JPH01297124A - 気体分離複合膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、繊維状補強材に一体化されたシート状の多孔
質支持体上に、気体分離膜を積層した気体分離複合膜に
関するものである。

従来の技術 近年、有機高分子を用いた気体分離膜が数多（提案され
ている。特に、このような気体分離膜を使用して、空気
からの酸素を選択的に分離して酸素富化気体を得る技術
の実用化が注目されている。

空気中からの酸素を効率よく安価に分離濃縮できるなら
ば、燃焼分野や、汚泥処理分野、健康・医療機器分野な
どに大いに貢献できると期待されている。

酸素の分離膜には、空気などの混合気体がら選択的に酸
素を分離する機能と、効率よく酸素を透過させる機能と
が大きいこと二すなわち、酸素選択係数と酸素透過係数
との大きいことが望まれる。

一般に、均質膜における気体の透過量については、次の
関係が成立する。

ｑｌ：気体ｉの透過量（ｃｃ　） Ｐｌ：気体透過係数（ｃｃ−ｃｌＩｌ／ｄ・秒・ｃｍ　
Ｈｇ　）ΔＰ、：気体ｉの膜両面での分圧差（ｃｍＨｇ
）ｔ：透過時間（秒） Ａ：膜面積（ｃｎｆ） ｅ　：膜厚（ｃ＋ａ） したがって、膜厚ｅを薄くすればするほど、気体の透過
量を多くすることができる。

このような薄膜の気体分ｉｇｉ膜を得る一つの方法とし
て、溶媒に溶解した有機高分子を水面上に展開して、高
分子薄膜を形成し、これを多孔質支持体に担持させると
いう方法が提案されている（特開昭５６−９２９２６号
公報）。

このように膜厚ｅを薄くすると、気体分離膜単体では機
械的強度が得られないために、通常、前述のように多孔
質支持体上にコーティングさせたり、あるいは、溶媒に
溶かした膜材料を水面上に展開して多孔質支持体に担持
させたりしている。

多孔質支持体上に気体分離膜を担持させた気体分離複合
膜においては、気体分離膜それ自体の特性（選択性、流
量）とともに気体分離膜の特性を十分に確保できる多孔
質支持体の存在が重要である。気体分離膜の初期特性を
十分に確保した気体分離複合膜として、緻密層と空洞層
とを有し、空孔率を５０〜８０％として圧力損失の少な
い構造とし、さらに繊維状補強材を配した多孔質支持体
上に気体分離膜を精層させた気体分離複合膜について検
討した（特願昭６２−１３２５２４号）。

以下、上述した従来例ならびに出願人による検討例につ
いて図面を用いて説明する。

第３図は気体分離複合膜の断面図である。

図において、１は混合気体から希望する気体を選択的に
分離する気体分離膜、２は気体分離膜１を担持する多孔
質支持体で、・緻密層２ａと空洞層２ｂとを有し、その
空孔率が５０〜８０％である。これらによって気体分離
複合膜が構成されている。３は繊維状補強材で、多孔質
支持体２を補強するためのものである。

第４図はこの気体分離複合膜をモジュール化した装置の
構造の一例の断面図である。

図において、４は気体分離複合膜を支持し、真空度を伝
える通気性部材、５は気体分離複合膜を気密に保つ両面
粘着テープ、６は外壁を形成するモジュール枠、６ａは
分離気体を導出する流体吐出口である。

上記構造の気体分１！複合膜モジュールにおいて、真空
ポンプで流体吐出口６ａの内部を減圧吸引すると、モジ
ュール枠６の内部が減圧状態になり、多孔質支持体２の
緻密層２ａ、空洞層２ｂおよび通気性部材５を介して気
体分離膜１に差圧が生じる。この差圧により、気体分離
複合膜の外部の気体から特定の気体たとえば酸素が、気
体分離膜１を通って選択的に分離され、多孔質支持体２
の緻密層２ａおよび空洞１！！２ｂと不織布３とを通り
、通気性部材４によって形成されている空間部に進入し
、流体吐出口６ａから分離気体（酸素富化空気）として
取り出される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の従来例では、多孔質支持体２の緻
密層２ａと空洞層２ｂとが、その膜面に垂直な方向にの
み通気性を示し、水平方向に対しては通気性を示さない
。ところが、繊維補強材３としての不織布は、垂直方向
にも水平方向にも通気性があるため、第４図のように不
織布３の底面を両面粘着テープ５で接着するだけでは、
空気が漏れて選択的に分離された気体（酸素富化空気〉
の濃度が低下してしまう。また、粘着テープで気体分離
複合膜端面を覆うように接着しょうきすると、接着工程
が繁雑になり、信頼性が低下するおそれがある。有機溶
剤系の接着剤で気体分離複合膜端面を覆うようにして接
着するこ七も考えられるが、この場合には、接着剤が気
体分離複合膜面上に流れて、膜面積を狭めたり、気体分
離膜を侵してしまったりする。

本発明はこのような従来例にあった問題を解決し、引張
り強度と膜面に対して垂直な方向の通気性とが同等であ
って、しかも膜面に対して平行な方向の通気性がなく、
モジュール化が容易な気体分離複合膜を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の気体分離複合膜は、Ｗ、雄状補強材と一体化さ
れている多孔質支持体で気体透過膜を担持させるととも
に、繊維状補強材の端面部分に有機高分子を含浸させた
ものである。

作　　用 この構成によって、多孔質支持体面と垂直な方向の通気
性が良好で、引張り強度に優れ、しかも膜面に対して平
行な方向の通気性がなくなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図において、１１は混合気体を選択的に分離する気
体分離膜、１２は多孔質支持体である。

多孔質支持体１２において、１２ａは表面が平滑な緻密
層であって、その表面に気体分離膜１１が形成されてい
る。１２ｂは多孔質支持体１２の圧力損失を少なくする
空洞層である。１３は多孔質支持体１２をラミネートあ
るいはコーティングした、多孔質支持体１２を補強する
繊維状補強材、１４は水溶性有機高分子で、繊維状補強
材１３の端面に含浸されていて、繊維状補強材１３の膜
面に対して平行な方向の気密を確保するためのものであ
る。

この気体分離複合膜について、具体的に説明すると、不
織布（阿波製紙株式会社の商品名「ビュアリー、グレー
ドＯ１５ＡＣＪ　）上に、ポリエーテルスルホン樹脂（
ＩＣｒ社の商品名’Ｖｉｃｔｒｅｘ、グレードＤ−１７
００Ｊ）の１５重量％のジメチルスルホキシド溶液を、
膜厚４０μｍになるように均一に塗布し、室温で約１０
秒放置した後、水凝固液中に浸漬し、水洗いして乾燥さ
せた。

この工法により、孔径が０．２μｍ以下の緻密層と孔径
が０．５〜１０μｍの空洞層とを有し、全体の空孔率が
７７％である多孔質支持体を不織布上にコーティング一
体型とした多孔質支持体を得た。

この多孔質支持体の端面を、ポリビニルアルコール（株
式会社クラレの商品名「クラレボバール、グレードＰＶ
Ａ２２４Ｊ　）の５重量％水溶液中に浸漬し、含浸させ
た後、乾燥させることによって、不織布の端面を封止し
た。

ポリジメチルシロキサンとポリヒドロキシマチレンとポ
リスルホンの共重合体の２重量％のベンゼン（５重量％
のテトラヒドロフランを含む。）溶液を水面に展開し、
薄膜を形成した後、上記多孔質支持体上に２層積層して
気体分離膜を形成することにより、気体分離複合膜を作
製した。この気体分離複合膜の特性を第１表に示す。

第１表 上記気体分離複合膜をモジュール化した装置の構造の一
例を第２図に示す。

図において、１１は気体分離膜、１２ａは多孔質支持体
１２の緻密層、１２ｂは同じく空洞層、１３は繊維状補
強材、１４は繊維状補強材１３に含浸させた水溶性有機
高分子で、これらは第１図に示した気体分離複合膜と構
成が同じである。４は通気性部材、５は両面粘着テープ
、６はモジュール枠、６ａは流体吐出口で、これらは第
４図に示した装置と構造的に同じものである。

この気体分離複合膜モジュールにおいて、真空ポンプで
流体吐出口６ａの内部を減圧吸引すると、モジュール枠
６の内部が減圧状態になり、通気性部材５．繊維状補強
材１３．多孔質支持体１２を通して気体分離膜１１に差
圧が生じる。気体分離膜１１に差圧が生じると、気体分
離複合膜モジュールの外部の気体から特定の気体たとえ
ば酸素が、気体分離膜１１を通って選択的に分離され、
多孔質支持体１２を通り通気性部材４によって形成され
ている空間部に侵入し、流体吐出口６ａから分離気体（
酸素富化空気）として取り出される。

第１図に示す気体分離複合膜は、多孔質支持体面に対し
て水平な方向には通気性を示さないので、モジュール枠
６に画面粘着テープで接着するのみで、空気の漏れを生
じることがない。

第２表に、本発明の実施例の気体分離複合膜をモジュー
ル化して、その実測値と第１表の性能値からの計算値を
示す。あわせて従来例の実測値も対比させて示す。

第２表 上表から明らかなように本実施例の実測値と計算値とが
ほとんど等しいことから、接着面などからの気体の漏れ
がないと考えられる。すなわち、両面粘着テープ５によ
るシーリングが十分になされており、また多孔質支持体
の膜面と平行な方向向には通気性がないと判断できる。

発明の効果 本発明の気体分離複合膜によれば、繊維状補強材の端面
を有機高分子で含浸させているので、膜面に対して垂直
な方向の通気性が良好で、引張強度に優れ、しかも膜面
と平行な方向向の気体への漏れがない。したがって、そ
れを用いてモジュール化する場合には、接着加工が簡単
で、しかも接着するためのコストが安（なり、安価な気
体分離装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における気体分離複合膜の断
面図、第２図はこの実施例を使用した気体分離複合膜モ
ジュールの断面図である。第３図は従来の気体分離複合
膜の断面図、第４図は第３図の気体分離複合膜をモジュ
ール化した気体分離複合膜モジュールの断面図である。 １１・・・・・・気体分離膜、１２・・・・・・多孔質
支持体、１２ａ・・・・・・多孔質支持体の緻密層、１
２ｂ・・・・・・多孔質支持体の空洞層、１３・・・・
・・繊維状補強材、１４・・・・・・水溶性有機高分子
。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名Ｕ−−−気
体分級膜 ／Ｚ　　−−−り　コし　貢　支マ守イオ（１３−職堆
イ人補強材 １４−　水溶／性情機高分子 第１図 ｆ 第３図 ！

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）大気あるいは混合気体から特定の気体を選択的に
   分離する気体透過膜と、前記気体透過膜を担持する多孔
   質支持体と、前記多孔質支持体に一体化されている繊維
   状補強材とで構成され、前記繊維状補強材の端面部分に
   有機高分子を含浸させたことを特徴とする気体分離複合
   膜。
2. （２）有機高分子がポリビニルアルコールである請求項
   １記載の気体分離複合膜。