JPH082414B2 - Water vapor selective permeable membrane - Google Patents

Water vapor selective permeable membrane

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JPH082414B2
JPH082414B2 JP63062017A JP6201788A JPH082414B2 JP H082414 B2 JPH082414 B2 JP H082414B2 JP 63062017 A JP63062017 A JP 63062017A JP 6201788 A JP6201788 A JP 6201788A JP H082414 B2 JPH082414 B2 JP H082414B2
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water vapor
ion
layer
permeable membrane
water
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良雄 菅家
真 中尾
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  • Drying Of Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、混合流体より特定成分を、膜を用いて透過
分離せしめる分離膜に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a separation membrane for permeating and separating a specific component from a mixed fluid using a membrane.

更に詳しくは、建物の空気調和や計装用圧縮空気等の
湿度を低減させた空気の製造や、天然ガス中の水分除
去,ならびに化学工業をはじめ、電気・電子産業,精密
機械工業,食品工業,繊維工業等、広い分野で使用され
る湿度をコントロールされた気体の製造において、水分
を含有する気体をイオン交換膜を用いて、水,水蒸気を
選択的に透過分離する方法に関する。
More specifically, air conditioning in buildings, production of air with reduced humidity such as instrumentation compressed air, removal of water in natural gas, chemical industry, electrical / electronic industry, precision machinery industry, food industry, The present invention relates to a method for selectively permeating and separating water and water vapor from a water-containing gas by using an ion exchange membrane in the production of a humidity-controlled gas used in a wide range of fields such as textile industry.

[従来の技術] 気体中の水蒸気を除去する方法として大別して、
(1)圧縮法,(2)冷却法,(3)吸着法,(4)膜
分離法の4法が知られている。
[Prior Art] As a method for removing water vapor in a gas, it is roughly classified,
There are four known methods: (1) compression method, (2) cooling method, (3) adsorption method, and (4) membrane separation method.

膜分離法は、水蒸気を含有する気体を隔膜の一面に接
触させ、もう一面から水蒸気を選択的に透過分離せしめ
る方法であり、原理的に他の3法に比べ、ランニングコ
ストが安価,装置構造が簡単,気体を汚染することなく
連続的に乾燥気体が得れる等の利点を持つが、従来、水
蒸気透過性の優れた隔膜がないため、ほとんど実用化さ
れていない。
The membrane separation method is a method in which a gas containing water vapor is brought into contact with one surface of the diaphragm and the water vapor is selectively permeated and separated from the other surface. In principle, the running cost is lower than that of the other three methods, and the device structure is low. However, it has an advantage that it can obtain a dry gas continuously without contaminating the gas, but it has hardly been put into practical use because there is no diaphragm having excellent water vapor permeability.

例えば、特開昭53−97246,特開昭54−11481,特開昭54
−152679,特開昭60−183025,特開昭61−195117,特開昭6
2−42723に吸水性高分子膜や、酸素分離,水素分離に使
用された気体透過性の大きな膜素材による除湿膜が記載
されているが、水蒸気透過量が少なく、また水蒸気・気
体との分離係数も充分でない。
For example, JP-A-53-97246, JP-A-54-11481, and JP-A-54-54
-152679, JP 60-183025, JP 61-195117, JP 6
2-42723 describes a water-absorbing polymer membrane and a dehumidifying membrane made of a membrane material with large gas permeability used for oxygen separation and hydrogen separation, but it has a low water vapor transmission rate and separation from water vapor and gas. The coefficient is not enough.

また水蒸気透過量と膜強度を改良する目的で上記膜素
材を薄膜として、ポリスルホン多孔膜,ポリプロピレン
多孔膜,ポリテトラフルオロエチレン多孔膜との複合膜
が、特開昭53−86684,特開昭60−257819,特開昭60−261
503,特開昭62−42772等に記載されているが、これらは
膜強度の改良はなされているが、水蒸気透過量が充分で
はなく、また水蒸気選択透過係数も小さい。
Further, for the purpose of improving the amount of water vapor permeation and the film strength, a composite film of a polysulfone porous film, a polypropylene porous film, and a polytetrafluoroethylene porous film is used as a thin film, and the composite film is disclosed in JP-A-53-86684 and JP-A-60. -257819, JP-A-60-261
503, JP-A-62-42772 and the like, although these have improved the membrane strength, they do not have a sufficient amount of water vapor permeation and have a small water vapor selective permeation coefficient.

一方、燃料電池用隔膜や電解用隔膜に使用されてい
る、側鎖にスルホン酸基を含有するパーフルオロイオン
交換膜は、吸水性が高く、ポリマー中の水の透過速度が
大きいことから除湿膜素材として有効と考えられ、パー
フルオロスルホン酸ポリマーの中空チューブを用いた除
湿器が、USP3735558に記載され、パーマピュアドライ
として入手できる。しかしながら、これは水蒸気透過量
が小さいため、多量の気体を処理する工業用用途では、
従来の冷凍法や吸着法に代替できない欠点がある。
On the other hand, perfluoroion exchange membranes containing sulfonic acid groups in their side chains, which are used in fuel cell membranes and electrolysis membranes, have high water absorption and a high water permeation rate in the polymer. considered effective as a material, a dehumidifier using a hollow tube of perfluorosulfonic acid polymers, are described in USP3735558, perm pure dry R
Available as. However, it has a low water vapor transmission rate, so in industrial applications that process large amounts of gas,
It has the drawback that it cannot replace the conventional freezing method or adsorption method.

更に、特開昭62−7417では、パーフルオロスルホン酸
ポリマーからなる中空糸を加熱処理することで、露点温
度が低い気体を製造する除湿膜が記載されているが、加
熱処理により膜内の水分が除去されるため水蒸気透過速
度が著しく低下する欠点がある。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 62-7417 describes a dehumidifying membrane which produces a gas having a low dew point temperature by heat-treating a hollow fiber made of a perfluorosulfonic acid polymer. However, there is a drawback that the water vapor permeation rate is significantly reduced due to the removal of

〔本明の解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by Honmei]

本発明は、従来技術が有していた前述の欠点を解消し
ようとするものであり、水蒸気透過速度,水蒸気選択透
過係数の大きな新規な除湿膜を提供することを目的とす
る。
The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object thereof is to provide a novel dehumidifying membrane having a large water vapor transmission rate and a large water vapor selective permeation coefficient.

本発明は、従来技術による空気調和装置や計装用圧縮
空気の製造に代替できる他、天然ガスの除湿,従来技術
では使用できない腐食性ガスの除湿等に使用できる除湿
膜を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a dehumidifying film that can be used for dehumidification of natural gas, dehumidification of corrosive gas that cannot be used in the prior art, and the like, in addition to the production of compressed air for instrumentation and instrumentation according to the prior art. To do.

[問題点を解決するための手段] 本発明の上記目的は、実質的にイオン交換基を含有し
ない樹脂層とイオン交換体層の少なくても二層からなる
複層膜において、上記樹脂層の吸水率が、イオン交換体
層より大きい高吸水性樹脂から構成されている水蒸気選
択透過性膜によって達成せしめられる。
[Means for Solving the Problems] The above object of the present invention is to provide a multilayer film comprising at least two layers of a resin layer substantially free of ion-exchange groups and an ion-exchanger layer. The water absorption rate is achieved by a water vapor selective permeable membrane composed of a super absorbent resin that is larger than the ion exchanger layer.

本発明の水蒸気選択透過性膜は、基本的には、イオン
交換基を含有しない吸水性膜とイオン交換基を含有する
吸水性膜とを組合わせたものであるが、これは従来にな
い新規な発想と知に基づくものである。
The water vapor selective permeable membrane of the present invention is basically a combination of a water-absorbing membrane containing no ion-exchange group and a water-absorbing membrane containing an ion-exchange group, which is a novel feature that has never been seen before. It is based on various ideas and knowledge.

本発明者は、水蒸気選択透過性の優れた膜について、
鋭意研究した結果、ビニロンフィルムやポリアクリルア
ミドゲル膜に代表される吸水性高分子膜は、イオン交換
膜に比べ、吸水性が高いにもかかわらず、水蒸気透過性
が低いこと,またイオン交換膜において、吸水率を高め
ると、ある範囲まで水蒸気透過性は向上するが、過度に
吸水率が高くなると、かえって、水蒸気透過性が低下す
るという事実を見い出した。更に水蒸気透過性について
検討した結果、上記の様なイオン交換基を含有しない高
吸水膜とイオン交換膜との積層膜が、各々の単一膜の水
蒸気透過速度より増加するという予想外の事実を見い出
し、本発明を完成するに到った。
The present inventor has proposed a membrane having excellent water vapor selective permeability,
As a result of diligent research, water-absorbent polymer membranes represented by vinylon films and polyacrylamide gel membranes have lower water vapor permeability than ion-exchange membranes, but have low water vapor permeability. It has been found that when the water absorption rate is increased, the water vapor permeability is improved up to a certain range, but when the water absorption rate is excessively increased, the water vapor permeability is rather decreased. As a result of further studying the water vapor permeability, the unexpected fact that the laminated film of the highly water-absorbing membrane containing no ion exchange group and the ion exchange membrane as described above is higher than the water vapor transmission rate of each single membrane is found. They have found the present invention and completed the present invention.

本発明の複層膜が何故、水蒸気の透過性を高めるのか
は、解明されていないが、おそらく以下の理由と考えら
れる。
The reason why the multilayer film of the present invention enhances the water vapor permeability has not been clarified, but it is considered to be probably due to the following reason.

即ち、水蒸気が膜を透過する際、次の三ステップの律速
をうける。第一ステップは水蒸気の膜表面への溶解吸水
性,第二ステップは、膜内の水蒸気の拡散性,そして、
第三ステップは、膜の透過側での水蒸気脱離性である。
That is, when water vapor permeates the membrane, it is subject to the following three steps of rate limiting. The first step is the dissolution and absorption of water vapor on the membrane surface, the second step is the diffusivity of water vapor in the membrane, and
The third step is water vapor desorption on the permeate side of the membrane.

高吸水性樹脂膜は、イオン交換膜と比べ、第一ステッ
プの水蒸気の膜表面への溶解吸収性が大きいにもかかわ
らず、水蒸気の透過性は低い。一方、イオン交換膜にお
いて、吸水率を過度に高めると、すなわち、膜内の固定
イオン濃度が低下すると、水蒸気の透過性が低下するこ
とから、膜内のイオン交換基の存在が、水蒸気の透過
性,特に第二ステップの拡散性あるいは、第三ステップ
の水蒸気脱離性を高かめていると説明される。
Compared with the ion exchange membrane, the superabsorbent polymer membrane has a low solubility of water vapor in the first step, even though it has a high dissolving and absorbing ability on the membrane surface. On the other hand, in the ion exchange membrane, if the water absorption rate is excessively increased, that is, if the fixed ion concentration in the membrane decreases, the permeability of water vapor decreases. It is explained that the properties, especially the diffusivity in the second step or the water vapor desorption property in the third step, are enhanced.

かくて、高吸水性樹脂層に水蒸気を接触せしめ、膜表
面への水蒸気の溶解吸収性を高め、一方、イオン交換体
層から水蒸気を脱離させることにより、各々の単層膜よ
り水蒸気の透過速度の大きな膜が得られると説明され
る。しかし、かかる説明は本発明の理解の助けのために
述べたものであり、何ら本発明を限定するものではな
い。
Thus, by contacting water vapor with the super absorbent resin layer to enhance the dissolution and absorption of water vapor on the membrane surface, while desorbing water vapor from the ion exchanger layer, the permeation of water vapor from each single layer membrane It is described that a high speed membrane is obtained. However, such description is provided for the purpose of understanding the present invention and does not limit the present invention in any way.

以下に本発明を更に詳しく説明すると、本発明を構成
するイオン交換体層としては、固定イオン濃度1〜6ミ
リ当量/g H2O,吸水率30容積%以上,膜厚が0.1〜250μ
mであることが好ましい。ここで固定イオン濃度は、膜
に吸水した水1000gあたりのイオン交換容量で表示した
もので,また吸水率は、乾燥樹脂の容積に対し、25℃の
純水が吸着した容積の%で表示したものである。
The present invention will be described in more detail below. The ion exchanger layer constituting the present invention has a fixed ion concentration of 1 to 6 meq / g H 2 O, a water absorption rate of 30% by volume or more, and a film thickness of 0.1 to 250 μm.
It is preferably m. Here, the fixed ion concentration is indicated by the ion exchange capacity per 1000 g of water absorbed by the membrane, and the water absorption rate is indicated by% of the volume adsorbed with pure water at 25 ° C with respect to the volume of the dry resin. It is a thing.

固定イオン濃度が上記の範囲外では、水蒸気透過性が
低下するので、特に好ましくは、2〜5Nが使用される。
また吸水率が30容積%未満では、膜内の水蒸気の溶解吸
収量が少ないため水蒸気透過速度が低下し、また500容
積%超では、膜の機械的強度の低下が著しいので30〜50
0容積%,好ましくは、40〜250容積%のイオン交換体層
が使用される。
When the fixed ion concentration is out of the above range, the water vapor permeability is lowered, so 2 to 5 N is particularly preferably used.
When the water absorption rate is less than 30% by volume, the amount of dissolved and absorbed water vapor in the film is small, so the water vapor permeation rate decreases, and when it exceeds 500% by volume, the mechanical strength of the film decreases remarkably.
0% by volume, preferably 40-250% by volume of ion exchanger layer is used.

かくして、本発明を構成するイオン交換体層として
は、固定イオン濃度,吸水率が前述したある特定な範囲
を有するものであれば、なんら制限なく使用できる。
Thus, the ion exchanger layer constituting the present invention can be used without any limitation as long as the fixed ion concentration and the water absorption rate have the above-mentioned specific ranges.

イオン交換基の型としては、スルホン酸,スルホン酸
塩,カルボン酸,カルボン酸塩,リン酸,リン酸塩,酸
性水酸基,酸性水酸塩等のカチオン交換基の他、1〜3
級アミノ基,4級アンモニュウム基等のアニオン交換基が
例示できるが、なかでも、スルホン酸が、吸水性が高
く、また膜内の透過速度も高いことから、第一のイオン
交換体層として特に好ましく、イオン交換容量0.8〜5.0
ミリ当量/g樹脂のスルホン酸膜が使用される。
Examples of the type of ion-exchange group include cation-exchange groups such as sulfonic acid, sulfonate, carboxylic acid, carboxylate, phosphoric acid, phosphate, acidic hydroxyl group and acidic hydroxide, and 1 to 3
Anion exchange groups such as a secondary amino group and a quaternary ammonium group can be exemplified, but among them, sulfonic acid has high water absorption and also has a high permeation rate in the membrane, so that it is particularly preferable as the first ion exchange layer. Ion exchange capacity 0.8-5.0
A sulfonic acid membrane of milliequivalent / g resin is used.

スルホン酸含有膜の材質としては、セルロース系,ポ
リオレフィン系,アクリル系,酢酸ビニル系,ポリスチ
レン系,ポリスルホン系,含フッ素重合系がなんら制限
なく使用される。これらの材質にスルホン酸基を導入す
る方法としては、スルホン酸基またはスルホン酸基に転
換できるモノマーを共重合体あるいは、含浸重合,グラ
フト重合するか、または、濃硫酸,クロルスルホン酸,
無水硫酸/トリエチルホスフェート錯体等のスルホン化
剤により直接スルホン酸基を導入する方法が使用でき
る。なかでも機械的強度,耐熱性,耐薬品性,成形加工
性,特に薄膜形成性と複層化形成性が良好な、含フッ素
系スルホン酸膜、スルホン化ポリスルホン系膜が好まし
い。
As the material of the sulfonic acid-containing film, cellulose-based, polyolefin-based, acrylic-based, vinyl acetate-based, polystyrene-based, polysulfone-based, and fluorine-containing polymerization-based materials are used without any limitation. As a method for introducing a sulfonic acid group into these materials, a sulfonic acid group or a monomer that can be converted into a sulfonic acid group is copolymerized, impregnated or graft polymerized, or concentrated sulfuric acid, chlorosulfonic acid,
A method of directly introducing a sulfonic acid group with a sulfonating agent such as sulfuric anhydride / triethyl phosphate complex can be used. Of these, a fluorinated sulfonic acid membrane and a sulfonated polysulfone membrane, which have good mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, moldability, especially thin film forming ability and multi-layer forming ability, are preferable.

含フッ素系スルホン酸膜としては、一般式 からなる、イオン交換容量が0.65〜2.5ミリ当量/g樹
脂、更に好ましくは、1.0〜2.0ミリ当量/g樹脂からなる
パーフルオロスルホン酸膜は、耐薬品性が優れ、腐食性
流体中の水分が除去できる等の理由から、好適に使用さ
れる。
Fluorine-containing sulfonic acid membrane has a general formula The perfluorosulfonic acid membrane having an ion exchange capacity of 0.65 to 2.5 meq / g resin, and more preferably 1.0 to 2.0 meq / g resin has excellent chemical resistance and moisture in a corrosive fluid. It is preferably used because it can be removed.

またスルホン化ポリスルホン系膜としては、イオン交
換容量が1.0〜3.5ミリ当量/g樹脂のものが使用される
が、なかでも一般式 (但し、式中Arは Yは、単結合,−O−,−S−,−SO2−, 又は R1〜R9は、互いに同一または異なる炭素1〜8の炭化水
素基、a〜dは0〜4、eは0〜3、f+gは0〜7、
h+iは0〜5、R10,R11は水素,または炭素数1〜6
の炭化水素基、Xはハロゲン又は−SH、m/n=100/1〜1/
10を示す。) で表わされる芳香族ポリスルホン/ポリチオエーテルス
ルホン共重合体のスルホン化物は、架橋構造を有する硬
化膜が得られることから、特に耐溶媒姓が優れ、有機溶
媒中の水分が除去できる等の理由から好適に使用され
る。
As the sulfonated polysulfone-based membrane, one having an ion exchange capacity of 1.0 to 3.5 meq / g resin is used. (However, Ar in the formula is Y represents a single bond, -O -, - S -, - SO 2 -, Or R 1 to R 9 are the same or different hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, a to d are 0 to 4, e is 0 to 3, f + g is 0 to 7,
h + i is 0 to 5, R 10 and R 11 are hydrogen, or 1 to 6 carbon atoms
Hydrocarbon group, X is halogen or --SH, m / n = 100/1 to 1 /
Indicates 10. The sulfonated product of the aromatic polysulfone / polythioether sulfone copolymer represented by) is particularly excellent in solvent resistance since it can give a cured film having a cross-linked structure, and can remove water in an organic solvent. It is preferably used.

次に本発明を構成する高吸水性樹脂層としては、吸水
率が上昇したイオン交換体層より大きいものであれば、
なんら制限なく使用され、好ましくは吸水率が100〜300
0容積%の実質的にイオン交換基を含有しない樹脂の厚
さが0.1〜250μmの膜が使用できる。
Next, as the highly water-absorbent resin layer constituting the present invention, if the water absorption rate is larger than the ion-exchanger layer,
It is used without any restrictions, and preferably has a water absorption of 100 to 300.
Membranes having a thickness of 0.1 to 250 μm of 0% by volume of resin substantially free of ion-exchange groups can be used.

ここで、実質的にイオン交換基を含有しない樹脂と
は、固定イオン濃度が0.1ミリ当量/g H2O以下又はイオ
ン交換容量が0.1ミリ当量/g樹脂以下の一般的にイオン
交換性やイオン選択性の作用の極めて低い樹脂も含有さ
れる。
Here, the resin containing substantially no ion-exchange group means that the fixed ion concentration is generally 0.1 meq / g H 2 O or less or the ion exchange capacity is not more than 0.1 meq / g resin. Resins with extremely low selectivity are also included.

そのような高吸水性樹脂としては、でんぷん系,セル
ロース系,ポリビニルアルコール系,アクリル系の単独
膜か、または、アクリロニトリルグラフト,アクリル酸
グラフト,スチレンスルホン酸グラフト,ビニルスルホ
ン酸グラフト,あるいは、水溶性樹脂の架橋体等が例示
され、好ましくは、ポリビニルアルコールのアセタール
架橋膜,アクリル−酸ビケン化膜,アクリルアミド−ビ
スアクリルアミド架橋膜が、耐熱性,耐薬品性,級水・
吸湿性が優れている理由から、使用される。
As such a super absorbent polymer, a starch-based, cellulose-based, polyvinyl alcohol-based, acrylic-based single film, or acrylonitrile graft, acrylic acid graft, styrene sulfonic acid graft, vinyl sulfonic acid graft, or water-soluble Examples include cross-linked resins, preferably polyvinyl alcohol acetal cross-linked film, acrylic acid-bikenized film, and acrylamide-bisacrylamide cross-linked film having heat resistance, chemical resistance, and graded water.
It is used because of its excellent hygroscopicity.

かくして上述したイオン交換体層と高吸水性樹脂層
は、適宜の手法により複層化される。例えば、少なくと
も一方が熱可塑性樹脂である場合には、分解温度以下
で、加熱圧着せしめる方法や、また少なくとも一方が、
樹脂溶液からの塗膜形成を有する場合には、塗装方法
が、あるいは、モノマー,プレポリマーを一方の膜上で
重合、被膜複層化する方法が使用される。
Thus, the above-mentioned ion exchanger layer and superabsorbent resin layer are made into a multilayer by an appropriate method. For example, in the case where at least one is a thermoplastic resin, at a decomposition temperature or less, a method of thermocompression bonding, or at least one,
In the case of forming a coating film from a resin solution, a coating method or a method of polymerizing a monomer or a prepolymer on one film to form a coating multilayer is used.

かかる複層膜の厚みは、水蒸気透過速度を増加せしめ
るため可及的に薄くせしめることができる。しかし本発
明の複層膜においては、膜厚を低減せしめると、水蒸気
選択透過係数が低下することが認められるので、好まし
くは全膜厚が、0.2〜500μm,特には2〜250μm,またイ
オン交換体層と高吸水性樹脂層の厚みの割合は、1/99〜
99/1,特には、33/70〜90/10で複層せしめることによ
り、水蒸気透過性と膜強度のバランスから、好ましく使
用される。
The thickness of such a multilayer film can be made as thin as possible in order to increase the water vapor transmission rate. However, in the multilayer film of the present invention, when the film thickness is reduced, it is recognized that the water vapor selective permeation coefficient is lowered, so that the total film thickness is preferably 0.2 to 500 μm, particularly 2 to 250 μm, and ion exchange. The ratio of the thickness of the body layer and the super absorbent polymer layer is 1/99 ~
It is preferably used from the viewpoint of the balance between water vapor permeability and film strength by forming multiple layers at 99/1, particularly 33/70 to 90/10.

かくして得られた複層水蒸気透過性膜は、そのままで
も使用できるが、該複層膜を、更に、孔内壁が親水性を
有する多孔性基材と複合化して使用することが、水蒸気
透過性が優れ、機械的強度の大きな膜を得るうえで好ま
しい。多孔性基材の孔内壁が何故に親水性を有しなけれ
ばならないかの理由は、必ずしも明確でないが、親水性
を有しない多孔性基材を用いた場会、複層膜単独の水蒸
気透過速度と比較して、1/3〜1/4に低下し、一方、親水
層を被覆した多孔性基材を用いた場合は、複層膜のそれ
に比較し、水蒸気透過速度が逆に一層向上することがで
きる。また多孔性基材は、高吸水性樹脂層または/およ
びイオン交換体層に積層されるが、好ましくは、イオン
交換体層側に積層することが、高い水蒸気透過性を得る
うえで好ましい場合が多い。
The multi-layer water vapor permeable membrane thus obtained can be used as it is, but when the multi-layer membrane is further used in combination with a porous substrate having an inner pore wall having hydrophilicity, the water vapor permeability is It is preferable for obtaining a film having excellent mechanical strength. The reason why the inner wall of the pores of the porous substrate must have hydrophilicity is not always clear, but when using a porous substrate that does not have hydrophilicity, the water vapor permeation of the multilayer film alone Compared with the speed, when it is reduced to 1/3 to 1/4, on the other hand, when a porous substrate coated with a hydrophilic layer is used, the water vapor transmission rate is further improved in comparison with that of a multilayer film. can do. Further, the porous substrate is laminated on the super absorbent polymer layer and / or the ion exchanger layer, but it is preferable that the porous substrate is laminated on the ion exchanger layer side in order to obtain high water vapor permeability. Many.

かくして得られた複層水蒸気選択透過性膜は、好まし
くは、高吸水樹脂層側に、水蒸気を含有する気体を接触
せしめ、イオン交換体層側に乾燥気体を接触するか、あ
るいは減圧にせしめて水蒸気を透過せしめることによ
り、各々単層の膜と比べ、水蒸気透過性が一段と向上し
た水蒸気選択透過性膜として使用することができる。
The multi-layer water vapor selective permeable membrane thus obtained is preferably contacted with a gas containing water vapor on the highly water-absorbent resin layer side, and contacted with a dry gas on the ion exchanger layer side, or with reduced pressure. By allowing water vapor to permeate, it can be used as a water vapor selective permeable membrane having a further improved water vapor permeability as compared with a single-layer membrane.

次に本発明を実施例により説明するが、本発明はかか
る実施例に限定されるものではない。
Next, the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to such examples.

実施例に先立ち、以下の実施例に用いた各種測定法に
関して、まとめて述べる。
Prior to the examples, various measuring methods used in the following examples will be collectively described.

(1)吸水率Wの測定 透過性を測定する複層膜と同一条件下で製作した単一
なイオン交換体層を、純水中,25℃に浸漬した膜重量W1,
該イオン交換体層を真空乾燥した乾燥膜重量W2および乾
燥膜の密度ρから、次式により求める。
(1) Measurement of water absorption W A single ion-exchanger layer produced under the same conditions as the multilayer membrane whose permeability is measured is immersed in pure water at 25 ° C. to obtain a membrane weight W 1 ,
The ion exchange layer is vacuum dried to obtain the weight W 2 of the dry film and the density ρ of the dry film by the following formula.

W=100(W1−W2)/W2÷ρ (2)固定イオン濃度AWの算出 イオン交換容量(m eq/g樹脂)ARと、上記W1及びW2
ら、次式により求める。
W = 100 (W 1 −W 2 ) / W 2 ÷ ρ (2) Calculation of fixed ion concentration A W From the ion exchange capacity (m eq / g resin) A R and W 1 and W 2 above, Ask.

AW=AR/(W1−W2)÷W2 (3)水蒸気透過速度Q(m3(STP)/m2.hr.atm)の測
定 図・1の装置により、純度100%の水蒸気透過速度を
算出する。
A W = A R / (W 1 −W 2 ) ÷ W 2 (3) Measurement of water vapor transmission rate Q (m 3 (STP) / m 2 .hr.atm) Calculate the water vapor transmission rate.

(4)水蒸気選択透過係数α 気体Aの透過速度QAを製科研式ガス透過測定機で求
め、次式により算出する。
(4) Water vapor selective permeation coefficient α The permeation rate Q A of the gas A is obtained with a Seikaken-type gas permeation measuring instrument and calculated by the following equation.

α=Q/QA [実施例] 実施例1 CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF22SO2Fとテトラフルオ
ロエチレンとの共重合体からなるイオン交換容量1.1ミ
リ当量/g樹脂を得た。次に該共重合体を酸型に転換せし
め、次いでエタノールに溶解せしめ、固形分濃度10重量
%の酸型共重合体溶液を得た。
α A = Q / Q A [Example] Example 1 CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 SO 2 F, an ion exchange capacity of 1.1 milliequivalent of a copolymer of tetrafluoroethylene. / g resin was obtained. Next, the copolymer was converted into an acid form and then dissolved in ethanol to obtain an acid type copolymer solution having a solid content concentration of 10% by weight.

かくして得た酸型共重合体溶液を、膜厚65μmのビニ
ロンフィルムの片面に塗布、乾燥し、膜厚70μmのパー
フルオロスルホン酸膜を積層せしめた。該複層膜のビニ
ロンフィルム側に水蒸気が接触するようにして水蒸気透
過速度を求めた。結果を表−1に示す。
The acid-type copolymer solution thus obtained was applied to one side of a vinylon film having a thickness of 65 μm and dried to laminate a perfluorosulfonic acid film having a thickness of 70 μm. The water vapor permeation rate was determined by bringing water vapor into contact with the vinylon film side of the multilayer film. The results are shown in Table 1.

比較例1 実施例1で使用した共重合体溶液をガラス板上に塗
布、乾燥しパーフルオロスルホン酸単膜を得た。
Comparative Example 1 The copolymer solution used in Example 1 was applied onto a glass plate and dried to obtain a perfluorosulfonic acid single film.

該パーフルオロスルホン酸膜と、実施例1で使用した
ビニロンフィルムの吸水率は、各々64容積%,118容積%
であった。尚、パーフルオロスルホン酸膜の固定イオン
濃度は3.3meq/g H2Oであった。
The water absorption rates of the perfluorosulfonic acid film and the vinylon film used in Example 1 were 64% by volume and 118% by volume, respectively.
Met. The fixed ion concentration of the perfluorosulfonic acid film was 3.3 meq / g H 2 O.

各単膜の水蒸気透過速度を求め、結果を表−1に示
す。
The water vapor transmission rate of each single film was determined, and the results are shown in Table 1.

実施例2 実施例1で得たパーフルオロスルホン酸共重合体溶液
を、孔径1.7μ,気孔率80%,膜厚150μmのPTFE多孔膜
の表面に塗布、乾燥し膜厚10μmのイオン交換体層を形
成せしめた。次いでパーフルオロスルホン酸共重合体の
2重量%エタノール溶液をPTFE多孔膜の孔内に含浸せし
め、乾燥し、孔内壁を親水化せしめた。孔内壁に付着し
た親水化層は、1m2あたり3gであった。
Example 2 The perfluorosulfonic acid copolymer solution obtained in Example 1 was applied onto the surface of a PTFE porous membrane having a pore size of 1.7 μ, a porosity of 80% and a film thickness of 150 μm, and dried to obtain an ion exchanger layer having a film thickness of 10 μm. Was formed. Then, a 2 wt% ethanol solution of a perfluorosulfonic acid copolymer was impregnated into the pores of the PTFE porous membrane and dried to make the inner walls of the pores hydrophilic. The hydrophilic layer attached to the inner wall of the hole was 3 g per 1 m 2 .

かくして得られた膜の水蒸気透過速度は、165m3/m2.h
r.atmであった。
The water vapor transmission rate of the membrane thus obtained is 165 m 3 / m 2 .h
It was r.atm.

次に、該膜のパーフルオロスルホン酸膜表面に、アク
リルアミド5重量部,ビスアクリルアミド0.25重量%,
過硫酸アンモニウム0.04重量部,水100重量部の混合溶
液を塗布、重合せしめ、吸水率が2000容積%のポリアク
リルアミドゲル層を20μ形成せしめた。かくて得られた
複層膜のポリアクリルアミドゲル層に水蒸気を接触せし
め水蒸気透過量を求めたところ200m3/m2.hr.atmであっ
た。
Next, on the surface of the perfluorosulfonic acid film of the film, 5 parts by weight of acrylamide, 0.25% by weight of bisacrylamide,
A mixed solution of 0.04 part by weight of ammonium persulfate and 100 parts by weight of water was applied and polymerized to form 20 μm of a polyacrylamide gel layer having a water absorption rate of 2000% by volume. The polyacrylamide gel layer of the thus obtained multi-layer membrane was contacted with water vapor and the water vapor transmission rate was determined to be 200 m 3 / m 2 .hr.atm.

実施例3 次式で示されるスルホン化ポリスルホン−ポリチオエ
ーテルスルホン共重合体を得た。
Example 3 A sulfonated polysulfone-polythioether sulfone copolymer represented by the following formula was obtained.

m/n=1/1 イオン交換容量1.85ミリ当量/g樹脂次に該共重合体を
Nメチルピロリドンに溶解せしめ、次いで該溶液をガラ
ス板上に流延、乾燥し、膜厚70μmの膜を得た。
m / n = 1/1 Ion exchange capacity 1.85 meq / g resin Next, the copolymer was dissolved in N-methylpyrrolidone, and then the solution was cast on a glass plate and dried to form a membrane with a thickness of 70 μm. Obtained.

かくして得た該膜を100℃純水中で水和せしめた後、
吸水率と水蒸気透過速度を求めたところ、70容積%で83
m3/m2.hr.atmであった。
The film thus obtained was hydrated in pure water at 100 ° C.,
The water absorption rate and water vapor transmission rate were calculated to be 83% at 70% by volume.
It was m 3 / m 2 .hr.atm.

次いで該膜の一面に実施例2と同様にして吸水率が15
00容積%のポリアクリルアミドゲル30μmを形成させ
た。得られた複層膜の水蒸気透過速度は、110m3/m2.hr.
atmであった。
Then, on one surface of the film, the water absorption rate was 15 in the same manner as in Example 2.
A 30% volume of 00% polyacrylamide gel was formed. The water vapor transmission rate of the obtained multilayer film is 110 m 3 / m 2 .hr.
It was atm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図−1は、水蒸気透過速度の測定装置の概略図を示す。 1……水蒸気透過測定セル 2……水蒸気室側圧力計 3……透過室側圧力計 4……水分凝集捕集用トラップ 11……多孔性支持体 12……測定用試料膜 13……水蒸気 14……純水 FIG. 1 shows a schematic view of an apparatus for measuring water vapor transmission rate. 1 ... Water vapor permeation measuring cell 2 ... Water vapor chamber side pressure gauge 3 ... Permeation chamber side pressure gauge 4 ... Moisture aggregation trap 11 ... Porous support 12 ... Measurement sample membrane 13 ... Water vapor 14 …… Pure water

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】実質的にイオン交換基を含有しない樹脂層
と、イオン交換体層の少なくとも二層からなる複層膜に
おいて、上記樹脂層の吸水率が、イオン交換体層より大
きい高吸水性樹脂から構成されていることを特徴とする
水蒸気選択透過性膜。
1. A multi-layer membrane comprising at least two layers of an ion-exchange group and a resin layer which does not substantially contain an ion-exchange group, wherein the resin layer has a higher water absorption rate than that of the ion-exchange layer. A water vapor selective permeable membrane comprising a resin.
【請求項2】イオン交換体層が、固定イオン濃度1〜6
ミリ当量/g H2O,吸水率30容積%以上,膜厚0.1〜250μ
mである特許請求の範囲第1項の水蒸気選択透過性膜。
2. The ion exchanger layer has a fixed ion concentration of 1 to 6.
Milli-equivalent / g H 2 O, water absorption 30% by volume or more, film thickness 0.1-250μ
The water vapor selective permeable membrane according to claim 1, wherein m is m.
【請求項3】イオン交換体層が、イオン交換容量0.65〜
2.5ミリ当量/g樹脂の含フッ素系スルホン酸膜である特
許請求の範囲第1項の水蒸気選択透過性膜。
3. The ion exchange layer has an ion exchange capacity of 0.65 to.
The water vapor selective permeable membrane according to claim 1, which is a fluorinated sulfonic acid membrane of 2.5 meq / g resin.
【請求項4】イオン交換体層が、イオン交換容量1.0〜
3.5ミリ当量/g樹脂のスルホン化ポリスルホン膜である
特許請求の範囲第1項の水蒸気選択透過性膜。
4. The ion exchange layer has an ion exchange capacity of 1.0 to
The water vapor selective permeable membrane according to claim 1, which is a sulfonated polysulfone membrane of 3.5 meq / g resin.
【請求項5】高吸水性樹脂が、吸水率100〜3000容積
%,膜厚0.1〜250μmである特許請求の範囲第1項の水
蒸気選択透過性膜。
5. The water vapor selective permeable membrane according to claim 1, wherein the highly water-absorbent resin has a water absorption rate of 100 to 3000% by volume and a film thickness of 0.1 to 250 μm.
【請求項6】高吸水性樹脂とイオン交換体層との複層膜
の膜厚が、0.2〜500μmである特許請求の範囲第1項の
水蒸気選択透過性膜。
6. A water vapor selective permeable membrane according to claim 1, wherein the thickness of the multilayer film of the super absorbent polymer and the ion exchanger layer is 0.2 to 500 μm.
【請求項7】高吸水性樹脂とイオン交換体層との複層膜
が、孔内壁に親水性を有する多孔性基材と複合されてい
る特許請求の範囲第1項の水蒸気選択透過性膜。
7. A water vapor selective permeable membrane according to claim 1, wherein the multi-layer membrane of the super absorbent polymer and the ion-exchange layer is compounded with a porous base material having hydrophilicity on the inner wall of the pores. .
【請求項8】高吸水性樹脂側に、水蒸気を含有する気体
を接触し、イオン交換体層側に乾燥気体を接触するか、
あるいは減圧することで、水蒸気を選択的に透過せしめ
る特許請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1の水蒸気
選択透過性膜の水蒸気透過方法。
8. A gas containing water vapor is brought into contact with the super absorbent resin side and a dry gas is brought into contact with the ion exchanger layer side,
Alternatively, the vapor permeation method of the vapor permselective permeable membrane according to any one of claims 1 to 7, wherein vapor is selectively permeated by reducing the pressure.
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