JPH05317666A - 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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JPH05317666A
JPH05317666A JP16982992A JP16982992A JPH05317666A JP H05317666 A JPH05317666 A JP H05317666A JP 16982992 A JP16982992 A JP 16982992A JP 16982992 A JP16982992 A JP 16982992A JP H05317666 A JPH05317666 A JP H05317666A
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JP
Japan
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membrane
film
langmuir
blodgett
water surface
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JP16982992A
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English (en)
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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、反応性モノマーのラングミュア・ブロジェット
膜を積層する。ラングミュア・ブロジェット膜の膜形成
過程で、水面膜状となっているラングミュア・ブロジェ
ット膜に、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、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
を形成し、水面上のその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
ーを硬化し、この膜を、ポリ置換アセチレンの薄膜です
くい取ることによって積層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のラングミュア・ブロジェット硬
化膜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、ラングミュア・ブロジェット硬化膜によ
って保護される。これによって長期にわたって安定した
気体透過性能を呈するようになる。
【0012】そしてラングミュア・ブロジェット膜を形
成するとき、水面上にあるラングミュア・ブロジェット
膜のみが、放射線などのエネルギービームの照射によっ
て硬化するので、ポリ置換アセチレンの薄膜にはなんら
エネルギービームが照射されることはなく、したがって
エネルギービームの影響を回避することができる。
【0013】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。
【0014】
【化3】
【0015】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。
【0016】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。
【0017】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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】この場合に使用する多孔質フィルムとして
は、ポリスルフオン、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。
【0021】反応性モノマー又はそのオリゴマーの膜
は、ラングミュア・ブロジェット法によって形成し、そ
のラングミュア・ブロジェット膜を得る。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
面膜圧に制御する。
【0022】この薄膜形成の過程で、水面上にあるラン
グミュア・ブロジェット膜に放射線あるいは紫外線のよ
うなエネルギービームを照射して、反応性モノマー又は
そのオリゴマーを硬化する。
【0023】そのあと前記ポリ置換アセチレンの膜で、
水面上にあるラングミュア・ブロジェット硬化膜をすく
い上げ、ポリ置換アセチレンの膜の表面に極薄のラング
ミュア・ブロジェット硬化膜を積層する。
【0024】ポリ置換アセチレンの膜の表面にラングミ
ュア・ブロジェット膜を積層する前に、ラングミュア・
ブロジェット膜にエネルギービームを照射して反応性モ
ノマー又はそのオリゴマーを硬化するようにしているの
で、この過程ではポリ置換アセチレンの膜はエネルギー
ビームの影響を受けることはない。
【0025】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。
【0026】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、0.1〜100メガラド、好ましく
は0.1〜10メガラドである。
【0027】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0.1
〜10メガラドである。
【0028】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。
【0029】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。
【0030】
【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。
【0031】得られた重合体を濾過および乾燥し、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20μ
mの重合体膜を得た。
【0032】続いて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、エリ
アビーム型の電子線照射装置の直下に配置された、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、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。
【0033】そのあと前記重合体膜によって、シリコー
ンアクリレート硬化膜を2回すくい取り、重合膜の表面
にシリコーンアクリレート硬化膜を積層することによ
り、2層積層膜を形成した。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1′とする。
【0034】実施例2 実施例1と同じ条件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あと、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.
1μmの重合体膜を得た。
【0035】実施例1と同じく、シリコーンアクリレー
トのラングミュア・ブロジェット膜を形成し、この膜に
実施例1と同じ条件で電子線を照射した。そのあと実施
例1と同じ手法で重合体膜の表面にシリコーンアクリレ
ートのラングミュア・ブロジェット膜を積層し、2層積
層膜を形成した。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。この場合シリコーンアクリレートにα−エ
トキシ−α−フェニルアセトフェノンを混合(重量比1
00:1)した。
【0036】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。
【0037】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。
【0038】比較例2A 実施例2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。
【0039】比較例2B 実施例2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。
【0040】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、2、比較例1
Aおよび比較例2Aについては、電子線照射直後の性能
を、比較例1Bおよび2B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。実施例1に関してはその酸素透過係数
(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、
また実施例2に関してはその酸素透過速度(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に示す。また各例
の経過時間特性を図1及び図2に示す。
【0041】、なお酸素透過係数(Po2)の単位は、
cm(STP)・cm/cm・sec・cmHgで
あり、酸素透過速度(Ro2)の単位は、cm(ST
P)/cm・sec・cmHgである。
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】 表1、2及び図1、2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、2A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。
【0044】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。
【0045】
【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2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 (2)

    【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水面上に展開して前
    記反応性モノマー又はそのオリゴマーのラングミュア・
    ブロジェット膜を形成する工程と、前記水面上にある前
    記ラングミュア・ブロジェット膜に放射線などのエネル
    ギービームを照射して前記ラングミュア・ブロジェット
    膜を硬化する工程と、前記硬化されたラングミュア・ブ
    ロジェット膜を前記ポリ置換アセチレンの薄膜ですくい
    取って、前記ポリ置換アセチレンの薄膜の上に前記ラン
    グミュア・ブロジェット膜の薄膜を積層する工程とから
    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】 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記載の気体透過性膜の製造方法。
JP16982992A 1992-05-18 1992-05-18 気体透過性膜の製造方法 Pending JPH05317666A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0681862A2 (de) * 1994-05-09 1995-11-15 Hoechst Aktiengesellschaft Verbundmembran und Verfahren zu ihrer Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0681862A2 (de) * 1994-05-09 1995-11-15 Hoechst Aktiengesellschaft Verbundmembran und Verfahren zu ihrer Herstellung
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