JPS5935643B2 - 超薄膜構造物の製法 - Google Patents

超薄膜構造物の製法

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JPS5935643B2
JPS5935643B2 JP51033701A JP3370176A JPS5935643B2 JP S5935643 B2 JPS5935643 B2 JP S5935643B2 JP 51033701 A JP51033701 A JP 51033701A JP 3370176 A JP3370176 A JP 3370176A JP S5935643 B2 JPS5935643 B2 JP S5935643B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明に関連した超薄膜の調製については米国特許第４
２７９８５５号明細書に詳述されている。
本発明を適用して成功している数層の重合体を一体化し
た積層品が米国特許第３８７４９８６号に記載されてい
る。該特許に於ける積層品は微孔質基体の第一層、ポリ
フェニレンオキシド（ＰＰＯ）／オルガノポリシロキサ
ン−ポリカーボネートの第二の層、及びこの第一の層と
第二の層との間に配置されたオルガノポリシロキサン−
ポリカーボネート共重合体の第三の層から成つている。
この第二及び第三膜の薄層は米国特許第４２７９８５５
号の発明によつて調製される如きの超薄フィルムである
。Ｂｒｏｗａｌｌ等の米国特許第３８７４９８６号中に
記載されているような典型的な膜複合体にあつては微孔
質シートの厚さは約５ミルになろうが、超薄膜の積層体
の物理的な厚さは約３００λ（約１１．８×１０−４ミ
ルと等価）を越えない。
こうした膜のパイロットプラント製造作業にあつては、
大きさ約３０００Λ以下の微粒物質を製造現場より除去
するのに室清浄技術や化学プール夕では効果的でないと
ころから、超薄重合体膜層の下及び／又は層間にこうし
た極めて微細な粒状異物が沈着するのを回避できないこ
とがわかつた。超薄層の下に沈着しているこうした粒状
物は数層の超薄層の合計厚の１０倍もの大きさであるこ
とがあるから、こうした粒子によつてこうした超薄層の
一層又は両層がパックしその結果膜型ガス分離装置中に
ピンホール大の裂け口が生ずることがある。こうした膜
構造による気体分離の効果性は斯様な裂け口が存在する
ことにより減少する。その為、こうした膜複合体の製造
に於いては、斯様な漏洩箇所を染色検査の使用による等
して見つけ出し大きな漏洩箇所の漏洩点のパツチつぎ当
てが成しうる部所を保持することが必要である。しかし
、より小さな漏洩点はこのような方法では効率よく経済
的に治すことができない。ＲＯｂｂの米国特許第３３２
５３３０号の教えによると、２枚の部分的に治癒せしめ
たオルガノポリシロキサンフイルムを十分な圧力によつ
て一緒に合わせて、積層したフイルムの間から空気を取
り除くと、一枚のフィルムの傷は第二のフイルム中の傷
と整合することはないそうである。
しかし、ＲＯｂｂのフイルム製造法に於いては、フイル
ム（各々が当初約２ミル厚）を薄く延伸しそれから固体
の弾性状態に硬化する必要がある。約０．１ミル程度の
薄さの複合フイルムがこのような方法で調製されている
。しかしながら、複合フイルム厚の１０倍もの厚さの（
即ち、厚さ１ミルにも及ぷ）粒状物の存在が積層体内に
許容できるといつた表示はないしそうした可能性につい
てもふれられておらない。そして本発明はこうした問題
に着手せんとするものである。しかして、超薄フイルム
の積層体の製造にあたつて大きな漏洩点と小さな漏洩点
とを共に経済的かつ効果的に封するための方法が必要と
なつてきた。
ここに用語“基礎超薄膜複合体’’とはピンホール及び
傷がなくそして十分な支持構造物上に装着されたときに
気体分離のために効果的に機能しうる複合膜を調製する
のに必要な全ての薄層を含んだ積層体を記述するもので
ある。
ここに使用される“層”という用語は、所定の材料（例
えば、ＰＰＯ、オルガノポリシロキサンーポリカーボネ
ート共重合体）から成る１枚又はそれ以上の超薄フイル
ムからなる一体化薄層であつて含まれるフイルムは強く
一緒に結合されてはいるが吸収合体している必要がない
ような薄層を包含する。
超微細な粒状異物の存在によつて基礎超薄膜複合体中に
生じた裂け口を除去することは膜複合体を使用せんとす
る特定の気体分離に関連する。
先づ、選択する封じ用重合体材料は、（ａ）超薄（例え
ば、厚さ５００λ未満）の膜が注型でき、（ｂ）非常に
柔軟で、（ｃ）興味の対象となつている気体状成分の通
過に対し基礎超薄膜複合体よりも数倍透過性であり、（
ｄ）興味の対象となつている気体状成分に対し基礎超薄
膜複合体よりも選択性に劣り、そして（ｅ）基礎超薄膜
複合体の外側表面に容易に付着するものである。次いで
、封じ用重合体材料は超薄膜の形態で注型され、それか
ら基礎超薄膜複合体の外側表面全体がこの封じ用重合体
材料で被覆される。封じ用重合体材料の選択に対して上
に示した規準を固守することにより、保護膜たる超薄膜
が基礎超薄膜複合体を破つて裂け目を生ぜしめた約３０
００Λもの厚さの粒子の上を自ら覆つてピンホールを効
果的に封することがわかる。
こうして、基礎超薄膜複合体の気体分離の性能が興味の
対象たる気体状成分の透過流量を然程減することなく顕
著に向上せしめる。こうした後記の結果は予想外であつ
て本発明により調製された膜構造物を実際に試験して初
めて明らかとなつたものである。本発明及びその種々な
る点が、膜複合体の厚さに比し大きな粒状物の存在が回
避できないことによつて基礎超薄膜複合体の製造中に遭
遇する問題並びにこの問題に附随して生ずる膜複合体中
の裂け口の補修について略図式に例示している図面及び
以下の記載によつて一層理解されよう。本発明の実施に
使うための超薄非多孔質膜はＷａｒｄの方法に則り区画
限定された液体表面上に注型することによつて調製され
る。
先づは、１対の可動の長手方向に延びる止め棒を最初小
さな距離だけ引き離しておきこれ等棒を液体表面と接触
させて棒の間に注型溶液を収容し、次いでこれ等棒に相
対的に離して行つてフイルム支持液の表面にわたつて注
型溶液を制御可能にして拡散せしめる。フイルム支持液
として好ましいのは水である。０２／Ｎ２分離用の膜複
合体を封するにあたつて特に重要な封じ用重合体材料は
ビスフエノール一Ａ−ポリカーボネート単位とジメチル
シロキサン単位とを含んだ反復単位から成る材料でそし
てビスフエノール一Ａ−ポリカーボネート単位とジメチ
ルシロキサン単位との反復単位を交互プロツク内に含ん
だ材料である、こうした共重合体は参考としてここに掲
げるＶａｕｇｈｎ、Ｊｒ、の米国特許第３１８９６６２
号に記載されている。
反復するビスフエノール一Ａ−ポリカーボネート単位と
反復するジメチルシロキサン単位の交互のプロックが存
在するオルガノポリシロキサン−ポリカーボネート共重
合体は上記のＶａｕｇｈｎの教示に従つてく調製でき、
得られる物質は下記の式で表わされるプロツクが多分散
系である・・・・・・ＡＢＡＢＡ・・・・・・型の交互
ランダムプロツク重合体である。重合体の重量平均分子
量は１５０００〜 ５００００の範囲内にあり、ｉ及びはこれ等の値に適合
するよう選択される。
個々のフイルム厚（脱溶媒和後）は約１００λ〜約５０
０λの範囲である。オルガノポリシロキサン−ポリカー
ボネート共重合体に対し好ましい溶媒は１・２・３−ト
リクロロプロパン（ＴＣＰ）である。
フイルムをフイルム形成溶液の表面から取り出して積層
体の一部とするにはＷａｒｄの米国特許に記載されてい
るような真空ピツクアツプ法によつて最も容易に成され
る。フイルムピツクアツプのための最も簡単な装置は回
収すべきフイルムの面積の大きさは少なくともある多孔
質壁（例えば、焼結金属粒子の障壁）を一つ備えた密閉
室から成つている。多孔質壁を一層の微孔質基体で被覆
した後、先づ室上に真空をひき基体を脱溶媒和フィルム
と接触させる。固化したフイルムは微孔質基体の表面に
対してひつぱられる。後続のフイルムを同様にしてピツ
クアツプし新たなフイルムはそれぞれ前に沈着したフイ
ルムに付着させる。フイルム間に捕捉された気体の泡は
真空をかける限りに於いては問題とはならず、気体が透
過することによつて徐々に気泡から取り出されるにつれ
てフイルムは気体の消去と共に自己調節して収縮する。
オルガノポリシロキサン−ポリカーボネート超薄シーラ
ント又はオーバコート（保護膜）フイルムに対する典型
的な注型溶液はオルガノポリシロキサン−ポリカーボネ
ート（６０％ＳｉＯ（ＣＨ３）２；プロツクあたり２０
個のＳｉＯ（ＣＨ３）２単位）共重合体のＴＣＰ中２〜
４重量％溶液である。
一般に、ポリマーブレンド、グラフト重合体、プロツク
重合体及びインターポリマーを含めた任意の重合体や共
重合体で溶媒注型によつて実質的に穴のないフイルムに
形成でき上述した他の規準をば満たすものがシーラント
フイルムとして使用できる。使用する重合体は天然又は
合成物質のいずれでもよい。
後者の場合にあつては、付加重合体及び縮合重合体が共
に含まれる。有機、無機又は有機無機混成重合体が使用
できる。有用な重合体の代表的なものには、アリーレン
エーテル、オルガノポリシロキサン、芳香族カーボネー
ト、アルキルアクリレート又はアルキルメタクリレート
単位又は前記単位の任意の混合物から成る群から選ばれ
た反復単位を有する重合体並びにこうした単位から成る
ブレンド、グラフト、プロツク又はインターポリマーが
あろう。例えば図に示されるように微孔質重合体基体１
３上に超薄非多孔質層１１および１２を固化する等して
所定の気体分離に対して所望される基礎超薄膜複合体構
造物を実験室規模で決定したところ商業的規模でこうし
た構造物を生産することが必要となつた。
パイロツト又はフルスケールに移行させて生産したとこ
ろ、作業員によつて粒状の異物が導入されることが適当
に設計された清浄な室にあつてすら避け得ないことがわ
かる。フイルム中にこうした粒子１４が混入することに
よつて生じた裂傷は大小いずれも治すような効果的で経
済的な方法を発見する必要がある。本発明による解決策
は基礎超薄膜複合物をシーラント超薄層１６で被覆する
ことである。シーラント物質は土に掲げた規準に適合す
るように選ばれる。
この超薄シーラント膜を次いで図示のようにして基礎超
薄膜複合体上に付ける。こうして新たに封じられた複合
物を次いで試験して、１４で示される如き粒子を追加付
着のシーラント層が事実収容できしかしてピンホールを
所望どおり封じ、きずを治癒できるか確かめる。更に、
新たに封じられた複合物について気体分離の選択性につ
いてチエツクし所望される気体状成分の透過流量を試験
し、使用する封じ用物質（シーラント物質）に対し新た
に選択をすべきか否か決定する。上記のＢｒＯｗａｌｌ
等の米国特許に開示された積層膜構造物に対して非常に
成功した封じ法は、該膜構造物の外側のポリフエニレン
オキシド／オルガノポリシロキサンーポリカーボネート
共重合体表面上に超オルガノポリシロキサンーポリカー
ボネート共重合体膜を付着することで成された。このよ
うにして、１００％オルガノポリシロキサンーポリカー
ボネート超薄非多孔質層の上に８０％重量ＰＰＯ／２０
％重量オルガノポリシロキサンーポリカーボネート超薄
非多孔質層を有して成る複合体を微孔質ポリカーボネー
トシート上に支持して構成した酸素分離膜積層体が調製
された。微孔質ポリカーボネートシートの調製について
は、特開昭５０−１４０５６６号公報に記載されている
。微孔質シートの厚さは約５ミルであり、オルガノポリ
シロキサンーポリカーボネート共重合体封じ層を施こす
前の超薄複合体膜積層物構造体の厚さは約３００λ未満
であつた。得られた実質的に裂傷のない積層体はしかし
て２層の１００％オルガノポリシロキサンーポリカーボ
ネート共重合体層の間に８０％重量ＰＰＯ／２０％重量
オルガノポリシロキサンーポリカーボネート共重合層を
介在させて成つており、この積層体を微孔質ポリカーボ
ネートのシート上に支持させる。
こうした膜を具体化して作られた気体交換流隔室構造物
を染色検査したところ、あつても極僅の傷（隔室あたり
ほんの約２個程の傷）しか示さなかつた。この流れ隔室
を使つて空気から酸素を分離したところ抽出物中の酸素
百分率は４５．５〜４６．７容量％の範囲だつた。流量
は１０〜１１Ｃｃ／秒／ Ｆｔ２だつた。以下の実施例
では（図中に示されているように〕ＴＣＰ中に於けるオ
ルガノポリシロキサンーポリカーボネート共重合体の４
％（溶媒１００ｍ１あたりの固型分ｇ）溶液から超薄層
１１と保護層１６をそれぞれ注型した。
超薄層１２は、トリクロロエチレン中のＰＰＯ（８０重
量％）／オルガノポリシロキサンーポリカーボネート共
重合体（２０重量％）／％（溶媒１００ｍ１あたりの固
形分ｇ）溶液から注型した。実施例１〜４では、複合体
を試験したところ抽出流中の酸素濃度４５．５〜４６．
７容量％を与えていた。各場合にあつて、注型用液体と
して水を使つた。実施例 １ この複合体にあつては、層１１及び１６のそれぞれに対
しては層１２に使つた注型溶液の量（０．１２ｍ１）の
約２倍量の注型溶液（０．２０ｍ１）を使つた。
実施例 ２ この複合体にあつては、層１１に使つた注型溶液の量は
０．２０ｍ１であり、層１２及び１６のそれぞれに使つ
た量は０．１２ｍ１であつた。
実施例 ３及び４ これ等の複合体にあつては、層１１，１２及び１６のそ
れぞれに対して使つた注型溶液の量は同じ（０．１２ｍ
１）であつた。
層１３（微孔質ポリカーボネート）、層１１（超薄オル
ガノポリシロキサン−ポリカーボネート）及び層１２（
超薄ＰＰＯ（８０重量％）／オルガノポリシロキサンー
ポリカーボネート共重合体（２０重量％））のみから成
る膜構造物を使つて調製した流れ隔室はＲＴＶシリコー
ンゴムで有用な流れ隔室をもたらすのに流れ隔室あたり
平均約２０枚のパツチを必要としたのに対し、実施例１
〜４で調製した同じ膜面積の流れ隔室は該隔室あたり約
１枚のＲＴＶシリコーンゴムパツチしか必要としなかつ
た。
オルガノポリシロキサンーポリカーポネート保護膜の封
じ作用の効果性について、同じ基礎構造物についてこれ
に封じ用の層を施こす前後に於ける気体分離比較試験に
より測定した。
こうして、最初の２−層構造（１００％オルガノポリシ
ロキサンーポリカーボネート上に８０重量％ＰＰＯ／２
０重量％オルガノポリシロキサン−ポリカーボネート）
を流れ隔室内に使つて空気から酸素を分離した。この形
体の膜複合物によつて抽出物中に３８％容量の酸素を得
た。オルガノポリシロキサンーポリカーボネートの超薄
封じ用膜１６を複合物に付着し、流れ隔室を再試験した
ところ抽出物中の酸素濃度は４５．３容量％に増大した
。気体分離の効果性に於けるこの極めて実質的なる増大
はさしたる流量の減少や何等のパツチつぎ当ての必要も
なく達せられる。実施例 ５ この実施例では層１３としてＷ．ＧＯｒｅ製造のゴレテ
ツクス（ＧＯｒｅｔｅｘ：登録商標と・・・・・・）フ
ルオロポリマーの微孔質重合体基体を使用した。
超薄層１１は実施例１〜４と同じ溶液０．１７ｍ１を使
つてオルガノポリシロキサン−ポリカーボネートから形
成した。超薄層１２は塩化メチレン（７３容量％）／ト
リクロロプロパン（２７容量％）中にポリエーテルイミ
ド（５７重量％）／オルガノポリシロキサン−ポリカー
ボネート（４３重量％）を溶かした２．５％（溶媒１０
０ｍ１についての固形分のグラム数）溶液０．２０ｍ１
を使つて形成した。そして、封じ用膜１６はトリクロロ
エチレン（５０容量％）／トリクロロプロパン（５０容
量％）中にＰＰＯ（８０重量％）／オルガノポリシロキ
サン−ポリカーボネート（２０重量％）を溶かした２％
（溶媒１００ｍ１についての固形分のグラム数）溶液０
．２０ｍ１を使用して形成した。
以上の層よりなる膜構造物から減れ隔室を作つて空気か
ら酸素の分離を行つた。
封じ用膜１６を適用する前の抽出物中の酸素の濃度は４
７．８容量％であつた。これに対し、封じ用膜１６を適
用した勤抽出物中の酸素の濃度は５０．４容量％に増し
た。なお、ＰＰＯの酸素に対する透過性はポリエーテル
イミドの８．９倍である。
実施例 ６ 実施例５を繰り返えした。
但し、封じ用膜１６は、トリクロロプロパン中にオルガ
ノポリシロキサン−ポリカーボネートを溶解した４％（
溶媒１００ｍ１についての固形分のグラム数）溶液０．
１７ｍ１を使つたオルガノポリシロキサン−ポリカーボ
ネート膜である。この膜構造物を使つた流れ隔室で試験
したどころ、封じ用膜を適用する以前の抽出物中の酸素
濃度が４４，８容量％であつたのが封じ用膜の適用後は
５０．２容量％に増加していた。
なお、オルガノポリシロキサン−ポリカーボネートの酸
素に対する透過性はポリエーテルイミドの７９倍である
。
このように、本発明の実施に対して選ばれる封じ用の物
質は基礎超薄膜複合体（即ち活性な層）よりも興味対象
にある特定の気体に対し選択性に劣つているべきであり
、基礎超薄膜複合体によつて示される興昧対象の特定気
体に対する透過性の少なくとも約３．５倍の透過性を示
さねばならず、少なくとも約２００％の伸びを示すべき
であり、そして基礎超薄膜複合体の外側表面に直接結合
でなければならない。
好ましい延伸性は約４００％の伸びを示す封じ用材料の
使用によつて得られる。
【図面の簡単な説明】
図は膜複合体の厚さに比して大きな粒状物の存在が避け
得ないところから基礎超薄膜複合体の製造時に遭遇する
問題並びにこの問題に伴つて生ずる膜複合体中の傷の補
修を略図的に例証している。 主な符号の説明、１１及び１２・・・・・・超薄非多孔
質層、１３・・・・・・微孔質重合体基体、１４・・・
・・・異物粒子、１６・・・・・・超薄シーラント保護
層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 気体混合物から特定の気体を分離するための少なく
    とも一層の超薄膜層を平滑で微孔質の基体上に付着し前
    記少なくとも一層の層の少なくとも穴のあいた領域に封
    じ性材料を付着する前記気体分離のための超薄膜構造物
    の製造方法に於いて、少なくとも約２００％の伸びを示
    し、前記特定の気体に対する透過性が前記少なくとも一
    層の層の材料の少なくとも約３．５倍であり、前記特定
    の気体に対する選択性が前記少なくとも一層の層よりも
    劣りそして前記少なくとも一層の層に対し直接結合され
    る前記封じ性材料を非多孔質の超薄膜に注型することを
    特徴とする上記製造方法。 ２ 封じ性材料がオルガノポリシロキサン−ポリカーボ
    ネート共重合体である特許請求の範囲第１項記載の方法
    。 ３ 少なくとも一層の超薄膜層がポリフェニレンオキシ
    ド／オルガノポリシロキサン−ポリカーボネートの外側
    表面を提供している特許請求の範囲第１項又は第２項記
    載の方法。 ４ 封じ性材料が少なくとも約４００％の伸びを示す特
    許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法
    。
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