JPH0910567A - 新規なスルホン化ポリイミド気体分離膜 - Google Patents
新規なスルホン化ポリイミド気体分離膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新規なスルホン化ポリイミド気体分離膜を提
供する。 【解決手段】 この気体分離膜は、望ましい気体分離特
性を示すと共に良好なフィルム形成性及び望ましい溶解
性を有するスルホン化ポリイミドから製造される。
供する。 【解決手段】 この気体分離膜は、望ましい気体分離特
性を示すと共に良好なフィルム形成性及び望ましい溶解
性を有するスルホン化ポリイミドから製造される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、スルホン化ポリ
イミド重合体の製造法並びにそれらの気体及び蒸気の分
離膜としての用途に関する。
イミド重合体の製造法並びにそれらの気体及び蒸気の分
離膜としての用途に関する。
【0002】
【従来の技術】硬い主鎖構造、強い鎖−鎖相互作用及び
高いガラス転移温度を有するポリイミドは、気体分離の
用途において良好な気体分離及び透過特性を示すことが
報告された。米国特許第4,705,540号、同4,
717,393号、同4,717,394号、同5,0
42,993号及び同5,074,891号は、このよ
うな芳香族ポリイミド気体分離膜を開示している。ポリ
イミドは、一般的に、N,N−ジメチルアセトアミドや
N−メチルピロリドンのような非プロトン性溶媒に可溶
性である。さらにいくつかのポリイミドはジクロルメタ
ン及びm−クレゾールに可溶性である。それらの溶解性
は、ポリイミドを非対称型気体分離膜の製造に好適なら
しめるが、複合型気体分離膜の製造には好適なものとし
ない。後者はしばしば温和で、高い揮発性の、例えば低
沸点の溶媒を要求する。
高いガラス転移温度を有するポリイミドは、気体分離の
用途において良好な気体分離及び透過特性を示すことが
報告された。米国特許第4,705,540号、同4,
717,393号、同4,717,394号、同5,0
42,993号及び同5,074,891号は、このよ
うな芳香族ポリイミド気体分離膜を開示している。ポリ
イミドは、一般的に、N,N−ジメチルアセトアミドや
N−メチルピロリドンのような非プロトン性溶媒に可溶
性である。さらにいくつかのポリイミドはジクロルメタ
ン及びm−クレゾールに可溶性である。それらの溶解性
は、ポリイミドを非対称型気体分離膜の製造に好適なら
しめるが、複合型気体分離膜の製造には好適なものとし
ない。後者はしばしば温和で、高い揮発性の、例えば低
沸点の溶媒を要求する。
【0003】また、多数の変性ポリイミド重合体が従来
技術において開示されている。米国特許第4,705,
540号及び同4,717,394号は、アミン官能基
に対して全てo−位置にアルキル置換基を有する構造的
に硬いポリイミドであって、異例なほどの気体透過性を
持つ膜を形成させるものを開示している。米国特許第
5,042,993号は、高い気体分離係数を示す表面
変性されたポリイミド膜を開示している。カルボキシル
基を含有する変性ポリイミドの製造法が米国特許第5.
076,816号に記載されている。スルホン化ポリイ
ミドの製造が米国特許第4,574,144号に報告さ
れた。しかし、これらの材料の分離膜としての有用性に
ついては述べられていなかった。さらに、スルホン化ジ
アミンとピロメリット酸二無水物とからのスルホン化ポ
リイミドの製造がI.V.バシレバ他によりVysok
omol. Soyed.A14,No.1,143−
149(1972)に報告された。しかし、この重合体
は、単純アルコールのような温和な溶媒に可溶性ではな
く、膜のような用途については評価されなかった。従っ
て、斯界には改善された分離/透過特性並びに改善され
た安定性を持つポリイミドを製造することの要求が存在
する。
技術において開示されている。米国特許第4,705,
540号及び同4,717,394号は、アミン官能基
に対して全てo−位置にアルキル置換基を有する構造的
に硬いポリイミドであって、異例なほどの気体透過性を
持つ膜を形成させるものを開示している。米国特許第
5,042,993号は、高い気体分離係数を示す表面
変性されたポリイミド膜を開示している。カルボキシル
基を含有する変性ポリイミドの製造法が米国特許第5.
076,816号に記載されている。スルホン化ポリイ
ミドの製造が米国特許第4,574,144号に報告さ
れた。しかし、これらの材料の分離膜としての有用性に
ついては述べられていなかった。さらに、スルホン化ジ
アミンとピロメリット酸二無水物とからのスルホン化ポ
リイミドの製造がI.V.バシレバ他によりVysok
omol. Soyed.A14,No.1,143−
149(1972)に報告された。しかし、この重合体
は、単純アルコールのような温和な溶媒に可溶性ではな
く、膜のような用途については評価されなかった。従っ
て、斯界には改善された分離/透過特性並びに改善され
た安定性を持つポリイミドを製造することの要求が存在
する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、温和な低沸点溶媒系、例えば、複合膜の製造に最も
有用であるアルコール類への溶解性も含めて、広い溶解
性を有する変性ポリイミドを製造することである。本発
明の他の目的は、改善された気体透過及び分離特性を持
つ変性ポリイミドを製造することである。これらの目的
及びその他の目的を念頭に入れて、本発明を以下に詳細
に説明するが、その新規な特徴は特許請求の範囲に特に
指摘するものである。
は、温和な低沸点溶媒系、例えば、複合膜の製造に最も
有用であるアルコール類への溶解性も含めて、広い溶解
性を有する変性ポリイミドを製造することである。本発
明の他の目的は、改善された気体透過及び分離特性を持
つ変性ポリイミドを製造することである。これらの目的
及びその他の目的を念頭に入れて、本発明を以下に詳細
に説明するが、その新規な特徴は特許請求の範囲に特に
指摘するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明の概要 本発明のスルホン化ポリイミド重合体は、改善された溶
解性を示し、良好な被膜形成性材料であり、向上した気
体分離特性を示す。このようなスルホン化ポリイミドは
非対称型及び複合型気体分離膜の製造に特に有用であ
る。
解性を示し、良好な被膜形成性材料であり、向上した気
体分離特性を示す。このようなスルホン化ポリイミドは
非対称型及び複合型気体分離膜の製造に特に有用であ
る。
【0006】発明の具体的な説明 本発明は、次の一般式:
【化2】 のスルホン化ポリイミドからの気体分離膜の製造に関す
る。
る。
【0007】前記の式において、Ar1 及びAr2 は有
機基であって、このAr1 及びAr2 基の少なくとも約
80%、好ましくは少なくとも約90%は芳香族基を含
む。これらのポリイミドの具体例として、Ar1 及びA
r2 が本質的に完全に芳香族基であるものが含まれ、さ
らにポリイミド主鎖中の芳香族環の少なくとも一部、望
ましくは少なくとも5%がスルホン酸基を含有する。芳
香族基は、少なくとも1個の芳香族環を含有する有機基
からなることが理解される。スルホン酸基は、スルホン
酸基−SO3 H、塩形成されたスルホン酸基−SO3 M
又はスルホン酸エステル基−SO2 OR1 と定義され
る。Mは、有機塩基、アンモニウムイオン、アルカリイ
オン、例えばK+ 、Na+ 又はLi+ 、好ましくはLi
+ 、さらにアルカリ土類金属又は遷移金属イオンであ
る。R1 は、6個未満の炭素原子を有するアルキル基又
はアリール基、好ましくはメチル又はエチルである。し
ばしばであるが、スルホン酸基は、二官能性アミノ基A
r2 に結合している。好ましい具体例において、Ar1
は下記の構造式:
機基であって、このAr1 及びAr2 基の少なくとも約
80%、好ましくは少なくとも約90%は芳香族基を含
む。これらのポリイミドの具体例として、Ar1 及びA
r2 が本質的に完全に芳香族基であるものが含まれ、さ
らにポリイミド主鎖中の芳香族環の少なくとも一部、望
ましくは少なくとも5%がスルホン酸基を含有する。芳
香族基は、少なくとも1個の芳香族環を含有する有機基
からなることが理解される。スルホン酸基は、スルホン
酸基−SO3 H、塩形成されたスルホン酸基−SO3 M
又はスルホン酸エステル基−SO2 OR1 と定義され
る。Mは、有機塩基、アンモニウムイオン、アルカリイ
オン、例えばK+ 、Na+ 又はLi+ 、好ましくはLi
+ 、さらにアルカリ土類金属又は遷移金属イオンであ
る。R1 は、6個未満の炭素原子を有するアルキル基又
はアリール基、好ましくはメチル又はエチルである。し
ばしばであるが、スルホン酸基は、二官能性アミノ基A
r2 に結合している。好ましい具体例において、Ar1
は下記の構造式:
【化3】 (ここで、Xは
【化4】 であり、Zは
【化5】 であり、R1 は脂肪族基、好ましくはCH3 又はC2 H
5 であり、nは1〜6である。)により表わされる芳香
族二無水物基である。いくつかの具体例におては、Ar
1はこれらの基の混合物であってよい。
5 であり、nは1〜6である。)により表わされる芳香
族二無水物基である。いくつかの具体例におては、Ar
1はこれらの基の混合物であってよい。
【0008】Ar2 は、下記の構造式:
【化6】 (ここで、RはSO3 H、SO3 M又はSO2 OR' 基
であり、R2 はH、CH3 、SO3 H、SO3 M、SO
2 OR' 、CF3 、ハロゲン又はこれらの基の混合物で
あり、少なくとも1個のR2 はスルホン酸基であり、R
及びMは前記の通りであり、Yは無しか又は下記の式:
であり、R2 はH、CH3 、SO3 H、SO3 M、SO
2 OR' 、CF3 、ハロゲン又はこれらの基の混合物で
あり、少なくとも1個のR2 はスルホン酸基であり、R
及びMは前記の通りであり、Yは無しか又は下記の式:
【化7】 (ここで、R、R1 及びnは前記の通りである。)の基
である。)を有する芳香族ジアミン部分である。
である。)を有する芳香族ジアミン部分である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のスルホン化ポリイミド
は、いつかの方法により合成することができる。一つの
方法は、単量体単位の一つがスルホン酸、スルホン酸塩
又はスルホン酸エステル基を含有する二無水物とジアミ
ンとの縮合重合を伴う。別の方法は、芳香族ポリイミド
先駆体の直接スルホン化を伴う。
は、いつかの方法により合成することができる。一つの
方法は、単量体単位の一つがスルホン酸、スルホン酸塩
又はスルホン酸エステル基を含有する二無水物とジアミ
ンとの縮合重合を伴う。別の方法は、芳香族ポリイミド
先駆体の直接スルホン化を伴う。
【0010】ポリイミドの製造は斯界において周知であ
る。ポリイミドは、一般的には、二無水物とジアミンを
まず反応させてポリアミド酸を製造し、次いでこれを第
二工程でポリイミドに転化するという二段階法で製造さ
れる。本発明で使用するのに好適なポリイミドを製造す
るためには広範な種類の二無水物とジアミンを反応させ
ることができる。二無水物とジアミンとの反応のために
使用することができる好適な溶媒は、米国特許第3,1
79,634号に記載されている。好ましくは、溶媒
は、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド又は
ジメチルスルホキシドである。ジアミンと二無水物との
反応によりポリアミド酸を製造した後、ポリアミド酸
は、熱的又は化学的転化法を使用してポリイミドに転化
される。可溶性ポリイミドの場合には、ポリアミド酸
は、好ましくは、触媒としてのトリエチルアミンの存在
下に無水酢酸を使用してポリイミドに化学的に転化され
る。生じたポリイミドは、適当な溶媒により沈殿させ、
回収し、乾燥することができる。本発明のスルホン化ポ
リイミドは、上記の方法に従って、スルホン酸、スルホ
ン酸塩又はスルホン酸エステル基を含有する二無水物及
びジアミン単量体から製造することができる。スルホン
酸基を有するジアミン単量体の使用が特に好ましい。好
ましい一具体例において、2,2' −ビス(3,4−ジ
カルボキシフェニル)ヘキサフルオルプロパン二無水物
(6FDA)がスルホン酸基で置換された芳香族ジアミ
ン、例えば、4,4' −ジアミノスチルベン−2,2'
−ジスルホン酸のリチウム塩と反応せしめられる。さら
に、スルホン酸基を含有するコポリイミドは、スルホン
酸基を含有する2種又はそれ以上のジアミンの混合物か
ら製造することができる。一具体例として、2,2' −
ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオル
プロパン二無水物(6FDA)が4,4' −ジアミノス
チルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチウム塩と4,
4' −ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスルホン酸の
リチウム塩からなる芳香族ジアミンの混合物と反応せし
められる。さらに、スルホン化コポリイミドは、硬い芳
香族二無水物と、スルホン化及び非スルホン化ジアミン
の混合物との縮合重合によって製造することができる。
本発明のスルホン化ポリイミドの溶解性及び気体透過/
分離特性は、適当な単量体及びそれらの組合せを選択す
ることによって制御することができる。
る。ポリイミドは、一般的には、二無水物とジアミンを
まず反応させてポリアミド酸を製造し、次いでこれを第
二工程でポリイミドに転化するという二段階法で製造さ
れる。本発明で使用するのに好適なポリイミドを製造す
るためには広範な種類の二無水物とジアミンを反応させ
ることができる。二無水物とジアミンとの反応のために
使用することができる好適な溶媒は、米国特許第3,1
79,634号に記載されている。好ましくは、溶媒
は、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド又は
ジメチルスルホキシドである。ジアミンと二無水物との
反応によりポリアミド酸を製造した後、ポリアミド酸
は、熱的又は化学的転化法を使用してポリイミドに転化
される。可溶性ポリイミドの場合には、ポリアミド酸
は、好ましくは、触媒としてのトリエチルアミンの存在
下に無水酢酸を使用してポリイミドに化学的に転化され
る。生じたポリイミドは、適当な溶媒により沈殿させ、
回収し、乾燥することができる。本発明のスルホン化ポ
リイミドは、上記の方法に従って、スルホン酸、スルホ
ン酸塩又はスルホン酸エステル基を含有する二無水物及
びジアミン単量体から製造することができる。スルホン
酸基を有するジアミン単量体の使用が特に好ましい。好
ましい一具体例において、2,2' −ビス(3,4−ジ
カルボキシフェニル)ヘキサフルオルプロパン二無水物
(6FDA)がスルホン酸基で置換された芳香族ジアミ
ン、例えば、4,4' −ジアミノスチルベン−2,2'
−ジスルホン酸のリチウム塩と反応せしめられる。さら
に、スルホン酸基を含有するコポリイミドは、スルホン
酸基を含有する2種又はそれ以上のジアミンの混合物か
ら製造することができる。一具体例として、2,2' −
ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオル
プロパン二無水物(6FDA)が4,4' −ジアミノス
チルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチウム塩と4,
4' −ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスルホン酸の
リチウム塩からなる芳香族ジアミンの混合物と反応せし
められる。さらに、スルホン化コポリイミドは、硬い芳
香族二無水物と、スルホン化及び非スルホン化ジアミン
の混合物との縮合重合によって製造することができる。
本発明のスルホン化ポリイミドの溶解性及び気体透過/
分離特性は、適当な単量体及びそれらの組合せを選択す
ることによって制御することができる。
【0011】さらに、本発明のポリイミドは、クロルス
ルホン酸、三酸化硫黄及び三酸化硫黄錯体のようなスル
ホン化剤を利用してある種の芳香族ポリイミド先駆体を
直接スルホン化することによって製造することができ
る。一般的に、スルホン化は、不活性溶媒系においてポ
リイミドとスルホン化剤との溶液又は懸濁液を単純に混
合することによって行うことができる。本発明のスルホ
ン化ポリイミドの製造に適用できるスルホン化操作は、
E.E.ギルバート著“スルホン化及び関連反応”
(R.E.クリガー・パブリッシャーズ社、ハンチント
ン、NY(1977))及びH.サーホンテン著“スル
ホン化及び脱スルホンの機構的観点”(インターサイエ
ンスパブリッシャーズ社、NY(1968))に見出す
ことができる。斯界においては、芳香族環が電子吸引基
の存在下に直接スルホン化に対して実質的に失活させる
ことができることは周知である。従って、ポリイミド先
駆体構造中の芳香族環の全てがスルホン化を均等に受け
やすいわけではない。典型的には、ジアミン単量体中の
芳香族環が直接スルホン化をより受けやすい。従って、
直接スルホン化によって本発明のスルホン化重合体を製
造するために、反応性芳香族環を含有する主鎖構造を持
つポリイミド先駆体、例えば、2,2' −ビス(3,4
−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオルプロパン二無
水物(6FDA)と2,4,6−トリメチルフェニレン
ジアミンとから製造されるポリイミド又はG.E.プラ
スチックス社により“ウルテム”の商品名で市販されて
いるポリエーテルイミドのスルホン化を選択することは
当業者には自明のことである。
ルホン酸、三酸化硫黄及び三酸化硫黄錯体のようなスル
ホン化剤を利用してある種の芳香族ポリイミド先駆体を
直接スルホン化することによって製造することができ
る。一般的に、スルホン化は、不活性溶媒系においてポ
リイミドとスルホン化剤との溶液又は懸濁液を単純に混
合することによって行うことができる。本発明のスルホ
ン化ポリイミドの製造に適用できるスルホン化操作は、
E.E.ギルバート著“スルホン化及び関連反応”
(R.E.クリガー・パブリッシャーズ社、ハンチント
ン、NY(1977))及びH.サーホンテン著“スル
ホン化及び脱スルホンの機構的観点”(インターサイエ
ンスパブリッシャーズ社、NY(1968))に見出す
ことができる。斯界においては、芳香族環が電子吸引基
の存在下に直接スルホン化に対して実質的に失活させる
ことができることは周知である。従って、ポリイミド先
駆体構造中の芳香族環の全てがスルホン化を均等に受け
やすいわけではない。典型的には、ジアミン単量体中の
芳香族環が直接スルホン化をより受けやすい。従って、
直接スルホン化によって本発明のスルホン化重合体を製
造するために、反応性芳香族環を含有する主鎖構造を持
つポリイミド先駆体、例えば、2,2' −ビス(3,4
−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオルプロパン二無
水物(6FDA)と2,4,6−トリメチルフェニレン
ジアミンとから製造されるポリイミド又はG.E.プラ
スチックス社により“ウルテム”の商品名で市販されて
いるポリエーテルイミドのスルホン化を選択することは
当業者には自明のことである。
【0012】本発明のスルホン化ポリイミドを製造する
ための好ましいスルホン化方法は、クロルスルホン酸、
三酸化硫黄又は三酸化硫黄/燐酸トリエチル錯体による
反応を包含し、しかもこの反応は重合体の分解を制限す
るために低温で行われる。
ための好ましいスルホン化方法は、クロルスルホン酸、
三酸化硫黄又は三酸化硫黄/燐酸トリエチル錯体による
反応を包含し、しかもこの反応は重合体の分解を制限す
るために低温で行われる。
【0013】典型的なスルホン化操作においては、ポリ
イミド重合体が塩化メチレン又はクロロホルムのような
不活性溶媒に溶解され、この反応混合物は10℃以下、
好ましくは5℃以下に冷却され、次いでスルホン化剤が
激しく撹拌しながらゆっくりと添加される。ポリイミド
重合体は強酸及び塩基に対する暴露によって影響を受
け、激しい分解及び分子量の低下が起こるかもしれな
い。しかし、反応を完全に無水の条件下で行い且つスル
ホン化されたポリイミド生成物をスルホン酸型の中間体
を単離せずにその場で塩に転化するならば、スルホン化
方法中のポリイミドの分解は制限できることが発見され
た。塩型への転化は、スルホン化方法の終了時に、好ま
しくは低温で、最も好ましくは5℃以下で行われる。中
和は、有機塩基、金属水酸化物又は金属水酸化物と塩と
の混合物のような適当な塩基を激しく撹拌しながら導入
することによって行われる。この添加は、約7のpHに
なった後に停止される。驚いたことに、この中和条件下
では重合体の分解の程度が最も制限されることがわかっ
た。このようにして製造され、塩形成されたスルホン化
ポリイミドは、精製し、気体分離膜の製造に使用するこ
とができる。また、塩形成されたスルホン化ポリイミド
は、膜の製造の前に又は最終膜製品においてイオン交換
によってその他の所望の対イオン型に転化することがで
きる。
イミド重合体が塩化メチレン又はクロロホルムのような
不活性溶媒に溶解され、この反応混合物は10℃以下、
好ましくは5℃以下に冷却され、次いでスルホン化剤が
激しく撹拌しながらゆっくりと添加される。ポリイミド
重合体は強酸及び塩基に対する暴露によって影響を受
け、激しい分解及び分子量の低下が起こるかもしれな
い。しかし、反応を完全に無水の条件下で行い且つスル
ホン化されたポリイミド生成物をスルホン酸型の中間体
を単離せずにその場で塩に転化するならば、スルホン化
方法中のポリイミドの分解は制限できることが発見され
た。塩型への転化は、スルホン化方法の終了時に、好ま
しくは低温で、最も好ましくは5℃以下で行われる。中
和は、有機塩基、金属水酸化物又は金属水酸化物と塩と
の混合物のような適当な塩基を激しく撹拌しながら導入
することによって行われる。この添加は、約7のpHに
なった後に停止される。驚いたことに、この中和条件下
では重合体の分解の程度が最も制限されることがわかっ
た。このようにして製造され、塩形成されたスルホン化
ポリイミドは、精製し、気体分離膜の製造に使用するこ
とができる。また、塩形成されたスルホン化ポリイミド
は、膜の製造の前に又は最終膜製品においてイオン交換
によってその他の所望の対イオン型に転化することがで
きる。
【0014】スルホン化ポリイミドの溶解性は、置換の
程度及び対イオンの性質に依存する。スルホン酸基の濃
度は、イオン交換容量IECによって測定して、0.1
meq/gの低さから3meq/g以上までの範囲内で
変動できる。好ましい範囲は、H+ 型の乾燥樹脂1g当
たり0.5〜3meqである。好ましい対イオンは、ア
ルカリ金属及び有機一官能性アミン類である。最も好ま
しい対イオンは、リチウムである。高濃度でのスルホン
酸基の存在は、本発明のポリイミドをケトン、オキシア
ルコール、脂肪族アルコール及びこれらと水との混合物
のような溶媒系に可溶性にさせる。
程度及び対イオンの性質に依存する。スルホン酸基の濃
度は、イオン交換容量IECによって測定して、0.1
meq/gの低さから3meq/g以上までの範囲内で
変動できる。好ましい範囲は、H+ 型の乾燥樹脂1g当
たり0.5〜3meqである。好ましい対イオンは、ア
ルカリ金属及び有機一官能性アミン類である。最も好ま
しい対イオンは、リチウムである。高濃度でのスルホン
酸基の存在は、本発明のポリイミドをケトン、オキシア
ルコール、脂肪族アルコール及びこれらと水との混合物
のような溶媒系に可溶性にさせる。
【0015】ポリイミドの気体透過係数は構造的に硬い
二無水物及び環置換ジアミンの使用によってしばしば増
大する。硬い連結及び回転障害性の基の存在は、気体透
過係数及び気体分離係数を増大させることができる。ポ
リイミド構造へのスルホン酸基の導入は、そのようなか
さばった回転障害性の側基を提供する。また、これらの
基は重合体を一層可能性にさせる。ポリイミド主鎖中の
スルホン酸基の濃度が高いと気体透過係数を減少させ得
るが、気体分離係数を増大させる。
二無水物及び環置換ジアミンの使用によってしばしば増
大する。硬い連結及び回転障害性の基の存在は、気体透
過係数及び気体分離係数を増大させることができる。ポ
リイミド構造へのスルホン酸基の導入は、そのようなか
さばった回転障害性の側基を提供する。また、これらの
基は重合体を一層可能性にさせる。ポリイミド主鎖中の
スルホン酸基の濃度が高いと気体透過係数を減少させ得
るが、気体分離係数を増大させる。
【0016】本発明の教示に従って製造されたポリイミ
ドの気体透過係数及び気体分離係数は、平滑シート状の
フィルムを使用して決定された。フィルムは、メタノー
ル又はジメチルホルムアミドに溶解した重合体の溶液を
ガラス板上に注型し、次いで空気乾燥して製造された。
空気乾燥したフィルムをガラス板から剥がし、真空オー
ブンにおいて70℃で1週間乾燥した。1〜3ミルの厚
みの乾燥フィルムを2枚のアルミニウム箔の間にはさみ
込み、2.54cm直径の領域を露出させ、透過セルに
入れ、エポキシ樹脂によりシールした。セルの下流側を
約2×10-2mmHgまで排気し、透過供給気体を上流
側から導入した。下流側での透過気体の圧力は、MKS
−バラソン圧力変換器を使用して測定した。透過係数P
は、定常状態気体透過速度から次の方程式: P=C×V×L×dp/dt×1/h C=定数 V=捕集用受器の容積 L=フィルムの厚み h=上流側の圧力 dp/dt=定常状態の線の勾配 に従って計算した。
ドの気体透過係数及び気体分離係数は、平滑シート状の
フィルムを使用して決定された。フィルムは、メタノー
ル又はジメチルホルムアミドに溶解した重合体の溶液を
ガラス板上に注型し、次いで空気乾燥して製造された。
空気乾燥したフィルムをガラス板から剥がし、真空オー
ブンにおいて70℃で1週間乾燥した。1〜3ミルの厚
みの乾燥フィルムを2枚のアルミニウム箔の間にはさみ
込み、2.54cm直径の領域を露出させ、透過セルに
入れ、エポキシ樹脂によりシールした。セルの下流側を
約2×10-2mmHgまで排気し、透過供給気体を上流
側から導入した。下流側での透過気体の圧力は、MKS
−バラソン圧力変換器を使用して測定した。透過係数P
は、定常状態気体透過速度から次の方程式: P=C×V×L×dp/dt×1/h C=定数 V=捕集用受器の容積 L=フィルムの厚み h=上流側の圧力 dp/dt=定常状態の線の勾配 に従って計算した。
【0017】透過係数Pはバレル単位(1バレル=10
-10 ×cm3 /cm2 cmHg sec)で記録され
る。極限粘度数を測定するために、換算粘度及び固有粘
度を3つの異なった濃度(0.40、0.27及び0.
20g/dl)で測定した。測定は、ウベロード型粘度
計により25℃で行った。スルホン化された試料の極限
年度数は0.5N過塩素酸リチウム−ジメチルホルムア
ミド溶媒混合物中で測定した。
-10 ×cm3 /cm2 cmHg sec)で記録され
る。極限粘度数を測定するために、換算粘度及び固有粘
度を3つの異なった濃度(0.40、0.27及び0.
20g/dl)で測定した。測定は、ウベロード型粘度
計により25℃で行った。スルホン化された試料の極限
年度数は0.5N過塩素酸リチウム−ジメチルホルムア
ミド溶媒混合物中で測定した。
【0018】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。
【0019】例1 2,2' −ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキ
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)と4,4' −
ジアミノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチウ
ム塩とからのポリイミドの製造 12.9g(0.0338モル)の4,4' −ジアミノ
スチルベン−2,2'−ジスルホン酸のリチウム塩を8
7mlのジメチルスルホキシド(水酸化ナトリウムペレ
ットで乾燥し、減圧下に蒸留し、使用前に4Aモレキュ
ラーシーブで貯蔵した。)に室温で乾燥アルゴン雰囲気
下に溶解した。この溶液を20℃に冷却し、15.3g
(0.0338モル)の6FDAを3gづつに分けて約
半時間かけて添加した。添加中は、反応混合物は撹拌
し、温度は20℃付近に保持した。6FDAの添加が終
了した後に、非常に粘稠な溶液が得れた。200mlの
DMSOを添加して粘度を低下させた。この溶液を20
℃に冷却し、30mlの新たに蒸留した無水酢酸をゆっ
くりと滴下し、次いで4.9mlの新たに蒸留したトリ
エチルアミンを添加した。この溶液を室温で28時間撹
拌し、激しく撹拌しながら100mlのアセトンを添加
して生成物を沈殿させた。沈殿した重合体をろ過し、ア
セトンで洗浄した。重合体をまず室温で乾燥し、次いで
真空オーブンにおいて170℃で一定の重量になるまで
乾燥した。このように製造されたポリイミドの極限粘度
数は1.10dl/gであった。
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)と4,4' −
ジアミノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチウ
ム塩とからのポリイミドの製造 12.9g(0.0338モル)の4,4' −ジアミノ
スチルベン−2,2'−ジスルホン酸のリチウム塩を8
7mlのジメチルスルホキシド(水酸化ナトリウムペレ
ットで乾燥し、減圧下に蒸留し、使用前に4Aモレキュ
ラーシーブで貯蔵した。)に室温で乾燥アルゴン雰囲気
下に溶解した。この溶液を20℃に冷却し、15.3g
(0.0338モル)の6FDAを3gづつに分けて約
半時間かけて添加した。添加中は、反応混合物は撹拌
し、温度は20℃付近に保持した。6FDAの添加が終
了した後に、非常に粘稠な溶液が得れた。200mlの
DMSOを添加して粘度を低下させた。この溶液を20
℃に冷却し、30mlの新たに蒸留した無水酢酸をゆっ
くりと滴下し、次いで4.9mlの新たに蒸留したトリ
エチルアミンを添加した。この溶液を室温で28時間撹
拌し、激しく撹拌しながら100mlのアセトンを添加
して生成物を沈殿させた。沈殿した重合体をろ過し、ア
セトンで洗浄した。重合体をまず室温で乾燥し、次いで
真空オーブンにおいて170℃で一定の重量になるまで
乾燥した。このように製造されたポリイミドの極限粘度
数は1.10dl/gであった。
【0020】例2 2,2' −ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキ
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)と4,4' −
ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスルホン酸のリチウ
ム塩とからのポリイミドの製造 例1に概説した操作に従って、下記の物質:12.0g
(0.0338モル)の4,4' −ジアミノ−2,2'
−ビフェニルジスルホン酸のリチウム塩、15.3g
(0.0338モル)の6FDA、87mlのジメチル
スルホキシド(例1に説明したように処理した。)を使
用してポリイミドを製造した。このポリイミドの極限粘
度数は0.63dl/gであった。
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)と4,4' −
ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスルホン酸のリチウ
ム塩とからのポリイミドの製造 例1に概説した操作に従って、下記の物質:12.0g
(0.0338モル)の4,4' −ジアミノ−2,2'
−ビフェニルジスルホン酸のリチウム塩、15.3g
(0.0338モル)の6FDA、87mlのジメチル
スルホキシド(例1に説明したように処理した。)を使
用してポリイミドを製造した。このポリイミドの極限粘
度数は0.63dl/gであった。
【0021】例3 2,2' −ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキ
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)及び4,4'
−ジアミノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチ
ウム塩と2,4,6−トリメチルフェニレンジアミンと
の混合物(50.50の比)からのコポリイミドの製造 6.46g(0.0169モル)の4,4' −ジアミノ
スチルベン−2,2'−ジスルホン酸のリチウム塩及び
2.54g(0.0169モル)の2,4,6−トリメ
チルフェニレンジアミンを180mlのジメチルスルホ
キシド(水酸化ナトリウムペレットで乾燥し、減圧下に
蒸留し、使用前に4Aモレキュラーシーブで貯蔵し
た。)に室温で乾燥アルゴン雰囲気下に溶解した。この
溶液を20℃に冷却し、15.3g(0.0338モ
ル)の6FDAを3gづつに分けて約半時間かけて添加
した。添加中は、反応混合物は撹拌し、温度は20℃付
近に保持した。6FDAの添加が終了した後に、溶液を
室温で2日間撹拌した。反応混合物に30mlの新たに
蒸留した無水酢酸を滴下し、次いで4.9mlの新たに
蒸留したトリエチルアミンを添加した。この溶液を室温
で28時間撹拌し、重合体をトルエン/メチルエチルケ
トン(5/1)混合物中で沈殿させた。重合体を回収
し、メタノールに再溶解した。最終生成物は回転蒸発に
より回収した。このコポリイミドの極限粘度数は0.3
6dl/gであった。
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)及び4,4'
−ジアミノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチ
ウム塩と2,4,6−トリメチルフェニレンジアミンと
の混合物(50.50の比)からのコポリイミドの製造 6.46g(0.0169モル)の4,4' −ジアミノ
スチルベン−2,2'−ジスルホン酸のリチウム塩及び
2.54g(0.0169モル)の2,4,6−トリメ
チルフェニレンジアミンを180mlのジメチルスルホ
キシド(水酸化ナトリウムペレットで乾燥し、減圧下に
蒸留し、使用前に4Aモレキュラーシーブで貯蔵し
た。)に室温で乾燥アルゴン雰囲気下に溶解した。この
溶液を20℃に冷却し、15.3g(0.0338モ
ル)の6FDAを3gづつに分けて約半時間かけて添加
した。添加中は、反応混合物は撹拌し、温度は20℃付
近に保持した。6FDAの添加が終了した後に、溶液を
室温で2日間撹拌した。反応混合物に30mlの新たに
蒸留した無水酢酸を滴下し、次いで4.9mlの新たに
蒸留したトリエチルアミンを添加した。この溶液を室温
で28時間撹拌し、重合体をトルエン/メチルエチルケ
トン(5/1)混合物中で沈殿させた。重合体を回収
し、メタノールに再溶解した。最終生成物は回転蒸発に
より回収した。このコポリイミドの極限粘度数は0.3
6dl/gであった。
【0022】例4 2,2' −ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキ
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)及び4,4'
−ジアミノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチ
ウム塩と2,6−ジアミノトルエンとの混合物(50.
50の比)からのコポリイミドの製造 例3に概説した操作に従って、下記の物質:6.46g
(0.0169モル)の4,4' −ジアミノスチルベン
−2,2' −ジスルホン酸のリチウム塩、2.06g
(0.0169モル)の2,6−ジアミノトルエン、1
5.3g(0.0338モル)の6FDA、160ml
のジメチルスルホキシド(例1に説明したように処理し
た。)を使用してコポリイミドを製造した。このコポリ
イミドの極限粘度数は0.48dl/gであった。
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)及び4,4'
−ジアミノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸のリチ
ウム塩と2,6−ジアミノトルエンとの混合物(50.
50の比)からのコポリイミドの製造 例3に概説した操作に従って、下記の物質:6.46g
(0.0169モル)の4,4' −ジアミノスチルベン
−2,2' −ジスルホン酸のリチウム塩、2.06g
(0.0169モル)の2,6−ジアミノトルエン、1
5.3g(0.0338モル)の6FDA、160ml
のジメチルスルホキシド(例1に説明したように処理し
た。)を使用してコポリイミドを製造した。このコポリ
イミドの極限粘度数は0.48dl/gであった。
【0023】例5 2,2' −ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキ
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)及び4,4'
−ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスルホン酸のリチ
ウム塩と2,4,6−トリメチルフェニレンジアミンと
の混合物(50.50の比)からのコポリイミドの製造 例3に概説した操作に従って、下記の物質:6.02g
(0.0169モル)の4,4' −ジアミノ−2,2'
−ビフェニルジスルホン酸のリチウム塩、2.54g
(0.0169モル)の2,4,6−2,4,6−トリ
メチルフェニレンジアミン、15.3g(0.0338
モル)の6FDA、95mlのジメチルスルホキシド
(例1に説明したように処理した。)を使用してコポリ
イミドを製造した。このコポリイミドの極限粘度数は
0.38dl/gであった。
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)及び4,4'
−ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスルホン酸のリチ
ウム塩と2,4,6−トリメチルフェニレンジアミンと
の混合物(50.50の比)からのコポリイミドの製造 例3に概説した操作に従って、下記の物質:6.02g
(0.0169モル)の4,4' −ジアミノ−2,2'
−ビフェニルジスルホン酸のリチウム塩、2.54g
(0.0169モル)の2,4,6−2,4,6−トリ
メチルフェニレンジアミン、15.3g(0.0338
モル)の6FDA、95mlのジメチルスルホキシド
(例1に説明したように処理した。)を使用してコポリ
イミドを製造した。このコポリイミドの極限粘度数は
0.38dl/gであった。
【0024】例6 2,2' −ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキ
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)と2,4,6
−トリメチルフェニレンジアミンとから製造されたポリ
イミド(VI)のスルホン化 4g(0.072モル)のポリイミド(VI)を160m
lの塩化メチレンに溶解してなる溶液及び1.23ml
(0.029モル)の三酸化硫黄を60mlの塩化メチ
レンに溶解してなる溶液を0℃に冷却した50mlの塩
化メチレンに激しく撹拌しながら同時に添加した。溶液
の温度は添加中ずっと0℃に保持した。添加が完了した
ならば、反応混合物を25℃で3時間撹拌した。反応混
合物を再度0℃に冷却し、1.23gの水酸化リチウム
一水化物及び2.45gの塩化リチウムを200mlの
メタノールに溶解してなる溶液を反応混合物に滴下し
た。水酸化リチウム一水化物のメタノール溶液を所要に
応じて添加することにより反応混合物のpHを7に調節
した。この溶液を室温で2日間撹拌した。次いで、溶液
を回転蒸発させて乾燥させ、残留物を100mlのメタ
ノールに溶解した。この溶液を300mlの水により希
釈し、ろ過した。生成物を6000〜8000(分子量
カットオフ)の透析バッグで透析した。液状透析物を5
0℃で回転蒸発させ、回収された重合体を45〜50℃
で一定重量になるまで真空乾燥した。この重合体の極限
粘度数は0.77dl/gであった。イオン交換容量
は、H+ 型の乾燥重合体1g当たり1.40meqであ
った。
サフルオルプロパン二無水物(6FDA)と2,4,6
−トリメチルフェニレンジアミンとから製造されたポリ
イミド(VI)のスルホン化 4g(0.072モル)のポリイミド(VI)を160m
lの塩化メチレンに溶解してなる溶液及び1.23ml
(0.029モル)の三酸化硫黄を60mlの塩化メチ
レンに溶解してなる溶液を0℃に冷却した50mlの塩
化メチレンに激しく撹拌しながら同時に添加した。溶液
の温度は添加中ずっと0℃に保持した。添加が完了した
ならば、反応混合物を25℃で3時間撹拌した。反応混
合物を再度0℃に冷却し、1.23gの水酸化リチウム
一水化物及び2.45gの塩化リチウムを200mlの
メタノールに溶解してなる溶液を反応混合物に滴下し
た。水酸化リチウム一水化物のメタノール溶液を所要に
応じて添加することにより反応混合物のpHを7に調節
した。この溶液を室温で2日間撹拌した。次いで、溶液
を回転蒸発させて乾燥させ、残留物を100mlのメタ
ノールに溶解した。この溶液を300mlの水により希
釈し、ろ過した。生成物を6000〜8000(分子量
カットオフ)の透析バッグで透析した。液状透析物を5
0℃で回転蒸発させ、回収された重合体を45〜50℃
で一定重量になるまで真空乾燥した。この重合体の極限
粘度数は0.77dl/gであった。イオン交換容量
は、H+ 型の乾燥重合体1g当たり1.40meqであ
った。
【0025】上記の実施例に従って製造された本発明の
スルホン化ポリイミドの気体透過係数及び気体分離係数
を下記の表1に示す。
スルホン化ポリイミドの気体透過係数及び気体分離係数
を下記の表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】本発明のスルホン化ポリイミドは、望まし
い気体分離特性を示す他に、良好なフィルム形成性及び
高い望ましい溶解性を有することがわかる。その結果と
して、それらは、気体分離膜の製造に使用するのに非常
に有益である。
い気体分離特性を示す他に、良好なフィルム形成性及び
高い望ましい溶解性を有することがわかる。その結果と
して、それらは、気体分離膜の製造に使用するのに非常
に有益である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガートルード・ゲッツ アメリカ合衆国マサチューセッツ州ブルッ クライン、グリーン・ストリート50、アパ ートメント404 (72)発明者 ベンジャミン・ビクソン アメリカ合衆国マサチューセッツ州ブルッ クライン、ギブズ・ストリート18、アパー トメント3
Claims (17)
- 【請求項1】 次の一般式: 【化1】 (ここで、Ar1 及びAr2 は有機基であって、Ar1
及びAr2 基の少なくとも約80%は芳香族基を含み、
しかもそのポリイミド中の芳香族基の一部はスルホン酸
基を含有するものである。)の芳香族ポリイミドから形
成された気体分離膜。 - 【請求項2】 Ar1 及びAr2 基の少なくとも約90
%は芳香族基を含む請求項1記載の気体分離膜。 - 【請求項3】 Ar1 及びAr2 基が本質的に完全に芳
香族基である請求項2記載の気体分離膜。 - 【請求項4】 該ポリイミド中の芳香族基の少なくとも
5%がスルホン酸基を含有する請求項1記載の気体分離
膜。 - 【請求項5】 該スルホン酸基がスルホン酸又はその塩
形成型である請求項4記載の気体分離膜。 - 【請求項6】 該スルホン酸基の濃度がH+ 型の乾燥重
合体1g当たり0.15〜3meqである請求項5記載
の気体分離膜。 - 【請求項7】 該スルホン酸基の塩形成型がアルカリ陽
イオン又は有機塩基を含有する請求項5記載の気体分離
膜。 - 【請求項8】 該アルカリ陽イオンがリチウムである請
求項7記載の気体分離膜。 - 【請求項9】 該芳香族ポリイミドが、2,2' −ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオルプロ
パン二無水物(6FDA)とスルホン酸基を含有する少
なくとも1種の芳香族ジアミンとの反応生成物である請
求項1記載の気体分離膜。 - 【請求項10】 該芳香族ジアミンが4,4' −ジアミ
ノスチルベン−2,2' −ジスルホン酸若しくはその塩
又は4,4' −ジアミノ−2,2' −ビフェニルジスル
ホン酸若しくはその塩である請求項9記載の気体分離
膜。 - 【請求項11】 該芳香族ポリイミドが、2,2' −ビ
ス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオルプ
ロパン二無水物と、スルホン酸基を含有する少なくとも
1種の芳香族ジアミンと少なくとも1種の追加の芳香族
ジアミンとの混合物との反応生成物である請求項1記載
の気体分離膜。 - 【請求項12】 該追加のジアミンが2,4,6−トリ
メチルフェニレンジアミンである請求項11記載の気体
分離膜。 - 【請求項13】 スルホン化芳香族ポリイミドから形成
された気体分離膜であって、該ポリイミドが、 (a)先駆体芳香族ポリイミドを不活性溶媒に溶解し、 (b)生じたポリイミド溶液を10℃以下に冷却し、 (c)該ポリイミド溶液にスルホン化剤を添加して溶解
ポリイミドのスルホン化を行い、 (d)スルホン化されたポリイミド反応混合物を塩基に
より中性pH条件を越えないように中和し、 (e)生じたスルホン化ポリイミドを回収する ことからなる方法によって製造されたものである気体分
離膜。 - 【請求項14】 該芳香族ポリイミドが2,2' −ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオルプロ
パン二無水物と芳香族ジアミンとの反応生成物である請
求項13記載の気体分離膜。 - 【請求項15】 芳香族ポリイミドがポリエーテルイミ
ドである請求項13記載の気体分離膜。 - 【請求項16】 工程(b)を5℃以下の温度で行う請
求項13記載の気体分離膜。 - 【請求項17】 工程(d)を5℃以下の温度で行う請
求項13記載の気体分離膜。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US497655 | 1995-06-30 | ||
US08/497,655 US5618334A (en) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | Sulfonated polyimide gas separation membranes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0910567A true JPH0910567A (ja) | 1997-01-14 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8186968A Withdrawn JPH0910567A (ja) | 1995-06-30 | 1996-06-28 | 新規なスルホン化ポリイミド気体分離膜 |
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Country | Link |
---|---|
US (2) | US5618334A (ja) |
EP (1) | EP0750939A3 (ja) |
JP (1) | JPH0910567A (ja) |
CN (1) | CN1147418A (ja) |
BR (1) | BR9602923A (ja) |
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WO2019143225A1 (ko) * | 2018-01-22 | 2019-07-25 | 고려대학교 산학협력단 | 용매 후처리를 통한 고성능 박막 복합체 분리막의 제조 방법 |
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DE19909028A1 (de) * | 1999-03-02 | 2000-09-07 | Aventis Res & Tech Gmbh & Co | Sulfonierte aromatische Polymere, Membran enthaltend diese Polymeren, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
US6497747B1 (en) | 1999-09-24 | 2002-12-24 | Praxair Technology, Inc. | Production and use of improved polyimide separation membranes |
CN1278763C (zh) * | 1999-09-24 | 2006-10-11 | 液态空气-乔治克罗德方法研究监督及咨询股份有限公司 | 聚酰亚胺气体分离膜 |
CN1216092C (zh) * | 1999-09-24 | 2005-08-24 | 液态空气-乔治克罗德方法研究监督及咨询股份有限公司 | 新的聚酰亚胺酰胺酸盐以及由此形成的聚酰亚胺膜 |
WO2001027552A1 (en) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Carrier Corporation | A plate-type heat exchanger |
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SG108269A1 (en) * | 2001-08-15 | 2005-01-28 | Inst Materials Research & Eng | Chemical modification of polyimides |
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