JPH0194917A - 選択気体透過性複合膜 - 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 本発明は気体分離性が良く、かつ気体透過性も優れる選
択気体透過性複合膜に関する。

従来例の構成とその問題点 近年、膜による分離技術の進歩は目覚しく、いくつかの
分野、例えば海水の淡水化、工場廃液中の有用物の回収
等の分野ではすでに工業的規模で実用化されている。

一方、有機高分子膜を用いた混合ガスの分離は膜の選択
性が小さく、−段の分離では高純度の気体を選択的に得
るのがむずかしいこと、また透過量が小さいため大量の
ガスを生産できないこと等の理由から、膜を用いたガス
分離の実用化例は少ない。

しかし、ガスの最終用途として必ずしも高純度のガスを
必要としない分野も多々ある。例えば酸素の場合、高炉
送風用、燃料補助用、医療用における呼吸用等では高純
度酸素を必要としない。

むしろ高純度では燃焼温度があがりすぎるため炉の損傷
や火災の危険、あるいは医療用では未熟児の失明等がか
えって不都合な場合も多い。その几めこのような分野で
は膜による気体分離法が有利となる。

膜による空気からの酸素の分離では、−段の分離で高純
度の酸素を有する空気を得ることは困難であるが、中程
度の酸素を富化した空気は比較的容易に得られる。すな
わち膜分離法は酸素濃度が約２６〜６０％の酸素富化空
気を空気より直接製造することができ、混合器やボンベ
の取扱いもなく、操作上簡単でありまた経済的にも有利
な方法である。

現在まで高分子膜を用いての混合ガスの分離に関して既
にいくつかの文献、特許出ｗなどで指摘されているごと
く、この場合は高分子膜のガスに対する透過係数の大小
、ならびに薄膜としての機械的強度、および薄膜化技術
が重要な問題となる。

現在報告されている高分子材料で比較的気体透過能のす
ぐれている物質は天然ゴム、ポリブタジェンのごとき合
成ゴム、ポリオレフィン、更にすぐれたものではシリコ
ーンゴムが知られている。

シリコーンゴムはほとんど全ての気体に対して他のいか
なる高分子材料よりもすぐれる。しかし各気体の分離比
が小さくなり、空気の酸素富化に使用した場合２３％か
ら３０％までの低濃度酸素富化空気しか得られない。従
って３０％以上の酸素富化空気を得ようとする場合さら
に分離比の大きな材料が必要となってくる。その１つと
して特開昭５６−９２９２５号公報に示されているポリ
オレフィンあるいはジエンポリマーを主体とする気体分
離膜がある。この公報に示されている材料の１つである
ポリ−４−メチルペンテン−１は酸素透過係数が約２．
５　Ｘ　１０−９００ｍ　ｃｍ／（ｉ　＊ｓａｃ＊ｃｍ
Ｈｇでシリコーンゴムの１０分の１以下になってしまう
が、酸素と窒素の分離比が高く約４．０の値を示す。従
がって、この材料を用いると約４０チの酸素富化空気を
容易に得ることができる。しかし透過係数が小さいため
シリコーンゴムと同じ膜厚とした場合約１０分の１以下
の酸素量しか得られないことになる。この点からこの様
な材料を用いる場合薄膜化技術が非常に重要になってく
る。

そこで我々はこの材料に関して薄膜化の実験を行ない気
体透過膜への応用を検討した。その結果ポリ−４−メチ
ルペンテン−１は溶剤への溶解性が悪くきわめて成膜性
が悪いことがわかっ几。ま友ポリブタジェンの場合は非
常に成膜性が良好であることがわかった。しかし両者の
場合その気体の分離性は優れるが非常に透過性が悪くそ
れぞれの酸素透過流量は多孔質ポリプロピレンを支持体
として製膜した場合、前者が８，６８　Ｘｌ　０　００
／にｄＩＩｓｅｃＩＩＣｍＨｇで後者は６，２ＱＸ１０
−５０物・冨”ＣｍＨｇであった。そして気体分離性は
酸素と窒素でそれぞれ約３．７と約３．０であった。こ
の透過流量の値から有効膜厚を計算すると両者とも約０
．３μｍとなり比較的厚くなってしまう。

この様に膜厚が厚くなる原因としては第１図に示すよう
に膜材料１が支持体２の孔３内へ含浸する現象が生じて
いるものと思われる。つまシガラス転移温度Ｔｇが常温
以下にある工うな高分子では常温で膜が屈曲性に富むた
め膜上面より圧力が加わると第１図に示すように支持体
孔３内への含浸が生じ結果的に膜厚が厚くなってしまう
ものと思われる。　。

すなわち、Ｔｇが常温以下である高分子は常温において
屈曲性に富むため、仮にラングミュア法によシ水面上で
高分子薄膜が形成できても、多孔質支持体２上に引き上
げると膜材料１は支持体孔３中へ入り込んでしまい、高
分子は第１図に示すような状態になる。従がって膜厚が
厚くなり気体透過流量は非常に小さくなってしまう。

発明の目的 本発明はこのような欠点を克服し、気体透過性に優れ、
かつ分離性も良い選択気体透過性膜を得ることを目的と
する。

発明の構成 本発明はＴｇが常温以下の高分子材料の層と支持体との
間に水面上で皮膜形成可能な高気体透過性のポリオルガ
ノシロキサン層を挿入して複合膜化した選択気体透過性
複合膜である。

実施例の説明 以下本発明を実施例について図面とともに詳細に説明す
る。

第２図は本発明による選択気体透過性複合膜の実施例を
示す。図において、１はＴｇが常温以下で、気体分離性
は比較的よいが、気体透過性の悪い高分子材料より成る
薄膜である。高分子材料としては、ポリプデン、ポリペ
ンテン、ポリメチルペンテン、ポリヘキセン、ポリメチ
ルヘキサンで示されるポリオレフィンおよびポリブタジ
ェン。

ポリインプレンで示されるジエンポリマーから成る群よ
シ選ばれた少なくとも１種のポリマーが使用される。２
は多孔質支持体で、多孔質ポリプロピレンなどが使用さ
れる。３は多孔質支持体２の孔、４は成膜性に優れ、水
面上で皮膜形成可能な高気体透過性のポリオルガノシロ
キサン層である。

本実施例に適するポリオルガノシロキサン層４としては
水面上に皮膜形成可能であり、かつ高気体透過性を有す
るものでなければならない。水面上への皮膜形成能がな
いと、支持体２の支持体孔３中深く浸透されてしまい、
結果として膜厚が厚くなり、高気体分離性と高気体透過
性とを同時に満足させることはできない。つまり本実施
例では水面上での皮膜形成能を有するポリオルガノシロ
キサン層４を、Ｔｇが常温以下である高分子膜１と多孔
質支持体２との間に設ける際に、ポリオルガノシロキサ
ン層４の多孔質支持体孔３への侵入を極力抑さえるよう
に水面展開法で形成することにより、Ｔｇが常温以下で
ある高分子膜１を非常に薄く構成でき、高気体分離性を
維持したまま、気体透過性を高めることができる。

水面上で皮膜形成可能な高気体透過性のポリオルガノシ
ロキサン層２としてはポリジメチルシロキサンが最も高
気体透過性であシ、本発明の複合膜に好適な材料である
。しかしポリジメチルシロキサンの分子量が小さい場合
はオイル状の形態を成し、複合膜化した場合多孔質支持
体２の孔３中に含浸されてしまい極端に膜厚が厚くなシ
ネ適である。また複合膜化されても膜への応力（圧力）
の印加により低分子量物質はその流動性のため支持体孔
３の外へ排出されてしまい、膜特性の劣化を招いてしま
う。この様な流動性は分子量に大きく依存する。従って
本実施例のポリジメチルシロキサン層４に適する分子量
としては５０，０００以上好ましくは１０ＱＯＯＯ以上
のものがオイル状ではなくゴム状を程し、かつ水面上で
の皮膜形成も可能となυ本発明の選択気体透過性複合膜
に好適な材料である。ゴム状になったポリジメチルシロ
キサンは多孔質支持体の孔上に積層された状態で応力が
加わっても、低分子のような流動性が押えられるため膜
特性の劣化を殆んど生じない。

以下具体的な実施例について説明する。

〈実施例１〉 水面上で皮膜形成可能な高透過性の高分子としてポリジ
メチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（平均分子量的２００，
０００）ｅ使用し、Ｔｇが常温以下である高分子として
ポリブタジェン（日本合成ゴム（株）ＲＢ−８１０）を
用い、それぞれ２〜４重量％ベンゼン溶液を調整後ラン
グミュア法により水面上に各高分子膜を展開した。支持
体は多孔質ポリプロピレン（ポリプラスチック社製ジュ
ラガード２４００）’ｉ使用した。それぞれの高分子膜
をポリジメチルシロキサン、ポリブタジェンの順で支持
体上にすぐい上げて複合膜を作成した。

この複合膜の気体透過特性を第３図ａに示す。第３図ａ
に示すようにこの複合膜の気体透過特性は非常にすぐれ
、酸素透過流量が８Ｘ　１０−’　００　／ａｎ’・富
・ｃｍＨｇで酸素と窒素の分離比は約３．０であった。

第３図すはポリジメチルシロキサンを使用せずブタジェ
ン（日本合成ゴム（株）ＲＢ−８１０）のみを実施例１
と同様の方法で支持体にすくい上げ念ときの特性であり
、従来例のものである。同図かられかるように、ポリブ
タジェンだけの場合は酸素透過量が非常に小さく２，５
　Ｘ　１０−’　ｃｃ／ａｎ”・玄・ｃｍＨｇである。

　したがって実施例１に示した本発明による複合膜はポ
リブタジェンだけの場合に比して酸素透過量が約３倍に
上昇する。

以上の実施例では、ガラス転移温度Ｔｇが常温以下の高
分子としてポリブタジェンのみを示し念が、前述したそ
の他の高分子を利用した場合も全く同様である。

以上のような構成の複合膜は、燃焼機器、医療用、内燃
機関、廃棄物処理等に利用できる。

発明の効果 以上のように本発明はＴｇが常温以下にある高分子層と
多孔質支持体との間に、水面上で皮膜形成能を有する高
気体透過性のポリオルガノシロキサン層を設は複合化し
た選択気体透過性複合膜であシ、Ｔｇが常温以下である
高分子だけの膜特性に比較して気体分離性は高いまま変
化せず３〜６倍の気体透過性をもつ選択気体透過性複合
膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の選択気体透過性膜の構造を示す断面図、
第２図は本発明の一実施例における選択気体透過性複合
膜を示す断面図、第３図は従来例および本発明による選
択気体透過性膜の酸素窒素分離比−酸素透過流量特性図
である。 １・・・・・・Ｔｇが常温以下の高分子膜、２・・・・
・・支持体、３・・・・・・支持体孔、４・・・・・・
水面上で皮膜形成可能なポリオルガノシロキサ／層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス転移温度が常温以下である高分子膜と多孔
   質支持体との間に、水面上で皮膜形成可能な高気体透過
   性のポリオルガノシロキサン層を介在させたことを特徴
   とする選択気体透過性複合膜。
2. （２）水面上で皮膜形成可能な高気体透過性のポリオル
   ガノシロキサン層が、高分子量を有するポリジメチルシ
   ロキサン層であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の選択気体透過性複合膜。
3. （３）ポリジメチルシロキサンの分子量が５０，０００
   以上であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の選択気体透過性複合膜。
4. （４）ガラス転移温度が常温以下である高分子がポリブ
   テン、ポリペンテン、ポリメチルペンテン、ポリヘキサ
   ン、ポリメチルヘキサンで示されるポリオレフィンおよ
   びポリブタジエン、ポリイソプレンで示されるジエンポ
   リマーから成る群より選ばれた少なくとも１種のポリマ
   ーである特許請求の範囲第１項記載の選択気体透過性複
   合膜。