JPS60102902A - 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★誓≠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、あるいは電気透垢 手など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とな
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性は、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、Ｇ
Ｅのポリシロキサン／ポリカーｙｌ’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。

（１） Ｑ＝Ｐ　７（Ｐｌ−Ｐ２） Ｐ　＝Ｓ、Ｄ　（２） Ｑ：透過量〔ｃｔＩｌ／ｓｅｃ〕 Ｐ：透過係数Ｃｃｒ／ｌ　（Ｓ　Ｔ　Ｐ’）７ｃｍ　−
ｓｅｃ　−ｃｍＨｆ　〕Ａ：膜面積ＣｃＪ］ ｌ：膜厚み〔ｍ〕 Ｐｌ、Ｐ２：透過前後の分圧（ｃｍＨｆ　’３Ｓ：溶解
度Ｃｃｔｌ＝／ａｄ　０ｃｍＨｆ／　：］Ｄ：拡散係数
〔ｃ〃し気〕 そこで、性能を目的として、■膜厚全うすくする、■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
のだめ、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つ、耐熱特性にも優れた高分子膜
を提供することを目的とする。

する多孔性高分子材料と、磁界効果により等方性配向を
示すネマチック液晶材料および磁石とから構成され柄 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　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、ポリテレフタレート、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、ポリエチレンクリコール。

ポリピロリドン、ポリオレフィン、亜ａ％＝ｓ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、かつ、液晶材料との接着親和性を有し
、融点が１５０℃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チ、インク材料として
は、ネマチック液晶が選択できる。周知のように、この
材料は、液晶状態においては、ある磁界又は電界の下で
は等方性配向を示す。

しかし々から、このような分子配列の規則性は必ずしも
一定でなく、磁場効果などの外的作用を受けてはじめて
明瞭となる。そして、この状態が維持されると、気体分
子の拡散性は、膜中の整然とした非凸部配列によって、
透過性能を向上させることができるものである。

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
で示され、Ｒは、アルキル〔アゾメチル系〕 〔エステル系〕 〔アゾ系〕 基、アルケニル基、フェニル基、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
能なことは言うまでもない。

さらに、これらの中で、液晶が常温〜７０℃にあること
を考えれば、アゾメチル系では、Ｎ−（４−エトキシベ
ンシリテン）−４−≠チルアニリン。

ｐ−ｎ−ノニルオキシベンザル−ｐ′−エチルアニリン
、およびｐ−ｎ−ノニルオキシベンザル−ｐ′−７”ロ
ピルアニリン、エステル系では、０−カルボブチルオキ
シ−ｐ−オキシ安息香ミーｐ−メトキシフェニルエステ
ル、０−カルボブチルオキシ−ｐ−オキシ安息香酸−ｐ
−エトキシフェニルエステルおよびブチル４−（４・エ
トキシフェノキ７カルポニル）フェニルカーボネート、
アゾ系でハ（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よび（ベンゾイル）
−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、これら骸晶材料は、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
キシ系などの他の化合物を用いても良いことは言うまで
もない。磁石材料としては、通常市販の鉄系材料でも良
いし、それ以外でも良い。

〔実施例〕

複合膜の支持体にポリカーボネートを選び、液晶材料と
して、Ｎ−（４−エトキシベンジリデン）−４−ブチル
アニリンおよびブチル−４−（４−エトキシフェノキ７
カルボニル）フェニルカーボネートを選び調合した。

合成は、液晶材料を液体状態の温度以上〔例えばＮ−（
４−エトキシベンシリテン）−４−フ゛チルアニリンで
あれば９０℃〕に保持し、その溶液中に支持体としての
ポリカーボネートを浸漬し、真空乾燥と熟成をくり返す
ことにより製膜とした。

この時の製膜状態は第１図に示すように、液晶材料１が
ポリカーボネート２上にコーティングされた積層膜とし
て形成した。顕微鏡観察によると、液晶材料が高分子中
の細孔および間隙に浸透し凝集した状態として保持され
た構造を有する複合膜が合成できた。

この複合膜に磁性効果を発揮する磁石材料を構成させ、
ガス透過率をＩ　Ｉｓ　−Ｚ−１７０７の方法で測定し
た。その結果を表に示す。

表 この利用形態は、モジュールとして使用する場−合、第
２図に示す形態になり、中空部よりの導入空気が、磁石
材料３に被覆された多孔性高分子材料４と液晶６からな
る複合膜中を通過し、酸素富化空気として放出される。

又、一般的な使用形態としては、第３図に示すように、
モジュールを積み重ね、磁石材料３の配置を変えること
−より構成することもできる。

本実施例に見られるように、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ノく−の値Ｐ０２／ＰＮ
２＝２．０を上まわっており、高性能な酸素富化膜と言
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
、拡数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え、急激に透過係数の増大が
行なえる。又、この複合膜は、磁界を常に受けており、
これによって、ネマチック液晶が等方的に整然と配列す
るため、気体分子の拡散性がさらに増大する効果また拡
散性を制御する効果を発揮する。

発明の効果 本発明の複合膜より構成された酸素富化膜は燃焼、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、液晶転移点を任意に選ぶことによって、
さらに耐熱性のすぐれた高分子膜としても実現可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の選択性透過膜のモデル図、
第２図は同選択性透過膜をモジュールとして使用する形
態を示す図、第３図は同選択性透過膜の一般的使用形態
を示す概念図である。 １・・・・・液晶材料、２・・・・・・ポリカーボネー
ト、３・・・・・・磁石材料、４・・・・・・多孔性高
分子材料、６・・・・・・・・液晶。

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、磁界効果
   により等方性配向を示す液晶材料と、磁場効果を有する
   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）液晶材料は、等方性配向を示すネマチック液晶で
   あり、酸素親和性が良好、かつ多孔性高分子材料との接
   着性に優れてい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）液晶材料が、−ＣＨ−Ｎ−、−Ｃｏｏ−、−Ｎ、
   、Ｎなどからなるアゾメチル系、エステル系、アゾ系の
   材料を使用す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。