JPH0368429A - 有機薄膜の作成方法とその用途 - Google Patents

有機薄膜の作成方法とその用途

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JPH0368429A
JPH0368429A JP20289389A JP20289389A JPH0368429A JP H0368429 A JPH0368429 A JP H0368429A JP 20289389 A JP20289389 A JP 20289389A JP 20289389 A JP20289389 A JP 20289389A JP H0368429 A JPH0368429 A JP H0368429A
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JP
Japan
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film
diacetylene
membrane
molecular weight
monomolecular
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Pending
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JP20289389A
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English (en)
Inventor
Kimihiro Morita
守田 公裕
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (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、ラングミュア・プロジェット法(以下、LB
法と略す)の改良法、その方法により得られる複合膜を
用いた用途、とくに気体選択透過膜に関するものである
(従来の技術) 気体選択透過膜として用いられる高分子材料に必要とさ
れている条件としては、高い選択性とともに気体の透過
量が大きいことが望まれている。
これまで、LB法により得られる有機薄膜を高透過性の
分離膜に利用しようとする試みは数多くなされているが
、はとんどの場合ピンホールのない均一な累積膜の形成
は困難であり、満足なガス分離係数は得られていない。
これまでにもっとも良好な性能が得られているLB膜を
利用したガス分離膜は、ポリマージャーナル(Poly
mer Journal+ Vol 19 、No2,
1987.289〜291頁〉に報告されている国武等
の方法であり、76回の積層回数によって酸素;窒素の
分離係数3.2が得られている。しかしながら、両親媒
性単分子膜構成物質が2本鎖の疎水部をもち、複雑な構
造をしているために、繁雑な合成工程を要する。また、
構造的に大きな膜強度を期待できないといった問題点が
ある。
また、アセチレン部分を含む低分子量の単分子膜構成物
質を用いた複合膜については、マクロモレキュールス(
Macromo 1ecu 1es) 1984年、1
7巻1937〜940頁に、ヘキサコサ−10,12−
シイオニツク酸を用いて架橋させた複合膜で累積回数が
増加すると、メタンガスの流量が減少することを報告し
ている他は、殆どガス分離に関する報告はなされていな
い。
(課題を解決するための手段) そこで、本発明者等は、ピンホールのない均一で強度の
ある薄膜を開発すべく鋭意検討を行った結果、ジアセチ
レン結合を含む特定の高分子状の両親媒性物質を用いた
LB膜と多孔膜との複合膜が目標の特性を示すことを見
出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は; ■ 水面上に展開した親水性部と疎水性部を含む両親媒
性単分子膜をラング貴ニア・プロジェフト法により多孔
性基膜に累積する方法において、(a)  当該両親媒
性物質が、ジアセチレン結合を含む疎水部分がポリマー
主鎖とイオン結合あるいは極性基で連結された構造を有
し、かつ(ロ)当該両親媒性物質の重量平均分子量が3
゜000以上であり、 (c)  当該両親媒性単分子膜を多孔膜上に移しとっ
た後、紫外線照射でジアセチレン部分を重合させる。
ことを特徴とした複合膜の作製方法であり、また、■ 
前記(1)記載の方法で作成された複合膜を用いた、気
体選択透過膜に関するものである。
以下、その詳細について説明する。
本発明において使用される有機薄膜構成物質は、ジアセ
チレン結合を含む疎水部分が、ポリマー主鎖とイオン結
合あるいは極性基で連結された構造を有し、かつ当該有
機薄膜構成物質の重量平均分子量が3,000以上のも
のである。
その具体的な例としては、以下に示す一般式(1)、(
If)、(DI)のものが例示できる。
A       A       A CCC B          B          B構成
する繰返し単位である。また、X、は、極性基を含む連
結基であり、Y3はポリマー主鎖を構成する繰返し単位
である。
以下、さらに具体的に例示する。
■ 上記一般式(1)における陽イオン性J、t X1
0としては、アンモニウムカチオン、ピリジニウムカチ
オン、ホスホニウムカチオン等が例示され、かつ陰イオ
ン性基を含むポリマー主鎖を構成する繰返し単位Ylo
における陰イオン性基としては、−COO−−50s−
−03Os−−PO3−等が挙げられる。この場合、具
体例としては以下のもの(1)       (n) 
      (III)上記一般式(r)、(II)、
(III)において、Aは水素原子又は炭素数1〜20
の整数のアルキル基であり、Bは炭素数1〜20の整数
のアルキル基であり、XIOは陽イオン性基であり、x
t○は陰イオン性基であり、Yloは、陰イオン性基を
含むポリマー主鎖を構成する繰返し単位であり、Yto
は陽イオン性基を含むポリマー主鎖を■ 上記−形式(
II)における陰イオン性5x!0としては、−COO
−−3Os−−05Os−−POs−等が例示でき、か
つ陽イオン性基を含むポリマー主鎖を構成する繰返し単
位YzOにおける陽イオン性基としては、アンモニウム
カチオン、ピリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオ
ンなどが挙げられる。この場合、具体例としては、以下
のものが挙げられる。
■ 上記−形式(I[I)における、極性基を含む連結
基X、において、連結基X、としては、エステル結合、
アミド結合等が例示できる。−形式(I[l)で表され
る両親媒性単分子膜構成物質の具体例としては、以下の
ものが挙げられる。
なお、上記両親媒性単分子膜構成物質において、イオン
性基を含む疎水部、あるいは連結基を含んだ疎水部を除
いた残りの部分、即ち一般式(+)、(II)、(nu
)において、y、(E)、y冨幻表されるイオン性基を
含んだポリマ一部分、あるいはY、で表されるポリマ一
部分の繰返し単位当たりの分子量は、通常20〜400
、好ましくは20〜200である。繰返し単位当たりの
分子量が400以上になると、紫外線照射をしても安定
な複合膜は形成できない、逆に、繰返し単位当たりの分
子量が20以下のものは合成が困難なため実用的ではな
い。
また、繰返し単位当たりにイオン性基、あるいは、極性
基を含む連結基がn個(nは2以上の整数、イオン性基
はイオン対で1つと数える)の場合には、繰返し単位当
たりの分子量の範囲は、通常20〜400nであり、好
ましくは20〜200nである。
また、Y、0、Y2O、Ysを重量平均分子量で規定す
る場合に、ピンホールのない均一な膜にするためには、
繰返し単位の構造にも左右されるが、通常重量平均分子
量が3,000以上のものが使用され、好ましくは重量
平均分子量が5,0OO以上のものが使用される1重量
平均分子量の上限は特にないが、溶解性等の点で重量平
均分子量が2,000万程度までのものが使いやすい。
上記−形式(1)、(II)、(I[[)以外の両親媒
性単分子膜構成物質としては、−形式(1)、(II)
、(III)において、A−C二C−CmC−B−で表
されるジアセチレン部を含む疎水部が、下記−形式()
: (ただし、A’、B’ は、各々前記一般式A。
Bと同じ範囲であり、Zは分子113〜400のI2!
囲の3価の連結基である) で表されるように二本の疎水部を含んでいてもよいし、
更には3本の疎水部を含んでいてもよい。
上記−形式(■)を疎水部として含む両親媒性単分子膜
構成物質において、前記−形式(1)、(rl)、(m
)におけるv、o、Y、■、y、に相当する、イオン性
基を含むポリマ一部あるいはポリマ一部分の繰返し単位
当たりの分子量、および重量平均分子量の範囲は、一般
式(1)、(■)、(In)におけるYlo、Y、■、
Y、の範囲と同しであることが好ましい。
以上に示した両親媒性単分子膜構成物質は、LB法に従
い、以下に示す方法で単分子膜を形成させることができ
る。
■ 上記一般式(1)、(11)で表されるイオン結合
を有する両親媒性単分子膜構成物質の場合は、イオン性
基を含むポリマーを繰返し単位基準濃度I X 10−
”mmol/ l −10mmol/ 1の濃度で水に
溶解させたLB膜として、積層装置水槽に、有機溶媒溶
液としたジアセチレン部分を含む疎水部を滴下し、界面
でイオン結合を有する単分子膜を形成させる。
この時、疎水部の有機溶媒溶液濃度は通常0゜01〜1
(1+mol/ l好ましくは0.05〜5mmoI/
 lの範囲である。使用する有41!l溶媒としては、
クロロホルム、ジクロロメタン、ヘキサン、ヘプタン、
ベンゼン、トルエン等水難溶性の揮発性溶媒あるいはこ
れらの有機溶媒と、N、N−ジメチルアセドアミド、ジ
メチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジ
メチルスルホキシド等の極性溶媒の混合液であってもよ
い。
■ 上記一般式(I[I)で表される極性基を含む両親
媒性単分子膜構成物質の場合は、当該物質の揮発性有4
!!溶媒溶液を水面上に滴下して、単分子膜を形成させ
る。この時の有機溶媒溶液及び使用する有機溶媒は、前
記イオン結合を有する両親媒性単分子膜と同様で構わな
い。
以上の、■のように形成させた水面上の単分子膜を基膜
に移しとる方法について述べる。
使用する基膜としては、多孔質ガラス、多孔質のポリス
チレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、セルロース、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等多孔
性のものであれば用いることが可能である。孔径ば通常
10人〜5000人がf吏用され、好ましくはlOλ〜
300人が好適である。
孔径が大きすぎるとガス分離能が低下し、逆に孔径が小
さすぎるとガス透過量が低下してしまうので好ましくな
い。
積層はLB法に従って、垂直浸漬法および水平付着法で
行うことができる。そして、−回の積層ごとにα線、電
子線、X線、紫外線、可視光線、赤外線(熱)等のエネ
ルギー照射(以下単に“エネルギー照射”という)を施
すことにより光重合を行わせ、この操作を繰り返すこと
により有機薄膜を形成させることができる。また、複数
回積層後、前記同様にエネルギー照射により重合させて
もかまわない。
以上の操作により、高分子状のLBIII中のジアセチ
レン基は重合して、着色した有機薄膜を形成する。この
薄膜は、ジアセチレン基の重合前のものに比べて強度が
向上しており、気体分郡膜として使用するのに十分な強
度を有する。
このような高分子状のジアセチレン基含有LB膜の光照
射効果は、従来の低分子量体のジアセチレン基含有LB
膜に光照射しても、十分な気体分離性能が発現しないこ
とからは、全く予期できない発見である。
以下、実施例により詳細に説明するが、これらは本発明
の範囲を限定しない。
実施例1 ポリアリルアよン(重量平均分子160.000)の繰
返し単位基準の濃度がImmol//!の水溶液に10
.12−ペンタコサシイオニツク酸(以下、たんに10
.12−PDYと略称する)のクロロホルム溶液を滴下
し、圧力をかけて水面上に単分子層を形成させた。
10.12−PDYの表面圧−面積曲線を第1図に示す
、第1図により曲線が鋭い立ち上がりを示しており、き
れいな単分子膜を形成していると言える。
また、ポリエチレンテレフタレートのフィルムで補強し
たニュクリボア@II!Jにュクリボア社製孔径150
人、開口率Q、  1%)に垂直浸漬法により表面圧3
0mN/mで単分子膜を積層した。
そして、−回積層ごとに100mJ/cdの紫外線照射
を行い、この操作を40回繰り返した。累積膜型はZ型
で平均の累積比は0.98だった0合計4.OOOmJ
/cJの紫外線照射の結果、表面が無色から赤紫色に変
化し、LB模膜中ジアセチレン基が重合したことが判る
実施例2 実施例1で作製した複合膜を用いて、酸素・窒素の透過
量を測定したところ、酸素ガス透過量は、9、 46 
X 10−’ (cd・STP/cal1g−cd−s
ec )、窒素ガス透過量が3.88X10−’(cd
−3TP/cmHg−cj−sec ) 、酸素/窒素
ガス分離性能は2゜45であった。
比較例1 実施例1において、紫外線照射をしないで単分子膜を4
0回積層した複合膜で、実施例2と同様のガス透8量測
定をしたところ、酸素ガス透過量1、 38 X 10
−’ 〔ctl−5TP/cmHg−cd−sec )
、窒素ガスi3過量1 、 35 X I 0−3(c
d−STP/cmHg・cd−sec)、酸素/窒素ガ
ス分離性能1. 0であった。
実施例3 実施例1と同様の方法を実施するが、単分子膜を40回
続けて累積した後、loOmJ/cdの紫外線を照射し
た。
累積膜型はZ型膜で40回の平均累積比は0゜85であ
った。100mJ/c−の紫外線照射の結果、表面が無
色から赤紫色に変化し、LB模膜中ジアセチレン基が重
合したことが判った。
実施例4 実施例3で得た複合膜を用いて、実施例2と同様のガス
透過量を測定をしたところ、酸素ガス透過量が5. 2
0 X 10−’ (c+j−5TP/cmHg−cd
 ’3ec〕、窒素ガス透過量が2.86X10−’(
c++t・STP/cmHg−cd ・sec ) 、
酸素/窒素ガス分離性能は1,82であった。
実施例5 重量平均分子量50,000の4−ビニルピリジンと1
0.12−ペンタコサシイオニツク酸との反応によって
得られる一般式(IV)で表される高分子の単分子膜構
成物質は、その表面圧−面積曲線において、曲線が鋭い
立ち上がりを示すことから、きれいな単分子膜を形成し
ていると言える。
また、当該単分子膜の繰返し単位当たりが、1mmo】
/リットルクロロホルム溶液を用いて実施例1と同様の
操作で単分子膜をMi層したところ、Z型膜となった。
そして、平均の累積比は0.93だった。
実施例1と同様の操作で単分子膜の累積をしたところ、
2型膜となり、平均累積比は0.91であった。
CH。
■ (c)1□)。
(clh)++ 実施例6 10.12−ベンタコサジイオンオールとポリアクリル
酸クロライドから一般式(V)で表される高分子の単分
子膜構成物質は、表面圧−面積曲線において鋭い立ち上
がりを示すことから、きれいな単分子膜を形成したと言
える。
また、当該単分子膜構成物質の繰返し単位基準濃度1m
mol/j!のクロロホルム溶液を用いて、(発明の効
果) 本発明の方法により形成される累積膜は合成が容易であ
り、しかも酸素/窒素等のガス分離も可能であり、実用
的な液体や気体の分離膜としてnmである。
また、本発明により得られる複合膜は、膜圧を分子サイ
ズで制御できる薄膜であるため、高いガス透過量を得る
ことも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1に従って、ポリアリルアミンと10
.12−PDYとの表面圧−面積の関係を示す曲線グラ
フである。 (ほか1名)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水面上に展開した親水性部と疎水性部を含む両親
    媒性単分子膜をラングミュア・プロジェット法により多
    孔性基膜に累積する方法において、(a)当該両親媒性
    物質が、ジアセチレン結合を含む疎水部分がポリマー主
    鎖とイオン結合あるいは極性基で連結された構造を有し
    、かつ (b)当該両親媒性物質の重量平均分子量が3,000
    以上であり、 (c)当該両親媒性単分子膜を多孔膜上に移しとった後
    、紫外線照射でジアセチレン部分を重合させる、 ことを特徴とした複合膜の作成方法。
  2. (2)請求項(1)記載の方法で作成された複合膜を用
    いた、気体選択透過膜。
JP20289389A 1989-08-07 1989-08-07 有機薄膜の作成方法とその用途 Pending JPH0368429A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000059105A (ko) * 2000-07-14 2000-10-05 최경진 섬유원단과 합성수지발포체의 접착방법및 장치
JP2007161913A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Kagawa Univ 接着方法とそれを用いたバイオケミカルチップと光学部品
JP2008297411A (ja) * 2007-05-30 2008-12-11 Kagawa Univ 接着方法並びにそれを用いて作製したバイオケミカルチップ及び光学部品

Cited By (3)

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KR20000059105A (ko) * 2000-07-14 2000-10-05 최경진 섬유원단과 합성수지발포체의 접착방법및 장치
JP2007161913A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Kagawa Univ 接着方法とそれを用いたバイオケミカルチップと光学部品
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