JPH05317665A - 気体透過性膜の製造方法 - Google Patents

気体透過性膜の製造方法

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JPH05317665A
JPH05317665A JP16982892A JP16982892A JPH05317665A JP H05317665 A JPH05317665 A JP H05317665A JP 16982892 A JP16982892 A JP 16982892A JP 16982892 A JP16982892 A JP 16982892A JP H05317665 A JPH05317665 A JP H05317665A
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JP
Japan
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membrane
film
oligomer
reactive monomer
thin film
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JP16982892A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Nakabo
年宏 中坊
Hiroyuki Takagi
裕幸 高木
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長時間にわたって安定した気体透過性能を維
持することができる気体透過性膜を製造することを目的
とする。 【構成】 構造式が で表されるポリ置換アセチレンの膜又はその水面展開膜
の上に、反応性モノマー又はそのラングミュア・ブロジ
ェット膜を積層し、その積層膜にエネルギービームを照
射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は気体透過性膜の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】気体の分離、精製において、省エネルギ
ー化などを理由に、気体透過性高分子膜を用いる方法が
注目されている。この種高分子膜を用いて空気から分
離、製造された酸素富化空気は、その燃焼効率向上性に
よる省エネルギー化、完全燃焼性による排出有害物質の
低減、動植物育成への利用などに期待されている。
【0003】このような用途からみて、この種高分子膜
が具備すべき性能として、気体透過性が高いこと、
気体分離性(分離しようとする気体と分離が不必要な気
体との透過性の比)が高いこと、があげられる。特に用
途などを考慮した場合、気体透過性が高いことが強く要
望される。このような性能を最も充足する素材として化
2によって示される構造式で表されるポリ置換アセチレ
ンがあげられる。
【0004】
【化2】
【0005】この素材は特定の有機溶剤に可溶で、通常
の高分子フィルム(たとえばポリジメチルシロキサン)
と比較して気体透過性が格段に優れており、気体透過係
数にすると、1桁以上も大きい。
【0006】しかしこの高分子膜は、気体透過性が経時
的に低下する性質があり、長時間が経過したときの気体
透過性は、通常の高分子フィルムと同等あるいはそれ以
下にまで低下してしまう。
【0007】これを改善するために、ポリ置換アセチレ
ンからなる薄膜に放射線を照射する方法が別途提案され
た(特願平2−223391号)。このように放射線を
照射することによって、この種高分子膜の経時性能低下
はかなり抑制される。
【0008】しかしこの放射線反応の場合、架橋反応と
分解反応が競争して起こるため、所要の効果を得るため
の照射線量域の幅が狭く、制御が極めて困難となる。効
果的とされる線量よりも低線量では未反応となり、逆に
高線量では分解反応が優先となり、期待される効果は簡
単には得られない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポリ置換ア
セチレンからなる高分子膜を用いる気体透過性膜におい
て、初期の気体透過性が極力損なわれることなく、かつ
経時的な性能の低下が抑制された気体透過性膜を製造す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリ置換アセ
チレンの薄膜上に反応性モノマー又はそのオリゴマーを
積層させ、その薄膜に放射線などのエネルギービームを
照射して、前記反応性モノマー又はそのオリゴマーを架
橋化することを特徴とする。
【0011】
【作用】ポリ置換アセチレンの薄膜上に反応性モノマー
又はそのオリゴマーを積層させることによって、ポリ置
換アセチレンの薄膜の表面は、反応性モノマー又はその
オリゴマーの薄膜によって保護される。そして反応性モ
ノマー又はそのオリゴマーが放射線などのエネルギービ
ームの照射によって架橋化されることにより、ポリ置換
アセチレンの薄膜の経時的な性能の低下が抑制される。
【0012】本発明におけるポリ置換アセチレンは、構
造式が下記の化3で表される二置換アセチレンを重合し
たものである。
【0013】
【化3】
【0014】重合体は、TaCl5,NbCl5,Ta
Br5,NbBr5などのV属遷移金属触媒と、芳香族
炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレンなど)、脂環
式炭化水素(シクロヘキサンなど)、ハロゲン系炭化水
素(四塩化炭素、トリクロロエチレンなど)などの溶剤
を用い、不活性気体中で30〜100℃で加熱すること
によって得られる。
【0015】得られた重合体を、芳香族炭化水素(ベン
ゼン、トルエン、キシレンなど)、脂環式炭化水素(シ
クロヘキサンなど)、ハロゲン系炭化水素(四塩化炭
素、トリクロロエチレンなど)などの溶剤に溶解させ、
この溶液をキャストすることによって薄膜化できる。
【0016】キャストする下地としては、表面が平滑な
ガラス板、金属板、溶剤に不溶な高分子板(テフロンな
ど)又は液体平面(水、適当な水溶液、溶剤かつ重合体
が不溶である有機液体など)などが用いられる。その下
地の上に溶液を延展し、蒸発させた後、形成したフィル
ムを剥離することによって、この種重合体膜が得られ
る。
【0017】この場合、使用される下地の種類、溶液の
濃度、あるいは積層(重ね塗り)の回数によって、膜厚
を調整することができる。また機械的強度の補強のた
め、既成の多孔質フィルムを支持体として使用すること
もできる。
【0018】前記重合体の薄膜化のための他の手段とし
て、水面展開法によってもできる。これは前記のように
重合体を溶剤に溶解させ、その溶液を水面上に延展して
薄膜を形成し、多孔質フィルムを用いてすくいとること
により薄膜を得るようにしたものである。この方法を用
いた場合、ポリ置換アセチレン層を特に薄くすることが
できる点で有利である。この操作を繰り返して膜厚を操
作することもできる。
【0019】この場合に使用する多孔質フィルムとして
は、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリプロピレン、芳
香族ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリ−4−フ
ッ化エチレン、ポリカーボネートなどの多孔質高分子フ
ィルムの他、多孔質ガラス板、多孔質セラミック板など
から目的に合ったものを使用するとよい。
【0020】反応性モノマー又はそのオリゴマーは、前
記ポリ置換アセチレン膜の上に、通常の方法で塗布する
ことにより、積層化される。
【0021】あるいは一般的なラングミュア・ブロジェ
ット法によって、反応性モノマー又はそのオリゴマーの
ラングミュア・ブロジェット膜を前記ポリ置換アセチレ
ン膜の上に積層することもできる。
【0022】すなわち、バリアで二つに仕切られた水面
上に反応性モノマー又はそのオリゴマーあるいはその溶
液を適当量展開して水面膜を形成し、そのあとバリアを
移動して水面膜を適当な水面膜圧に制御しながら、ポリ
置換アセチレン膜を水面膜から水中に浸漬し、水面膜を
ポリ置換アセチレン膜上に移し取る。これによりポリ置
換アセチレン膜の表面に極薄の反応性モノマー又はその
オリゴマーの層が形成されるようになる。
【0023】本発明で使用する反応性モノマー又はその
オリゴマーとしては、例えば、スチレン、N−ビニル
ピロリドンなどのビニル基を含有する反応性モノマー又
はそのオリゴマー、トリメチロールプロパントリアク
リレートなどのアクリル基を含有する反応性モノマー又
はそのオリゴマー、トリメチロールプロパントリメタ
クリレートなどのメタクリル基を含有する反応性モノマ
ー又はそのオリゴマーなどのうちの1種又は複数種が利
用できる。特に分子内にシロキサン結合あるいはフッ素
を含有する反応性モノマー又はそのオリゴマーの場合、
放射線などによって硬化させると、気体透過性が優れる
点で有利である。
【0024】このようにして形成された積層膜は、続い
て放射線、紫外線などのエネルギービームによって架橋
処理される。放射線としては、たとえば電子線、ガンマ
線などが利用できる。電子線による場合、その加速電圧
は、50kV以上、好ましくは100kV以上であり、
吸収線量としては、0.1〜150メガラド、好ましく
は5〜50メガラドである。また場合によっては、数メ
ガラドあるいは数10メガラドを数回繰り返して照射す
るようにしてもよい。
【0025】ガンマ線を用いる場合も同程度の吸収線量
が好ましいが、あまり高線量になると、照射時間が長く
なり、効率上あまり良くない。より好ましいのは1〜3
0メガラドである。
【0026】紫外線を使用する場合は、10nm〜40
0nmの任意の波長の光が用いられる。紫外線発生源と
しては、市販のUV硬化装置、高圧水銀灯、分析検出器
用UVランプなどが用いられる。このときの照射強度と
しては、1平方糎当たり1mW以上が用いられ、1平方
糎当たり1〜500mWが、より好ましい。
【0027】紫外線を使用する場合、反応性モノマー又
はそのオリゴマーに光反応増感剤を適当量混合すると、
反応を効率よく起こさせることができて有利である。光
反応増感剤としては、たとえば、2.4−ジエチルチオ
キサントン、ベンジルジメチルケタール、2.4.6−
トリメチルベンゾフェノン、α−エトキシ−α−フェニ
ルアセトフェノン、α−イソプロポキシ−α−フェニル
アセトフェノン、エチル−4−(ジメチルアミノ)ベン
ゾエート、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−
(1メチルビニル)フェニル)プロパノンなどをはじ
め、適当なものが利用できる。
【0028】
【実施例】
実施例1 1−(トリメチルシリル)−1−プロピン(アルドリッ
チ)1g、TaCl5 0.06g、トルエン10ccを用い、80℃にて24
時間、窒素雰囲気中で反応させることにより、粘調な重
合体ゲルを得た。この重合体ゲルをトルエンにて希釈し
た後、多量のメタノール中に滴下して重合体を析出沈殿
させた。
【0029】得られた重合体を瀘過および乾燥し、その
1gをトルエン100ccに溶解して、重合体溶液とし
た。この重合体溶液をテフロン板上に延展し、室温で溶
剤を蒸発させた後、テフロン板より剥離し、厚さ10μ
mの重合体膜を得た。
【0030】続いてこの重合体膜の上に、ドクターブレ
ードを用いてシリコーンアクリレート(ゴールドシュミ
ット社製)を塗布することによって積層した。その塗布
厚は1μmであった。
【0031】得られた積層膜を、エリヤビーム型の電子
線照射装置により、加速電圧200kV、吸収線量1メ
ガラドの条件で電子線を照射して硬化させた。なお電子
線に代えて照射強度1平方糎当たり20mWの紫外線を
1秒間照射したものを実施例1′とする。
【0032】実施例2 シリコーンアクリレート(ゴールドシュミット社製)の
1wt%クロロホルム溶液を、水を張ったラングミュア
・ブロジェット膜製造装置の水面に、シリンジで1滴展
開し、膜圧が20dyn/cmになるようにバリアで制
御しながら、実施例1と同じ方法で得た重合体膜を浸漬
した。この操作を2回繰り返し、前記重合膜とシリコー
ンアクリレートの積層膜を形成した。得られた積層膜に
実施例1と同じ条件で電子線を照射した。なお電子線に
代えて照射強度1平方糎当たり20mWの紫外線を1秒
間照射したものを実施例2′とする。
【0033】比較例1A 実施例1と同じ条件で得た重
合体膜に、加速電圧200kV、吸収線量30メガラド
の条件で電子線を照射して、重合体膜を架橋した。
【0034】比較例1B 実施例1と同じ条件で得た重
合体膜を、そのまま試料として用いた。
【0035】以上の各例の膜について、ガス透過率測定
器を用いて、真空法、35℃において酸素および窒素の
透過量を測定した。この場合、実施例1および比較例1
Aについては、電子線照射直後の性能を、比較例1Bに
ついては、成膜直後の性能をそれぞれ初期値とし、それ
ぞれのその後の経過時間特性を評価した。各例の酸素透
過係数(Po2)および酸素/窒素透過係数比(分離性
能α)の初期値と、100日経過後の値を下記の表1
に、また経過時間特性を図1に示す。
【0036】なお酸素透過係数(Po2)の単位は、c
(STP)・cm/cm・sec・cmHgであ
る。
【0037】
【表1】
【0038】表1および図1に示す結果から明らかなよ
うに、実施例1、1′、2、2′による高分子膜は、分
解要因を受けていないため、初期の気体透過性の低下幅
を、比較例1Aによるポリ置換アセチレン単体膜に電子
線を照射したものよりも小さく抑えることができ、長期
安定性にも優れていることが判明する。
【0039】実施例3 実施例1と同じ手法で得た重合体溶液を水面上に延展
し、室温で溶剤を蒸発させた後、多孔質支持体(セルガ
ード#2400、セラニーズ社)によってすくい上げ、
複合膜とした。以上の操作を繰り返し、膜厚が0.1μ
mの重合体膜を得た。この重合体膜に実施例2と同じ手
法を施して、シリコーンアクリレートとの積層膜を形成
した。得られた積層膜に実施例1と同じ条件で電子線を
照射した。なお電子線に代えて照射強度1平方糎当たり
20mWの紫外線を1秒間照射したものを実施例3′と
する。
【0040】比較例3A 実施例3と同じ条件で得た重
合体膜に、加速電圧200kV、吸収線量30メガラド
の条件で電子線を照射して、重合体膜を架橋した。
【0041】比較例3B 実施例3と同じ条件で得た重
合体膜を、そのまま試料として用いた。
【0042】以上の各例の膜について、ガス透過率測定
器を用いて、真空法、35℃において酸素および窒素の
透過量を測定した。この場合、実施例3および比較例3
Aについては、電子線照射直後の性能を、比較例3Bに
ついては、成膜直後の性能をそれぞれ初期値とし、それ
ぞれのその後の経過時間特性を評価した。各例の酸素透
過速度 (Ro2)および酸素/窒素透過係数比(分離
性能α)の初期値と、100日経過後の値を下記の表2
に、また経過時間特性を図2に示す。
【0043】なお酸素透過速度(Ro2)の単位は、c
(STP)/cm・sec・cmHgである。
【0044】
【表2】
【0045】表2および図2に示す結果から明らかなよ
うに、実施例3、3′による高分子膜は、分解要因を受
けていないため、初期の気体透過性の低下幅を、比較例
3Aによるポリ置換アセチレン単体膜に電子線を照射し
たものよりも小さく抑えることができ、長期安定性にも
優れていることが判明する。
【0046】なお以上の各実施例以外の他の反応性モノ
マーおよびそのオリゴマーを使用した場合でも、同等の
効果が得られる。
【0047】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ポ
リ置換アセチレンを素材として気体透過性膜を得るにあ
たり、従来法によるものよりも長期にわたって安定した
気体透過性能を呈するこの種気体透過性膜を製造するこ
とができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1および2によって得られた膜
の、経過日数に対する酸素透過係数の変化を示す特性図
である。
【図2】本発明の実施例3によって得られた膜の、経過
日数に対する酸素透過速度の変化を示す特性図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造式が 【化1】 で表されるポリ置換アセチレンを薄膜化する工程と、反
    応性モノマー又はそのオリゴマーを薄膜化する工程と、
    前記ポリ置換アセチレンの薄膜の上に前記反応性モノマ
    ー又はそのオリゴマーの薄膜を積層する工程と、前記積
    層された薄膜に放射線などのエネルギービームを照射し
    て前記反応性モノマー又はそのオリゴマーを架橋化する
    工程とからなることを特徴とする気体透過性膜の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 反応性モノマー又はそのオリゴマーの薄
    膜が、ラングミュア・ブロジェット膜である請求項1記
    載の気体透過性膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 ポリ置換アセチレンの薄膜が、ポリ置換
    アセチレンの溶液を水面上に延展し、その延展した膜を
    多孔質支持体によってすくいあげて得た薄膜である請求
    項1又は2記載の気体透過性膜の製造方法。
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