JP2020084155A - Resin composition, rein film and gas permeation film - Google Patents

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JP2020084155A JP2018225652A JP2018225652A JP2020084155A JP 2020084155 A JP2020084155 A JP 2020084155A JP 2018225652 A JP2018225652 A JP 2018225652A JP 2018225652 A JP2018225652 A JP 2018225652A JP 2020084155 A JP2020084155 A JP 2020084155A
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Masayoshi Watanabe
正義 渡邉
英里 林
Hidesato Hayashi
林  英里
慧 橋本
Kei Hashimoto
慧 橋本
みちる 賀川
Michiru Kagawa
みちる 賀川
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Abstract

To provide a resin film containing polyimide and an ion liquid, and having excellent performances of gas permeation performance and strength as a film.SOLUTION: There is provided a resin composition containing a polyimide resin and an ion liquid, in which the polyimide resin has a constitutional unit (A) (following formula (1) and/or other structures with different aromatic ring substituent number), and a constitutional unit (B) (having an aromatic ring structure substituted by at least one sulfonic acid group) as essential constitutional units.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、樹脂組成物、樹脂膜及び気体透過膜に関する。 The present disclosure relates to a resin composition, a resin film and a gas permeable film.

近年、イオン液体が有する二酸化炭素の選択的吸収能に着目し、二酸化炭素排出源となる工場における二酸化炭素排出量の低減を図る試みが検討されている。このような試みの一環として、イオン液体をマトリックス樹脂に混合した樹脂組成物とすることが行われている。 In recent years, attention has been paid to the selective absorption capacity of carbon dioxide contained in ionic liquids, and attempts to reduce the carbon dioxide emission in a factory that is a carbon dioxide emission source have been studied. As a part of such an attempt, a resin composition in which an ionic liquid is mixed with a matrix resin has been performed.

また、イオン液体は、電池用素材としても検討が行われており、ここでもイオン液体をマトリックス樹脂に混合した樹脂組成物として膜を形成することが検討されている。 In addition, ionic liquids are also being studied as a material for batteries, and here also, forming a film as a resin composition in which an ionic liquid is mixed with a matrix resin is being studied.

非特許文献1,2,3においては、ポリイミド樹脂とイオン液体とを含有する膜が開示されている。ここでは、スルホン酸基を有するポリイミド樹脂及びイオン液体を含有する組成物を使用し、溶媒キャスト法によって膜を形成し、この膜の二酸化炭素透過能について検討されている。 Non-Patent Documents 1, 2, and 3 disclose films containing a polyimide resin and an ionic liquid. Here, a composition containing a polyimide resin having a sulfonic acid group and an ionic liquid is used to form a film by a solvent casting method, and the carbon dioxide permeability of this film is examined.

特許文献1においては、ポリイミド樹脂において、フッ素を含有する構成単位をスルホン酸基を有するポリイミド樹脂に導入することが開示されている。特許文献1では、当該樹脂を湿度の測定に使用することが記載されている。 Patent Document 1 discloses that, in a polyimide resin, a structural unit containing fluorine is introduced into a polyimide resin having a sulfonic acid group. Patent Document 1 describes that the resin is used for measuring humidity.

中国出願公開第103865265号明細書China Application Publication No. 103865265

Polymer Journal (2017) 49, 671―676Polymer Journal (2017) 49, 671-676 Macromolecules 2018、51 7112−7120Macromolecules 2018, 51 7112-7120 第6回イオン液体討論会(2015年10月27日) 予稿集 50−51頁 「イオン液体/スルホン化ポリイミド複合膜のCO2分離技術への応用」6th Ionic Liquid Discussion Session (October 27, 2015) Proceedings 50-51 "Application of ionic liquid/sulfonated polyimide composite membrane to CO2 separation technology"

本開示は、ポリイミドとイオン液体とを含有する樹脂膜において、気体透過能及び膜としての強度の双方において優れた性能を有するものを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a resin film containing a polyimide and an ionic liquid, which has excellent performance in both gas permeability and strength as a film.

本開示は、ポリイミド樹脂及びイオン液体を含有する樹脂組成物であって、
ポリイミド樹脂は、下記構成単位(A)並びに下記構成単位(B)を必須の構成単位とすることを特徴とする樹脂組成物である。
構成単位(A):
The present disclosure is a resin composition containing a polyimide resin and an ionic liquid,
The polyimide resin is a resin composition comprising the following structural unit (A) and the following structural unit (B) as essential structural units.
Structural unit (A):

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(式中、Rf及びRfは芳香環の置換基を表し、芳香環1つあたり4つの置換可能部位のうちいずれか1つが当該置換基で置換されていることを表す。Rf及びRfは、同一又は異なって、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。
基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。)
及び/又は
(In the formula, Rf 1 and Rf 2 represent a substituent of an aromatic ring, and represent that any one of the four substitutable sites per aromatic ring is substituted with the substituent. Rf 1 and Rf 2 is the same or different and represents a fluorine atom or a fluorine-containing alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
The C 1 group represents an aromatic ring structure, and the C 1 group forms a ring of 5 or 6 atoms with each adjacent imide group. )
And/or

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(式中、Rfは芳香環の置換基を表し、芳香環の4つの置換可能部位のうちいずれか1つが当該置換基で置換されていることを表す。Rfは、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。
基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。)
構成単位(B):
(In the formula, Rf 3 represents a substituent on the aromatic ring, and any one of the four substitutable sites on the aromatic ring is substituted with the substituent. Rf 3 represents a fluorine atom or a carbon number. It represents 1 to 8 fluorine-containing alkyl groups.
The C 2 group represents an aromatic ring structure, and each C 2 group forms a ring of 5 or 6 atoms with the adjacent imide group. )
Structural unit (B):

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(C基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。)
Arは、少なくとも1つのスルホン酸基により置換されている芳香族環構造を有する構成単位である。
Xは、水素又はカチオン種である。
nは、1〜4の整数を表す。
一般式(1)〜(3)中のC〜Cは、同一であっても相違していてもよい)
(The C 3 group represents an aromatic ring structure, and the C 3 group forms a ring of 5 or 6 atoms together with the adjacent imide group.)
Ar is a structural unit having an aromatic ring structure substituted with at least one sulfonic acid group.
X is hydrogen or a cationic species.
n represents an integer of 1 to 4.
(C 1 to C 3 in the general formulas (1) to (3) may be the same or different)

ポリイミド樹脂とイオン液体との混合比は、イオン液体/(イオン液体及びポリイミド樹脂の合計量)で、50重量%以上である請求項1記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 1, wherein the mixing ratio of the polyimide resin and the ionic liquid is ionic liquid/(total amount of ionic liquid and polyimide resin) of 50% by weight or more.

構成単位(A)は、 The structural unit (A) is

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であるものであることが好ましい。
上記構成単位(A)は、
It is preferable that the structure is represented by
The above structural unit (A) is

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であることが好ましい。
上記構成単位(B)は、
The structure represented by is preferable.
The above structural unit (B) is

Figure 2020084155
で表される構造であることが好ましい。
上記構成単位(B)は、
Figure 2020084155
The structure represented by is preferable.
The above structural unit (B) is

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であることが好ましい。
上記ポリイミド樹脂は、構成単位A/(構成単位A+構成単位B)が、20〜50%(モル換算)であることが好ましい。
The structure represented by is preferable.
The polyimide resin preferably has a structural unit A/(structural unit A+structural unit B) of 20 to 50% (on a molar basis).

本開示は、上述した樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂膜でもある。
本開示は、含フッ素ポリイミド樹脂及びイオン液体を含有する樹脂膜であって、
引っ張り弾性率が10MPa以上、かつ、
引っ張り試験による破断応力が10MPa以上
であることを特徴とする樹脂膜でもある。
本開示は、上記樹脂膜からなることを特徴とする気体透過膜でもある。
上記気体透過膜は、二酸化炭素選択透過膜であることが好ましい。
The present disclosure is also a resin film characterized by comprising the resin composition described above.
The present disclosure is a resin film containing a fluorinated polyimide resin and an ionic liquid,
Tensile elastic modulus is 10 MPa or more, and
It is also a resin film having a breaking stress of 10 MPa or more in a tensile test.
The present disclosure is also a gas permeable film characterized by being formed of the above resin film.
The gas permeable membrane is preferably a carbon dioxide selective permeable membrane.

本開示の樹脂組成物、および当該樹脂組成物からなる膜は、気体透過能を維持しつつ強度が大幅に改善されたものである。 The resin composition of the present disclosure and the film made of the resin composition have significantly improved strength while maintaining gas permeability.

実施例における気体透過試験において使用する測定方法のイメージ図を表す。The image figure of the measuring method used in the gas permeation test in an Example is shown.

以下、本開示を詳細に説明する。
本開示は、ポリイミドとイオン液体とを含有する組成物において、フッ素原子を含有する構成単位Aを一部に使用するものである。これによって、選択的な二酸化炭素透過能を維持したままで、膜強度を高めることができる。特に、液体成分であるイオン液体を配合すると、膜の強度が低下しやすくなるのが一般的であるが、構成単位A、構成単位Bを必須とするポリイミド樹脂を使用した樹脂組成物の場合は、膜の強度の低下が少なく、このため、種々の用途に好適に使用することが期待される
Hereinafter, the present disclosure will be described in detail.
The present disclosure partially uses the structural unit A containing a fluorine atom in a composition containing a polyimide and an ionic liquid. As a result, the membrane strength can be increased while maintaining the selective carbon dioxide permeability. In particular, when an ionic liquid that is a liquid component is blended, the strength of the film generally tends to decrease, but in the case of a resin composition using a polyimide resin in which the structural units A and B are essential, Since the strength of the membrane is not significantly reduced, it is expected to be suitable for various applications.

このような効果が得られる作用は明らかではないが、フッ素部位を導入することで剛直性が付与され、結合力が高まり熱的、機械的強度が高くなるという作用であることが推測される。 Although the action of obtaining such an effect is not clear, it is presumed that the action of adding a fluorine moiety imparts rigidity, enhances the binding force, and increases the thermal and mechanical strength.

(ポリイミド樹脂)
本開示において使用するポリイミド樹脂は、上述した構成単位A及び構成単位Bとを有するものである。
以下、これらの構成単位についてそれぞれ説明する。
(Polyimide resin)
The polyimide resin used in the present disclosure has the structural unit A and the structural unit B described above.
Hereinafter, each of these structural units will be described.

(構成単位A)
構成単位Aは、
(Structural unit A)
The structural unit A is

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(式中、Rf及びRfは芳香環の置換基を表し、芳香環1つあたり4つの置換可能部位のうちいずれか1つが当該置換基で置換されていることを表す。Rf及びRfは、同一又は異なって、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。
基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。)
及び/又は
(In the formula, Rf 1 and Rf 2 represent a substituent of an aromatic ring, and represent that any one of the four substitutable sites per aromatic ring is substituted with the substituent. Rf 1 and Rf 2 is the same or different and represents a fluorine atom or a fluorine-containing alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
The C 1 group represents an aromatic ring structure, and the C 1 group forms a ring of 5 or 6 atoms with each adjacent imide group. )
And/or

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(式中、Rfは芳香環の置換基を表し、芳香環の4つの置換可能部位のうちいずれか1つが当該置換基で置換されていることを表す。Rfは、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。
基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。)
で表される構造である。
(In the formula, Rf 3 represents a substituent on the aromatic ring, and any one of the four substitutable sites on the aromatic ring is substituted with the substituent. Rf 3 represents a fluorine atom or a carbon number. It represents 1 to 8 fluorine-containing alkyl groups.
The C 2 group represents an aromatic ring structure, and each C 2 group forms a ring of 5 or 6 atoms with the adjacent imide group. )
The structure is represented by.

上記構成単位Aは、更に、 The structural unit A further comprises

Figure 2020084155
Figure 2020084155

及び/又は And/or

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される芳香族ジアミンに由来するユニット並びに Unit derived from aromatic diamine represented by

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される芳香族酸無水物に由来するユニットからなるものである。
これらのユニットについて、更に個別に説明する。
It is composed of a unit derived from an aromatic acid anhydride represented by
These units will be described individually.

(フッ素含有芳香族ジアミンに由来するユニット)
本開示においては、このようなフッ素含有芳香族ジアミンに由来するユニットが、上述したような作用に基づいて強度に寄与すると推測される。
上記式(1)(4)において、Rf及びRfは、同一又は異なって、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。Rf及びRfは、これらのなかでもフッ素原子、炭素数1〜4の含フッ素アルキル基が好ましく、フッ素原子、炭素数1〜3の含フッ素アルキル基がより好ましい。具体的には、フッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、HCFCF−、CFCF−、CFCH−、CFCFCFCF−、CFCFCFCH−が好ましく、フッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、CFCF−、HCFCF−がより好ましい。特に好ましくは、トリフルオロメチル基である。
(Unit derived from fluorine-containing aromatic diamine)
In the present disclosure, such a unit derived from a fluorine-containing aromatic diamine is presumed to contribute to the strength based on the action as described above.
In the above formulas (1) and (4), Rf 1 and Rf 2 are the same or different and each represents a fluorine atom or a fluorine-containing alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Among these, Rf 1 and Rf 2 are preferably a fluorine atom and a C 1 to C 4 fluorine-containing alkyl group, and more preferably a fluorine atom and a C 1 to C 3 fluorine-containing alkyl group. Specifically, a fluorine atom, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, HCF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 -, CF 3 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 - it is preferred, a fluorine atom, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, CF 3 CF 2 -, HCF 2 CF 2 - is more preferable. Particularly preferred is a trifluoromethyl group.

上記式(4)で表されるフッ素化ジアミンとしては、具体的には、フッ素化されたビフェニルジアミンが好適な例として挙げられる。これらの中でも、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノビフェニル、2,2'−ビス(ヘキサフルオロエチル)−4,4'−ジアミノビフェニルがより好ましく、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ジアミノビフェニルが特に好ましい。 As the fluorinated diamine represented by the above formula (4), specifically, fluorinated biphenyldiamine is mentioned as a preferable example. Among these, 2,2'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-diaminobiphenyl and 2,2'-bis(hexafluoroethyl)-4,4'-diaminobiphenyl are more preferable, and 2,2' Particularly preferred is'-bis(trifluoromethyl)-4,4'-diaminobiphenyl.

上記式(2)(5)において、Rfは、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。Rf及びRfは、これらのなかでもフッ素原子、炭素数1〜4の含フッ素アルキル基が好ましく、フッ素原子、炭素数1〜3の含フッ素アルキル基がより好ましい。具体的には、フッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、HCFCF−、CFCF−、CFCH−、CFCFCFCF−、CFCFCFCH−が好ましく、フッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、HCFCF−、CFCF−がより好ましい。特に好ましくは、トリフルオロメチル基である。 In the above formulas (2) and (5), Rf 3 represents a fluorine atom or a fluorine-containing alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Among these, Rf 1 and Rf 2 are preferably a fluorine atom and a C 1 to C 4 fluorine-containing alkyl group, and more preferably a fluorine atom and a C 1 to C 3 fluorine-containing alkyl group. Specifically, a fluorine atom, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, HCF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 -, CF 3 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 - it is preferred, a fluorine atom, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, HCF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 - is more preferable. Particularly preferred is a trifluoromethyl group.

上記式(5)で表されるフッ素化ジアミンとしては、具体的には、2−トリフルオロメチルジアミン、2−ヘキサフルオロエチルジアミンが好適な例として挙げられる。これらの中でも2−トリフルオロメチルジアミンが特に好ましい。 Specific examples of suitable fluorinated diamines represented by the above formula (5) include 2-trifluoromethyldiamine and 2-hexafluoroethyldiamine. Among these, 2-trifluoromethyldiamine is particularly preferable.

(芳香族酸無水物に由来するユニット)
上述した芳香族酸無水物に由来するユニットは、ポリイミド樹脂において一般的に使用されるジ酸無水物を使用することができる。なお、一般式(1)においては、Cと記し、一般式(2)においてはCと記しているがこれらは本質的に同一の構造を意味する。このため、本明細書中ではこれらの両方を統合的に意味する構造としてCと記すことがある。
芳香族酸無水物に由来するユニットは、具体的には、以下の構造を有する芳香族酸無水物に由来する構造である。
(Unit derived from aromatic acid anhydride)
As the unit derived from the above-mentioned aromatic acid anhydride, a diacid anhydride generally used in polyimide resins can be used. In the general formula (1), C 1 is described, and in the general formula (2), C 2 is described, but these essentially have the same structure. Therefore, in the present specification, both of them may be referred to as C as a structure that collectively means.
The unit derived from an aromatic acid anhydride is specifically a structure derived from an aromatic acid anhydride having the following structure.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

式中、C基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成するものである。
「C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する」とは、具体的には、例えば、以下のような構造を意味するものである。
In the formula, the C group represents an aromatic ring structure, and the C group forms a ring of 5 or 6 atoms together with the adjacent imide group.
The phrase "C group forms a ring of 5 or 6 atoms with adjacent imide groups" specifically means, for example, the following structures.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

なお、上記式においては、Cがベンゼン環、ナフタレン環のものを例示したが、芳香環であればその他の環構造であっても差し支えない。 In the above formula, C is exemplified as a benzene ring or a naphthalene ring, but other ring structures may be used as long as they are aromatic rings.

上記式(1)(2)において、CとCは、より具体的には、
(A)10個以下の炭素原子を持つアルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子から選ばれる一又は二の置換基によって置換されていてもよい一の芳香族環、
(B)単結合又は2価の基によって結合した、10個以下の炭素原子を持つアルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子から選ばれる一又は複数の置換基によって置換されていてもよい数個の芳香族環、
(C)10個以下の炭素原子を持つアルキル基、アルコキシ基及びハロゲン原子から選ばれる一又は二の置換基によって置換されていてもよい2以上の芳香環が縮合した多環芳香族基
等を挙げることができる。
In the above formulas (1) and (2), C 1 and C 2 are, more specifically,
(A) one aromatic ring optionally substituted by one or two substituents selected from an alkyl group having 10 or less carbon atoms, an alkoxy group and a halogen atom,
(B) Several aromas which may be substituted by one or more substituents selected from an alkyl group having 10 or less carbon atoms, an alkoxy group and a halogen atom, which are bonded by a single bond or a divalent group. Tribal ring,
(C) a polycyclic aromatic group in which two or more aromatic rings which may be substituted with one or two substituents selected from an alkyl group having 10 or less carbon atoms, an alkoxy group and a halogen atom are condensed. Can be mentioned.

上記(A)は、ベンゼン、チオフェン、ピリジン、フラン、キノリン、キノキサリン、イソベンゾフランのような単環の芳香性環を表す。 The above (A) represents a monocyclic aromatic ring such as benzene, thiophene, pyridine, furan, quinoline, quinoxaline, and isobenzofuran.

上記(B)は、ビフェニル基、ビスフェノール基等のように、複数の芳香環が単結合又は2価の基によって結合した構造を有するものである。ここで、複数の芳香環を結合する2価の基としては、特に限定されず、例えば:−F、Cl、Br及びIから選ばれる一又は複数のハロゲン及び/又は一又は複数のヒドロキシル基によって、好ましくは同じ炭素上で置換されていてもよい、炭素数10以下の直鎖又は分枝アルキル基(例えばアルキリデン又はアルキレン基)から誘導される2価の基で、該2価の基はペルフルオロ化アルキル基、例えばペルフルオロ化アルキレンから誘導された2価の基であってもよい。 The above (B) has a structure in which a plurality of aromatic rings are bound by a single bond or a divalent group such as a biphenyl group and a bisphenol group. Here, the divalent group that binds a plurality of aromatic rings is not particularly limited, and may be, for example, one or more halogen and/or one or more hydroxyl group selected from: -F, Cl, Br and I. A divalent group derived from a linear or branched alkyl group having 10 or less carbon atoms (eg, alkylidene or alkylene group), which may be substituted on the same carbon, and the divalent group is perfluoro. It may be a divalent group derived from a fluorinated alkyl group such as a perfluorinated alkylene.

上記(C)は、縮合炭素多環基を有する構造を表すものである。このような縮合炭素多環基としては、例えばナフタレン、フェナントレン、コロネン、ペリレン等々から選ばれる2−5のベンゼン環を含む基とすることができる。
更に、例えば、チオフェン、ピリジン、フラン、キノリン、キノキサリン、又はイソベンゾフランのような芳香性を持つ複素環を一部の構成単位とする縮合複素環であってもよい。
The above (C) represents a structure having a condensed carbon polycyclic group. As such a condensed carbon polycyclic group, for example, a group containing 2-5 benzene rings selected from naphthalene, phenanthrene, coronene, perylene and the like can be used.
Furthermore, it may be a condensed heterocycle having a heterocyclic ring having aromaticity such as thiophene, pyridine, furan, quinoline, quinoxaline, or isobenzofuran as a part of the constitutional unit.

上記(A),(B),(C)のいずれの構造においても、環において酸無水物基によって置換されていない位置は、炭素数10以下のアルキル基(例えばメチル、エチル、イソプロピル等々)及びアルコキシ基及びハロゲン原子(F、Cl、Br、I)から選ばれる一又は複数の置換基によって置換されていてもよい。 In any of the structures (A), (B), and (C) above, the position of the ring not substituted by an acid anhydride group is an alkyl group having 10 or less carbon atoms (eg, methyl, ethyl, isopropyl, etc.) and It may be substituted with one or more substituents selected from an alkoxy group and a halogen atom (F, Cl, Br, I).

このような酸無水物の構造中のC、Cとして具体的に使用できる構造を以下に例示する。 Structures that can be specifically used as C 1 and C 2 in the structure of such an acid anhydride are shown below.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

Figure 2020084155
Figure 2020084155

Figure 2020084155
Figure 2020084155

これらのなかでも、一般式 Among these, the general formula

Figure 2020084155
で表される、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジ無水物に由来する骨格であることが最も好ましい。このような構成単位を使用したポリイミド樹脂は、強度において特に優れるという点で特に好ましいものである。
Figure 2020084155
Most preferably, it is a skeleton derived from 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride. A polyimide resin using such a constitutional unit is particularly preferable because it is particularly excellent in strength.

(構成単位B)
構成単位Bは、
(Structural unit B)
The structural unit B is

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(C基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。
Arは、少なくとも1つのスルホン酸基により置換されている芳香族環構造を有する構成単位である。
Xは、水素又はカチオン種である。
nは、1〜4の整数を表す)で表される構造である。
(The C 3 group represents an aromatic ring structure, and the C 3 group forms a ring of 5 or 6 atoms together with the adjacent imide group.
Ar is a structural unit having an aromatic ring structure substituted with at least one sulfonic acid group.
X is hydrogen or a cationic species.
n represents an integer of 1 to 4).

当該構造は、 The structure is

Figure 2020084155
で表されるスルホン酸基を有する芳香族ジアミンに由来するユニット及び
Figure 2020084155
And a unit derived from an aromatic diamine having a sulfonic acid group represented by

Figure 2020084155
で表される芳香族酸無水物に由来するユニットからなるものである。
これらのうち、芳香族酸無水物に由来するユニットは、上述した構成単位Aにおいて詳述したものと同様のものを使用することができる。よって、以下に、スルホン酸基含有芳香族ジアミンに由来するユニットについて詳述する。
Figure 2020084155
It is composed of a unit derived from an aromatic acid anhydride represented by
Among these, as the unit derived from the aromatic acid anhydride, the same units as those described in detail in the structural unit A can be used. Therefore, the unit derived from the sulfonic acid group-containing aromatic diamine will be described in detail below.

(スルホン酸基含有芳香族ジアミンに由来するユニット)
上記一般式(7)で表されるユニットは、スルホン酸基を有するものであり、これによって、イオン液体との親和性を高め、安定な組成物を得るため構成単位である。
(Unit derived from sulfonic acid group-containing aromatic diamine)
The unit represented by the general formula (7) has a sulfonic acid group and is a structural unit for increasing the affinity with the ionic liquid and obtaining a stable composition.

式中、Arは、芳香族基を有する官能基である。芳香族基は、例えば、炭素数10以下のアルキル及びアルコキシ基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、ブチル、アニソール等々及びハロゲン原子から選ばれる一又は複数の置換基によって置換されていてもよい、メタ又はパラ結合の2価ベンゼン環;あるいは単結合又は2価の基によって結合した炭素数10以下のアルキル及びアルコキシ基及びハロゲン原子から選ばれる一又は複数の置換基によって置換されていてもよい、数個のベンゼン環、例えば2−5の環のものを表しうる。 In the formula, Ar is a functional group having an aromatic group. The aromatic group may be substituted with, for example, an alkyl or alkoxy group having 10 or less carbon atoms, such as methyl, ethyl, isopropyl, butyl, anisole, etc., and one or more substituents selected from halogen atoms, meta or A para-bonded divalent benzene ring; or several, which may be substituted by one or more substituents selected from alkyl and alkoxy groups having 10 or less carbon atoms and halogen atoms bonded by a single bond or a divalent group Benzene ring, for example, a ring of 2-5.

上記2価の基は、例えば、同じ炭素原子に対して、F、Cl、Br及びIから選ばれる一又は複数のハロゲン及び/又は一又は複数のヒドロキシ基によって置換されていてもよい、炭素数10以下の直鎖又は分枝鎖のアルキル基(例えばアルキリデン又はアルキレン基)から誘導される2価の基とすることができる。上述の誘導基は、ペルフルオロ化したアルキル基、例えばペルフルオロ化したアルキレンから誘導された二価の基であることが更に好ましい。 The divalent group has, for example, the same carbon atom, the number of carbon atoms which may be substituted by one or more halogen and/or one or more hydroxy group selected from F, Cl, Br and I. It may be a divalent group derived from a linear or branched alkyl group having 10 or less (for example, alkylidene or alkylene group). It is further preferred that the above-mentioned derivatized groups are perfluorinated alkyl groups, for example divalent groups derived from perfluorinated alkylenes.

Arは、また、炭素数10以下のアルキル及びアルコキシ基、及びハロゲン原子から選ばれる一又は複数の置換基によって置換されていてもよい縮合炭素多環基をそれぞれ表すものであってもよい。このようなArとしては、例えばナフタレン、フェナントレン、コロネン、ペリレン等々から選ばれる。
Arは、例えばチオフェン、ピラジン、ピリジン、フラン、キノリン、キノキサリン、イソベンゾフランのような芳香性を持つ複素環又は縮合複素環を表すことができ、該複素環は、アルキル基及び1−10のCを持つアルコキシ基、例えば、メチル、エチル、イソプロピルメトキシ、及びハロゲン原子(F、Cl、Br、I)から選ばれる一又は複数の置換基によって置換されていてもよい。
Ar may also represent an alkyl or alkoxy group having 10 or less carbon atoms and a condensed carbon polycyclic group which may be substituted with one or more substituents selected from halogen atoms. Such Ar is selected from naphthalene, phenanthrene, coronene, perylene and the like.
Ar may represent a heterocyclic ring or a condensed heterocyclic ring having aromaticity such as thiophene, pyrazine, pyridine, furan, quinoline, quinoxaline, and isobenzofuran, and the heterocyclic ring may be an alkyl group and 1-10 C Optionally substituted with one or more substituents selected from the group consisting of an alkoxy group having, for example, methyl, ethyl, isopropylmethoxy, and a halogen atom (F, Cl, Br, I).

本開示においては、Arの環、例えばベンゼン環もしくはポリフェニル環又は他の環の少なくとも一つは、一又は複数のスルホン酸基によって更に置換される。
置換されたスルホン酸基の数はnで表され、Ar−(SOX)は、上述したAr基中にスルホン酸基がn個存在することを表す。当該nは、1〜4であることが好ましい。
上記−SOXは、芳香環に直接結合したものであることが好ましい。
もっとも好適なArの構造は、ビフェニル-ジスルホン酸基のものである。
In the present disclosure, at least one of the rings of Ar, such as a benzene ring or a polyphenyl ring or another ring, is further substituted with one or more sulphonic acid groups.
The number of substituted sulfonic acid group is represented by n, Ar- (SO 3 X) n represents the sulfonic acid group is n pieces present in the Ar group described above. The n is preferably 1 to 4.
The —SO 3 X is preferably one directly bonded to an aromatic ring.
The most preferred Ar structure is that of the biphenyl-disulfonic acid group.

なお、式中のXは、水素又は任意のカチオン種とすることができる。カチオン種としては特に限定されるものではないが、特に、4級アンモニウムイオンであることが好ましい。このような4級アンモニウムイオンとすることで、イオン液体との親和性が高められ、イオン液体の配合量を高くすることができる点で好ましい。4級アンモニウムイオンとしてより具体的には、以下で詳述するイオン液体のカチオンと同一のものを挙げることができる。また、このようなXは、すべてが上述したカチオン種によって置換されたものであってもよいし、一部のみがカチオン種で置換されたものであってもよい。更に、2種以上のカチオン種によって置換されたものであってもよい。 In addition, X in the formula may be hydrogen or any cation species. The cation species are not particularly limited, but quaternary ammonium ions are particularly preferable. The use of such a quaternary ammonium ion is preferable in that the affinity with the ionic liquid can be increased and the compounding amount of the ionic liquid can be increased. More specifically, as the quaternary ammonium ion, the same cations as those of the ionic liquid described in detail below can be mentioned. Moreover, all such X may be substituted by the above-mentioned cation species, or only a part thereof may be substituted by the cation species. Further, it may be substituted with two or more kinds of cations.

上述した構造として、より具体的なものを以下に例示する。なお、本開示において、スルホン酸基を有する芳香族ジアミンに由来するユニットは、以下の構成単位に限定されるものではない。 More specific examples of the above-described structure will be given below. In addition, in this indication, the unit derived from the aromatic diamine which has a sulfonic acid group is not limited to the following structural units.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

これらのうち、もっとも好適なArの構造は、下記式で表されるビフェニル-ジスルホン酸基のものである。このような化合物は、イオン液体とくに陽イオンとの親和性を高めるという点で好ましいものである。 Of these, the most preferable Ar structure is a biphenyl-disulfonic acid group represented by the following formula. Such compounds are preferable from the viewpoint of increasing the affinity with ionic liquids, particularly cations.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

本開示で使用するポリイミド樹脂は、上述したようにフッ素含有芳香族ジアミン、芳香族酸無水物、スルホン酸基含有芳香族ジアミンという3つの構成単位を必須とするものであるが、それぞれが単一の構成単位からなるものであってもよいし、これらのうち1又は複数の構成単位が2以上の成分を併用して使用するものであってもよい。また、上記一般式で表されるC〜Cはすべて同一であっても、相違するものであってもよい。また、C,C,Cが相違する2種以上の構成単位が併用されるものであってもよい。 As described above, the polyimide resin used in the present disclosure requires three structural units, namely, a fluorine-containing aromatic diamine, an aromatic acid anhydride, and a sulfonic acid group-containing aromatic diamine, but each has a single unit. Of these constituent units, or one or more of these constituent units may use two or more components in combination. Further, C 1 to C 3 represented by the above general formula may be the same or different. Further, two or more kinds of structural units having different C 1 , C 2 , and C 3 may be used in combination.

本開示で使用するポリイミド樹脂は、構成単位(A)が The polyimide resin used in the present disclosure has the structural unit (A)

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であり、かつ、構成単位(B)が、 And the structural unit (B) is

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であることがより好ましい。 The structure represented by is more preferable.

本開示で使用するポリイミド樹脂は、構成単位(A)が The polyimide resin used in the present disclosure has the structural unit (A)

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であり、構成単位(B)が、 The structural unit (B) is represented by

Figure 2020084155
Figure 2020084155

で表される構造であることが最も好ましい。このような重合体は、強度及びイオン液体との親和性という両方の観点でバランスが取れた良好なものである点で特に好ましいものである。 Most preferably, the structure is Such a polymer is particularly preferable in that it is a good polymer that is well balanced in terms of both strength and affinity with an ionic liquid.

(構成単位A、構成単位B以外の構成単位)
本開示において使用するポリイミド樹脂は、上述した構成単位A、構成単位Bのみからなるものであってもよいし、その他の構成単位を一部に有するものであってもよい。
上記その他の構成単位としては、特に限定されず、ポリイミド樹脂において一般的に知られた構造を挙げることができる。具体的には、パラフェニレンジアミン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル等の芳香族ジアミンをユニットとするイミド構成単位等を挙げることができる。
(Structural units other than structural unit A and structural unit B)
The polyimide resin used in the present disclosure may be composed of only the structural unit A and the structural unit B described above, or may partially include other structural units.
The above-mentioned other structural units are not particularly limited, and examples thereof include structures generally known in polyimide resins. Specifically, an imide structural unit having an aromatic diamine such as paraphenylenediamine, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 4,4′-diaminodiphenyl ether, and 3,4′-diaminodiphenyl ether as a unit. Can be mentioned.

(ポリイミド樹脂のその他の物性)
本開示で使用するポリイミド樹脂は、構成単位Aと構成単位Bとの構成比を特に限定されるものではないが、構成単位A/(構成単位A+構成単位B)が、20〜50%(モル換算)であることが好ましい。構成単位Aが10%未満であると、強度の改善が不充分になる場合があり、構成単位Aが70%を超えると二酸化炭素選択透過膜としての性能が不充分になる場合がある。
上記下限は、20%であることが更に好ましい。上記上限は、50%であることが更に好ましい。
(Other properties of polyimide resin)
The composition ratio of the structural unit A and the structural unit B is not particularly limited in the polyimide resin used in the present disclosure, but the structural unit A/(the structural unit A+the structural unit B) is 20 to 50% (mol (Converted) is preferable. If the structural unit A is less than 10%, the strength may be insufficiently improved, and if the structural unit A exceeds 70%, the performance as a carbon dioxide selective permeable membrane may be insufficient.
The lower limit is more preferably 20%. The upper limit is more preferably 50%.

また、上述した「その他の構成単位」は、(その他の構成単位)/(構成単位A+構成単位B+その他の構成単位)が、10%以下(モル換算)となるような割合であることが好ましい。10%を超えてその他の構成単位を有するものであると、イオン液体との親和性や強度といった点で充分な物性が得られない場合がある。 In addition, the above-mentioned “other structural unit” is preferably a ratio such that (other structural unit)/(structural unit A+structural unit B+other structural unit) is 10% or less (on a molar basis). .. If the content of the other structural unit exceeds 10%, sufficient physical properties may not be obtained in terms of affinity with the ionic liquid and strength.

(ポリイミド樹脂の製造方法)
本開示におけるポリイミド樹脂は、上記式(4)で表されるフッ素化ジアミン及び/又は上記式(5)で表されるフッ素化ジアミンと、上記式(7)で表されるスルホン酸基含有ジアミンと、上記式(6)で表される酸無水物と、必要に応じて、その他のジアミンや酸無水物とを原料モノマーとして開環重付加反応を行うことでポリアミド酸を生成させ、当該ポリアミド酸を脱水環化反応することで得られる。
(Method for producing polyimide resin)
The polyimide resin in the present disclosure includes a fluorinated diamine represented by the above formula (4) and/or a fluorinated diamine represented by the above formula (5) and a sulfonic acid group-containing diamine represented by the above formula (7). And the acid anhydride represented by the above formula (6) and, if necessary, other diamine or acid anhydride as a raw material monomer to perform a ring-opening polyaddition reaction to produce a polyamic acid, and the polyamide It can be obtained by subjecting an acid to a cyclodehydration reaction.

上記開環重付加反応は、通常行われる方法により行うことができるが、例えば、上記原料モノマーを溶剤中で撹拌して反応を行う方法などが挙げられる。 The above ring-opening polyaddition reaction can be carried out by a commonly used method, and examples thereof include a method in which the above raw material monomers are stirred in a solvent to carry out the reaction.

上記溶剤としては、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;γ−ブチロラクトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、乳酸エチルなどのエステル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;などを使用することができる。これらの中でも、ケトン類及び/又はエステル類の合計が全溶剤の40質量%以上を占める溶剤が好ましく、より好ましくはケトン類及び/又はエステル類の合計が全溶剤の50質量%以上を占める溶剤であり、更に好ましくはケトン類及び/又はエステル類の合計が全溶剤の75質量%以上を占める溶剤である。 Examples of the solvent include amides such as N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide and dimethylformamide; sulfoxides such as dimethylsulfoxide; esters such as γ-butyrolactone, butyl acetate, ethyl acetate and ethyl lactate; methyl ethyl ketone and methyl isobutyl. Ketones, acetone, ketones such as cyclohexanone; and the like can be used. Among these, a solvent in which the total of ketones and/or esters accounts for 40% by mass or more of the total solvent is preferable, and more preferably a solvent in which the total of ketones and/or esters accounts for 50% by mass or more of the total solvent. And more preferably a solvent in which the total amount of ketones and/or esters accounts for 75% by mass or more of the total solvent.

上記モノマーを用いた閉環重付加反応は、反応中、不活性ガス、好ましくは窒素ガスで置換しながら行ってもよい。また、反応温度、及び、反応時間は、適宜設定することができるが、例えば、0〜150℃、好ましくは室温(25℃)〜100℃、及び、2〜24時間、好ましくは、2〜12時間とすることができる。 The ring-closing polyaddition reaction using the above monomers may be carried out during the reaction while substituting with an inert gas, preferably nitrogen gas. The reaction temperature and the reaction time can be appropriately set, but are, for example, 0 to 150° C., preferably room temperature (25° C.) to 100° C., and 2 to 24 hours, preferably 2 to 12 hours. Can be time.

上記脱水環化反応は、通常行われる方法により行うことができるが、例えば、上記開環重付加反応により得られたポリアミド酸を加熱処理する方法、上記開環重付加反応により得られたポリアミド酸を化学処理する方法などが挙げられる。 The dehydration cyclization reaction can be carried out by a commonly used method, for example, a method of heat-treating a polyamic acid obtained by the above ring-opening polyaddition reaction, a polyamic acid obtained by the above ring-opening polyaddition reaction. And a method of chemically treating.

上記ポリアミド酸を加熱処理する方法としては、具体的には、ポリアミド酸を不活性ガスの雰囲気下、20〜300℃、好ましくは50〜200℃の反応温度で、1〜48時間、好ましくは2〜24時間、加熱する方法などが挙げられる。
上記不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどが挙げられる。この際、リン酸等の脱水剤を用いてもよい。
As a method of heat-treating the polyamic acid, specifically, the polyamic acid is reacted in an atmosphere of an inert gas at a reaction temperature of 20 to 300° C., preferably 50 to 200° C. for 1 to 48 hours, preferably 2 Examples include a method of heating for about 24 hours.
Examples of the inert gas include argon gas, helium gas, and nitrogen gas. At this time, a dehydrating agent such as phosphoric acid may be used.

上記ポリアミド酸を化学処理する方法としては、具体的には、ポリアミド酸を、脱水剤、イミド化剤で処理する方法などが挙げられる。当該イミド化剤による処理の方法は、通常行われる方法により行うことができる。
上記処理方法としては、例えば、脱水剤として無水酢酸を、イミド化剤としてピリジンを用いる方法などが挙げられる。
Specific examples of the method of chemically treating the polyamic acid include a method of treating the polyamic acid with a dehydrating agent and an imidizing agent. The method of treatment with the imidizing agent can be carried out by a commonly used method.
Examples of the treatment method include a method using acetic anhydride as a dehydrating agent and pyridine as an imidizing agent.

イミド化率は高ければ高いほど好ましく、上限は100%である。イミド化率が低いと比誘電率が低下してしまうおそれがあるため、下限は70%であることが好ましい。イミド化率は、IR分析により測定することができる。 The higher the imidization ratio, the more preferable, and the upper limit is 100%. If the imidization ratio is low, the relative dielectric constant may decrease, so the lower limit is preferably 70%. The imidization ratio can be measured by IR analysis.

(イオン液体)
本開示において、イオン液体とは、常温溶融塩とも呼ばれ、イオンのみから構成され、常温を含む広い温度範囲において液体であり、不揮発性、不燃性を示す化合物である。本開示の樹脂組成物中に含まれるイオン液体の種類に限定はなく、公知のものを用いることができる。
以下に、具体的なイオン液体を例示する。
(Ionic liquid)
In the present disclosure, an ionic liquid is also called a room temperature molten salt, is a compound that is composed of only ions, is a liquid in a wide temperature range including room temperature, and is non-volatile and non-flammable. There is no limitation on the type of ionic liquid contained in the resin composition of the present disclosure, and known ones can be used.
The specific ionic liquid is illustrated below.

イオン液体を構成するカチオン種としては、例えば、第一級(RNH )、第二級(RNH )、第三級(RNH)、第四級(R)鎖状アンモニウムカチオン(式中、R、R、R、Rは各々独立に炭素数1〜15個の直鎖あるいは枝分かれのアルキル基、あるいは1個以上のヒドロキシル基を側鎖に持つ炭素数1〜15個の直鎖あるいは枝分かれのアルキル基、あるいはフェニル基である。)および環状アンモニウムカチオンが使用できる。環状アンモニウムカチオンとしては、オキサゾリウム、チアゾリウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、ピロリニウム、フラザニウム、トリアゾリウム、ピロリジニウム、イミダゾリジニウム、ピラゾリジニウム、ピロリニウム、イミダゾリニウム、ピラゾリニウム、ピラジニウム、ピリミジニウム、ピリダジニウム、ピペリジニウム、ピペラジニウム、モルホリニウム、インドリウムおよびカルバゾリウムが挙げられる。さらに別のカチオンとしては、鎖状ホスホニウムカチオン(RおよびR)、鎖状スルホニウムカチオン(R1011)(式中、R、R、R、R、R、R10、R11は各々独立に炭素数1〜12個の直鎖あるいは枝分かれのアルキル基又はフェニル基である。)および環状スルホニウムカチオンが挙げられる。環状スルホニウムカチオンには、チオフェニウム、チアゾリニウムおよびチオピラニウムが例示できる。 Examples of the cation species constituting the ionic liquid include primary (R 1 NH 3 + ), secondary (R 1 R 2 NH 2 + ), tertiary (R 1 R 2 R 3 NH + ), Quaternary (R 1 R 2 R 3 R 4 N + ) chain ammonium cation (wherein R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are each independently a straight chain or branched chain having 1 to 15 carbon atoms) Alkyl group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms in the side chain and having 1 to 15 carbon atoms, or a phenyl group) and a cyclic ammonium cation can be used. Examples of the cyclic ammonium cation include oxazolium, thiazolium, imidazolium, pyrazolium, pyrrolinium, flazanium, triazolium, pyrrolidinium, imidazolidinium, pyrazolidinium, pyrrolinium, imidazolinium, pyrazolinium, pyrazinium, pyrimidinium, pyridazinium, piperidinium, piperidinium, piperazinium, Included are lithium and carbazolium. As another cation, a chain phosphonium cation (R 5 R 6 R 7 P + and R 5 R 6 R 7 R 8 P + ) and a chain sulfonium cation (R 9 R 10 R 11 S + ) (in the formula) , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , and R 11 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a phenyl group) and a cyclic sulfonium cation. Is mentioned. Examples of cyclic sulfonium cations include thiophenium, thiazolinium and thiopyranium.

イオン液体を構成するアニオン種としては、リン酸、硫酸、カルボン酸等の無機酸系イオン、フッ素系イオン等が使用できる。カチオンとアニオンの組み合わせについては様々な組み合わせができる。 As the anion species constituting the ionic liquid, inorganic acid ions such as phosphoric acid, sulfuric acid and carboxylic acid, and fluorine ions can be used. Various combinations of cations and anions are possible.

ここで、フッ素系アニオンとしては、テトラフルオロボレート(BF )、ヘキサフルオロボレート(BF )、ヘキサフルオロホスフェート(PF )、ヘキサフルオロアルセネート(AsF )、トリフルオロメタンスルホネート(CFSO )、ビス(フルオロスルホニル)イミド((FSO))、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド((CFSO))、ビス(トリフルオロエタンスルホニル)イミド((CFCFSO))、トリス(トリフルオロメタンスルホニルメチド)((CFSO))を挙げることができる。 Here, as the fluorine-based anion, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluoroborate (BF 6 ), hexafluorophosphate (PF 6 ), hexafluoroarsenate (AsF 6 ), trifluoromethanesulfonate ( CF 3 SO 3 -), bis (fluorosulfonyl) imide ((FSO 2) 2 N - ), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ((CF 3 SO 2) 2 N -), bis (trifluoro ethane sulfonyl) imide ((CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N -), tris (trifluoromethanesulfonyl methide) ((CF 3 SO 2) 3 C -) can be mentioned.

本開示において用いられるイオン液体として、特に好適なものは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド([Cmim][NTf])、1−ブチル3−メチルイミダゾリウム ヘキサフルオロホスフェート([C4mim][PF])、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート([Cmim][BF])、及びジエチルメチルアンモニウム トリフオロメタンスルホネート([DEMA][TfO])である。
また、2種以上のイオン液体を併用するものであってもよい。
Particularly suitable ionic liquids used in the present disclosure are 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ([C 2 mim][NTf 2 ]), 1-butyl 3-methylimidazo. Lithium hexafluorophosphate ([C 4 mim][PF 6 ]), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([C 2 mim][BF 4 ]), and diethylmethylammonium trifluoromethanesulfonate ([[ DEMA][TfO]).
Also, two or more kinds of ionic liquids may be used in combination.

本開示の樹脂組成物において、ポリイミド樹脂とイオン液体との混合比は、イオン液体/(イオン液体及びポリイミド樹脂の合計量)で、50〜75%(重量基準)の割合であることが好ましい。当該範囲内とすることで、二酸化炭素の分離を行うことができ、かつ、膜としての強度を得ることもできる点で好ましい。 In the resin composition of the present disclosure, the mixing ratio of the polyimide resin and the ionic liquid is preferably ionic liquid/(total amount of ionic liquid and polyimide resin) of 50 to 75% (weight basis). It is preferable that the content is within the range because carbon dioxide can be separated and the strength as a film can be obtained.

(その他の成分)
本開示の樹脂組成物は、上述したイオン液体及びポリイミド樹脂のみからなる組成物であってもよいし、物性に悪影響を与えない範囲でその他の添加剤を添加するものであってもよい。
(Other ingredients)
The resin composition of the present disclosure may be a composition composed only of the ionic liquid and the polyimide resin described above, or may be one to which other additives are added within a range that does not adversely affect the physical properties.

(樹脂組成物)
本開示における樹脂組成物は、上述したポリイミド樹脂とイオン液体を含有していれば、その形態や形状を限定するものではなく、以下で詳述する樹脂膜の形状のものだけではなく、膜以外の形状に成形されたものや、積層体のうちの一層を構成するもの、各種物品に成形するためにイオン液体及びポリイミド樹脂を溶媒中に溶解した溶液状態のもの、等の任意の形態のものを包含するものである。
(Resin composition)
The resin composition in the present disclosure is not limited to the form and shape thereof as long as it contains the above-described polyimide resin and ionic liquid, and not only the shape of the resin film described in detail below, but also other than the film. Of any form, such as those molded into the shape of, a layer that constitutes one layer of the laminate, a solution state in which an ionic liquid and a polyimide resin are dissolved in a solvent for molding into various articles, and the like. Is included.

(樹脂膜)
本開示の樹脂膜は、上述した樹脂組成物を膜状に形成した樹脂膜でもある。すなわち、上述したポリイミド樹脂とイオン液体とを混合し、膜状に成形したものである。膜の厚みは、1〜100μmの範囲であることが好ましい。
(Resin film)
The resin film of the present disclosure is also a resin film in which the above resin composition is formed into a film shape. That is, the polyimide resin and the ionic liquid described above are mixed and molded into a film. The thickness of the film is preferably in the range of 1 to 100 μm.

このような膜形状への成型方法は、特に限定されるものではないが、例えば、キャスト法によって成形することができる。すなわち、イオン液体及びポリイミド樹脂を溶媒中に溶解した溶液状態の樹脂組成物を調製し、これを任意の基材上に塗付し、乾燥させて溶媒を除去する方法によって得ることができる。 The method of molding into such a film shape is not particularly limited, but the film can be molded by, for example, a casting method. That is, it can be obtained by a method of preparing a resin composition in a solution state in which an ionic liquid and a polyimide resin are dissolved in a solvent, applying the composition on an arbitrary substrate, and drying the composition to remove the solvent.

上記樹脂膜の形成に使用される樹脂組成物の調製は、イオン液体とポリイミド樹脂を溶媒と混合することで調製する方法、イオン液体と溶媒の存在下でポリイミド樹脂の合成を行う方法とが挙げられるが、いずれの方法であってもよい。 The resin composition used to form the resin film is prepared by mixing an ionic liquid and a polyimide resin with a solvent, and a method of synthesizing the polyimide resin in the presence of the ionic liquid and the solvent. However, any method may be used.

上記溶媒としては、イオン液体及びポリイミド樹脂の両方と混合することができる溶媒であれば特に限定されず、m−クレゾール等を挙げることができる。 The solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that can be mixed with both the ionic liquid and the polyimide resin, and examples thereof include m-cresol.

本開示は、含フッ素ポリイミド樹脂及びイオン液体を含有する樹脂膜であって、引っ張り弾性率が10MPa以上、かつ、引っ張り試験による破断応力が10MPa以上である樹脂膜でもある。
すなわち、これらの物性を満たす樹脂膜は新規なものである。発明者らはこのような性能を満たす新規の樹脂膜を見出し、このような樹脂膜が従来にない優れた性能を有するものであることを見出した。
これらの物性を有する樹脂膜は、強度に優れるものであり、かつ、二酸化炭素の選択透過性においても優れるものである。このように強度が優れ、弾性率の高い樹脂膜は、多くの分野での広い使用が期待されるものである。更に、樹脂構造中にフッ素を有しているため、イオン液体を含有していても優れた強度を有するものである。
The present disclosure is also a resin film containing a fluorine-containing polyimide resin and an ionic liquid, which has a tensile elastic modulus of 10 MPa or more and a breaking stress by a tensile test of 10 MPa or more.
That is, a resin film satisfying these physical properties is novel. The inventors have found a new resin film satisfying such a property, and have found that such a resin film has an unprecedented excellent performance.
The resin film having these physical properties has excellent strength and also has excellent carbon dioxide selective permeability. Such a resin film having excellent strength and high elastic modulus is expected to be widely used in many fields. Further, since it has fluorine in the resin structure, it has excellent strength even if it contains an ionic liquid.

上記特定の物性を満たす樹脂膜は、上記含フッ素ポリイミド樹脂が上記構成単位(A)を有することが好ましい。更に、イオン液体/(イオン液体及び含フッ素ポリイミド樹脂の合計量)で、50〜75%(重量基準)の割合であることが好ましい。 In the resin film satisfying the specific physical properties, it is preferable that the fluorine-containing polyimide resin has the structural unit (A). Further, the ratio of ionic liquid/(total amount of ionic liquid and fluorine-containing polyimide resin) is preferably 50 to 75% (weight basis).

なお、当該開示における引張弾性率、破断応力は、実施例中に記載した方法によって測定した値を意味するものである。 The tensile elastic modulus and the breaking stress in the disclosure mean values measured by the methods described in the examples.

(気体透過膜)
本開示の樹脂膜は、二酸化炭素を選択的に透過することができるという優れた性能を有する。このため、多量の二酸化炭素を発生する工場における排出二酸化炭素の除去の目的で使用することができる。
(Gas permeable membrane)
The resin film of the present disclosure has excellent performance of being capable of selectively permeating carbon dioxide. Therefore, it can be used for the purpose of removing exhausted carbon dioxide in a factory that generates a large amount of carbon dioxide.

すなわち、このような目的の二酸化炭素除去手段において、二酸化炭素を除去するための主要な部材として上記樹脂膜を使用することができる。 That is, in the carbon dioxide removing means for such purpose, the resin film can be used as a main member for removing carbon dioxide.

本開示の気体透過膜を使用する二酸化炭素の除去を行う方法としては特に限定されるものではないが、例えば、気体を流通させながら、二酸化炭素のみ膜を透過させて、膜の反対側に二酸化炭素を除去し、二酸化炭素含有量が低減された空気を回収する方法等を挙げることができる。 The method of removing carbon dioxide using the gas permeable membrane of the present disclosure is not particularly limited, but, for example, while passing a gas, only carbon dioxide is permeated through the membrane, and carbon dioxide is discharged to the opposite side of the membrane. Examples include a method of removing carbon and recovering air having a reduced carbon dioxide content.

本開示の気体透過膜は、実施例の方法によって透過率を測定した場合の二酸化炭素透過係数PCO2が、300Barrer以上であることが好ましい。上記範囲内の透過率を有することで、好適に二酸化炭素を透過させられる点で好ましい。 The gas permeable membrane of the present disclosure preferably has a carbon dioxide permeability coefficient P CO2 of 300 Barrer or more when the permeability is measured by the method of the example. Having a transmittance within the above range is preferable in that carbon dioxide can be suitably transmitted.

本開示の気体透過膜は、実施例の方法によって透過率を測定した場合のCO/N分離係数 αCo2/N2が、30以上であることが好ましい。上記範囲内の分離係数を有することで、選択的に二酸化炭素を透過させる機能が高められる点で好ましい。 In the gas permeable membrane of the present disclosure, the CO 2 /N 2 separation coefficient α Co2/N2 when the transmittance is measured by the method of the example is preferably 30 or more. Having a separation coefficient within the above range is preferable in that the function of selectively permeating carbon dioxide is enhanced.

本開示の気体透過膜を、空調装置において二酸化炭素低減を行うための気体透過膜として使用することもできる。すなわち、空調装置は、密閉した空間における温度・湿度等を調製するものであるが、人間の呼吸などによって発生する二酸化炭素によって、空間の二酸化炭素が高濃度化することを防ぐ必要がある。 The gas permeable membrane of the present disclosure can also be used as a gas permeable membrane for reducing carbon dioxide in an air conditioner. That is, the air conditioner adjusts the temperature, humidity, etc. in the closed space, but it is necessary to prevent the carbon dioxide in the space from becoming highly concentrated due to the carbon dioxide generated by human breathing or the like.

二酸化炭素の高濃度化を防ぐためには、空調装置に換気の機能を持たせることが必要とされてきた。しかしながら、空調設備における消費エネルギーのうち、かなり多くの割合が換気による負荷のために消費されてきた。このため、このような換気による負荷を低減する目的で本発明の気体透過膜を使用することもできる。 In order to prevent the concentration of carbon dioxide from increasing, it has been necessary for the air conditioner to have a ventilation function. However, a large proportion of the energy consumed in air conditioning equipment has been consumed due to the load due to ventilation. Therefore, the gas permeable membrane of the present invention can be used for the purpose of reducing the load due to such ventilation.

すなわち、上述したような気体透過膜を空調装置に設置して、二酸化炭素低減装置として使用することもできる。本開示の気体透過膜を空調装置に設置する場合、オフィスビル等の建物における空調装置、車・鉄道等の車両における空調装置、航空機における空調装置等の、任意の空調装置に設置することができる。 That is, the gas permeable membrane as described above can be installed in an air conditioner and used as a carbon dioxide reduction device. When the gas permeable membrane of the present disclosure is installed in an air conditioner, it can be installed in any air conditioner such as an air conditioner in a building such as an office building, an air conditioner in a vehicle such as a car or a railroad, an air conditioner in an aircraft. ..

以下、本開示を実施例に基づいて具体的に説明する。最初に、使用した原料について、以下に説明する。
・1−プロピルイミダゾール (1−propylimidazole (CimH))
東京化成工業から購入したものを減圧蒸留して用いた。
・2,2−ベンジジンジスルホン酸 (2,2−Benzidinedisulfonic acid (BDSA))
東京化成工業から購入したものにトリエチルアミン(triethylamine)を加え、水に溶解させ、1M HSOを用いて沈殿物を得てろ過し、精製したものを用いた。
・ビス[4−(3−アミノフェニル)−フェニル]スルホネート (Bis[4−(3−aminophenoxy)−phenyl]sulfonate(3BAPPS))
エタノールから再結晶したものを用いた。
・2,2−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン (2,2−Bis(trifluoromethyl)benzidine (TFMB))
ダイキン工業のものをそのまま用いた。
・1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジ 無水物 (1,4,5,8−Naphthalene−tetracarboxylicdianhydride (NTDA))
シグマ−アルドリッチ(Sigma−Aldrich)から購入したものをN,N−ジメチルスルホアミド(N,N−dimethylformamide(DMF))から精製して用いた。
・安息香酸 (Benzoic acid)
東京化成工業から購入したものをそのまま用いた。
・m−クレゾール (m−cresol)
関東化学から購入したものを精製し、用いた。
Hereinafter, the present disclosure will be specifically described based on Examples. First, the raw materials used will be described below.
・1-Propylimidazole (1-propylimidazole (C 3 imH))
The product purchased from Tokyo Chemical Industry was distilled under reduced pressure and used.
*2,2-benzidine disulfonic acid (2,2-benzidine disulfide acid (BDSA))
Triethylamine was added to the product purchased from Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., dissolved in water, a precipitate was obtained using 1 MH 2 SO 4 , filtered, and purified.
-Bis[4-(3-aminophenyl)-phenyl]sulfonate (Bis[4-(3-aminophenoxy)-phenyl]sulfonate (3BAPPS))
The product recrystallized from ethanol was used.
・2,2-Bis(trifluoromethyl)benzidine (2,2-Bis(trifluoromethyl)benzidine (TFMB))
Daikin Industries Ltd. was used as it was.
*1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic acid dianhydride (1,4,5,8-Naphthalene-tetracarboxylicdian hydride (NTDA))
The product purchased from Sigma-Aldrich was purified from N,N-dimethylsulfoamide (N,N-dimethylformamide (DMF)) and used.
・Benzoic acid
The one purchased from Tokyo Chemical Industry was used as it was.
・M-cresol
The product purchased from Kanto Kagaku was purified and used.

(比較合成例1)
下記参考文献に従い、BDSAと3BAPPS(BDSA:3BAPPS=4:1)を、等量のNTDAとの重付加及び、化学イミド化反応の2段階で、合成した。
Scheme1にスルホン系ポリイミド樹脂の合成スキームを示す。三口フラスコをAr雰囲気下にし、BDSAを2.00g(5.83mmol)と精製したm−クレゾールを10ml、1−プロピルイミダゾール(CimH)を約1.7ml(15mmol)加え、50℃で撹拌させ、BDSAを溶解させた。次に1.95g(7.27mmol)のNTDAと0.629g(1.45mmol)の3BAPPSをm−クレゾールで洗浄しながら加え、100℃で撹拌させ完全に溶解させた。溶解したことを確認した後、175℃に昇温、21h撹拌し、重付加反応させた。その後、安息香酸を2.13g(17.4mmol)加え、195℃で3h撹拌し、脱水閉環反応を行い、スルホン酸基のカチオンがCimH型スルホン酸化ポリイミドを合成した。アセトンを用いて再沈殿し、アセトンで三回洗浄した後、60℃で48h加熱真空乾燥し、褐色のCimH型スルホン系ポリイミド樹脂約2.63gを得た。構造の同定はH−NMR(DMSO−d)、分子量はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により見積もった。その結果、数平均分子量Mnは、86000であった。
(Comparative Synthesis Example 1)
According to the following references, BDSA and 3BAPPS (BDSA:3BAPPS=4:1) were synthesized in two steps: polyaddition with an equal amount of NTDA and chemical imidization reaction.
Scheme 1 shows a synthetic scheme of a sulfone-based polyimide resin. A three-necked flask was placed under an Ar atmosphere, 2.00 g (5.83 mmol) of BDSA, 10 ml of purified m-cresol, and about 1.7 ml (15 mmol) of 1-propylimidazole (C 3 imH) were added, and the mixture was stirred at 50°C. Then, BDSA was dissolved. Next, 1.95 g (7.27 mmol) of NTDA and 0.629 g (1.45 mmol) of 3BAPPS were added while washing with m-cresol, and stirred at 100° C. to completely dissolve them. After confirming the dissolution, the temperature was raised to 175° C. and the mixture was stirred for 21 hours to carry out a polyaddition reaction. Thereafter, 2.13 g (17.4 mmol) of benzoic acid was added, and the mixture was stirred at 195° C. for 3 hours to carry out a dehydration ring-closing reaction to synthesize a C 3 imH type sulfonated polyimide in which a cation of a sulfonic acid group was present. The precipitate was reprecipitated using acetone, washed with acetone three times, and vacuum dried at 60° C. for 48 hours to obtain brown C 3 imH type sulfone-based polyimide resin (about 2.63 g). The structure was identified by 1 H-NMR (DMSO-d 6 ) and the molecular weight was estimated by gel permeation chromatography (GPC). As a result, the number average molecular weight Mn was 86000.

なお、GPCは、島津製作所社製のGPC装置を使用し、カラム:CTO-20A(島津製作所社製)、展開溶媒DMF、ポリスチレン標準での測定を行った。 For GPC, a GPC device manufactured by Shimadzu Corporation was used, and measurement was performed using a column: CTO-20A (manufactured by Shimadzu Corporation), a developing solvent DMF, and a polystyrene standard.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

(合成例1)
下記参考文献に従い、BDSAとTFMB(BDSA:TFMB=4:1)を、等量のNTDAとの重付加及び、化学イミド化反応の2段階で合成した。
下記Scheme 2に実施例1の合成スキームを示す。三口フラスコをAr雰囲気下にし、BDSAを2.43g(7.04mmol)と精製したm−クレゾールを10ml、1−プロピルイミダゾール(CimH)を約2ml(18mmol)加え、50℃で撹拌させ、BDSAを溶解させた。次に2.40g(8.95mmol)のNTDAと0.567g(1.77mmol)のTFMBをm−クレゾールで洗浄しながら加え、100℃で撹拌させ完全に溶解させた。溶解したことを確認した後、175℃に昇温、21h撹拌し、重付加反応させた。その後、安息香酸を2.65g(21.7mmol)加え、195℃で3h撹拌し、脱水閉環反応を行い、スルホン酸基のカチオンがCimH型スルホン酸化ポリイミド(SPI)を合成した。アセトンを用いて再沈殿し、アセトンで三回洗浄した後、60℃で48h加熱真空乾燥し、褐色のCimH型スルホン酸化ポリイミド約4.01gを得た。構造の同定はH−NMR(DMSO−d)、分子量はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により見積もった。その結果、数平均分子量は87000であった。
(Synthesis example 1)
According to the following references, BDSA and TFMB (BDSA:TFMB=4:1) were synthesized in two steps: polyaddition with an equal amount of NTDA and chemical imidization reaction.
The following Scheme 2 shows the synthetic scheme of Example 1. The three-necked flask was placed under an Ar atmosphere, 2.43 g (7.04 mmol) of BDSA and 10 ml of purified m-cresol, and about 2 ml (18 mmol) of 1-propylimidazole (C 3 imH) were added, and the mixture was stirred at 50° C. BDSA was dissolved. Next, 2.40 g (8.95 mmol) of NTDA and 0.567 g (1.77 mmol) of TFMB were added while washing with m-cresol, and stirred at 100° C. to completely dissolve them. After confirming the dissolution, the temperature was raised to 175° C. and the mixture was stirred for 21 hours to carry out a polyaddition reaction. Thereafter, 2.65 g (21.7 mmol) of benzoic acid was added, and the mixture was stirred at 195° C. for 3 hours to carry out a dehydration ring closure reaction to synthesize C 3 imH type sulfonated polyimide (SPI) having a cation of a sulfonic acid group. The precipitate was reprecipitated using acetone, washed with acetone three times, and then vacuum dried at 60° C. for 48 hours to obtain brown C 3 imH type sulfonated polyimide (about 4.01 g). The structure was identified by 1 H-NMR (DMSO-d 6 ) and the molecular weight was estimated by gel permeation chromatography (GPC). As a result, the number average molecular weight was 87,000.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

実施例1、比較例1
(イオン液体/ポリイミド樹脂複合膜の作製)
・イオン液体としては([Cmim][NTf])を使用した。具体的には、東京化成工業から購入したものをそのまま用いた。
[Cmim][NTf]は、以下の一般式で表される化学構造を有する化合物である。
Example 1, Comparative Example 1
(Preparation of ionic liquid/polyimide resin composite film)
· The ionic liquid was used ([C 2 mim] [NTf 2]). Specifically, the product purchased from Tokyo Chemical Industry was used as it was.
[C 2 mim][NTf 2 ] is a compound having a chemical structure represented by the following general formula.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

下記参考文献に従って膜を調製した。[Cmim][NTf]と比較合成例1又は合成例1で合成したポリイミド樹脂を共溶媒であるm−クレゾールに80℃で溶解させ、ガラスシャーレにキャストし60℃で乾燥させ、[Cmim][NTf]/スルホン系ポリイミド樹脂複合膜(比較例1)と[Cmim][NTf]/フッ素系ポリイミド樹脂複合膜(実施例1)を得た。イオン液体担持量がポリイミド樹脂に対して0,75wt%となるように溶液を調製し、複合膜を作製した。株式会社テクロック型式PG-01 マイクロメーターを用いて測定した膜厚は、実施例1の膜が90.2μm、比較例1の膜が85.1μmであった。 Membranes were prepared according to the references below. [C 2 mim][NTf 2 ] and the polyimide resin synthesized in Comparative Synthesis Example 1 or Synthesis Example 1 were dissolved in a cosolvent, m-cresol, at 80°C, cast on a glass petri dish, and dried at 60°C. A C 2 mim][NTf 2 ]/sulfone-based polyimide resin composite film (Comparative Example 1) and a [C 2 mim][NTf 2 ]/fluorine-based polyimide resin composite film (Example 1) were obtained. A solution was prepared so that the amount of the ionic liquid supported was 0.75 wt% with respect to the polyimide resin, and a composite film was produced. The film thickness of the film of Example 1 was 90.2 μm and that of the film of Comparative Example 1 was 85.1 μm.

なお、得られた複合膜については、製造後に触指によって表面状態を確認した。その結果、液体のしみ出しが生じていないことが確認できた。これによって、樹脂とイオン液体が均一に混合した組成物によって膜が形成されていることが確認できた。 The surface state of the obtained composite film was confirmed by touching the finger after manufacturing. As a result, it was confirmed that the exudation of the liquid did not occur. From this, it was confirmed that the film was formed by the composition in which the resin and the ionic liquid were uniformly mixed.

得られた複合膜について、それぞれ以下の基準に基づく物性評価を行った。結果を下記表1に示した。
(引っ張り試験)
(1)装置
島津製作所のEZ‐LX 100Nを用いた。
(2)試料調製
上記比較例1及び実施例1で製造したイオン液体担持量75wt%のポリイミド樹脂複合膜を用いた。測定試料はJIS規格7号のダンベル型にカットした試料片を用いた。
(3)測定条件
試験力10N、ストローク1mm/sec、室温で引っ張り試験を行った。破断応力、破断ひずみ、弾性率、単位体積当たりの破壊エネルギーを求め、各々評価した。結果を表1,2,3に示した。
The obtained composite film was evaluated for physical properties based on the following criteria. The results are shown in Table 1 below.
(Tensile test)
(1) Equipment EZ-LX 100N manufactured by Shimadzu Corporation was used.
(2) Sample Preparation The polyimide resin composite film having the ionic liquid-carrying amount of 75 wt% produced in Comparative Example 1 and Example 1 was used. As the measurement sample, a JIS standard No. 7 dumbbell-shaped sample piece was used.
(3) Measurement conditions A tensile test was conducted at a test force of 10 N, a stroke of 1 mm/sec, and room temperature. Breaking stress, breaking strain, elastic modulus, breaking energy per unit volume were obtained and evaluated. The results are shown in Tables 1, 2, and 3.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

上述した実施例で得たイオン液体を含有しない膜についても、同様の分析を行った。結果を表2に示す。 The same analysis was performed on the membranes containing no ionic liquid obtained in the above-mentioned examples. The results are shown in Table 2.

Figure 2020084155
Figure 2020084155

上記表1の結果から、実施例1の樹脂膜は、比較例1の樹脂膜と比べ、強度・弾性率等において優れた性質を有することが明らかとなった。 From the results shown in Table 1 above, it was revealed that the resin film of Example 1 had excellent properties in strength, elastic modulus, etc., as compared with the resin film of Comparative Example 1.

(気体透過試験)
(1) 装置
ガス透過率測定装置としてGTRテック社のGTR−10XFKS、検出器としてYanaco社のガスクロマトグラフィーG2700Tを用いた。
(2) 試料調製
上記比較例1及び実施例1で製造したイオン液体担持量75wt%のポリイミド樹脂複合膜を用いた。
(3) 測定条件
測定はそれぞれの複合膜において30ºCの温度で等圧法にて単一ガスNとCOについてそれぞれ気体透過試験を行った。すべての測定に関してサンプルガス、キャリアガスの圧力はそれぞれ76cmHg(1気圧)、気体透過膜面積は9.62cmで行った。サンプルガス流速は30ml/min、キャリアガス流速は50ml/minとし、キャリアガスにはHeを用いた。測定は一つの膜について同じ温度で6回行い、平均値を測定結果とした。図1に等圧法の気体透過システムを示す。なお、評価結果は、二酸化炭素透過係数(Barrer) PCO2:380、窒素透過係数(Barrer)PN2:120CO/N分離係数 αCo2/N2:31のそれぞれを算出することによって、行った。
(Gas permeation test)
(1) Apparatus GTR-10XFKS manufactured by GTR Tech Co., Ltd. was used as a gas permeability measuring apparatus, and gas chromatography G2700T manufactured by Yanaco was used as a detector.
(2) Sample Preparation The polyimide resin composite film having the ionic liquid loading of 75 wt% produced in Comparative Example 1 and Example 1 was used.
(3) Measurement conditions Measurement 30 & ORDM in each of the composite membrane; were each gas permeation test for a single gas N 2 and CO 2 at equal pressure method at a temperature of C. In all measurements, the pressure of the sample gas and the carrier gas was 76 cmHg (1 atm), and the area of the gas permeable membrane was 9.62 cm 2 . The sample gas flow rate was 30 ml/min, the carrier gas flow rate was 50 ml/min, and He was used as the carrier gas. The measurement was performed 6 times for one film at the same temperature, and the average value was used as the measurement result. FIG. 1 shows a gas permeation system using the isobaric method. The evaluation results were obtained by calculating the carbon dioxide permeability coefficient (Barr) P CO2 :380 and the nitrogen permeability coefficient (Barrer) P N2 :120 CO 2 /N 2 separation coefficient α Co2/N2 :31, respectively. ..

Figure 2020084155
Figure 2020084155

表3の結果から、実施例1の膜は、二酸化炭素選択透過膜としての機能が従来の比較例1の膜と同等であることが明らかとなった。
更に、表1、2の結果から、弾性率、強度という点において、実施例1の膜は比較例1の膜に比べて顕著に優れた効果を有するものである。
From the results shown in Table 3, it was revealed that the membrane of Example 1 has the same function as the carbon dioxide selective permeable membrane as that of the conventional membrane of Comparative Example 1.
Further, from the results of Tables 1 and 2, the film of Example 1 has a significantly superior effect as compared with the film of Comparative Example 1 in terms of elastic modulus and strength.

なお、参考文献として、以下の文献を挙げる。実施例においては、当該文献に記載された方法に基づいて、膜の調製を行った。
(参考文献): Lee, S.-Y., Ogawa, A., Kanno, M., Nakamoto, H., Yasuda, T. & Watanabe, M. Nonhumidified intermediate temperature fuel cells using protic ionic liquids. J. Am. Chem. Soc. 132, 9764 –9773 (2010).
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
The following documents are cited as reference documents. In the examples, the membranes were prepared based on the method described in the literature.
References: Lee, S.-Y., Ogawa, A., Kanno, M., Nakamoto, H., Yasuda, T. & Watanabe, M. Nonhumidified intermediate temperature fuel cells using protic ionic liquids. J. Am Chem. Soc. 132, 9764 &# 8211;9773 (2010).
While the embodiments have been described above, it will be understood that various changes in form and details can be made without departing from the spirit and scope of the claims.

本開示の樹脂組成物、樹脂膜は、二酸化炭素透過膜として、二酸化炭素の排出抑制が求められる分野や、空調設備において使用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The resin composition and the resin film of the present disclosure can be used as a carbon dioxide permeable film in fields requiring suppression of carbon dioxide emission and in air conditioning equipment.

1 樹脂膜
2 ガスクロマトグラフィ(GC)
3 マスフローコントローラー(MFC)
1 Resin membrane 2 Gas chromatography (GC)
3 Mass flow controller (MFC)

Claims (11)

ポリイミド樹脂及びイオン液体を含有する樹脂組成物であって、
ポリイミド樹脂は、下記構成単位(A)並びに下記構成単位(B)を必須の構成単位とすることを特徴とする樹脂組成物。
構成単位(A):
Figure 2020084155
(式中、Rf及びRfは芳香環の置換基を表し、芳香環1つあたり4つの置換可能部位のうちいずれか1つが当該置換基で置換されていることを表す。Rf及びRfは、同一又は異なって、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。
基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。)
及び/又は
Figure 2020084155
(式中、Rfは芳香環の置換基を表し、芳香環の4つの置換可能部位のうちいずれか1つが当該置換基で置換されていることを表す。Rfは、フッ素原子、炭素数1〜8の含フッ素アルキル基を表す。
基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。
構成単位(B):
Figure 2020084155
(C基は、芳香族環構造を表し、C基はそれぞれ隣接するイミド基と共に5又は6原子の環を形成する。
Arは、少なくとも1つのスルホン酸基により置換されている芳香族環構造を有する構成単位である。
Xは、水素又はカチオン種である。
nは、1〜4の整数を表す)
一般式(1)〜(3)中のC〜Cは、同一であっても相違していてもよい)
A resin composition containing a polyimide resin and an ionic liquid,
A polyimide resin is a resin composition comprising the following structural unit (A) and the following structural unit (B) as essential structural units.
Structural unit (A):
Figure 2020084155
(In the formula, Rf 1 and Rf 2 represent a substituent of an aromatic ring, and represent that any one of the four substitutable sites per aromatic ring is substituted with the substituent. Rf 1 and Rf 2 is the same or different and represents a fluorine atom or a fluorine-containing alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
The C 1 group represents an aromatic ring structure, and the C 1 group forms a ring of 5 or 6 atoms with each adjacent imide group. )
And/or
Figure 2020084155
(In the formula, Rf 3 represents a substituent on the aromatic ring, and any one of the four substitutable sites on the aromatic ring is substituted with the substituent. Rf 3 represents a fluorine atom or a carbon number. It represents 1 to 8 fluorine-containing alkyl groups.
The C 2 group represents an aromatic ring structure, and each C 2 group forms a ring of 5 or 6 atoms with the adjacent imide group.
Structural unit (B):
Figure 2020084155
(The C 3 group represents an aromatic ring structure, and the C 3 group forms a ring of 5 or 6 atoms together with the adjacent imide group.
Ar is a structural unit having an aromatic ring structure substituted with at least one sulfonic acid group.
X is hydrogen or a cationic species.
n represents an integer of 1 to 4)
(C 1 to C 3 in the general formulas (1) to (3) may be the same or different)
ポリイミド樹脂とイオン液体との混合比は、イオン液体/(イオン液体及びポリイミド樹脂の合計量)で、50重量%以上である請求項1記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 1, wherein the mixing ratio of the polyimide resin and the ionic liquid is ionic liquid/(total amount of ionic liquid and polyimide resin) of 50% by weight or more. 構成単位(A)は、
Figure 2020084155
で表される構造である請求項1又は2記載の樹脂組成物
The structural unit (A) is
Figure 2020084155
The resin composition according to claim 1, which has a structure represented by:
構成単位(A)は、
Figure 2020084155
で表される構造である請求項1又は2記載の樹脂組成物。
The structural unit (A) is
Figure 2020084155
The resin composition according to claim 1 or 2, which has a structure represented by:
構成単位(B)は、
Figure 2020084155
で表される構造である請求項1、2、3又は4記載の樹脂組成物
The structural unit (B) is
Figure 2020084155
The resin composition according to claim 1, which has a structure represented by:
構成単位(B)は、
Figure 2020084155
で表される構造である請求項1、2、3又は4記載の樹脂組成物
The structural unit (B) is
Figure 2020084155
The resin composition according to claim 1, which has a structure represented by:
ポリイミド樹脂は、構成単位A/(構成単位A+構成単位B)が、20〜50%(モル換算)である請求項1,2,3,4,5又は6記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the constitutional unit A/(constitutional unit A+constitutional unit B) of the polyimide resin is 20 to 50% (mol conversion). 請求項1,2,3,4,5,6又は7記載の樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂膜。 A resin film comprising the resin composition according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7. 含フッ素ポリイミド樹脂及びイオン液体を含有する樹脂膜であって、
引っ張り弾性率が10MPa以上、かつ、引っ張り試験による破断応力が10MPa以上であることを特徴とする樹脂膜。
A resin film containing a fluorine-containing polyimide resin and an ionic liquid,
A resin film having a tensile elastic modulus of 10 MPa or more and a breaking stress by a tensile test of 10 MPa or more.
請求項8又は9記載の樹脂膜からなることを特徴とする気体透過膜。 A gas permeable film comprising the resin film according to claim 8. 二酸化炭素選択透過膜である請求項10記載の気体透過膜。 The gas permeable membrane according to claim 10, which is a carbon dioxide selective permeable membrane.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023112803A1 (en) * 2021-12-14 2023-06-22 日東電工株式会社 Separation functional layer, separation membrane, and method for producing separation functional layer
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