JPH0332728A - 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 本発明は混合気体を分離濃縮するのに使用される気体分
離膜と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く提案され
ている。気体分離膜を用いて空気中の酸素を安価に分離
濃縮できるならば、燃焼、製鉄。

窯業、廃棄物処理、医療の分野で多大な貢献をすること
ができると期待されている。

酸素分離膜には、空気などのような酸素を含む気体から
選択的に酸素を分離する機能が大きいこと、および、効
率よく酸素を透過させる機能が大きいこと、すなわち、
酸素選択係数と酸素透過係数とが大きいことが要求され
る。空気中から酸素を分離濃縮する場合、酸素選択係数
αは（酸素透過係数）／（窒素透過係数）の値で表わさ
れる。

一般に、有機高分子は酸素選択係数が大きくなると、酸
素透過係数が小さくなる傾向にある。また実用上から言
えば、酸素分離膜の強度も必要となる。

従来、酸素選択係数は小さく（α＝２程度）、酸素透過
係数が大きい点に注目し、膜強度を強化した気体分離膜
として、オルガノポリシロキサンとポリカーボネートと
の共重合体（特開昭５１−１２１４８５号公報）や、多
官能性高分子と末端官能性高分子の混合物とα、ω−２
官能性ポリアルキルメチルシロキサンとの架橋型共重合
体（特開昭６０−７１００６号公報）が知られている。

一方、酸素選択係数の大きい有機高分子としては、ポリ
メチルペンテンやポリフェニレンオキサイドが知られて
いる。またフマル酸エステルの重合体も酸素選択係数の
大きい材料として報告されている（特開昭６１−４２３
２０号公報）。これらの有機高分子は膜強度が十分大き
く、ポリシロキサンやその共重合体に比べて酸素透過性
が劣ってはいるものの、高濃度の酸素を得ることができ
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のポリシロキサン系重合体、共重合
体は、気体の透過性は優れているが酸素濃度が低く、ま
たポリメチルペンテンやポリフマル酸エステルは酸素濃
度は高いが気体の透過性が低く、多量の酸素富化空気が
得られないという欠点を有している。

また、ポリメチルペンテンやポリフマル酸エステルは剛
直な高分子であるため、溶剤に溶解し、それを水面上に
展開して、気体分離膜を形成しても、多孔性支持膜と接
触させることにより、直接多孔性支持膜上に積層するこ
とができないという欠点を有している。

本発明は上記欠点に鑑み、多孔性支持膜上に直接積層可
能で、高い酸素濃度が得られる、すなわち酸素選択係数
が大きく、酸素透過性に優れた気体分離膜を多孔性支持
膜に積層した気体分離複合膜と、高温高湿中でも、酸素
選択係数が低下せず、また透過流量が安定した気体分離
複合膜を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明の気体分離複合膜は、ポリメチルペンテンにポリ
シロキサンを５〜５０重量％混合してなる気体分離膜を
多孔性支持膜上に積層し、更にこの気体分離膜上に保護
膜としてポリシロキチンを積層したものである。

作用 ポリメチルペンテンは酸素選択係数が４〜４．３で、酸
素透過係数が１〜１．５　Ｘ　１０−０−９ｃｒｔ−／
ｄ−８−ｃｍＨｇである。一方、ポリシロキサンは酸素
選択係数が２〜２．２で酸素透過係数が２〜６× １０−８ｃｆｆｌ−ａｓ／ａｌ　・ｓ　−ｅｍＨｇであ
る。この両高分子を混合することにより、この中間の性
能を得ることが可能であろうと推定できる。

発明者らはこの点に注目し、鋭意検討した結果、ポリメ
チルペンテンに対して、ポリシロキサンを添加して行く
と、５〜５０重量％の範囲で、酸素選択係数３．０以上
で酸素透過性能に優れた気体分離複合膜が得られること
を見い出した。

ポリメチルペンテンに対してポリシロキサンの混合割合
が５０％以上になると、水面上に展開し、溶剤を蒸発さ
せて気体分離膜を形成した場合、均質膜とならず、酸素
選択係数が２以下になってしまい、本来の気体分離膜の
機能を失ってしまうこととなる。

また、ポリシロキサンはゴム状高分子であり、水面上に
展開し、固体薄膜を形成した後、多孔性支持膜と接触さ
せると簡単に多孔性支持膜上に積層できる。このポリシ
ロキサンを剛直なポリメチルペンテンに添加すると、ポ
リメチルペンテンが改質され、水面展開したこのポリメ
チルペンテン、ポリシロキサン混合気体分離膜は多孔性
支持膜と接触させることにより簡単に多孔性支持膜に積
層することができることとなる。このポリシロキサンの
添加割合が、ポリメチルペンテンに対して５％以下にな
ると多孔性支持体に接触させるだけでは積層できなくな
る。

また、気体分離膜中にシロキサン構造を含む割合が大き
いと、気体の流量の低下が小さい。

したがって、ポリメチルペンテンとポリシロキサンの混
合気体分離膜上に、更にポリシロキサン保護膜を積層す
ると気体の透過流量の低下を抑制することができる。

実施例 以下本発明の実施例について説明する。本発明は本実施
例に限定されるものではない。

実施例１ ４−メチルペンテン−１を主たる構成単位とするポリメ
チルペンテン（三井石油化学工業株式会社商品名ｒＴＰ
Ｘ（グレードＲＴ１８）Ｊ）をシクロヘキサンに加熱溶
解し、２重量％のシクロヘキサン溶液を調整した。

一方、ビニル基を含むジメチルポリシロキサン（トート
・シリコーン株式会社商品名ｒＳＨ４１０Ｊ）５０．０
ｇをモノクロルベンゼン６００ａｌに溶解し、それにス
チレンモノマーヲ１０．０ｇ添加し、さらに、過酸化物
として２．５ジメチル２．５ジ（ターシャリブチルパー
オキシ）ヘキサン（日本油脂株式会社商品名「バーへキ
サ２５ＢＪ）を０．２５　ｇ添加してから、窒素ガスで
脱気し、そして、窒素雰囲気中で温度１２　’Ｏ℃で、
１２時間反応させた。この重合溶液を５１のメタノール
に投入して沈殿物を得た。この沈殿物を精製し、ジメチ
ルポリシロキサンとスチレンとの重合体を得た。

この重合体をベンゼンに溶解して、２重量％のベンゼン
溶液を調整した。

次に、メチルペンテンの２重量％のシクロヘキサン溶液
に対して、ジメチルポリシロキサンとスチレンとの重合
体の２重量％のベンゼン溶液を２０重量％添加した混合
溶液を調整し、高分子が１重量％になるようにシクロヘ
キサンとベンゼンの混合溶剤（混合比２０：８０）を添
加し、更に、この調整溶液に対して５重量％のテトラヒ
ドロフランを添加し、水面展開用製膜溶液とした。

この製膜溶液を水面上に滴下して、薄膜を形成し、ポリ
エーテルスルホン多孔性支持膜（東洋クロス株式会社製
）上に２層積層し、更にこの気体分離膜上に、ジメチル
ポリシロキサンとスチレンとの重合体の４重量％のベン
ゼン溶液に５％のテトラヒドロフランを添加した保護膜
溶液を、水面上に滴下して、薄膜を形成し、１層積層し
た気体分ｍ複合膜を得た。

実施例２ 実施ｆ！Ａ１１で調整したポリメチルペンテンの２重量
％のシクロヘキサン溶液に対して、実施例１で調整した
ジメチルポリシロキサンとスチレンとの重合体の２ｆｉ
量％のベンゼン溶液を５重量％添加した混合溶液を調整
し、高分子が１重量％になるようにシクロヘキサンとベ
ンゼンの混合溶剤（混合比１０：９０）を添加し、更に
、この調整溶液に対して５重量％のテトラヒドロフラン
を添加し、水面展開用製膜溶液とした。

この製膜溶液を水面上に滴下して、薄膜を形成し、実施
例１で調整した製膜溶液を水面上に滴下して、薄膜を形
成し、ポリエーテルスルホン多孔性支持膜上に１層積層
した気体分離膜上に、更に１層積層した気体分離膜上に
、実施例１で調整した保護膜溶液を、水面上に滴下して
、薄膜を形威し、１層積層した気体分離複合膜を得た。

実施例の気体分離複合膜の性能を表１に示す。

また温度４０℃、相対湿度９５％に１０００時間放置後
の性能をも示す。測定条件は有効膜面積１１．３ａｌ、
測定圧力１．０　ｋｇ／ａＩｒ、測定温度２５℃とした
。

（以　下　余　白） 表１ 発明の効果 以上のように、本発明によればポリメチルペンテンにポ
リシロキサンを混合した気体分離膜を多孔性支持膜上に
積層し、更に、ポリシロキサンを積層しているため、酸
素選択係数が大きく、酸素透過性が大きい、高温高湿中
での放置特性が優れた気体分離複合膜を提供することが
できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリメチルペンテンにポリシロキサンを５〜５０
   重量％混合してなる気体分離膜を、多孔性支持膜上に積
   層し、更にこの気体分離膜上にポリシロキサンを積層し
   てなることを特徴とする気体分離複合膜。
2. （２）ポリメチルペンテンが４−メチルペンテン−１の
   重合体であり、ポリシロキサンがビニル基を有するポリ
   シロキサンとビニルモノマーとの共重合体であることを
   特徴とする請求項１記載の気体分離複合膜。