JPS61114714A - Production of composite membrane for separating gas - Google Patents
Production of composite membrane for separating gasInfo
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- JPS61114714A JPS61114714A JP25055485A JP25055485A JPS61114714A JP S61114714 A JPS61114714 A JP S61114714A JP 25055485 A JP25055485 A JP 25055485A JP 25055485 A JP25055485 A JP 25055485A JP S61114714 A JPS61114714 A JP S61114714A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガス分離に適する複合膜を製造する方法および
そのような方法によって得られる複合膜IC関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing composite membranes suitable for gas separation and to composite membrane ICs obtained by such a method.
固体フィルムを通過する透過速度の差に基づいて低分子
量のガスを分離するという考えは新しいものではない。The idea of separating low molecular weight gases based on differences in permeation rates through solid films is not new.
約150年前に、天然ゴムはある種のガスに対してはそ
の他のガスに対するよりも透過性が良いということが観
察された。しかし、ガス分離のための膜分離法が従来の
低温分離法に ・実際的に代替し得るものと認められ
るようになったのはやつと過去数年のことである。簡単
でかつエネルギー効率のよい商業的方法が要求されたの
で、がス分離用に膜技術を応用することに関心の波が高
まるに到った。About 150 years ago, it was observed that natural rubber is more permeable to some gases than others. However, it is only in the past few years that membrane separation methods for gas separation have been recognized as a practical alternative to conventional low-temperature separation methods. The need for simple and energy efficient commercial methods has led to a wave of interest in applying membrane technology for gas separation.
1866年に、固体フィルム全通るガスの透過は次の段
階から成る6段過程であるという理論が提起された。In 1866, the theory was proposed that the permeation of gas through a solid film is a six-stage process consisting of the following steps:
(1)膜の一つの界面におけるガスの溶解、(2)反対
側の界面へのガスの拡散、および(31反対側の界面に
おけるガスの脱離、または放出。(1) dissolution of the gas at one interface of the membrane, (2) diffusion of the gas to the opposite interface, and (31 desorption, or release of the gas at the opposite interface).
この機構は透過の溶解−拡散モデルとして知られている
が、未だに透過過程の有用な説明でありかつ最新の透過
性の理論の基礎とし℃役立っている。This mechanism, known as the dissolution-diffusion model of permeation, remains a useful explanation of the permeation process and serves as the basis for modern permeability theory.
まず透過過程の第2段階、拡散、金考えると、フィック
の法則を等方かつ均一性の膜を横切る低分子量のガスの
移動を定量的に説明するために使用することができる。Considering first the second step of the permeation process, diffusion, Fick's law can be used to quantitatively describe the movement of low molecular weight gases across an isotropic and homogeneous membrane.
平たいシート状の膜につき、流束Jは次式により表わさ
れる。For a flat sheet-like membrane, the flux J is expressed by the following equation:
δC
、T = −D −(1)
X
上式中、Dは局部相互拡散係数、セしてCは膜の界面か
らの距離Iにおけるガスの濃度である。この方程式を膜
の厚さにわたって(x=0からX=tまで)積分すると
次の形のフィックの法則に導かれる。δC, T = −D −(1) Integrating this equation over the thickness of the film (from x=0 to X=t) leads to Fick's law of the form:
上式中、C2とC1は各界面におけるフィルムのすぐ内
側の透過するガスの濃度である。方程式(1)と(2)
は透過の第2段階、すなわち膜を横切る拡散のみを説明
する。さらに、膜の内部の特定の点におけるガスの濃度
を測定するごとは娯しいので、これらの濃度全便か外部
の、より容易に測定される変数と関係づけることが必要
である。ヘンIJ−の法則によると、希薄溶液について
溶解したガスの濃度Cはその溶液と接触するガスの分圧
に比例する。where C2 and C1 are the concentrations of permeating gas just inside the film at each interface. Equations (1) and (2)
describes only the second stage of permeation, diffusion across the membrane. Furthermore, since it is difficult to measure the concentration of gas at specific points inside the membrane, it is necessary to relate these concentrations to external, more easily measured variables. According to Henn's law, the concentration of dissolved gas, C, for a dilute solution is proportional to the partial pressure of the gas in contact with the solution.
C= Sp (3)上式中、日
は溶解度係数(ヘンリーの法則の定数の逆数)である。C= Sp (3) In the above formula, day is the solubility coefficient (the reciprocal of the constant of Henry's law).
方程式(2)と(6)ヲ組合せるとガスに対する膜の透
過度は次の式で表わされる。Combining equations (2) and (6), the permeability of the membrane to gas is expressed by the following equation.
上式中下は、平均透過係数五と平均溶解度係数iとの積
として定義される平均透過係数であり、セしてΔpは膜
の両側の間の圧力差である。The lower part of the above equation is the average permeability coefficient defined as the product of the average permeability coefficient 5 and the average solubility coefficient i, where Δp is the pressure difference between the two sides of the membrane.
いま考えられ℃いるポリマー/透過物系に応じて、万と
百(従つ℃下)は圧と温度によつ℃影褥される。しかし
、例えば酸素と窒素のような単純なガスについては、石
、百および下は通常大抵のポリマーについて温度と王の
適度の範囲に亘って一定であると考えられる。ある特定
のガスの透過度は相異なるポリマーの間で多くの位数の
大きさに亘って変化することもあるけれども、ある特定
のポリマーの種々の透過物に対する透過度はすっと狭い
範囲に入る。これらの透過係数のうちの一つの他のもの
に対する比はガスの相対的透過速度、従って膜の透過選
択性の有用な尺度である。この髪は理想分離像&!(6
g )と呼ばれ、そして次の表現によって定義される。Depending on the polymer/permeate system now considered, tens of thousands (and therefore below) degrees Celsius will be affected by pressure and temperature. However, for simple gases such as oxygen and nitrogen, the temperature range is usually considered constant over a reasonable range of temperature and temperature for most polymers. Although the permeability of a particular gas may vary over many orders of magnitude between different polymers, the permeability of a particular polymer to various permeates falls within a much narrower range. The ratio of one of these permeability coefficients to the other is a useful measure of the relative permeation rate of gas and therefore of the permselectivity of the membrane. This hair is an ideal separation image! (6
g) and is defined by the following expression:
上式中下1と下jは夫々成分1と−の透過係数であり、
下付き記号1はより高い透過性の成分を通常表わす。膜
分離用の材料を選択する際にしばしば引用される一般論
は、あるがス混合物の一つの成分について高い選択性を
示すポリマーはしばしは透過度が低いが、また透過度の
高いポリマーは混合物の成分の間を区別することがより
少ないということである。In the above equation, lower 1 and lower j are the transmission coefficients of components 1 and -, respectively,
The subscript 1 usually represents the more transparent component. A general theory often cited when selecting materials for membrane separations is that polymers that exhibit high selectivity for one component of a mixture often have low permeability; This means that there is less differentiation between the components of .
酸素と窒素の多くのポリマーについての透過係数と′理
想分離係数の例を次表に示す。Examples of permeability coefficients and 'ideal separation factors for many oxygen and nitrogen polymers are shown in the following table.
px 1010
理想
シリコンゴム 281 605 2.15ポ
リ(フェニレン
オキシド’) 3.81 15.8 4.
15ポリスチレン 0.83 2.5 3.
01ポリカーボネート 0.3 1.4 4
−67ポリスルホン 0.24 1.3 5
.41上表において、下がポリマーの間で4の位数の値
に亘って変化しているが、しかしαの値は同じ位数であ
ることを見ることができる。同様にかなり重複はあるけ
れども、低い透過度と高い選択性およびその反対の関係
がある。この観察の理由の一つは、拡散過程におけるポ
リマーの物理的状態の影響である。px 1010 Ideal silicone rubber 281 605 2.15 Poly(phenylene oxide') 3.81 15.8 4.
15 Polystyrene 0.83 2.5 3.
01 Polycarbonate 0.3 1.4 4
-67 polysulfone 0.24 1.3 5
.. 41 In the table above, it can be seen that the bottom varies over values of an order of four between the polymers, but the values of α are of the same order of magnitude. There is also a relationship between low permeability and high selectivity and vice versa, although there is considerable overlap. One of the reasons for this observation is the influence of the physical state of the polymer on the diffusion process.
状態の真の変化は含まれないとはいえ、ポリマーはガラ
ス状態かまたはゴム状態のいずれかに存在するものとし
て分類される。ホリマーを溶融物から冷却させると、ま
ずゴム状になる物質を生じ、さらに温度が下がるに従っ
て、次に硬くて脆いガラス状の物質を生じる。ポリマー
がゴム状からガラス状の物質に変形する温度はガラス転
移点Tgである。Tg以下では鎖セグメントの小範囲の
共働運動以外には十分な熱エネルギーは利用されない。Polymers are classified as existing in either a glassy or rubbery state, although no true change of state is involved. When the polymer is cooled from the melt, it first forms a rubber-like material and then, as the temperature is further reduced, a hard, brittle, glass-like material. The temperature at which a polymer transforms from a rubbery to a glassy substance is the glass transition point Tg. Below Tg, not enough thermal energy is available for anything other than a small range of cooperative motion of the chain segments.
Tg以上ではポリマー鎖の比較的長いセグメントを運動
させ得る程十分なエネルギーが利用される。長い鎖セグ
メントの運動を収容できるためには、ポリマーの自由容
積が必要である。鎖セグメントを収容する他に、この自
由容積は透過ガスによって満されることがある。ゴム状
ポリマー内では、自由容積は、その中でポリマー母材中
の孔が連続して作られて鎖の運動によって満される動力
学系と見なされるべきである。他方、ガラス状ポリマー
はゴム状ポリマーよりもはるかに少ない自由容積を含有
しており、かつ母材中の孔は比較的空間に固定されてい
る。ガラス状ポリマーには全自由容積がずっと小さいの
で、透過度は低くなる傾向にあり、その一方孔の大きさ
のより狭い分布はこれらのポリマーが相異なる大きさの
分子を区別するごとをより容易になし得るようにする。Above the Tg, sufficient energy is available to move relatively long segments of the polymer chain. Free volume of the polymer is required to accommodate the motion of long chain segments. In addition to accommodating chain segments, this free volume may be filled by permeate gas. Within rubbery polymers, the free volume should be considered as a dynamic system in which pores in the polymer matrix are successively created and filled by the movement of the chains. On the other hand, glassy polymers contain much less free volume than rubbery polymers, and the pores in the matrix are relatively spatially fixed. Because glassy polymers have a much smaller total free volume, their permeability tends to be lower, while the narrower distribution of pore sizes makes it easier for these polymers to distinguish between molecules of different sizes. do what you can.
工業的ガス分離のための透過工程を設計するに際して、
最大の関心事は製品の純度と生産速度である。それ放膜
の選択に当って、製品について高い固有透過度を示し、
かつ混合物の他の成分に対して低い固有透過度を示す膜
、すなわち、高透過度と高選択性を示す膜が求められる
。これらの特性を同時に一つのポリマーに見出すことは
殆どない。このジレンマは工業的ガス分離に十分に役立
つ膜分離法の開発における重要な因子である。When designing a permeation process for industrial gas separation,
The biggest concerns are product purity and production speed. In selecting the membrane, it shows a high specific permeability for the product,
A membrane is also required that exhibits a low specific permeability relative to other components of the mixture, ie, a membrane that exhibits high permeability and high selectivity. These properties are rarely found simultaneously in one polymer. This dilemma is an important factor in the development of membrane separation methods that are fully useful for industrial gas separation.
幸いなことに、ガス混合物の一つの成分に対して高い選
択性を示す膜は全体の透過度の低いことのみを理由に放
棄する必要はない。方程式(4)ヲよく調べると、流束
は膜を横切る圧力差を増すことにより、または膜の厚さ
を減じることにより増すことができることを示している
。その上、透過器の設計もまた流束ならびに実際に達成
し得る膜の選択率に影響を与える。Fortunately, membranes that exhibit high selectivity for one component of a gas mixture need not be abandoned solely because of low overall permeability. A closer look at equation (4) shows that the flux can be increased by increasing the pressure differential across the membrane or by decreasing the membrane thickness. Moreover, the permeator design also influences the flux as well as the membrane selectivity that can actually be achieved.
実施の場合に、がスの膜分離は分離されるガス混合物の
供給流を膜の表面上に通すことによって行なわれるが、
ガスの一部だけを透過させ、そして透過しないガス(ラ
フィネート)を再循環させるかまたは他の透過室へそれ
を送る。ガスの透過のための駆動力は膜を横切る圧力差
であり、その圧は供給側にかける静水圧かまたは透過室
の製品側にかける真空のどちらかまたは両方によって維
持される。膜を通るガス混合物の各通過を以下に分離の
ステージ(段階)と呼び、そして透過分率、金ステージ
カットと呼ぶ。ステージの数の増加は結果として単一の
ステージの工程において得られるよりも高い純度の製品
を生成する。しかし、各ステージにおいてガスを再圧務
するコストは、モデュールを追加するコストと同様に、
しばしば実施を不可能にする。In practice, membrane separation of gases is carried out by passing a feed stream of the gas mixture to be separated over the surface of the membrane,
Only a portion of the gas is permeated and the unpermeated gas (raffinate) is recycled or sent to another permeation chamber. The driving force for gas permeation is the pressure differential across the membrane, which is maintained by either hydrostatic pressure on the feed side or vacuum on the product side of the permeation chamber, or both. Each pass of the gas mixture through the membrane is hereinafter referred to as a stage of separation, and the permeation fraction, gold stage cut. The increase in the number of stages results in a product of higher purity than that obtained in a single stage process. However, the cost of repressurizing gas at each stage is similar to the cost of adding modules.
often makes implementation impossible.
ステージカットも透過速度と同様に選択性に影響する。Stage cut also affects selectivity as well as permeation rate.
透過を許されるガスの量が多い程、それだけ真の分離度
は低くなる。膜の表面全横切るガス流の様式もその工程
の選択力に影響する。しかし、ステージカットが非常に
低い場合には、この効果は最小になる。The greater the amount of gas that is allowed to pass through, the lower the true degree of separation. The mode of gas flow across the surface of the membrane also affects the selectivity of the process. However, if the stage cut is very low, this effect will be minimal.
方程式(4)に記述された流束は単位面積当りの透過速
度であるので、膜の生産性を向上させる他の一つの方法
は膜の表面積を増すことによる。単純にモデュールを追
加することは表面積を増加させる一つの方法であるが、
しかしたいていポリマーのがスに対する透過度は低いの
で、満足すべき透過速度を生じさせるためには何百万平
方フィートも必要となることもあって、この方法を非実
際的にする。Since the flux described in Equation (4) is the permeation rate per unit area, another way to improve membrane productivity is by increasing the surface area of the membrane. Simply adding modules is one way to increase surface area, but
However, the permeability of polymers to gas is often low, potentially requiring millions of square feet to produce a satisfactory permeation rate, making this method impractical.
単位容積当りより大きな膜表面を与える構造に膜を詰め
込むという主題に対してかなりの研究がなされた。それ
により開発されて最も成功した2種の様式はらせん状に
巻いた膜と中空糸膜であった。特に中空糸は極めて高い
表面積対容積比を提供する。例えば、0.6rn3の膜
装置が500 fi”程も犬ぎい表面積を含む。これに
比較してらせん巻きの膜では同容積で201n”である
。中空糸技術の使用にさらに付加する利点は中空糸の自
己支持性であつ℃、中空糸を収容するための装置の製造
コストを最小にする。Considerable research has been devoted to the subject of packing membranes into structures that provide greater membrane surface per unit volume. The two most successful formats developed thereby were spiral wound membranes and hollow fiber membranes. Hollow fibers in particular offer extremely high surface area to volume ratios. For example, a 0.6rn3 membrane device contains as much as 500 fi'' of surface area, compared to 201 n'' for the same volume in a spirally wound membrane. An additional advantage of using hollow fiber technology is the self-supporting nature of the hollow fibers, which minimizes the cost of manufacturing equipment for housing the hollow fibers.
膜を横切る圧力差は膜の流束に影響することが示された
。ガス混合物の真の分離もまた膜の供給側と製品側の間
の圧力差に依存することが示された。2成分の分離にお
ける膜の高圧(原料)側の圧の膜の低圧(製品)側の土
に対する比で1供給原料中の透過度のより高い成分のモ
ル分率XA%および方程式(5)に定義されたような理
想分離係数(α*)に基づき、実の分離係数αについて
次無限の供給圧の極限値において、実の分離係数が理想
分離係数に接近することが見られる。高い流束と選択率
の維持のために要求される高い作業圧力と共に、そのよ
うな条件ならびに供給混合物の圧縮のためのエネルギー
消費の堆加に耐えるごとのできる膜と装置に対する要求
が生ずる。It has been shown that the pressure difference across the membrane affects the membrane flux. It has been shown that the true separation of gas mixtures also depends on the pressure difference between the feed and product sides of the membrane. In the separation of two components, the ratio of the pressure on the high-pressure (feedstock) side of the membrane to the soil on the low-pressure (product) side of the membrane 1 The molar fraction of the more permeable component in the feedstock, XA%, and equation (5) Based on the ideal separation factor (α*) as defined, it can be seen that the actual separation factor approaches the ideal separation factor in the limit value of the next infinite supply pressure for the actual separation factor α. With the high working pressures required to maintain high fluxes and selectivities, comes the need for membranes and equipment that can withstand such conditions as well as the added energy consumption for compression of the feed mixture.
膜の流束を最大にするためのすべ【の研究方法のうちで
、膜自身の厚さを減することほど多くの関心をひきつげ
たものはおそらく他になかった。Of all the ways to maximize membrane flux, perhaps no other has attracted as much interest as reducing the thickness of the membrane itself.
しかし、この研究方法は、最近20年以内に’Pつと克
服された二つの重大な欠点がある。ガスの分子は非常に
小さいのでピンホール(または膜表面の顕微鏡的欠陥で
さえも)が膜をガス分離用に使えなくするに十分である
。従来の流延技術によって欠陥のない極薄の膜を流延す
ることは極めて難かしい。その上に膜が流延される表面
にある凹凸は膜の購造内に取り込まれて、それは極薄の
膜にとっては膜の厚さに比較し得る大きさのこともある
。0れらの凹凸はピンホールを生じさせ、それを通して
ガスの大量の流れが起り、従って透過選択性を失なわさ
せる。次に、極薄の膜は極めて脆弱であるので、膜分離
工程で受けなければならない圧に耐えられないことがよ
くある。However, this research method has two major drawbacks that have been overcome within the last 20 years. Gas molecules are so small that a pinhole (or even a microscopic defect in the membrane surface) is sufficient to render the membrane unusable for gas separation. It is extremely difficult to cast ultra-thin films without defects using conventional casting techniques. Irregularities on the surface onto which the membrane is cast are incorporated into the fabric of the membrane, which for very thin membranes can be as large as the thickness of the membrane. These irregularities create pinholes through which a large flow of gas occurs, thus causing a loss of permselectivity. Second, ultrathin membranes are extremely fragile and often cannot withstand the pressures they must undergo in membrane separation processes.
た。アシンメ) IJソックいう用語は、比較的密な′
極薄の皮膜が下敷きの開口多孔質の構造の上に量かれて
いる膜の形態を意味する。この型の膜を流延するために
は、まず水と混和できる溶媒中のポリマー溶液を普通の
方法でガラス板の上に流延する。膜の表面近くの溶媒が
蒸発してポリマーを凝縮させるため短時間放置した後、
ガラス板金水中に浸漬して、そこでポリマーは凝縮する
と、水は溶液中に拡散し、そして溶媒も拡散して出るの
で、多孔質の母材を形成する。この方法で形成された密
な層は膜の全厚の小部分のみに相当するので、これらの
膜の流束は同等の厚さの密な等方性の膜によって示され
るものよりもはるかに高い。密な分離層は、膜に機械的
強さを与える多孔質の支持母材の上に置かれている。Ta. Asymmetry) The term IJ sock is a relatively dense
Refers to a membrane configuration in which an ultra-thin coating is deposited on an underlying open porous structure. To cast this type of membrane, a solution of the polymer in a water-miscible solvent is first cast onto a glass plate in a conventional manner. After a short period of time for the solvent near the surface of the membrane to evaporate and condense the polymer,
When the glass sheet metal is immersed in water, where the polymer condenses, the water diffuses into the solution and the solvent also diffuses out, forming a porous matrix. Because the dense layers formed in this way represent only a small fraction of the total membrane thickness, the flux of these membranes is much greater than that exhibited by dense isotropic membranes of comparable thickness. expensive. A dense separation layer is placed on a porous support matrix that provides mechanical strength to the membrane.
これらの膜は逆浸透の応用面においては非常な成功をお
さめたが、しかしそれらのガス分離への効用は疑問であ
る。液体に対しては不浸透性と考えられようが、その密
な皮膜でさえも代表的なガス分子よりも大きな孔を含有
している。例えば、高温で膜をアニールするような後処
理が表面層の孔の大きさ金小さくするために使われた。These membranes have been very successful in reverse osmosis applications, but their utility in gas separation is questionable. Although it may be considered impermeable to liquids, even its dense coating contains pores larger than a typical gas molecule. For example, post-treatments such as annealing the film at high temperatures have been used to reduce the size of the pores in the surface layer.
しかし、この後処理が成功するためには、表面の多孔度
が表面積の10″″6%よりも小さくならなければなら
ない。その上、これらの後処理は膜流束をかなり減じる
傾向がある。However, for this post-treatment to be successful, the surface porosity must be less than 10''6% of the surface area. Moreover, these post-treatments tend to significantly reduce membrane flux.
アシンメトリツク膜における表面多孔性の効果を除くた
めの他の一つの解決法かへニスとトリポジ(Hen1s
ana Tripodi )によって米国特許第4.
230,463号(1980年10月28日発行)に述
べられている。これは閉塞的接触でポリマーにより被覆
された多孔質基材を示している。ヘニスらの研究方法は
高透過性のポリマー(例えば、シリコーンゴム)の薄い
層を、分離されるべきガス混合物の一つの成分につぎ良
好な両肩選択率を示す多孔質のアシンメトリツク膜の表
面に析出させることであった。この方法で表面の孔を封
止するごとにより、下にある多孔質ポリマー材料の選択
性の大部分は維持され、しかも全体の透過度は非常に高
く留まることが見出された。2種(またはそれ以上)の
積層されたフィルムから成る膜は複合膜と呼ばれる。′
電気回路における電流に似て、これらの複合膜の最終的
特性は構成する部分夫々の抵抗に関係する。この場合で
は、コーティング材料、基材、および充填された孔のガ
ス流に対る抵抗に関係する。Another solution to eliminate the effect of surface porosity in asymmetric membranes is varnish and tripod.
ana Tripodi) in U.S. Patent No. 4.
No. 230,463 (published October 28, 1980). This shows a porous substrate coated with polymer in closed contact. Hennis et al.'s research method involves applying a thin layer of highly permeable polymer (e.g. silicone rubber) to one component of the gas mixture to be separated on the surface of a porous asymmetric membrane that exhibits good bilateral selectivity. The purpose was to precipitate it. It has been found that by sealing the surface pores in this manner, much of the selectivity of the underlying porous polymeric material is maintained, yet the overall permeability remains very high. Membranes made of two (or more) laminated films are called composite membranes. ′
Similar to the electrical current in an electrical circuit, the ultimate properties of these composite membranes are related to the resistance of each of their constituent parts. In this case, it concerns the resistance of the coating material, the substrate, and the filled pores to gas flow.
複合膜のある特定の成分についての抵抗(R)は次の方
程式によって与えられる。The resistance (R) for a particular component of the composite membrane is given by the following equation:
を
上式中、tはその部分の厚さであり、Pは七の部分を構
成する材料の平均透過度であり、セしてAはその部分の
表面積である。複合膜のある特定のガスの流れに対する
全抵抗RTは相当する電流のそれと同じ仕方で計算され
る。2種の積層された欠陥のない層から成る複合膜の場
合については、RTは単に個々の層の抵抗の和である。where t is the thickness of the part, P is the average permeability of the material making up the part, and A is the surface area of the part. The total resistance RT of a composite membrane for a particular gas flow is calculated in the same way as that of the corresponding current. For the case of a composite membrane consisting of two stacked defect-free layers, RT is simply the sum of the resistances of the individual layers.
ヘニスらの型の複合膜についてRTは次の方程式によっ
て示される。For a composite membrane of the type of Hennis et al., the RT is given by the following equation:
上式中の下付き記号は膜の部分を表わす。孔の面積は全
表面積に比較して小さいと仮定すると、厚さを補正した
透過度(P/l )は次の方程式によって与えられる。The subscript in the above formula represents the part of the membrane. Assuming that the pore area is small compared to the total surface area, the thickness-corrected permeability (P/l) is given by the following equation:
上式中、A3は孔の表面積であり、そしてA2は膜の全
表面積である。Where A3 is the surface area of the pores and A2 is the total surface area of the membrane.
一対のガスについての厚さを補正した透過度の比は同様
に平均透過係数の比としての理想分離係数に等しい。複
合膜の選択率は確かに比較的高い表面多孔度のものまで
基材の固有選択率に近づくことは明らかである。従って
高い流束と同時に高い選択率を達成することが可能にな
る。The ratio of thickness-corrected permeabilities for a pair of gases is likewise equal to the ideal separation factor as a ratio of average permeability coefficients. It is clear that the selectivity of composite membranes does indeed approach the intrinsic selectivity of the substrate up to relatively high surface porosity. It is therefore possible to achieve high selectivity at the same time as high flux.
ヘニスらのこれらの複合膜における分離体は下にあるア
シンメ) IJツク膜である。それ故、分離用材料の選
定はアシンメトリツク膜をそれから流延するポリマーに
限定される。その上、複合膜中の材料の大部分は下敷の
構造内にあるので、この層を構成する材料は安価でかつ
容易に合成されるポリマーでなげれはならない。The separator in these composite membranes of Hennis et al. is the underlying asymmetric IJ membrane. Therefore, the choice of separation material is limited to the polymer from which the asymmetric membrane is cast. Moreover, since the majority of the material in the composite membrane is within the underlying structure, the material making up this layer must be an inexpensive and easily synthesized polymer.
分離層が安価な多孔質支持体の表面上に極薄フィルムと
して析出される膜の製造法は透過選択層として少量の高
価なまたは新型のポリマーを使用して膜を構成すること
全可能にする。七のような材料の使用はそれらの材料の
固有透過選択率の観 ・点から有利である。この方法
は実際にヘニスらの仕事に先立って採用されており、そ
して一般にガス分離用の高流束膜を開発するための最も
普通の方法となっている。The method of manufacturing membranes in which the separating layer is deposited as an ultrathin film on the surface of an inexpensive porous support makes it entirely possible to construct membranes using small amounts of expensive or novel polymers as permselective layers. . The use of materials such as No. 7 is advantageous from the point of view of the inherent permselectivity of those materials. This method actually preceded the work of Hennis et al. and has generally become the most common method for developing high flux membranes for gas separation.
多孔質の支持体の表面上に極薄フィルムを析出させるた
めに数種の方法が研究されてきた。最も単純でかつ最も
直接的な技法は単に支持フィルムをあるポリマーまたは
反応性モノマーに浸漬して被覆させ、次に乾燥および/
または加熱硬化させる方法である。しかし、この方法は
限定された用途にのみ、主として逆浸透膜の分野に応用
された。Several methods have been investigated for depositing ultrathin films on the surface of porous supports. The simplest and most direct technique is simply to coat the support film by dipping it in some polymer or reactive monomer, then drying and/or
Alternatively, it is a method of heating and curing. However, this method has been applied only to limited applications, mainly in the field of reverse osmosis membranes.
この技法に近い関係にあるものは、支持体の表面上での
反応性モノマーまたはポリマーの界面重合である。その
ような方法では、多孔質のフィルムをあるモノマーまた
はポリマーの水浴液で飽和させてから、次に水と混和し
ない溶媒に溶解された反応性中間体で処理する。モノマ
ーまたはポリマーの間の反応が界面においてのみ起るの
で、その結果生成する分離層は極めて薄い。これまで、
この方法は逆浸透分離用の膜を作るためにのみ商業的に
応用されてきた。A close relative of this technique is the interfacial polymerization of reactive monomers or polymers on the surface of a support. In such methods, a porous film is saturated with a water bath solution of some monomer or polymer and then treated with a reactive intermediate dissolved in a water-immiscible solvent. Since the reaction between the monomers or polymers takes place only at the interface, the resulting separation layer is extremely thin. Until now,
This method has been applied commercially only to make membranes for reverse osmosis separations.
多孔質支持体上へのポリマーの気相析出法は従来研究さ
れている有望な新技法であるが、しかしまだこの方法の
商業的に応用された例はない。The vapor phase deposition of polymers onto porous supports is a promising new technique that has been studied in the past, but there is no commercial application of this method yet.
支持層の上にフィルムを直接配置する他の一つの方法は
、そのフィルムを別に流延して作り、後にその極薄の分
離層を多孔質支持体上に積層する方法である。多分これ
を達成する最も容易な方法は、ガラス板をポリマーの希
薄溶液中に浸漬し、その板を引き上げてから溶媒を蒸発
させることである。残ったフィルムを、次にガラス板を
水に浸すことによりガラス表面からはがす。最後に、こ
のフィルムの1枚またはそれより多く全多孔質支持体の
上に注意深く重ねる。第2の方法は、疎水性溶媒中のポ
リマー溶液金水の表面に流延し、その溶液を展開させて
極薄フィルムを形成させる方法である。溶媒を蒸発させ
た後、フィルムを取り上げて、支持層の上に置く。これ
らの技法は、本質的に欠陥のない150オングストロー
ム程も薄い膜を流延して作るために役立つことが証明さ
れている。Another method of placing the film directly onto the support layer is to cast the film separately and then laminate the ultrathin separation layer onto the porous support. Perhaps the easiest way to accomplish this is to dip a glass plate into a dilute solution of the polymer, pull the plate out, and then allow the solvent to evaporate. The remaining film is then removed from the glass surface by immersing the glass plate in water. Finally, one or more layers of this film are carefully layered onto the fully porous support. The second method is to cast a polymer solution in a hydrophobic solvent onto the surface of gold water and spread the solution to form an ultra-thin film. After evaporating the solvent, the film is picked up and placed on the support layer. These techniques have proven useful for casting essentially defect-free films as thin as 150 angstroms.
上記の膜は、ガス分離に使用するために多孔質支持体の
上に単一のまたは多数の層として積層された。分離層の
薄いことは、膜流束を増加する観点から有利であるが、
これらの層が積層の際に傷つぎ易いので膜の製造手順を
複雑にする。多孔質ガラス状ポリマーの支持体上に極薄
のがラス状ポリマーフィルムから成る複合膜は操作の際
に特に傷つき易い。ブロウオルとサレム(Brovra
1’:t、 anaSalemme )は米国特許第3
.874.986号(1975年4月1日発行)におい
て、そしてブロウオル(Brovall )は米国特許
第3,980,456号(1976年9月14日発行)
におい℃、微孔質層と非孔質層の間にオルガノポリシロ
キサン−ポリカーボネート共重合体の中間層全挿入する
ことによりこの問題を解決している。この場合上記の中
間層はクッションと接着剤として役立っている。The above membranes were laminated as single or multiple layers onto porous supports for use in gas separation. Although a thin separation layer is advantageous from the viewpoint of increasing membrane flux,
These layers are easily damaged during lamination, complicating the membrane manufacturing procedure. Composite membranes consisting of ultrathin lath-like polymer films on porous glass-like polymer supports are particularly sensitive to damage during handling. Brovra and Saleem
1':t, anaSalemme) is U.S. Pat.
.. No. 874.986 (issued April 1, 1975), and Brovall U.S. Patent No. 3,980,456 (issued September 14, 1976).
This problem is solved by completely inserting an intermediate layer of organopolysiloxane-polycarbonate copolymer between the microporous layer and the non-porous layer. In this case, the intermediate layer mentioned above serves as cushion and adhesive.
支持構造と透過選択層を別々に流延して作ることの他の
一つの不利な点は平面シート膜のコーティングに対する
技術の限界である。中空糸形の平面シー)Mに対する利
点は既に前記に述べた。Another disadvantage of separately casting the support structure and permselective layer is the limitation of the technique for coating planar sheet membranes. The advantages over hollow fiber-shaped planar sheets M have already been mentioned above.
日本特許公告昭−57(1982]−105,203号
(1982年6月26日公告、東し株式会社出願)にお
いてヒロセとクリハラ(Hlroee anaKuri
hara )は、下記の一般式の反復単位から主として
成るアミノポリシロキサンを架橋化することにより製造
された選択的透過膜を記述している。Japanese Patent Publication No. 105,203 (published on June 26, 1982, filed by Toshi Co., Ltd.), Hirose and Kurihara
Hara) describes a selectively permeable membrane made by crosslinking an aminopolysiloxane consisting primarily of repeating units of the general formula:
H3CH3
(0M2)nX CH3上式中、又は
−NH2または1〜4の第1級または第2級アミノ基を
有しかつ脂肪族またはlIW環族であるアミノ基であり
、nは1〜10の整数であり、そして1とjはモル分率
を表わし、i+j=1.0、O61く1く1および0
<j <0.9の条件を満足させる。H3CH3 (0M2)nX CH3 in the above formula, or -NH2 or an amino group having 1 to 4 primary or secondary amino groups and being an aliphatic or lIW ring group, where n is 1 to 10 is an integer, and 1 and j represent the mole fraction, i + j = 1.0, O61 × 1 and 0
<j <0.9 is satisfied.
ヒロセとクリハラはアミノポリシロキサンを架橋剤、例
えば酸塩化物、酸無水物、イソシアネート、チオシアネ
ート、スルホニルクロリド、エポキシド、または各分子
に活性ハロゲンのような官能基を2個またはそれ以上含
有する化合物、によって架橋することを述べている。架
橋剤が水またはアルコールに可溶である場合には、アミ
ノポリシロキサンの溶液と架橋剤を混合して、多孔質支
持体の上に塗布する。架橋剤が水またはアルコールに不
溶の場合あるいは架橋剤がこれらの溶媒と反応する場合
には、膜は表面縮合によって作られる。アミノポリシロ
キサンをまず多孔質支持体の上に塗布して、ポリマー溶
液を特定の時間、好ましくは数秒〜60分間に孔の中に
浸透させる。支持体の表面は熱空気で乾燥することがで
きる。次に、アミノポリシロキサンのフィルムで被覆し
た支持体表面を、アミノポリシロキサン中のアミノ基と
反応し得る多官能架橋剤の浴液と接触させる。Hirose and Kurihara describe aminopolysiloxanes as crosslinking agents, such as acid chlorides, acid anhydrides, isocyanates, thiocyanates, sulfonyl chlorides, epoxides, or compounds containing two or more functional groups such as active halogens in each molecule. It states that cross-linking is achieved by If the crosslinking agent is soluble in water or alcohol, a solution of the aminopolysiloxane and the crosslinking agent are mixed and coated onto the porous support. If the crosslinker is insoluble in water or alcohol, or if the crosslinker reacts with these solvents, the membrane is produced by surface condensation. The aminopolysiloxane is first applied onto the porous support and the polymer solution is allowed to penetrate into the pores for a certain period of time, preferably from a few seconds to 60 minutes. The surface of the support can be dried with hot air. The surface of the support coated with the aminopolysiloxane film is then contacted with a bath of a polyfunctional crosslinking agent capable of reacting with the amino groups in the aminopolysiloxane.
多官能架橋剤用に好ましい溶媒は通常炭化水素法t、例
t%i石油エーテル、ヘキサン、またはへブタンである
。この溶媒中の架橋剤の適当な濃度は反応基材、架橋剤
、および溶媒によって異なるが、約0.1〜2N量%が
良好な結果を与える。架橋反応を完成するため通常加熱
が必要であり、−役に50°〜180℃において1〜6
0分加熱する。Preferred solvents for polyfunctional crosslinkers are usually hydrocarbon methods, eg petroleum ether, hexane, or hebutane. The appropriate concentration of crosslinking agent in this solvent varies depending on the reaction substrate, crosslinking agent, and solvent, but about 0.1 to 2N% gives good results. Heating is usually required to complete the crosslinking reaction, with temperatures ranging from 1 to 6
Heat for 0 minutes.
本発明は酸素−窒素ガス混合物をある複合材料を通過さ
せることにより前記混合物中の酸素ガス含量を増加させ
るために適する複合材料を製造する方法に関する。その
方法は、20〜250μ罵の厚さの、高度に多孔質のポ
リマー基材の少なくとも一つの表面上にアミノ有機官能
価を有するポリシロキサ/をコーティングし、その際ポ
リシロキサンは0.1μ凰〜20μ馬の厚さ含有する硬
化膜を与えるに十分な厚さに塗布され、そしてそのポリ
シロキサンは本質的に1〜9モル%の第1級アミノ有機
官能価金有するアミノシロキサン単位と91〜99モル
%の他の反復単位のランダム共重合体から成ること、お
よび基材上にコーティングしたポリシロキサンを、イソ
シアネートに非反応性の有機溶媒とジイソシアネートの
溶液と、架橋結合した膜を形成させるために十分な時間
接触させ、その際ポリシロキサンのジイソシアネートに
対する重量比が複合材料の透過係数に反比例する関係に
あること、から本質的になる。The present invention relates to a method for producing a composite material suitable for increasing the oxygen gas content in an oxygen-nitrogen gas mixture by passing the mixture through said composite material. The method comprises coating a polysiloxane with aminoorganic functionality on at least one surface of a highly porous polymeric substrate with a thickness of 20 to 250 μm, wherein the polysiloxane is 0.1 μm to 0.1 μm thick. The polysiloxane is coated to a thickness sufficient to give a cured film containing 20 μm thick, and the polysiloxane consists essentially of aminosiloxane units having 1 to 9 mole percent primary amino organofunctional gold and 91 to 99 The polysiloxane is composed of a random copolymer of mol % of other repeating units and coated onto the substrate with a solution of the diisocyanate in an organic solvent that is non-reactive to the isocyanate, to form a cross-linked film. This essentially consists of contacting for a sufficient period of time such that the weight ratio of polysiloxane to diisocyanate is inversely related to the permeability coefficient of the composite material.
本発明の一つの目的は空気中の酸素を濃縮するための膜
を製造する方法を提供することである。One object of the present invention is to provide a method of manufacturing a membrane for concentrating oxygen in air.
この膜に求められる特徴は酸素の良好な透過選択率(6
〜4の理想分離係数)、適度に高い流束、および中空糸
技術への適合であった。支持表面上に成分層全連接析出
させることによって調製された複合膜は前記の膜の要求
条件に最も良く適した。The characteristics required for this membrane are good oxygen permeation selectivity (6
(ideal separation factor of ~4), reasonably high flux, and suitability for hollow fiber technology. Composite membranes prepared by continuous deposition of all component layers on a supporting surface are best suited to the membrane requirements described above.
本発明の第2の目的は複数の膜の中に改良された中間層
を提供することである。特に、この層は分離層にクッシ
ョン金当てかうために役立ち、セしてまた透過したガス
金ポリスルホン(PSF )支持体の表面孔中へ送る通
路となる「ガター層」の役割をつとめ、かくして複合膜
の流束全分離用フィルムの有効表面積を増加させること
によって高める。A second object of the invention is to provide an improved intermediate layer within a plurality of membranes. In particular, this layer acts as a "gutter layer" that serves to pad the separation layer and provides a passageway into the surface pores of the gas-gold polysulfone (PSF) support through which it passes, thus making the composite The total flux of the membrane is increased by increasing the effective surface area of the film for separation.
本発明の複合材料を製造する方法はヒロセとクリハラに
より日本特許公告昭57C19821−105,203
号において便用された方法に似ている。本発明の方法は
アミノ有機官能価を有するポリシロキサン中の低いアミ
ノシロキサン単位の含量、すなわち1〜9モルチのアミ
ノシロキサン単位、の便用を許す。これらのアミノ有機
官能価を有するポリシロキサンは多孔質基材上でジイソ
シアネートにより架橋されて、ガス分離、特に空気のよ
うなガス混合物の酸素濃縮に役立つ複合材料を作ること
ができる。The method for producing the composite material of the present invention is disclosed in Japanese Patent Publication No. 57C19821-105, 203 by Hirose and Kurihara.
This is similar to the method used in No. The process of the invention allows the convenience of low aminosiloxane unit contents in polysiloxanes with aminoorganofunctionality, ie from 1 to 9 moles of aminosiloxane units. Polysiloxanes with these aminoorganic functionalities can be crosslinked with diisocyanates on porous substrates to create composite materials useful for gas separation, particularly oxygen enrichment of gas mixtures such as air.
ヒロセとクリハラの教示によると、ポリシロキサンが1
0モル%またはそれ以上のアミノシロキサン単位を有し
なげれば、そのポリシロキサンは十分に架橋することは
できないとい5゜本発明の方法はポリシロキサン中に1
0モルチより少ないアミノシロキサンを使用するのみな
らず、その結果得られる複合材料の透過係数をポリシロ
キサンの、そのポリシロキサンを架橋するために使用さ
れるジイソシアネートに対する重量比によって調節する
ことができることを発見している。前記の比を増加する
と、その複合材料について酸素と窒素のようなガスの透
過係数の減少が生じる。透過係数の変化は分離係数(S
F、α)に実質的変化を起させない。According to the teachings of Hirose and Kurihara, polysiloxane
Without 0 mole percent or more aminosiloxane units, the polysiloxane cannot be sufficiently crosslinked.
It has been discovered that not only can less than 0 molar aminosiloxane be used, but the permeability coefficient of the resulting composite material can be adjusted by the weight ratio of polysiloxane to diisocyanate used to crosslink the polysiloxane. are doing. Increasing the ratio results in a decrease in the permeability coefficients of gases such as oxygen and nitrogen for the composite material. The change in permeability coefficient is the separation coefficient (S
F, α) does not cause any substantial change.
支持層に例えはシートまたに中空糸であってよく、高度
に多孔質のポリマー、例えばポリスルホン(PSF)
、ポリスチレン、およびその他米国物許第4,230,
463号(多孔質基材を作ることのできる材料を示して
いる)に定義されているようなポリマー、から製造する
ことができる。そのような多孔質基材は当該技術分野に
おいて公知であり、その多くのものは商業的に製造され
ている。好ましくは、多孔質基材はポリスルホンである
。The support layer may be a sheet or a hollow fiber, for example a highly porous polymer, such as polysulfone (PSF).
, polystyrene, and other U.S. patents No. 4,230,
No. 463 (indicating materials from which porous substrates can be made). Such porous substrates are known in the art, and many are commercially manufactured. Preferably, the porous substrate is polysulfone.
多孔質基材は好ましくは厚さ20〜250μmであり、
セして細孔の直径は0.01〜0.1μ出の範囲内にあ
ることが望ましい。多孔質基材の少なくとも一つの表面
はアミノ有機官能価を有するポリシロキサンによってコ
ーティングされる。好lしくは、高wKの表面がコーテ
ィングされ、そしてまた供給ガスに接触する表面である
。ポリシロキサンは多孔質基材上に塗布されるとき、有
機溶媒の溶液であることが好ましい。ポリシロキサン浴
液を作るときに使用される有機溶媒は多孔質基材に対し
cに実質的に非溶媒であり、かつ多孔質基材とポリシロ
キサンに反応性のないもの、例えばヘキサンである。ポ
リシロキサンを溶解しかつ多孔質基材に作用しないため
に適当な溶媒に関するこれ以上の清報については米国特
許第4,230.463号を参照されたい。The porous substrate preferably has a thickness of 20 to 250 μm,
The diameter of the pores is preferably within the range of 0.01 to 0.1 μm. At least one surface of the porous substrate is coated with a polysiloxane having aminoorganic functionality. Preferably, the high wK surface is coated and is also the surface in contact with the feed gas. Preferably, the polysiloxane is in solution in an organic solvent when applied onto the porous substrate. The organic solvent used in preparing the polysiloxane bath liquid is one that is substantially non-solvent to the porous substrate and has no reactivity with the porous substrate and the polysiloxane, such as hexane. See US Pat. No. 4,230,463 for further information regarding suitable solvents for dissolving polysiloxanes and not acting on porous substrates.
ポリシロキサンは多孔質基材上に、0.1μ口〜20μ
mの厚さの硬化したコーティングを与えるに十分な童に
おいて塗布される。有機溶媒中のポリシロキサンの濃度
は好ましくは1〜20重7%の範囲内であるが、しかし
溶媒とポリシロキサンの性質に応じてこの範囲外に変動
してもよい。ポリシロキサンの溶媒中における最も実用
的な濃度は1〜10重t%である。シート材料について
く均一なコーティングを表面に施すようにポリシロキサ
ン浴液は多孔質基材上に流延されてもよい。Polysiloxane is applied onto the porous substrate in a thickness of 0.1μ to 20μ.
The coating is applied at a sufficient thickness to give a cured coating of m thickness. The concentration of polysiloxane in the organic solvent is preferably within the range of 1 to 20 7% by weight, but may vary outside this range depending on the nature of the solvent and polysiloxane. The most practical concentration of polysiloxane in a solvent is 1 to 10% by weight. The polysiloxane bath may be cast onto the porous substrate to provide a uniform coating on the surface of the sheet material.
均−なコーティングを施すその他の方法は多孔質基材の
傅造によって示唆されるであろう。例え弘中空糸の衆r
fJ(管状)はその省に浴液を通過させることによって
コーティングすることができる。Other methods of applying a uniform coating may be suggested by the fabrication of porous substrates. For example, the people of Hirochuu Thread
The fJ (tubular) can be coated by passing a bath liquid through it.
ガス分−のために所足の系を提供する几めにコーティン
グの厚さを造り上げるために1回1九はそれ以上の通過
をさせることもできる。ポリシロキサンフィルムで多孔
質表面に血布した後に、溶媒を蒸発させる。そしてその
シロキサンは無架橋ポリシロキサンのフィルムを形成す
る。次にポリシロキサンフィルムをジイソシアネートに
より架橋させて弾性フィルムにする。ジイソシアネート
は有機溶媒の浴液としてポリシロキサンに塗布される。More than 19 passes can be made at one time to build up the coating thickness to provide the necessary system for the gas content. After coating the porous surface with a polysiloxane film, the solvent is evaporated. The siloxane then forms a non-crosslinked polysiloxane film. The polysiloxane film is then crosslinked with diisocyanate to form an elastic film. The diisocyanate is applied to the polysiloxane as a bath in an organic solvent.
有機溶媒中のジイソシアネートの濃度は変動させること
ができるが、ポリシロキサンを架橋するために十分でな
ければならない。好ましくは、ジイソシアネートの濃度
!−10,1〜5重量%、最も好1しくは0.2〜4重
量%である。ジイソシアネートがポリシロキサンフィル
ム上に展開された後、ジイソシアネートをポリシロキサ
ンと共に放電してポリシロキサン中でi=するit提供
させる。通當5〜60秒の時間で十分である。過剰のジ
イソシアネート浴液を、洗い死すか、中空糸からは戎し
出すなど、いずれにしてもポリシロキサンフィルム表面
から原去する。宗分のジイソシア不−ト溶it流し出し
た後、処理されたポリシロキサンフィルムの表面を室温
で礼燥させてから、次に50°〜150°Cにおいて1
〜60分間那熱することによりさらに硬化させることが
できる。The concentration of diisocyanate in the organic solvent can be varied, but must be sufficient to crosslink the polysiloxane. Preferably the concentration of diisocyanate! -10.1 to 5% by weight, most preferably 0.2 to 4% by weight. After the diisocyanate is spread on the polysiloxane film, the diisocyanate is discharged with the polysiloxane to provide i=it in the polysiloxane. A total time of 5 to 60 seconds is sufficient. Excess diisocyanate bath solution is removed from the surface of the polysiloxane film by washing it to death or by scraping it from the hollow fibers. After pouring out the diisocyanate solution, the surface of the treated polysiloxane film was allowed to dry at room temperature, and then heated at 50° to 150°C for 1 hour.
Further curing can be achieved by heating for ~60 minutes.
アミノ有機官能価を有するポリシロキサンは1〜9モル
チのアミノシロキサン単立ヲ有するものであり、そして
ランダム共重合体である。アミノシロキサン単位は下記
の式のような第1級アミノ基含有するものである。Polysiloxanes with aminoorganic functionality have from 1 to 9 moles of aminosiloxane alone and are random copolymers. The aminosiloxane unit contains a primary amino group as shown in the following formula.
上式中、Rは2価の基であり、
CH3
−CH2CH2CH2−および−CH2CHCH2−か
ら選択される。ポリシロキサンはまた91〜99モルチ
のその他の反復単位、例えばジメチルシロキサン単位、
フェニルメチルシロキサン単位、およびジフェニルシロ
キサン単位ヲ肩する。ポリシロキサン単位にトリメチル
シロキシ単位、ジメチルフェニルシロキサン単位、およ
び下記の式のようなアミノシロキサン単位
によって末端閉鎖することができる。ポリシロキサンは
平均分子当り約1500シロキサン単位を含むことが望
ましい。好ましいアミノ有機官能価を有するポリシロキ
サンは2つのトリメチルシロキシ単位、2〜15,00
0のジメチルシロキサン単位、および下記の一般式の単
位から選択される2〜160のアミノシロキサン単位か
ら成るランダム三元共重合体である。In the above formula, R is a divalent group selected from CH3 -CH2CH2CH2- and -CH2CHCH2-. The polysiloxane also contains 91 to 99 moles of other repeating units, such as dimethylsiloxane units,
It carries phenylmethylsiloxane units and diphenylsiloxane units. The polysiloxane units can be end-capped with trimethylsiloxy units, dimethylphenylsiloxane units, and aminosiloxane units such as those of the formula below. Preferably, the polysiloxane contains about 1500 siloxane units per average molecule. Polysiloxanes with preferred aminoorganic functionality have two trimethylsiloxy units, 2 to 15,000
It is a random terpolymer consisting of 0 dimethylsiloxane units and 2 to 160 aminosiloxane units selected from the units of the general formula below.
上式中、Rは
CH3
−CH2G)(2CH2−および−〇H20HCH2−
から選択される2価の基である。In the above formula, R is CH3-CH2G)(2CH2- and -〇H20HCH2-
A divalent group selected from
好ましい態様の複合膜は、分子当り平均100〜800
のシロキサン単位含有するアミノ有機官能1[11]
’i有するポリシロキサンを含有する。ある好ましいラ
ンダムポリシロキサンは下記の平均式を有する。すなわ
ち、
(C’H2) 、N’H(CH2) 2NH2(上式中
の口とnは、下記の式
H3SiO
(CH2) 3NH(CHz ) 2NH2のアミノシ
ロキサン単位が約2モル%4=し、そして分子当りのシ
ロキサン単位の平均合計数が約100であるような1直
を有する)、および(CH3)3SiO((CH3)2
SiO)、(−CH3SiO:)8Si(CH3)3C
H2CHCH2NH(CH2)2NH2CH3
(上式中のrとSは、下記の式
H3SiO
CH2CHCH2NR(CH2) 2NH2CH5
のアミノシロキサン単位が約8モル多存在し、そして分
子当りのシロキサン単位の平均合計数が約600である
ような1直を有する)、ならびにまt上式中のrとSが
、下記の式
CI(3SiO
0M2CHCH2NH(CH2)NH2CH3
のアミノシロキサン単位が約2モル多存在し、そして分
子当りのシロキサン単位の平均合計数が約100である
ポリシロキサンを含む。In a preferred embodiment, the composite membrane has an average molecular weight of 100 to 800
Aminoorganic functional 1 [11] containing siloxane units of
Contains a polysiloxane with 'i. One preferred random polysiloxane has the following average formula: That is, (C'H2), N'H(CH2) 2NH2 (in the above formula, the opening and n are approximately 2 mol% of aminosiloxane units of the following formula H3SiO (CH2) 3NH(CHz) 2NH2, and (CH3)3SiO ((CH3)2
SiO), (-CH3SiO:)8Si(CH3)3C
H2CHCH2NH(CH2)2NH2CH3 (r and S in the above formula represent the presence of about 8 moles of aminosiloxane units of the following formula H3SiO CH2CHCH2NR(CH2) 2NH2CH5, and the average total number of siloxane units per molecule is about 600. ), and r and S in the above formula have the following formula CI (3SiO 0M2CHCH2NH(CH2)NH2CH3 where about 2 moles of aminosiloxane units are present and the number of siloxane units per molecule is The average total number of polysiloxanes is about 100.
ジイソシア不一トは芳香族、脂肪族または脂環族であっ
てよく、列えばトルエンジイソシア不一ト、ジフェニル
メタンジインシア不一ト、ナフタレンジイソシアネート
、ベンゼンジイソシア不一ト、ヘキサメチレンジインシ
ア不一ト、シクロヘキサンジイソシアネート、およびメ
メキシレンジインシア不−トなどである。好ましいジイ
ソシアネートはトルエンジイソシアネート(TD工)で
ある。The diisocyanate may be aromatic, aliphatic or cycloaliphatic, such as toluene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, naphthalene diisocyanate, benzene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate. cyclohexane diisocyanate, and memexylene diisocyanate. A preferred diisocyanate is toluene diisocyanate (TD).
上記のようにして調製された複合材料は2.4〜2.9
のSF(分離係数)ならびに酸素について18 X 1
ロー10〜1 8 0 x 1 Q−” cm”
t−v 5ea−’ (M−”(c1!Hg)−1の透
過係数および窒素について6x10−↓0〜75 x
10−よ0 CIrr5 cm sec ” c
m−’ (cm Hg)−1の透過係数を有すること
ができる。The composite material prepared as above was 2.4-2.9
SF (separation factor) of as well as 18 x 1 for oxygen
Low 10~180 x 1 Q-”cm”
permeability coefficient of t-v 5ea-'(M-''(c1!Hg)-1 and 6x10-↓0~75 x for nitrogen
10-yo0 CIrr5 cm sec”c
It can have a transmission coefficient of m-' (cm Hg)-1.
架橋されtアミノ有機官能基含有するポリシロキサンの
フィルムで被覆された多孔質基材から成る上記の複合材
料は、例えば酸素−窒素混合物中の眩素含童ヲ増加する
というようなガスの分離にM用であるが、ポリ(2,6
−ジメチル−1,4−フ二二レンオキシド) (ppo
)の極薄の層を架橋されたアミノM機官能基を有するポ
リシロキサンのフィルムの上に置くことによって調製さ
れた複合材P+はより多くのオリ点とより広い効用含有
する複合材料を提供する。分離係数はより高い値になり
得るし、架橋したポリシロキサンはガターノーとして働
くことができるし、そしてその表面は、はこりの粒子の
ような汚染?!J金谷易に付着させない0PPOrc−
CH2Br f 1〜(5Q%はどに含む反ousi位
を60%までまたはそれより多く有する臭素化PPOで
あり得る。好ましい臭素化PPOは20.00[]〜5
00,000の分子量を有し、そしてから選択される反
復単位を有することができる。The composite material described above, consisting of a porous substrate coated with a film of cross-linked polysiloxane containing t-amino organofunctional groups, is suitable for the separation of gases, e.g. to increase the glare content in oxygen-nitrogen mixtures. Although it is for M, poly(2,6
-dimethyl-1,4-phinylene oxide) (ppo
Composite P+, prepared by placing an ultra-thin layer of ) on top of a film of cross-linked amino M-functionalized polysiloxane, provides a composite containing more ori points and broader potency. . The separation factor can be higher, and the cross-linked polysiloxane can act as a barrier, and the surface can be free from contamination, such as lump particles? ! 0PPOrc- that does not attach to J Kanaya Yoshi
CH2Br f 1~(5Q% can be a brominated PPO having up to 60% or more anti-ousi positions. Preferred brominated PPOs are 20.00[]~5
00,000 and can have repeating units selected from.
臭素化PP○は、高い分#係数を示す分離層として使用
することができる。酸素−窒素混合物について8より犬
なる分離係数の111.を得ることができる。Brominated PP○ can be used as a separating layer exhibiting a high min# factor. 111 with a separation factor greater than 8 for oxygen-nitrogen mixtures. can be obtained.
その他のポリ(フェニレンオキシド)もまた二層複合膜
における分離層として役立つと期待される。Other poly(phenylene oxides) are also expected to serve as separation layers in bilayer composite membranes.
憔博のPPOフィルムは呆償化ポリシロキサンフィルム
上に分離ノーとして4積させられる。そのPPOノ1l
17は2μmの厚さに堆積させることができるが、普通
は有機溶媒から0.5μmまたはそれ以下の厚さに析出
させられる。ガター層と220層とを合わせた厚さは1
μ口程に薄くあってよい。膜、すなわち、複合材料の性
能に、下層の厚さ、基材の多孔度、および分離層中の欠
陥の割合の関係に依存する。分離ノーの損慟が少なげれ
ば膜の性能の、・全体的喪失を起さない。葦た分離ノー
に対するひどい損−111(例えば、2%以上の表面の
欠陥)は膜の分離性能をガターj―(中間の架橋化ポリ
シロキサン層)のそれに洛すことになる。架橋化ポリシ
ロキサン層は増加された分離係数と増加された不活性さ
を有する。また、もし最上I―(分離層)が偽つげられ
たならば、そのノーで再コーテイングすることができて
、モデュールの中においてさえモ1gの初めの性能?柩
り戻すことができる。The PPO film of the present invention is laminated onto the cured polysiloxane film as a separation layer. That PPO no 1l
Although 17 can be deposited to a thickness of 2 μm, it is commonly precipitated from organic solvents to a thickness of 0.5 μm or less. The combined thickness of the gutter layer and 220 layer is 1
It may be as thin as μ. The performance of the membrane, i.e. the composite material, depends on the relationship between the thickness of the underlying layer, the porosity of the substrate, and the proportion of defects in the separation layer. If the damage caused by separation is reduced, there will be no overall loss of membrane performance. Severe loss of separation (e.g., 2% or more surface defects) will cause the separation performance of the membrane to surpass that of the gutter (intermediate crosslinked polysiloxane layer). The crosslinked polysiloxane layer has increased separation coefficient and increased inertness. Also, if the top I-(separation layer) is falsely bonded, it can be re-coated with no, and even within the module, the original performance of MoIg? You can return it.
本発明のある態様において、特に有用な分離用膜は、多
孔質ポリスルホン(PSF)流延シートの支持母材と、
その上に堆積された何層かのTDIによりその場で架傭
されたアミノ有機1゛能愉を有するポリシロキサンの極
薄層およびPPOの極薄1−から調製された二層複合膜
であった。このg’を通すことにより空気を濃縮し、そ
のガス混合物中に40〜50%の酸素金生成した。In certain embodiments of the invention, particularly useful separation membranes include a supporting matrix of porous polysulfone (PSF) cast sheet;
A two-layer composite membrane prepared from an ultrathin layer of polysiloxane and an ultrathin layer of PPO with an amino-organic oxide function bridged in-situ by several layers of TDI deposited on top of it. Ta. The air was concentrated by passing through this g', producing 40-50% oxygen gold in the gas mixture.
矢の実施例は説明のために提出されるものであって、w
′tFi水の範囲において正確に城郭を描かれている本
発明を限定するものと解されるべきではない。The example of the arrow is presented for illustrative purposes, and w
This invention is not to be construed as limiting the invention, which is precisely delineated in the range of 'tFi water.
実施例1
複合膜?1この目的のtめに工夫された枠に固定された
長方形の多孔質異方性ポリスルホンの流延シート(約7
X14(m)の−面上にアミノ■機官能IIIIl含有
するポリシロキサンのヘキサン溶液(使用されたポリシ
ロキサンの濃度と種類は第1表に示される通りであった
)fe均等に展開することによって調製した。少量の溶
液(所望のフィルムの厚さを与えるに十分な)を枠の一
端に注入してから、その枠で傾けて浴液を表ml上に均
等に流れさせた。15分間表面上に放置した後、余分の
浴液を取り味き、ポリスルホンの表面に付着しているフ
ィルムを2分間乾燥させた。浴媒を蒸発させた後、2憲
f%のトルエン−2,4−ジイソシアネート(以下TD
Iと呼ぶ)ヘキサン溶液をポリシロキサン浴液と同様の
方法で表面上に展開させた。その浴欣金ポリスルホンの
授面上に15分間放置してから、次に未反応の浴液勿衣
面から流し出した。TDIは架橋化ポリシロキサンコー
ティングを形成させたが、そのコーティングfc呈温で
5分間tinさせてから、次に対流炉の中で10〜12
分間90’〜95°0の温度で硬化させて架橋化ポリシ
ロキサンーポリスルホン複合膜を形成させ几。これらの
複合膜の厚さを夫々走査電子顕微鏡(SEM)で測定し
、また谷複合膜について窒素ガスと酸系ガスに対する理
想分囁係叔、実の分離係数および透過係数勿測定した。Example 1 Composite membrane? 1. A rectangular porous anisotropic polysulfone cast sheet (approximately 7
By uniformly spreading a hexane solution of polysiloxane containing amino-organic functional IIIl (the concentration and type of polysiloxane used were as shown in Table 1) on the − face of X14(m). Prepared. A small amount of solution (enough to give the desired film thickness) was injected into one end of the frame and then tilted at the frame to allow the bath liquid to flow evenly over the surface ml. After leaving on the surface for 15 minutes, excess bath liquid was drained and the film adhering to the polysulfone surface was allowed to dry for 2 minutes. After evaporating the bath medium, 2% f% toluene-2,4-diisocyanate (TD
A hexane solution (referred to as I) was spread on the surface in the same manner as the polysiloxane bath. The bath solution was left on the polysulfone surface for 15 minutes, and then the unreacted bath solution was poured off the surface. The TDI formed a cross-linked polysiloxane coating, which was allowed to tint for 5 minutes at temperature, then heated in a convection oven for 10-12 minutes.
A crosslinked polysiloxane-polysulfone composite film is formed by curing at a temperature of 90° to 95° for minutes. The thickness of each of these composite membranes was measured using a scanning electron microscope (SEM), and the ideal separation coefficient, actual separation coefficient, and permeability coefficient for nitrogen gas and acid gas were also measured for the valley composite membrane.
二盾慎合膜を、前記の架嬌化ポリ7コキサンーボリスル
ホン複合膜にボ!J(2,6−ジメチル−1,4−フェ
ニレンオキシド)(以下PPOと呼)9のコーティング
を施すことによりvI4gした。PP。The two-shield bonding film is bonded to the cross-linked poly7coxane-borisulfone composite film. By applying a coating of J (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (hereinafter referred to as PPO) 9, vI4g was obtained. P.P.
は、予めfL過嵐に適合するように切萌された栗爛化ポ
リシロキサンーポリスルホン複合材料の表面上に、ポリ
スルホンを塗布するために使用された方法と少し違う方
法でコーティングされた。このコーティング技法の変更
はPPOの加工の前と後に同じ膜を評価するために必要
であった。前記の膜を約10(:IILの直往を有する
円筒の外側に固定することにより、これらの複合膜の架
橋化ポリシロキサン表面にPPOを値布した。その円筒
を、PPOの1重量%CCj4溶液で殆ど溢れる位に満
された小さな皿の、溶液のメニスカスが皿の縁の上にあ
るようになっている、その皿の上に保持した。その円筒
を仄に下降させて、浴液と膜を接触させた。was coated on the surface of a chestnut-treated polysiloxane-polysulfone composite material that had been previously cut to accommodate fL superstructure, using a method slightly different from that used to apply polysulfone. This change in coating technique was necessary to evaluate the same membrane before and after PPO processing. PPO was deposited on the crosslinked polysiloxane surface of these composite membranes by fixing the membranes on the outside of cylinders having a diameter of about 10 (IIL). A small dish filled almost to the brim with solution was held on top of the dish so that the meniscus of the solution was above the rim of the dish.The cylinder was lowered slightly until the bath liquid and The membranes were brought into contact.
鼓恢に、円筒を回転させて膜の全表面を浴液と接顔させ
た。涙を浴液から取り去ってから乾燥させ、カくシて二
層複合膜を形成させた。During drumming, the cylinder was rotated so that the entire surface of the membrane was in contact with the bath solution. The tears were removed from the bath solution, dried, and sintered to form a two-layer composite membrane.
PPOフィルムの#さは走査゛電子顕微鏡で測定し、そ
して窒素ガスと酸素ガスについて理想分離係数実の分離
係数、および透過係数を測定した。その結果は第■表に
示す通りであった。第■表にはlた予測1直を実測直と
比較のために示しである。The thickness of the PPO film was measured using a scanning electron microscope, and the ideal separation coefficient, actual separation coefficient, and permeability coefficient for nitrogen gas and oxygen gas were measured. The results were as shown in Table ①. Table 3 shows the predicted one-shot and the actual measurement for comparison.
ポリスルホンの九延シートはニー・オー・ビー社(U、
O,P、Inc、、 San Diego、 Ca1i
fornia)によって襄造され、F、−183と呼ば
れるもので、表紙に績ノーされたプレキャスト淑孔質ポ
リスルホン膜(空気透過度=95 X 1 Q−”7m
−に38(−1itfn−↓)であつto
ここで使用されたアミノ有壁官−睡は有するポリシロキ
サンは下記の一般式を有した。Kunobe sheet of polysulfone is manufactured by N.O.B.
O,P, Inc., San Diego, Ca1i
A precast porous polysulfone membrane (air permeability = 95
- to 38 (-1itfn-↓) and to The polysiloxane having the amino-walled structure used herein had the following general formula.
CH2CHCH2NH(CH2) 2NH2CH3
上式甲Xは約276の平均値を有し、そしてyは約24
の平均値?有したか、これは幻8モルチのアミノシロキ
サン年泣である。CH2CHCH2NH(CH2) 2NH2CH3 The above formula A X has an average value of about 276, and y is about 24
average value? This is an aminosiloxane product from Phantom 8 Molti.
酸素/呈素分−におけるこれらの複合膜の理想分離係a
rtsの2 dのガスについての透過係数の比から算定
された。膜を透過セルの中に置いて、その純粋のは素ま
たri:屋素に対する透過圧を測定した。通過度試験の
ために細枠なガスは入口を通ってセルに供給され、出口
は圧の倣調整用に使われ、そして透過物は石−泡流ム計
に送られる。流速は一定の圧で旭が流瀘計内の一定の容
積を移動するために要しt時間を測定することにより測
られ友。流速をガスにさらされる膜の表面積で割ると流
束(flux)に尋しい。流束、圧力差、および膜の圧
さく走査電子顕微鏡で測定される)は透過係数を計算す
るために使われる。しかし単一の膜については、すべて
他のパラメーターは同一であるから、一定の圧において
24のガスの流束を測定することだけが必要である。The ideal separation coefficient a of these composite membranes in oxygen/element content
It was calculated from the ratio of the permeability coefficients for the gases at 2 d of rts. The membrane was placed in a permeation cell and its permeation pressure against pure hydrogen or ri:ya was measured. For permeability testing, narrow gas is supplied to the cell through the inlet, the outlet is used for pressure adjustment, and the permeate is sent to a stone-foam meter. Flow velocity is measured by measuring the time t required for a flow meter to move a fixed volume within a flowmeter at a constant pressure. The flux is calculated by dividing the flow rate by the surface area of the membrane exposed to the gas. The flux, pressure difference, and membrane crush (measured by scanning electron microscopy) are used to calculate the permeability coefficient. However, for a single membrane, all other parameters being the same, it is only necessary to measure the fluxes of 24 gases at constant pressure.
実の分離係数
酸素/窒素分離における複合膜の実の分離係数は本質的
に同じ装置を使用して測定された。実の分離係数は圧力
下に空気にさらされた膜について、セしてlた膜の製品
側の減圧未件について測定された。両刀法において、低
いステージカットを維付するために常VL開かれている
出口によってセルに空気が供給されt0透過物はガスク
ロマトグラフ(F&Mモデル720)の試料ループ全通
して込られた。不透過物は他のガスクロマトグラフに導
かれto
原料と製品の組成をガスクロマトグラムのピークの面積
から測定した。その面積はピークの高さと、その高さの
半分の所での幅との項によって計算されt。酸素と窒素
の組成は次の関係式によって与えられた。Actual Separation Factor The actual separation factor of the composite membrane in oxygen/nitrogen separation was determined using essentially the same equipment. Actual separation coefficients were determined for membranes exposed to air under pressure and without vacuum on the product side of the membrane. In both methods, air was supplied to the cell by an outlet that was always VL open to maintain a low stage cut, and the t0 permeate was pumped through the sample loop of a gas chromatograph (F&M model 720). The impermeate was introduced into another gas chromatograph to determine the composition of the raw material and product from the area of the peak in the gas chromatogram. Its area is calculated by the height of the peak and its width at half its height, t. The composition of oxygen and nitrogen was given by the following relation.
AO2+AN2
A02 +AN2
上式中Ao2とAN2に夫々酸素と窒素のピークの面積
であつt0欠の方程式が実の分離係数を計算するために
使われた。AO2+AN2 A02 +AN2 The t0-missing equation in which Ao2 and AN2 are the areas of the oxygen and nitrogen peaks, respectively, was used to calculate the actual separation factor.
XO□
N2
上式中X。2とxN2は製品中の酸素と窒素のバーセン
トチアリ、Yo2とてN2は原料中の酸素と虚素のパー
セントであつto
実の分離係数を周囲圧(約1気圧)の製品側と10 p
sig〜100 p8igの供給圧で測定した。またそ
の代りに、供給流を一定圧(代表的には20psig
)に保ちかつ製品側7to、1〜i psig杷対圧に
減圧にした。容土の読み毎に6試料上分析のためガスク
ロマトグラフに注入した。XO□ N2 X in the above formula. 2 and xN2 are the percentages of oxygen and nitrogen in the product, Yo2 and N2 are the percentages of oxygen and nitrogen in the raw material.
Measured at feed pressure of sig ~ 100 p8ig. Alternatively, the feed stream may be kept at a constant pressure (typically 20 psig).
) and reduced the pressure to 7 to 1 psig on the product side. For each soil reading, six samples were injected into a gas chromatograph for analysis.
コーティングの厚さならびに膜の形態の他の特性七走丘
顕微鏡によって測定し友。複合膜を前記の方法により評
価した後、各膜から試料を切り取った。これらの試料を
液体窒素により破砕してから、ネオリューブトライフィ
ルム潤滑材と共に試料スタブに縁に沿って取9つけた。The thickness of the coating as well as other properties of the film morphology were measured by a multi-layer microscope. After the composite membranes were evaluated by the method described above, samples were cut from each membrane. These samples were fractured with liquid nitrogen and then applied along the edges to sample stubs with neolube trifilm lubricant.
約ix[]、5CIILの2個の試料を谷スタブに取り
つけた。試料を/Sマーl (Hummer II )
の上で13[1mAの2パルスを各90秒間便用して金
/パラジウムフィルムでコーティングした。試料勿ET
EC走査−子顕微鏡で23 KVビームの下に慣食した
。写真をポラロイド・メイプ55のホゾ/ネガフィルム
で撮った。Two samples of approximately ix [], 5 CIIL were mounted on the valley stubs. Sample/Smarl (Hummer II)
The gold/palladium film was coated using two pulses of 1 mA for 90 seconds each. Sample ET
Eclipse was carried out under a 23 KV beam with an EC scanning microscope. The photos were taken with Polaroid Map 55 tenon/tenon film.
写真における層の厚さと写真上に二重焼付けしたミクロ
ンバーの比較が厚さの計算に使用された。Comparison of the thickness of the layer in the photograph and the micron bar double printed on the photograph was used to calculate the thickness.
ホリスルホンの上に架嘴化ポリシロキサンの単一のコー
ティングから成る複合膜を調製して前記のよ5にして評
価した。これらの膜が受けた最初の試験は酸素と窒素の
流束測定値から理想分離係数の決定であった。流束はそ
れらのボテンシアルについての指標を与える几めに最初
に20 psigの供給圧で測定された。シリコーンゴ
ムの理想分離係数(約2)より大きいかまたはそれに等
しい理想分離係数を示す膜はさらに試験を受けた。A composite membrane consisting of a single coating of crosslinked polysiloxane on top of follisulfone was prepared and evaluated as described in Section 5 above. The first test these membranes underwent was the determination of ideal separation factors from oxygen and nitrogen flux measurements. Fluxes were first measured at a feed pressure of 20 psig to give an indication of their potentials. Membranes exhibiting an ideal separation factor greater than or equal to the ideal separation factor of silicone rubber (approximately 2) were further tested.
欠陥の存在しない膜は流束と膜を横切る圧力差との間に
皿機関・糸を示すべきである。直線性はすべての膜につ
いて観測されたので、実質的欠陥は何もないことを実証
した。A membrane free of defects should exhibit a countersunk thread between the flux and the pressure difference across the membrane. Linearity was observed for all films, demonstrating the absence of any substantial defects.
架橋化ポリシロキサン−ポリスルホン複合膜の表面上に
PPOの薄膜ヲコーティングするために、湛液からの析
出が中空糸膜のコーティングへの適用の鋭意から最も望
ましいと考えられた。In order to coat a thin film of PPO on the surface of a crosslinked polysiloxane-polysulfone composite membrane, precipitation from an impregnated liquid was considered most desirable from the standpoint of application to hollow fiber membrane coating.
PPOの表面Imt−含む複合膜の実の分離係数は同様
に条横化ポリシロキサンのみによりコーティングされ′
fc=のそれよりも犬であった。The actual separation coefficient of the PPO surface Imt-containing composite membrane is similar to that of the composite membrane coated only with striped polysiloxane.
It was more dog than that of fc=.
これらの膜の透過作用に対する中間層の影#を研死する
ために、一連の膜をポリスルホン支持体の上に遣々の濃
度のアミノ有機官能価を有するポリシロキサンでコーテ
ィングすることにより調製し、かくして架橋化ポリシロ
キサンの榎々の厚さを有する複合膜を得るようにした。In order to eliminate the influence of the interlayer on the permeability of these membranes, a series of membranes were prepared by coating polysiloxanes with varying concentrations of aminoorganic functionality onto a polysulfone support; In this way, a composite membrane having a thickness comparable to that of crosslinked polysiloxane was obtained.
ポリシロキサン’1TDIにより架橋した後、これらの
複合膜を、純酸素と純窒素につき10〜50 psiの
範囲に亘って透過度を試験した。同じこれらの膜を次に
前記のようにPPOの1重重%溶液中に漬げてコーティ
ングし友。次にそれらに単一コーテイング膜と同じ試k
fLを行なった。After crosslinking with polysiloxane '1 TDI, these composite membranes were tested for permeability over a range of 10-50 psi for pure oxygen and pure nitrogen. These same membranes were then immersed and coated in a 1% by weight solution of PPO as described above. Then apply the same test as a single coating to them.
fL was performed.
その関係は光全とはほど遠いが、コーテイング液の濃度
が篩い8膜はそれに従ってより厚くなるという傾向は碓
かに見えた。単一コーテイング膜の透過度は広い範囲の
1直に亘って下がることが観察された。Although the relationship is far from perfect, it seems likely that the sieve 8 film will become thicker as the concentration of the coating liquid increases. It was observed that the permeability of a single coating membrane decreases over a wide range of directions.
実施例2
アミノ有機官能価を有するポリシロキサン/TDIの重
量化の、ポリスルホン−ポリシロキサン複合膜の透過度
と選択率への効果を測定した。Example 2 The effect of weighting polysiloxane/TDI with aminoorganic functionality on the permeability and selectivity of a polysulfone-polysiloxane composite membrane was determined.
6′4の複合膜7&:実施例1に述べたようにして調製
し友が、但し以下に述べる点が異なった。ポリスルホン
流延シートの表面を実施例1に述べた通りポリシロキサ
ンのへキサン浴液で、ポリシロキサンをポリスルホンの
上に20秒間放置してから次に2分間空気乾燥させるこ
とによってコーティングした。TDKの2重′3t%ヘ
キサン溶液をポリシロキサン表面にかけてから、TD工
ヲその表面に20秒間接触させ、未反応の溶液を除き、
空気乾燥し、次に対流炉内で90′Cで10分間加熱し
た。6'4 composite membrane 7&: Prepared as described in Example 1, with the following differences. The surface of the polysulfone cast sheet was coated with a hexane bath of polysiloxane as described in Example 1 by allowing the polysiloxane to sit on the polysulfone for 20 seconds and then air dry for 2 minutes. After applying TDK's double 3t% hexane solution to the polysiloxane surface, TDK was brought into contact with the surface for 20 seconds to remove unreacted solution.
Air dried and then heated in a convection oven at 90'C for 10 minutes.
各裏表につきポリシロキサンの濃度を第1表に記載した
。酸素と瀘素の透過度と実の分離係数を第1fiに示す
ように測定した。The polysiloxane concentration for each back and front is listed in Table 1. Oxygen and filtrate permeability and actual separation factors were measured as shown in 1st fi.
%I表
2 1:1 22 8 2.754
2:1 94 38 2.478 4
: 1 181 73.2 2.47実施例6
架橋化ポリシロキサンをコーティングし几ポリスルホン
流延シートを実施例1に述べたよ5eこして調製した。%I Table 2 1:1 22 8 2.754
2:1 94 38 2.478 4
: 1 181 73.2 2.47 Example 6 A crosslinked polysiloxane coated cast polysulfone sheet was prepared as described in Example 1.
複合膜Cは下記の一般式を有する臭素化ppoの1重量
%を含有する001番溶液によりコーティングされた。Composite membrane C was coated with solution No. 001 containing 1% by weight of brominated ppo having the general formula:
上式中m1n1p、およびrの和は分子菫が約80.0
00であり、かつ45%の単位が−CH2Brを含むよ
うに建められる。コーティング手順は実施例2に述べた
と同じであつtoかくして得られt膜は夷の分離係数α
02/N2 = 8.2 f有し、これは酸素ガスにつ
いての透過運度8x1Q10cIn’α5ec−1c、
m−”(crl! Hg )−1に相当Llt。In the above formula, the sum of m1n1p and r is approximately 80.0 molecule violet.
00 and 45% of the units contain -CH2Br. The coating procedure was the same as described in Example 2 and the membrane thus obtained had a separation coefficient α of
02/N2 = 8.2 f, which has a permeation flux for oxygen gas of 8x1Q10cIn'α5ec-1c,
Llt equivalent to m-”(crl! Hg)-1.
Claims (6)
ることにより前記混合物中の酸素ガス含量を増加させる
ために適する複合材料を製造する方法であつて、 (イ)20〜25口μmの厚さの、高度に多孔質のポリ
マー基材の少なくとも一つの表面上にアミノ有機官能価
を有するポリシロキサンをコーティングし、その際ポリ
シロキサンは0.1μm〜20μmの厚さを有する硬化
膜を与えるに十分な厚さに塗布され、そしてそのポリシ
ロキサンは本質的に1〜9モル%の第1級アミノ有機官
能価を有するアミノシロキサン単位と91〜99モル%
の他の反復シロキサン単位のランダム共重合体から成る
こと、および (ロ)基材上にコーティングしたポリシロキサンを、イ
ソシアネートに非反応性の有機溶媒とジイソシアネート
の溶液と、架橋結合した膜を形成させるために十分な時
間接触させ、その際ポリシロキサンのジイソシアネート
に対する重量比が複合材料の透過係数に反比例する関係
にあること、から本質的に成る前記の複合材料の製造方
法。(1) A method for producing a composite material suitable for increasing the oxygen gas content in a composite material by passing an oxygen-nitrogen gas mixture through the composite material, the method comprising: (a) having a thickness of 20 to 25 μm; coating a polysiloxane with aminoorganic functionality on at least one surface of the highly porous polymer substrate, wherein the polysiloxane provides a cured film having a thickness of from 0.1 μm to 20 μm; applied to a sufficient thickness, and the polysiloxane consists essentially of aminosiloxane units having 1-9 mol% primary amino organofunctionality and 91-99 mol%
(b) the polysiloxane coated on the substrate is mixed with a solution of the diisocyanate and an organic solvent that is non-reactive with the isocyanate to form a cross-linked film; 2. A method of making a composite material as described above, consisting essentially of contacting the polysiloxane to diisocyanate for a sufficient period of time such that the weight ratio of polysiloxane to diisocyanate is inversely related to the permeability coefficient of the composite material.
複合膜。(2) A composite membrane obtained from the method according to claim 1.
チル−1,4−フェニレンオキシド)と接触させて、ガ
ス選択性フィルムとして有効な極めて薄い層を生じさせ
ることにより、前記の複合材料をさらに加工する特許請
求の範囲第1項に記載の方法。(3) by contacting the cross-linked membrane with a sufficient amount of poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) to produce an extremely thin layer effective as a gas-selective film; A method according to claim 1 for further processing a composite material.
−ジメチル−1,4−フェニレンオキシド)と接触させ
て、ガス選択性フィルムとして有効な極めて薄い層を生
じさせることにより、前記の複合材料をさらに加工する
特許請求の範囲第1項に記載の方法。(4) A sufficient amount of brominated poly(2,6
-dimethyl-1,4-phenylene oxide) to produce a very thin layer useful as a gas-selective film. .
シロキサン単位と91〜99モル%のその他のシロキサ
ン単位を有するアミノ有機官能価を有するポリシロキサ
ンを架橋結合させることにより得られる高度にガス透過
性のあるゴムのガター層をそれに密着させて有する20
〜250μmの厚さの高度に多孔質のポリマー基材と、
そのガター層に密着して被覆しているガス分離体とから
本質的に成る、ガス分離に適する二層複合膜。(5) High degree obtained by crosslinking polysiloxanes with aminoorganic functionality containing 1 to 9 mol% of primary aminoorganic functionality and 91 to 99 mol% of other siloxane units. has a gas-permeable rubber gutter layer in close contact therewith20
a highly porous polymeric substrate of ~250 μm thickness;
A two-layer composite membrane suitable for gas separation, consisting essentially of a gas separator closely covering the gutter layer.
キサンが、2個のトリメチルシロキシ単位、2〜15,
000個のジメチルシロキサン単位および2〜160個
の一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼および▲数式、化学
式、表等があります▼ (上式中、Rは ▲数式、化学式、表等があります▼および−CH_2C
H_2CH_2−から選択される2価の基である) から選択される単位を有するランダム三元共重合体のポ
リシロキサンから誘導されるものであり、そのポリシロ
キサンはジイソシアネートにより架橋結合され、そして
そのガター層は0.1〜20μmの厚さであり、 ガス分離体がポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニ
レンオキシド)でありかつ2μm以下の厚さである、 特許請求の範囲第5項に記載の複合膜。(6) a polysiloxane with cross-linked aminoorganofunctionality containing two trimethylsiloxy units, 2-15,
000 dimethylsiloxane units and 2 to 160 general formulas ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ and ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (In the above formula, R is ▲ Mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. Yes ▼ and -CH_2C
is a divalent group selected from H_2CH_2-), the polysiloxane is cross-linked with a diisocyanate, and the gutter is Claim 5, wherein the layer is between 0.1 and 20 μm thick, and the gas separator is poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) and is less than or equal to 2 μm thick. Composite membrane described in.
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---|---|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
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JP (1) | JPS61114714A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015522411A (en) * | 2012-06-26 | 2015-08-06 | フジフィルム・マニュファクチュアリング・ヨーロッパ・ベスローテン・フエンノートシャップ | Gas separation membrane with intermixed layers |
JP2018103150A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 日立造船株式会社 | Quality evaluation method of gas separation membrane and evaluation device of the same |
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JPS60175505A (en) * | 1984-02-21 | 1985-09-09 | Toray Ind Inc | Preparation of gas separation composite membrane |
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-
1985
- 1985-11-08 JP JP25055485A patent/JPS61114714A/en active Granted
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JP2015528739A (en) * | 2012-06-26 | 2015-10-01 | フジフィルム・マニュファクチュアリング・ヨーロッパ・ベスローテン・フエンノートシャップ | Gas separation membrane with intermixed layers |
JP2018103150A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 日立造船株式会社 | Quality evaluation method of gas separation membrane and evaluation device of the same |
WO2018123515A1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 日立造船株式会社 | Method for evaluating quality of gas separation membrane, and evaluation device therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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