JP5644760B2 - 有機蒸気分離用の中空糸エレメント - Google Patents
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Description
n=0である、3,3’−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、
n=1である、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、
n=2である、4−[3−[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ]フェノキシ]ベンゼンアミンなどがあげられる。
その中でも、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンが特に好ましい。
n=0である、3,3’−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、
n=1である、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、
n=2である、4−[3−[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ]フェノキシ]ベンゼンアミンなどがあげられる。
(1)エポキシ化合物(a1)
604:jER604、ジャパンエポキシレジン社製、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン,エポキシ当量:119
(2)エポキシ化合物(a2)
630:jER630、ジャパンエポキシレジン社製、トリグリシジルアミノフェノール,エポキシ当量:98
(3)エポキシ化合物(a3)
828:jER828、ジャパンエポキシレジン社製、液状をなすビスフェノールA型エポキシ化合物,エポキシ当量:189
806:jER806、ジャパンエポキシレジン社製、液状をなすビスフェノールF型エポキシ化合物,エポキシ当量:165
1001:jER1001、ジャパンエポキシレジン社製、ビスフェノールA型エポキシ化合物,エポキシ当量:475
(4)エポキシ化合物(a4)
152:jER152、ジャパンエポキシレジン社製、フェノールノボラック型エポキシ化合物,エポキシ当量:177
(5)エポキシ化合物(a5)
4032:EPICLON HP−4032D、DIC株式会社製、ナフタレン型エポキシ化合物,エポキシ当量:142
(6)エポキシ化合物(A)
742:Tactix 742、ハンツマンアドバンストマテリアル社製、トリスアミノフェノキシメタン型エポキシ樹脂、エポキシ当量:160
(7)芳香族アミン化合物(b1)
34DE:3、4’−ジアミノジフェニルエーテル、活性水素当量:50
TPER:活性水素当量:73
(8)芳香族アミン化合物(b2)
BAPP:2,2−ビス(4−アミノフェノキシ(4−フェニル))プロパン、活性水素当量:103
BAPS:2,2−ビス(4−アミノフェノキシ(4−フェニル))スルホン、活性水素当量:108
BAPB:4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、活性水素当量:92
DA5MG:1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ペンタン、活性水素当量:72
(9)芳香族アミン化合物(B)
DDM:MDA−220、三井化学ポリウレタン社製、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、活性水素当量:50
DDS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、活性水素当量:62
ASD:4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、活性水素当量:54
TPEQ:1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、活性水素当量:73
44DE:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、活性水素当量:50
所定量のエポキシ化合物および硬化剤を均一に混合して得られる注入樹脂組成物をキャストすることにより形成したフィルムを、60℃で15時間、110℃で5時間、次いで180℃で4時間加熱することにより硬化させて、厚さ約100μmのエポキシ組成物の硬化物からなるフィルムを作成した。
所定量のエポキシ化合物および硬化剤を混合して室温で10分間撹拌し、注入樹脂組成物とした。前記注入樹脂組成物の粘度を、回転粘度計(東京計器社製E型粘度計 Visconic EHD)を用いて、ローターのずり速度1.75sec−1、温度40℃の条件で測定した。
前記エポキシ組成物の硬化物からなるフィルムを、幅約2mm、長さ約40mmの短冊状に切断して試験片とした。前記試験片を、動的固体粘弾性測定装置(TA Instruments社製、RSA III)を用いて、引っ張りモード(周波数10Hz)、最大歪0.2〜1.0%、窒素雰囲気下で測定した。tanδ(損失弾性率E’’/貯蔵弾性率E’)のピークトップをガラス転移温度(Tg)とした。
エポキシ組成物の硬化物からなるフィルムを、幅約5mm、長さ約20mmの短冊状に切断して試験片とした。前記試験片を、熱機械分析装置(株式会社リガク製 Thermo plus EVO TMA8310)を用いて、引張り荷重法(荷重5g)、昇温速度5℃/min、測定温度範囲40〜250℃の条件で、窒素雰囲気下にて測定した。得られたTMA曲線において、熱膨張係数(CTE)が大きく変化する前後について曲線に接線を引き、接線の交点の温度をエポキシ組成物の硬化物の軟化点とした。
いくつかのエポキシ組成物の硬化物について、熱機械分析装置により得られる軟化温度と動的粘弾性により得られるTgとの関係(最小二乗法により得られる回帰直線)を求めた。次いで、Tgが未知のエポキシ組成物の軟化温度を熱機械分析装置により測定し、得られた軟化温度を回帰直線に従い、動的粘弾性測定により得られるTgに換算した値を、本発明におけるTgとして代用した。
前記エポキシ組成物の硬化物からなるフィルムを、幅約2mm、長さ約40mmの短冊状に切断して試験片とした。前記試験片を、引張り試験機を用いて、引張り速度2mm/min、チャック間距離20mmとして、引張り破断伸度、最大応力、ヤング率の測定を行った。測定は、温度23℃、湿度50%RHの調湿条件下で行った。
前記エポキシ組成物の硬化物からなるフィルムを、幅約10mm、長さ約40mmの短冊状に切断してサンプルとし、真空中、120℃で72時間乾燥させた状態の重量を測定し、浸漬前重量とした。前記サンプルを、密閉容器中130℃で120時間エタノールに浸漬させた後、真空中、120℃で72時間乾燥させた状態の重量を測定し、浸漬後重量とした。サンプルの浸漬前重量と浸漬後重量との差分をサンプルの浸漬前重量で除した値に100を掛けた値を溶出率とした。
前記エポキシ組成物の硬化物からなるフィルムを、幅約10mm、長さ約40mmの短冊状に切断してサンプルとし、密閉容器中130℃で120時間エタノールに浸漬させた後、重量を測定し、膨潤時重量とした。真空中、120℃で72時間乾燥させた状態の重量を測定し、再乾燥後重量とした。サンプルの膨潤時重量と再乾燥後重量との差分をサンプルの再乾燥後重量で除した値に100を掛けた値を膨潤度とした。
jER604 68重量部、jER630 17重量部、jER828 15重量部からなるエポキシ組成物およびMDA−220 41重量部を混合して注入樹脂組成物とした。この注入樹脂組成物の40℃における未硬化状態での粘度は、56Poiseであった。
表1に示した組成の注入樹脂組成物を硬化させたエポキシ組成物の硬化物のフィルムを作成し、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
Tg:固体動的粘弾性測定により見積もったガラス転移温度[℃]ただし、数字に*がついたものは、熱機械分析装置により見積もった軟化温度を固体動的粘弾性測定により得られるガラス転移温度に換算した値を代用。
εb:大気中23℃50RHでの破断伸度[%]
εb、S:平衡の膨潤率に達した状態の破断伸度[%]
最小破断伸度:εb、εb、Sのより小さい側の伸度[%]
σmax:大気中23℃50RHでの最大応力[MPa]
σmax、S:平衡の膨潤率に達した状態の最大応力[MPa]
E:大気中23℃50RHでのヤング率[GPa]
ES:
平衡の膨潤率に達した状態のヤング率[GPa]
溶出率:エタノールに130℃、120時間浸漬した際の重量損失率[%]
膨潤度:エタノールに130℃、120時間浸漬した際の重量増加率[%]
表3に示した組成の注入樹脂組成物を硬化させたエポキシ組成物の硬化物のフィルムを作成し、実施例1と同様に評価した。結果を表4に示す。
Tg:固体動的粘弾性測定により見積もったガラス転移温度[℃]
εb:大気中標準状態における破断伸度[%]
εb、S:平衡の膨潤率に達した状態の破断伸度[%]
最小破断伸度:εb、εb、Sのより小さい側の伸度[%]
σmax:大気中標準状態における最大応力[MPa]
σmax、S:平衡の膨潤率に達した状態の最大応力[MPa]
E:大気中標準状態におけるヤング率[GPa]
ES:
平衡の膨潤率に達した状態のヤング率[GPa]
溶出率:エタノールに130℃、120時間浸漬した際の重量損失率[%]
膨潤度:エタノールに130℃、120時間浸漬した際の重量増加率[%]
jER604 80重量部、jER630 20重量部からなるエポキシ組成物および1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)プロパン 64重量部からなる組成の注入樹脂組成物は、エポキシ組成物と硬化剤が完全には混合せず、均一な硬化物が得られなかった。
ポリイミド中空糸膜(膜面積 略100m2)を集束した糸束の両端部に、jER604 68重量部、jER630 17重量部、jER828 15重量部からなるエポキシ組成物を、MDA−220 41重量部を用いて硬化させて管板を作成し、有機蒸気分離用の中空糸エレメントを作成した。前記エポキシ組成物の硬化物は、ガラス転移温度が245℃であり、最小破断伸度が8.4%であり、溶出率が2.9%であった。前記中空糸エレメントを収納した図1の構成の有機蒸気分離用ガス分離膜モジュールを用いて、エタノールの脱水を行った。エタノール 80重量%及び水20重量%を含有する溶液を、加熱して133℃、0.4MPa(G)の有機蒸気混合物としてガス分離膜モジュールへ供給して、脱水操作を行った。
ポリイミド中空糸膜(膜面積 略100m2)を集束した糸束の両端部に、jER604 80重量部、jER630 20重量部からなるエポキシ組成物を、MDA−220 44重量部を用いて硬化させて管板を作成し、有機蒸気分離用の中空糸エレメントを作成した。前記エポキシ組成物の硬化物は、ガラス転移温度が250℃であり、最小破断伸度が6.4%であり、溶出率が2.9%であった。前記中空糸エレメントを収納した図1の構成の有機蒸気分離用ガス分離膜モジュールを用いて、エタノールの脱水を行った。エタノール 80重量%及び水20重量%を含有する溶液を、加熱して133℃、0.4MPa(G)の有機蒸気混合物としてガス分離膜モジュールへ供給して、脱水操作を行った。
2 キャリアガス導入口
3 透過ガス排出口
4 非透過ガス排出口
5 筒状容器
6 中空糸束
6a 中空糸膜
7 管板
7a 第一管板
7b 第二管板
8 キャリアガスガイドフィルム
9 芯管
10 芯管の通連孔
11 金型
Claims (14)
- 選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束の少なくとも一方の端部が、エポキシ組成物(A)を硬化剤(B)を用いて硬化させた硬化物により形成される管板によって、固着され、結束されている、有機蒸気分離を行うための分離膜モジュールを構成する中空糸エレメントであって、硬化物のガラス転移温度が160℃以上であり、かつ、最小破断伸度が7.0%以上であり、かつ、溶出率が5%未満であり、
エポキシ組成物(A)が、下記化学式(a1)で示されるエポキシ化合物(a1)、および/または、下記化学式(a2)で示されるトリグリシジル−4−アミノフェノールであるエポキシ化合物(a2)、および、下記化学式(a3)で示されるエポキシ化合物(a3)を含み、且つエポキシ組成物(A)のうち、エポキシ化合物(a3)が7〜50重量%であり、エポキシ化合物(a1)、エポキシ化合物(a2)およびエポキシ化合物(a3)の合計が80重量%以上であることを特徴とする有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 硬化剤(B)が、2,4−ジアミノトルエン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、3,5−ジアミノ−4−クロロ安息香酸アルキルエステル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、および3,4’−ジアミノジフェニルエーテルから選ばれる一種以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 硬化剤(B)が、4,4’−ジアミノジフェニルメタンおよび3,4’−ジアミノジフェニルエーテルから選ばれる一種以上を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束の少なくとも一方の端部が、エポキシ組成物(A)を硬化剤(B)を用いて硬化させた硬化物により形成される管板によって、固着され、結束されている、有機蒸気分離を行うための分離膜モジュールを構成する中空糸エレメントであって、硬化物のガラス転移温度が160℃以上であり、かつ、最小破断伸度が7.0%以上であり、かつ、溶出率が5%未満であり、
エポキシ組成物(A)が、下記化学式(a2)で示されるトリグリシジル−4−アミノフェノールであるエポキシ化合物(a2)を含み、かつ、硬化剤(B)が下記化学式(b1)で示される芳香族アミン化合物(b1)であることを特徴とする有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 前記化学式(a2)で示されるトリグリシジル−4−アミノフェノールであるエポキシ化合物(a2)が、前記エポキシ組成物(A)のうち、10重量%以上含まれることを特徴とする請求項4に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 前記芳香族アミン化合物(b1)が、3,4’−ジアミノジフェニルエーテルおよび1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンから選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項4または5に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束の少なくとも一方の端部が、エポキシ組成物(A)を硬化剤(B)を用いて硬化させた硬化物により形成される管板によって、固着され、結束されている、有機蒸気分離を行うための分離膜モジュールを構成する中空糸エレメントであって、硬化物のガラス転移温度が160℃以上であり、かつ、最小破断伸度が7.0%以上であり、かつ、溶出率が5%未満であり、
エポキシ組成物(A)が、下記化学式(a4)で示されるエポキシ化合物(a4)を含み、かつ、硬化剤(B)が下記化学式(b1)で示される芳香族アミン化合物(b1)であることを特徴とする有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 前記エポキシ化合物(a4)が、前記エポキシ組成物(A)のうち、10重量%以上含まれることを特徴とする請求項7に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 前記芳香族アミン化合物(b1)が、3,4’−ジアミノジフェニルエーテルおよび1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンから選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項7または8に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束の少なくとも一方の端部が、エポキシ組成物(A)を硬化剤(B)を用いて硬化させた硬化物により形成される管板によって、固着され、結束されている、有機蒸気分離を行うための分離膜モジュールを構成する中空糸エレメントであって、硬化物のガラス転移温度が160℃以上であり、かつ、最小破断伸度が7.0%以上であり、かつ、溶出率が5%未満であり、
エポキシ組成物(A)が、下記化学式(a1)で示されるエポキシ化合物(a1)、下記化学式(a2)で示されるトリグリシジル−4−アミノフェノールであるエポキシ化合物(a2)、および、下記化学式(a4)で示されるエポキシ化合物(a4)からなる群から選ばれる一種以上を含み、
硬化剤(B)が下記化学式(b2)で示される芳香族アミン化合物(b2)であることを特徴とする有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
で示される基を表す。} - 芳香族アミン化合物(b2)が、2,2−ビス(4−アミノフェノキシ(4−フェニル))プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシ(4−フェニル))ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ブタン、および1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ペンタンからなる群から選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項10に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 硬化剤(B)が、2,4−ジアミノトルエン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、3,5−ジアミノ−4−クロロ安息香酸アルキルエステル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、および3,4’−ジアミノジフェニルエーテルから選ばれる一種以上であることを特徴とする、請求項12に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
- 硬化剤(B)が、4,4’−ジアミノジフェニルメタンおよび3,4’−ジアミノジフェニルエーテルから選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項12または13に記載の有機蒸気分離用の中空糸エレメント。
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