基等の活性水素含有基を有する場合にも、同様の配位子交換反応が進行し、−O−M−O−で表される連結基が形成される。 It is as follows when an example of the said ligand exchange reaction is shown. The following example shows the case where the siloxane compound has a hydroxy group, but the same ligand exchange reaction proceeds even when the siloxane compound has an active hydrogen-containing group such as a carboxy group or a sulfo group, * - A linking group represented by O-MO- * is formed.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

式中、Rはシロキサン化合物残基を示す(すなわちR−OHはヒドロキシ基を有するシロキサン化合物を示す)。
Mが4価の金属原子(y=4)の場合、R−OHは1つのMに対して通常4つまで配位しうる(上記(a)の形態)。本発明においては、Mが4価の金属原子の場合には、R−OHが2つ配位した形態(上記(c)の形態)、3つ配位した形態(上記(b)の形態)、及び4つ配位した形態(上記(a)の形態)いずれの形態も、−O−M−O−で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
また、上記式には示していないが、上記シロキサン化合物R−OHがRP1−(OH)で表される場合(RP1はシロキサン化合物残基、hは2以上の整数、すなわち1分子中にヒドロキシ基を2つ以上有する形態である場合)、RP1−(OH)の1分子中に存在する2つ以上のOHが1つのMに配位していてもよい。この形態も−O−M−O−で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
In the formula, R P represents a siloxane compound residue (that is, R P -OH represents a siloxane compound having a hydroxy group).
When M is a tetravalent metal atom (y = 4), R P —OH can usually coordinate up to four per one M (form of the above (a)). In the present invention, when M is a tetravalent metal atom, a form in which two R P —OHs are coordinated (form of the above (c)), and a form in which three RPs are coordinated (the above (b) ), and form) either in the form of four coordinating form ((a) above are also intended to be encompassed in the form having a linking group represented by * -O-M-O- *.
In addition, although not shown in the above formula, when the above-mentioned siloxane compound R P -OH is represented by R P1- (OH) h (R P1 is a siloxane compound residue, h is an integer of 2 or more, ie 1 molecule Two or more OH present in one molecule of R P1- (OH) h may be coordinated to one M) (when it is in a form having two or more hydroxy groups). This embodiment also * intended to be encompassed by embodiments having a -O-M-O-* a linking group represented.

Mが3価の金属原子の場合(y=3)、R−OHは1つのMに対して通常3つまで配位しうる(上記(d)の形態)。本発明においては、Mが3価の金属原子の場合には、R−OHが2つ配位した形態(上記(e)の形態)、3つ配位した形態(上記(d)の形態)のいずれの形態も、−O−M−O−で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
また、上記式には示していないが、上記シロキサン化合物R−OHがRP1−(OH)で表される場合(RP1はシロキサン化合物残基、hは2以上の整数、すなわち1分子中にヒドロキシ基を2つ以上有する形態である場合)、RP1−(OH)の1分子中に存在する2つ以上のOHが1つのMに配位していてもよい。この形態も−O−M−O−で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
When M is a trivalent metal atom (y = 3), R P -OH can usually coordinate up to three to one M (form of the above (d)). In the present invention, when M is a trivalent metal atom, a form in which two R P —OHs are coordinated (form of the above (e)), and a form in which three RPs are coordinated (the above (d) any form of) are also intended to be encompassed in the form having a linking group represented by * -O-M-O- *.
In addition, although not shown in the above formula, when the above-mentioned siloxane compound R P -OH is represented by R P1- (OH) h (R P1 is a siloxane compound residue, h is an integer of 2 or more, ie 1 molecule Two or more OH present in one molecule of R P1- (OH) h may be coordinated to one M) (when it is in a form having two or more hydroxy groups). This embodiment also * intended to be encompassed by embodiments having a -O-M-O-* a linking group represented.

Mが2価の金属原子の場合(y=2)、上記(f)の形態が、本発明で規定する−O−M−O−で表される連結基を有する形態である。
また、上記式には示していないが、上記シロキサン化合物R−OHがRP1−(OH)で表される場合(RP1はシロキサン化合物残基、hは2以上の整数、すなわち1分子中にヒドロキシ基を2つ以上有する形態である場合)、RP1−(OH)の1分子中に存在する2つ以上のOHが1つのMに配位していてもよい。この形態も−O−M−O−で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
When M is a divalent metal atom (y = 2), the form of the (f) is in the form having a linking group represented by the present invention defined by * -O-M-O- *.
In addition, although not shown in the above formula, when the above-mentioned siloxane compound R P -OH is represented by R P1- (OH) h (R P1 is a siloxane compound residue, h is an integer of 2 or more, ie 1 molecule Two or more OH present in one molecule of R P1- (OH) h may be coordinated to one M) (when it is in a form having two or more hydroxy groups). This embodiment also * intended to be encompassed by embodiments having a -O-M-O-* a linking group represented.

−S−M−S−
上記連結構造−S−M−S−は、例えば、チオール基を有するシロキサン化合物と、上記式(B)で表される金属錯体との間の配位子交換反応により形成することが出来る。この反応は、上述した−O−M−O−を形成するための反応においてR−OHをR−SHに代えた反応形態である。−SHも活性水素含有基であるため、上記と同様に配位子交換反応を行うことができる。
< * -S-M-S- * >
The above linked structure * -S-M-S- * can be formed, for example, by a ligand exchange reaction between a siloxane compound having a thiol group and the metal complex represented by the above formula (B). . This reaction is a reaction form in which R p -OH is replaced with R p -SH in the reaction for forming * -O-M-O- * described above. Since -SH is also an active hydrogen-containing group, a ligand exchange reaction can be performed in the same manner as described above.

−NRC(=O)−
上記連結基−NRC(=O)−は、例えば、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを、脱水縮合剤(例えばカルボジイミド化合物)の存在下で反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

−COOH + R−N(R
⇒ R−C(=O)−NR−R + H

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示す。左辺において1つのNに連結する2つのRのうち1つは水素原子であり、残りは水素原子又はアルキル基である(つまり、右辺のRは水素原子又はアルキル基である。
また、上記連結基は、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を2つ以上有する化合物とを反応させることで形成することもできる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、カルボキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成させることができる。
< *- NR a C (= O)- * >
The above linking group * —NR a C (= O) — * is reacted, for example, with a siloxane compound having a carboxy group and a siloxane compound having an amino group in the presence of a dehydration condensation agent (eg, a carbodiimide compound). It can be formed by This reaction can be represented by the following formula.

R P -COOH + R P -N (R A ) 2
R R P- C (= O)-NR A- R P + H 2 O

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue. In the left side, one of two R A linked to one N is a hydrogen atom, and the rest is a hydrogen atom or an alkyl group (that is, R A on the right side is a hydrogen atom or an alkyl group).
The linking group can also be formed by reacting a siloxane compound having a carboxy group with a compound having two or more amino groups as a crosslinking agent. Moreover, the said connection group can be formed also by making the siloxane compound which has an amino group, and the compound which has 2 or more of carboxy groups as a crosslinking agent react.

−NRC(=O)NR
上記連結基−NRC(=O)NRは、例えば、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのクロロギ酸エステルとを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

2R−N(R + Cl−C(=O)−O−RCl
⇒ R−RN−C(=O)−NR−R + HCl + HO−RCl

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示し、RClはクロロギ酸エステルのアルコール残基を示す。左辺において1つのNに連結する2つのRのうち1つは水素原子であり、残りは水素原子又はアルキル基である(つまり、右辺のRは水素原子又はアルキル基である)。
< *- NR b C (= O) NR b - * >
The linking group * -NR b C (= O) NR b- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having an amino group with a chloroformate as a crosslinking agent. This reaction can be represented by the following formula.

2R P -N (R B ) 2 + Cl-C (= O) -O-R Cl
P R P- R B N-C (= O)-NR B- R P + HCl + HO-R Cl

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue, and R Cl represents an alcohol residue of chloroformate. One of the two R B is coupled to one of N in the left side is a hydrogen atom, the remainder is a hydrogen atom or an alkyl group (i.e., the right side of the R B is a hydrogen atom or an alkyl group).

−O−CH−O−
上記連結基−O−CH−O−は、例えば、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのホルムアルデヒドとを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

2R−OH + H−C(=O)−H
⇒ R−O−CH(O−R)−H + H

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示す。
<* -O-CH 2 -O- * >
The above linking group * -O-CH 2 -O- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having a hydroxy group with formaldehyde as a crosslinking agent. This reaction can be represented by the following formula.

2R P -OH + H-C (= O) -H
R R P -O-CH (O-R P ) -H + H 2 O

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue.

−S−CHCH
上記連結基−S−CHCHは、例えば、チオール基を有するシロキサン化合物と、ビニル基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

−SH + R−CH=CH
⇒ R−S−CH−CH−R

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示す。
なお、チオール基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、ビニル基を2つ以上有する化合物とを反応させた場合にも、上記連結基を形成させることができる。また、ビニル基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、チオール基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
<* -S-CH 2 CH 2 - *>
The linking group * -S-CH 2 CH 2- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having a thiol group with a siloxane compound having a vinyl group. This reaction can be represented by the following formula.

R P -SH + R P -CH = CH 2
R R P -S-CH 2 -CH 2 -R P

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue.
In addition, the said connection group can be formed also when making the siloxane compound which has a thiol group, and the compound which has 2 or more of vinyl groups as a crosslinking agent react. Moreover, the said connection group can be formed also by making the siloxane compound which has a vinyl group, and the compound which has 2 or more of thiol groups as a crosslinking agent react.

−OC(=O)O−
上記連結基−OC(=O)O−は、例えば、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのクロロギ酸エステルとを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

2R−OH + Cl−C(=O)−O−RCl
⇒ R−O−C(=O)−O−R + HCl + HO−RCl

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示し、RClはクロロギ酸エステルのアルコール残基を示す。
< *- OC (= O) O- * >
The linking group * -OC (= O) O- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having a hydroxy group with a chloroformate as a crosslinking agent. This reaction can be represented by the following formula.

2R P -OH + Cl-C (= O)-O-R Cl
R R P -O-C (= O) -O-R P + HCl + HO-R Cl

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue, and R Cl represents an alcohol residue of chloroformate.

−C(=O)O(R
上記連結基−C(=O)O(Rは、例えば、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

−COOH + R−N(R
⇒ R−CO−O−NH(R−R

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示す。Rは水素原子又はアルキル基を示す。
なお、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結構造を形成することができる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、カルボキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
< *- C (= O) O - N + (R d ) 3 - * >
The above linking group * -C (= O) O - N + (R d ) 3- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having a carboxy group with a siloxane compound having an amino group. . This reaction can be represented by the following formula.

R P -COOH + R P -N (R D ) 2
R R P -CO-O -- N + H (R D ) 2 -R P

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue. R D represents a hydrogen atom or an alkyl group.
In addition, the said connection structure can be formed also by making the siloxane compound which has a carboxy group, and the compound which has 2 or more of amino groups as a crosslinking agent react. Moreover, the said connection group can be formed also by making the siloxane compound which has an amino group, and the compound which has 2 or more of carboxy groups as a crosslinking agent react.

−SO (R
上記連結基−SO (Rは、例えば、スルホ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

−SOH + R−N(R
⇒ R−SO−O−NH(R−R

上記式中、Rはシロキサン化合物残基を示す。Rは水素原子又はアルキル基を示す。
なお、スルホ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、スルホ基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
<* -SO 3 - N + ( R e) 3 - *>
The linking group * -SO 3 - N + (R e) 3 - * , for example, can be formed by reacting a siloxane compound having a sulfo group, a siloxane compound having an amino group. This reaction can be represented by the following formula.

R P -SO 3 H + R P -N (R E ) 2
R R P- SO 2- O -- N + H (R E ) 2- R P

In the above formula, R P represents a siloxane compound residue. R E represents a hydrogen atom or an alkyl group.
The above linking group can also be formed by reacting a siloxane compound having a sulfo group with a compound having two or more amino groups as a crosslinking agent. The above linking group can also be formed by reacting a siloxane compound having an amino group with a compound having two or more sulfo groups as a crosslinking agent.

−PO(R
上記連結構造−PO(Rは、例えば、ホスホン酸基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。

−PO + R−N(R
⇒ R−P(=O)(OH)−O−NH(R−R

上記式中、Rはシロキサン残基を示す。Rは水素原子又はアルキル基を示す。
なお、ホスホン酸基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのアミノ基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、スルホン酸基を2つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
<* -PO 3 H - N + (R f) 3 - *>
The connecting structure * -PO 3 H - N + ( R f) 3 - * , for example, can be formed by reacting a siloxane compound having a phosphonic acid group, and a siloxane compound having an amino group. This reaction can be represented by the following formula.

R P -PO 3 H 2 + R P -N (R F ) 2
R R P- P (= O) (OH)-O -- N + H (R F ) 2- R P

In the above formula, R P represents a siloxane residue. RF represents a hydrogen atom or an alkyl group.
The above linking group can also be formed by reacting a siloxane compound having a phosphonic acid group with a compound having two or more amino groups as a crosslinking agent. Moreover, the said connection group can also be formed by making the siloxane compound which has an amino group, and the compound which has 2 or more of sulfonic acid groups as a crosslinking agent react.

−CH(OH)CHOCO−
上記連結基−CH(OH)CHOCO−は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、カルボキシ基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成させることができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、カルボキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させたり、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
<* -CH (OH) CH 2 OCO- *>
The linking group * -CH (OH) CH 2 OCO- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having an epoxy group and a siloxane compound having a carboxy group.
In addition, the above-mentioned linking group is produced by reacting a siloxane compound having an epoxy group with a compound having two or more carboxy groups as a crosslinking agent, or a siloxane compound having a carboxy group and an epoxy group as a crosslinking agent. It can also be formed by reacting with a compound having two or more.

−CH(OH)CHO−
上記連結基−CH(OH)CHO−は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成させることができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、ヒドロキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させたり、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
<* -CH (OH) CH 2 O- *>
The linking group * -CH (OH) CH 2 O- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having an epoxy group with a siloxane compound having a hydroxy group.
In addition, the above-mentioned linking group reacts a siloxane compound having an epoxy group with a compound having two or more hydroxy groups as a crosslinking agent, or a siloxane compound having a hydroxy group and an epoxy group as a crosslinking agent. It can also be formed by reacting with a compound having two or more.

−CH(OH)CHS−
上記連結基−CH(OH)CHS−は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、チオール基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成させることができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、チオール基を2つ以上有する化合物とを反応させたり、チオール基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
<* -CH (OH) CH 2 S- *>
The above linking group * -CH (OH) CH 2 S- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having an epoxy group with a siloxane compound having a thiol group.
In addition, the above-mentioned linking group is reacted with a siloxane compound having an epoxy group and a compound having two or more thiol groups as a crosslinking agent, or a siloxane compound having a thiol group and an epoxy group as a crosslinking agent. It can also be formed by reacting with a compound having two or more.

−CH(OH)CHNR
上記連結基−CH(OH)CHNRは、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成させることができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を2つ以上有する化合物とを反応させたり、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を2つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
< * -CH (OH) CH 2 NR c - * >
The linking group * -CH (OH) CH 2 NR c- * can be formed, for example, by reacting a siloxane compound having an epoxy group with a siloxane compound having an amino group.
In addition, the above-mentioned linking group reacts a siloxane compound having an epoxy group and a compound having two or more amino groups as a crosslinking agent, or a siloxane compound having an amino group and an epoxy group as a crosslinking agent. It can also be formed by reacting with a compound having two or more.

−CH(CHOH)CHOCO−
上記連結基−CH(CHOH)CHOCO−は、上述した−CH(OH)CHOCO−の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
<* -CH (CH 2 OH) CH 2 OCO- *>
The linking group * -CH (CH 2 OH) CH 2 OCO- * in the formation of the above-mentioned * -CH (OH) CH 2 OCO- *, can be formed by replacing the epoxy group in an oxetanyl group.

−CH(CHOH)CHO−
上記連結基−CH(CHOH)CHO−は、上述した−CH(OH)CHO−の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
<* -CH (CH 2 OH) CH 2 O- *>
The linking group * -CH (CH 2 OH) CH 2 O- * in the formation of the above-mentioned * -CH (OH) CH 2 O- *, can be formed by replacing the epoxy group in an oxetanyl group.

−CH(CHOH)CHS−
上記連結基−CH(CHOH)CHS−は、上述した−CH(OH)CHS−の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
<* -CH (CH 2 OH) CH 2 S- *>
The linking group * -CH (CH 2 OH) CH 2 S- * , in the formation of the above-mentioned * -CH (OH) CH 2 S- *, can be formed by replacing the epoxy group in an oxetanyl group.

−CH(CHOH)CHNR
上記連結基−CH(CHOH)CHNRは、上述した−CH(OH)CHNRの形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
<* -CH (CH 2 OH) CH 2 NR c - *>
The linking group * -CH (CH 2 OH) CH 2 NR c - * is above * -CH (OH) CH 2 NR c - * in the formation of, be formed by replacing the epoxy group in an oxetanyl group it can.

−CHCH
上記連結基−CHCHは、例えば、ビニル基((メタ)アクリロイル基等)を有するシロキサン化合物同士を重合反応させることにより形成することができる。
本発明において、−CHCHを介して連結した構造には、−S−CHCHを介して連結した構造は含まれないものとする。
<* -CH 2 CH 2 - * >
The linking group * -CH 2 CH 2- * can be formed, for example, by subjecting siloxane compounds having a vinyl group (such as a (meth) acryloyl group) to a polymerization reaction.
In the present invention, a structure linked via * -CH 2 CH 2- * does not include a structure linked via * -S-CH 2 CH 2- * .

シロキサン化合物層は、上記連結構造を1種有してもよいし、2種以上有してもよい。   The siloxane compound layer may have one or two or more of the above connecting structures.

本発明におけるシロキサン化合物層中、シロキサン化合物同士の連結構造は、連結構造を形成するための反応性、連結構造の化学的安定性の観点から、上記−O−M−O−−S−M−S−−O−CH−O−−S−CHCH−OC(=O)O−−CHCH、及び−C(=O)O(Rから選ばれる連結基を介した連結構造の1種又は2種以上が好ましく、−O−M−O−−S−M−S−−O−CH−O−及び−S−CHCH−CHCHから選ばれる連結基を介した連結構造の1種又は2種以上がより好ましく、−O−M−O−及び−CHCHから選ばれる連結基を介した連結構造の1種又は2種がさらに好ましく、−O−M−O−を介した連結構造及び−CHCHを介した連結構造の両連結構造を含むことがさらに好ましい。 In the siloxane compound layer in the present invention, the linking structure of the siloxane compounds is the above * -O-MO- * , * -from the viewpoint of the reactivity for forming the linking structure and the chemical stability of the linking structure. S-M-S- *, * -O-CH 2 -O- *, * -S-CH 2 CH 2 - *, * -OC (= O) O- *, * -CH 2 CH 2 - *, And * -C (= O) O - N + (R d ) 3- * 1 type or 2 or more types of the connection structure through the connecting group chosen from * is desirable, * -OMO * * , * -S-M-S- *, * -O-CH 2 -O- * and * -S-CH 2 CH 2 - *, * -CH 2 CH 2 - * from connection structure via a linking group selected 1 type, or 2 or more types are more preferable, * -O-M-O- * and * -CH 2 CH 2- * are selected 1 type or 2 types of linking structure via linking group are more preferable, * Linking structure via * -OMO * * and linking structure via * -CH 2 CH 2- * It is further preferable to include.

保護層である上記シロキサン化合物層の原料として用いるシロキサン化合物(上記連結基を介した連結構造が形成される前のシロキサン化合物)は、上記連結構造を与える官能基を有するシロキサン化合物であれば特に制限はない。このポリシロキサン化合物の好ましい例としては、メタアクリレート変性ポリジアルキルシロキサン、メタアクリレート変性ポリジアリールシロキサン、メタアクリレート変性ポリアルキルアリールシロキサン、チオール変性ポリジアルキルシロキサン、チオール変性ポリジアリールシロキサン、チオール変性ポリアルキルアリールシロキサン、ヒドロキシ変性ポリジアルキルシロキサン、ヒドロキシ変性ポリジアリールシロキサン、ヒドロキシ変性ポリアルキルアリールシロキサン、アミン変性ポリジアルキルシロキサン、アミン変性ポリジアリールシロキサン、アミン変性ポリアルキルアリールシロキサン、ビニル変性ポリジアルキルシロキサン、ビニル変性ポリジアリールシロキサン、ビニル変性ポリアルキルアリールシロキサン、カルボキシ変性ポリジアルキルシロキサン、カルボキシ変性ポリジアリールシロキサン、カルボキシ変性ポリアルキルアリールシロキサン、ヒドロシリル変性ポリジアルキルシロキサン、ヒドロシリル変性ポリジアリールシロキサン、ヒドロシリル変性ポリアルキルアリールシロキサン、エポキシ変性ポリジアルキルシロキサン、エポキシ変性ポリジアリールシロキサン、エポキシ変性ポリアルキルアリールシロキサン、オキセタニル変性ポリジアルキルシロキサン、オキセタニル変性ポリジアリールシロキサン、及びオキセタニル変性ポリアルキルアリールシロキサンから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。
また、上記例示のポリシロキサン化合物において、各官能基による変性部位は末端でもよく側鎖であってもよい。また、1分子中に2つ以上の変性部位があることが好ましい。また、上記変性により導入された各官能基はさらに置換基を有してもよい。
また、上記「ポリアルキルアリールシロキサン」におけるアルキル基とアリール基の量比に特に制限はない。すなわち、「ポリアルキルアリールシロキサン」はその構造中に、ジアルキルシロキサン構造やジアリールシロキサン構造を有していてもよい。
上記例示のシロキサン化合物において、アルキル基の炭素数は1〜10が好ましく、1〜5がより好ましく、1〜3がさらに好ましく、メチルが特に好ましい。また、上記例示のシロキサン化合物において、アリール基の炭素数は6〜20が好ましく、6〜15がより好ましく、6〜12がさらに好ましく、フェニルが特に好ましい。
The siloxane compound used as a raw material of the above-mentioned siloxane compound layer which is a protective layer (a siloxane compound before the formation of a linking structure via the above linking group) is particularly limited as long as it is a siloxane compound having a functional group giving the above linking structure There is no. Preferred examples of the polysiloxane compound include methacrylate-modified polydialkylsiloxane, methacrylate-modified polydiarylsiloxane, methacrylate-modified polyalkylaryl siloxane, thiol-modified polydialkylsiloxane, thiol-modified polydiarylsiloxane, and thiol-modified polyalkylaryl siloxane Hydroxy modified polydialkyl siloxane, hydroxy modified polydiaryl siloxane, hydroxy modified polyalkyl aryl siloxane, amine modified poly dialkyl siloxane, amine modified poly diaryl siloxane, amine modified poly alkyl aryl siloxane, vinyl modified poly dialkyl siloxane, vinyl modified poly diaryl siloxane , Vinyl-modified polyalkylaryl siloxanes, Voxy modified polydialkylsiloxane, carboxy modified polydiaryl siloxane, carboxy modified polyalkyl aryl siloxane, hydrosilyl modified polydialkyl siloxane, hydrosilyl modified polydiaryl siloxane, hydrosilyl modified polyalkyl aryl siloxane, epoxy modified polydialkyl siloxane, epoxy modified polydiaryl siloxane, One or more selected from epoxy-modified polyalkylaryl siloxanes, oxetanyl-modified polydialkylsiloxanes, oxetanyl-modified polydiarylsiloxanes, and oxetanyl-modified polyalkylaryl siloxanes.
Further, in the polysiloxane compounds exemplified above, the modification site by each functional group may be a terminal or a side chain. In addition, it is preferable that there are two or more denaturation sites in one molecule. Each functional group introduced by the above modification may further have a substituent.
There is no particular limitation on the amount ratio of the alkyl group to the aryl group in the above "polyalkylaryl siloxane". That is, the "polyalkylaryl siloxane" may have a dialkyl siloxane structure or a diaryl siloxane structure in its structure.
In the above-exemplified siloxane compounds, the carbon number of the alkyl group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, still more preferably 1 to 3, and particularly preferably methyl. Moreover, in the siloxane compound of the said illustration, 6-20 of carbon number of an aryl group is preferable, 6-15 are more preferable, 6-12 are more preferable, and phenyl is especially preferable.

本発明におけるシロキサン化合物層は、下記(a)及び(b)から選ばれる少なくとも1つの構造を有することが好ましい。
(a)下記一般式(1a)で表される構造と、下記一般式(2a)又は(3a)で表される構造とを有する構造
The siloxane compound layer in the present invention preferably has at least one structure selected from the following (a) and (b).
(A) A structure having a structure represented by the following general formula (1a) and a structure represented by the following general formula (2a) or (3a)

Figure 2019093309
Figure 2019093309

(b)下記一般式(4a)で表される構造

Figure 2019093309
(B) Structure represented by the following general formula (4a)
Figure 2019093309

式中、RSLはアルキル基あるいはアリール基を示す。Lは単結合又は2価の連結基を示す。X−O−M−O−−S−M−S−−O−CH−O−−S−CHCH−OC(=O)O−−CHCH、及び−C(=O)O(Rから選ばれる連結基を示す。Mは、Zr、Fe、Zn、B、Al又はGaを示し、Rは水素原子又はアルキル基を表す。a1及びb1は2以上の整数(好ましくは5以上の整数)である。「」は連結部位を示す。「**」はシロキサン結合中の連結部位を示す(すなわち、一般式(1a)〜(3a)において、**の隣がO原子の場合、**はSi原子との連結部位を示し、**の隣がSi原子の場合、**はO原子と連結部位を示す)。
また、一般式(4a)の末端構造は、水素原子、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、カルボキシ基、オキセタン基、スルホン酸基、及びホスホン酸基から選ばれる基であることが好ましい。
In the formula, R SL represents an alkyl group or an aryl group. L A represents a single bond or a divalent linking group. X A is * -O-M 1 -O- *, -S- * * -S-M 1, * -O-CH 2 -O- *, * -S-CH 2 CH 2 - *, * -OC The linking group is selected from (= O) O- * , * -CH 2 CH 2- * , and * -C (= O) O - N + (R d ) 3- * . M 1 represents Zr, Fe, Zn, B, Al or Ga, and R d represents a hydrogen atom or an alkyl group. a1 and b1 are integers of 2 or more (preferably 5 or more). " * " Shows a connection site. “**” indicates a linking site in a siloxane bond (ie, in the case of General Formulas (1a) to (3a), if ** is next to O atom, ** indicates a linking site to a Si atom, * When next to * is a Si atom, ** indicates an O atom and a linking site).
The terminal structure of the general formula (4a) is preferably a group selected from a hydrogen atom, a mercapto group, an amino group, a vinyl group, a carboxy group, an oxetane group, a sulfonic acid group and a phosphonic acid group.

上記RSL及びRがアルキル基の場合、好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5、さらに好ましくは炭素数1〜3のアルキル基であり、メチルであることが特に好ましい。
上記RSLがアリール基の場合、その炭素数は6〜20が好ましく、6〜15がより好ましく、6〜12がさらに好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
When R SL and R d each represents an alkyl group, it is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, still more preferably 1 to 3 carbon atoms, and particularly preferably methyl .
When the R SL is an aryl group, the carbon number thereof is preferably 6 to 20, more preferably 6 to 15, still more preferably 6 to 12, and particularly preferably a phenyl group.

上記Lが2価の連結基の場合、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜5のアルキレン基)、アリーレン基(炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜15のアリーレン基、さらに好ましくはフェニレン基)又は−Si(RSL−O−が好ましい(RSLは一般式(2a)のRSLと同義であり、好ましい形態も同じである。−Si(RSL−O−中の「O」が、上記一般式に示されたSiと連結する)。 If the L A is a divalent linking group, an alkylene group (preferably having from 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms), an arylene group (having 6 to 20 carbon atoms, more preferably a carbon number 6-15 arylene group, more preferably the same meaning as R SL phenylene group), or -Si (R SL) 2 -O- is preferred (R SL is the general formula (2a), a preferred form also the same. “O” in —Si (R SL ) 2 —O— is linked to Si shown in the above general formula).

上記(a)の構造は、上記一般式(1a)〜(3a)のいずれかで表される構造の他に、下記式(5a)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。   It is preferable that the structure of said (a) has the repeating unit represented by following formula (5a) other than the structure represented by either of said General formula (1a)-(3a).

Figure 2019093309
Figure 2019093309

上記式(5a)で表される繰り返し単位は、シロキサン化合物層中において、上記式(5)で表される繰り返し単位同士が互いにシロキサン結合で連結した構造をとって存在することも好ましい。   It is also preferable that the repeating unit represented by the said Formula (5a) takes the structure where repeating units represented by the said Formula (5) mutually connected by the siloxane bond in a siloxane compound layer, and exists.

本発明におけるシロキサン化合物層中、上記式(5a)で表される繰り返し単位の含有率は、0.01〜0.55であることが好ましく、0.03〜0.40であることがより好ましく、さらに好ましくは0.05〜0.25である。
式(5a)で表される繰り返し単位の含有率は、2.5cm四方に切り出したシロキサン化合物層を測定用試料とし、この測定用試料をX線光電子分光法(装置:Ulvac−PHI社製QuantraSXM)により、X線源:Al−Kα線(1490eV,25W,100umφ)、測定領域:300μm×300μm、Pass Energy 55eV、 Step 0.05eVの条件で、Si2p(98〜104eV付近)を測定し、T成分(103eV)とQ成分(104eV)のピークを分離及び定量し、比較することで求められる。すなわち、式(5a)で表される繰り返し単位(Q成分)のSi−O結合エネルギーピークの蛍光X線強度[SA]と、式(5a)で表される繰り返し単位以外の構造(T成分)のSi−O結合エネルギーピークの強度の合計[ST]に基づき[SA]/([SA]+[ST])を算出し、式(5a)で表される繰り返し単位の含有率とする。
In the siloxane compound layer in the present invention, the content of the repeating unit represented by the above formula (5a) is preferably 0.01 to 0.55, and more preferably 0.03 to 0.40. More preferably, it is 0.05-0.25.
The content of the repeating unit represented by the formula (5a) was determined using the siloxane compound layer cut into 2.5 cm squares as a measurement sample, and the measurement sample was subjected to X-ray photoelectron spectroscopy (apparatus: Quantra SXM manufactured by Ulvac-PHI, Inc. Si2p (near 98 to 104 eV) under the conditions of X-ray source: Al-Kα ray (1490 eV, 25 W, 100 umφ), measurement area: 300 μm × 300 μm, Pass Energy 55 eV, Step 0.05 eV It can be determined by separating, quantifying and comparing the peaks of the component (103 eV) and the Q component (104 eV). That is, the fluorescent X-ray intensity [SA] of the Si-O binding energy peak of the repeating unit (Q component) represented by the formula (5a) and the structure (T component) other than the repeating unit represented by the formula (5a) [SA] / ([SA] + [ST]) is calculated based on the sum [ST] of the strengths of the Si-O bond energy peak of to give the content of the repeating unit represented by the formula (5a).

本発明において、シロキサン化合物層の厚さは10〜3000nmであることが好ましく、100〜1500nmであることがより好ましい。   In the present invention, the thickness of the siloxane compound layer is preferably 10 to 3,000 nm, and more preferably 100 to 1,500 nm.

(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。
(Applications 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 and recovery method and a gas separation and 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. The gas separation membrane can efficiently separate a specific gas from a gas mixture containing a gas such as a perfluoro compound of In particular, it is preferable to use a gas separation membrane for selectively separating carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide / hydrocarbon (methane).

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であることがさらに好ましい。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く、23以上であることがさらに好ましく、25〜50であることが特に好ましい。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 and processed 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 of carbon dioxide to methane (R CO2 / R CH4 ) is preferably 15 or more, more preferably 20 or more, still more preferably 23 or more, and 25 to 50. Particularly preferred. R CO2 indicates the permeation rate of carbon dioxide, and R CH4 indicates the permeation rate of methane.
Note that 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 etc.)
Various polymer compounds can also be added to the gas separation layer of the gas separation membrane of the present invention in order to adjust the membrane physical properties. As the polymer compound, acrylic polymer, polyurethane resin, polyamide resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin, polycarbonate resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl formal resin, shellac, vinyl resin, acrylic resin, rubber resin , Waxes and other natural resins can be used. Moreover, two or more of these may be used in combination.
Moreover, nonionic surfactant, cationic surfactant, and / or organic fluoro compound etc. can also be added for liquid physical-property adjustment.

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 alkyl benzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, higher fatty acid salt, sulfonate of higher fatty acid ester, sulfate of higher alcohol ether, sulfonate of higher alcohol ether, higher alkyl Sulfonamide alkyl carboxylate, anionic surfactant such as alkyl phosphate, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, ethylene oxide adduct of acetylene glycol, Non-ionic surfactants such as ethylene oxide adduct of glycerin, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, and other amphoteric surfaces such as alkyl betaine and amido betaine 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. Among them, polyvinyl pyrrolidone 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, -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、ガス分離層中のポリイミド化合物の含有量は、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、ガス分離層中のポリイミド化合物の含有量は、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、ガス分離層中のポリイミド化合物の含有量は、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 be made to coexist at the time of film formation, but it is desirable to be under an inert gas atmosphere.
In the gas separation membrane of the present invention, the content of the polyimide compound in the gas separation layer is not particularly limited as long as the desired gas separation performance can be obtained. From the viewpoint of further improving the gas separation performance, the content of the polyimide 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 70% by mass or more is particularly preferable. In addition, the content of the polyimide 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、二酸化炭素と炭化水素ガス(メタンガス、ブタンガス等)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ブタンガスを含む混合ガスにおいて、二酸化炭素とメタンガスとブタンガスの混合比に特に制限はないが、二酸化炭素と、炭化水素ガス(メタンガスとブタンガスの総和)で考えると、二酸化炭素:炭化水素ガス=1:99〜99:1(体積比)であることが好ましく、二酸化炭素:炭化水素ガス=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 of 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 hydrocarbon gas (methane gas, butane gas, etc.). The pressure at the time of gas separation is preferably 0.5 to 10 MPa, more preferably 1 to 10 MPa, and still more preferably 2 to 7 MPa. The gas separation temperature is preferably -30 to 90 ° C, and more preferably 15 to 70 ° C. In the mixed gas containing carbon dioxide, methane gas and butane gas, the mixing ratio of carbon dioxide, methane gas and butane gas is not particularly limited. However, considering carbon dioxide and hydrocarbon gas (sum of methane gas and butane gas), carbon dioxide: carbonized Hydrogen gas = 1: 99-99: 1 (volume ratio) is preferable, and carbon dioxide: hydrocarbon gas = 5: 95-90: 10 is more preferable.

[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, pleat type, tubular type, plate & frame type and the like.
Moreover, the gas separation composite membrane or the gas separation membrane module of the present invention can be used to obtain a gas separation apparatus having means for separating, recovering, or separating and purifying gas. The gas separation composite membrane of the present invention may be applied to, for example, a membrane used in combination with an absorbing liquid as described in JP-A-2007-297605 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。   The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by these examples.

[合成例]
<ポリイミド化合物(P−01)の合成>
[Composition example]
<Synthesis of Polyimide Compound (P-01)>

Figure 2019093309
Figure 2019093309

(ポリイミド化合物(P−01)の合成)
300mLの三口フラスコにN−メチルピロリドン(NMP)96.00g、2,5−ジアミノフェノール二塩酸塩4.93g(25ミリモル)、炭酸リチウム1.85g(25ミリモル)を加えて、窒素気流下40℃で30分攪拌した。室温に冷却後、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物11.11g(25ミリモル)を加えて、窒素気流下で30分攪拌した。トルエン47.98gを加え、180℃に加熱して6時間攪拌し、共沸蒸留した。室温に冷却後、アセトン125.00gで希釈し、メタノール1800.00g中に滴下し、得られたポリマーを吸引ろ過した。得られたポリマーをメタノール200gで洗浄し、70℃で送風乾燥させて、上記構造単位(繰り返し単位)からなるポリマー化合物(P−01)13.15gを得た。
(Synthesis of Polyimide Compound (P-01))
In a 300 mL three-necked flask, 96.00 g of N-methyl pyrrolidone (NMP), 4.93 g (25 mmol) of 2,5-diaminophenol dihydrochloride, 1.85 g (25 mmol) of lithium carbonate are added, and a nitrogen stream 40 Stir for 30 minutes at ° C. After cooling to room temperature, 11.11 g (25 mmol) of 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride was added, and the mixture was stirred for 30 minutes under a nitrogen stream. 47.98 g of toluene was added, and the mixture was heated to 180 ° C., stirred for 6 hours, and azeotropically distilled. After cooling to room temperature, it was diluted with 125.00 g of acetone, dropped into 1800.00 g of methanol, and the obtained polymer was suction filtered. The obtained polymer was washed with 200 g of methanol and air-dried at 70 ° C. to obtain 13.15 g of a polymer compound (P-01) consisting of the above structural units (repeating units).

<ポリイミド化合物(P−02)の合成>
上記ポリイミド化合物(P−01)の合成において、2,5−ジアミノフェノール二塩酸塩(4.93g)に代えて3,3’−ジヒドロキシベンジジン(5.41g)を用いた以外は上記ポリイミド化合物(P−01)の合成と同様にして、ポリイミド化合物(P−02)(13g)を得た。
<Synthesis of Polyimide Compound (P-02)>
In the synthesis of the above polyimide compound (P-01), the above polyimide compound (3) except that 3,3′-dihydroxybenzidine (5.41 g) was used instead of 2,5-diaminophenol dihydrochloride (4.93 g) A polyimide compound (P-02) (13 g) was obtained in the same manner as in the synthesis of P-01).

ポリイミド化合物(P−02)

Figure 2019093309
Polyimide compound (P-02)
Figure 2019093309

ポリイミド化合物(P−06)、(P−07)
米国公開特許US2015/0093510号公報の記載を参照し、ポリマー化合物(P−06)および(P−07)を合成した。

Figure 2019093309
Polyimide compound (P-06), (P-07)
Polymer compounds (P-06) and (P-07) were synthesized with reference to the description in U.S. Patent Publication No. US2015 / 0093510.
Figure 2019093309

<比較ポリマー(C−01)>
米国公開特許US2015/0093510号公報の記載を参照し、比較ポリマー(C−01)を合成した。
<Comparative polymer (C-01)>
The comparative polymer (C-01) was synthesized with reference to the description of US published patent US2015 / 0093510.

比較ポリマー(C−01)

Figure 2019093309
Comparative polymer (C-01)
Figure 2019093309

<比較ポリマー(C−02)>
WO2010/143647号公報の記載を参照し、比較ポリマー(C−02)を合成した。
<Comparative polymer (C-02)>
The comparative polymer (C-02) was synthesized with reference to the description of WO 2010/143647.

比較ポリマー(C−02)

Figure 2019093309
Comparative polymer (C-02)
Figure 2019093309

[実施例1] 複合膜の作製
<平滑層付PAN多孔質膜の作製>
(ジアルキルシロキサン基を有する放射線硬化性ポリマーの調製)
150mLの3口フラスコにUV9300(Momentive社製)39g、X−22−162C(信越化学工業社製)10g、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン)0.007gを加え、n−ヘプタン50gに溶解させた。これを95℃で168時間維持させて、ポリ(シロキサン)基を有する放射線硬化性ポリマー溶液(25℃で粘度22.8mPa・s)を得た。
Example 1 Preparation of Composite Membrane <Preparation of PAN Porous Membrane with Smooth Layer>
(Preparation of radiation curable polymer having dialkyl siloxane group)
In a 150 mL three-necked flask, 39 g of UV 9300 (manufactured by Momentive), 10 g of X-22-162C (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), DBU (1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene) 0. 007 g was added and dissolved in 50 g of n-heptane. This was maintained at 95 ° C. for 168 hours to obtain a radiation curable polymer solution having a poly (siloxane) group (viscosity 22.8 mPa · s at 25 ° C.).

(重合性の放射線硬化性組成物の調製)
上記放射線硬化性ポリマー溶液5gを20℃まで冷却し、n−ヘプタン95gで希釈した。得られた溶液に対し、光重合開始剤であるUV9380C(Momentive社製)0.5g及びオルガチックスTA−10(マツモトファインケミカル社製)0.1gを添加し、重合性の放射線硬化性組成物を調製した。
(Preparation of polymerizable radiation curable composition)
5 g of the above radiation curable polymer solution was cooled to 20 ° C. and diluted with 95 g of n-heptane. To the resulting solution, 0.5 g of a photopolymerization initiator UV9380C (manufactured by Momentive) and 0.1 g of Organix TA-10 (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.) were added to obtain a polymerizable radiation curable composition. Prepared.

(重合性の放射線硬化性組成物の多孔質支持体への塗布、平滑層の形成)
PAN(ポリアクリロニトリル)多孔質膜(不織布上にポリアクリロニトリル多孔質膜が存在、不織布を含め、膜厚は約180μm)を支持体として上記の重合性の放射線硬化性組成物をスピンコートした後、UV強度24kW/m、処理時間10秒のUV処理条件でUV処理(Fusion UV System社製、Light Hammer 10、D−バルブ)を行った後、乾燥させた。このようにして、多孔質支持体上にジアルキルシロキサン基を有する厚み1μmの平滑層を形成した。
(Application of polymerizable radiation curable composition to porous support, formation of smooth layer)
After spin-coating the above-mentioned polymerizable radiation-curable composition using a PAN (polyacrylonitrile) porous film (a polyacrylonitrile porous film is present on a non-woven fabric and the film thickness is about 180 μm including the non-woven fabric) as a support, After UV treatment (Fusion UV System, Light Hammer 10, D-bulb) was performed under UV treatment conditions of UV intensity 24 kW / m and treatment time 10 seconds, it was dried. Thus, a 1 μm thick smooth layer having a dialkylsiloxane group was formed on the porous support.

<複合膜の作製>
図2に示すガス分離複合膜を作製した(図2には平滑層は図示していない)。
30ml褐色バイアル瓶に、ポリイミド化合物(P−01)を0.08g、さらに架橋剤としてオルトホウ酸(和光純薬製)(0.5mg、5モル%)をテトラヒドロフラン7.92gと混合して30分攪拌した後、上記平滑層を付与したPAN多孔質膜上にスピンコートしてポリイミド化合物(P−01)を含んでなるガス分離層を形成し、複合膜を得た。ポリイミド化合物(P−01)層の厚さは約100nm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。また、この多孔質膜の40℃、5MPaにおける二酸化炭素の透過性は、25000GPUであった。
<Fabrication of composite film>
The gas separation composite membrane shown in FIG. 2 was produced (the smooth layer is not shown in FIG. 2).
In a 30 ml brown vial, 0.08 g of the polyimide compound (P-01) and, as a cross-linking agent, ortho boric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (0.5 mg, 5 mol%) mixed with 7.92 g of tetrahydrofuran for 30 minutes After stirring, the smooth layer was spin-coated on the PAN porous film provided with the smooth layer to form a gas separation layer containing a polyimide compound (P-01), to obtain a composite film. The thickness of the polyimide compound (P-01) layer was about 100 nm, and the thickness of the polyacrylonitrile porous film was about 180 μm including the non-woven fabric.
The molecular weight cut off of these polyacrylonitrile porous membranes was 100,000 or less. Further, the permeability of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa of this porous membrane was 25,000 GPU.

[複合膜の作製](保護層有)
上記で作成した複合膜のガス分離層表面に対し、下記手順で保護層を設けた。
すなわち、ビニルQレジン(Gelest製、製品番号VQM−135)(10g)、ヒドロシリルPDMS(Gelest製、製品番号HMS−301)(1g)、Karstedt触媒(Aldrich製、製品番号479527)(5mg)、ヘプタン(90g)を混合して得た混合液を、実施例1で作成した複合膜のガス分離層表面にスピンコートし、80℃で5時間乾燥して硬化させた。こうしてガス分離層上に、厚さ500nmのシロキサン化合物層を有するガス分離複合膜を得た。
[Preparation of composite film] (with protective layer)
A protective layer was provided on the surface of the gas separation layer of the composite membrane prepared above according to the following procedure.
Vinyl Q resin (Gelest, product no. VQM-135) (10 g), hydrosilyl PDMS (Gelest, product no. HMS-301) (1 g), Karstedt catalyst (Aldrich, product no. 479 527) (5 mg), heptane A mixed solution obtained by mixing (90 g) was spin-coated on the surface of the gas separation layer of the composite membrane prepared in Example 1, dried at 80 ° C. for 5 hours, and cured. Thus, a gas separation composite membrane having a 500 nm-thick siloxane compound layer on the gas separation layer was obtained.

[実施例2〜実施例31] 複合膜の作製
上記実施例1における<複合膜の作製>において、ポリイミド化合物(P−01)0.08gとテトラヒドロフラン7.92gとの混合時に、ポリイミド化合物(P−01)を表1に記載の通りに変更して加え、かつ、架橋剤としてオルトホウ酸(和光純薬製)を表1に記載の通りに変更して加えたこと以外は、実施例1と同様にして複合膜を作製した。
[Example 2 to Example 31] Preparation of Composite Membrane In <Preparation of Composite Membrane> in Example 1 above, the polyimide compound (P-P (P-01)) was mixed with 0.08 g of tetrahydrofuran and 7.92 g of tetrahydrofuran. Example 1 and Example 1 with the exception that -01) was changed as described in Table 1, and except that orthoboric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was changed as described in Table 1 as a crosslinking agent. A composite membrane was produced in the same manner.

[比較例1〜2] 複合膜の作製
上記実施例1において、架橋剤のオルトホウ酸を除いた以外は実施例1と同様にして、比較例1〜2の複合膜を作製した。
Comparative Examples 1 and 2 Preparation of Composite Membranes Composite membranes of Comparative Examples 1 and 2 were fabricated in the same manner as in Example 1 except that the cross-linking agent orthoboric acid was omitted.

[比較例3〜4] 中空糸膜の作製
上記ポリイミド化合物(P−01)又は(P−02)に代えて、上記比較ポリマー(C−01)又は(C−02)を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例3〜4の中空糸膜を作製した。
Comparative Examples 3 to 4 Preparation of Hollow Fiber Membrane The procedure was carried out except that the above comparative polymer (C-01) or (C-02) was used instead of the above polyimide compound (P-01) or (P-02). In the same manner as in Example 1, hollow fiber membranes of Comparative Examples 3 to 4 were produced.

[試験例1] ガス分離膜のCO透過速度及びガス分離選択性の評価−1
上記各実施例及び比較例のガス分離膜(複合膜)を用いて、ガス分離性能を以下のように評価した。
ガス分離膜を多孔質支持体(支持層)ごと直径5cmに切り取り、透過試験サンプルを作製した。GTRテック株式会社製ガス透過率測定装置を用い、二酸化炭素(CO):メタンガス(CH):ブタンガス(C10)が10:80:10(体積比)の混合ガスをガス供給側の全圧力が5MPa、流量500mL/min、40℃となるように調整し供給した。透過してきたガスをガスクロマトグラフィーにより分析した。膜のガス透過性は、ガス透過率(Permeance)としてガス透過速度を算出することにより比較した。ガス透過率(ガス透過速度)の単位はGPU(ジーピーユー)単位〔1GPU=1×10−6cm(STP)/cm・sec・cmHg〕で表した。ガス分離選択性は、この膜のCHの透過速度RCH4に対するCOの透過速度RCO2の比率(RCO2/RCH4)、あるいは、C10の透過速度RC4H10に対するCOの透過速度RCO2の比率(RCO2/RC4H10)として計算した。
[Test Example 1] Evaluation of CO 2 permeation rate and gas separation selectivity of gas separation membrane-1
The gas separation performance was evaluated as follows using the gas separation membranes (composite membranes) of the respective Examples and Comparative Examples.
The gas separation membrane was cut into a diameter of 5 cm together with the porous support (support layer) to prepare a permeation test sample. A mixed gas of carbon dioxide (CO 2 ): methane gas (CH 4 ): butane gas (C 4 H 10 ) at a ratio of 10:80:10 (volume ratio) is supplied on the gas supply side using a gas permeability measurement device manufactured by GTR Tech Co., Ltd. The total pressure was adjusted to 5 MPa, flow rate 500 mL / min, 40.degree. C. and supplied. The permeated gas was analyzed by gas chromatography. The gas permeability of the membranes was compared by calculating the gas permeation rate as the gas permeability (Permeance). The unit of the gas permeability (gas permeation rate) was expressed by GPU (GPE) unit [1 GPU = 1 × 10 −6 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg]. Gas separation selectivity, permeation rate R CO2 ratio of CO 2 to permeation rate R CH4 of CH 4 of the film (R CO2 / R CH4), or the transmission of CO 2 with respect to the penetration rate R C4H10 of C 4 H 10 Calculated as the ratio of rate R CO2 (R CO2 / R C4 H10 ).

[試験例2] トルエン暴露試験
トルエン溶媒を張ったシャーレを入れたステンレス製容器内に、上記各実施例及び比較例において作製したガス分離膜を入れ、密閉系とした。その後、25℃条件下で10分間保存した後、上記[試験例1]と同様に、ガス分離膜を直径5cmに切り取り、透過試験サンプルを作製し、ガス分離性能を評価した。トルエン暴露によって、ベンゼン、トルエン、キシレン等の不純物成分に対するガス分離膜の可塑化耐性を評価できる。
Test Example 2 Toluene Exposure Test The gas separation membrane prepared in each of the above Examples and Comparative Examples was placed in a stainless steel container containing a petri dish covered with a toluene solvent to form a closed system. Then, after storing for 10 minutes under 25 ° C. conditions, the gas separation membrane was cut to a diameter of 5 cm in the same manner as in [Test Example 1] above, and a permeation test sample was produced to evaluate the gas separation performance. By exposure to toluene, the plasticization resistance of the gas separation membrane to impurity components such as benzene, toluene, and xylene can be evaluated.

サンプルエラー率[成膜性の評価]
上記各実施例及び比較例に記載の方法により、ガス分離膜を各々50サンプルずつ作製し、この50サンプルの水素の透過率を測定し、水素透過率が1×10ml/m・24h・atmを越えたサンプルをピンホール有りの膜(サンプルエラー)と判断し、サンプルエラー率を下記式から求めた。このサンプルエラー率に基づき下記評価基準により製膜性を評価した。
サンプルエラー率(%)=100×[サンプルエラー数/50]
(成膜性の評価基準)
A:エラー率5%以下
B:エラー率5%超20%以下
C:エラー率20%超
Sample error rate [Evaluation of film formability]
Fifty samples of each of the gas separation membranes were prepared by the method described in each of the above Examples and Comparative Examples, and the hydrogen permeability of this 50 samples was measured, and the hydrogen permeability was 1 × 10 6 ml / m 2 · 24 h A sample exceeding atm was judged as a film with pinholes (sample error), and the sample error rate was determined from the following equation. Based on this sample error rate, the film forming property was evaluated according to the following evaluation criteria.
Sample error rate (%) = 100 × [number of sample errors / 50]
(Evaluation standard for film formation)
A: Error rate 5% or less B: Error rate 5% or more and 20% or less C: Error rate 20% or more

上記の各試験例の結果を下記表1−1、1−2に示す。   The results of the above test examples are shown in Tables 1-1 and 1-2 below.

Figure 2019093309
Figure 2019093309

Figure 2019093309
Figure 2019093309

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 an excellent gas separation method, a gas separation module, and a gas separation apparatus provided with this gas separation module can be provided by using the gas separation membrane of the present invention.

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
1 gas separation layer 2 porous layer 3 non-woven fabric layer 10, 20 gas separation composite membrane

Claims (13)

架橋ポリイミド化合物を含有してなるガス分離膜であって、上記架橋ポリイミド化合物は下記(A−1)〜(A−12)からなる群から選ばれる少なくとも1種の連結基を介した架橋構造を有する、ガス分離膜。
Figure 2019093309
上記式中、R、RおよびRはそれぞれ独立に、水酸基、ハロゲン原子、アルコキシ基またはアリールオキシ基を示す。
A gas separation membrane comprising a crosslinked polyimide compound, wherein the crosslinked polyimide compound has a crosslinked structure via at least one connecting group selected from the group consisting of the following (A-1) to (A-12): Has a gas separation membrane.
Figure 2019093309
In the above formulae, R a , R b and R c each independently represent a hydroxyl group, a halogen atom, an alkoxy group or an aryloxy group.
上記連結基が、下記(B−1)〜(B−6)からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載のガス分離膜。
Figure 2019093309
The gas separation membrane according to claim 1, wherein the linking group is at least one selected from the group consisting of (B-1) to (B-6) below.
Figure 2019093309
上記架橋ポリイミド化合物が、式(I−a)で表される繰り返し単位の少なくとも一種を含む、請求項1又は2項に記載のガス分離膜。
Figure 2019093309
式(I−a)中、Rは下記式(I−1)〜(I−28)のいずれかで表される4価の基を示す。Rは置換基を示す。m1は0〜3の整数である。Xは−B(OH)−O−、−P(=O)(OH)−O−又は−P(OH)−O−を示す。
ここでX〜Xは単結合又は2価の連結基を、Lは−CH=CH−又は−CH−を、R及びRは水素原子又は置換基を示し、*は式(I−a)中のカルボニル基との結合部位を示す。
Figure 2019093309
The gas separation membrane according to claim 1, wherein the crosslinked polyimide compound contains at least one of repeating units represented by formula (I-a).
Figure 2019093309
In formula (I-a), R represents a tetravalent group represented by any of the following formulas (I-1) to (I-28). R 3 represents a substituent. m1 is an integer of 0 to 3. X a represents -B (OH) -O-, -P (= O) (OH) -O- or -P (OH) -O-.
Here, X 1 to X 3 each represent a single bond or a divalent linking group, L represents -CH = CH- or -CH 2- , R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or a substituent, and * represents a formula ( The binding site to the carbonyl group in I-a) is shown.
Figure 2019093309
上記式(I−a)において、Rが下記式(I−a1)で表される、請求項3に記載のガス分離膜。
Figure 2019093309
The gas separation membrane according to claim 3, wherein R in the above formula (I-a) is represented by the following formula (I-a1).
Figure 2019093309
上記架橋ポリイミド化合物が、下記式(I−a2)で表される繰り返し単位を含む、請求項1〜4のいずれか1項にガス分離膜。
Figure 2019093309
式(I−a2)中、R は水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を示す。Xは−B(OH)−O−、−P(=O)(OH)−O−又は−P(OH)−O−から選択される基を示す。
The gas separation membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the crosslinked polyimide compound contains a repeating unit represented by the following formula (I-a2).
Figure 2019093309
In formula (I-a2), R I 4 represents a hydrogen atom, an alkyl group or a halogen atom. X a represents a group selected from -B (OH) -O-, -P (= O) (OH) -O- or -P (OH) -O-.
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1〜5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 5, wherein the gas separation membrane is a gas separation composite membrane having the gas separation layer on the upper side of a gas permeable support layer. 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6に記載のガス分離膜。   The gas separation membrane according to claim 6, wherein the support layer comprises a porous layer on the gas separation layer side and a non-woven fabric layer on the opposite side thereof. 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1〜7のいずれか1項に記載のガス分離膜。 When the gas to be separated and processed is a mixed gas of carbon dioxide and methane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa is more than 20 GPU, and the permeation rate ratio of carbon dioxide to methane (R CO2 / R CH4 ) Is 15 or more, The gas separation membrane of any one of Claims 1-7. 分離処理されるガスが二酸化炭素とブ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、二酸化炭素とブタンとの透過速度比(RCO2/RC4H10)が40以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガス分離膜。 When the gas to be separated and processed is a mixed gas of carbon dioxide and butane, the permeation rate of carbon dioxide at 40 ° C. and 5 MPa is more than 20 GPU, and the permeation rate ratio of carbon dioxide to butane (R CO2 / R C4 H10 ) Is 40 or more, The gas separation membrane of any one of Claims 1-7. 二酸化炭素及び炭化水素ガス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1〜9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 9, which is used to selectively permeate carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and a hydrocarbon gas. 請求項1〜10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 any one of claims 1 to 10. 請求項11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 11. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のガス分離膜を用いたガス分離方法。   A gas separation method using the gas separation membrane according to any one of claims 1 to 9.
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