JPS60227804A - 分離膜の製造方法 - 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 本発明は混合流体、特に混合気体に対して選択透過性を
有する分離膜の製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、膜による分離技術の進歩発展には著しいものがあ
り、そのうちのいくつかは工業的規模で実用化されてい
る。しかしながら、実゛用化されているものは、海水の
淡水化、工場廃液の処理２食品の濃縮等のように、実際
には液−液若しくは液−膜分離であり、気−膜分離、す
なわち２種以上の混合ガスの分離についてはほとんど至
っていない。

ガスの膜分離が実用化されない理由としては、選択透過
性が小さいこと、すなわち特定の気体を選択的に通し、
他の気体をほとんど通さないという膜がないために、高
純度の気体を得るためには膜分離を幾度か繰り返す多段
方式を採用する必要があり、そのだめに装置が大きくな
り過ぎることと、透過量が非常に小さくなり、大量のガ
スを生産できないからである。しかしながら、選択透過
性の点から考えると、ガスの最終用途として必ずしも高
純度のガスを必要としない分野も多々ある。

例えば、酸素の場合で考えると、高炉送風用、燃焼補助
用９石油蛋白プロセス用、汚泥処理用、あるいは医療に
おける酸素吸入器等では高純度酸素は必ずしも必要とし
ない。そればかりではなく、高純度酸素では、炉の損傷
、火災の危険、未熟児の失明等と言ったように、かえっ
て不都合な問題が生じてくるのである。

上記用途に使用される酸素富化空気を得る方法として、
従来は高純度酸素を空気分離装置（空気液化法）で製造
し、次いで空気と混合して目的の酸素濃度としてきた。

しかし、かかる方法では、高純度酸素は一般に圧力容器
に入っているので、圧力容器の取扱いの危険性、あるい
は混合ガス濃度を一定とするだめの圧力調整器の必要性
、その操作の煩雑性等々の問題が多い。

そこで低純度あるいは中間純度の酸素富化空気を得る方
法としては、膜分離による空気分離の方法があり、直接
酸素富化空気が得られ操作も簡単で安全性が高く、かつ
経済的にも有利である。

従来、膜分離による酸素富化空気の製造法としては、二
つの方法が知られている。１つにはポリエチレン、ポリ
スチレン、ポリスルホンあるいはポリエチレンテレフタ
レート等の中空繊維を用いる方法であり、他の方法とし
ては、高分子の超薄膜を用いる方法である。中空繊維を
用いる方法は単位体積当りの表面積を大きくし、透過量
を増大させるものであるが、実用上の透過量を得るため
には装置的にはまだ大きく簡便ではない。それに対し、
極薄膜は透過量が膜厚に反比例することを利用して透過
量を増大させているものであり、膜厚が薄くなればなる
ほどコンパクトな分離装置ができる。

このことは、均一膜中を気体が透過する時、その量は一
般的に次式にて表わされるという事実により容易に考え
られることである。

Ｑ、気体の透過速度ＧＯ（ＳＴＰ）／５ａｃＰ；気体透
過係数ＣＣ（ＳＴＰ）−１ｙＪ−ｄｇ−８ｅＣ（ｐ、ｐ
２）；膜の両側の分圧差ｔ７ｎＨｇＡ；膜面積　ｃａ　
（１；膜厚　ｍ 高分子の超薄膜の素材とじては、今までいろいろと取り
上げられている。例えば、シリコーンの透過性の良さを
利用し、オルガノンロキサンーポリカーボネート共重合
体が、米国のゼネラル・エレン）　ＩＪツク社から発表
され、同様の共重合体もいくつか出されている。シリコ
ーンを主成分とした共重合体の場合、確かに透過係数は
大きいのであるが、その分離係数が小さく、例えばオル
ガノシロキサン−ポリカーボネート共重合体膜の場合、
酸素の透過係数は１０〜１ｏ（ＣＣ−Ｃｒｎ／ｃｄ−８
ｅＣ・ｃｍ　Ｈｇ　）と太きいが、酸素分離係数（Ｐｏ
２／ＰＮ２）は２．０〜２．４と小さい。よって、極め
て低濃度の場橙には有利であり、捷だシリコーンが主成
分であるが故に、補強として使用している、例えばポリ
プロピレン等の多孔質支持体との接着性に優れているの
であるが、結果的に得られる酸素濃度に限界がある。

分離係数（ＰＯ２／ＰＮ２）と酸素透過係数とは本来相
反する関係にあり、分離係数の高くなるほど、その酸素
透過係数は小さくなっていくが、現在、この両者のバラ
ンスがとれ、しかも薄膜化Ａ二可能力高分子が、ポリ（
４−メチルペンテン−１）。

ポリフェニレンオキサイド、ポリスチレン、ポリブタジ
ェン等々、見い出されている。

しかしながら、これらの高分子の超薄膜は、例えばポリ
プロピレン等の多孔質支持体に直接接着せず、シリコー
ンの共重合体をこれらの仲たちとする複合膜構造にする
か、接着してないま壕、ポンプにて吸引し、無理矢理付
着させるかであった。

しかし、これらの方法の場合、仲たちとして存在するシ
リコーンの共重合体膜の影響が大きく、壕だ、ポンプに
よる吸引の場合は、接着不良のため、本来の特性が発揮
されず、ピンホールの発生をさけることができず、その
発生したピンポールを修復するために、パッチつぎ当て
という煩雑な操作を必要としていた。

発明の目的 本発明は以上のような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、高分離性を有する高分子薄膜とそれを補
強する多孔質支持体とを容易に接着させ、かつ膜特性を
向上させる方法を提供することを目的とするものである
。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、多孔質支持体を有
機溶剤に含浸させた後、分離膜本体に付着させ、この状
態で前記有機溶剤を蒸発させて多孔質支持体に分離膜本
体を直接接着させるものであり、従来の方法に比べ接着
が極めてスムーズであり、膜特性をも向上させるもので
ある。含浸の方法としては、浸漬法、スプレーによる方
法等が考えられるが、いずれでも良い。また、含浸に使
用する有機溶剤は、分離膜本体及び使用する多孔質支持
体を溶解させないものがより好ましく、中でもメタノー
ル、エタノール等のアルコール類及びアセトン等のケト
ン類が最適である。すなわち、有機溶剤としては、メタ
ノール、エタノール、イングロビルアルコール、アセト
ン、メチルエチルケトン、エチルセルソルブ、ジメチル
アセトアミド、ベンゼン、トルエン、キシレン及びこれ
らの混合溶剤より選ばれた少なくとも一種を用いる。

また、分離膜本体としては、ポリ（４−メチルペンテン
−１）、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタンエン、
ポリスチレン、ポリエチレングリコール、ポリブテン、
ポリイソブチン、ポリヘキサン、ポリアセチレン及びこ
れらの誘導体より選ばれた少なくとも一種からなるもの
を用いる。

実施例の説明 以下に、実験例を中心に実施例を挙゛けて本発明を更に
詳しく記述するが、実施例はあく寸でも本発明を説明す
るだめのものであって、それに限定されるものではない
。

く比較例１〉 ポリ（４−メチルペンテン−１）を三片石油化学（株）
製ＤＸ８１０　シクロヘキサンにて加熱攪拌溶解させて
３ｗｔ％溶液とする。それに、アニオン性界面活性剤を
添加し水面上での拡がり調整を行なった。その後、水面
上にて均一なポリ（４−メチルペンテン−１）の薄膜を
形成させ、その上に多孔質支持体（ポリプラスチック（
株）製、ジュラガード＆、　２４００　）を載せて、ポ
ンプの吸引により膜を支持体に付着させた。このザンプ
ルを、流量計にて測定したところ、酸素の透過秒数が３
ｓｅｃ／ＱＣであり、その時の分離係数（Ｐｏ２／ＰＮ
２）は２．２と低く、ピンポールが発生している。

〈比較例２〉 比較例１と同様に、水面上にポリ（４−メチルペンテン
−１）の薄膜を形成させ、予めシリコーン共重合体をコ
ーティングした多孔質支持体（ジュラガードＩＥｒ、　
２４００　）を、ポリ（４−メチルペンテン−１）の薄
膜と貼り合わせた。この載、ポリ（４−メチルペンテン
−１）の薄膜と多孔質支持体との接着性は向上したが、
流量計にて透過測定を行なったところ、酸素透過秒数が
６ｓｅｃ／ＧＣにて分離係数（Ｐｏ２／ＰＮ２）が３．
３と思わしくなかった。

〈実施例１〉 比較例１と同様に、水面上にポリ（４−メチルペンテン
−１）の薄膜を形成し、その上に予めメタノールに浸漬
中の多孔質支持体を取り出して付着させる。その後、乾
燥させて、ポリ（４−メチルペンテン−１）と支持体の
接着を完了した。流量計による測定の結果、酸素透過秒
数が４，５５ｅｅ７ｃｃ　にて分離係数（Ｐｏ２／ＰＮ
２）は３．８であり、飛躍的に特性が向上した。また、
４８ｅｃ／ｃｃでは分離係数は３．５であった。

〈実施例２〉 実施例１と同様の操作にて、浸漬溶〜媒としてアセトン
を用いて行なった。メタノールと同様、乾燥後に接着が
完了し、その特性は、酸素透過秒数６ｓｅｃ／ＱＣにて
分離係数が３６９であった。

〈実施例３〉 ポリフェニレンオキサイド（以下ＰＰＯという）をトル
エンに溶解し、２ｗｔ％浴液とした。次いで、これを水
面上に滴下してＰＰＯの薄膜を形成させた。次に、実施
例１と同様に、多孔質支持体をメタノールに浸漬させて
、接着を行なった。乾燥後、流量計による測定を行なっ
たところ、酸素透過秒数が５．６　ｓｅｃ／ＣＯで、分
離係数は４．１であった。

〈実施例４〉 実施例３と同様に、水面上にｐｐｏの薄膜を形成させ、
次に多孔質支持体をエタノールに浸漬させて、接着を試
みた。乾燥後、ｐｐｏの薄膜と支持体は接着し、流量計
にて測定を行なったところ、酸素透過秒数５．２　ｓｅ
ａ／ＣＣで、分離係数は３．９であった。

以上の実施例１〜４と比較例１〜２では、分離膜材料と
しては、ポリ（４−メチルペンテン−１）とポリフェニ
レンオキサイドを、浸漬有機溶剤としては、メタノール
、エタノール、アセトンを代表例として示した。今まで
の説明では、全てのも′吃、を網羅しているとは言い難
いが、本発明が他の材料並びに他の溶剤においても同様
の効果が得られることは容易に類推できる。

発明の詳細 な説明したように本発明は、一般的に接着能の乏しい高
分子薄膜と、ポリプロピレンのような多孔質支持体との
接着を行なう際に、支持体を有機溶剤に含浸させるだけ
で、確実に接着できるものであり、従来に比べて、極め
て簡単に、よりスムーズに接着することができる。しか
も、従来のように、分離膜本体と支持体の間に接着補助
的な物質を設ける必要も々く、そのために、膜特性も極
めて良好である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高分子よりなる分離膜本体を多孔質支持体に接着
   する際に、前記多孔質支持体を有機溶剤に含浸させた後
   、前記分離膜本体に付着させ、この状態で前記有機溶剤
   を蒸゛発させて多孔質支持体に直接分離膜本体を接着さ
   せることを特徴とする分離膜の製造方法。
2. （２）分離膜本体が、ポリ（４−メチルペンテン−１）
   、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジェン、ポリス
   チレン、ポリエチレングリコール。 ポリブテン、ポリイソブチン、ポリヘキセン。 ポリアセチレン及びこれらの誘導体より選ばれた少なく
   とも一種からなる特許請求の範囲第１項記載の分離膜の
   製造方法。
3. （３）　有ｉｉ剤が、メタノール、エタノール、イソプ
   ロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、エ
   チルセルノルブ、ジメチルアセトアミド、ベンゼン、ト
   ルエン、キシレン及ヒコレらの混合溶剤より選ばれた少
   なくとも一種である特許請求の範囲第１項記載の分離膜
   の製造方法。