JPS586207A - ガス選択透過性複合膜の製造方法 - Google Patents

ガス選択透過性複合膜の製造方法

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JPS586207A
JPS586207A JP10605681A JP10605681A JPS586207A JP S586207 A JPS586207 A JP S586207A JP 10605681 A JP10605681 A JP 10605681A JP 10605681 A JP10605681 A JP 10605681A JP S586207 A JPS586207 A JP S586207A
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siloxane
plasma
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Koichi Okita
晃一 沖田
Shingo Ishiguro
石黒 信吾
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄いシロキサン化合物を多孔性高分子膜に被覆
し、更に好ましくはその上にプラズマ重合によって得ら
れた架橋構造からなる超薄膜を積層したガス選択透過性
複合膜の製造方法に関するものである。
近年流体混合物の分離、精製を蒸留・深冷などの相変化
をともなうエネルギー多消費プロセスから相変化をとも
なわない選択透過性膜で行なうことが積極的に検討され
ている。本発明もこれらの目的を効率的に行なわんとし
てなされkものである。
流体混合物の膜分離、精製プロセスとして大規模に工業
化されているのは海水の淡水化である。
ガスの膜分離が実用化されていない大きな理由は、特定
成分のみを大量に透過し他の成分をほとんど透過させな
いという優秀な膜がまだ開発されていないため、高純度
の気体をうるために力〒スケートを組んだ多重方式を必
要とし、そのため装置が大型になること、またガスの透
過性が小さいため、大量のガスを処理し難いことの二点
がある。特に選択透過性を大きくするとガス透過性が悪
ろくなり、この関係を急激に改善することができなかっ
たためと思われる。
そこで本発明者は一つの素材で選択透過性、透過性、強
度、耐熱性の全てを満足させるという従来の方法と別に
強度、耐熱性の良い素材、ガス透過性の良い素材、ガス
選択透過性の良い素材とそれぞれに機能を分担させ、こ
れらの素材を適当に組合わせることによって、上記の目
的を達成せんと試み種々検討した結果本発明を完成する
に至つつた。即ち強度と耐熱性については市販されてい
る多孔性高分子素材の中から目的に合致したものを選択
する。多孔性のポリスルホン、ポリイミドボ!j弗化ビ
ニリデン等でも良いがセルロースエステル、塩化ビニル
、ポリプロピレン等はあまり好ましくはない。しかし耐
熱性と強度の点からは四弗化エチレン樹脂からなる多孔
性高分子膜が最も好ましく、また耐薬品性も同時に満足
される。
ガス透過性については各種高分子材料を検討したところ
いわゆるゴム状材料が最も大きな値を示すこと、なかで
もシリコンゴムと略称されるシロキサン化合物がジメチ
ルシロキサン、メチルとニルシロキサン、メチルフェニ
ルシロキサン、及びその他の変性化合物を含めて特に秀
れていることを確認した、シロキサン化合物はガス透過
性のみならず耐熱性、耐薬品性においても秀れた特性を
有している。
このシロキサン化合物を上記多孔性高分子膜に被覆する
時、シリコンゴムの希薄溶液を直接塗布すると多孔性の
空間に吸い取られ、その結果多′孔性空間の内奥部で濃
度分布を生じ、乾燥した後に−はかなりの欠陥部分が残
存してしまう。一方シリコンゴムの粘稠な溶液を塗布す
ると、毛細管による吸引は少なくなるものの、どうして
も厚い膜しか得られないことになる。この様なジレンマ
の中で本発明者は多孔性高分子膜とシロキサン化合物の
複合体を二度以上のプロ七スにわけて実施することで、
毛細管による吸引を少なくシ、かつ希薄溶液で薄膜無孔
層をうろことに成功した。シロキサン化合物としてはま
ずシリコンオイルと呼ばれる液状物を多孔性高分子膜の
多孔性空間の全てに含浸し、次いで10 torr  
以下の非重合性ガスのプラズマ雰囲気に一定時間処理す
ることで、多孔性高分子膜の片側表面層のシロキサン化
合物だけが架橋固化してくる。−刃長孔性空間の内奥の
シロキサン化合物は同波状のままで存在しているので直
ちにあるいは高分子量のシロキサン化合物を塗布し加硫
した後ででも溶媒で抽出除去することが出来る。ガス透
過性の上からは抽出した方が全体のシロキサン化合物膜
の厚みを少なくする上で好ましい。多孔性支持体にプラ
ズマ架橋されたシロキサン化合物が固着した後、高分子
量のシロキサン化合物を更にその表面に薄く塗布する。
この塗布の際には高分子量シロキサン化合物の粘度をた
とえば1011〜104CP  と低下させてももはや
多孔性高分子膜に吸引されてしまうことはなく、逆にプ
ラズマ架橋したシロキサン化合物とのなじみが良くなり
無孔性の均一薄膜をうることができる。
この溶液には適量の加硫剤たとえば過酸化物を加えてお
くことが望ましく、乾燥後にたとえば加熱による加硫を
行ない、機械的強度を強固なものにする。塗布厚みや溶
液濃度を調整することにより1μから100μまでの任
意のシロキサン厚みを得ることができるが好ましくは5
μ〜lOμの範囲に設定した時に均一な塗膜が得られた
ジメチルシロキサンに代表されるシロキサン化合物のガ
ス透過性は他の有機高分子と違った特異性を示す。たと
えば一般の高分子はヘリウムガスを水素ガスよりもよく
透過させるのに対しシロキサン化合物では逆になる。更
にシロキサン化合物ハ水素ガスよりもメタン、エタン、
エチレン、ブタン、アセチレン等の方が大きなガス透過
性を示し、一般の高分子とは逆の傾向となる。このため
水素ガス、メタン、−酸化炭素、エタン、ブタン等の混
合ガスから優先的に炭化水素成分を濃縮するという目的
にはシロキサン化合物からなる複合膜が十分に機能する
こととなる。またCO5,)%gSCog等の酸性ガス
も優先的に透過していく。
一方酸素、窒素、メタン、−酸化炭素等の混合ガスの分
離にはシロキサン化合物複合膜だけでは同年十分であり
、ガスの選択透過性を向上させねばならない。このため
には重合性ガスを1otorr以下の雰囲気でプラズマ
放電させるとプラズマ重合膜がシロキサン化合物の上に
極薄膜として積層してくる。ここで用いる重合性ガスは
二重結合を含む通常のオレフィン系モノマーは勿論、ベ
ンゼン、ナフタリン等の非重合性の共役結合をもつ化合
物、あるいは二重結合を全く含まない化合物プロピオン
ニトリル、エタン等も利用できる。しかるに種々の重合
性ガスを検討する中で第三級炭素型の構成要素又は第三
級型有機ケイ素型構成要素を含む官能基を含む化合物か
ら選ばれたものが特に好ましいことがわかった。ここで
第三級炭素としてはプロピレン、4−メチルペンテン−
1,スチレン、およびスチレン誘導体、イソプレン、酢
酸ビニール、アクリル酸とメタアクリル酸およびそのエ
ステル等があげられる。一方第三級型ケイ素とはC−S
 i −Cの中心ケイ素を表わし、トリメチルシリル基
を含む化合物があげられる。
重合性ガスは一種類のみならず二種類以上を選出しても
良く、一度選出してしまうと10torr以下の減圧下
に高周波出力、プラズマ重合時間、電極構造などの因子
を変えて2μ以下の超薄膜、より好ましくはQ、1μ 
程度の厚みにも積層することができる。この時一種類の
重合性ガスで重合した後他の重合性ガスで更にその表面
を積層することの他に2種類以上の混合ガスで重合し積
層することもあり、これらの条件はこの分野の技術に習
熟している者にとって比較的容易に最適化できる。
以下には本発明を実施例により説明する。
実施例1゜ フロロボアFP−022(平均孔径0.22μ、住人電
工製四弗化エチレン樹脂多孔質膜)をトリクレンとシリ
コンオイル(KF−9610,0OOC5,信越化学製
)の混合液に浸漬したのちトリクレンを乾燥したところ
、シリコンオイルがフロロボアの多孔性空間を完全に充
満した。支持用ガラス板に密着させたのち、減圧できる
ペルジャー型反応装置の中央にセットする。アルゴンガ
スを導入しながら系内を0.2 torrに排気し18
.56 MH2,100Wを80分間印加シタ。一方シ
リコンゴム(LS68u、 )−レ・シリコーン製)に
過酸化物(トーレRC−2)−を1.5重量%添加した
ものに、キシレンを80重量%加え攪拌機で8時間攪拌
した均一溶液を得る。この溶液を上記プラズマ処理した
フロロボアの表面に100μ厚みに塗布した後、1.2
0’C10分間加硫する。
最後にこの膜の未架橋シリコンオイルをフレオンばより
ソックスレー抽出して積層膜を得た。この積層のガス透
過速度をtvr8 /anB” e*・cIRH7+ 
の単位で表示するとOBは1.10 X 10−” 、
N8は5.85 X 1O−4H11が1.25 X 
10−8. Coが5.1J)xlO−4、CH,が1
.72Xi o−s 、 cosが6.8 X 10−
8 、 CgHaが4xlO−8、CO5が1、a X
 10−1’  を示した。
実施例2゜ 実施例1と同様の方法で製造した積層膜を、ペルジャー
型プラズマ反応装置の中央に七ッ卜する。
系内を0.2 torrに排気しに後、ビニルトリメチ
ルシランの蒸気を供給し、18.56W11z 、 1
0Wを80分間印加しプラズマ重合薄膜を積層した。こ
の積層膜のガス透過速度をctn8 /c1n” ” 
Seb −””J’で表わすとOSは5.2 X l 
O−4、N、は1.37X10−4 、H,が1.1O
X10−8 、 COが3.5x10一番、CH4が2
.6 x 10−4 、 Co、  が5.8xl Q
−s 、 C5Hsが1.2 x 10−4 、 CO
Sが48XlO−4を示した。
手続補正書(方式) 昭和56年12月7p日 特許庁長官 島田春樹 殿 ■、事件の表示 2、発明考案の名称 ガス選択透過性複合膜の製造方法 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所     大阪市東区北浜5丁目15番地名称(2
13)  住友電気工業株式会社代表者 社長 亀 井
 正 夫 屯代理人 住 所      大阪市此花区島屋1丁目1番3号住
友電気工業株式会社内 明細書 7、補正の内容 タイプ印書により鮮明に記載した明細書を別紙の如く提
出します。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多孔性高分子膜の該多孔性空間に液状のシロキサ
    ン化合物を充填し、非重合性ガスプラズマにより表面層
    のシロキサン化合物を架橋し、次いで高分子量シロキサ
    ン化合物を塗布、加硫することを特徴とするガス選択透
    過性複合膜の製造方法。
  2. (2)シロキサン化合物をプラズマ架橋と加硫した後に
    、重合性ガスの雰囲気で更にプラズマ重合することを特
    徴とする特許請求の範囲第一項の製造方法。
  3. (3) 液状のシロキサン化合物を非重合性ガスプラズ
    マで該多孔性空間の表面層は架橋するが、該多孔性空間
    の内部の非架橋成分は抽出によって除去させることを特
    徴とする特許請求の範囲第−項又は第二項の製造方法。
  4. (4)液状および高分子量のシロキサン化合物がポリジ
    メチルシロキサン又はその変性誘導体であることを特徴
    とする特許請求の範囲第−項又は第二項の製造方法。
  5. (5)重合性ガスとしてプラズマ重合した後で第三級炭
    素C−CH−C又は第三級型有機ケイ素C−S i −
    Cの構成要素となる官能基を含有する化合物から選ばれ
    たことを特徴とする特許請求の範囲第二項の製造方法。
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