JPH02501988A - 内部弁別区域をもつ半透膜 - Google Patents
内部弁別区域をもつ半透膜Info
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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】
内部弁別区域をもつ半透膜
本発明は一種以上のガスを他の一種以上のガスから分離するのに有用な新規な半
透膜に関する。
種々の工業において、ガス流の中の1つの成分を別の成分から分離することが必
要であるか又は非常に好ましい。このような分離を行なうために使用する方法と
して圧力揺動吸収、寒剤および膜分離がある。膜分離において、分離すべき成分
を含むガス流を膜と接触させ、腹が2つの区域を、膜を通って浸透する物質のみ
が一区域から他区域に連通するように1分離する。このような膜はガス混合物中
の一種以上の成分がガス流中の他の一種以上の成分よりも高い速度で膜中を選択
的に浸透するという点において半浸透性である。このような分離の中には、窒素
からの酸素の分離、およびメタンからの二酸化炭素の分離がある。ガス状混合物
は、選択浸透性の種が優先的に膜中を通って他区域に送られるように、膜と接触
せしめられる。選択浸透性でない成分は選択浸透性の種よりもずっと遅い速度で
膜中を浸透する。ガス状の種を分離するか、浸透性ガスが浸透する区域における
選択性の劣る浸透した種の濃度を減少させるか、あるいは浸透性ガスが浸透しよ
うとする区域中の選択性の高い浸透したガスの濃度を低下させるために使用する
のはこの浸透速度の相違である。
このような分離において、浸透の相対速度、すなわち特表平’2−501988
(5)
選択浸透性ガスと非選択浸透性ガスとの間の浸透速度の差は達成される分離の主
要因子である。選択浸透性ガスと非選択浸透性ガスとの浸透比が高いほど、膜の
性能は良い。それ故、できるだけ高い比をもつことが望ましい。
膜の別の重要な性質は膜を通るガスの浸透度である。
浸透度が低すぎると、膜は分離を経済的にするに足る十分な膜中の流れを提供し
えない。膜分離のいくつかの有力な候補は良好な分離係数を与えるが、密な膜の
ために浸透度は小さい。フラックス(Flux )は単位面積および単位時間当
りの特定の膜を通るガスの容量流であり、膜の生産性を示す。分離係数は選択浸
透性の種と非選択浸透性の種との浸透度の比である。膜を通る浸透性ガスの流量
を改良するために使用する1つの技術はそのようなポリマーから非対称膜を作る
ことである。非対称膜は分離の行なわれる薄い稠密区域と、多孔質で抵抗が殆ん
どなしにガスが通過し且つ薄い稠密層の支持体を提供する大きな区域とをもつ膜
から成る。多孔質層は膜の構造的一体性を与え薄い稠密層を支持するので、弁別
区域は固体の又は均質な膜がありうるよりもずっと薄い。この薄い稠密層は膜の
一面に配置される。良好な分離係数と浸透度をもつ非対称膜の製造は困難な化学
および技術ので、この薄い稠密層は取扱いによる損傷を受けるか又は汚染物への
露出を受ける。この損傷は膜の洩れをもたらすことがあり、膜をガスの分離に有
効でないものkすることがありうる。
現在は、アセテートエステルたとえばセルロース・ジアセテートおよびセルロー
ス・トリアセテート;ポリアミド:ポリイミド:およびポリオレフィンたとえば
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−4−メチルペンテン−1;から誇導され
る膜がガス分離用に使用されている。
最近には、ビスフェノール基材のポリカーボネートおよびポリエステルカーボネ
ート(該ビスフェノール部分)少なくとも25重量%はテトラハロゲン化されて
おり、該ハロゲンはCtまたはBrである)が窒素からの酸素の分離についてす
ぐれた分離係数を示すが、稠密形体において低い7ラツクスを示すことが発見さ
れた。
必要とされているのは、良好な分離係数とフラックスをもつ、1種以上のガスを
他の1m以上のガスから分離しうる区域を備えた膜である。更に必要とされてい
るのは、取扱いによる損傷または汚染物への露出を受けない、上記のような区域
をもつ膜である。更に必要とされているのは良好な物性を示す膜である。
本発明は2つの多孔質面をもつポリマーマトリックスと1糧以上のガスを他の1
種以上のガスから分離する機能をもつ区域とから成る半透膜にある。
本発明の膜はすぐれた分離係数と7ラツクスを示す。
このような膜は分離に悪影響を及ぼす取扱いによる損傷および内部区域による汚
染物への露出の傾向が少ない。
多孔質面がこのような区域を保護する機能をもつからである。
本発明は、ビスフェノール部分の少なくとも25重量%がテトラハロゲン化され
ており、該ハロゲンがCtまたはBrであるビスフェノール基材ポリカーボネー
トの半透膜の製造に有用な組成物であって、該組成物が(1)ビスフェノール部
分の少なくとも25重量−がテトラハロゲン化されており、該ハロゲンがCtま
たはnrであるビスフェノール基材ポリカーボネート、(墓)このようなポリカ
ーボネート用の溶媒、および(2)このようなポリカーボネート用の非溶媒から
成ることを特徴とする半透膜製造に有用な組成物を包含する。この組成物は窒素
から酸素を分離しうる弁別区域を備えた膜を製造する膜の押出しに有用である。
本発明の組成物は、すぐれた物性、酸素と窒素の良好な分離係数、およびすぐれ
た7ラツクスを有する膜の製造を可能にする。
本発明は、ビスフェノール部分の少なくとも25重量−がテトラハロゲン化され
ており該ハロゲンがCtまたはBrであるビスフェノール基材ポリカーボネート
から成る半透膜を製造する方法およびこのような方法によって製造された膜に関
する。この方法は(1)ビスフェノール部分の少なくとも25重量−がテトラハ
ロゲン化されており該ハロゲンがCtまたはBrであるビスフェノール基材ポリ
カーボネート、(l)このようなポリカーボネート用の溶媒、および(1)この
ようなポリカーボネート用の非溶媒、から成る混合物であって該混合物が均一で
ある温度において押出しを可能にするに十分な粘度をもつ混合物を製造し;この
混合物をそれが均一な流体であり押出し可能な温度に加熱し;この加熱混合物を
膜の用途に好適な形状に押出し:生成した膜を急冷帯域に通して該帯域内で該混
合物を相分離させ:そして溶媒および非溶媒の大部分を生成膜から除(ことから
一般に成り、そして生成した膜は窒素から酸素を分離しうる弁別区域をもつPO
WADIR膜である。
本発明の別の面は本発明の方法によって製造した膜にある。
本発明の方法はすぐれた分離係数と7ラツクスをもつPOWARrRgを製造す
る。このような膜はすぐれた機械的および熱的性質をもつ。
本発明の膜は2つの多孔質面をもつ。更に詳しくはこの膜は、膜の表面において
出発して膜中に若干の距離だけ続く2つの多孔質区域をもつ。このような多孔質
区域は所望のガスを多くの抵抗なしに該区域に通して分離させることができる。
表面上の孔は十分に大きくて抵抗なしにガスを該孔中に自由に通す。好ましくは
表面上の孔態様において、内面は好ましくは約250〜約IQOOO人の孔をも
ち、そして外面は好ましくは250〜4000ムの孔をもつ。
本発明の膜は膜の両面に1すなわち中空繊維の外面と内面の双方に多孔質層をも
ち、内部区域が弁別性であるか又はあたかも稠密でかの如き機能をもつ。すなわ
ち浸透物は、膜の非孔質もしくは稠密な区域中に又はそこを通って浸透すること
なしには、膜の一面から他面に横断することはできない。このような弁別区域は
非連続的な有孔性の区域でありうる。この膜の中空形体の1つの態様において、
非連続的な有孔性の区域は繊維の内腔付近に配置される。
本発明の重要な特徴は、このような膜がL種以上のガスを他の18i以上のガス
から分離する機能を果すことである。好ましくはこのような膜は膜に接触する1
81以上のガスを膜に接触する他の1種以上のガスから分離する機能を果す内部
区域をもつ。この区域は稠密区域、非連続有孔性区域、または密閉セル発泡体に
似た区域でありうる。
本発明の膜は1種以上のガスを他の1種以上のガスよりも速い速度でその嵩ばっ
た層を通す固有の性質をもつ任意のポリマー層から製造することができる。当業
者はポリマー材料が好適であることを認識するであろ5゜好ましいボリマニ材料
はポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド
およびポリオレフィンを包含する。更に好ましいポリマー材料はポリエステル、
ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートである。更になお好ましいポ
リマー材料はポリカーボネートである。更に好ましいポリエステルカーボネート
は、ポリマーの骨格中のビスフェノール部分の少なくとも25−がテトラハロゲ
ン化されており且つ故ハロゲンが塩素または臭素であるビスフェノールから誘導
されたものである。本発明に有用なポリマーは該ポリマーが使用条件に耐えるに
十分な強度をもつ膜を形成する程度に重合されるべきである。
これらの膜は任意の有用な膜の形体に、たとえば平らなシート、中空繊維、また
は中空管状に製作することができる。好ましい形体は中空繊維の形体である。こ
れらの膜は任意の形体の膜装置において、たとえば中空繊維装置、中空管装置、
らせん巻き装置、およびプレートと枠の装置において使用することができる。
本発明の膜は分離しうるガス流中の成分を分離するのに使用することができる。
このような分離は当業者に周知である。好ましい分離には窒素からの酸素の分離
、メタンからの窒素の分離、軽質炭化水素特にメタンからの二酸化炭素の分離、
および軽質炭化水素のようなガスからのヘリウムおよび水素の分離がある。好ま
しい分離は窒素からの酸素の分離である。
本発明の膜は次の方法によって製造することができる。
ポリマー材料、ポリマー材料用の溶媒およびポリマー材料用の非溶媒から成る混
合物を製造する。このような混合物は押出し温度において均一であるのが好まし
い。この混合物は膜が生成されるまでその一体性を保つよ5十分に粘稠であるべ
きである。この混合物は一層混合物と二層混合物との界境界に近いものであるの
が好ましい。
それ故、諸成分の濃度は混合物が境界に近いようにえらぶべきである。非溶媒の
濃度が低すぎると、弁別区域は膜の一面に生成する。非溶媒の濃度が高すぎると
、混合物は均一ではなく膜は膜中を連通する孔をもつ。ポリ。
−濃度は、混合物が押出し条件下で押出されてその形状を保持するに十分に粘稠
であるように1高濃度であるべきである。ポIJ 、−濃度が高すぎると、弁別
区域は厚くなりすぎて孔は小さくなりすぎ、生成膜を通る7ラツクスが減少する
。混合物は押出し温度Kまたはそれを越える温度に加熱する。押出し温度は、混
合物が押出しに十分な粘度をもち、急冷帯域の条件に露出するとき材料の相逆転
を促進するような温度である。ポリマー混合物を所望形状のダイを通して1つ以
上の急冷帯域に押出す。
急冷帯域の1つは該溶媒と非溶媒に対して溶媒でありポリマー材料中に非常に小
さい溶解度をもつ液を含んでいる。この方法は、ポリマー混合物が急冷帯域の1
つ又はそれ以上において相逆転を受けて溶媒と非溶媒とに富む相が生成し、溶媒
と非溶媒が両相から除かれるような条件下で行なわれる。
本発明に有用な好ましいポリカーボネートは、ポリカーボネートの製造に使用す
るビスフェノールがテトラハロ置換されており、更に好ましくは該テトラハロ置
換基が芳香環もしくはフェノール性環の45−位に見出されルヒスフェノール、
から誘導される。テトラハロビスフェノールの残基のかなりな部分の存在はそこ
から製造される膜の性質を増強する。MK詳しくは、このような膜は酸素/窒素
、水素/メタン、および二酸化炭素/メタンに関する増大した分離係数をもつ。
更に好ましくは、本発明に有用なポリカーボネートは下記の式■に相当する骨格
をもつポリマーから成る。
Rはそれぞれの場合に独立KTI、 CL、 Br、またはC1〜C4アルキル
であり:R1はカーボニル、−5−1−SO,−1−o−5c、−wCsの2価
炭化水素基、C,−C,の2価ハロゲン化炭素基、または不活性置換C,−c、
炭化水素基である。ただし式I中のどスフエノール部分の少なくとも25重量%
は独占的にBr、 C1またはそれらの混合物であるR基を有する。
好ましくは、ポリカーボネート骨格中のビスフェノール部分の少なくとも35重
量%は独占的に臭素、塩素またはそれらの混合物であるR基をもつ。更に好まし
くは、該骨格中のビスフェノール部分の少なくとも50重量−は独占的に臭素、
塩素またはそれらの混合物であるR基をもつ。更になお好ましくは、ポリカーボ
ネート中のビスフェノール部分の少なくとも75重量%は独占的に臭素、塩素ま
たはそれらの混合物であるR基をもつ。更になお好ましくは、ポリカーボネート
はRが独占的に臭素、塩素またはそれらの混合物であるとスフエノールから誘導
される。ポリカーボネートがテトラクロロビスフェノールから製造される態様に
おいて、ポリカーボネート骨格)!?)ラクロロビスフェノールから誘導された
単位を約90重量以上、更に好ましくは95重量%、そして最も好ましくは10
0重量%含むのが好ましい。臭素はここでの好ましいハロゲンである。独占的に
BrまたはUであるR基をもつ好ましいビスフェノールの例は22−ビス−(C
5−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)−フロパンおよヒ2.2−ビス(′45
−クロロー4−ヒドロキシフェニル)であり、42−ビス(C5−ブロモー4−
ヒドロキシフェニル)−プロパンが好ましい。好ましくは、ハロゲンでないR基
はメチルまたは水素であり、最も好ましくは水素である。
前記の式Iにおいて、Rは好ましくは塩素、臭素、水素または01〜4フルキル
であり、更に好ましくは塩素、臭素、水素またはメチルであり、更になお好まし
くは塩素および臭素であり、そして最も好ましくは臭素である。
Blは好ましくは01−6の2価の炭化水素であり、更に好ましくはC□〜、ア
ルキリデン部分であり、更になお好ましくはイソプロピリデン部分である。
本発明に有用なポリカーボネートは膜の生成にとって好適な性質をもつポリカー
ボネートを製造する白菜技術において知られている任意の方法によって製造する
ととができる。Encyclopedia of Polymer 5cien
ce &Technology Cm業者マークら:米国ニューヨーク州ニュー
百−りのジョン・ワイリイ・アンド・サンズのインターサイエンス・ディビジョ
ン、1969年刊行〕第10巻第714〜725頁参照。本発明に有用なポリマ
ーは、該ポリマーが使用条件に耐えるに十分な機械的強度をもつ膜を作る程度に
重合させるべきである。
1つの好ましい態様において、ハロゲン化ビスフェノール基材ポリカーボネート
展は次の諸工程から成る方法によって製造される。
■ 次の(1)、(1)および(紛から成る混合物を製造する;(1) ビスフ
ェノール部分の少なくとも25重量−がテトラハロゲン化されており該ハロゲン
が塩素または臭素であるビスフェノールポリカーボネート、(I) 該ポリカー
ボネート用の溶媒であって、弐R”O−(CFbCH* O)r −R” (R
” ハl f ” t タit 工f ” ”t’あり、rは約1〜20の整数
である〕に相当するグリコールエーテル:ジアルキルケトン〔ただし骸アルキル
基は独立にメチルまたはエチルである〕:窒素原子上でアルキル、ホルミルまた
はアルカノイル部−c、aw4アルキル、N−C,〜、シクロアルキル、マたは
N −C,〜□。のアルールもしくはアルカリール置換のピロリジノン:C1〜
4アルコキシカーボール、ホルミル、ニトロ、またはハロ置換のベンゼン:テト
ラヒドロフラン:ジメチルホルムアミド:シクロヘキサノン;N、N−ジメチル
アセトアミド;アセトフェノン:カプロ2クトン;メチレンクロ2イド:スルホ
ラン:シクロヘキシルアセテート:λm+43−テトラメチル尿素;イソホロン
;1−ホルミル−ピペリジン;メチルサリチレート;ヘギサメチルホスホルアミ
ド:7二二ルエーテル:マたハフロモナフタレンから成る溶媒、および
(6)該ポリカーボネート用の非溶媒であって、弐R’O−(CHsCHzO)
q−R’ (R’はそれぞれの場合に独立に水素または01〜4アルキルであり
、qは約1〜約250の整数である〕に相当するグリコールまたはグリコールエ
ーテル;式RICOOR’ (R1は水素または01〜□、アルキルであり、R
・はC8〜1゜アルキルである〕に相当するエステル;C1〜□。アルカノール
:非置換のシクロヘキサン、またはアルキル、シクロアルキルもしくはパーフル
オロアルキル部分で置換されたシクロヘキサン; cs−toアルカン;ジアル
キルケトン〔ただ、シクアルキル部分の少なくとも1つはCsまたはそれ以上で
ある〕;式R’C0NHR” (ただしR1は水素またはC1〜1゜アルキルで
あり、PはC□〜□。アルキルである〕に相当するアミドニア七チルもしくはC
8−1゜アルキルニトリル;アセトン;C1〜1.アルキルアルデヒド;トリア
ルキルアミン;エトロメタン:トリアルキルオルノホーメート:ジアセトンアル
コール:ジメチルマロネート;デカヒドロナフタレン;ナト2ヒドロナフタレン
;マロノニトリル:ジシクロヘキシA/:エチレンカーボネート:スルホラノ:
アルキルもしくはシクロアルキル置換ベンゼン:または水から成る非溶媒:体)
上記の混合物を該混合物が均一流体を形成して押出し可能になる温度に加熱する
:
(C) この加熱した混合物を膜用途に好適な形状に押出しする;そして
(ロ)生成した膜を1つ又はそれ以上の急冷帯域に通し、該帯域中で混合物相を
分離させ、そして#溶媒および非溶媒の大部分を生成膜から除く:ただしこのよ
うな急冷帯域の1つはポリカーボネーHC非常に低い溶解度をもつ液体を含み、
且つ生成した腹は多孔質の外面と内面ならびに窒素から酸素を分離し5る弁別区
域をもつものである。
ポリカーボネート混合物は膜として有用な任意の形状に押出すことができる。こ
のような形状には平らなシート、中空管、および中!2!繊維がある。最も好ま
しい形状は中空繊維の形状である。この好ましい形状のものを製造するための方
法は次のように記述することができる。
中空繊維膜についてのこの製造法の記述は一本の繊維について言及しているが、
この方法は一時に一本の繊維について行なうこともできるが、また多数の繊維を
同時製造につい【も行なうことができる。事実、はとんどの中空繊維製造法は若
干本の繊維を同時に製造し処理することを包含している。次の記述は1本の繊維
または多数の繊維を同時に製造し処理することを含むものと理解されるであろう
。
次の諸工程から成ることを特徴とするテトラハロゲン化ビスフェノールポリカー
ボネートから成る中空繊維の製造法:
(4)次の(+)、 (1)および(荀から成る混合物であって混合物が均一で
ある温度において押出しを可能にするに十分な粘度をもつ混合物を製造する:
(1) ビスフェノール部分の少な(とも25重量−がテトラハロゲン化されて
おり且つ該ハロゲンが塩素または臭素であるビスフェノールポリカーボネート、
(1) 前記のようなポリカーボネート用の溶媒、および([) 前記のような
ポリカーボネート用の非溶媒:ω) 上記の混合物を該混合物が均一流体を形成
して押出し可能になる温度に加熱する;
(6)この加熱した混合物を中空繊維の形体に押出しする;そして
(2)生成した中空繊維を1つ又はそれ以上の急冷帯域に通し、該帯域中で混合
物相を分離させ、そして繊維がつぶれるのを防ぐに十分な条件下で繊維の中空コ
アからコア流体をT1に通過させながら該溶媒と非溶媒の大部分を生成繊維から
除く:ただしこのような急冷帯域の1つはポリカーボネートに非常に低い溶解度
をもつ液体な含み、且つ生成した繊維は多孔質の外面と内面ならびに窒素から酸
素を分離しうる弁別区域をもつものである。
好ましくは、ポリマー/潴媒/非浴媒の混合物はコアの流体がガスである場合の
態様において押出し温度でIQOOO〜20QOOOボイズ更に好ましくは約3
へ000〜451000ボイズの粘度をもつ。と5.′に述べる粘度は毎秒1ラ
ジアンの周波数で82℃でとった粘弾性(rheometric )測定にもと
づくものである。好ましくは、膜を作るのく使用するポリw−はloQOOO以
上、更に好ましくはl0QOOO〜30QOOOの分子量(Mw )をもつ。
弁別区域とは1m以上のガスを他の1種以上のガスから分離する機能をもち且つ
非孔質区域または非孔質区域の均等物、たとえば非連続性有孔性区域、でありさ
る区域をいう。こへで使用する「均一流体」とは鎖成分の混合物であり且つ一層
にある流体をいう。押出しとはポリマー混合物の流体をダイに通して該流体を所
望の形成にすることをいう。こ〜で使用する「押出し可能な」とは所望の形状を
作り且つ生成した物質がひとたび成形したらその形状を保持しうるように押出し
することのできる物質についてい5゜とへに使用する「急冷」とはポリマー混合
物が部分的に又は完全に相分離を受けるような条件にポリマー混合物を露出させ
ることをいう。「相分離」とはポリマー混合物がポリマーに富む相と溶媒/非#
媒に富む相とへの分離を受ける現象をいう。こ3.に使用する「浸出」とは捕捉
された溶媒/非溶媒の流体がポリマーに富む相から除かれる現像をいう。
押出されて本発明の膜を形成するポリマー混合物は前述のポリカーボネート、該
カーボネート用の溶媒、および該カーボネート用の非溶媒から成る。溶媒は押出
しに使用する温度においてポリマーと非溶媒を溶解して均一溶液となしそれによ
って混合物を押出し5るよ5にする機能をもつ。非溶媒は混合物が急冷帯域中で
相分離を受ゆるときポリマー中に孔を形成させるのを助ける機能をもつ。
任意の第4成分である溶解性媒質はポリマー混合物に加えて均一混合物の生成を
助けることができる。溶解性媒質を使用して溶媒/非溶媒の混合物へのポリマー
の溶解を増強させうる。通常は、溶解性媒質は押出し前に普通にはフラッシュ拳
オフによって混合物から除かれる。
溶媒は膜を生成させようとするポリマー用の、且つポリマーを十分に溶解させて
押出し温度において押出し可能であるに十分な粘稠性の溶液を形成する、任意の
溶媒でありうる。使用する溶媒の量は、使用するポリマー、使用する非溶媒、膜
の所望の性質、および繊維を急冷する温度に応じて変わる。
ポリマーがテトラハロ置換とスフエノール基材ポリカーボネートである1つの態
様において、次の?!媒が好ましい。ポリカーボネート用溶媒として有用な式R
” O−(CTl雪C’Hs O) r −R” に相当するグリコールエーテ
ル〔式中 BSはメチルまたはエチルであり、rは1〜20の整数である〕。好
ましくはrは1−1Oの整数であり、更に好ましくは1〜4であり、最も好まし
くはBsがメチルであるときrは1−4であり且つR3がエチルであるときrは
2〜4である。このようなグリコールエーテルの例としてエチレングリコールジ
メチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、およびビス(2−メ
トキシエチルエーテル)があげられる。ポリカーボネート用溶媒として有用な好
ましいジアルキルケトンとしてジメチルケトン、ジエチルケトン、およびメチル
エチルケトンがあげられる。好ましい置換そルホリンは窒」1吐に置換されたC
享〜I11アルキル、ホルミル、またはC1〜loアル力ノイル部分をもつもの
であり、最も好 “ましいりは窒素原子上に置換されたCl−4アルキル、ホル
ミル、または01〜4フル力ツイル部分をもつものである。置換モルホリンとし
てN−ホルミルモルホリンおよびN−エチルモルホリンがあげられる。溶媒とし
て有用な好ましいピロリジノンとしてピロリジノン、N−メチルピロリジノン、
N−エチルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N−ベンジルピロ
リジノン、およびN−フェニルピロリジノンがあげられるが、更に好ましくはN
−メチルピロリジノ/およびN−エテルピロリジンであり、最も好ましくはN−
メチルピロリジノンである。こ工に使用するピロリジノンなる用語はピロリジノ
ンおよびピロリドンとして命名されている化合物ないう。ポリカーボネート用溶
媒として有用な好ましい置換ベンゼンは式
に相当する;ただし式中のR″はC1〜4アルコキシカーlニル、ニトロ、ハロ
、またはホルミル部分であり、bは1〜6の整数であるが、R”がアルコキシカ
ーポニルであるときbは1である。好ましいハロゲンは塩素および臭素であり、
塩素が最も好ましい。好ましくはbは1〜3である。溶媒として有用な置換ベン
ゼンの例としてクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンズアルデヒド、ニトロ
ベンゼン、エチルベンゾエート、メチルベンゾエート、およびR2,4−)ジク
ロロベンゼンがあケラれる。
好ましい溶媒はN−メチルピロリジノン、テトラヒドロ72ン、エチレングリコ
ールジメチルエーテル、ジエチルケトン、N−エチルモルホリン、ジメチルホル
ムアミド、シクロヘキサノン、ビス(2−メトキシエチルエーテル)、N、N−
ジメチルア七ドアミド、アセトフェノン、メチレンクロライド、またはスルホラ
ンから成る。更に好ましい溶媒はN−メチルピロリジノン、エチレングリコール
ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル、アセトフェノン、メチレンクロライド、またはシクロヘキサノンを包含する
。
非溶媒は押出し温度において膜を製造しよ5とするポリ!−を実質的に溶解しな
い、溶媒に可溶であり、そして紡糸混合物を急冷帯域に押出すときにポリマーに
富む相に孔を生成させるのを助ける任意の化合物でありうる。
使用する非溶媒の量は、使用するポリマー、使用する溶媒、膜の所望の性質、お
よび繊維の急冷法に応じて変わる。それぞれのポリマーに有用な特定の非溶媒は
当業者にとって周知であるか、あるいは当業者によって容易に確かめることがで
きる。
次の非溶媒がポリカーボネートにとって好ましい。式R’O−(CH,CHHO
2、−R’ に相当するグリコールおよびグリコールエーテル;ただし式中のR
4はそれぞれの場合に独立に水素またはC□〜4フルキルであり、qは1〜25
0の整数である。好ましくはR4は水素である。好ましくはqは2〜100、更
に好ましくは3〜60、最も好ましくは3〜15の整数である。好ましいグリコ
ールおよびグリコールエーテルの例として2−エトキシエタノール、1450ま
での分子量をもつポリエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテルがあげられる。非溶媒と
して有用なエステルは式R@C0OR’に相当する:ただし式中011は水素ま
たはCX−11フルキルであり、R6はC□〜1゜アルキルである。好ましくは
BSは水素またはC1〜4アルキルであり、R6はC□〜4アルキルである。最
も好ましくはR6はエチルまたはメチルである。好ましいエステルの例としてメ
チルホーメート、エチルホーメート、メチルアセテート、n−オクチルアセテー
ト、メチルラウレート、メチルミリステート、ブチルステアレート、およびメチ
ルステアレートがあげられる。非溶媒として有用な好ましいアルカノールとして
メタノール、エタノール、2−プロパツール、およびl−ヘキサノールがあげら
れる。非溶媒として有用な好ましいシクロヘキサン類として非置換の又はC□〜
1゜アルキル、C3〜1゜シクロアルキルまたは01〜4パ一フルオロアルキル
部分で置換されたものがあげられる。非溶媒として有用な最も好ましいシクロヘ
キサ/は非置換のまたはC1〜4アルキル、Cs−,シクロアルキルまたはトリ
フルオロメチル部分で置換されたものである。このようなシクロヘキサンの例と
してシクロヘキサy、t−ブチルシクロヘキサンおよびジシクロヘキシルがある
。非溶媒として有用な好ましいCs−,。アルカンとしてヘキサン、ドデカン、
およびヘキサデカンがあげられる。ポリカーボネートの非溶媒として有用な好ま
しいジアルキルケトンとしてメチルイソブチルケトンおよびジイノプロビルケト
ンがあげられる。
非溶媒として有用な好ましいアミドは式R’ C0NHRsに相当するアミドで
ある:ただし式中のR7は好ましくは水素またはCX−,アルキルであり、R−
は好ましくはC1゜アルキルである。好ましいアミドの例としてN−メチルホル
ムアミドおよびN−メチルアセトアミドがあげられる。好ましいニトリルはア七
チルおよびC14アルキルニトリルである。好ましいニトリルの例としてアセト
ニトリルおよびプロピオニトリルがあげられる。好ましいアルデヒドはC□〜4
アルキルアルデヒドであり、ブチルアルデヒドが最も好ましい。好ましい置換ベ
ンゼンは次式に相当するホルミル、アルキルおよびシクロアルキル置換ベンゼン
である。
ただし式中のR10はC1〜1゜アルキル、C3〜1゜シクロアルキルまたはホ
ルミルであり、bは前記定義のとおりである。好ましくは、R10はC□〜4ア
ルキル、C1〜、シクロアルキル、またはホルミルである。
ポリカーゴネート用の好ましい非溶媒はトリエチレンクリコール、2−エトキシ
エタノール、ジエチレンクリコールジブチルエーテル、1450までの分子量を
もつポリエチレングリコール、ジエチレンクリコール、ドデカン、ヘキサデカン
、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、パークロロエチレン、ジイソプロピ
ルケトン、イソプロピルケトン、イソプロピルシクロヘキサン、t−メチルシク
ロヘキサン、N−メチルホルムアミド、デシレン、N−メチルア七ドアミド、テ
トラジン、ジシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、ジエチレングリコール
ジブチルエーテル、四塩化炭素、または水を包含する。ポリカーボネート用の更
に好ましい非溶媒は水、ジイソプロピルケトン、テトラエチレングリコールジメ
チルエーテル、ジエチレングリコールシフチルエーテル、ヘキサデカン、ジエチ
レンクリコール、トリエチレングリコール、1450までの分子量をもつポリエ
チレングリコール、2−エトキシエタノール、四塩化炭素、またはドデカンであ
る。ポリカーボネート用の最も好ましい非溶媒はトリエチレングリコール、およ
び400までの分子量をもつポリエチレングリコールである。
これらのうちの若干の化合物は溶媒と非溶媒の双方でありうる。その機能は膜を
!11i造する温度によって定まる。
若干の態様において、可溶化剤を使用して均一ポリマー混合物の生成を助ける。
可溶化剤は均一ポリマー混合物の生成を助ける任意の溶媒でありうる。可溶化剤
は好ましくは、押出し温度および溶媒と非溶媒の沸点より低い沸点をもつ溶媒で
ある。ポリマー混合物は押出し混合より低い温度で生成させることができ、可溶
化剤はこのような温度におい【均一混合物を生成させるのを助ける。
好ましくは可溶化剤は、押出し前にフラッシュ−オフまたは除去される。ポリカ
ーボネート基材混合物用の好ましい可溶化剤として、ハロゲン化炭化水素、環状
および非環状エーテル、およびアルキルケトンがあげられる。
更に好ましい可溶化剤はメチレンクロ2イド、テトラヒドロ7ラン、メチルエチ
ルケトン、ヨク化メチル、およびクロロホルムである。最も好ましい可溶化剤は
メチレンクロライドである。
混合物が高剪断下で又は良好な混合を行ないながら混合され、混合物が均一混合
物の生成直後に押出される態様においては、可溶化剤は使用されない。
ある種の溶媒および非溶媒はポリマー混合物が高温に長時間保持されるときポリ
マーの分解を生ぜしめることがある。溶媒と非溶媒は相溶性であるようくえらぶ
べきである。具体的にいえば、非溶媒は溶媒に可溶でなければならず、そして非
溶媒は溶媒の存在下において急冷ポリリマー中に孔を生成しうるものでなければ
ならない。当業者は多くの場合、この溶媒と非溶媒を1つの溶媒/非溶媒の対と
して記述する。ポリカーボネート用の好ましい溶媒/非溶媒の対として、N−メ
チルピロリジノン/トリエチレングリコール、N−メチルピロリジノン/約14
50までの分子量をもつポリエチレングリコール、エチレングリコールジメチル
エーテル/水、テトラヒドロ7ラン/水、エチレンクリコールジメチルエーテル
/ジイソプロピルケトン、テトラヒドロ7ラン/ジイソプロピルケトン、ジエチ
レングリコールジメチルエーテル/テトラリン、テトラエチレングリコールジメ
チルエーテル/N−メチルア七ドアミド、ア七トフエノ//ジエチレングリコー
ルジブチルエーテル、メチレンクロライド/四塩化炭素、シクロヘキサノン/ド
デカ/、およびアセトフェノン/ヘキサデカンがあげられる。ポリカーボネート
用の更に好ましい溶媒/非溶媒の対はN−メチルピロリジノン/トリエチレング
リコール、シクロヘキサノン/ドデカン、N−メチルピロリジノン/約400ま
での分子量をもつポリエチレングリ;−ル、およびアセトフェノン/ヘキサデカ
ンである。ポリカーボネート用の最も好ましい溶媒/非溶媒の対はN−メチルピ
ロリジノン/トリエチレングリコール、およびN−メチルピロリジノン/約40
0までの分子量をもつポリエチレングリコールである。
ポリマー混合物は押出し温度で押出すことができ本発明の膜を形成する適当量の
ポリマー、溶媒および非溶媒から構成されるべきである。特に、溶液は押出し温
度でのこのような押出しに許容し5る粘度をもつべきである。
粘度の上限は溶液が粘稠すぎて押出しが困難になる粘度である。粘度の下限は繊
維が押出しダイの近傍を去った後にその一体性を失なう温度である。
好ましくは、紡糸用組成物は30〜60重量−のポリマーおよび40〜70重量
%の溶媒/非溶媒合計から成る。更に好ましくは、紡糸用組成物は40〜60重
量%のポリマーおよび40〜60重量−の溶媒/非溶媒合計から成る。ポリマー
がテトラハロゲン化ビスフェノール基材ポリカーボネートである態様において、
紡糸用組成物は更に好ましくは44〜56重量−のボIJ w−および44〜5
6重量−の溶媒/非溶媒混合物から成り、そして最も好ましくは紡糸用組成物は
50〜55重量−のポリマーおよび45〜50重量%の溶媒/非溶媒混合物から
成る。溶媒と非溶媒との比は、使用するポリマー、溶媒および非溶媒ならびに相
互の相対溶解度に応じて変わる。溶媒と非溶媒はα9〜&1、更に好ましくはL
8〜Z7、そして最も好ましくはzO〜24の比で存在する。
押出し前に、混合物を該混合物が均一であり押出しに適当な粘度をもつ温度に加
熱する。予備押出し温度の上限はポリマーがその特定の溶媒と非溶媒の存在下に
有害な劣化を受ける温度である。有害な劣化とはここでは、ポリマー混合物の粘
度が許容し5る膜を生成しうる粘度より十分く低くなるか又はポリマー混合物が
窒素から酸素を分離しうる本発明の膜を作りえなくなるほど十分にポリ!−が劣
化することをいう。膜が中空繊維でありコアがガスである態様において、これは
中空繊維が急冷帯域中でつぶれることを示す。ポリマーがテトラハロ置換ポリカ
ーボネートである態様において、好ましい予備押出し上限温度は200℃以下で
あり、更に好ましくは130℃以下である。この上限値は使用する押出し装置の
8類によってかなり影響を受ける。一般に、組成物の温度と加熱区域中の滞留時
間との間には取引条件が存在する。滞留時間が短いと、ポリマー混合物は高温に
加熱することができる。予備押出し温度の下限値は紡糸溶液の粘度が押出しを可
能にするに足る十分に低い粘度である温度である。ポリマーがテトラハロ置換ポ
リカーボネートである態様において、好ましい下限温度は50℃以上であり、更
に好ましい下限温度は90℃以上である。
一般に、紡糸溶液は予備押出し加熱に関して上記において述べた温度において押
出される。押出し期間中のポリマー混合物の温度が前述の機能上の限界内にある
ならば、押出し温度は予備押出し温度よりもかなり低く、たとえば20℃程度低
くあることができる。
ポリマーは1種以上の急冷帯域に押出される。このような帯域はポリマー混合物
の相分離、大部分の溶媒と非溶媒の除去、および繊維をその最終直径に延伸させ
る帯域の提供を行なう機能をもつ。急冷帯域は1つの帯域またはそれより多い帯
域から成ることができる。このような帯域の少なくとも1つは、膜を生成させよ
うとするポリマーに対して低い溶解度をもつ液体から成る液体帯域でなければな
らない。このような帯域は更に空気急冷帯域、液体急冷帯域またはその組合せを
含むことができる。
1つの態様において、ポリマー混合物を液体急冷帯域に直接に押出し、その後に
1つ以上の追加の液体帯域に通すこともできる。
好ましい態様において、ポリマー混合物を空気急冷帯域に押出し、その後に1つ
以上の液体急冷帯域に通す。
この態様において、ポリマー混合物は一部の溶媒と非溶媒を蒸発により失ない始
め、そしてかなりな量の繊維のドロー・ダウンが空気急冷帯域中で起る。更に2
ポリマー混合物の相分離もそこの帯域中で始まりうる。空気急冷帯域中での温度
と滞留時間は、この帯域中で溶媒の部分的除去があり、ポリマー混合−がこの帯
域中で完全な相分離は受けず、そして繊維はこのプロセス中にかなりなドロー・
ダウンを受けるように十分であるべきである。
空気急冷帯域を出る前にポリマー混合物が完全に相分離すると、かなりな量の溶
媒と非溶媒がポリマー混合物中に捕捉されポリマーから容易に除去しえなくなる
。この空気帯域の温度の上限はポリマーマトリックスがその形状と一体性を保持
するに十分な粘度をそれ以下の温度でもつよ5になる温度である。好ましい上限
温度は90℃以下であり、!II好ましい上限温度は40℃以下であり、最も好
ましい上限温度は25℃以下である。空気急冷帯域の下限温度はそれ以上だと空
気急冷帯域にあるあいだにポリマー混合物が実質的に完全な相分離を受ける温度
である。好ましい下限温度は0℃以上であり、更に好ましい下限温度は10℃以
上であり、最も好ましい下限温度は20℃以上である。前述のように、温度と滞
留時間は相互依存変化性であり、温度が低いほど滞留時間は短く、また温度が高
いほど滞留時間は長く、このようにして空気急冷帯域中で所望の結果が達成され
る。
空気急冷帯域中での滞留時間の好ましい上限値は10秒以下であり、更に好まし
くは6秒以下、最も好ましくは1秒以下である。下限滞留時間は好ましくはα1
秒以上であり、最も好ましくは0.25秒以上である。空気急冷帯域中の環境が
湿潤すぎると、押出し形状の損傷が起る。好ましくは、約24℃での湿度は60
%以下である。
更に好ましい湿度範囲は24℃において30〜60%である。空気急冷帯域のま
わりに覆いを配置して望ましくない空気流による形状の変化をなくすことが望ま
しいことがある。若干の態様において、覆いを冷却して空気急冷帯域中での急冷
をより良い調節を行なうのが望ましいことがある。1つの態様において、押出し
の際の膜にそって向流式におだやかな空気流を通すのが好ましいことがある。
急冷帯域中で許容しうる滞留時間が達成されるならば、押出し速度はこの方法に
とって重要ではない。それ故、遅速度は急冷帯域を含めて装置が許す且つ膜に許
容しうる性質をもたらす限り迅速であることができる。好ましくは、下限の線速
度は50フィート/分またはそれ以上であり150フィート/分またはそれ以上
であるのが好ましい。好ましくは上限速度は1000フイート/分またはそれ以
下であり、500フィート/分またはそれ以下であるのが好ましい。
中空繊維を製造する態様において、コア流体が中空繊維のコアを流れて繊維がつ
ぶれるのを防ぐのが好ましい。
コア流体は繊維がつぶれるのを阻ぎ且つ暎の性質に悪影響を及ぼさない任意の流
体でありうる。コア流体はガスまたは液体であることができ、好ましくはガスで
ある。
好ましい27mガスとして空気、窒素、アルゴン、または膜の性質を増強するガ
スがあげられる。コア流体の圧力は、繊維がつぶれるのを防ぎ且つli!taの
膜の性質に悪影響を及ばさない任意の圧力であることができ、好ましくは水柱α
1−α5インチ、更に好ましくは水柱α25〜α4インチである。
空気急冷帯域から、膜は1種以上の液体急冷浴を通る。
この液体急冷浴において、膜は相分離を完了し、残存している溶媒と非溶媒の大
部分が除かれる。液体急冷浴は、m媒と非溶媒の双方を溶解し且つ膜の性質に悪
影響を及ぼさない任意の液体から成ることができる。更に、急冷帯域に使用する
液体はポリマーに非常に小さい溶解度なもつ。好ましくはこの溶解度は10重量
−以下である。
更に好ましくは、急冷液体はポリマー中に10重量−以下、更になお好ましくは
10重量−以下、最も好ましくはα5重量−以下の溶解度をもつ。好ましい急冷
液体の例として低級アルコール、水、フルオロカーボン、低級脂肪族炭化水素、
またはそれらの混合物があげられる。
テトラハロ置換ビスフェノール基材ポリカーボネート用の好ましい急冷浴液体は
水である。
第1の液体急冷浴を去った後、任意に、膜を他の液体浴中に通すか又は他の液体
浴と接触させることができる。
それぞれの浴の条件の条件は使用する浴の数および他の浴の条件に応じて変わる
。第1の液体急冷浴の条件は他の液体急冷浴を使用するか否かにより変わる。唯
一の浴を使用する場合、条件は繊維がその相分離を完了し、且つ溶媒と非溶媒の
大部分が浴中の繊維から除かれるような条件である。このような事情のもとで、
好ましい上限温度は90℃以下であり、30℃以下が最も好ましい。
好ま−しい上限温度はOC以上であり、20℃以上が更に好ましい。この条件下
での滞留時間は繊維の相分離の完了を可能にし且つ残存する溶媒と非溶媒のかな
りな部分の除去を可能にするに十分であるべきであるう単−浴の滞留時間はプロ
セスの経済性を可能にする限り長くすることができる。このような滞留時間はそ
の滞留時間から有害な影響たとえばバクテリア生育からの損傷が生じない限り長
くすることができる。数日までの滞留時間を使用することができる。好ましくは
滞留時間の上限は30分以下、更に好ましくは10分以下である。好ましくは下
限の滞留時間は2分以上、更に好ましくは5分以上である。
好ましい態様において、2つの液体急冷浴を使用する。
この態様において、第1の急冷浴の急冷温度および滞留時間は、この帯域中でポ
リマー混合物のかなりな相分離をもたらし且つ溶媒と非溶媒の若干を繊維から除
去するに十分であるべきである。下限浴温は該浴の凍結点より上である。一般に
浴温か低いほど浴の機能は良い。浴が水から成る場合、好ましい下限温度は0℃
以上である。
好ましい上限温度は30℃以下であり、更に好ましくは20℃以下、最も好まし
くは10℃以下である。滞留時間の下限は好ましくはα1秒以上であり、更に好
ましくはLO秒以上である。上限の滞留時間は好ましくは600秒以下であり、
更に好ましくは300秒以下であり、更になお好ましくは20秒以下であり、最
も好ましくは2秒以下である。第2の液体急冷浴は残存する溶媒と非溶媒の大部
分を除去する機能を果す。第2の液体急冷浴の条件は浴中に存在する期間中に溶
媒と非溶媒の大部分が除去されるような条件であるべきである。第2の液体急冷
浴の温度は膜からの溶媒と非溶媒の除去を促進させる温度である。上限温度は浴
が液体の状uKとどまるか或いは繊維の性質が悪影響を受けない温度である。下
限温度はそれ以下の温度ではもはや溶媒と非溶媒が許容しうる速度でポリマー混
合物から除去されない温度である。
浴が水から成る最も好ましい態様において、好ましい下限温度は70℃以上であ
り、最も好ましい下限温度は80℃以上である。この態様において、好ましい上
限温度は100℃以下であり、更に好ましい上限温度は90℃である。一般に温
度が低下するにつれて溶媒と非溶媒の同じ除去を達成させるに必要な滞留時間は
長くなる。
繊維が1つ以上の急冷浴から除かれた後に1この繊維は好ましくはL2−以下の
溶媒と非溶媒を含み、更に好ましくはα5重量−未満の溶媒と非溶媒を含む。
1つ以上の液体急冷浴を使用する態様において、第1の液体急冷浴から除いた後
、繊維を1セツトのゴデツト上に通し、そして別の浴に通すか又は取り上げる。
この処理の完了後に、壕維はその繊維に悪影響を及ぼさない液体中に貯蔵するこ
とができる。最も好ましい液体は水である。
膜が中空繊維である態様において、繊維の寸法は合理的な7ラツクスで窒素から
の豪素の良好な分離゛を可能にし且つ繊維を横切る許容し5る圧力低下をもたら
す繊維寸法である。好ましくは、繊維の寸法は約175 X 117(外径OD
X内径!D)ミクロン−約100X65ミクロンであり、約15のOD/ID比
をもつ。膜がテトラノ10置換ビスフェノール基材ポリカーボネートから製造さ
れる態様において、膜は好ましくは6.0以上、更に好ましくは6..5以上、
最も好ましくはa8以上の酸素/窒素分離係数をもつ。好ましくは、このような
膜はλ0×10−’ SCC/crt” ts’F1y sec、またはそれ以
上の、更に好ましくは6. Ox 10−’ SCC/ex” czTly s
ec、またはそれ以上の、そして最も好ましくは& OX 10−’ 8Ce/
ニー菌HtSじ。
またはそれ以上の7ラツクスをもつ。
モジュールの組立て前に、膜を乾燥するのが好ましい。
膜はこれを空気または不活性ガスの流れに露出させることによって乾燥すること
ができる。このような露出は好ましくは約り0℃〜約80℃の温度で行なわれる
。このようなガス流は膜の縦方向に実質的¥C垂直な又は膜の縦方向にそった温
和な流れであることができる。膜が中空繊維の形体にある別の態様において、ガ
スはモジュールの巻きつけ期間中にコアに吹込むことができる。膜を乾燥するの
に使用するガスは膜の孔および内腔から液体を除去するのを助ける実質的に乾燥
した任意のガスでありうる。このようなガスには窒素、アルゴン、および空気が
包含される。
ここに使用する半透膜なる用語は種々の分子種に対して異なった洸透性を示し、
それ故に膜を横切る異なった浸透度をもつイオンおよび分子の分離に使用し5る
膜をいう。ここで使用する浸透物とは他の種よりずっと速い速度で膜中を浸透す
る種をいう。非浸透物とは存在する他の種よりずっと遅い速度で浸透する種をい
う。
好ましくは膜は、約10戸以下、更に好ましくはL5戸以下、最も好ましくはα
5戸以下の有効厚さtもつ密な膜と同様の浸透性を示す。有効厚さとは膜があた
かもそれがこのような厚さの均一な平らな膜であるかのように機能することを意
味する。
本発明の膜は、酸素および窒素を含むガス流を酸素が窒素に比べて膜中を選択的
に浸透するような条件下で本発明の膜と接触させることによって、窒素から酸素
を分離するのに使用することができる。好ましくは膜は、膜の一面にのみ連通す
る空間を形成する容器に密封係合され、膜の他面に接触する浸透性酸素が膜を通
って非連通空間に、窒素が膜に連通もしくは浸透するより着るしく速い速度で、
浸透しうるようにされる。好ましくは、酸素と窒素は空気流の一部である。好ま
しくは、膜の連通面の圧力は40psia(276KPa)−1000psia
(6900KPa )、更に好ましくは80 psia (551KPa)−1
60psia(102KPa)である。酸素/窒素混合流を膜と接触させる温度
は好ましくは10〜80℃、最も好ましくは0〜45℃である。膜を横切る差圧
は好ましくは40psia(276KPa)=1000psia(6900KP
a )、更に好ましくは95psia(655KPa)=160psia(10
02KPa)である。
1つの好ましい態様において、膜は中空繊維の形体にある。膜が中空IIj、維
の形体にあるこの態様において、混合した窒f、/醪素の流れを&貰素が中?!
織繊維ら選択的に浸透し且つ酸素に富む流れが膜のシェル側から取出されるよう
な条件下で、中空綾線の内側の膜と接触させるの力;好ましい。このl!2素に
富む流れは1以上の膜kli次に接触させることによって更KWl素を富化させ
ることができる。あるいはまた、非浸透性の酸素貧化窒素流は1以上の膜に順次
に接触させるととによって更に酸素を貧化させることができる。
以下の実施例は本発男を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定する
ものではない。他に特別の記載のない限り、すべての−および部は重量基準であ
る。これらの実施例のそれぞれにおいて、少なくとも4つの試料を試験して浸透
性を調べた。フラックスおよび分離係数のデータは試料のすべての平均値として
標準偏差を付して示しである。ここに使用する分子量は狭い分子量範囲のポリス
チレン′iIA準物を使用して測定した重量平均分子量である。
実施例1〜14
テトラブロモビスフェノール人・ポリカーボネート中空綾ftWI!eの好まし
い紡糸条件
比較を行ないうる基準を作るために1−組の標準の紡糸および処理条件を開発す
る。この標準の一組の条件の選択は、33!造が容易で1つの紡糸操業から別の
紡糸操業にわたって一致した結果を与える繊維に対応する、繊維製造の早期の試
みからのデータにもとづく。標準セット条件を使用する一連の14回の実験を行
なって繊維を製造し、そしてこれらの繊維について酸素および窒素の浸透を試験
する。これら14回の実験の浸透および分離係数を平均して他のすべての実験を
測定するための性能標準を与える。
52重量%のテトラブロモビスフェノール人−ボリカーボネート、325重量−
〇N−メチルピロリドン(溶媒)、および15.5重量−のトリエチレングリコ
ール(非溶媒)、〔溶媒/非溶媒の比は2.1〕を溶融ポット押出し機の溶融ポ
ットに供給する。全組成物の約30重量%に等しい量のメチレンクロライドを上
記容器に加える。混合物を95℃に加熱し、混合物が均一溶液になるまで保持す
る。大部分のメチレンクロライドはこの加熱工程中にフラッシュする。窒素パー
ジを溶融ポットに5ooccz分の割合で通し、窒素含有の蒸発メチレンクロラ
イドを溶融ポットの口から抜き出す。溶融ポットから組成物を移送ラインに送り
、15 t 7分の流量で紡糸口金にポンプ給送する。移送ラインと紡糸口金の
面は75℃の温度に保持される。組成物を1727ミクロン(α068インチ)
の外径をもつ254ミクロン(α01インチ)の環を通して中空繊維の形状に押
出す。コア・ガスビンが窒素のコア・ガスを毎分&8標準立方セ/チの割合で孔
に吹込む。線速度は3α5 m (100フィート)7分である。繊維をα31
m (1フイート)の長さの室温の空気急冷帯域に押出す。この繊維を4℃の
水の急冷浴にL7秒の滞留時間で通す。繊維を取出し、その後に90″Cの水浴
に10分間置く。繊維を垂直に掛け、繊維上に空気を35.5m1分(100フ
イート/分)の流量で約2時間道ることによって繊維を乾燥する。製造した繊維
は140X94ミクロン(ODXID)の寸法をもつ。実施例1〜14で製造し
た膜を光学顕微鏡で試験する。これらの膜は多孔質外面および多孔質内面をもち
、そして以下に示す分離係数により【示されるように窒素から酸素を分離する区
域をもつ。
浸透性試験法
繊維を乾燥した後、これらの繊維の浸透性を試験する。
試験装置は4つの口、2つの管枝口、1つの供給口(これを通って圧縮ガスが容
器に入る)、及び1つの出口もしくはパーシロ(これを通って圧縮ガスが容器か
ら排出される)を備える加圧容器である。210本の繊維を管枝口の1つに通し
、管枝口の他方から出し、315cmの長さの繊維を試験装置内に収容させた。
エポキシ管枝を2つの管枝口に生成させて繊維とこれら2つの管枝口との間に洩
れのない結合を与える。次いでこの試験装置を50 psigの窒素で加圧する
。これは出口を密閉した状11Kt、ておい、て圧縮窒素を供給口から試験装置
に入らせることによって行なう。次いで出口を2分間開放して容器の空気をパー
ジし、その後に容器に残った純窒素で密閉する。出口を密閉し供給口を開放する
と、試験装置に含まれているガスは、圧力駆動力によって、中空繊維の壁から浸
透して繊維の内腔を通過し、そして管枝口から出る。流量は気泡またはマス・フ
ロm−メータによって測定される。管枝を出るガスの逆圧は無視しうる程度であ
る。窒素による試験の後に、供給ガスを酸素に変え、容器を約2分間パージして
試験装置中#/c50 psigの純酸素を与える。繊維壁を通って浸透する酸
素の量を、2つの管枝口からの流出物を組合せることkよって測定する。これら
の流量測定から、ガス浸透率と分離係数は次式を用いるととによって計算するこ
とができる。
窒素7ラツクス=
測゛定流量(see乳)
酸素7ラツクスー
繊維表面積(a7)x圧力(51Hy ) x 60 (秒数7分)単位はs弱
/cat” txliy秒である。
測定流量=標準立方セ/チメートル/分。
繊維表面積=41tXOD(外径、cm)x長さX繊維の数。
圧力(espy ) = pSi X 76/ 14.7゜分離係数はa素フラ
ックスを窒素フラツクスで割った値として定義される。
1 48士α5 α8士α1
2 7.4±α4 α4士α1
3 62士α1 α4士α3
4 7.6±α3 6.7±α1
5 7.0±α1 α9士α1
6 五8±α2 6.8±α2
7 9.0±α2 6.8士α2
8 &3士α1 α7士α1
9 7.2±α1 6.θ±α2
1o(1)44±α4 &O±α2
11 aS±αB ao±α5
12 al±α1 α2士α1
13 z4±α1 已5±α1
14 &1±αl 6.6±α2
平均 zO±Ll &4士α3
(1)平均には含まれていない、疑わしいブレンド組成物。
(2)単位(IXIO)SCC,&−・―■2・sec−実施例15−36
数種の紡糸用組成物を使用して前述のような標準条件により中空繊維を製造する
。製造した中空繊維の酸素浸透性および窒素浸透性を前述の方法を使用して試験
する。
種々の紡糸用組成物とそれらの結果を第2表にまとめて示す。これらの紡糸用組
成物は約1〜約6チの残存メチレンクロライドを含む。
実施例35は他の5A施例とは若干異なる条件を使用して行なう。ブレンド生成
段階中にブレンドを120℃に加熱する。紡糸口金の温度は70℃に制御する。
9インチの空気急冷帯域が存在する。繊維を急冷浴から室温の浸出浴に送る。繊
維を更にもう1つの水浴IC80℃で10分間露出させる。その後に繊維をイソ
オクタン/イソプロパツールの50150混合物で1時間抽出する。
繊維を光学顕微鏡で試験する。この膜は外面に稠密区域をもち、この稠密区域の
下に多孔質区域をもつ。それ故、実施例35の膜は本発明の実施例ではない。
第2表
15 45 Zl 6±α53±α48516 45 Zl 2士1 5±α3
11017 45 Z5 L7±α1 5士α58518 45 2−3 5
±α9 14 1102±0.2 4.0
19 52 11 8±1&5±α39820 52 1010±1 6.5士
α3 9821 44 L942±α23.5±α2 8022 44 2−1
4±α2&9±α38023 44 2.3 2±0.2 18±0.1 8
024 50 Zl 7±α15.5±0.1 9225 54 11 7.3
±al 6士α1 9226 51 L95.4±α2&3±α2952751
λ17±α45.8±α29528 53 Zl 3.6±α3 已3士α4
9529 53 L9Z8±α4&5±α1 9530 53 L9tg±α
2乙7±α1 9531 52 L99.7±α44.3±α59532 52
ZOa8士α16.2±α29533 52 2−05CL1士α3 巳1±
111 95345223 *書壷
355ONMP虚α021 已410536 52 25 α2士α05 膏壷
吟 壷壷◆壷 繊維は相分離しなかった。
*壷 紡糸性でない組成物。
1噂 測定不能、流量はα05未満
実施例37〜40
実施例1−14の標準条件を設定するのに使用したポリマーの分子量とは異なる
2種の分子量リポリマーを含む紡糸組成物から中空繊維を製造する。紡糸組成物
のポリマー含量および溶媒/非溶媒の比は第3表に記載しである。これらの結果
を第3表に示す。
37 125000 52 11 &I Z8 8038 19LOO052Z
IO9,54,0953919100052Z13 5m、4 a8 9540
19LOO052Z16 7.6 &6 9g標準
条件163000 52 2−1 7.0 a4 95(1)示した値はチリ下
に端数のない値として示し【ある。
(2) 87NSはffi*/非溶媒の比である。
実施例41〜44
3つの異なった線速度を使用して標準条件により中空繊維を製造し、これらの繊
維の酸素浸透性および窒素浸透性を試験する。急冷帯域の寸法を調節して浴中で
の繊維の滞留時間を一定に保つ。これらの条件と結果を第4表に示す。
第4表
線速度の関数としての繊維の性質
42 3α5 702±α1 585士α10 140X94433αs d”
!lL79±0.18 6.80±α20 140X9444 45.8 &
59±α10 7.21土α20 140X94(1) 実施例41〜42の繊
維は同じ浴融ボット操業から製造される。
(2)実施例42〜43の繊維は同じ溶融ポット操業から製造される。
実施例45〜60
寸法の異なる繊維を製造する以外は標準条件を使用して数種の中空線維を製造す
る。これらの繊維の酸素浸透性および窒素浸透性を試験する。これらの結果を第
5表に示す。
第5表
繊維寸法の関数としての繊維の性質
修
45 204X140 α5±α08a4±0.446 140 X94 ふ4
士α21 &3±0.547 158X106 3L8±0.5 6.7±0.
148 140X94 4.8±α56.8±α149 1]2X74′6.8
a1
50 140X94 &3±0.1 6.7±α0551 125X85 7.
9士α1 6.5±α252 140X94 4.4±0.4 6.0±α25
3 112X74 7.5±α1 5.6±0.554 140X94 7.3
土α3 !LS±α155 112X74 10.8±LO53士α956 1
40X94 7.4士αl 6.5±α157 112X74° 11 &2
58 106X64 &8±α35.3±α359 103X68 1α9士L
3 3L7±L160 110X74 1αO±α8 4.O±13肇試験前に
繊維を50150混合イソオクタン/イソプロピルアルコールで溶媒乾燥する。
H4個の試料からの1個のみの結果。
実施例45〜46は同じ溶融ポット操業から生成させたものである。実施例47
〜49は同じ溶融ポット操業から生成させたものである。実施例50〜51は同
じ溶融ポット操業から生成させたものである。実施例52−53は同じ溶融ポッ
ト操業から生成させたものである。
実施例54〜55は同じ溶融ポット操業から生成させたものである。実施例56
−60は同じ溶融ポット操業から生成させたものである。
繊維の寸法は中空繊維の浸透特性にかなりな影響を及ばず。一般に、繊維が小さ
いほど固有の酸素浸透率は高(、これに対して分離係数は繊維寸法にかなり鈍感
である。
実施例61〜68
滞留時間と急冷浴温度を変える以外は前述の標準条件を使用して数種の中空繊維
を製造する。繊維の酸素浸透性および窒素浸透性を試験する。これらの結果を第
6表に示す。
第6表
急冷浴の条件の関数としての繊維の性質61 17 5℃ 8.1±α1 6.
0±0.262 17 22℃ !L4±0.2 6.1±0.563 17
5℃ 7.θ±0.1 5.9±0.164 α6 5℃ Ll±0.3 5.
4±α165 L7 5℃ 9.0±0.2 6.8±0266 α6 5℃
a4±α2 6.9士α267” 17 2℃ 78±αl 6.1±0,16
8牽 L7 6℃ 6.1±α3 6.O±αl書 繊維寸法は140X94に
保持。
実施例61〜62.63〜64.65〜66、および67〜68はそれぞれ同じ
溶融ポット操業からのものである。
第1の液体急冷浴中の滞留時間L7〜α6秒は繊維の最終の性能に僅かな影響を
及ぼさない。温度はel、Hのガス浸透性に影響を及ぼす。温度が5℃から22
℃に上昇すると、酸素の浸透性は低下する。繊維の選択性はこの温度変化によっ
て影響を受けないようにみえる。
実施例69〜8B
中空繊維の若干を第1浴と第2浴との間に配置した第3の水浴に通して処理した
以外は前述の方法を使用して数種の中空綾線を製造する。第3浴は約20℃の温
度に保ち、滞留時間は約2分である。繊維の酸素浸透性および窒素浸透性を試検
する。これらの結果を第7表に示す。
これらの浴中での繊維の滞留時間は2浴を使用したか3浴を使用したかにかかわ
りなく同じである。
第7表
69 53 あり 4.6±1 7.0士α2 140X9470 52 なし
4.8±5 6.8±0.1 140X9471 52 あり 4,0±3
&7±α1 158X肛拓72 52 なし &8±5 6.7±α1 158
X10673 52 あり 6.9±4 5,2±0.7 112×7474
52 なし ag al 112X7475 50 あり 6.9±α1 5.
5±α1 140X9476 50 なし 73士α6 5.1±α2 140
X9477 50 あり 46±α2 &5±Q、2 158X10678 5
0 なし &1±0.5 5.0±α2 158X10679 50 あり 1
!S±0.5 34±Q、2 112X7480 50 なし 14.0 &5
112X7481 54 あり &1±α1 &8±α2 140X9482
54 なし 7.3±α1 aO±α1 140X9483 54 あり 2
3±α1 54±α1 158X10684 54 なし 4.2±0.4 5
.8士α1 158X1(に85 54 あり 202±3 L4士α1 11
2X7486 54 なし 2λ3±2 L4±α1 112X7487 52
あり 4.8±0.7 6.5士α1 140X9488 52 なし 74
士α4 a4±α1 140X94第3液浴の存在は実施例8l−86(ポリマ
ー重量−は約54チである)において最大の効果を示す。これは主として酸素浸
透率において示される。分離係数には僅かの影響しか及ぼさない。実施例69〜
74.75〜80.81〜86、および87〜88はそれぞれ同じ溶融ポット操
業から製造されたものである。
実施例89
第3液浴を加え、標準法を使用して中空繊維を製造し、繊維を分析してそれぞれ
の浴の後の繊維に残存する溶媒と非溶媒を調べる。第3浴での温度と滞留時間は
実施例69〜88の第3浴とはy同じである。3個の浴中でのla維の合計滞留
時間は2浴使用の場合と同じである。これらの頑釆を第8表に示す。
(1)渚謀と非溶媒の半分は空気急冷帯域および第1液体急冷帯域(浴温は4.
5Cであり、滞留時間はL7秒である)において除去される。繊維の寸法は14
0X94ミクロンである。
実施例90〜105
第2液浴の滞留時間と温度を変えた以外は前述の標準条件を使用して数種の中空
繊維を製造する。
第9表
第2液浴条件の関数としての繊維の性質90 90 1G <1 λl±α16
.6±α291 9G −04J±(L4 a4fQ、19290 1 0 5
.0±α36.4±α3939050ZO±(L2 6.S±α194 90
10 0 Z4±α46.4±(Li2S 90 10 0 &8±0.2 a
8:1−(L2967010 3.9±(L4 7.0±α197705044
±αI Z3±α2
9g 70 10 0 K、OfQ、2 a8f(LX999G10 0 9.
0±α2 6.8士α2100 90 10 ”3 a3±0.2 7.0±α
3101 70 10 0 7.1±(LX 7.0±α2102 70 10
’3 42±(127,3士α2103 9G 10 0 7L3土α3 &
8±α1104 90 10 ”I Ll±α3&9±α5105 90 10
’2 5,7±Q、2 a3±Q、1秦 液浴は該浴に加えた記述の百分率を
有する。
実施例91〜94.95〜98.99〜102、および103〜105はそれぞ
れ同じflj融ポット操業から製造される。
ガスの浸透性は第2液浴の条件によって影響される。
温度が高く滞留時間が長いはと、ガスの浸透性は高い。
浴中の溶媒含量が高いほどガス浸透性は着るしく低下するが、分離係数は僅かに
上昇する。
実施例106〜111
第1浴と第2浴との間の時間をかえて数種の中空繊維を製造する。繊維の酸素浸
透性および窒素浸透性を試験する。これらの結果を第10表に示す。実施例10
6の膜は光学顕微#!によって検査し、そしてこの膜は多孔質外面と多孔質内面
を示す。
第1θ表
2浴間の遅延から生じる繊維の性質
106 0 &1±(Ll 6.0±0.2 140X94107 30 7.
6±α3 a7±α05 140X94108 0 7.5±αl!lL6±O
−1125X85109 15 zO±0.1 al±(Ll 125X851
10 45 aO±(L3 6..7±(L2 125X85111 60 7
、S±al ao±0.3 125X85実施例106〜107、および108
〜111はそれぞれ同じ溶融ポット操業からのものである。
実施例106〜11.1は液間の長い時間による有害な効果を繊維が受けないこ
とを示している。事実、このような遅延の使用は有利でありうる。
実施例112〜114
第2液浴から除いた直後に繊維を乾燥する2つの紡糸操業を行なう。第3の紡糸
操業は第2浴と乾燥工程の間に繊維を水中に20時間貯蔵して行なう。繊維の酸
素浸透性および窒素浸透性を試験する。これらの結果を第11表に示す。
第11表
第2浴後の乾燥遅延の効果
112 0 0 5.1士α2 6.3±α3113 0 2 L3±α1 a
1士α1114 20” 0 7.3±α3 &8士α1実旌例115〜124
最終繊維中のN−メチルピロリドン(NMP)の残存量を変えて数種の中空繊維
を製造する。これらの繊維の酸素浸透性および窒素浸透性を試験する。実施例1
15の膜は光学顕微鏡で試験したところ多孔質外面と多孔質内面を示す。これら
の結果を第12表に示す。
第12表
繊維中の残存溶媒の浸透率に及ばす効果115 0.76 7.0±α3 5.
8±0.4 140X94116 3.7OLO±146.3±0.4 204
X147117 106 19±0.4 6−7±0.1 158X10611
8 α41 4.7士α4 6.9±α1 140x94119 0.35 a
9±0.4 EL6±α4 112X74120 180 49士α4 6.4
土α4 140X94121 L54 !ILO±α3 6.4士α3 140
X94122 L20 7.0±α2VJ±α1 140X94123 1.0
3 7.4士α4 6.4±0.1 140X94124 114 4.8±α
7 6.5土α1 140X94* 20℃の第3液浴な2分の滞留時間で使用
する。
この方法によって製造された繊維の溶媒含量は繊維の固有のガス浸透率によく相
関する。繊維中の残存溶媒が増大するにつれて浸透率は減少する。
実施例125
テトラブロモビスフェノールA−ポリカードの数種の溶媒と非溶媒中の溶解度を
試験する。秤量したポリマーと液体をポリエチレン内張りキャップ付きの4を容
量のガラスびん中に入れる。約Z5Fの液体を通常は使用する。初期のポリマー
濃度は約5重量−である。これらのガラスびんな機械的ローラ上に少なくとも2
4時間、あるいは完全な溶液かえられるまで置く。追加のポリマーを加えて約1
0.25および50重量%の濃度を作る。
約100℃を越える液体沸点をもつ不泪性混合物を100℃の強制空気オーブン
に、少なくとも24時間の観察のあいだ、あるいはfsWLが完成するまで、入
れる。ポリマーを、5重量%以下が溶解する場合、該液に「不溶」と任意に定め
、5〜25チが溶解の場合には「適度に可溶」と定め、セして25−より多くが
溶解の場合には「可溶」と定める。これらの結果を第13表に示す。
ポリ(ジメチルシロキサン) 50 C8,KO,8チbfパーフルオロ(メチ
ルシクロヘキサン) I<141 bヘキサン 1<L6チb
トリエチルアミン K47% b
ブチルステアレート I<49% b fメチルシクロヘキサン K4.6$
b fジオクチルフタレー) I<47チ bfドデカン I<4.7チbf
インプロピルシクロヘキサン K4.95% b it−ブチルシクロヘキサン
K49* b (ヘキサデカン Iく48チbf
第13表(つづき)
化 合 物 相対溶解度
ジインプロピルケトン I<49チ bfシクロヘキサン I<4.8% b
ビス(2−メトキシエチルエーテル→ S〉5&2% bエチルヘンシェード
S>2&1<50.1%bcg@fジエチレングリコールシフテルx−テw I
(49% b fトリエチルオルソホーメート I<451 b fメチルイソ
ブチルケトン I<47% b f cトリクレジルホスフェート I<5.0
チb)5.04 fメチルミリステート lく49チbf
トリエチレングリコールジメチルエーテルS〉5&4%bn−オクチルアセテー
ト S〉5α11 bジシクロへキシル Iく48チbf
、+’?/lつL/−) I<4.7% b fテトラエチレングリ;−ルジメ
チルエーテル S〉5α31 b四塩化炭素 K4.7チb
n−プロビルペンゼy K49* b f cメチルステアレート K4.7チ
efヒヘリシ7 S>2%3% b f dキシレン I<5.5チbc)5
.5チfデカヒドロナフタレン(シス及びトランス) 1<4.4% b fエ
チルベンゼンI<49% b f cジxflrトy S>50.2% b
トルxy I<45% b f c
第13表(つづき)
化 合 物 相対溶解度
N−エチルモルホリン S>Sα1% bシクロヘキシルアセテ−) S>5&
5% bブチルアルデヒド I <4.8チb
テトラヒドロフラン S>5141 bエチルアセテート II<471 b
cインホロン 5)213<5α1b〉5但fシクロヘキシルベンゼン I<4
.8% b fトリクロロエチレン S>Sα2チbcジアセトンアルコール
Kt9S b fL21−)リクaoベンゼン S)2&4(5α1bc7)6
0fパー/)口axチvy I<49% b fクロロホルム S>Sα8チb
c
メチルエチルケトン S>Sα1sb c?エスチレン I<4.7%be
エチルホーメート!<五〇チ bc
ベンズアルデヒド S)5α1チbf
テトラヒドロナフタレy I<4.8% b fla l:ホ#A 5)5(1
4% b c g@fメチルアセテート 1<4.8チbc
メチレンクロライド S>51.1%bcア七トン K4.6% b’ c
シクロヘキサノ/ S〉5α396b
1−シクロへキシル−2−ピロリジノン I<47%b>47チf第13表(つ
づき)
化 合 物 相対溶解度
P−ジオキサン S>50.1% b
Q−ジクロロイ/ゼア S>50.1チbcg@fイプシロンカプロラクトン
S>25.3<5αlb〉5αIfフエニルエーテル S>5&1%efc?@
bメチルホーメー) I<5.0%b
メチルヨーダイト S>5α2b
ククロベンタノン S>50.3 b
ヘキサメチルホスホルアミド I<4.9%b>4.9%fメチルベンゾエート
S>50.5%bfc?@bスチレンオキサイド s>so、ssb f c
?Ob&f1−エチルー2−ピロリジノン S>50.1%bアセトフェノン
s>so、xtsb
メチルサリチレート S)2式i%(5αlb>5α1fλLa3−テトラメチ
ル尿素 S>5α3bcg@f1−プロ七ナフタレ7 S>213<50.0
% b f cテl−ヘキサノール l<47%bf
ジメチル7タレー) K4.9%b>4.9チfピリジン S>5&1%b
N、N−ジメチルアセトアミド S>50.2繋bプロピオニトリル I<4.
9%bc
トリエチルホスフェート Iく48チbc?dテ>4&8%fジメチルマロネー
ト I<tsチbf
第13表(つづき)
ポリエチレングリコールE400 1<2.2% b fl−アセチル−2−ピ
ペリジン S>5α11 b2−フルアルデヒド S>5αl%b
N−メチルーピロリジノン S>Sα2% bl−ベンジル−2−ピロリジノン
S>25.9<5αlb>5α1f2−プロパツール エく29チ b
l−ホルミル−ピペリジン S〉5α11 bショートメタン S>25L2チ
bfアセトニトリル I<4.9%b
ジメチルスルホキシド M=)141チbfcN、N−ジメチルホルムアミド
5)55,0チbガン!−ブチロ2クトy S>50.2Isbエタノ−A/
I<19% b
ニトロメタン K5.0チbf
N−ホルミルモルホリy S>25.6<5α2b〉5α2fスルホラン l<
46%C>ζ6チf
メタノール I<L51 b
N−メチル−アセトアミド I<4.6チef2−ピロリジノン S>25.8
<5αl b>50.1 fジエチルエーテル l<4.6チb
エデレングナコールジエテルエーテル x〈5−3b cエチレングリコールジ
メチルエーテル S>510% bエチレンカーボネー) I<aOチef第1
3表(つづき)
化 合 物 相対溶解度
マロンニトリル I<49チef
N−メチルホルムアミド I(5,09G b f匂 修
l=不溶性:〈=5チ;M;適度に可溶:5〜25チ;S=可泗:)25%;b
=室温において:C=不溶性留分および/または溶謀和ポリマーおよび/または
浴媒誘発種:d=ポリ1−と反応:e=50℃において; f=100℃におい
て;g=透明。
約27種の化合物の挙動には「C」の符号が付される。
このような挙動は(a)部分溶解とそれにつづく、更なる溶解の停止に伴なう透
明膨潤ポリマーの不透明化および白色化;この挙動は多くの場合、曇った上泣液
を伴なう;(b)透明溶液を与える溶解とそれにつづく、同温度での白色および
不透明な固体の沈殿、かゆ状物の生成、または極端な場合には「ろうそくワック
ス状」固体への固化:および(C)高温での溶解とそれにつづく、固体の沈殿、
「ゲル化」および/または冷却時の上溌液中の曇りの生成:を包含する。この挙
動の7つの特にひどいケースが注目される。約51チのポリマーを含むメデレン
クロライド溶液は室温で約7日間放置した後に硬い「ろうそく」ワックス状固体
になる。約14%のポリマーを含むDMSO溶液は室温で容易に生成される。そ
れらは約36時間後に白色不透明の軟泥に変わる。高温においても再溶解は起ら
ない。約51チポリマーを含むクロロホルム溶液は室温で透明であるが、約14
日後K「ろうそく」ワックス状固体に変わる。約50%ポリマーを含むクロロベ
ンゼン溶液は室温で約11日後に透明な硬いゲルになる。このゲルは100℃に
おいて透明であるが、冷却すると曇る。約50チポリマーを含むテトラメチル尿
素は室温で透明であり可溶であるが、8日後に硬いゲルになる。このゲルは10
0℃で透明になり、この透明溶液を室温に冷却すると曇る。エチルベンゾエート
中の約5oqkポリマーの溶液は室温で11日後に硬い不透明ゲルになる。n−
プロピルベンゼンは室温で4.9−未満のポリマーを溶解し、溶解度は100℃
においてほとんど完全である。この加温溶液は室温に冷却するとローソク状固体
になる。
第13表は、本発明の方法によりポリカーボネート膜を紡糸するのに有用な溶媒
/非溶媒の対を作る、いくつかの溶媒と非溶媒を示している。
実施例126−129
分子量400のポリエチレングリコールな非溶媒として使用し且つ溶媒/非溶媒
の比を調節した以外は実施例1に述べたのと同じ条件を使用して繊維を製造する
。多孔質内面と多孔質外面をもつ繊維を製造する。繊維を製造した後、この繊維
を水中25容量−のメタノールの溶液に2時間浸漬する。メタノール/水の溶液
中の浸漬の前と後に1実施例IK述べたように繊維を試験する。これらの結果を
第14表に示す。
第14表
126 ZIOto 7.2 7.5 7.3127 1.95 5.5 7.
1 1α07.4128 180 5.9 7.5
129 1.60 7.I Z4
4実施130〜145
種々の非溶媒を使用し且つ溶媒/非溶媒の比を変えた以外は実施例1で述べたの
と同じ条件を使用して繊維を製造する。多孔質内面と多孔質内面をもつ繊維を製
造する。繊維の製造後、実施例135,141,143および145で製造した
繊維は水中25容量−のメタノールの溶液中に2時間浸漬する。これらの繊維を
実施例に述べたように試験し、それらの結果を第15表に示す。繊維をメタノ−
/I/溶液中に浸漬した実施例の繊維はメタノール浸漬後に試験する。実施例1
33〜135の膜は光学顕微鏡で検討したところ多孔質外面と多孔質内面を示す
。
第15表
ル1450
131 ポリエチレングリ:ff−181455,45162X104#145
0
132 エチレングリコール &1 9.3 LO41截閃殆133 エチレン
グリコール λ5 035±O,QB 7.8±16 1截に殆134 エチレ
ングリコ−/l/ λ5 α10士α01 社士αl 2(ト)μm40135
エチレングリコール 15 L5±α1 a7±α1 140X90136
エチレングリコール 4.5 α04 5.8’ 140X90137 エチレ
ンカーボネート 15 0.074 >7 140x90138 エチレンカー
ボネート L5 α104 &3 161X104139 !チレンカーボネー
) L5 α10 a7 125x80140 工fL’ンカーボネー) Ll
ClO2>6 14040141 エチレンカーボネー) Ll O,16&
7 140X90142 エチレンカーボネー) Ll O,05>6 161
X104143 エチレンカーボネート Ll O,17>6 161X104
144 エチレンカーボネー) Ll α68 α15 110X74145
エチレンカーボネート Ll 20±10 LO110X74ポリエチレングリ
コール1450は約1450の分子量をもつポリエチレングリコールである。
実施例146〜148
実施例1〜14で述べた条件を使用して3つの膜を製造し、生成膜を光学顕微鏡
で検査する。これらの膜のすべては多孔質多面と多孔質内面を示す。これらの膜
の浸透性を試験し、結果を第46表に示す。
第 16 表
146 5.5±α2 6.6±α2
147 &0±αl 6.0±α2
148 aO士α3 6.8±α2
製造して光学顕微鏡で検査した夏のすべては1つの例を除いて多孔質外面と多孔
質面な示す。製造した他の膜のすべても同様の構造をもつと信ぜられる。繊維の
紡糸中の肉眼による検査は、光学顕微鏡で検査しなかった繊維のすべてが光学顕
微鏡で検査したものと同様にみえることを示している。
手続補正書
平成1年8月11日
特許庁長官 吉 1)文 毅 殿
1、事件の表示
PCT/US 88103164
2、発明の名称
内部弁別区域をもつ半透膜
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名称 ザ ダウ ケミカル カンパニー4、代理人
6、補正の内容
明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書(内容に変更なし)国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.2つの多孔質面および1種またはそれ以上のガスを他の1種またはそれ以上 のガスから分離する機能を果す区域を有するポリマー・マトリックスから成るこ とを特徴とする半透膜。 2.ポリマー・マトリックスがポリイミド、ポリカーポネート、ポリエステル、 ポリエステルカーポネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド 、ポリフエニレンオキサイド、またはポリオレフインから成る請求の範囲第1項 記載の膜。 3.ポリマー・マトリックスが、ポリマー骨格中のビスフェノール部分の少なく とも25%がテトラハロゲン化されており且つ該ハロゲンが塩素または臭素であ るビスフェノールから誘導されるポリカーポネートから成る請求の範囲第1項記 載の膜。 4.中空繊維の形状のポリマー・マトリックスから成り、該中空繊維の外面およ び内面が多孔質であり且つ該中空繊維の膜が1種またはそれ以上のガスを他の1 種またはそれ以上のガスから分離しうるものである請求の範囲第1項記載の膜。 5.酸素を窒素から分離する請求の範囲第4項記載の膜。 6.酸素と窒素の分離係数が6.1またはそれ以上である請求第5項記載の膜。 7.3.0×10−6scc/cm2cmHgsec.またはそれ以上のフラッ クスを示す請求の範囲第6項記載の膜。 8.次の(A),(B),(C)および(D)の工程から成ることを特徴とする 2つの多孔質面をもつ且つガスを分離しうる半透膜の製造法: (A)膜を生成しうるフイルム形成性ポリマー、このポリマー用の溶媒、および このポリマー用の非溶媒から成り、押出し温度において所望の膜の形状を保持す るに十分な粘度をもつ混合物を製造し;(B)上記の混合物を、該混合物が均一 な流体を形成して押出し可能である温度に、加熱し; (C)この加熱した混合物を所望の膜形状に押出し;そして (D)生成した膜を1つ又はそれ以上の急冷帯域に通し、該帯域中で混合物相を 分離させ、そして該溶媒および非溶媒の大部分を生成膜から除く;ただし急冷帯 域の少なくとも1つは該ポリマーに低い溶解度をもつ液体を含み、且つ生成した 膜は2つの多孔質面ならびに窒素から酸素を分離しうる弁別区域をもつものであ る。 9.該混合物を押出し前に50〜200℃に加熱し、そして該混合物を50〜2 00℃の温度で押出す請求の範囲第8項記載の方法。 10.該混合物が次の(I),(II)および(III)の成分から成る請求の 範囲第8項記載の方法: (I)ビスフェノール部分の少なくとも25重量%がテトラハロゲン化されてお り該ハロゲンが塩素または臭素であるビスフェノールポリカーポネート;(II )該ポリカーポネート用の溶媒であって、式R3O−(CH2CH2O)r−R 2〔R3はメチルまたはエチルであり、rは約1〜20の整数である〕のグリコ ールエーテル;ジアルキルケトン〔ただし該アルキル基は独立にメチルまたはエ チルである〕;窒素原子上でアルキル、ホルミルまたはアルカノイル部分で置換 されたモルホリン;ピロリジノン或いはN−C1〜4アルキル、N−C5〜6シ クロアルキル、またはN−C6〜10のアリールもしくはアルカリール置換のピ ロリジノン;C1〜4アルコキシカーボニル、ホルミル、ニトロ、またはハロ置 換のベンゼン;テトラヒドロフラン;ジメチルホルムアミド;シクロヘキサノン ;N,N−ジメチルアセトアミド;アセトフエノン;メチレンクロライド;スル ホラン;シクロヘキシルアセテート;1133−テトラメチル尿素;イソホロン ;1−ホルミル−ピペリジン;メチルサリチレート;ヘキサメチルホスホルアミ ド;フェニルエーテル;またはブロモナフタレンから成る溶煤、および (III)該ポリカーポネート用の非溶媒であって、式R4O−(CH2CH2 O)q−R4〔R4はそれぞれの場合に独立に水素またはC1〜4アルキルであ り、qは約1〜約250の整数である〕に相当するグリコールまたはグリコール エーテル;式R5COOR6〔R5は水素またはC1〜19アルキルであり、R 6はC1〜10アルキルである〕に相当するエステル;C1〜10アルカノール ;非置換のシクロヘキサン、またはアルキル、シクロアルキルもしくはパーフル オロアルキル部分で置換されたシクロヘキサン;C5〜20アルカン;ジアルキ ルケトン〔ただし該アルキル部分の少なくとも1つはC3またはそれ以上である 〕;式R7CONHR8〔ただしR7は水素またはC1〜10アルキルであり、 R8はC1〜10アルキルである〕に相当するアミド;アセチルもしくはC1〜 10アルキルニトリル;アセトン;C1〜10アルキルアルデヒド;トリアルキ ルァミン;ニトロメタン;トリアルキルオルソホーメート;ジアセトンアルコー ル;ジメチルマロネート;デカヒドロナフタレン;テトラヒドロナフタレン;マ ロノニトリル;ジシクロヘキシル;エチレンカーボネート;スルホラン;アルキ ルもしくはシクロアルキル置換ベンゼン;または水から成る非溶媒。 11.該混合物が40〜60重量)%のポリカーポネートおよび40〜60重量 %の溶煤と非溶媒から成り、溶煤と非溶煤の比が17〜5.1である請求の範囲 第10項記載の方法。 12.ポリカーポネートが次の式Iに相当する請求の範囲第10項記載載の方法 。 ▲数式、化学式、表等があります▼式I〔Rはそれぞれの場合に独立にH、Cl 、Br、またはC1〜C4アルキルであり;B1はカーボニル、−S−、−SO 2−、−O−、C1〜C6の2価炭化水素基、C1〜C6の2価ハロゲン化炭素 基、または不活性置換C1〜C6炭化水素基である;ただし弁別層中に存在する 式Iのビスフェノールから誘導される部分の少なくとも25重量%は独占的にB rはたはClであるR基をもつ。〕13.該混合物を押出し機から空気急冷帯域 に、溶煤の一部が該混合物から除去されるような条件下で通し;そして空気急冷 帯域から該混合物を1つ又はそれ以上の液体急冷帯域に、相分離が完了して溶媒 と非溶媒が該液体急冷帯域中の混合物から除去されるような条件下で通す;請求 の範囲第8項記載の方法。 14.該混合物を2つの液体急冷帯域に通し、該混合物を第1の液体帯域に該混 合物が該浴中でかなりの相分離を受けるような条件下で通し、そして膜を第2の 液体浴に溶煤と非溶媒が該混合物から除去され且つ相分離が実質的に完了するよ うな条件下で通す請求の範囲第13項記載の方法。 15.液体急冷帯域が低級アルコール、水、フルオロカーボン、低級脂肪族炭化 水素またはそれらの混合物から成る請求の範囲第13項記載の方法。 16.膜の形状が中空管、シート、または中空繊維である請求の範囲第8項記載 の方法。 17.膜の形状が中空繊維であり;該繊維を押出し機から空気急冷帯域に、溶煤 の一部が繊維から除去され且つ繊維が該空気急冷帯域中で引き降ろしを受けるよ うな条件下で通し;そして空気急冷帯域から該繊維を1つ又はそれ以上の液体急 冷帯域に、繊維が相分離を実質的に完了し且つ溶媒と非溶媒が該液体急冷帯域中 の繊維から実質的に除去されるような条件下で通す;請求の範囲第16項記載の 方法。 18.繊維を0〜30℃の温度の水から成る第1の液体急冷帯域および7〜10 0℃の温度の水から成る第2の液体急冷帯域と接触させる請求の範囲第17項記 載の方法。 19.空気急冷帯域中の繊維の滞留時間が0.25〜1秒であり、第1の液体急 冷帯域中の繊維の滞留時間が0.1〜600秒であり、そして第2の液体急冷帯 域中の繊維の滞留時間が1〜30分である請求の範囲第17項記載の方法。 20.第2の液体急冷帯域から除いた後の繊維が1.5重量%未満の溶媒と非溶 媒を含む請求の範囲第18項記載の方法。 21.存在するビスフェノール部分の100重量%がクロロ基またはブロモ基で テトラハロ置換されている請求の範囲第10項記載の方法。 22.存在するビスフェノール部分の少なくとも50重量%がテトラブロモ置換 されている請求の範囲第21項記載の方法。 23.ビスフェノールがテトラブロモビスフェノールAである請求の範囲第22 項記載の方法。 24.溶媒がN−メチルピロリドン、エチレングリコールジメチルエーテル、テ トラヒドロアラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アセトフエノン、 メチレンクロライド、またはシクロヘキサノンであり;そして非溶媒が水、ジイ ソプロピルケトン、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレンク リコールジブチルエーテル、ヘキサデカン、ジエチレングリコール、トリエチレ ングリコール、1450までの分子量をもつポリエチレングリコール、2−エト キシエタノール、四塩化炭素、またはドデカンである請求の範囲第10項記載の 方法。 25.溶媒と非溶媒の対が、N−メチルピロリドンとトリエチレングリコール、 N−メチルピロリドンと約1450までの分子量をもつポリエチレングリコール 、エチレングリコールジメチルエーテルと水、テトラヒドロフランと水、エチレ ングリコールジメチルエーテルとジイソプロピルケトン、テトラヒドロアランと ジイソプロピルケトン、ジエチレングリコールジメチルエーテルと水、ジエチレ ングリコールジメチルエーテルとテトラエチレンクリコールジメチルエーテル、 アセトフエノンとジエチレンノリコールジブチルエーテル、メチレンクロライド と四塩化炭素、またはアセトフエノンとヘキサデカンである請求の範囲第10項 記載の方法。 26.溶媒と非溶媒の対が、N−メチルピロリドンとトリエチレングリコール、 またはN−メチルピロリドンと400までの分子量をもつポリエチレングリコー ルである請求の範囲第25項記載の方法。 27.次の(A),(B),(C),(D)および(F)の工程から成る方法に よって製造された、且つ生成繊維が60またはそれ以上の分離係数および3.0 (×10−6)SCC/cm2cmHg,sec.またはそれ以上のフラックス において窒素から酸素を分離しうる弁別区域であることを特徴とするテトラブロ モビスフェノールA・ポリカーポネートから成る中空繊維:(A)テトラブロモ ビスフェノールA・ポリかーポネート、N−メチルピロリドン、およびトリエチ レングリコールから成る混合物であって、該混合物が均一である温度において押 出しを可能にするに十分な粘度をもつ混合物を製造し; (B)この混合物を該混合物が均一流体を生成して押出し可能である温度に加熱 し; (C)この加熱した混合物を中空繊維の形状に押出し;(D)生成した繊維を空 気急冷帯域に通して該帯域中で繊維から溶媒を部分的に除去し且つ繊維を引つば り落し、このあいだにコア流体を繊維の中空コアの下流に繊維がつぶれるのを防 ぐに十分な条件で通し;(E)この繊維を第1の水急冷帯域に、該ポリカーポネ ートが実質的な相分離を受けN−メチルピロリドンとトリエチレングリコールの 大部分が生成繊維から除去される温度において通し;そして (F)この繊維を残存するN−メチルピロリドンとトリエチレングリコールの大 部分が除去されて相分離が実質的に完了する温度にある第2の水帯域に通す。 28.該混合物が(A)40〜60重量%のテトラブロモビスフェノールA・ポ リカーポネートおよび(B)40〜60重量%のN−メチルピロリドンおよびト リエチレングリコールから成る請求の範囲第27項記載の繊維。 29.該混合物が押出し前に90〜130℃の温度に加熱され且つ70〜130 ℃の温度で押出され、該繊維が0〜30℃の温度の第1の水急冷帯域と接触せし められそしてこの繊維が80〜90℃の温度の第2の水急冷帯域と接触せしめら れる請求の範囲第28項記載の繊維。 30.空気急冷帯域中の繊維の滞留時間が0.25〜1.0秒であり、第1の水 急冷帯域中の繊維の滞留時間が0.1〜300秒でわり、そして第2の水急冷帯 域中の繊維滞留時間が5〜10分である請求の範囲第29項記載の繊維。 31.次の(A),(B)および(C)の成分から成ることを特徴とするテトラ ハロゲン化ビスフェノールポリカーポネートから成る半透膜の製造に有用な組成 物: (A)ビスフェノール部分の少なくとも25重量%がテトラハロゲン化されてお り該ハロゲンが塩素または臭素であるビスフェノールポリカーポネート;(B) 該ポリカーポネート用の溶媒であって、式R2O−(CH2CH2O)r−R3 〔R3はメチルまたはエチルであり、rは約1〜20の整数である〕に相当する グリコールエーテル;ジアルキルケトン〔ただし該アルキル基は独立にメチルま たはエチルである〕;窒素原子上でアルキル、ホルミルまたはアルカノイル部分 で置換されたモルホリン;非置換のピロリジノン或いはN−C1〜4アルキル、 N−C5〜6シクロアルキル、またはN−C6〜10のアリールもしくはアルカ リール置換のピロリジノン;C1〜4アルコキシカーボニル、ホルミル、ニトロ 、またはハロ置換のベンゼン;テトラヒドロフラン;ジメチルホルムアミド;シ クロヘキサノン;N,N−ジメチルアセトアミド;アセトフエノン;メチレンク ロライド;またはスルホラン;シクロヘキシルアセテート;1,1,3,3−テ トラメチル尿素;イソホロン;カプロラクトン;1−ホルミル−ピぺリジン:メ チルサリチレート;ヘキサメチルホスホルアミド;フェニルエーテル;またはブ ロモナフタレンから成る溶媒、および(C)該ポリカーポネート用の非溶媒であ って、式R4O−(CH2CH2O)q−R4〔R4はそれぞれの場合に独立に 水素またはC1〜4アルキルであり、qは1〜250の整数である〕に相当する グリコールまたはグリコールエーテル;式R6COOR6〔R6は水素またはC 1〜19アルキルであり、R6はC1〜10アルキルである〕に相当するエステ ル;C1〜10アルカノール;非置換のシクロヘキサン、またはアルキル、シク ロアルキルもしくはパーフルオロアルキル部分で置換されたシクロヘキサン;C 6〜20アルカン;ジアルキルケトン〔ただし該アルキル部分の少なくとも1つ はC3またはそれ以上である〕;式R7CONHR8〔ただしB7は水素または C1〜10アルキルであり、R8はC1〜10アルキルである〕に相当するアミ ド;アセチルもしくはC1〜10アルキルニトリル;アセトン;C1〜10アル キルアルデヒド;トリアルキルアミン;ニトロメタン;トリアルキルオルソホー メート;ジアセトンアルコール;ジメチルマロネート;デカヒドロナフタレン; テトラヒドロナフタレン;マロノニトリル;ジシクロヘキシル;エチレンカーボ ネート;スルホラン;アルキルもしくはシクロアルキル置換ベンゼン;または水 から成る非溶媒。 32.該混合物が、混合物が均一である温度において押出しを可能にするに十分 な粘度をもつ請求の範囲第31項記載の組成物。 33.ポリカーポネートが次の式Iに相当する請求の範囲第32項記載の組成物 : ▲数式、化学式、表等があります▼式I〔Rはそれぞれの場合に独立にH、Cl 、Br、またはC1〜C4アルキルであり;R1はカーボニル、−S−、−SO 2−、−O−、C1〜C6の2価炭化水素基、C1〜C6の2価ハロゲン化炭素 基、または不活性置換C1〜C6炭化水素基である;ただし弁別層中に存在する ビスフェノール部分の少なくとも25重量%は独占的にBrまたはClであるR 基をもつ。〕 34.R基の残余が水素またはC1〜4アルキルであり、そしてR1がC1〜6 の2価炭化水素である請求の第33項記載の組成物。 35.R基の残余が水素またはメチルであり、そしてR1がC1〜6アルキリデ ン部分である請求の範囲第34項記載の組成物。 36.弁別層に存在するビスフェノール部分の少なくとも50重量%が独占的に BrまたはClであるR基をもつ請求の範囲第35項記載の組成物。 37.ビスフェノール部分の100重量%が独占的に臭素であるR基をもつ請求 の範囲第36項記載の組成物。 38.ビスフェノールがテトラブロモビスフェノールAである請求の範囲第37 項記載の組成物。 39.該混合物が30〜60重量%のポリカーポネートおよび40〜70重量% の溶媒と非溶媒から成り、溶媒と非溶媒の比が0.9〜5.1である請求の範囲 第31項記載の組成物。 40.(A)ポリカーポネート用の溶煤がN−メチルピロリドン、テトラヒドロ フラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチルケトン、N−エチルモ ルホリン、ジメチルホルムアミド、シクロヘキサノン、ビス(2−メトキシエチ ルエーテル)、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトフエノン、メチレンクロ ライド、スルホラン、またはそれらの混合物から成り、そして(B)ポリカーポ ネート用の非溶媒がトリエチレングリコール、2−エトキシエタノール、ジエチ レングリコールジブチルエーテル、約1450までの分子量をもつポリエチレン グリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ドデカン、ヘキ サデカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、パークロロエチレン、ジイ ソプロルケトン、イソプロピルケトン、イソプロピルシクロヘキサン、t−ブチ ルシクロヘキサン、N−メチルホルムアミド、デカリン、N−メチルアセトアミ ド、テトラリン、ジシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、ジエチレングリ コールジブチルエーテル、四塩化炭素、水またはそれらの混合物から成る請求の 範囲第31項記載の組成物。 41.溶媒と非溶媒の対が、N−メチルピロリドンとトリエチレングリコール、 N−メチルピロリドンと1450までの分子量をもつポリエチレングリコール、 エチレングリコールジメチルエーテルと水、テトラドロフランと水、エチレング リコールジメチルエーテルとジイソプロピルケトン、テトラヒドロフランとジイ ソプロピルケトン、ジエチレングリコールジメチルエーテルと水、アセトフエノ ンとジエチレングリコールジブチルエーテル、メチレンクロライドと四塩化炭素 、またはアセトフエノンとヘキサデカンである請求の範囲第40項記載の組成物 。 42.更に可溶化剤を含む請求の範囲第31項記載の組成物。 43.可溶化剤がメチレンクロライド、テトラヒドロフラン、メチルエチルケト ン、メチルヨーダイド、またはクロロホルムから成る請求の範囲第42項記載の 組成物。
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