JPH01307405A - 選択透過性膜およびその製造方法 - Google Patents

選択透過性膜およびその製造方法

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JPH01307405A
JPH01307405A JP13782088A JP13782088A JPH01307405A JP H01307405 A JPH01307405 A JP H01307405A JP 13782088 A JP13782088 A JP 13782088A JP 13782088 A JP13782088 A JP 13782088A JP H01307405 A JPH01307405 A JP H01307405A
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  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

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、産業材料に関するものである。更に詳しくは
、ガスや液体の選択透過性膜に関するものである。
従来の技術 従来選択透過性膜は大きく分けて気体用と液体用がある
。気体用ではガスや石油燃料の燃焼性向上の目的で酸素
富化膜が検討されている。また、液体用ではアルコール
−水の分11膜や油−水の分離膜が検討されている。
発明が解決しようとする課題 ところが、現在知られている選択性透過膜は、主にポリ
マーを多孔性基板にコーティングする方法が採られてい
るため選択透過効率が悪い。そこで、現在も効率向上の
為数々の方法が検討されてイルが、未だに選択透過性の
よい膜は得られてないのが実状である。
課題を解決するための手段 一端に一8i−Si−Cl基を持つ直鎖上の炭化水素誘
導体を用いれば、有機溶媒中で化学吸着により親水性基
板表面に単分子膜を形成でき、さらに前記累積された単
分子膜表面を酸素を含むガス中で高エネルギー線照射し
て表面を親水性化することにより単分子膜を累積膜を形
成することが出来ることが知られている。
従うて、直鎖吠炭化水素の一部に重合性基(例えば、ビ
ニル基やアセチレン基、°ジアセチレン基等)を含むよ
うな物質を用い化学吸着により単分子膜を作成し重合を
行えば、数十オングストロームオーダの単分子膜ポリマ
ーを形成でる。さらに、上述の方法で単分子膜を複数層
累積された膜も容易に得ることが出来る。
この方法により、多孔性基板上に形成された単分子膜を
、ハロゲン化金属触媒を含む有機溶媒中に浸漬したり放
射線で、前記単分子膜の重合性基の部分を重合させると
、酸素を含む雰囲気中でも安定な超薄膜のポリマーが形
成でき、選択透過効率の優れた選択透過性膜を製造でき
ることを見いだした。
つまり、一定の配向性を保った状態で分子を重合するこ
とにより、選択透過効率の優れた選択透過性膜を製造で
きる。
さらに、透過性も単分子膜の層数を制御することで任意
に選べる効果もある。
また、本発明では、有機溶媒に溶解させた重合性基を含
む物質を水面上に展開し°前記有機溶媒を蒸発させた後
、水面上に残った前記物質の分子を水面上で水面方向に
バリヤでかき集め、所定の表面圧を加えながら基板を上
下させてアセチレン誘導体の単分子膜を基板上に累積(
この累積法をラングミュア−・ブロジェット(LB)法
と言い、この方法により累積された単分子膜をLB膜と
いう)した後、ハロゲン化金属触媒を含むを機溶媒中に
前記単分子膜の累積された基板を浸漬したり、あるいは
放射線照射により前記単分子膜の重合性基の部分を重合
させると、超薄膜のポリマーを形成出来ることを見いだ
した。
つまり、この場合も一定の配向性を保った状態で分子を
重合することにより、選択透過効率の優れた選択透過性
膜を製造できる。
さらに、透過性も単分子膜の層数を制御することで任意
に選べる効果もある。
さらにまた、此の方法の場合、前記LB膜の累積時に面
方向に直流バイアスを印加しておくと、より配向性の優
れた選択透過膜を作れることを見いだした。
作用 例えば、 重合性基としてアセチレン<C=C>基およ
び他の感応基としてクロルシラン基、(−81cl)を
含む物質を溶解させた非水系有機溶媒中に表面が親水性
の多孔性基板を浸漬し、前記基板表面に前記アセチレン
(C=C)基およびクロルシラン基(−8iCOOHま
たは−Si−Cl)を含む物質を化学吸着させることに
より多孔性基板上にアセチレン(CEC)基およびクロ
ルシラン基(−8iCOOHまたは−Si−Cl)を含
む物質の単分子膜を分子状態が並んだ状態で作成するこ
とが出来、さらに所定の基板上に形成したアセチレン誘
導体の化学吸着膜を金属触媒を用いて重合することによ
り、重合時の6分子配向性を保った状態で、超高分子量
のポリマーを作ることができる。また、重合反応には、
ハロゲン化金属触媒たとえばMoCl5やWCLlNb
Si−Cls、TaCOOHまたは−Si−Cl6、M
O(CO)ss  W (CO)a、あるいはNb(’
GO)s、やTa(GO)s等が利用できる。
なお、有機溶媒はトルエン、ジオキサン、アニソール等
が利用できる。
或は、前述の重合方法の代わりに放射線(紫外線、X線
、電子線、ガンマ線等)、照射方法を用いることも出来
る。
更にまた、ある一定の表面圧の基で所定の多孔性基板上
に累積した重合性基として、例えばアセチレン基を含む
誘導体のLB膜を金属触媒を用いて重合する方法でも、
重合時の分子配向性を保つた状態で重合すれば超高分子
量のポリマーを作ることができる。
また、前記アセチレン誘導体分子を水面上で面方向にバ
リヤでかき集め累積する際、面方向に直流バイアスを印
加しておくと、更にモノマ分子の累積時の配向性がよい
ポリマーを作ることが可能となる。
なお、この方法においても前述の触媒を用いた重合方法
の代わりに、放射線照射方法を用いることも出来る。
これらのポリマーは、透過性も単分子膜の暦数を制御す
ることで任意に選べるので、選択透過性膜として効率の
高い膜が得られる。
実施例 以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
(実施例1) 使用したサンプルは、数々あるが、アセチレン誘導体の
一種であり末端にアセチレン基を1個含むω−ノナデシ
ルイノイックトリクロルシラン(NC8:   CH=
C−(CH2)n−8iCOOHまたは−Si−Cl3
、ここでnは17であるが、14から24の範囲で良好
な結果が得られた)の場合を用いて説明する。
例えば、親水性の多孔性基板1(セルロースフィルター
、ガラスフィルター、多孔性金属膜等)上にシラン系界
面活性剤(NC8: CHミC−(CH2)I?−S 
i Si−Cl s)を用いて基板表面に単分子膜を化
学吸着して形成する。この時、−5≡CI基と基板表面
に形成されている一〇H基が反応して脱塩酸して、基板
表面に CH=C−(CH2)I?  S i −0(D単分子
膜2が形成できる。例えば2.0X10” 〜5.0X
IO−”mol/lの濃度で前記シラン系界面活性剤を
溶がした80%n−ヘキサン、12x四塩化炭素、8%
クロロホルム溶液中に、室温で数分間親水性の多孔性基
板形成できる。(第1図(a)) ここで、多孔性基板表面に CH=C−(CHs)ローゐi −0−の単分子M2が
形成できていることは、FTIRにて確認された。
なお、このとき化学吸着膜の形成は、湿気を含まないN
2雰囲気中で行った。
次に金属触媒としてMoCl5を溶かしたトルエン中に
NC8吸着膜が1層形成された基板を浸漬し30〜70
℃程度に溶媒を昇温すると第1図(b)に示すような反
応、即ちTrans−ポリアセチレン結合3が製造され
たことがFTIRにより明かとなった。なお、触媒とし
てはWClaやNb Cls、T a Cl sを用い
ても分子量は異なるが同様の重合膜が得られた。さらに
また、触媒としてMo(Co)eあるいはW (CO)
 aをCCl4溶媒に溶かした溶液に基板を浸漬し紫外
線を照射しても分子量は異なるが赤褐色の重合膜が得ら
れた。
さらに前記親水性の多孔性基板上に1− () IJメ
チルシリル)−ω−ノナデシルイノイックトリクロロシ
ラン(TMS、−NC8:  S iMea−CEC(
CH,) n  S i COOHまたは−Si−Cl
g、ここでnは17であるが、14から24の範囲で良
好な結果が得られた)吸着膜を1層累積した基板を(第
2図(a))、金属触媒としてWClaと共触媒として
BuaSn(1:1)を溶かしたトルエン中に浸漬し3
0〜70℃程度に溶媒を昇温する°と第2図(b)に示
すような反応、即ち一8iMes基を含んだTrans
−ポリアセチレン結合3が製造されたことが明かとなっ
た。
また多孔性基板1上にNC8吸着膜を1層累積した一基
板を(第3図(a))、金属触媒としてMoclsを溶
かした含酸素有機溶媒であるアニソール中に浸漬し30
〜70℃程度に溶媒を昇温すると第3図(b)に示すよ
うな反応、即ちCOOHまたは−Si−Cl5−ポリア
セチレン4が製造されたことが明かとなうた。
さらにまた多孔性基板1上にTMS−NC8吸着膜を1
層累積した基板を(第4図(a))、金属触媒としてM
 o Cl sと共触媒としてphaBi(1:  1
)を溶かした含酸素有機溶媒であるアニソール中に浸漬
し30〜70℃程度に溶媒を昇温すると第4図(b)に
示すような反応、即ち−Si M e s基を含んだC
OOHまたは−Si−Cl5−ポリアセチレン4が製造
されたことが明かとなった。
一方、上述の方法で累積された・LB膜はアルコール溶
媒には不溶性であるることが確認された。
以上の結果より、本発明の重合方法を用いればCis型
あるいはTrans型ポリアセチレンを基板上に容易に
形成できることが確認された。
なお、上述の実施例では、金属触媒を用いて吸着膜を重
合する方法に付いて述べたが、放射線、例えば電子線X
線或はガンマ−線照射法を用いても、cis型あるいは
Trans型の制御はできないがポリアセチレンポリマ
ーを容易に製造できることが確認できた。
また、この様にして製造されたポリアセチレンは、従来
チグラーナッタ系触媒法で製造されていたポリ、アセチ
レン誘導体に比べ、酸素を含む雰囲気中でも、熱や圧力
あるいは紫外線などにたいして著しく安定であった。
以上の、実施例では、NC8やTMS−NC8について
のみ示したが、分子内にアセチレン(CミC)基を含み
吸着膜形成が可能なものであれば、累積条件は異なって
も同様の方法が利用出来ることは明らかであろう。なお
、ジアセチレン基を1個もつトリコサジイノイックトリ
クロロシラン(H−CミC−C””C(CH,) +s
−8i Si−Cls)を用いた場合には、ポリジアセ
チレンが得られた。
また、前述の実施例では1層化学吸着膜を形成し重合を
行う方法について述べたが吸着膜を多層積層した後で重
合反応を行っても良いし、あるいは吸着膜の形成−重合
反応を交互に行ってもポリアセチレンの多層分子膜の作
製が可能なことは明らかであろう。
(実施例2) さらにまた、アセチレン誘導体の一種であるオメガトリ
コシノイック酸(TCA−:   CH=C−(CH2
)−C00H1ここでnは20であるが14から23の
誘導体でも良好な結果が得られた)の場合を用いて説明
する。
LBiの累積には、ジロイスレーベル社のトラフI V
 (、Joice−Loebl Trough TV)
を用い、500nm以下の光をカットしたイエロー光照
明のクラス100のクリーンルーム内で行った。このと
きクリーンルーム内は、室温23±1℃、湿度40±5
%に調節されている。LB膜の累積に使用した基板は、
親水性の多孔性基板(セルロースフィルター、ガラスフ
ィルター、多孔性金属膜等)である。重合反応に使用し
たハロゲン化金属触媒はM o COOHまたは−Si
−Clsl  またはWCl6、またはNbCOOHま
たは−Si−Cl6、またはT a Cl 6、または
M o (G O) s、またはW(CO)6、または
Nb(CO)s、またはTa(CO)6等が利用できた
。また、有機溶媒はトルエン、ジオキサン、アニソール
等が利用できる。
例えば、親水性の多孔質基板1上にオメガトリコシノイ
ック酸(TCA)LB膜を累積すると第5図(a)に示
すような分子配列状態の単分子膜5が得られる。さらに
金属触媒としてMoCl5を溶かしたトルエン中にオメ
ガトリコシノイック酸LB膜が1層累積された基板を浸
漬し30〜70℃程度に溶媒を昇温すると第1図(b)
に示すような反応、即ちTrans−ポリアセチレン結
合3が製造されたことが明かとなった。なお、触媒とし
てはWCleやNbCl5、TaCl5を用いても分子
量は異なるが同様の重合膜が得られた。さらにまた、触
媒としてMo(Co)aあるいはW(Co)aをCCO
OHまたは−Si−Clm溶媒に溶かした溶液に基板を
浸漬し紫外線を照射しても分子量は異なるが赤褐色の重
合膜が得られた。
さらに基板1上に1−(トリメチルシリル)−ω−1ト
リコシノイツク酸(TMS−TCA:  S IM e
 s −C= C−(CH* ) n −COOHN 
 ここでnは20であるが14から23の誘導体でも良
好な結果が得られた)LB膜を1層累積した基板を(第
6図(a))、金属触媒としてW Cl sと共触媒と
してBu4Sn (1:  1)を溶かしたトルエン中
に浸漬し30〜70℃程度に溶媒を昇温すると第6図(
b)に示すような反応、即ち一8iMe3基を含んだT
rans−ポリアセチレン結合3が製造されたことが明
かとなった。
また多孔性基板上にオメガトリコシノイック酸LB膜を
1層累積した基板を(第7図(a))、金属触媒として
MoCl5を溶かした含酸素有機溶媒であるアニソール
中に浸漬し30〜70℃程度に溶媒を昇温すると第7図
(b)に示すような反応、即ちCOOHまたは−Si−
Cl5−ポリアセチレン4が製造されたことが明かとな
った。
さらにまた多孔性基板1上にTMS−TCA・LB膜を
1層累積した基板を(第8図(a))、金属触媒として
MoCOOHまたは−Si−Claと共触媒として1)
 hsBi(1:1)を溶かした含酸素有機溶媒である
アニソール中に浸漬し30〜70℃程度に溶媒を昇温す
ると第8図(b)に示すような反応、即ち一8iMes
基を含んだCOOHまたは−Si−Cl5−ポリアセチ
レン4が製造されたことが明かとなった。
一方、上述の方法で累積された吸着膜はアルコール溶媒
には不溶性であるることが確認された。
以上の結果より、本発明の方法を用いればCiS型ある
いはTrans型ポリアセチレンを容易に製造できるこ
とが確認された。
なお、上述の実施例では、金属触媒を用いて吸着膜を重
合する方法に付いて述べたが、放射線、例えば電子線X
線或はガンマ−線照射法を用いても、Cis型あるいは
Trans型の制御はできないがポリアセチレンポリマ
ーを容易に製造できることが確認できた。
また、この様にして製造されたポリアセチレンは、従来
チグラーナッタ系触媒法で製造されていたポリアセチレ
ン誘導体に比べ、酸素を含む雰囲気中でも、熱や圧力あ
るいは紫外線などにたいして著しく安定であった。
また、ジアセチレン誘導体分子を水面上で面方向にバリ
ヤでかき集めたり、累積を行う際、面方向に数十ボルト
の直流バイアスを印加しておくと更にモノマ分子の配向
性がよくなることが確認された。
以上の、実施例では、ω−トリコシノイック酸やTMS
−TCAについてのみ示したが、分子内にジアセチレン
基、アセチレン基あるいはビニル基等を含みLB膜形成
が可能なものであれば、累積条件は異なっても同様の方
法が利用出来ることは明らかであろう。なお、ジアセチ
レン基を1個もつベンタコサジイノイック酸を用いた場
合には、ポリジアセチレンが得られた。
また、実施例では1層LB膜を゛累積した後に重合する
方法を示したが、LB膜を多層累積した後重合反応を行
っても良いし、あるいは累積−重合反応の工程を交互に
行っても多分子層のポリアセチレン膜を作ることも可能
なことが確認された。
発明の効果 本発明の方法を用いることにより、分子配向性の非常に
優れ安定な超薄膜のポリマーを高能率に製造できる。従
って、ガスや液体の選択透過性の良い膜が得られ選択透
過膜ととして極めて有効である。例えば、TMS−NC
8あるいはTMS−TCAを用いた膜では空気より酸素
を分離する特性が極めて高い選択ガス透過膜が得られる
。また、今後さらに原料となるアセチレンやジアセチレ
ン誘導体モノマーの種類や製造条件を適正化することに
より、透過率を段階的に制御した選択透過膜の製造も可
能になると思われる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はNC8吸着膜を、1層形成した基板の分
子オーダーの拡大断面概念図、第1図(b)は重合後の
Trans型ポリアセチレンの形成された基板の分子オ
ーダーの拡大断面概念図、第2図(a)はTMS−NC
8吸着膜を1層形成した基板の分子オーダーの拡大断面
概念図、第2図(b)は重合後のTrans型ポリアセ
チレンの形成された基板の分子オーダーの拡大断面概念
図、第3図(a)はNC8膜を1層形成した基板の分子
オーダーの拡大断面概念図、第3図(、b)は重合後の
Cis型ポリアセチレンの形成された基板の分子オーダ
ーの拡大断面概念図、第4図(a)はTMS−NC8吸
着膜を1層形成した基板の分子オーダーの拡大断面概念
図、第4図(b)は重合後のCis型ポリアセチレンの
形成された基板の分子゛オーダーの拡大断面概念図、第
5図(a)はTCA−LB膜を1層累積した基板の分子
オーダーの拡大断面概念図、第5図(b)は重合後のT
rans型ポリアセチレンの形成された基板の分子オー
ダーの拡大断面概念図、第6図(a)は1−(トリメチ
ルシリル)−1−)リコサン酸・LB膜を1層累積した
基板の分子オーダーの拡大断面概念図、第6図(b)は
重合後のTrans型ポリアセチレンの形成された基板
の分子オーダーの拡大断面概念図、第7図(a)はTC
A・LB膜を1層累積した基板の分子オーダーの拡大断
面概念図、第7図(b)は重合後のCis型ポリアセチ
レンの形成された基板の分子オーダーの拡大断面概念図
、第8図(a)は1−()’Jメチルシリル)−1−)
リコサン酸・LBII*を1層累積した基板の分子オー
ダーの拡大断面概念図、第8図(b)は重合後のCis
型ポリアセチレンの形成された基板の分子オーダーの拡
大断面概念図である。 1・・・多孔性基板、  2・・・単分子吸着膜5拳・
・単分子累積膜(LBg)。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名0J   
                 \囚      
    へ +  9に U) ぐ≦ 憾          − Cつ                     −−
第6図 第7図

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重合性基と他の一つの感応基を含む物質の単分子
    膜または単分子累積膜が多孔性の基板表面に形成され、
    触媒または放射線照射を用いて重合されていることを特
    徴とする選択透過性膜。
  2. (2)重合性基がビニル基またはアセチレン基またはジ
    アセチレン基であることを特徴とした特許請求の範囲第
    1項記載の選択透過性膜。
  3. (3)アセチレン基に−SiMe_3基が結合している
    ことを特徴とした特許請求の範囲第2項記載の選択透過
    性膜。
  4. (4)他の一つの感応基が−COOHまたは−Si−C
    lを含むことを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の
    選択透過性膜。
  5. (5)多孔性基板が親水性ポリマーまたはガラスまたは
    セラミックまたは金属であることを特徴とした特許請求
    の範囲第1項記載の選択透過性膜。
  6. (6)アセチレン基を含む物質がω−ノナデシルイノイ
    ックトリクロロシラン又は1−(トリメチルシリル)−
    ω−ノナデシルイノイックトリクロロシランであること
    を特徴とした特許請求の範囲第2項記載の選択透過性膜
    の製造方法。
  7. (7)重合性基と他の一つの感応基を含む物質の単分子
    膜または単分子累積膜を親水性の多孔性の基板表面に形
    成する工程と、前記重合性基を触媒または放射線照射を
    用いて重合することを特徴とする選択透過性膜の製造方
  8. (8)単分子膜または単分子累積膜の形成工程において
    、化学吸着法又はLB法を用いたことを特徴とする特許
    請求の範囲第7項記載の選択透過性膜の製造方法。
  9. (9)物質がビニル基(−C=C−)またはアセチレン
    基(−C≡C−)またはジアセチレン基(−C≡C−C
    ≡C−)基と−Si−Cl基を含む化合物であることを
    特徴とする特許請求の範囲第7項記載の選択透過性膜の
    製造方法。
  10. (10)アセチレン基に−SiMe_3基が結合してい
    ることを特徴とした特許請求の範囲第9項記載の選択透
    過性膜の製造方法。
  11. (11)触媒がMo、またはW、またはNb、またはT
    a又は、ハロゲン化金属触媒と共触媒である有機Snあ
    るいは有機Bi化合物を含むことを特徴とした特許請求
    の範囲第7項又は第8項記載の選択透過性膜の製造方法
  12. (12)アセチレン基を含む物質が1−(トリメチルシ
    リル)−ω−ノナデシルイノイックトリクロロシランで
    あることを特徴とした特許請求の範囲第10項記載の選
    択透過性膜の製造方法。
  13. (13)アセチレン基を含む物質がω−ノナデシルイノ
    イックトリクロロシラン又は、1−(トリメチルシリル
    )−ω−ノナデシルイノイックトリクロロシランである
    ことを特徴とした特許請求の範囲第9項記載の選択透過
    性膜の製造方法。
  14. (14)物質がビニル基(−C=C−)またはアセチレ
    ン基(−C≡C−)またはジアセチレン基(−C≡C−
    C≡C−)基と−COOH基を含む化合物であることを
    特徴とする特許請求の範囲第7項又は第8項記載の選択
    透過性膜の製造方法。
  15. (15)アセチレン基に−SiMe_3基が結合してい
    ることを特徴とした特許請求の範囲第14項記載の選択
    透過性膜の製造方法。
  16. (16)触媒がMo、またはW、またはNb、またはT
    a又は、ハロゲン化金属触媒と共触媒である有機Snあ
    るいは有機Bi化合物を含むことを特徴とした特許請求
    の範囲第7項又は第8項記載の選択透過性膜の製造方法
  17. (17)アセチレン基を含む物質がω−トリコシノイッ
    ク酸又は、1−(トリメチルシリル)−ω−トリコシノ
    イック酸であることを特徴とした特許請求の範囲第14
    項記載の選択透過性膜の製造方法。
  18. (18)放射線が電子線、またはX線、またはガンマ線
    であることを特徴とした特許請求の範囲第1項又は第7
    項記載の選択透過性膜の製造方法。
  19. (19)LB法を用いた単分子膜または単分子累積膜の
    形成工程において、水面の面方向に直流電圧を印加して
    おくことを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の選択
    透過性膜の製造方法。
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JPS62180777A (ja) * 1986-02-04 1987-08-08 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 製膜の方法

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