JPH09897A - Fluorine-containing polyimide type gas separating membrane, and its manufacture and module thereof - Google Patents

Fluorine-containing polyimide type gas separating membrane, and its manufacture and module thereof

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JPH09897A
JPH09897A JP14924295A JP14924295A JPH09897A JP H09897 A JPH09897 A JP H09897A JP 14924295 A JP14924295 A JP 14924295A JP 14924295 A JP14924295 A JP 14924295A JP H09897 A JPH09897 A JP H09897A
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Japan
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fluorine
containing polyimide
gas separation
separation membrane
solvent
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Japanese (ja)
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Hisao Hachisuga
久雄 蜂須賀
Masatoshi Maeda
正利 前田
Kenichi Ikeda
健一 池田
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Nitto Denko Corp
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Nitto Denko Corp
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide homogeneousness, a high permeating flux and a high separation coefficient in a large member area by specifying the membrane area of a separating membrane, the thickness of the skin layer, the permeating velocity of CO2 gas and the separation coefficient of CO2 /methane in a fluorine- containing polyimide type gas separating membrane. CONSTITUTION: A gas-separating membrane 3 comprises at least a sponge layer 2 composed of fluorine-containing polyimide resin having three or more fluorine atoms and two or more ether linkage sites, and a skin layer 1 formed on the surface thereof, and has a membrane area of 0.5m<2> or more. The average thickness of the skin layer 1 is within the range of 1-100nm, the permeating velocity of CO2 gas is within the range of 0.01-50Nm<3> /m<2> /h/atm and the separation coefficient of CO2 /methane is within the range of 2-60. A fluorine-containing polyimide type gas separating membrane having a high permeating flux and separation coefficient is obtained, wherein homogeneousness in a large membrane area is realized and defects such as pin holes and the like do not exist, and a gas- separating membrane having a high gas permeating flux and meeting cost requirements is realized by employing a simple manufacturing method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、広い面積にわたり均質
で、高い透過流束と分離係数αを有する含フッ素ポリイ
ミド系ガス分離膜及びその製造方法に関する。さらに詳
しくは、特定溶媒を用い、湿式の相転換法にて気体分離
用の含フッ素ポリイミド系ガス分離膜の製造に関するも
ので、詳しくは工業上の混合気体から特定の成分例えば
水素、メタン、炭酸ガス、酸素、窒素、水蒸気、有機蒸
気、イオン等を分離・濃縮するために用いられる非対称
膜または複合膜の形態で使用される非対称含フッ素ポリ
イミド系ガス分離膜の製造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorine-containing polyimide gas separation membrane which is homogeneous over a wide area and has a high permeation flux and a separation coefficient α, and a method for producing the same. More specifically, it relates to the production of a fluorine-containing polyimide gas separation membrane for gas separation by a wet phase inversion method using a specific solvent, and more specifically to specific components such as hydrogen, methane, carbonic acid from an industrial mixed gas. The present invention relates to the production of an asymmetric fluorine-containing polyimide gas separation membrane used in the form of an asymmetric membrane or a composite membrane used for separating and concentrating gas, oxygen, nitrogen, water vapor, organic vapor, ions and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリイミドは、高いガラス転移温度と剛
直な分子鎖構造を有するため、耐熱性・耐化学薬品性等
に優れた膜分離材料として知られており、種々のポリイ
ミドを用いた分離膜が検討されている。例えば、米国特
許第4378400号公報や米国特許第4959151
号公報にはビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用い
た芳香族ポリイミドが、特開平5−7749号公報、米
国特許第3822202号公報、米国特許第38993
09号公報、米国特許第4532041号公報、米国特
許第4645824号公報、米国特許第4705540
号公報、米国特許第4717393号公報、米国特許第
4717394号公報、米国特許第4838900号公
報、米国特許第4897092号公報、米国特許第49
32982号公報、米国特許第4929405号公報、
米国特許第4981497号公報、米国特許第5042
992号公報等には含フッ素系の芳香族ポリイミドが開
示されている。
2. Description of the Related Art Polyimide is known as a membrane separation material having excellent heat resistance and chemical resistance because it has a high glass transition temperature and a rigid molecular chain structure. Separation membranes using various polyimides are known. Is being considered. For example, US Pat. No. 4,378,400 and US Pat. No. 4,959,151.
An aromatic polyimide using biphenyltetracarboxylic dianhydride is disclosed in JP-A-5-7749, US Pat. No. 3,822,202, and US Pat. No. 3,8993.
09, US Pat. No. 4,532,041, US Pat. No. 4,645,824, US Pat. No. 4,705,540.
U.S. Pat. No. 4,717,393, U.S. Pat. No. 4,717,394, U.S. Pat. No. 4,838,900, U.S. Pat. No. 4,897,092, U.S. Pat.
32982, U.S. Pat. No. 4,929,405,
U.S. Pat. No. 4,981,497, U.S. Pat. No. 5,042.
992 and the like disclose fluorine-containing aromatic polyimides.

【0003】また、脂肪族や脂環族のテトラカルボン酸
二無水物を用いたポリイミド系に関しても、米国特許第
4964887号公報や米国特許第4988371号公
報に開示されている。
Further, a polyimide system using an aliphatic or alicyclic tetracarboxylic acid dianhydride is also disclosed in US Pat. No. 4,964,887 and US Pat. No. 4,988,371.

【0004】実用的な機械的強度を分離膜に持たせるこ
とを考慮して、薄膜化や非対称膜化も検討されている。
高性能分離膜に持たせることを考慮して、薄膜化や非対
称膜化も検討されている。高性能分離係数を有する高分
子を適当な多孔質支持体膜上に薄膜として形成させる場
合、実用的な程度に気体の透過速度を大きくするために
は、薄膜の厚さを望ましくは0.1μm以下の膜厚にし
なければならない。このような極薄膜をコーティング形
成することは工業的実施に不向きであった。また、非対
称膜化も上記公報に記載されているが、必要とされる
0.1μm以下の膜厚を工業的にピンホールなしで製膜
することは困難である。米国特許第4929405号公
報には水面展開法によりフッ素含有芳香族ポリイミド系
均質膜の膜厚を必要とされる0.1μm以下の400オ
ングストローム以下の薄膜に制御することが開示されて
いるが、支持膜層がないため実用的な機械的強度を持た
ない。そのため工業規模での製膜は困難である。
Considering that the separation membrane has practical mechanical strength, thinning and asymmetrical membranes are also being studied.
In consideration of having a high-performance separation membrane, thinning or asymmetrical membrane is also being studied. When a polymer having a high-performance separation coefficient is formed as a thin film on a suitable porous support membrane, the thickness of the thin film is preferably 0.1 μm in order to increase the gas permeation rate to a practical degree. The film thickness should be as follows. Forming such an ultra-thin film by coating was not suitable for industrial practice. Further, although asymmetric film formation is also described in the above publication, it is difficult to industrially form a film having a required film thickness of 0.1 μm or less without pinholes. U.S. Pat. No. 4,929,405 discloses controlling the film thickness of a fluorine-containing aromatic polyimide-based homogeneous film to a required thin film of 400 .ANG. It has no practical mechanical strength because it has no membrane layer. Therefore, film formation on an industrial scale is difficult.

【0005】ピンホールの無い非対称膜を形成させるた
めに、後処理(特開平5−049882号、特開平5−
146651号)や前処理(特開平5−184887
号)、製造工程の改良(米国特許第4902422号公
報、米国特許第5085676号公報、米国特許第51
65963号公報)といった方法が開示されている。
In order to form a pinhole-free asymmetric film, post-treatment (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-049882 and 5-1998).
No. 146651) and pretreatment (JP-A-5-184887).
No.), improvement of manufacturing process (US Pat. No. 4,902,422, US Pat. No. 5,085,676, US Pat. No. 51.
Japanese Patent No. 65963) is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法は作業工程の増加及び複雑化、コスト高、工業
レベルでの安定製膜が困難という問題点を有していた。
すなわち、ポリイミドの分離膜を実用的な工業レベルで
製造し、効率的な分離操作を行う場合、上記のような従
来技術では満足できるものはなかった。具体的には、第
1に製膜時にピンホールが形成し、そのピンホールのた
めに分離膜性能が低下し、ばらつき、不安定となり効率
的な分離操作が行えない。第2には第1の欠点を補うた
めには製膜工程を複雑化しコスト高となる。第3には製
膜条件を厳しくしてピンホールを出来るだけ少なくしよ
うとするための製膜条件のコントロールは難しく、結果
として安定した分離性能と透過製をバランス良く有する
膜は製造できない。
However, the above-mentioned conventional methods have problems that the number of working steps is increased and complicated, the cost is high, and stable film formation on an industrial level is difficult.
That is, when a polyimide separation membrane is manufactured at a practical industrial level and an efficient separation operation is performed, none of the above-mentioned conventional techniques is satisfactory. Specifically, firstly, a pinhole is formed during film formation, and the pinhole reduces the performance of the separation membrane, resulting in dispersion and instability, which makes it impossible to perform an efficient separation operation. Secondly, in order to compensate the first drawback, the film forming process is complicated and the cost is high. Thirdly, it is difficult to control the film-forming conditions to make the film-forming conditions strict so as to reduce pinholes as much as possible, and as a result, a film having a stable balance of separation performance and permeation cannot be manufactured.

【0007】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、広い膜面積において均質であり、ピンホール等の欠
陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有する含フッ素
ポリイミド系ガス分離膜、及び簡便な製膜方法で高い気
体透過流束を有し、コスト面で実用的に満足できる気体
分離膜を得るための製造方法を提供することを目的とす
る。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention is a fluorine-containing polyimide gas separation membrane which is homogeneous in a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α. Another object of the present invention is to provide a production method for obtaining a gas separation membrane which has a high gas permeation flux and is practically satisfactory in terms of cost by a simple membrane production method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜は、少
なくとも3個のフッ素原子と少なくとも2個のエーテル
結合部位を有するフッ素含有ポリイミド樹脂からなるス
ポンジ層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた膜
面積0.5m2 以上の気体分離膜であって、前記スキン
層の平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO2
スの透過速度が0.01〜50Nm3 /m 2 /h/at
mの範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範
囲であることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the fluorine-containing polyimide gas separation membrane of the present invention is
At least 3 fluorine atoms and at least 2 ethers
Fluorine-containing polyimide resin having a bonding site
Membrane having at least a Ponzi layer and a skin layer on the surface thereof
Area 0.5m2The above gas separation membrane, wherein the skin is
The average thickness of the layers is in the range 1-100 nm2Moth
Permeation rate of 0.01 to 50 NmThree/ M 2/ H / at
range of m, CO2/ Methane separation coefficient α is in the range of 2-60
It is characterized by being surrounded.

【0009】前記構成においては、気体分離膜が、チュ
ーブ状、中空糸状、及び気体透過性支持体の表面に形成
された少なくとも一つの分離膜であることが好ましい。
このような分離膜は、モジュールとして実用的に有用だ
からである。
In the above structure, it is preferable that the gas separation membrane is at least one separation membrane formed on the surface of the tube-shaped, hollow fiber-shaped, and gas-permeable support.
This is because such a separation membrane is practically useful as a module.

【0010】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜の第1番目の製造方法は、溶剤可溶型フッ素含有
ポリイミド系樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキ
ン層とを少なくとも備えた気体分離膜の製造方法であっ
て、ポリイミド樹脂層を構成する繰り返し分子構造単位
中に、少なくとも3個のフッ素原子と少なくとも2個の
エーテル結合部位を有するフッ素含有ポリイミド樹脂
と、誘電率が30以下で双極子モーメントが3.0D以
下である有機溶媒(A)からなる溶液を、チューブ状に
押し出すか或いは適宜の支持体上に塗布し、次いで上記
フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有機溶
媒(A)と相溶性を有する溶剤(B)中に浸漬して脱溶
媒することを特徴とする。
Next, the first method for producing a fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane of the present invention is a gas separation device having at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide-based resin and a skin layer on the surface thereof. A method for producing a film, comprising: a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites in a repeating molecular structural unit constituting a polyimide resin layer; A solution consisting of an organic solvent (A) having a moment of moment of 3.0 D or less is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin is not dissolved, but the above organic solvent (A ) Is immersed in a solvent (B) having compatibility with the above) to remove the solvent.

【0011】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜の第2番目の製造方法は、溶剤可溶型フッ素含有
ポリイミド系樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキ
ン層とを少なくとも備えた気体分離膜の製造方法であっ
て、ポリイミド樹脂層を構成する繰り返し分子構造単位
中に、少なくとも3個のフッ素原子と少なくとも2個の
エーテル結合部位を有するフッ素含有ポリイミド樹脂、
分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を有す
る有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)からなる溶液
を、チューブ状に押し出すか或いは適宜の支持体上に塗
布し、次いで上記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しな
いが、上記有機溶媒(A)と相溶性を有する溶剤(B)
中に浸漬して脱溶媒することを特徴とする。
Next, the second method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane of the present invention is a gas separation method comprising at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. A method for producing a film, comprising a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites in a repeating molecular structural unit constituting a polyimide resin layer,
A solution of an organic solvent (C) containing an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a main component is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin. Solvent (B) which does not dissolve but is compatible with the above organic solvent (A)
It is characterized by being immersed in the solvent to remove the solvent.

【0012】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜モジュールは、少なくとも3個のフッ素原子と少
なくとも2個のエーテル結合部位を有するフッ素含有ポ
リイミド樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキン層
とを少なくとも備えた膜面積0.5m2 以上の気体分離
膜を用いたモジュールであって、前記スキン層の平均厚
さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの透過速
度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの範囲、
CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲であるこ
とを特徴とする。
Next, the fluorine-containing polyimide gas separation membrane module of the present invention comprises a sponge layer composed of a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites, and a skin layer on the surface thereof. A module using at least a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, wherein the skin layer has an average thickness of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm. Range of 3 / m 2 / h / atm,
The CO 2 / methane separation coefficient α is in the range of 2 to 60.

【0013】前記モジュールにおいては、チューブ状、
中空糸状、及び気体透過性支持体の表面に形成された少
なくとも一つであることが好ましい。これらのモジュー
ルは実用的に使用しやすいからである。
In the module, a tubular shape,
It is preferably at least one formed in the shape of a hollow fiber and on the surface of the gas permeable support. This is because these modules are practically easy to use.

【0014】前記構成においては、フッ素含有ポリイミ
ド樹脂を構成する繰り返し分子構造単位中に少なくとも
1つの−CF3 基を有することが好ましい。この様な樹
脂は同様に気体分離能が高いからである。
In the above constitution, it is preferable that at least one --CF 3 group is contained in the repeating molecular structural unit constituting the fluorine-containing polyimide resin. This is because such resins also have high gas separation ability.

【0015】また前記構成においては、フッ素含有ポリ
イミド樹脂が実質的に前記式(化1)で表される繰り返
し単位を主成分とすることが好ましい。この様な樹脂は
同様に気体分離能が高いからである。
Further, in the above constitution, it is preferable that the fluorine-containing polyimide resin substantially contains the repeating unit represented by the above formula (Formula 1) as a main component. This is because such resins also have high gas separation ability.

【0016】また前記構成においては、フッ素含有ポリ
イミド樹脂が実質的に下記式(化2)または下記式(化
3)で表される繰り返し単位を主成分とすることが好ま
しい。この様な樹脂は同様に気体分離能が高いからであ
る。
Further, in the above constitution, it is preferable that the fluorine-containing polyimide resin substantially contains a repeating unit represented by the following formula (Formula 2) or the following formula (Formula 3) as a main component. This is because such resins also have high gas separation ability.

【0017】また前記構成においては、有機溶媒(A)
の誘電率が10以下で双極子モーメントが3.0D以下
であることが好ましい。このような溶媒は、たとえば水
に相溶化しにくいが時間をかければ相溶化するという性
質があり、前記ポリイミド樹脂を有機溶媒(A)に溶解
させて例えば膜状にキャスト成形し、水中で脱溶媒を行
う際、徐々に脱溶媒が行われるため、スキン層も内部の
スポンジ層も均質な状態のものが得られる。
Further, in the above constitution, the organic solvent (A)
It is preferable that the dielectric constant is less than 10 and the dipole moment is less than 3.0D. Such a solvent has a property that it is difficult to be compatibilized with water, for example, but it will be compatibilized with time. Therefore, the polyimide resin is dissolved in the organic solvent (A) and cast-formed into, for example, a film, and then desolvated in water. When the solvent is used, the solvent is gradually removed, so that the skin layer and the sponge layer inside can be in a homogeneous state.

【0018】また前記構成においては、有機溶媒(A)
または(C)の主成分がジエチレングリコールジメチル
エーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル及び
これらの混合溶媒から選ばれる少なくとも一つの液体で
あることが好ましい。前記同様、水中で脱溶媒を行う
際、徐々に脱溶媒が行われるため、スキン層も内部のス
ポンジ層も均質な状態のものが得られる。
In the above constitution, the organic solvent (A)
Alternatively, the main component of (C) is preferably at least one liquid selected from diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether and a mixed solvent thereof. Similarly to the above, when the solvent is removed in water, the solvent is gradually removed, so that the skin layer and the internal sponge layer are in a homogeneous state.

【0019】また前記構成においては、溶剤(B)が
水,アルコール類及びこれらの混合剤から選ばれる少な
くとも一つの液体であることが好ましい。前記同様、液
中で脱溶媒を行う際、徐々に脱溶媒が行われるため、ス
キン層も内部のスポンジ層も均質な状態のものが得られ
る。
Further, in the above constitution, it is preferable that the solvent (B) is at least one liquid selected from water, alcohols and a mixture thereof. Similarly to the above, when the solvent is removed in the liquid, the solvent is gradually removed, so that the skin layer and the internal sponge layer are in a homogeneous state.

【0020】また前記構成においては、フッ素含有ポリ
イミド系気体分離膜上に、さらにエラストマー重合体の
保護膜を形成することが好ましい。さらにピンホール欠
陥等を防げるからである。
Further, in the above constitution, it is preferable to further form a protective film of an elastomer polymer on the fluorine-containing polyimide gas separation film. Further, it is possible to prevent pinhole defects and the like.

【0021】また前記構成においては、エラストマー重
合体の薄膜が、架橋性シリコーン樹脂を架橋させてなる
膜であることが好ましい。同様にピンホール欠陥等を防
げるからである。
In the above construction, it is preferable that the thin film of the elastomer polymer is a film obtained by crosslinking a crosslinkable silicone resin. Similarly, it is possible to prevent pinhole defects and the like.

【0022】また前記本発明の気体分離膜においては、
スポンジ層には直径1μmを越えるボイド部が存在しな
いことが好ましい。スポンジ層も均質であると欠陥が少
なくなるからである。
In the gas separation membrane of the present invention,
It is preferable that the sponge layer has no void portion having a diameter of more than 1 μm. This is because if the sponge layer is also homogeneous, the defects are reduced.

【0023】[0023]

【作用】前記した本発明の構成によれば、少なくとも3
個のフッ素原子と少なくとも2個のエーテル結合部位を
有するフッ素含有ポリイミド樹脂からなるスポンジ層と
その表層のスキン層とを少なくとも備えた膜面積0.5
2 以上の気体分離膜であって、前記スキン層の平均厚
さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの透過速
度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの範囲、
CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲であるこ
とにより、広い膜面積において均質であり、ピンホール
等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有する含
フッ素ポリイミド系ガス分離膜、及び簡便な製膜方法で
高い気体透過流束を有し、コスト面で実用的に満足でき
る気体分離膜を実現できる。
According to the above-mentioned configuration of the present invention, at least 3
A film area of 0.5 including at least a sponge layer composed of a fluorine-containing polyimide resin having at least two fluorine atoms and at least two ether bond sites and a skin layer at the surface thereof.
m 2 or more gas separation membrane, wherein the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3 / m 2 / h / atm.
Since the CO 2 / methane separation coefficient α is in the range of 2 to 60, it is homogeneous in a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α. It is possible to realize a separation membrane and a gas separation membrane which has a high gas permeation flux by a simple membrane formation method and which is practically satisfactory in terms of cost.

【0024】次に本発明方法の第1番目の構成によれ
ば、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるス
ポンジ層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた気
体分離膜の製造方法であって、ポリイミド樹脂層を構成
する繰り返し分子構造単位中に、少なくとも3個のフッ
素原子と少なくとも2個のエーテル結合部位を有するフ
ッ素含有ポリイミド樹脂と、誘電率が30以下で双極子
モーメントが3.0D以下である有機溶媒(A)からな
る溶液を、チューブ状に押し出すか或いは適宜の支持体
上に塗布し、次いで上記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶
解しないが、上記有機溶媒(A)と相溶性を有する溶剤
(B)中に浸漬して脱溶媒することことにより、簡便な
製膜方法で高い気体透過流束を有し、コスト面で実用的
に満足できる気体分離膜を効率良く合理的に製造でき
る。
Next, according to the first constitution of the method of the present invention, there is provided a method for producing a gas separation membrane comprising at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. And a fluorine-containing polyimide resin having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites in a repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer, a dielectric constant of 30 or less, and a dipole moment of 3.0D. A solution consisting of the following organic solvent (A) is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin is not dissolved, but it is compatible with the above-mentioned organic solvent (A). By dipping it in the solvent (B) to remove the solvent, it has a high gas permeation flux with a simple film-forming method and is practically satisfactory in terms of cost. Film efficiently reasonably be manufactured.

【0025】次に本発明方法の第2番目の構成によれ
ば、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるス
ポンジ層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた気
体分離膜の製造方法であって、ポリイミド樹脂層を構成
する繰り返し分子構造単位中に、少なくとも3個のフッ
素原子と少なくとも2個のエーテル結合部位を有するフ
ッ素含有ポリイミド樹脂、分子構造単位中に少なくとも
1つのエーテル結合を有する有機溶媒を主成分とする有
機溶媒(C)からなる溶液を、チューブ状に押し出すか
或いは適宜の支持体上に塗布し、次いで上記フッ素含有
ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有機溶媒(A)と
相溶性を有する溶剤(B)中に浸漬して脱溶媒すること
により、簡便な製膜方法で高い気体透過流束を有し、コ
スト面で実用的に満足できる気体分離膜を効率良く合理
的に製造できる。
Next, according to the second aspect of the method of the present invention, there is provided a method for producing a gas separation membrane having at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. And a fluorine-containing polyimide resin having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites in a repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer, and an organic solvent having at least one ether bond in the molecular structural unit. A solution containing an organic solvent (C) containing as a main component is extruded in a tube shape or coated on an appropriate support, and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin is not dissolved but is compatible with the above-mentioned organic solvent (A). It is highly practical in terms of cost because it has a high gas permeation flux by a simple film-forming method by being immersed in a solvent (B) having The possible gas separating membrane effectively rationally be produced.

【0026】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜モジュールによれば、少なくとも3個のフッ素原
子と少なくとも2個のエーテル結合部位を有するフッ素
含有ポリイミド樹脂からなるスポンジ層とその表層のス
キン層とを少なくとも備えた膜面積0.5m2 以上の気
体分離膜を用いたモジュールであって、前記スキン層の
平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの
透過速度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの
範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲で
あることにより、広い膜面積において均質であり、ピン
ホール等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有
する含フッ素ポリイミド系ガス分離膜とすることがで
き、コスト面で実用的に満足できる気体分離膜モジュー
ルを実現できる。
Next, according to the fluorine-containing polyimide gas separation membrane module of the present invention, a sponge layer made of a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites and a skin layer on the surface thereof. A module using a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more including at least, wherein the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm, and a CO 2 gas permeation rate of 0.01. ~ 50 Nm 3 / m 2 / h / atm range and CO 2 / methane separation coefficient α in the range of 2 to 60, so that it is homogeneous in a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has high permeability. A fluorine-containing polyimide gas separation membrane having a flux and a separation coefficient α can be obtained, and a gas separation membrane module that can be practically satisfied in terms of cost can be realized.

【0027】[0027]

【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。本発明は、特定構造を有するフッ素含有ポリ
イミドとドープ作製のために特定の溶媒を用いることに
より、湿式相転換製膜法にて均質スキン層の厚みを一定
値以下とし、且つ分離性能を大きく低下させるピンホー
ルを広範囲にわたり形成しない非対称膜を製造方法を見
い出し本発明に至ったものである。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The present invention, by using a fluorine-containing polyimide having a specific structure and a specific solvent for the preparation of the dope, the thickness of the homogeneous skin layer by the wet phase inversion film formation method to a certain value or less, and the separation performance is significantly reduced. The present invention has been accomplished by finding a method for producing an asymmetric film that does not form pinholes over a wide range.

【0028】即ち本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜の製造方法は、ポリイミド樹脂層を構成する繰り
返し分子構造単位中に少なくとも3個のフッ素原子と少
なくとも2個のエーテル結合部位を有するを有するフッ
素含有ポリイミド樹脂と、誘電率が30以下で双極子モ
ーメントが3.0D以下である有機溶媒(A)からなる
溶液を、または分子構造単位中に少なくとも1つのエー
テル結合を有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒
(C)からなる溶液をチューブ状に押し出すか或いは適
宜の支持体上に塗布し、次いで上記フッ素含有ポリイミ
ド樹脂を溶解しないが、上記有機溶媒(A)と相溶性を
有する溶剤(B)中に浸漬するという構成である。
That is, the method for producing a fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane of the present invention comprises fluorine having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites in the repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer. A solution comprising a containing polyimide resin and an organic solvent (A) having a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less, or an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a main component. A solution consisting of the organic solvent (C) is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin is not dissolved, but a solvent (B) compatible with the above organic solvent (A). ) Is soaked in.

【0029】本発明に用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂層は気体分離性能に寄与する層であり、ポリイミド
を構成する繰り返し分子構造単位中に少なくとも3個の
フッ素原子と少なくとも2個のエーテル結合部位を有す
るフッ素含有ポリイミド樹脂からなるが、上記のポリイ
ミド樹脂層を構成する繰り返し分子構造中に少なくとも
1つの−CF3 基を有することが好ましい。更には、フ
ッ素含有ポリイミド薄膜中のフッ素含有量は6個〜12
個(繰り返し分子構造単位中のフッ素原子の個数)であ
ることが、実質的に安定した高品質を有する分離膜を得
るのに好ましい。また12個を越えると実用性が低下す
る。
The fluorine-containing polyimide resin layer used in the present invention is a layer that contributes to gas separation performance, and has at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites in the repeating molecular structural unit that constitutes the polyimide. Although it is made of a fluorine-containing polyimide resin, it preferably has at least one —CF 3 group in the repeating molecular structure constituting the polyimide resin layer. Furthermore, the fluorine content in the fluorine-containing polyimide thin film is 6 to 12
The number (the number of fluorine atoms in the repeating molecular structural unit) is preferable in order to obtain a separation membrane having substantially stable and high quality. Further, if the number exceeds 12, the practicality decreases.

【0030】本発明に用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂は、前記式(化1)で表される繰り返し分子構造単
位を主成分とすることが好ましい。フッ素原子を少なく
とも3個以上有する4価の有機基としては、A1 〜An
の少なくとも一つの4価の有機基のプロトンがフッ素原
子またはフッ素原子を含む基に置き変わったものであれ
ば特に限定されないが、より好ましくは、A1 〜An
少なくとも一つの有機基の少なくとも1つのプロトンが
1つの−CF3 基に置き変わったものが用いられ、例え
ば下記式(化4)で表される4価の有機基などが好まし
く用いられる。
The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention preferably contains a repeating molecular structural unit represented by the above formula (Formula 1) as a main component. Examples of the tetravalent organic group having at least three fluorine atoms include A 1 to A n.
Is not particularly limited as long as the proton of at least one tetravalent organic group is replaced with a fluorine atom or a group containing a fluorine atom, and more preferably at least one organic group of A 1 to A n. One in which one proton is replaced with one —CF 3 group is used, and for example, a tetravalent organic group represented by the following formula (Formula 4) is preferably used.

【0031】[0031]

【化4】 Embedded image

【0032】前記少なくとも1つの少なくとも2個のエ
ーテル結合部位を有する2価の有機基としては、R1
n の少なくとも一つの2価の有機基の一部に少なくと
も2個のエーテル結合部位を有するものであれば特に限
定されないが、より好ましくは、下記式(化5)または
(化6)で表される2価の有機基が好ましく用いられ
る。
The divalent organic group having at least two ether bond sites is at least one of R 1 to
It is not particularly limited as long as it has at least two ether bond sites in a part of at least one divalent organic group of R n , but more preferably it is represented by the following formula (Formula 5) or (Formula 6). The divalent organic group is preferably used.

【0033】[0033]

【化5】 Embedded image

【0034】[0034]

【化6】 [Chemical 6]

【0035】さらに本発明に用いられるフッ素含有ポリ
イミド樹脂は、実質的に下記式(化7)または(化8)
で表される繰り返し単位を主成分とすることがより好ま
しい。
Further, the fluorine-containing polyimide resin used in the present invention has substantially the following formula (formula 7) or (formula 8).
It is more preferable that the repeating unit represented by

【0036】[0036]

【化7】 [Chemical 7]

【0037】[0037]

【化8】 Embedded image

【0038】また前記式(化7)または(化8)中の全
てのイミド環部位において、アミック酸の状態のままで
部分的に残存していたとしても、その存在比が30%以
下、即ちイミド化率70%以上であれば何ら問題はな
い。なお、該存在比は全てのイミド環部位に対する残存
−COOHの量を 1H−NMRを用いて定量化し、算出
することによって求めた値である。該存在比が30%を
越えると有機溶媒(A)と溶剤(B)との親和性(−C
OOHの増加による)が増すために、ピンホール形成の
原因になり、本来のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜
の持つ分離性能が低下する。
Further, even if all of the imide ring moieties in the above formula (Formula 7) or (Formula 8) partially remain in the amic acid state, their abundance ratio is 30% or less, that is, There is no problem if the imidization ratio is 70% or more. The abundance ratio is a value obtained by quantifying and calculating the amount of residual —COOH with respect to all imide ring moieties using 1 H-NMR. If the abundance ratio exceeds 30%, the affinity between the organic solvent (A) and the solvent (B) (-C
(Due to an increase in OOH) causes pinhole formation, and the separation performance of the original fluorine-containing polyimide gas separation membrane deteriorates.

【0039】本発明に用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂は単独で用いられてもよいが、2種類以上の混合物
としても用いられる。更には、50モル%以下であれば
フッ素含有ポリイミド樹脂以外のポリスルホン、ポリエ
ーステルホンなどのポリマーとの共重合体、もしくは混
合物であってもよい。
The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention may be used alone, but may also be used as a mixture of two or more kinds. Further, 50 mol% or less may be a copolymer with a polymer other than the fluorine-containing polyimide resin, such as polysulfone or polyaceterphone, or a mixture thereof.

【0040】本発明で用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分を用
いて、例えば米国特許第3959350号公報に記載さ
れているような公知の重合方法で得られる。例えばテト
ラカルボン酸二無水物とジアミン化合物をほぼ等モル量
を用い、極性溶媒中、約80℃以下の温度、好ましくは
0〜60℃でポリアミック酸を重合する。ここで用いら
れる極性溶媒は特に限定されないが、N−メチルピロリ
ドン、ピリジン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、
フェノール、クレゾールなどが好適に用いられる。
The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention can be obtained by using a tetracarboxylic dianhydride and a diamine component by a known polymerization method as described in, for example, US Pat. No. 3,959,350. For example, polyamic acid is polymerized in a polar solvent at a temperature of about 80 ° C. or lower, preferably 0 to 60 ° C., using tetracarboxylic dianhydride and diamine compound in approximately equimolar amounts. The polar solvent used here is not particularly limited, but N-methylpyrrolidone, pyridine, dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, tetramethylurea,
Phenol, cresol and the like are preferably used.

【0041】得られたポリアミック酸の極性溶媒溶液に
トリメチルアミン、トリエチルアミ、ピリジン等の第3
級アミン化合物、無水酢酸、塩化チオニル、カルボジイ
ミドなどのイミド化促進剤を添加し、5〜150℃の温
度で攪拌し、イミド化率70%以上となるようにイミド
化する。イミド化反応を行う際、イミド化促進剤を添加
することなく、上記ポリアミック酸溶液を100〜40
0℃、好ましくは、120〜300℃で加熱してイミド
化してもよい。
A solution of the obtained polyamic acid in a polar solvent was added to a third solution of trimethylamine, triethylami, pyridine or the like.
An imidization promoter such as a primary amine compound, acetic anhydride, thionyl chloride, or carbodiimide is added, and the mixture is stirred at a temperature of 5 to 150 ° C. to imidize so that the imidization ratio becomes 70% or more. When carrying out the imidization reaction, 100 to 40 of the polyamic acid solution was added without adding an imidization accelerator.
It may be imidized by heating at 0 ° C., preferably 120 to 300 ° C.

【0042】イミド化反応後、重合時の極性溶媒やイミ
ド化促進剤を除去するために、多量のアセトン、アルコ
ールまたは水等の溶液に滴下し精製したポリイミドを乾
燥し、本発明で用いられる誘再率が30以下で、双極子
モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)に再溶解し
て製膜用のドープとして用いる。
After the imidization reaction, in order to remove the polar solvent and the imidization accelerator during the polymerization, the polyimide purified by dropping in a large amount of a solution of acetone, alcohol, water or the like is dried and then used in the present invention. It is re-dissolved in an organic solvent (A) having a re-ratio of 30 or less and a dipole moment of 3.0 D or less and used as a dope for film formation.

【0043】また、イミド化促進剤を添加することな
く、イミド化反応を行う場合は、ポリアミック酸溶液を
多量のアセトン、またはアルコール等の溶液に滴下して
得られたポリアミック酸粉末やポリアミック酸溶液から
溶媒を蒸発させて得られたポリアミック酸の固体(蒸発
の際、沈殿剤等を加えてポリアミック酸粉末を形成さ
せ、ろ別してもよい)を100〜400℃に加熱してイ
ミド化し、本発明で用いられる誘再率が30以下で、双
極子モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)或は、
分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を有す
る有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)に再溶解して
製膜用のドープとして用いる。
When the imidization reaction is carried out without adding an imidization accelerator, a polyamic acid powder or a polyamic acid solution obtained by dropping the polyamic acid solution into a large amount of a solution of acetone, alcohol or the like. The solid of the polyamic acid obtained by evaporating the solvent from (from which a precipitating agent or the like may be added during evaporation to form a polyamic acid powder, which may be separated by filtration) is imidized by heating at 100 to 400 ° C. The organic solvent (A) having a reductive rate of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less used in
It is re-dissolved in an organic solvent (C) whose main component is an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit and used as a dope for film formation.

【0044】本発明で用いられる誘電率が30以下で、
双極子モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)或
は、分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を
有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)を合成の
際の溶媒として用いることもできる。この際イミド化促
進剤の除去工程を行わなくても高い分離膜性能が得ら
れ、ドープ調製工程を削減する上で好適になる。
The dielectric constant used in the present invention is 30 or less,
Use of an organic solvent (A) having a dipole moment of 3.0D or less or an organic solvent (C) containing as a main component an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a solvent during synthesis. You can also At this time, high separation membrane performance can be obtained without performing the step of removing the imidization accelerator, which is suitable for reducing the dope preparation step.

【0045】本発明で用いられる誘電率が30以下で、
双極子モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)或
は、分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を
有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)に再溶解
して製膜用ドープを調製する場合のポリイミド溶液濃度
は3〜40重量%、好ましくは、10〜30重量%であ
る。また、製膜用ドープを調整する場合に、必要に応じ
て、膨脹剤、分散剤、増粘剤等を加えてもよい。
The dielectric constant used in the present invention is 30 or less,
Dope for film formation by re-dissolving in an organic solvent (A) having a dipole moment of 3.0 D or less or an organic solvent (C) containing an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a main component. The concentration of the polyimide solution in the case of preparing is 3 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight. Moreover, when adjusting the dope for film formation, you may add a swelling agent, a dispersing agent, a thickener, etc. as needed.

【0046】本発明で用いられる有機溶媒(A)の誘電
率は30以下で、双極子モーメントは3.0D以下であ
るが、上記誘電率は10以下であることがより好まし
い。本発明で用いられる有機溶媒(A)では、極性が小
さいため、凝固液として用いる溶媒即ち溶剤(C)との
親和性が弱くなる。従って、湿式相転換製膜時のスキン
層の形成よりも、ドープ用溶媒が凝固液として用いる溶
媒中へ浸出ずる速度が十分小さいため、広範囲の均質ス
キン層にはピンホールが形成されずに工業的規模で製膜
することができる。
The organic solvent (A) used in the present invention has a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less, and the dielectric constant is more preferably 10 or less. Since the organic solvent (A) used in the present invention has a small polarity, its affinity with the solvent used as the coagulating liquid, that is, the solvent (C) becomes weak. Therefore, the rate of leaching of the dope solvent into the solvent used as the coagulating liquid is sufficiently lower than that of the skin layer formed during wet phase inversion film formation. Can be formed on a dynamic scale.

【0047】本発明で用いられる有機溶媒(A)として
は、上記条件を満足していれば特に限定されないが、ジ
エチレングリコールジメチルエーテル(誘電率は5.9
7、双極子モーメントは1.97D)が好ましく、その
他に1,2−ジメトキシエタン(誘電率は5.50、双
極子モーメントは1.79D)等が挙げられる。これら
は単独で用いられる以外に、2種以上の混合溶媒として
も用いられる。また、用いるフッ素含有ポリイミドの溶
解度やドープの粘度を調整するために30重量%を越え
ない範囲で、誘竃率が30を越え、及び/または、双極
子モーメントが3.0Dを越える非プロトン系溶媒を加
えてもよい。上記非プロトン系溶媒を加えても場合は、
使用する溶媒によって適宜選定されるが、本発明におい
て特に好ましく用いられる有機溶媒(A)としては、ジ
エチレングリコールジメチルエーテルを60重量%以上
100重量%以下含む有機溶媒である。例えば、67重
量%のジエチルグリコールジメチルエーテルと33重量
%N−メチルピロリドン(NMP)の混合溶液が例示さ
れる。
The organic solvent (A) used in the present invention is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied, but diethylene glycol dimethyl ether (having a dielectric constant of 5.9).
7, the dipole moment is preferably 1.97D, and other examples include 1,2-dimethoxyethane (dielectric constant: 5.50, dipole moment: 1.79D). These may be used alone or as a mixture of two or more solvents. Further, in order to adjust the solubility of the fluorine-containing polyimide used and the viscosity of the dope, the aprotic ratio exceeds 30% and / or the dipole moment exceeds 3.0D within a range not exceeding 30% by weight. A solvent may be added. If the above aprotic solvent is added,
The organic solvent (A) particularly preferably used in the present invention is an organic solvent containing 60% by weight or more and 100% by weight or less of diethylene glycol dimethyl ether, although it is appropriately selected depending on the solvent used. For example, a mixed solution of 67 wt% diethyl glycol dimethyl ether and 33 wt% N-methylpyrrolidone (NMP) is exemplified.

【0048】ドープ用溶媒として従来用いられているN
−メチル−2−ピロリドン(誘電率は32.0(25
℃)、双極子モーメントは4.00D(30℃))、
N,N−ジメチルアセトアミド(誘電率は、37.8
(25℃)、双極子モーメントは3.72D)、N,N
−ジメチルホルムアド(誘電率は、36.7(25
℃)、双極子モーメントは3.86D(25℃))、ジ
メチルスルホキシド(誘電率は、48.9(20℃)、
双極子モーメントは4.30D)等の非プロトン極性溶
媒を用いれば、誘電率は32以上で、双極子モーメント
は3.7D以上であり、凝固液として用いる溶媒、例え
ば水との親和性が強いと考えられる。この親和性の強さ
に起因して、湿式相転換製膜時のスキン層の形成より
も、ドープ用溶媒が凝固液として用いる溶媒中へ浸出す
る速度の方が大きいため、広範囲の均質スキン層にはピ
ンホールが形成される。更に、従来用いられている上記
のような非プロトン極性溶媒であれば、湿式相転換製膜
時、製膜用ドープをガス透過性支持体にキャストまたは
紡糸した後、所定の温度で所定時間放置し溶媒の一部を
蒸発させるが、水との親和性が強すぎるために空気中の
水分を吸収し、表面が白濁してピンホール形成を促進す
る。
N, which has been conventionally used as a dope solvent
-Methyl-2-pyrrolidone (dielectric constant 32.0 (25
℃), dipole moment is 4.00D (30 ℃)),
N, N-dimethylacetamide (dielectric constant: 37.8
(25 ° C), dipole moment is 3.72D), N, N
-Dimethylformad (dielectric constant is 36.7 (25
℃), dipole moment is 3.86D (25 ° C)), dimethyl sulfoxide (dielectric constant is 48.9 (20 ° C),
If an aprotic polar solvent with a dipole moment of 4.30D) is used, the dielectric constant is 32 or more, the dipole moment is 3.7D or more, and the solvent used as the coagulating liquid, for example, water has a strong affinity. it is conceivable that. Due to the strength of this affinity, the dope solvent is leached into the solvent used as the coagulating liquid at a faster rate than in the formation of the skin layer at the time of wet phase conversion film formation. A pinhole is formed in the. Furthermore, in the case of the aprotic polar solvent that has been conventionally used, during the wet phase conversion film formation, the dope for film formation is cast or spun on a gas permeable support, and then left at a predetermined temperature for a predetermined time. However, a part of the solvent is evaporated, but since the affinity with water is too strong, it absorbs moisture in the air, and the surface becomes cloudy to promote pinhole formation.

【0049】また本発明で用いられている有機溶媒
(C)としては、分子構造単位中に少なくとも1つのエ
ーテル結合を有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒で
あれば特に限定されないが、ジエチレングリコールジメ
チルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールシブチルエーテル、トリエチ
レングリコールジエチルエーテル、1,2−ジメトキシ
エタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−シブトキ
シエタン等が挙げられる。好ましくはジエチレングリコ
ールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチル
エーテル、または、これらの混合溶媒が用いられる。こ
れらは単独で用いられる以外に、2種以上の混合溶媒と
しても用いられる。また、用いるフッ素含有ポリイミド
の溶解度やドープの粘度を調整するために30重量%を
越えない範囲で、分子構造単位中にエーテル結合を有し
ない非プロトン系溶媒を加えてもよい。
The organic solvent (C) used in the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent containing an organic solvent having at least one ether bond in the molecular structural unit as a main component, and diethylene glycol dimethyl ether. , Diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol cibutyl ether, triethylene glycol diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-sibutoxyethane and the like. Preferably, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, or a mixed solvent thereof is used. These may be used alone or as a mixture of two or more solvents. Further, in order to adjust the solubility of the fluorine-containing polyimide used and the viscosity of the dope, an aprotic solvent having no ether bond in the molecular structural unit may be added within a range not exceeding 30% by weight.

【0050】上記ドープを用いた湿式相転換製膜法につ
いて以下に説明する。本発明における気体分離膜の製膜
法や膜形態は特に限定されないが、本発明で用いられる
有機溶媒(A)または(C)のドープを押し出し法、流
延法等で凝固液即ち溶剤(B)中に浸漬させることでチ
ューブ状(中空糸状を含む)、平膜状の非対称膜が得ら
れる。
The wet phase conversion film forming method using the above dope will be described below. The method of forming the gas separation membrane and the form of the membrane in the present invention are not particularly limited, but the coagulating liquid or solvent (B ), A tubular (including hollow fiber) or flat membrane-shaped asymmetric membrane can be obtained.

【0051】平膜状の場合はガス透過性支持体上に、ド
ープをキャスティングやディッピング等の方法で塗布
し、凝固液、即ち溶剤(B)中に浸漬し、非対称膜を複
合形態で得ることも機械的強度を高める点で好適であ
る。本発明に用いられる適宜の支持体としては平滑な表
面を有する硝子板や次に挙げるガス透過性支持体等が挙
げられる。上記ガス透過性支持体としては、平滑な表面
を有する有機、無機、金属の多孔体費、織布、不織布等
を挙げることができる。これらのガス透過性支持体上へ
のドープと塗布厚は25〜400μm好ましくは30〜
200μmである。
In the case of a flat film, a dope is coated on a gas permeable support by a method such as casting or dipping, and immersed in a coagulating liquid, that is, a solvent (B) to obtain an asymmetric film in a composite form. Is also suitable in terms of increasing mechanical strength. Examples of suitable supports used in the present invention include a glass plate having a smooth surface and the following gas-permeable supports. Examples of the gas-permeable support include organic, inorganic, and metal porous materials having a smooth surface, woven cloth, non-woven cloth, and the like. The dope and the coating thickness on these gas-permeable supports are 25 to 400 μm, preferably 30 to 400 μm.
200 μm.

【0052】本発明で用いられる有機溶媒(A)を用い
たドープは−80〜80℃好ましくは−20〜40℃の
温度範囲で製膜される。上記有機溶媒(A)を浸漬除去
する際に用いられる凝固剤、即ち溶剤(B)としては用
いるフッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有
機溶媒(A)と相溶性を有するものであれば、限定され
ないが、水やメタノール、エタノール、イソプロピルア
ルコール等のアルコール類及びこれらの混合液が用いら
れ、特に水が好適に用いられる。上記有機溶媒(A)を
浸漬除去ずる時の凝固液、即ち溶剤(B)の温度は特に
限定されないが、好ましくは0〜50℃の温度で行われ
る。
The dope using the organic solvent (A) used in the present invention is formed into a film at a temperature range of -80 to 80 ° C, preferably -20 to 40 ° C. As long as it does not dissolve the fluorine-containing polyimide resin used as the coagulant used when the organic solvent (A) is removed by immersion, that is, the solvent (B), it is compatible with the organic solvent (A), Although not limited, water, alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, and a mixed solution thereof are used, and water is particularly preferably used. The temperature of the coagulating liquid when the organic solvent (A) is removed by immersion, that is, the temperature of the solvent (B) is not particularly limited, but is preferably 0 to 50 ° C.

【0053】上記条件により非対称膜を製膜することに
より、膜面積0.5m2 以上で前記スキン層の平均厚さ
は1〜100nmの範囲にある分離膜を形成できる。ス
キン層の厚さはほぼ一定で、広範囲にわたり分離性能を
大きく低下させるピンホールが存在しない気体分離膜を
製造することができる。この結果、膜面積の大きいモジ
ュールを作成しても、たとえばCO2 ガスの透過流束が
0.1〜50Nm3 2 /hr./atmの範囲、CO
2 /メタノールの分離係数αが2〜60の範囲のモジュ
ールを作成できる。
Under the above conditions, an asymmetric membrane is formed.
Therefore, the film area is 0.5m2Above average thickness of the skin layer
Can form a separation film in the range of 1 to 100 nm. S
The thickness of the Kin layer is almost constant, providing a wide range of separation performance.
A gas separation membrane that does not have pinholes that greatly reduce
It can be manufactured. As a result, the membrane area is large
Even if you create a tool, for example, CO2The permeation flux of gas
0.1-50 NmThree/ 2/ Hr. / Atm range, CO
2/ Methanol separation coefficient α in the range of 2-60
Can be created.

【0054】本発明で得られる気体分離膜は、さらにそ
のフッ素含有ポリイミド薄膜の表面をエラストマー重合
体を用いて塗布することが好ましい。エラストマー重合
体の薄膜を形成させて積層することは、上記気体分離膜
表面の欠陥を塞ぐと同時に表面の傷が付くことを防ぐ上
で好適である。上記エラストマー重合体としては、柔軟
なフィルム形成能を有する重合体をいい、具体例として
は、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、エチレン−プロ
ピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合
体、ポリプタジエン、ポリイソプレン、クロロプレンゴ
ム、ポリ(4−メチル−ペンテン−1)、プタジエン−
スチレン共重合体、イソプレン−イソプチレン共重合
体、またはポリイソプチレン等のようなエチレン性単量
体又は共役ジエン系単量体の単独重合体や共重合体、さ
らに上記単量体成分に加えて、アクリルロニトリル、
(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸等の
ような官能基を有する単量体成分を含有する共重合体、
あるいはポリエーテルポルオール、ポリウレタンポリエ
ーテル、ポリウレタンポリエステル又はポリアミドポリ
エーテル等のような所請ソフトセグメントとハードセグ
メントを併せ有する共重合体を挙げることができる。さ
らに、上記以外にも直鎖長鎖状の硬化剤によって硬化さ
れるエポキシ樹脂や、エチルセルロース、ブトキシ樹脂
等も、本発明においては前記エラストマー重合体として
用いることができる。
In the gas separation membrane obtained in the present invention, it is preferable that the surface of the fluorine-containing polyimide thin film is further coated with an elastomer polymer. Forming and laminating a thin film of an elastomer polymer is suitable for blocking defects on the surface of the gas separation membrane and at the same time preventing the surface from being scratched. The elastomeric polymer refers to a polymer having a flexible film-forming ability, and specific examples thereof include polypropylene, polyvinyl chloride, ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene-diene copolymer, polyptadiene, polyisoprene. , Chloroprene rubber, poly (4-methyl-pentene-1), ptadiene-
Styrene copolymers, isoprene-isobutylene copolymers, homopolymers or copolymers of ethylenic monomers or conjugated diene monomers such as polyisobutylene, etc., in addition to the above monomer components, acrylic Ronitrile,
A copolymer containing a monomer component having a functional group such as (meth) acrylic acid ester and (meth) acrylic acid,
Alternatively, there may be mentioned a copolymer having both a soft segment and a hard segment, such as polyether polyol, polyurethane polyether, polyurethane polyester or polyamide polyether. Further, in addition to the above, an epoxy resin, an ethyl cellulose, a butoxy resin, or the like that is cured by a linear long-chain curing agent can be used as the elastomer polymer in the present invention.

【0055】本発明においてエラストマー重合体として
は、架橋性シリコーン樹脂が特に好ましく用いられる。
かかる架橋性シリコーン樹脂は、架橋前は有機溶剤に可
溶性であるが、架橋後には有機溶剤に不溶性の樹脂とな
るシリコーン樹脂であり、例えば、特開昭59−225
705号公報に記載されている方法にしてがって製膜す
ることができる。
In the present invention, a crosslinkable silicone resin is particularly preferably used as the elastomer polymer.
Such a crosslinkable silicone resin is a silicone resin which is soluble in an organic solvent before crosslinking, but becomes insoluble in an organic solvent after crosslinking.
The film can be formed according to the method described in Japanese Patent No. 705.

【0056】上記の気体分離膜を用いたエレメント形態
は特に限定されず、チューブ状に押し出した場合は中空
糸型エレメントとして、適宜の支持体上に塗布した場合
は例えば、スパイラル型、平膜型、チューブラー型エレ
メントとしてモジュール化できる。
The form of the element using the above gas separation membrane is not particularly limited, and it is a hollow fiber type element when it is extruded into a tubular shape, and it is, for example, a spiral type or a flat membrane type when it is applied on an appropriate support. It can be modularized as a tubular element.

【0057】次に図面を用いて説明する。図1は本発明
の一実施例の支持体上に塗布した平膜型分離膜10の概
略断面図を示したものである。図1において、3はフッ
素含有ポリイミド樹脂層で、スキン層1とスポンジ層2
で形成されている。ポリイミド樹脂層3は気体透過性支
持体4である厚さ約100μmのポリエステル不織布の
表面に形成されている。図2は図1のスキン層1とスポ
ンジ層2の拡大断面SEM写真をトレースした図であ
る。スキン層1の厚さL1 は約40nmであり、図2に
は一部しか示していないがスポンジ層2の厚さL2 は約
30μmであった。図2において、白い部分はポリイミ
ド樹脂の部分を示し、黒い部分は空隙部による影を示し
ている。
Next, description will be made with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a flat membrane type separation membrane 10 coated on a support according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 3 is a fluorine-containing polyimide resin layer, which is a skin layer 1 and a sponge layer 2.
It is formed with. The polyimide resin layer 3 is formed on the surface of the gas permeable support 4 which is a polyester nonwoven fabric having a thickness of about 100 μm. FIG. 2 is a traced enlarged SEM photograph of the skin layer 1 and the sponge layer 2 of FIG. The thickness L 1 of the skin layer 1 is about 40 nm, the thickness L 2 of the shows only partially in Figure 2 the sponge layer 2 was approximately 30 [mu] m. In FIG. 2, the white portion indicates the polyimide resin portion and the black portion indicates the shadow due to the void.

【0058】次に図3(a)(b)は図2の縮小図を示
しており、スポンジ層2が厚さ方向にも面方向にも比較
的均一であることを示している。図4(a)は従来技術
のフッ素含有ポリイミド樹脂層からなる気体分離膜の断
面SEM写真をトレースした図、図4(b)は図4
(a)のA部の拡大図である。この非対称膜は溶媒とし
てN−メチルピロリドン(NMP)を用い、水中で脱溶
媒して形成したものである。図4(a)において、21
はスキン層、22はスポンジ層、23はスポンジ層に存
在する縦方向に形成されたフィンガーボイド部(円筒状
空隙部)、24は横方向(奥行き方向)に形成されたフ
ィンガーボイド部である。同一倍率の拡大図である本発
明の一実施例の図3(a)と比べると、従来技術の非対
称膜には直径が約10μm程度の大きなフィンガーボイ
ド部が存在しているのに対して、本発明品はこれがな
く、均一なスポンジ層になっていることである。
Next, FIGS. 3A and 3B are reduced views of FIG. 2 and show that the sponge layer 2 is relatively uniform both in the thickness direction and in the surface direction. FIG. 4A is a traced cross-sectional SEM photograph of a gas separation membrane made of a conventional fluorine-containing polyimide resin layer, and FIG. 4B is FIG.
It is an enlarged view of the A section of (a). This asymmetric membrane is formed by using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent and removing the solvent in water. In FIG. 4A, 21
Is a skin layer, 22 is a sponge layer, 23 is a finger void portion (cylindrical void) formed in the sponge layer in the vertical direction, and 24 is a finger void portion formed in the lateral direction (depth direction). Compared with FIG. 3 (a) of an embodiment of the present invention, which is an enlarged view of the same magnification, the asymmetric membrane of the prior art has a large finger void portion with a diameter of about 10 μm. The product of the present invention does not have this and has a uniform sponge layer.

【0059】本発明においては、得られたエレメントを
装着したモジュールに、例えば天然ガスにような二酸化
炭素とメタンを主として含む混合ガスを接触させること
により、二酸化炭素選択的に透過させ、メタンを濃縮す
るのに好適に用いられる。
In the present invention, a module equipped with the obtained element is brought into contact with a mixed gas mainly containing carbon dioxide and methane such as natural gas to selectively permeate carbon dioxide to concentrate methane. It is suitable for use.

【0060】以下に実施例を挙げて本発明を説明する
が、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではな
い。 (実施例1)前記式(化7)で表される繰り返し単位と
するフッ素含有ポリイミドをジエチレングルコールジメ
チルエーテル溶媒下で以下の方法で合成した。ビス〔4
−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロバン0.7
5molを有機溶媒(A)又は(C)としてのジエチレ
ングリコールジメチルエーテル1842gに溶解した溶
液中に、窒素雰囲気下で5,5´−2,2,2−トリフ
ルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリデン−ビス
−1,3−イソベンゾフランジオン(6FDA)0.7
5molを加え、室温にして8時間攪拌し、重合を行
い、ポリアミック酸を得た。
The present invention is described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. (Example 1) A fluorine-containing polyimide having a repeating unit represented by the above formula (Formula 7) was synthesized by the following method in a solvent of diethylene glycol dimethyl ether. Screw [4
-(4-Aminophenoxy) phenyl] proban 0.7
Under a nitrogen atmosphere, 5,5'-2,2,2-trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethylidene-was dissolved in a solution prepared by dissolving 5 mol of 1842 g of diethylene glycol dimethyl ether as the organic solvent (A) or (C). Bis-1,3-isobenzofurandione (6FDA) 0.7
5 mol was added, and the mixture was brought to room temperature and stirred for 8 hours to carry out polymerization to obtain a polyamic acid.

【0061】その後、ジエチレングリコールジメチルエ
ーテル406gを加え、溶液が均一になった後、イミド
化剤物質であるビリジン2.25molと無水酢酸2.
25molを加え、室温にて12時間精拌し、イミド化
反応を行った。反応後、得られた溶液は製膜溶液とした
濾過し、静置して十分に脱泡し、調製した。
Then, 406 g of diethylene glycol dimethyl ether was added to make the solution uniform, and then 2.25 mol of the imidizing agent viridine and 2. acetic anhydride.
25 mol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours to carry out an imidization reaction. After the reaction, the obtained solution was used as a film-forming solution, filtered, and allowed to stand to be sufficiently defoamed to prepare.

【0062】上記製膜溶液を25℃としてアプリケータ
を用いて、幅1m、長さ15m、厚さ約200μm、目
付85g/m2 のポリエステル不織布上に、厚さ200
μmでキャストして、凝固液として25℃の水中に5分
間、20℃の水中に1時間浸漬した。得られた膜は60
℃で乾燥した。この様にして図1〜3に示すような非対
称膜を形成した。得られた分離膜を円筒状モジュールに
組み立て(有効膜面積1.4m2 )、透過速度と分離性
能を測定した。測定は下記の純ガス(CO2,CH4,
2 )を用い、透過側を1×10-2torrの減圧にし
て行った。測定温度は25℃である。結果を表1に示
す。
The above film-forming solution was heated to 25 ° C. and an applicator was used to form a polyester nonwoven fabric having a width of 1 m, a length of 15 m, a thickness of about 200 μm and a basis weight of 85 g / m 2 and a thickness of 200.
It was cast at a thickness of μm and immersed in water at 25 ° C. as a coagulating liquid for 5 minutes and in water at 20 ° C. for 1 hour. The film obtained is 60
It was dried at ° C. Thus, the asymmetric film as shown in FIGS. The obtained separation membrane was assembled into a cylindrical module (effective membrane area 1.4 m 2 ) and the permeation rate and separation performance were measured. The measurement was carried out using the pure gases (CO 2 , CH 4 ,
N 2 ), and the pressure was reduced to 1 × 10 -2 torr on the permeation side. The measurement temperature is 25 ° C. The results are shown in Table 1.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】(実施例2)実施例1で得られた気体分離
膜表面にエラストマー重合体である架橋性シリコーン樹
脂溶液(GE SiliconesのRTV615のヘキサン3
wt%溶液)を塗布し、110℃で15分熱処理するこ
とにより、エラストマー重合体の薄膜を形成させ、積層
させた。その後実施例1と同様な条件で測定した。結果
を表2に示す。
Example 2 On the surface of the gas separation membrane obtained in Example 1, a crosslinkable silicone resin solution which is an elastomeric polymer (GE Silicones RTV615 Hexane 3) was used.
wt% solution) was applied and heat-treated at 110 ° C. for 15 minutes to form a thin film of an elastomer polymer, which was laminated. Then, the measurement was performed under the same conditions as in Example 1. Table 2 shows the results.

【0065】[0065]

【表2】 [Table 2]

【0066】(比較例1)ジアミン成分をエーテル結合
を一つだけ有する4,4´−オキシジアニリンに変更し
た以外は(実施例1)に従う。有機溶媒(A)又は
(C)に該当する溶媒には不溶であり製膜することがで
きなかった。
(Comparative Example 1) The procedure of Example 1 was followed except that the diamine component was changed to 4,4'-oxydianiline having only one ether bond. Since it was insoluble in the solvent corresponding to the organic solvent (A) or (C), the film could not be formed.

【0067】(実施例3)実施例1で得られた分離膜の
うち、幅0.33m、長さ2.0mを円筒状モジュール
に組み立て(有効面積0.54m2 )、透過速度と分離
性能を測定した。結果を表3に示す。
(Example 3) Of the separation membrane obtained in Example 1, a module having a width of 0.33 m and a length of 2.0 m was assembled into a cylindrical module (effective area 0.54 m 2 ), the permeation rate and the separation performance. Was measured. The results are shown in Table 3.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】表3から明らかな通り、有効面積0.54
2 のモジュールにおいても実用上十分な透過速度と分
離性能を持っていることが確認できた。
As is clear from Table 3, the effective area is 0.54
It was confirmed that the module of m 2 also has practically sufficient permeation rate and separation performance.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、少な
くとも3個のフッ素原子と少なくとも2個のエーテル結
合部位を有するフッ素含有ポリイミド樹脂からなるスポ
ンジ層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた膜面
積0.5m2 以上の気体分離膜であって、前記スキン層
の平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガス
の透過速度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atm
の範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲
であることにより、広い膜面積において均質であり、ピ
ンホール等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係数αを
有する含フッ素ポリイミド系ガス分離膜、及び簡便な製
膜方法で高い気体透過流束を有し、コスト面で実用的に
満足できる気体分離膜を実現できる。
As described above, according to the present invention, at least a sponge layer made of a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites and a skin layer on the surface thereof are provided. A gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, wherein the skin layer has an average thickness of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3 / m 2 / h / atm
And the separation coefficient α of CO 2 / methane is in the range of 2 to 60, it is homogeneous over a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α. It is possible to realize a polyimide-based gas separation membrane and a gas separation membrane having a high gas permeation flux by a simple membrane-forming method and being practically satisfactory in terms of cost.

【0071】次に本発明の第1番目の方法によれば、溶
剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるスポンジ
層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた気体分離
膜の製造方法であって、ポリイミド樹脂層を構成する繰
り返し分子構造単位中に、少なくとも3個のフッ素原子
と少なくとも2個のエーテル結合部位を有するフッ素含
有ポリイミド樹脂と、誘電率が30以下で双極子モーメ
ントが3.0D以下である有機溶媒(A)からなる溶液
を、チューブ状に押し出すか或いは適宜の支持体上に塗
布し、次いで上記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しな
いが、上記有機溶媒(A)と相溶性を有する溶剤(B)
中に浸漬して脱溶媒することことにより、簡便な製膜方
法で高い気体透過流束を有し、コスト面で実用的に満足
できる気体分離膜を効率良く合理的に製造できる。
Next, according to the first method of the present invention, there is provided a method for producing a gas separation membrane comprising at least a sponge layer composed of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. , A fluorine-containing polyimide resin having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites in a repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer, and a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less. A solvent consisting of the organic solvent (A) is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin is not dissolved, but a solvent compatible with the above organic solvent (A). (B)
By immersing it in the solvent and removing the solvent, it is possible to efficiently and rationally manufacture a gas separation membrane having a high gas permeation flux and practically satisfying the cost in a simple membrane forming method.

【0072】次に本発明の第2番目の方法によれば、溶
剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるスポンジ
層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた気体分離
膜の製造方法であって、ポリイミド樹脂層を構成する繰
り返し分子構造単位中に、少なくとも3個のフッ素原子
と少なくとも2個のエーテル結合部位を有するフッ素含
有ポリイミド樹脂、分子構造単位中に少なくとも1つの
エーテル結合を有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒
(C)からなる溶液を、チューブ状に押し出すか或いは
適宜の支持体上に塗布し、次いで上記フッ素含有ポリイ
ミド樹脂を溶解しないが、上記有機溶媒(A)と相溶性
を有する溶剤(B)中に浸漬して脱溶媒することによ
り、簡便な製膜方法で高い気体透過流束を有し、コスト
面で実用的に満足できる気体分離膜を効率良く合理的に
製造できる。
Next, according to the second method of the present invention, there is provided a gas separation membrane comprising at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. A fluorine-containing polyimide resin having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites in a repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer, and an organic solvent having at least one ether bond in the molecular structural unit. A solution containing the organic solvent (C) as a main component is extruded in a tube shape or coated on an appropriate support and then the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin is not dissolved, but it is compatible with the above-mentioned organic solvent (A). By dipping it in the solvent (B) that it has and removing the solvent, it has a high gas permeation flux with a simple film-forming method, and is practically satisfactory in terms of cost. The gas separation membrane efficiently reasonably be produced that.

【0073】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜モジュールによれば、少なくとも3個のフッ素原
子と少なくとも2個のエーテル結合部位を有するフッ素
含有ポリイミド樹脂からなるスポンジ層とその表層のス
キン層とを少なくとも備えた膜面積0.5m2 以上の気
体分離膜を用いたモジュールであって、前記スキン層の
平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの
透過速度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの
範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲で
あることにより、広い膜面積において均質であり、ピン
ホール等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有
する含フッ素ポリイミド系ガス分離膜とすることがで
き、コスト面で実用的に満足できる気体分離膜モジュー
ルを実現できる。
Next, according to the fluorine-containing polyimide gas separation membrane module of the present invention, a sponge layer made of a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites and a skin layer on the surface layer thereof. A module using a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more including at least, wherein the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm, and a CO 2 gas permeation rate of 0.01. ~ 50 Nm 3 / m 2 / h / atm range and CO 2 / methane separation coefficient α in the range of 2 to 60, so that it is homogeneous in a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has high permeability. A fluorine-containing polyimide gas separation membrane having a flux and a separation coefficient α can be obtained, and a gas separation membrane module that can be practically satisfied in terms of cost can be realized.

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

【図1】本発明の一実施例の支持体上に塗布した平膜型
の分離膜の概略断面図
FIG. 1 is a schematic sectional view of a flat membrane type separation membrane coated on a support according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の拡大断面SEM写真のトレース図FIG. 2 is a trace diagram of an enlarged cross-sectional SEM photograph of FIG.

【図3】(a)(b)は図2の縮小図3A and 3B are reduced views of FIG.

【図4】(a)は従来技術のフッ素含有ポリイミド樹脂
層からなる気体分離膜の断面SEM写真をトレースした
図 (b)は図4(a)のA部の拡大図
4A is a traced SEM photograph of a cross section of a gas separation membrane made of a fluorine-containing polyimide resin layer according to the prior art, and FIG. 4B is an enlarged view of part A of FIG. 4A.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スキン層 2 スポンジ層 3 フッ素含有ポリイミド樹脂層 4 気体透過性支持体 10 平膜型気体分離膜 21 スキン層 22 スポンジ層 23,24 フィンガーボイド部(円筒状空隙部) 1 Skin Layer 2 Sponge Layer 3 Fluorine-Containing Polyimide Resin Layer 4 Gas Permeable Support 10 Flat Membrane Gas Separation Membrane 21 Skin Layer 22 Sponge Layer 23, 24 Finger Void (Cylindrical Void)

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも3個のフッ素原子と少なくと
も2個のエーテル結合部位を有するフッ素含有ポリイミ
ド樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少
なくとも備えた膜面積0.5m2 以上の気体分離膜であ
って、前記スキン層の平均厚さは1〜100nmの範囲
にあり、CO2 ガスの透過速度が0.01〜50Nm3
/m2 /h/atmの範囲、CO2 /メタンの分離係数
αが2〜60の範囲であることを特徴とするフッ素含有
ポリイミド系気体分離膜。
1. A gas separation having a membrane area of 0.5 m 2 or more, which is provided with at least a sponge layer made of a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites and a skin layer on the surface thereof. The membrane has an average thickness of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3.
/ M 2 / h / atm, CO 2 / methane separation coefficient α is in the range of 2 to 60, a fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane.
【請求項2】 気体分離膜が、チューブ状、中空糸状、
及び気体透過性支持体の表面に形成された少なくとも一
つの分離膜である請求項1に記載のフッ素含有ポリイミ
ド系気体分離膜。
2. The gas separation membrane has a tubular shape, a hollow fiber shape,
The fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 1, which is at least one separation membrane formed on the surface of the gas-permeable support.
【請求項3】 溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂
からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少なくと
も備えた気体分離膜の製造方法であって、ポリイミド樹
脂層を構成する繰り返し分子構造単位中に、少なくとも
3個のフッ素原子と少なくとも2個のエーテル結合部位
を有するフッ素含有ポリイミド樹脂と、誘電率が30以
下で双極子モーメントが3.0D以下である有機溶媒
(A)からなる溶液を、チューブ状に押し出すか或いは
適宜の支持体上に塗布し、次いで上記フッ素含有ポリイ
ミド樹脂を溶解しないが、上記有機溶媒(A)と相溶性
を有する溶剤(B)中に浸漬して脱溶媒することを特徴
とするフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の製造方法。
3. A method for producing a gas separation membrane comprising at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide-based resin and a skin layer on the surface thereof, which comprises a repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer. And a solution containing a fluorine-containing polyimide resin having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites and an organic solvent (A) having a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less, It is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the fluorine-containing polyimide resin is not dissolved, but it is immersed in a solvent (B) compatible with the organic solvent (A) to remove the solvent. A method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane, comprising:
【請求項4】 溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂
からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少なくと
も備えた気体分離膜の製造方法であって、ポリイミド樹
脂層を構成する繰り返し分子構造単位中に、少なくとも
3個のフッ素原子と少なくとも2個のエーテル結合部位
を有するフッ素含有ポリイミド樹脂、分子構造単位中に
少なくとも1つのエーテル結合を有する有機溶媒を主成
分とする有機溶媒(C)からなる溶液を、チューブ状に
押し出すか或いは適宜の支持体上に塗布し、次いで上記
フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有機溶
媒(A)と相溶性を有する溶剤(B)中に浸漬して脱溶
媒することを特徴とするフッ素含有ポリイミド系気体分
離膜の製造方法。
4. A method for producing a gas separation membrane, which comprises at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide-based resin and a skin layer as a surface layer of the sponge layer, which comprises a repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer. A solution containing a fluorine-containing polyimide resin having at least three fluorine atoms and at least two ether bond sites, and an organic solvent (C) containing an organic solvent having at least one ether bond in the molecular structural unit as a main component Is extruded into a tube shape or coated on an appropriate support, and then the fluorine-containing polyimide resin is not dissolved but is immersed in a solvent (B) having compatibility with the organic solvent (A) to remove the solvent. A method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane, comprising:
【請求項5】 少なくとも3個のフッ素原子と少なくと
も2個のエーテル結合部位を有するフッ素含有ポリイミ
ド樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少
なくとも備えた膜面積0.5m2 以上の気体分離膜を用
いたモジュールであって、前記スキン層の平均厚さは1
〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの透過速度が
0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの範囲、CO
2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲であることを
特徴とするフッ素含有ポリイミド系気体分離膜モジュー
ル。
5. Gas separation having a membrane area of 0.5 m 2 or more, comprising at least a sponge layer made of a fluorine-containing polyimide resin having at least 3 fluorine atoms and at least 2 ether bond sites and a skin layer on the surface thereof. A module using a membrane, wherein the skin layer has an average thickness of 1
To 100 nm, the CO 2 gas permeation rate is 0.01 to 50 Nm 3 / m 2 / h / atm, CO
A fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane module having a 2 / methane separation coefficient α in the range of 2 to 60.
【請求項6】 モジュールが、チューブ状、中空糸状、
及び気体透過性支持体の表面に形成された少なくとも一
つである請求項5に記載のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜モジュール。
6. The module has a tubular shape, a hollow fiber shape,
The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane module according to claim 5, which is at least one formed on the surface of the gas permeable support.
【請求項7】 フッ素含有ポリイミド樹脂を構成する繰
り返し分子構造単位中に少なくとも1つの−CF3 基を
有する請求請3または4に記載のフッ素含有ポリイミド
系気体分離膜の製造方法。
7. The method for producing a fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to claim 3 or 4, wherein at least one —CF 3 group is contained in the repeating molecular structural unit constituting the fluorine-containing polyimide resin.
【請求項8】 フッ素含有ポリイミド樹脂が実質的に下
記式(化1)で表される繰り返し単位を主成分とする請
求項1,3,4または5に記載のフッ素含有ポリイミド
系気体分離膜とその製造方法及びモジュール。(但し、
1 〜An は芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基
からなる4価の有機基を示し、R1 〜Rn は2価の芳香
族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの
炭化水素基が2価の有機結合基で結合された2価の有機
基を示し、A1 〜An のうち少なくとも1つの有機基は
フッ素原子を3個以上有ずる有機基であり、R1 〜Rn
のうち少なくとも1つの有機基は少なくとも2個のエー
テル結合部位を有する。) 【化1】
8. The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to claim 1, 3, 4 or 5, wherein the fluorine-containing polyimide resin substantially contains a repeating unit represented by the following formula (Formula 1) as a main component. The manufacturing method and module. (However,
A 1 to A n represent a tetravalent organic group consisting of an aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon group, R 1 to R n are a divalent aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon group, Alternatively, these hydrocarbon groups represent a divalent organic group bonded by a divalent organic bonding group, and at least one organic group among A 1 to A n is an organic group having three or more fluorine atoms. , R 1 to R n
At least one of the organic groups has at least two ether bond sites. ) [Chemical 1]
【請求項9】 フッ素含有ポリイミド樹脂が実質的に下
記式(化2)または下記式(化3)で表される繰り返し
単位を主成分とする請求項1,3,4または5に記載の
フッ素含有ポリイミド系気体分離膜とその製造方法及び
モジュール。 【化2】 【化3】
9. The fluorine according to claim 1, 3, 4 or 5, wherein the fluorine-containing polyimide resin essentially contains a repeating unit represented by the following formula (Formula 2) or the following formula (Formula 3). Containing polyimide gas separation membrane, its manufacturing method and module. Embedded image Embedded image
【請求項10】 有機溶媒(A)の誘電率が10以下で
双極子モーメントが3.0D以下である請求項3に記載
のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の製造方法。
10. The method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 3, wherein the organic solvent (A) has a dielectric constant of 10 or less and a dipole moment of 3.0D or less.
【請求項11】 有機溶媒(A)または(C)がジエチ
レングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコー
ルジエチルエーテル、及びこれらの混合溶媒から選ばれ
る少なくとも一つの液体を主成分として含む請求項3ま
たは4に記載のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の製
造方法。
11. The fluorine-containing polyimide according to claim 3, wherein the organic solvent (A) or (C) contains at least one liquid selected from diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, and a mixed solvent thereof as a main component. Method for producing a gas separation membrane.
【請求項12】 溶剤(B)が水,アルコール類及びこ
れらの混合剤から選ばれる少なくとも一つの液体である
請求項3または4に記載のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜の製造方法。
12. The method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 3, wherein the solvent (B) is at least one liquid selected from water, alcohols and a mixture thereof.
【請求項13】 フッ素含有ポリイミド系気体分離膜上
に、さらにエラストマー重合体の保護膜を形成する請求
項1,3,4または5に記載のフッ素含有ポリイミド系
気体分離膜とその製造方法及びモジュール。
13. The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to claim 1, 3, 4 or 5, further comprising a protective film of an elastomer polymer formed on the fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane. .
【請求項14】 エラストマー重合体の薄膜が、架橋性
シリコーン樹脂を架橋させてなる膜である請求項13に
記載のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜及びその製造
方法。
14. The fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 13, and the method for producing the same, wherein the thin film of the elastomer polymer is a film obtained by crosslinking a crosslinkable silicone resin.
【請求項15】 スポンジ層には直径1μmを越えるボ
イド部が存在しない請求項1に記載のフッ素含有ポリイ
ミド系気体分離膜。
15. The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to claim 1, wherein the sponge layer has no void portion having a diameter of more than 1 μm.
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