JPS59112803A - Gas permselective membrane - Google Patents

Gas permselective membrane

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JPS59112803A
JPS59112803A JP57223357A JP22335782A JPS59112803A JP S59112803 A JPS59112803 A JP S59112803A JP 57223357 A JP57223357 A JP 57223357A JP 22335782 A JP22335782 A JP 22335782A JP S59112803 A JPS59112803 A JP S59112803A
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membrane
ladder
molecular weight
gas
polyphenylsiloxane
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秦 弘
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DIC Corp
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Kawamura Institute of Chemical Research
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/70Polymers having silicon in the main chain, with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/701Polydimethylsiloxane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

PURPOSE:To obtain a polyorganosiloxane membrane having a chemical structure effective in obtaining oxygen-enriched air and high mechanical strength. CONSTITUTION:The membrane comprises polyphenylsiloxane with an M.W. of 10<5> or more having a ladder structure or ladder type organosiloxane copolymer in which said polyphenylsiloxane part occupies 60mol% or more shown by a formula (wherein R1 is a phenyl group, R2, R3 and R4 are H, a 1-4C alkyl group, a 1-4C alkoxy group or a phenyl group, m, n, r, and s are an integer of 1 or more and x, y, p and q are zero or larger integer. This polysiloxane is prepared by a method wherein phenyltrichlorosilane is hydrolyzed or substituted trichlorosilane and substituted dichlorosilane are used to be subjected to co- hydrolysis and the resulting hydrolysate is succeedingly subjected to high polymerization reaction. Because this membrane has a ladder type crosslinked structure, it is excellent in heat resistance, oxidation resistance and chlorine resistance.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は選択性気体透過膜に関するものであり、気体透
過性、気体選択性にすぐれ、かつ膜強度の強い気体透過
膜を提供することを目的とするものである。特に、空気
から酸素富化空気を得るために有効な化学構造、即ちラ
グ−構造を有する特定の反覆単位により構成されたポリ
オルガノシロキサン膜より成る酸素富化膜に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a selective gas permeable membrane, and an object of the present invention is to provide a gas permeable membrane with excellent gas permeability and gas selectivity, and strong membrane strength. In particular, the present invention relates to an oxygen-enriching membrane comprising a polyorganosiloxane membrane constituted by a specific repeating unit having a chemical structure, ie, a lag structure, which is effective for obtaining oxygen-enriched air from air.

さらに詳しくは、本発明は機械強度が強く、耐熱性、耐
薬品性にすぐれ、高性能の気体選択透過性と気体透過量
とを有する、新規な極薄フィルム製造に適した高分子量
ラグ−型ポリシロキサンより成る、気体分離用膜に関す
るものである。
More specifically, the present invention is a high molecular weight lug-type film suitable for producing a novel ultra-thin film that has strong mechanical strength, excellent heat resistance and chemical resistance, and has high performance gas selective permeability and gas permeability. This invention relates to a gas separation membrane made of polysiloxane.

高分子を主成分とする高分子フィルムは、これまでガス
バリヤ−用を中心として一般に使用されてきたが、近年
ガスの相違により膜の透過性が異なる点を利用した、ガ
ス分離法が提案され、多くの高分子膜について気体の分
離が検討され、文献上では枚挙にいとまがないほどであ
る。
Polymer films, whose main component is polymer, have been generally used mainly for gas barriers, but in recent years, gas separation methods have been proposed that take advantage of the fact that membrane permeability varies depending on the gas. Many polymer membranes have been studied for gas separation, and there are too many to list in the literature.

通常の燃焼システム(例えばボイラー)では、燃料の他
に空気を使用しているが、この空気の代りに空気中の酸
素濃度を増した酸素富化空気を燃焼システムに供給すれ
ば、燃焼効率、燃焼温度の向上、および燃焼排ガスの減
少が達成でき、省エネルギー、公害防止の両面において
非常に大きい効果が期待できる。このことは電力ボイラ
ー、一般産業用ボイラー、暖房用ボイラー、船舶用ボイ
ラー等の内燃機関や燃焼機器、あるいは廃棄物処理等の
分野において、計り知れぬ貢献をすることが充分゛に予
測される。
Normal combustion systems (boilers, for example) use air in addition to fuel, but if oxygen-enriched air, which has an increased oxygen concentration in the air, is supplied to the combustion system instead of this air, combustion efficiency can be improved. It is possible to achieve an improvement in combustion temperature and a reduction in combustion exhaust gas, and a very large effect can be expected in terms of both energy saving and pollution prevention. It is fully predicted that this will make an immeasurable contribution to the fields of internal combustion engines and combustion equipment such as electric power boilers, general industrial boilers, heating boilers, and ship boilers, as well as waste treatment.

さらに酸素の選択的透過膜の研究は、医療用器具例えば
人工肺、人工えら、未熟児の保育筐、呼吸器疾患治療等
の医療機器、医療用材料の開発の必要性からも促進され
てきた。これらの一部はすでに製品化され市販さている
Furthermore, research into oxygen selectively permeable membranes has been promoted by the need to develop medical equipment such as artificial lungs, artificial gills, nursery boxes for premature infants, medical equipment for the treatment of respiratory diseases, and medical materials. . Some of these have already been commercialized and are on the market.

従来高分子膜を用いないで空気を分離濃縮する方法は知
れており、例えばゼオライトあるいは特殊カーボンを用
いる方法があるが、これらは酸素、窒素ガスの吸着性の
相違を利用したものであり、吸脱着のプロセスが連続的
に行えないという欠点を持っており、効率的分離法とは
いえない。
Conventionally, there are known methods of separating and concentrating air without using polymer membranes, such as using zeolite or special carbon, but these take advantage of the difference in the adsorption properties of oxygen and nitrogen gas. It has the disadvantage that the desorption process cannot be performed continuously, so it cannot be said to be an efficient separation method.

一方高分子膜を用いた場合には、分離は連続的に行い得
るが、従来知られているものはいずれも気体の透過係数
、選択透過性が不充分であったり、膜強度に難点があり
極薄膜の製造が困難であるなどの欠点があり、実用的に
充分満足し得るものはないといえる。
On the other hand, when using a polymer membrane, separation can be carried out continuously, but all conventionally known membranes have insufficient gas permeability coefficients and permselectivity, and have drawbacks in membrane strength. There are drawbacks such as difficulty in producing extremely thin films, and it can be said that none of them is fully satisfactory in practical terms.

現在工業化されている気体分離用の膜としては、ケミカ
ルエンジニアリングニュース1980年5月19日号、
57頁に紹介されているポリスルホン複合繊維膜で構成
されるPr15m  (米国モンサント社商品名)膜が
あり、主として水素と一酸化炭素の分離に使用されてい
る。
Currently industrialized membranes for gas separation include Chemical Engineering News, May 19, 1980 issue,
There is a Pr15m (trade name of Monsanto Co., USA) membrane, which is made of a polysulfone composite fiber membrane and is introduced on page 57, and is mainly used to separate hydrogen and carbon monoxide.

また酸素富化膜としては米国CF、社の開発したボリシ
ロキサンーボリカーボネートブロソク共重合体よりの膜
があり、Oxygen Enrict+ment Co
、により医療用酸素富化装置” 0ECOMembra
ne Type Oxygen Enricher”の
商品名で市販されている。その膜材料の構造は次式に示
すものといわれている。
In addition, as an oxygen enrichment membrane, there is a membrane made of polysiloxane-polycarbonate broth copolymer developed by CF, Inc. in the United States, and Oxygen Enric+ment Co., Ltd.
, Medical Oxygen Enrichment Device” 0ECOMembra
The structure of the film material is said to be as shown in the following formula.

この他にも気体分離用高分子膜に関しては多くの研究が
) 行われているにも係わらず、実用化された高分子膜がこ
の様にきわめて少ないのは、従来の高分子膜は、気体の
透過量が少ないこと、気体の透過量を多くするため極薄
フィルム化すれば、膜強度が弱くなることであり、この
両者を満足し得る決定的な分離膜の開発がきわめて困難
なことによる。例えば特開昭56−26508号明細書
には、分子構造の一部にラダー構造を有するポリオルガ
ノシロキサンを主成分とした膜が開示されているが、併
せて開示された製造方法によっては充分高分子量の膜が
得られず、従ってこの膜は実用強度を持つには至ってい
ない。
Despite the fact that many other studies have been conducted on polymer membranes for gas separation, the reason why there are so few polymer membranes in practical use is that conventional polymer membranes are This is due to the fact that the amount of gas that permeates is small, and if the film is made extremely thin to increase the amount of gas that permeates, the membrane strength will be weakened, and it is extremely difficult to develop a definitive separation membrane that can satisfy both of these requirements. . For example, JP-A No. 56-26508 discloses a membrane mainly composed of polyorganosiloxane having a ladder structure in part of its molecular structure, but depending on the manufacturing method also disclosed, A membrane with a molecular weight could not be obtained, and therefore this membrane did not have practical strength.

酸素富化システムの心臓部は酸素富化膜である。種々の
高分子膜に対する気体透過を支配する気体の溶解、拡散
については、多くの研究が行われており、例えば仲用の
総説(プラスチック 24tL、12号1..9頁)に
詳しく紹介されている。
The heart of the oxygen enrichment system is the oxygen enrichment membrane. Many studies have been conducted on the dissolution and diffusion of gases that govern gas permeation through various polymer membranes, and are introduced in detail in Nakayo's review article (Plastics 24tL, No. 12, p. 1..9). There is.

一般に気体の透過量Q (cn / sec )は次式
で表される。
Generally, the amount of gas permeation Q (cn/sec) is expressed by the following formula.

ここに P;ガス透過係数(cJ−am / ctA−
sec ・am Hg)A:膜面積   (cml) Δp:膜の1次側と2次側との圧力差(cmHg)l:
膜厚 (an) この単位では高分子膜中もっとも透過係数の大きいもの
で10−8オーダー、もっとも小さいもので10−”−
のオーダーである。
where P; gas permeability coefficient (cJ-am/ctA-
sec ・am Hg) A: Membrane area (cml) Δp: Pressure difference between the primary and secondary sides of the membrane (cmHg) l:
Film thickness (an) In this unit, the largest permeability coefficient among polymer films is on the order of 10-8, and the smallest is on the order of 10-"-
This is the order.

この式から明らかなように、気体の透過量を多くするた
めには、で−)ガス透過係数Pの大きい材料を使用する
、(2)膜の面積Aを大きくする、(3)1次側と2次
側の圧力差Δpを大きくする、(4)膜の厚さlを薄(
シて小さくする等の手段が考えられる。また気体分離の
選択性については、分離対象の各成分気体の透過係数の
比の大きい膜素材を選定することも必要である。さらに
一般的に膜の温度Tを上げることによりQを大きくする
こともできる。
As is clear from this equation, in order to increase the amount of gas permeation, -) use a material with a large gas permeability coefficient P, (2) increase the area A of the membrane, (3) the primary side and increase the pressure difference Δp on the secondary side, (4) reduce the membrane thickness l (
Possible measures include making the size smaller. Regarding the selectivity of gas separation, it is also necessary to select a membrane material that has a large ratio of permeability coefficients for each component gas to be separated. Furthermore, Q can generally be increased by increasing the temperature T of the film.

以上の諸点から気体透過膜として好ましい高分子材料の
特性を要約すれば、透過係数Pが大きく、膜強度が大面
積あるいは極薄膜することに耐え得る充分な強度を有し
、充分高温に耐える耐熱性、耐王性を具えたものといえ
る。
To summarize the characteristics of polymeric materials preferable as gas permeable membranes from the above points, they have a large permeability coefficient P, sufficient membrane strength to withstand large area or extremely thin membranes, and sufficient heat resistance to withstand high temperatures. It can be said to have excellent durability and king resistance.

参考としてこれまで知られている高分子膜のガス透過係
数を例示すれば次の通りである。
For reference, examples of gas permeability coefficients of polymer membranes known so far are as follows.

表 −1ガス透過係数 材  料  名    透過係数P (c+A−am / cl ・sec = cm Hg
)ポリジメチルシロキサン     3.5 X 10
−8ポリジメチルシロキサン− ポリカーボネート共重合体   2、OX 10−8天
然ゴム            2. OX 10−9
ポリエチレン          2.9 X 10−
10ポリスチレン          2.5 X 1
0−lDポリエチレンテレフタレート   2.8 x
 10−+)−表−1にあげた材料のうち、ポリジメチ
ルシロキサン、天然ゴムは透過係数は大きいが、膜の強
度が弱く薄膜化が困難であるという欠点がある。特にポ
リジメチルシロキサンは室温付近においても、ゴム状で
変形し易いため充填材で補強し、支持体上に膜をつくら
なければならない。ポリジメチルシロキサンの欠点であ
る膜強度の改善を目的としたのがポリジメチルシロキサ
ン−ポリカーボネートブロック共重合体であり、このも
のは透過係数も大きく、1000人の薄膜化も可能であ
るが、なお膜強度としては充分でなく、限られた多孔質
膜の支持体上でないと、実用に供し得ないという欠点が
ある。ポリエチレン、ポリスチレン等は膜強度的な面か
らは、特に高分子量のものを使用すればすぐれた素材と
いえるが、気体透過膜としての実用化を考えた場合は、
透過係数が小さ過ぎて大面積を必要とし、気体透過装置
とした場合大型化して実用的ではない。
Table-1 Gas permeability coefficient Material Name Permeability coefficient P (c+A-am/cl ・sec = cm Hg
) Polydimethylsiloxane 3.5 x 10
-8 polydimethylsiloxane- polycarbonate copolymer 2, OX 10-8 natural rubber 2. OX 10-9
Polyethylene 2.9 x 10-
10 polystyrene 2.5 x 1
0-1D polyethylene terephthalate 2.8 x
10-+)-Among the materials listed in Table 1, polydimethylsiloxane and natural rubber have a large permeability coefficient, but have the disadvantage that their membrane strength is weak and it is difficult to form a thin membrane. In particular, polydimethylsiloxane is rubbery and easily deforms even at room temperature, so it must be reinforced with a filler and a film formed on the support. A polydimethylsiloxane-polycarbonate block copolymer was developed to improve film strength, which is a drawback of polydimethylsiloxane.This copolymer has a high permeability coefficient and can be made into a thin film of 1,000 people, but it still has a high permeability coefficient. It has the disadvantage that it does not have sufficient strength and cannot be put to practical use unless it is on a limited porous membrane support. Polyethylene, polystyrene, etc. can be considered excellent materials from the viewpoint of membrane strength, especially if they have a high molecular weight, but when considering practical use as a gas permeable membrane,
The permeability coefficient is too small, requiring a large area, and when used as a gas permeation device, it becomes large and impractical.

本発明はかかる従来検討されている膜素材の欠点を解消
せしめるため、鋭意検討を重ねた結果到達したものであ
り、その骨子とするところは、ポリオルガノシロキサン
より構成され、しかも規則的にラダー構造の架橋構造を
有するものであり、かつ105以上の高分子量のラダー
型ポリオルガノシロキサンを気体透過膜として使用する
ことにより、透過係数が太き(、薄膜化が容易であり、
しかも膜強度の強い、耐熱性にすぐれた気体透過膜材料
を提供するものである。
The present invention was arrived at as a result of intensive studies in order to eliminate the drawbacks of the membrane materials that have been studied in the past. By using a ladder-type polyorganosiloxane with a crosslinked structure and a high molecular weight of 105 or more as a gas permeable membrane, the permeability coefficient is large (and it is easy to make a thin film).
Furthermore, the present invention provides a gas permeable membrane material with high membrane strength and excellent heat resistance.

本発明のラダー構造を有するポリオルガノシロキサンは
、分子量が10!1′以上のラダー構造を有するポリフ
ェニルシロキサン(A)または該ポリフェニルシロキサ
ン(A>の60モル%以上と他の単一または共重合体の
40モル%未満とが混合された高分子組成物(B)であ
る。また更に、本発明のラダー構造を有するポリオルガ
ノシロキサンは、分子量が10S以上で、ラダー構造を
有するポリフェニルシロキラ2部分が60モル%以上を
占めるラダー型オルガノシロキサン共重合体(C)であ
っても差支えない。該共重合体(C)は、フェニル基以
外の置換基を有するラダー構造のポリオ、ルガノシロキ
サン部分または非ラダー構造を有しシロキサン単位当り
同一もしくは異なる2個の置換基を有するポリオルガノ
シロキサン部分、またはその画部分が40モル%未満を
占める。
The polyorganosiloxane having a ladder structure of the present invention is a polyphenylsiloxane (A) having a ladder structure having a molecular weight of 10!1' or more, or 60 mol% or more of the polyphenylsiloxane (A>) and other single or co-polymerized polyphenylsiloxanes. It is a polymer composition (B) in which less than 40 mol% of the polymer is mixed.Furthermore, the polyorganosiloxane having a ladder structure of the present invention has a molecular weight of 10S or more and a polyphenylsiloxane having a ladder structure It may be a ladder-type organosiloxane copolymer (C) in which the Kira 2 moiety accounts for 60 mol% or more. Siloxane moieties or polyorganosiloxane moieties having a non-ladder structure and having two identical or different substituents per siloxane unit, or fractional moieties thereof, account for less than 40 mol%.

この様な重合体(A>(C)の構造を模式的に例示する
と次の様になると考えられる。
A schematic example of the structure of such a polymer (A>(C)) is considered to be as follows.

(但し、式中R1はフェニル基、R2、Ra 、R4は
互いに同一または異なる基で、水素、Ct −w 4の
アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン置換アルコキシ基
、置換もしくは非置換のフェニル基を意味し、171%
 n −、r −、Sは1以上の整数、x、y、p、q
は0以上の整数を意味する。)本発明に使用されるラダ
ー構造を有する高分子量のポリシロキサンの製造方法は
、基本的にはフェニルトリクロルシランの加水分解、そ
れに続く高重合反応を行うことより構成される。そして
この加水分解時に、フェニルトリクロルシランの一部を
置換トリクロルシラン、ジ置換ジクロルシランを使用し
、共加水分解することにより得られるオリゴマーの高重
合反応を行うことにより、前記の高分子量共重合体(C
)も同様に製造することができる。
(However, in the formula, R1 is a phenyl group, and R2, Ra, and R4 are mutually the same or different groups, and mean hydrogen, a Ct-w4 alkyl group, an alkoxy group, a halogen-substituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted phenyl group. Yes, 171%
n −, r −, S is an integer greater than or equal to 1, x, y, p, q
means an integer greater than or equal to 0. ) The method for producing a high molecular weight polysiloxane having a ladder structure used in the present invention basically consists of hydrolysis of phenyltrichlorosilane followed by a high polymerization reaction. During this hydrolysis, a part of the phenyltrichlorosilane is substituted with substituted trichlorosilane or di-substituted dichlorosilane, and a high molecular weight copolymer ( C
) can also be produced in the same way.

本発明における共重合体(C)の製造に当り使用できる
置換トリクロルシラン、ジ置換ジクロルシランの置換基
としては、メチル、エチル、プロピル、ブチルなどのア
ルキル基、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ
、1,1゜1−トIJ70ロプロボキシ等のアルコキシ
基、置換モシクハ非置換のフェニル基などをあげること
ができる。
Substituents of substituted trichlorosilane and disubstituted dichlorosilane that can be used in the production of copolymer (C) in the present invention include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, 1, Examples include alkoxy groups such as 1°1-to IJ70 loproboxy, substituted moshikuha, unsubstituted phenyl groups, and the like.

本発明に使用でに写る高分子量ラダー型ポリオルガノシ
ロキサンの分子量、および分子量分布(Mw/Mn)の
測定は、東洋ソーダ社製高速液体クロマトグラフHLC
−802URを使用し、同じく東洋ソーダ社製ポリスチ
レンTSKスタンダードポリスチレンを用いて作成した
検量線より求めた相対値である。
The molecular weight and molecular weight distribution (Mw/Mn) of the high molecular weight ladder type polyorganosiloxane used in the present invention were measured using a high performance liquid chromatograph HLC manufactured by Toyo Soda Co., Ltd.
-802UR is a relative value obtained from a calibration curve prepared using polystyrene TSK standard polystyrene also manufactured by Toyo Soda Co., Ltd.

本発明に係る膜の強度は、高分子量ラダー型ポリオルガ
ノシロキサンをトルエンに溶解した溶液より、流延法に
より硝子板上に製膜したものを試料とし、東洋ボールド
ウィン社製テンシロン引張り試験機を使用し、^STM
 D882−61Tに準拠して引張り試験を行い、常法
により算出した値に基づく。
The strength of the membrane according to the present invention was measured by using a Tensilon tensile tester manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd., using a sample film formed on a glass plate by a casting method from a solution of high molecular weight ladder type polyorganosiloxane dissolved in toluene. Shi, ^STM
A tensile test was conducted in accordance with D882-61T, and the values were calculated using a conventional method.

本発明に係る膜の耐熱温度は、島津製作所製の熱重量測
定装置DT−20B、 TG−20を使用して測定した
熱分解または重量減少の開始温度を示したものである。
The heat resistance temperature of the membrane according to the present invention indicates the temperature at which thermal decomposition or weight loss starts, as measured using a thermogravimetric measuring device DT-20B or TG-20 manufactured by Shimadzu Corporation.

本発明に係る膜に使用できる高分子量ラダー型ポリオル
ガノシロキサンは、分子量(Mw)が10’以上のもの
であり、これより分子量の低い場合には膜強度が弱く実
用的ではない。またあまりに高い分子量のものはその製
造が困難なばかりか、溶剤に対する溶解性が不良であっ
たり、一部にゲルを含み、製膜時のフィッシュアイの原
因となったりして不都合が生じ易いため、自ずと上限は
あろう。好適には105〜106の分子量範囲のラダー
型ポリオルガノシロキサンである。
The high molecular weight ladder type polyorganosiloxane that can be used in the membrane according to the present invention has a molecular weight (Mw) of 10' or more, and if the molecular weight is lower than this, the membrane strength is weak and is not practical. In addition, products with too high molecular weight are not only difficult to manufacture, but also tend to have poor solubility in solvents, contain gel in some parts, and cause fish eyes during film formation. , there will naturally be an upper limit. Ladder type polyorganosiloxanes having a molecular weight in the range of 105 to 106 are preferred.

本発明の膜に使用するラダー型ポリオルガノシロキサン
の分子量分布は、特に制限はないが製膜性、膜強度等の
面より、小さい方が好ましく、好適には5以下のもので
ある。
The molecular weight distribution of the ladder-type polyorganosiloxane used in the membrane of the present invention is not particularly limited, but it is preferably smaller in terms of film formability, film strength, etc., and is preferably 5 or less.

この様な高分子量で且つ分子量分布の小さいラダー型ポ
リオルガノシロキサンを製造するには、ラダー構造を有
する末端ヒドロキシ型または末端カゴ型(シルセスキオ
キサン型)のシロキサンオリゴマー(中間体)を、触媒
としてふっ素化合物の存在下に縮合させるのが好適であ
る。この場合のふっ素化合物としては、アルカリ金属、
アルカリ土類金属のふっ素化物、第4級アンモニウムク
ロライド等が有効である。
In order to produce such a ladder-type polyorganosiloxane with a high molecular weight and a small molecular weight distribution, a terminal hydroxy type or terminal cage type (silsesquioxane type) siloxane oligomer (intermediate) having a ladder structure is used as a catalyst. The condensation is preferably carried out in the presence of a fluorine compound. In this case, the fluorine compounds include alkali metals,
Fluorides of alkaline earth metals, quaternary ammonium chloride, etc. are effective.

ラダー型ポリオルガノシロキサンより本発明の膜を製造
する方法としては適宜公知の方法が採用可能で、例えば
ラダー型ポリシロキサンを適当な溶媒に均一に溶解し、
流延法による製脱法、単分子膜の製法に準拠した製膜法
、微多孔性支持体上に塗布する製膜法等が採用できる。
As a method for producing the membrane of the present invention from a ladder type polyorganosiloxane, any known method can be adopted as appropriate. For example, a ladder type polysiloxane is uniformly dissolved in an appropriate solvent,
Methods such as a casting method, a film forming method based on a monomolecular film manufacturing method, and a film forming method of coating on a microporous support can be employed.

これらの方法のうち工業的には多孔質支持体上に塗布す
る方法が最も簡便である。本方法に使用される支持体と
しては、表面において100〜5000人であるような
、微多孔性支持体が好ましい。このような微多孔性支持
体は、各種の市販フィルター材料から選定することがで
き、また限外濾過膜、逆浸透膜などの製法にしたがい、
各種ポリマーから製造することもできる。さらに不織布
、濾紙などを使用することもできる。ラダー型ポリオル
ガノシロキサンの高い耐熱性を利用する場合には、支持
体の耐熱性が高いものが好iしく、耐熱性エンジニアリ
ングプラスチック、セラミック多孔質支持体等の使用が
好ましい。多孔質支持体の形態としては多孔質平膜、多
孔質中空繊維膜等が使用できる。
Of these methods, the method of coating on a porous support is industrially the simplest. The support used in this method is preferably a microporous support with 100 to 5000 pores on the surface. Such microporous supports can be selected from various commercially available filter materials, and can be prepared according to the manufacturing method of ultrafiltration membranes, reverse osmosis membranes, etc.
It can also be made from various polymers. Furthermore, nonwoven fabric, filter paper, etc. can also be used. When utilizing the high heat resistance of ladder-type polyorganosiloxane, it is preferable to use a support with high heat resistance, and use of heat-resistant engineering plastics, ceramic porous supports, etc. is preferable. As the form of the porous support, a porous flat membrane, a porous hollow fiber membrane, etc. can be used.

本発明においては一般にラダー型ポリオルガノシロキサ
ンを溶媒に溶解して製膜に使用するが、溶媒としては多
孔質支持体を溶解することなく、また支持体と反応しな
いものであれば良い。溶媒の種類はラダー型ポリオルガ
ノシロェニルシロキサンの場合は、ベンゼン、トルエン
、キシレン、テトラヒドロフラン、クロロフォルム、1
,1.1− )リクロルエチレン、N−メチルピロリド
ン、ジフェニルエーテル、ジメチルスルフオキシドなど
の単独溶媒あるいは2種以上を混合した混合溶媒等を使
用することができる。ラダー型ポリシロキサンのこれら
溶媒中の濃度は、0.5〜20重量%であれば良く、原
料の種類あるいは分子量によって調節さるべき性質のも
のである。例えば分子量が105〜106範囲のラダー
型ポリフェニルシロキサンでは、好ましくはe11〜1
0重量%濃度である。
In the present invention, the ladder type polyorganosiloxane is generally dissolved in a solvent and used for film formation, but any solvent may be used as long as it does not dissolve the porous support and does not react with the support. In the case of ladder type polyorganosilopenylsiloxane, the types of solvents are benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, chloroform, 1
, 1.1-) A single solvent such as dichlorethylene, N-methylpyrrolidone, diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, or a mixed solvent of two or more thereof can be used. The concentration of the ladder type polysiloxane in these solvents may be 0.5 to 20% by weight, and should be adjusted depending on the type or molecular weight of the raw material. For example, in ladder type polyphenylsiloxane with a molecular weight in the range of 105 to 106, preferably e11 to 1
The concentration is 0% by weight.

このようにして調整されたポリオルガノシロキサン溶液
は、多孔性支持体上に塗布されると、その支持体の空孔
内に含浸される。その後その全体を風乾あるいは熱風に
より乾燥することにより、ラダー型ポリオルガノシロキ
サン膜で被覆された支持体が得られる。
When the polyorganosiloxane solution prepared in this manner is applied onto a porous support, it is impregnated into the pores of the support. Thereafter, the entire support is dried with air or hot air to obtain a support coated with a ladder-type polyorganosiloxane film.

本発明では高分子量のラダー型ポリオルガノシロキサン
を主体とする均一、かつ極BINを用いることにより、
高レベルの酸素透過性と酸素選択性が達成されるばかり
でなく、膜強度の強い、耐熱性、安定性にすぐれた酸素
富化膜が得られ、永年待望されていた性能の膜が製造可
能となり、工業的価値が大きく期待できるものである。
In the present invention, by using a uniform and polar BIN mainly composed of a high molecular weight ladder type polyorganosiloxane,
Not only can a high level of oxygen permeability and oxygen selectivity be achieved, but an oxygen-enriched membrane with strong membrane strength, heat resistance, and stability can be obtained, making it possible to manufacture a membrane with the long-awaited performance. Therefore, it can be expected to have great industrial value.

本発明の膜素材は、5t−0の骨格からなるラダー型の
架橋構造を有するものであり、そのためきわめて高い耐
熱性、耐酸化劣化性、耐塩素性などの点ですぐれた特性
をもっており、過酷な条件下でも使用に適する逆浸透膜
、限外濾過膜としても有効な素材である。さらにラダー
構造の架橋であるため、一般の架橋構造のポリマーと異
なり、溶媒に溶は易く、製膜がきわめて容易であり、ポ
リマーの分子量および組成に応じて、適当な溶媒および
ポリマー濃度を選ぶことにより、任意の膜厚のものが容
易に得られる。
The membrane material of the present invention has a ladder-type crosslinked structure consisting of a 5t-0 skeleton, and therefore has excellent properties such as extremely high heat resistance, oxidation resistance, and chlorine resistance. It is also an effective material for reverse osmosis membranes and ultrafiltration membranes that can be used even under harsh conditions. Furthermore, since it is a cross-linked ladder structure, unlike polymers with a general cross-linked structure, it is easily soluble in solvents and is extremely easy to form into a film.The appropriate solvent and polymer concentration can be selected according to the molecular weight and composition of the polymer. Accordingly, a film of any desired thickness can be easily obtained.

以下実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本
発明の主旨から実施例のみに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the gist of the present invention is not limited to the Examples.

実施例1 フェニルトリクロルシランをトルエン中で水を加えて加
水分解し、中性まで洗浄したトルエン溶液を乾燥後、ト
ルエンを留去して得られる末端ヒドロキシのラダー型ポ
リフェニルシロキサン(分子量6X103)のa末10
gを、トルエン50gを加えて完全に溶解させた。これ
に触媒としてぶつ化セシウム10+n+rと、ジフェニ
ルエーテル2.5gを加え、トルエンおよび生成する水
を共沸混合物として追出しながら反応を続ける。温度を
徐々にあげてトルエンを完全に追出し、200〜250
℃に1時間反応させる。反応終了後トルエン100gを
加えて反応物を溶解させ、多量のメタノール中に滴下し
、ポリマーを沈殿として析出させ、濾過後真空乾燥させ
てラダー型ポリフェニルシロキサンを得た。本状で得ら
れたポリマーの分子f(Mw)は1.8×106であり
、分子量分布(Mw/ Mn)は3.2であった。。
Example 1 Phenyltrichlorosilane was hydrolyzed in toluene by adding water, the toluene solution was washed to neutrality, the toluene solution was dried, and the toluene was distilled off. a end 10
g was completely dissolved by adding 50 g of toluene. To this, 10+n+r of cesium carbides and 2.5 g of diphenyl ether are added as catalysts, and the reaction is continued while expelling toluene and the produced water as an azeotrope. Gradually raise the temperature to completely expel toluene and reduce to 200-250
Incubate at ℃ for 1 hour. After the reaction was completed, 100 g of toluene was added to dissolve the reactant, which was dropped into a large amount of methanol to precipitate the polymer, which was filtered and dried under vacuum to obtain a ladder type polyphenylsiloxane. The molecule f (Mw) of the polymer obtained in this form was 1.8 x 106, and the molecular weight distribution (Mw/Mn) was 3.2. .

熱分解温度は520℃であり、トルエンに溶解して流延
法で製膜した膜の引張り強度は、3.2kg/−であっ
た。また流延法で膜厚5μmから100μmまでのピン
ホールのない均一膜が容易に得られ、それぞれの膜厚で
25℃のガス透過係数を測定したところ、膜厚による透
過係数の差はほとんど変わらず、酸素では2.3 X 
、10−8−・cm / c硝・5ec−c+n fi
g、窒素では8.5 X 10−” cl −>/cs
A・sec ・cmHgであり、透過係数の比(PO2
/ PN2 )すなわち分離比は2,7であった。また
ミリボア製微多孔質濾紙を支持体として、薄膜を濾紙面
に生成させ、気体透過係数から膜厚を算出した結果は、
0.36μmでありピンホールのない薄膜を容易に得る
ことができた。
The thermal decomposition temperature was 520°C, and the tensile strength of the film formed by dissolving it in toluene and casting was 3.2 kg/-. In addition, uniform films without pinholes with a film thickness of 5 μm to 100 μm can be easily obtained using the casting method, and when the gas permeability coefficient at 25°C was measured for each film thickness, there was almost no difference in permeability coefficient depending on the film thickness. 2.3X for oxygen
, 10-8-cm/c nitric acid 5ec-c+n fi
g, 8.5 X 10-” cl −>/cs for nitrogen
A・sec・cmHg, and the ratio of permeability coefficients (PO2
/PN2), that is, the separation ratio was 2.7. In addition, using Millibore microporous filter paper as a support, a thin film was formed on the filter paper surface, and the film thickness was calculated from the gas permeability coefficient.
A thin film with a diameter of 0.36 μm and no pinholes could be easily obtained.

実施例2〜6 実施例1の方法において、フェニルトリクロルシランの
加水分解を、フェニルトリクロルシランの一部を置換ト
リクロルシランに置きかえ4.共加水分解を行って末端
ヒドロキシ型うダーボリオルガノシ、ロキサンの共重合
中間体を得、これを原料として高重合反応により得られ
たラダー型ボリオルガノシロキサン共重合体より、流延
法により製膜した膜について、実施例1と同様にガスの
透過性を測定した。
Examples 2 to 6 In the method of Example 1, the hydrolysis of phenyltrichlorosilane was carried out by replacing a portion of phenyltrichlorosilane with substituted trichlorosilane.4. A copolymerization intermediate of terminal hydroxy-type polyorganosiloxane and loxane is obtained by cohydrolysis, and a ladder-type polyorganosiloxane copolymer obtained by a high polymerization reaction using this as a raw material is produced by a casting method. The gas permeability of the membrane was measured in the same manner as in Example 1.

表−2にその結果を示す。Table 2 shows the results.

実施例7〜10 実施例1の方法においてフェニルトリクロルシランの加
水分解を、フェニルトリクロルシランの一部をジ置換ジ
クロルシランに置き替え、共加水分解して得られた末噛
ヒドロキシラダー型ポリオルガノシラン中間体を原料と
して、ラダー型ポリオルガノシロキサン共重合体を合成
し、流延法により製膜した膜について実施例1と同様に
ガスの透過性を測定した。表−3にその結果を示す。
Examples 7 to 10 A terminal hydroxy ladder type polyorganosilane intermediate obtained by cohydrolyzing phenyltrichlorosilane in the method of Example 1 by replacing a part of phenyltrichlorosilane with di-substituted dichlorosilane. A ladder-type polyorganosiloxane copolymer was synthesized using the polyorganosiloxane copolymer as a raw material, and the gas permeability of the film formed by the casting method was measured in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 10分子量が105以上のラダー構造を有するポリフェ
ニルシロキサン(A) 、該ポリフェニルシロキサン(
A)が60モル%以上を占める高分子組成物(B)また
はラダー構造を有するポリフェニルシロキサン部分が6
0モル%以上を占め、分子量が105以上のラダー型オ
ルガノシロキサン共重合体(C)を主成分とする選択性
気体透過膜。 2、共重合体(C)がフェニルトリクロルシランと置換
トリクロルシランとの共加水分解により得られる中間体
を高重合反応させて得たものである特許請求の範囲第1
項記載の選択性気体透過膜。 3、共重合体(C)がフェニルトリクロルシランとジ置
換ジクロルシランとの共加水分解により得られる中間体
を高重合反応させて得たものである特許請求の範囲第1
項記載の選択性気体透過膜。
[Scope of Claims] Polyphenylsiloxane (A) having a ladder structure with a molecular weight of 105 or more, said polyphenylsiloxane (
Polymer composition (B) in which A) accounts for 60 mol% or more or a polyphenylsiloxane portion having a ladder structure contains 6
A selective gas permeable membrane whose main component is a ladder-type organosiloxane copolymer (C) that accounts for 0 mol% or more and has a molecular weight of 105 or more. 2. Claim 1, wherein the copolymer (C) is obtained by subjecting an intermediate obtained by cohydrolysis of phenyltrichlorosilane and substituted trichlorosilane to a high polymerization reaction.
Selective gas permeable membrane as described in . 3. Claim 1, wherein the copolymer (C) is obtained by subjecting an intermediate obtained by cohydrolysis of phenyltrichlorosilane and di-substituted dichlorosilane to a high polymerization reaction.
Selective gas permeable membrane as described in .
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JPS6164306A (en) * 1984-09-06 1986-04-02 Agency Of Ind Science & Technol High-molecular membrane for separating water-alcohol liquid mixture

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