JPH0534048B2 - - Google Patents

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JPH0534048B2
JPH0534048B2 JP60002088A JP208885A JPH0534048B2 JP H0534048 B2 JPH0534048 B2 JP H0534048B2 JP 60002088 A JP60002088 A JP 60002088A JP 208885 A JP208885 A JP 208885A JP H0534048 B2 JPH0534048 B2 JP H0534048B2
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JP
Japan
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copolymer
formula
alkyl group
membrane
elemental analysis
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JP60002088A
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JPS61161120A (ja
Inventor
Masaki Uchikura
Kyohide Matsui
Yutaka Nagase
Junko Ochiai
Tomoko Ueda
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Sagami Chemical Research Institute
Tosoh Corp
Original Assignee
Sagami Chemical Research Institute
Tosoh Corp
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Publication date
Application filed by Sagami Chemical Research Institute, Tosoh Corp filed Critical Sagami Chemical Research Institute
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/44Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of groups B01D71/26-B01D71/42

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は気体混合物の分離に用いる高分子膜に
関するものである。さらに詳しくは、気体の透過
性および分離能の両方に優れ、特に酸素富化空気
の製造に好適な気体分離膜に係るものである。 膜を用いる基対分離法は、その省エネルギー
性、高い安全性、および操作の簡便性の故に、急
激に用途が拡大しつつある。その中でも特に、酸
素濃度が25%以上に濃縮された酸素富化空気は、
例えば各種燃焼機関、医療用機器、食品工業、廃
棄物処理などに有効に用いることができ、その効
率的な製造方法が必要とされている。 〔従来技術〕 気体混合物を分離する方法としては、従来、気
体間の沸点差を利用する深冷分離法が一般に用い
られてきている。 しかしながら、深冷分離法では、気体の相変化
を利用しているため、エネルギー消費量が大き
い、あるいは製造した気体を圧力容器に貯蔵して
利用するため危険性が大きい、操作が煩雑である
など種々の問題があつた。 近年、かかる方法に比べてより経済的であり、
かつ安全性、操作の簡便さに優れた方法として高
分子膜透過を利用した分離法が注目されている。
すなわち、高分子膜を通して気体が透過する速度
の違いを利用して、混合気体の1成分もしくはそ
れ以上の成分を分離または濃縮しようとするもの
であり、特に酸素富化空気製造への利用が期待さ
れている。 酸素富化に用いる膜として特に要求される特性
は、 1 酸素の透過係数Po2(以下、特にことわらな
い限り、透過係数の単位としてcm3(STP)・
cm/cm3・sec・cmHgを用いる。)が大きいこと 2 酸素と窒素の分離能、すなわち分離係数α
(−酸素の透過係数Po2/窒素の透過係数P N2
が大きいこと 3 薄膜としてもピンホールもしくは割れを生じ
ない充分な強度と加工性を有すること である。 従来、特に高い気体透過性を有する高分子膜材
料としては、ポリジメチルシロキサン、あるいは
ポリ(1−トリメチルシリルプロピン)(J.Am.
Chem.Soc.1983、105、p.7473、が知られている
が、前者は膜の機械的強度が小さいために、数十
μm以下では実際の使用に耐えうる膜とすること
ができず、また後者は、α=1.7と極めて分離能
に乏しく充分な酸素濃度の空気が得られないとい
う欠点を持つていた。ポリジメチルシロキサンの
加工性を改善するためにポリジメチルシロキサン
−ポリカーボネートブロツク共重合体(米国特許
3980456、同3874986号)、ポリジメチルシロキサ
ン共重合体(特開昭56−26504号)等、共重合に
よる高強度化が試みられてきたが、透過性の著し
い低下はまぬがれない。 このように現在に至るまで、気体混合物の分離
に用いる膜として要求されるすべての性能を満足
するものは知られていない。 〔本発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上に述べた従来の気体分離膜の欠点
を、透過性、分離能に優れ、かつ強度に優れた新
規な膜素材を用いることにより解決し、気体混合
物を極めて効率的に分離する膜を提供するもので
ある。 〔発明の具体的な説明〕 本発明者らは、気体、特に酸素ガスの選択透過
性にすぐれ、さらに薄膜化しうるに充分な機械的
強度を有する膜素材を求めて鋭意検討した。その
結果、1−トリメチルシリルプロピンと他の種々
のアセチレン系モノマーとの共重合体を用いるこ
とにより、ポリ(1−トリメチルシリルプロピ
ン)を大幅に上回る選択性を持つ膜が得られ、さ
らに共重合体の組成を調整することにより高分子
膜の選択透過性を自由にコントロールできること
を見い出し、本発明を完成させるに至つたもので
ある。すなわち、本発明は、構造式 で示される繰返し単位および一般式 〔式中、R1は水素原子、ハロゲン原子、アルキ
ル基、置換アルキル基であり、R2はフエニル基、
置換フエニル基、アルキル基、置換アルキル基、
または式
【式】で表される基(R3、R4はそれぞれ 独立にアルキル基、置換アルキル基であり、R5
は置換アルキル基、フエニル基、置換フエニル基
を表す。)を表す。〕 で示される繰返し単位を有する共重合体より形成
される気体分離膜を提供するものである。 構造式(1)および一般式(2)で示される繰返し単位
を有する共重合体を得るために用いられるモノマ
ーである1−トリメチルシリルプロピンは市販の
モノマーを使用することができる。また、共重合
の際コモノマーとして用いる置換アセチレンモノ
マー、すなわち一般式 R1−C≡C−R2 ……(3) 〔式中、R1は水素原子、ハロゲン原子、アルキ
ル基、置換アルキル基であり、R2はフエニル基、
置換フエニル基、アルキル基、置換アルキル基、
または式
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の高分子膜は非常に優れ
た気体選択透過性、および製膜製を有するため
に、本発明の膜を用いて、空気からの酸素富化等
種々の気体混合物の分離、濃縮を極めて効率良く
行うことができる。 以下実施例により本発明をさらに具体的に説明
するが、本発明は何らこれらの実施例に限定され
るものではない。 なお、実施例において気体の透過係数の測定は
高真空の圧力法を用いて行つた。 実施例 1 1−トリメチルシリルプロピンおよび1−フエ
ニルジメチルシリルプロピンをモル比70/30の割
合で、全モノマー濃度が1.0Mとなるようにトル
エンに溶解し、五塩化タンタルおよびテトラフエ
ニル錫をそれぞれ20mMの濃度で加え、ガラスア
ンプル中に仕込み、脱気封管後80℃で24時間振と
うし、粘調なゲル状重合体を得た。この重合体を
トルエンに溶解させ、多量のメタノール中に数回
再沈殿を繰り返した。乾燥後、IR、NMRおよび
元素分析を行い、繰返し単位
【式】 および
【式】からなる共重合体であ ることを確認し、元素分析の炭素含量よりその組
成を算出したところ、後者の繰返し単位の含有率
は19モル%であつた。また、GPC測定の結果、
共重合体の重量平均分子量は5.43×105であつた。 得られた共重合体をトルエンに再溶解し、その
溶液をテフロン板上に流延した後、トルエンを蒸
発除去し、膜厚が21μmの均質膜を得た。 この膜の25℃における透過係数を測定したとこ
ろ、Po2=1.44×10-7、P N2=6.89×10-8、α=
2.09であつた。またこの共重合体のIRスペクトル
データおよび元素分析値は次のとおりであつた。 IRスペクトル:3100〜2850、1660〜1610、1520、
1450、1340、1260、1190、1120、1090、1000、
930、850cm-1 元素分析値:C.67.28%、H.10.08% 実施例 2 1−トリメチルシリルプロピンと1−フエニル
ジメチルシリルプロピンのモル比を50/50にした
以外、実施例1と全く同様にして重合、精製を行
つた。得られた共重合体の元素分析の炭素含量よ
りその組成を算出したところ、
【式】で示される繰返し単位の含 有率は31モル%であつた。この共重合体を実施例
1と同様にして製膜し、膜厚18μmの均質膜を得
た。この膜の25℃における透過係数を測定したと
ころ、Po2=6.55×10-8、P N2=2.59×10-8、α
=2.53であつた。なお、この共重合体の元素分析
値はC.68.89%、H.8.93%であつた。 実施例 3 1−トリメチルシリルプロピンおよび1(―3,
3,3−トリフルオロプロピルジメチルシリル)
プロピンをモル比65/35の割合で、全モノマー濃
度が1.0Mとなるようにトルエンに溶解し、五塩
化タンタルおよびテトラフエニル錫をそれぞれ20
mMの濃度で加えた後、実施例1と同様にして重
合、精製を行つた。乾燥後、IR、NMRおよび元
素分析を行い、繰返し単位
【式】お よび
【式】からなる共重合体で あることを確認し、元素分析の炭素含量よりその
組成を算出したところ、後者の繰返し単位の含有
率は25モル%であつた。またGPC測定の結果、
共重合体の重量平均分子量は4.92×105であつた。
得られた共重合体を、実施例1と同様にして製膜
し、膜厚が15μmの均質膜を得た。この膜の25℃
における透過係数を測定したところ、Po2=1.05
×10-7、P N2=4.51×10-8、α=2.33であつた。 また、この共重合体のIRスペクトルデータお
よび元素分析値は次のとおりであつた。 IRスペクトル:3100〜2850、1570〜1530、1450、
1380、1320、1260、1190、1120、1060、1020、
930、900、840、800、740、650cm-1 元素分析値:C.58.79%、H.9.32% 実施例 4 1−トリメチルシリルプロピンおよび1−フエ
ニルプロピンをモル比30/70の割合で全モノマー
濃度が1.0Mとなるようにトルエンに溶解し、五
塩化タンタルを20mMの濃度で加えた後、実施例
1と同様の方法で重合、精製を行つた。乾燥後、
IR、NMRおよび元素分析を行い、繰返し単位
【式】および
【式】からな る共重合体であることを確認し、元素分析の炭素
含量よりその組成を算出したところ、後者の繰返
し単位の含有率は35モル%であつた。また、
GPC測定の結果、共重合体の重量平均分子量は
2.37×105であつた。 得られた共重合体を実施例1と同様にして製膜
し、膜厚が23μmの均質膜を得た。この膜の25℃
における透過係数を測定したところ、Po2=7.31
×10-8、P N2=2.94×10-8であり、α=2.49であ
つた。また、この共重合体のIRスペクトルデー
タおよび元素分析値は次のとおりであつた。 IRスペクトル:3050、2960、2900、2850、1750、
1600、1560、1450、1380、1260、1190、1080、
1020、910、820、750、690、630cm-1 元素分析値:C.74.40%、H.9.48% 実施例 5 1−トリメチルシリルプロピンおよび1−(ペ
ンタフルオロフエニルジメチルシリル)プロピン
をモル比70/30の割合で全モノマー濃度が1.0M
となるようにトルエンに溶解し、五塩化タンタル
およびテトラフエニル錫をそれぞれ20mMの濃度
で加えた後、実施例1と同様にして重合、精製を
行つた。乾燥後、IR、NMRおよび元素分析を行
い、繰返し単位
【式】および
【式】からなる共重合体であること を確認し、元素分析の炭素含量よりその組成を算
出したところ、後者の繰返し単位の含有率は20モ
ル%であつた。 またGPC測定の結果、共重合体の重量平均分
子量は2.04×105であつた。 得られた共重合体を実施例1と同様にして製膜
し、膜厚が18μmの均質膜を得た。この膜の25℃
における透過係数を測定したところ、Po2=1.49
×10-7、P N2=7.10×10-8、α=2.10であつた。
この共重合体のIRスペクトルデータおよび元素
分析値は次のとおりであつた。 IRスペクトル:3150〜2850、1600〜1530、1450、
1420、1380、1260、1190、1120、1020、930、
860〜810、760、650cm-1 元素分析値:C.58.73%、H.8.07% 実施例 6 1−トリメチルシリルプロピンおよび1(―2−
ペンタフルオロフエニルエチルジメチルシリル)
プロピンをモル比67/33の割合で、全モノマー濃
度が1.0Mとなるようにトルエンに溶解し、五塩
化タンタルおよびテトラフエニル錫をそれぞれ20
mMの濃度で加えた後、実施例1と同様にして重
合、精製を行つた。乾燥後、IR、NMRおよび元
素分析を行い、繰返し単位
【式】お よび
【式】からなる共重合体である ことを確認し、元素分析の炭素含量よりその組成
を算出したところ、後者の繰返し単位の含有率は
20モル%であつた。またGPC測定の結果、共重
合体の重量平均分子量は2.65×105であつた。 得られた共重合体を実施例1と同様にして製膜
し、膜厚12μmの均質膜を得た。この膜の25℃に
おける透過係数を測定したところ、Po2=1.89×
10-7、P N2=8.79×10-8、α=2.15であつた。ま
た、この共重合体のIRスペクトルデータおよび
元素分析値は次のとおりであつた。 IRスペクトル:3100〜2850、1670、1590〜1510、
1450、1380、1280、1260、1190、1130、1000、
930、880〜750、700、650cm-1 元素分析値:C.59.96%、H.8.40% 実施例 7 実施例6で得られた共重合体をトルエンに再溶
解し、この溶液1滴を清浄な水面上に滴下し自主
的に展延せしめた。水面上に得られた共重合体極
薄膜を、多孔質ポリプロピレン・ジユラガード上
にすくい上げ複合膜を作製した。この膜の断面を
電子顕微鏡を用いて観察した結果、共重合体極薄
膜の膜厚は0.14μmであつた。 この複合膜の25℃における透過係数を測定した
ところ、Po2=9.45×10- 3cm3(STP)/cm3・sec・
cmHg、P N2=4.27×10-3cm3(STP)/cm3・sec・
cmHg、α=2.21であつた。 さらに、この複合膜の両側に、3.0Kg/cm3の差
圧がかかる様に空気を導入し、この状態を35日間
保つた後、再度25℃における透過測定を行つたと
ころ、最初の測定値と5%以内で一致した。 実施例 8〜13 実施例1と同様の方法で1−トリメチルシリル
プロピン(表1中TMSPと略す)と表1に記載
のコモノマーを、同じく記載のモル比の割合で用
いて共重合し、精製、製膜した。ただし、実施例
12および13については実施例4と同様の方法で共
重合した。 得られた共重合体におけるコモノマー単位の含
有率、重量平均分子量、25℃におけるPo2、P N
、αの値をそれぞれ表1に示す。
【表】 比較例 1 実施例4と同様な方法で、1−トリメチルシリ
ルプロピンを単独で重合し、精製、製膜した。得
られたポリ(1−トリメチルシリルプロピン)の
重量平均分子量は8.99×105であつた。この膜の
25℃における透過係数を測定したところ、Po2
6.80×10-7、P N2=4.10×10-7、α=1.66であつ
た。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 構造式 で示される繰返し単位および一般式 [式中、R1は水素原子、ハロゲン原子、アルキ
    ル基または置換アルキル基であり、R2はフエニ
    ル基、置換フエニル基、または式【式】で 表される基(R3、R4はそれぞれ独立にアルキル
    基または置換アルキル基であり、R5は置換アル
    キル基、フエニル基または置換フエニル基を表
    す。)を表す。]で示される繰返し単位を有する共
    重合体より形成される気体分離膜。 2 該共重合体を構成する単量体単位において構
    造式 で示される単量体単位と、一般式 (式中、R1、R2は上記と同一である。)で示され
    る単量体単位のモル比が90/10から60/40の範囲
    にある特許請求の範囲第1項記載の気体分離膜。 3 該共重合体の酸素透過係数が6×10-8cm3
    (STP)・cm/cm3・sec・cmHg以上、酸素と窒素の
    透過係数比が2.0以上である特許請求の範囲第1
    項または第2項記載の気体分離膜。
JP60002088A 1985-01-11 1985-01-11 気体分離膜 Granted JPS61161120A (ja)

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