JPS60102901A - 選択性透過膜 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は有機材料からなる選択性透過膜は、医療、燃焼
、電池、空調分野に適用される。

従来例の構成とその問題点 近年、膜法、吸着法等によるガス分離膜の研究が盛んに
行なわれ、一部には既に実用化されており、主には、逆
浸透や限外濾過、あるいは電気透粕 井なともっばら液体を対象にした分離が主であった。そ
の理由は、ガス分離の場合、透過係数が低いことと、そ
の選択機能が小さいことが実用化を妨げている要因どな
っている。しかしながら、今日省エネルギーを背景とし
て、気体分離を高分子材料で行なう試みが盛んになり、
高効率分離膜材料の開発が多く見られる。

なかでも酸素選択性透過膜は、医療、燃焼、電池、空調
分野と幅広く適用可能な機能性膜でありこれまでＧＥの
ポリシロキサン／ポリカーボネートの開発を契機に、シ
リコン系やセルロース誘導体の改質、改良が行なわれて
いる。

一般に、ガス成分とりわけ、酸素の選択性と透過能力は
、相反するものであり、その性能は式（１）。

（２）で示される。

Ｐ＝Ｓ−Ｄ　・・・・・・・・・・・・・・・　僻）Ｑ
：透過量Ｃｃｒｌ／ｇｅｃｌ Ｐ：透過係数Ｃｃｔｌ！（３ＴＰ）／眞、　５ｅａ−偏
Ｈｇ）Ａ：膜面積　〔ｃｒ／ｌ〕 ｌ：膜厚み　〔惚〕 Ｐｌ、Ｐ２：透過前後の分圧〔嬬Ｈｑ〕Ｓ：溶解度　Ｃ
ｃｔｔｌ／ｃｒ／ｌ　−１’ｌａ　Ｈｇ　：］Ｄ：拡散
係数ＣｃｒＡ／ｓｅｃ〕 そこで、高性能を目的として、■膜厚をうすくする、■
溶解度の大きい官能基の導入、■非晶部占有割合および
構成の工夫や孔径の処理などで拡散性の増大をはかる等
が、技術課題として挙げられている。

酸素富化膜に使用する素材は、可能な限り選択比が高く
、透過係数が大きいものが望ましい。さらに、実用化と
なると、適当な機械強度や耐環境性にすぐれているもの
が良く、このための素材として、シリコーンの共重合物
や、複合膜あるいは非対称膜が数多く提案されている。

しかしながら、これまでの素材では、透過係数や選択比
が充分でなかったり、あるいは、高温下では機械強度の
面で使用に耐え得なかったりする等の問題点があった。

このため、性能と実用化に適切な素材の開発が強く望ま
れている。

発明の目的 本発明は、選択性透過膜に関し、ガス透過性、とりわけ
酸素選択性が良好でかっ、耐熱性を有する高分子膜を提
供することを目的とするものであ名。

発明の構成 しｚＴｆｌ１１３ 本発明の選択性透過膜は、支持体と微細孔を有する高分
子材料と、温度変化により相変化を伴ないかつ、選択透
過機能を有する極性有機材料とから構成される。

実施例の説明 支持体には、一般に多孔性フィルム材料として供される
高分子材料で、適当な機械強度を有し、かつ単独では、
酸素透過能がＰ≧１０−７を示すような孔径を有するよ
うに処理された材料であれば良く、天然ゴム、ポリウレ
タン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポ
リフロロカーボン、ホリテレフタレート、ポリエチレン
、セルローズ誘導体、ポリエステル、ポリプロピレング
リコール、ポリスルホン、ポリエチレングリコール。

ポリピロリドン、ポリオレフィン、亜麻仁油、アルキド
樹脂などの天然又は合成物質が使用できる。

なかでも、重合の容易さ、機械強度および入手の容易さ
から、ポリウレタン、ポリアミド、ポリカーボネート、
ポリテレフタレート、ポリエチレン。

ポリエステル、ポリスルホンなどが良く、さらに好まし
くは、酸素親和性を有すると見られる官能基が主鎖とし
て構成され、がっ、液晶材料との接着親和性を有し、融
点が１５０”Ｃ以上と高い条件では、ポリカーボネート
が最も良い。

一方、選択透過機能を有するコーティング材料としては
、ネマチック液晶が選択できる。ある温度で液晶転移す
る状態は周知のように、分子配列が長軸方向に平行かつ
均一に揃うこの材料は、気体分子の透過性能を向上させ
る。選択されるネマチック液晶は、酸素親和性を有し、
選択比が増大するものと予想されるものでは、アゾメチ
ル系。

エステル系およびアゾ系化合物が良い。これらは一般式 〔アゾメチル系〕 〔エステル系〕 〔アゾ系〕 Ｒ−＠−Ｎ＝Ｎ−■−Ｒ で示され、Ｒはアルキル基、アルケニル基、フエ＝／１
４１アルキルフェニル基、アルケニルフェニル基などで
あり、これらは、同一かもしくは異なっている化合物で
も良い。そしてこれらの液晶は単独、又は混合物として
も使用可能なことは言うＮ−（４−エトキ７ペンジリデ
ン）−４−ブチルアニリン＋ｐ　”−７ニルオキシベン
ザルーｐ′ヤーエチルアニリン、およびｐ　−ｎ−ノニ
ルオキシベンザル−ｐ／−フロピルアニリン、エステル
系では、〇−カルボブチルオキシーｐ−オキシ安息香酸
−ｐ−メトキシフェニルエステル、ｏ−カルボブチルオ
キシ−ｐ−オキシ安息香酸−ｐ　−ｘ　）キシフェニル
エステルおよヒフチル４−（４−ｘトキシフエノキ７カ
ルボニル）フェニルカーボネート、アゾ系では（ベンゾ
イル）ｐ−オキシ−ｍ−メトキシベンゼン−ｐ′−置換
アゾベンゼンおヨヒ（ヘンソイル）−ｐ−オキシ−０−
エトキシベンゼン−ｐ′−置換アゾベンゼンなどが最も
好ましい。

又、これら液晶材料は、アゾメチル系、エステル系、ア
ゾ系に限定されず、ビフェニル系、スチルベン系やアゾ
キシ系など、酸素親和性に富む可能性を有するなら、他
の化合物も用いることができる。

以上のことからポリカーボネートなどの多孔性高分子材
料を支持体に、アゾメチル系、エステル系、アゾ系液晶
等をラミネートした複合膜を選択性透過膜として利用で
きる。

〔実施例〕

複合膜の支持体にはポリカーボネートを選び、コーティ
ング材料として、ｐ−ｎ−ノニルオキ７ベンザルーｐ′
−エチルアニリン、ブチル４−（４−エトキシフエノキ
シカルボニルフェニルカーポネート、（ベンソイル）−
ｐ−オキシ−０−エトキバンゼンーｐ′−置換アゾベン
ゼンを選び調合した。

合成は、液晶材料を液体状態の温度以上に保１し、その
溶液に支持体としてのポリカーボネーを長時間浸漬し、
真空乾燥と熟成を行ない、こ〈作業を数回くり返して製
膜とした。この時の製！状態は、図に示すように、液晶
材料がポリカーネート上にコーティングされた積層膜と
して形ｊし、微細な観察によると、液晶材料が高分子中
（細孔および間隙に浸透し凝集した状態として保・され
た構造を有する複合膜が合成できブヒ。

これら複合膜のガス透過性をｌｌ５Ｚ−１７０で測定し
表に示す。

以下余白 芋 トＬ り 曝 ボ　（ 曳 わ 寺 なお、上記実施例では選択透過機會りをもつ材料として
液晶材料を示したが、これに限らすゲル状の性質をもつ
極性有機材料であればよい。

発明の効果 これらの複合膜は使用する液晶転移温度によって、透過
係数が大幅に増大し、しかも選択比が従来のシリコーン
ラバーの値Ｐ　０２　／　ＰＮ２　＝２−０を上まわっ
ており、高性能な酸素包化膜と１える。これは、液晶材
料が、ある温度で結晶化物から液晶状態に変化すること
により、拡散律速から溶解律速に変化しているためで、
液晶状態では、均質膜と同様に扱かえ、急激に透過係数
の増大が行なえる・このことにより、本発明の複合膜は
、燃焼。

空調分野はもとより常温以上の空気をよく選択透過する
ため、高温などの環境中でも使用可能な分離膜と言える
。又、このことは、液晶転移点を任

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の選択性透過膜のモデル図である
。 １・・・・・・液晶材料、２・・・・・・多孔性高分子
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名窒　
矢 酸素１σイヒ拭どゑ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持体に微細孔を有する高分子材料と、温度変化
   により相変化可能で、かつ選択透過機能を有する極性有
   機材料とから構成することを特徴とする選択性透過膜。
2. （２）高分子材料はポリカーボネートなどの多孔性高分
   子材料であり、極性有機拐料は接着親和性が良好かつ、
   温度変化により固体から液晶に相変化可能な有機材料で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択
   性透過膜。
3. （３）極性有機制料は、酸素親和性良好な官能基−ＣＮ
   ＝Ｎ−、−Ｃｏｏ−、−Ｎ＝Ｎ−などからなる化学構造
   を有するアゾメチル系、エステル系。 アゾ系の材料で、かつ、液晶転移温度が常温〜７０℃の
   範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の選択性透過膜。