JP6651468B2 - 塩化ビニリデンコポリマー系炭素分子篩吸着剤組成物及びそれのためのプロセス - Google Patents
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Description
σ=6.09+(0.0275×C)−(0.00233×T) (等式1)
に従って更に特徴付けられ、式中、σが、オングストローム単位の平均ミクロ細孔径であり、Cが、前駆体結晶化度パーセンテージであり、Tが、最高到達熱分解温度である、前段落に定義される分子篩組成物を提供する。
V=0.346+0.00208×C−0.000152×T (等式2)
に従う平均ミクロ細孔容積を有するものとして更に特徴付けられ、式中、Vが、1グラム当たりミリリットル単位の平均ミクロ細孔容積であり、Cが、前駆体結晶化度パーセンテージであり、Tが、摂氏度単位の最高到達熱分解温度であるが、但し、Cが、25〜75であり、かつTが、800〜1700であることを条件とする、前段落に定義される分子篩組成物を提供する。
σ=6.09+(0.0275×C)−(0.00233×T) (等式1)
によって表され、式中、σは、3.0Å〜5.0Åの範囲のオングストローム単位の平均ミクロ細孔径であり、Cは、前駆体の結晶化度パーセンテージであり、Tは、摂氏度単位の最高到達熱分解温度であるが、但し、結晶化度が、25%〜75%の範囲であり、かつ最高到達熱分解温度が、800℃〜1700℃の範囲であることを条件とする、驚くべきことに発見された関係性を使用することによって、所望される平均ミクロ細孔径を有する分子篩組成物を得るために、その前駆体材料の既知かつ/または同様に事前選択された前駆体(熱分解前)結晶化度、及び最高到達熱分解温度と相関され得る。結晶化度パーセンテージは、ゼロよりも大きい有理数(例えば、等式1に挿入され得る、45%の結晶化度を表す数は、0.45ではなく45である)として表されることが理解されるであろう。この驚くべき特性評価の関係性の発見は、所望される小細孔ミクロ多孔性組成物の簡便かつ正確な調製または生成を可能にし、したがって、本発明のミクロ多孔性組成物が使用され得る様々な所望される気体分離もまた促進する。表1は、この等式によって反映される関係性を説明する。
V=0.346+0.00208×C−0.000152×T (等式2)
によって表され、式中、Vは、1グラム当たりミリリットル(mL/g)単位の平均ミクロ細孔容積であり、Cは、前駆体結晶化度パーセンテージであり、Tは、摂氏度単位の最高到達熱分解温度であるが、但し、Cが、25%〜75%であり、かつTが、800℃〜1700℃であることを条件とする。
一連の実施例(ES)及び比較(CS)試料を、メチルアクリレート(MA)、エチルアクリレート(EA)、またはブチルアクリレート(BA)から選択されるモノマー(いずれの場合も、表2に示される量で存在する)と共重合されたポリ塩化ビニリデンから調製する。いずれの場合も、懸濁重合によって共重合を達成する。一般に、これは、それらの重量比に従って選択されたモノマーを重合開始剤と混合し、次いで水分散体中で重合反応を実行することを含む。次いで、コポリマー粉末を乾燥させて、水及び未反応のモノマーを取り除く。次いで、この粉末を篩にかけ、均一性を確保するため、CMS調製物にそのうちの30〜50U.S.メッシュ部分を選択する。
表2に4.2Åの有効ミクロ細孔径を有するものとして示す、ES1、ES6、ES8、及びES13と表示される四(4)つの実施例試料(EX)を、プロピレン及びプロパンの分離における高スループット動的吸着を比較するための実験に使用する。選択性を計算するために、等式(3)に示す式を使用する。
高スループット動的吸着において、ES11を使用して、エチレン/エタン選択性測定を実行する。この分離の結果を、表4に示す。これらの結果は、吸着から生じる圧力低下のため、エタンは、本発明のCMSにおいてエチレンよりもずっと少ない程度で吸着するだけでなく、それはまた、約10倍、よりずっと緩徐に吸着することを示す。故に、2つの分子は、本発明の組成物を使用して容易かつ効果的に分離され得る。
高スループット動的吸着において、ES16を使用して、窒素/メタン選択性測定を実行する。この分離の結果を、表5に示す。これらの結果は、吸着から生じる圧力低下のため、窒素は、メタンよりも少ない程度で吸着するものの、それは、メタンよりもほぼ40倍速く吸着することを示す。故に、本発明のCMS組成物は、これらの2つの分子の効果的な動的分離を提供する。
高スループット動的吸着において、ES15を使用して、プロパン(直鎖パラフィンの代表)及びイソ−ブタン(分岐鎖パラフィンの代表)の選択性測定を実行する。この分離の結果を、表6に示す。これらの結果は、プロパンは、イソ−ブタンよりも大きい程度、及びイソ−ブタンよりもほぼ4倍速くの両方で吸着することを示す。故に、本発明のCMS組成物は、これらの2つの分子の効果的な分離を提供する。更に、このCMS(すなわち、0.312mL/g)のミクロ細孔容積は、現在n−ブタン/i−ブタン分離などの特定の商業的直鎖/分岐鎖パラフィン分離に利用されているゼオライト5Aのミクロ細孔容積(すなわち、0.198mL/g)よりも著しく高いため、本発明のCMSは、相対的かつ著しい利点を提供し得ることに留意されたい。
塩化ビニリデンモノマーを含む3つの例示的な溶融押出コポリマーの種類(ES22、ES23、及びES24と指定)、ならびにそれを有するコモノマーとして、メチルアクリレート(MA)4.8重量%、MA8.5重量%、または塩化ビニル(VC)17.6重量%をそれぞれ調製する。約5gのPVDCテープをアルミニウム(Al)皿上に置き、事前処理ステップ中、自由に収縮させる。PVDCフィルムを、約10L/分の空気によってパージされる1立方フィートの炉内に維持する。炉の温度を、1℃/分の勾配で130℃まで上昇させ、24時間保持し、次いで、1℃/分の勾配速度で150℃まで上昇させ、更に24時間保持してから、周囲温度まで冷却する。テープのそれぞれの結晶化度を、表7に示す。表2における単に重合した状態の樹脂の結晶化度と比較すると、溶融押出後のテープの結晶化度は、10%〜30%の範囲の量だけ低下する。
2つの種類の0.28ミリメートル(mm)直径のCMS繊維(ドイツのSATTI(商標)から得、この繊維の最大の用途は子供用玩具人形において使用される毛髪であるという事実のため、「Doll Hair」と表示)を、2つの方法に従って事前処理する。方法Aでは、事前処理ステップ中、繊維を一定の長さに維持し、方法Bでは、事前処理ステップ中、繊維を自由に収縮させる。両方の方法を、実施例1に示す同一の温度プロファイル下で実行する。一定の長さを維持する試みがなされると、繊維は、事前処理の最中常に破損することに留意されたい。次いで、破損した繊維は、自由に収縮させた繊維と同様に収縮する。前駆体繊維の結晶化度を、表9に示す。
CMS繊維を、本明細書以下に記載する2つのステップのプロセスを使用して、170μmの外径(OD)の塩化ビニリデン/メチルアクリレートコポリマー繊維(ドイツのFUGAFIL(商標)から得られるSARAN(商標))を熱分解することによって得る。前駆体繊維の組成物及び結晶化度を、表11に示す。
3つの構成成分、つまり、10gの粉砕されたCMS繊維(実施例42)、1gのMETHOCEL(商標)A4M(METHOCELはThe Dow Chemical Companyの登録商標)、及び10gの脱イオン(DI)水を手作業で混合することによって、ペーストを作製する。5mmのダイを通してペーストを押出し、約5mmの短い円柱状ペレットへと切断する。ペレットをN2パージされる炉内で、50℃で一晩乾燥させる。ペレットを「10%Methocel−0.17mmCF」と表示し、「%」は重量%を表す。
ペースト構成成分が5gのMETHOCEL(商標)A4Mを含むことを除いて、実施例42のプロトコルを使用して、CMS繊維を調製する。実施例43におけるように更なる処理を続け、最終ペレット試料を「50%Methocel−0.17mmCF」と表示する。
1つの種類のSARAN(商標)織布(ドイツのFUGAFIL(商標)から得、「SARAN布」と表示)を、実施例34〜41に記載するものと類似した温度プロファイル下、事前処理する。SARAN(商標)布を、事前処理中、及び表13に示す到達最高熱分解温度に従う続く熱分解ステップ中、自由に収縮させる。
本願は以下の発明に関するものである。
(1)
炭化ポリ塩化ビニリデンコポリマーを含み、3.0Å〜5.0Åの範囲の平均ミクロ細孔径を有するミクロ細孔を有する、分子篩組成物。
(2)
800〜1700の範囲の摂氏度の最高到達熱分解温度で、ポリ塩化ビニリデンコポリマー前駆体を熱分解して、前記分子篩組成物を得ることを含む、プロセスによって調製され、前記前駆体が、示差走査熱量測定によって測定される、25〜75の範囲の結晶化度パーセンテージを有し、前記分子篩組成物が、等式、
σ=6.09+(0.0275×C)−(0.00233×T)
に従って更に特徴付けられ、式中、σが、オングストローム単位の平均ミクロ細孔径であり、Cが、前記前駆体結晶化度パーセンテージであり、Tが、前記最高到達熱分解温度である、上記(1)に記載の分子篩組成物。
(3)
等式、
V=0.346+0.00208×C−0.000152×T
に従う平均ミクロ細孔容積を有するものとして更に特徴付けられ、式中、Vが、1グラム当たりミリリットル単位の平均ミクロ細孔容積であり、Cが、前記前駆体結晶化度パーセンテージであり、Tが、摂氏度単位の前記最高到達熱分解温度であるが、但し、Cが、25パーセント〜75パーセントであり、かつTが、800〜1700であることを条件とする、上記(2)に記載の分子篩組成物。
(4)
前記ポリ塩化ビニリデンポリマー前駆体が、熱分解前に、それを少なくとも10パーセント脱塩化水素化するために事前処理されて、事前処理された前駆体を形成する、上記(2)または(3)に記載の分子篩組成物。
(5)
前記ポリ塩化ビニリデンコポリマー前駆体が、前駆体ビーズ、前駆体フィルム、または前駆体繊維を形成するための重合または溶融押出によって調製され、
前記ポリ塩化ビニリデンコポリマー前駆体が任意で、塩化ビニリデン、ならびにビニルモノマー、塩化ビニルモノマー、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、スチレンモノマー、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イタコン酸、クロロトリフルオロエチレン、及びこれらの混合物から選択される少なくとも1つの追加のモノマーを含み、
前記溶融押出が任意で、1〜8の延伸比で実行され、
前記前駆体ビーズ、前記前駆体フィルム、または前記前駆体繊維が任意で、該当する場合、10マイクロメートル〜1000マイクロメートルの範囲の平均厚さまたは平均断面径または平均幅を有する、上記(4)に記載の分子篩組成物。
(6)
前記事前処理が、100℃〜180℃の範囲の温度で、1時間〜48時間の範囲の時間にわたって実行され、任意で、前記前駆体フィルムまたは前記前駆体繊維の場合、前記事前処理と同時に、0.01メガパスカル〜10メガパスカルの量の張力を加えながら実行される、上記(4)または(5)に記載の分子篩組成物。
(7)
熱分解前に、前記前駆体繊維を織って、前駆体織物シートを形成することと、
織る前または後のいずれかに、前記前駆体織物シートを事前処理することと、を更に含み、 前記前駆体織物シートの前記熱分解が、水銀圧入法によって測定される、その総容積の10パーセント〜50パーセントに相当する空隙を有するものとして特徴付けられる織物繊維吸着剤を形成する、上記(5)または(6)に記載の分子篩組成物。
(8)
前記熱分解された分子篩組成物を粉砕して、10マイクロメートル〜1000マイクロメートルの範囲の平均径を有する粒子を形成することと、
前記粒子を、少なくとも1つの非コーティング結合剤及び水と組み合わせて、ペレット前駆体材料を形成することと、
前記ペレット前駆体材料をペレット化して、構造化ペレット吸着剤を形成することと、を更に含む、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の分子篩組成物。
(9)
(a)プロパン及びプロピレン、
(b)窒素及びメタン、
(c)エタン及びエチレン、
(d)二酸化炭素及び窒素、ならびに
(e)n−ブタン及びイソ−ブタン、から選択される混合物を分離させるために使用され、
前記分子篩組成物が、前記選択された混合物の分離を可能にするのに好適である平均ミクロ細孔径を有するように調製されたものである、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の分子篩組成物。
(10)
2つの気体の混合物中で2つの気体を分離させるためのプロセスであって、少なくとも一方の気体が、3.0Å〜5.0Åの範囲の代表的分子直径を有する、2つの気体の混合物と、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の分子篩組成物とを、前記分子篩組成物の前記ミクロ細孔中で、少なくとも5重量パーセントの前記少なくとも一方の気体を吸着するのに好適な条件下、前記少なくとも5重量パーセントの前記少なくとも一方の気体が、他方の気体から分離されるような条件下で接触させることと、次いで、前記少なくとも一方の気体を脱着することと、を含む、プロセス。
Claims (6)
- 無支持の形態の炭化ポリ塩化ビニリデンコポリマーを含み、4.0Å〜4.3Åの範囲の平均ミクロ細孔径を有するミクロ細孔を有する、無支持の形態の分子篩組成物の調製プロセスであって、前記プロセスが、
800〜1700の範囲の摂氏度の最高到達熱分解温度で、ポリ塩化ビニリデンコポリマー前駆体を熱分解し、前記分子篩組成物を得る工程であって、前記前駆体が、ASTM D3418に従う示差走査熱量測定によって測定される、25〜75の範囲の結晶化度パーセンテージを有する工程を含み、
前記駆体結晶化度と前記最高到達熱分解温度が以下等式により与えられる、所望される平均ミクロ細孔径の関係に従い選択され、
σ=6.09+(0.0275×C)−(0.00233×T)
式中、σが、オングストローム単位の平均ミクロ細孔径であり、Cが、ゼロよりも大きい有理数として表される前記前駆体結晶化度のパーセンテージであり、Tが、摂氏度の前記最高到達熱分解温度である、調製プロセス。 - 前記ポリ塩化ビニリデンポリマー前駆体が、熱分解前に、それを少なくとも10パーセント脱塩化水素化するために事前処理されて、事前処理された前駆体を形成する、請求項1に記載のプロセス。
- 前記ポリ塩化ビニリデンコポリマー前駆体が、前駆体ビーズ、前駆体フィルム、または前駆体繊維を形成するための重合または溶融押出によって調製され、
前記ポリ塩化ビニリデンコポリマー前駆体が任意で、塩化ビニリデン、ならびにビニルモノマー、塩化ビニルモノマー、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、スチレンモノマー、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イタコン酸、クロロトリフルオロエチレン、及びこれらの混合物から選択される少なくとも1つの追加のモノマーを含み、
前記溶融押出が任意で、1〜8の延伸比で実行され、
前記前駆体ビーズ、前記前駆体フィルム、または前記前駆体繊維が任意で、該当する場合、10マイクロメートル〜1000マイクロメートルの範囲の平均厚さまたは平均断面径または平均幅を有する、請求項2に記載のプロセス。 - 前記事前処理が、100℃〜180℃の範囲の温度で、1時間〜48時間の範囲の時間にわたって実行され、任意で、前記前駆体フィルムまたは前記前駆体繊維の場合、前記事前処理と同時に、0.01メガパスカル〜10メガパスカルの量の張力を加えながら実行される、請求項2または3に記載のプロセス。
- 熱分解前に、前記前駆体繊維を織って、前駆体織物シートを形成することと、
織る前または後のいずれかに、前記前駆体織物シートを事前処理することと、を更に含み、 前記前駆体織物シートの前記熱分解が、水銀圧入法によって測定される、その総容積の10パーセント〜50パーセントに相当する空隙を有するものとして特徴付けられる織物繊維吸着剤を形成する、請求項3または4に記載のプロセス。 - 前記熱分解された分子篩組成物を粉砕して、10マイクロメートル〜1000マイクロメートルの範囲の平均径を有する粒子を形成することと、
前記粒子を、少なくとも1つの非コーティング結合剤及び水と組み合わせて、ペレット前駆体材料を形成することと、
前記ペレット前駆体材料をペレット化して、構造化ペレット吸着剤を形成することと、を更に含む、請求項1〜5のいずれかに記載のプロセス。
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