JPS61174212A - 置換アセチレン類の共重合体 - Google Patents

置換アセチレン類の共重合体

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JPS61174212A
JPS61174212A JP1267085A JP1267085A JPS61174212A JP S61174212 A JPS61174212 A JP S61174212A JP 1267085 A JP1267085 A JP 1267085A JP 1267085 A JP1267085 A JP 1267085A JP S61174212 A JPS61174212 A JP S61174212A
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松井 清英
Yutaka Nagase
裕 長瀬
Junko Ochiai
落合 純子
Tomoko Ueda
智子 上田
Masaki Uchikura
内倉 昌樹
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Sagami Chemical Research Institute
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Sagami Chemical Research Institute
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

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】 〔発明の分野〕 本発明は1−トリメチルシリルプロピ>単位オよびその
他の置換アセチレン類より形成される単量体単位からな
る新規の置換アセチレン系共重合体に関するものである
本発明の共重合体は文献未載の新規共重合体であり、例
えば、気体混合物あるいは液体混合物の分離に用いられ
る物質透過性能および物質分離能の両方に優れた高性能
の物質分離膜を提供する素材として有用である。特に近
年、膜を用いる気体分離法は、その省エネルギー性、高
い安全性および操作の簡便性の故に、急激に用途が拡大
しつつある。さらにその中でも特に、酸素濃度が25%
以上に濃縮された酸素富化空気は、例えば各種燃焼機関
、医療用機器1食品工業、廃棄物処理などに有効に用い
ることができ、その効率的な製造方法が必要とされてい
る。
〔従来技術〕
気体混合物を分離する方法としては、従来、気体間の沸
点差を利用する深冷分離法が一般に用いられてきている
。しかしながら、深冷分離法では気体の相変化を利用し
ているため、エネルギー消   □費量が大きい、ある
いは製造した気体を圧力容器に貯蔵して利用するため危
険性か大きい、操作か煩雑であるなど種々の問題があっ
た。
近年、かかる方法に比べてより経済的であり、かつ安全
性、操作の簡便さに優れた方法として高分子膜透過を利
用した分離法が注目されている。
す赴わち、高分子膜を通して気体が透過する速度の違い
を利用して、混合気体の1成分もしくはそれ以上の成分
を分離または濃縮しようとするものであり、特に酸素富
化空気製造への利用が期待されている。
酸素富化に用いる膜として特に要求される特性は、 1、 酸素の透過係数Poz(以下、特にことわらない
限り、透過係数の単位として−(STP)・d・8fl
(1@ 071 Hgを用いる。)が大きいこと2、酸
素と窒素の分離能、すなわち分離係数α(=酸素の透過
係数Poz/窒素の透過係数P&)が大きいこと 五 薄膜としてもピンホールもしくは割れを生じない充
分な強度と加工性を有すること である。
従来、特に高い気体透過性を有する高分子膜材料として
は、ポリジメチルシロキサン、あるいはポリ(1−トリ
メ;チルシリプロピン) (J、、Am。
Ohem、Soc、1983.105. P、 747
!l )が知られているが、前者は膜の機械的強度が小
さいために、数十μm以下では実際の使用に耐えうる膜
とすることができず、また後者はα=1.7と極めて分
離能に乏しく充分な酸素濃度の空気が得られないという
欠点を持っていた。ポリジメチルシロキサンの加工性を
改善するためにポリジメチルシロキサン−ポリカーボネ
ートブロック共重合体(米国特許5.980,456.
同へ874,986号)、ポリジメチルシロキサン共重
合体(特開昭56−26504号)等、共重合による高
強度化が試みられてきたが、透過性の著しい低下はまぬ
がれない。
このように現在に至るまで、気体混合物の分離に用いる
膜として要求されるすべての性能を満足する膜素材とな
りうる重合体は知られていない。
(本発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上に述べた従来の気体分離膜の欠点を解決し
うる透過性1分離能に優れ、かつ強度に優れた膜素材と
なりつる新規共重合体を提供するものである。
〔発明の詳細な説明〕
本発明者らは、気体、特に酸素ガスの選択透過性に優れ
、さらに薄膜化しうるに充分な機械的強度を有する膜素
材を求めて鋭意検討した。その結果、1−)リメチルシ
リルプロピンと他の種々の置門アセ□チレン類との新規
共重合体が膜素材として用いた場合、ポリ(1−トリメ
チルシリルプロピン)の気体透過性と同程度の透過性能
を有し、かつ同ポリマーの酸素選択透過性を大幅に上回
る選択性能を有する膜を与えることを見出し、本発明を
完成させるに至ったものである。
すなわち、本発明は、構造式 でボされる繰返し率侃および一般式 + O= O−) 、       (2)〔式中、卯
は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、置換アルキル
基であり、R1はフェニル基、置換フェニル基、アルキ
ル基、置換アルキル基、またば式−5i−R′′で表わ
される基(R’、R’はギれ・   t ぞれ独立にアルキル基、置換アルキル基であり、R′は
置換アルキル基、フェニル基、 置換フェニル基を表す
。)を表す。〕で示される繰返し単位から形成される共
重合体に関するものである。
構造式(1)および一般式(2)で示される繰返し単位
を有する共重合体を得るために用いられるモノマーであ
る1−トリメ・チルシリルプロピンは市販のモノマーを
使用することができる。また、共重合の際コモノマーと
して用いる一般式 %式%(5) 〔式中 R1は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、
置換アルキル基であり、2はフェニル基、置換フェニル
基、アルキル基、置換アルキル基または式 −a1−R1′で表わされる基(R3,R′はそれぞれ
独を 立にアルキル基、置換アルキル基であり、2は置換アル
キル基、フェニル基、置換フェニル基を表す。)を表す
。〕で示される置換アセチレンモノマーのいくつかは市
販されており:またこのうちシ!J l![7セチL/
ン化合物は置換アセチレン化合物とクロロシラン化合物
との反応により収率良く合成することができる。例えば o4o=oH監御島014020Li −+HF OHa ■ 等の反応を例示することかできる。
本発明に用いる一般式(3)で示される置換アセチレン
モノマーとしては、 no=o4o4−)、 o鴇  、 HOEEO−σa
(o4)、。
HOm−d(Q)、   、H(]”0(−0%−)B
OH,。
no=o−(oH!+si]q   、HOiO−(−
0%40F、OF、。
(3’H,0=a−1−oz−+IOH,、olo%o
fo−OH(OHa’)t sBr”&’=0+0Hr
hO)& t  0AO=O+0HrhSi(OHa)
seoi4c+=oo4o4or、  、 a4o4o
=aa4o4or、。
゛04÷0晒0ミ←◎、 o1o4o=a()y tO
鴇        04 0鴇O塊             oH!o40塊 
              0塊等を例示することか
できる。
特に、1−トリメチルシリルプロピンと共重合しやすい
という点から、好ましい七ツマ−としては前記一般式(
3)中のR1かメチル基、エチル基等の低級アルキル基
または置換アルキル基である置換アセチレンモノマーが
挙げられる。
さらに、得られる共重合体の酸素、光放射線などに対す
る耐久性が優れ、長期間安定した気体選択透過能が維持
できるという点で、より好ましいモノマーとしては、前
記一般式(3)中の2がフェニル基、置換フェニル基、
フェニル置換アルキル基またはフェニル基を含む置換シ
リル基などのフェニル基を有する置換基である、置換ア
セチレンモノマーが挙げられる。
前記構造式(1)および一般式12)で示される繰返し
単位を有する共重合体を得る方法としては、1−トリメ
チルシリルプロピンと、前記一般式(3)で示される置
換アセチレンモノマーを混合し、v族a移金属であるタ
ンタルあるいはニオブのハロゲン化物(たとえば、五塩
化タンタル、五塩化ニオブ。
五臭化タンタル、五臭化ニオブなど)を触媒として、有
機溶媒中で通常30〜100℃の温度で2〜56時間重
合することにより得られる。溶媒としては、ベンゼン、
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、シクロヘキ
サン、シクロヘキセンなどの脂環式炭化水素、クロロホ
ルム、1.2−ジクロロエタン、四塩化炭素などの塩素
系溶剤などを用いることができる。また、上記の触媒を
主触媒とし、第2成分としてアルミニウム、ケイ素。
錫、アンチモンなどを含む有機金属化合物(たとえば、
トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ヒ
ドロシラン誘導体、テトラフェニル錫、テトラーn−ブ
チル錫、トリフェニルアンチモンなど)を助触媒として
目的とする共重合体を得ることもできる。
本発明の共重合体は、トルエン、ベンゼン、エチルベン
ゼン、キシレン等の芳香族系溶媒、四塩化炭素、クロロ
ホルム、トリクロロエチレン等のハ、12ゲン化炭化水
素あるいはシクロヘキサン、テトラヒドロ7ラン等の有
機溶媒に可溶で、・アルコール類または水に対しては不
溶性である。また、この共重合体を上記の可溶性有機溶
媒に溶解し、その溶液を金jl!!、ガラス板、テフロ
ン板または水面上などに展延した後、溶媒を徐々に蒸発
させることにより厚みα01μm〜数十μm程度の丈夫
な薄膜とすることができる。また、多孔質の支持体を重
合体溶液に浸漬したのちに引き上げたり、支持体に溶液
を塗布、乾燥させるなどの方法も採用することができる
本発明の共重合体から得られる高分子膜の気体選択透過
性能は、共重合体゛の組成を調整することにより自由に
コントロールすることができるが、気体透過性および分
離性能の両方のバランスが良い優れた膜素材を得るため
には、共重合体を構成する繰返し単位において、構造式
(1)で示され、る繰返し単位と一般式(2)で表わさ
れる繰返し単位のモル比が9515から40/60の範
囲、より好ましくは85/15から65/S 5の範囲
にあることか望ましい。繰返し単位のモル比がこれより
大きい範囲では高い透過性が得られるが選択性が低く、
またこれより小さい範囲では高い選択性が得られるが透
過性が低下する。
本発明の共重合体の重量平均分子量は膜強度の点から大
きいことが望ましく、通常1万以上、特に好ましくは1
0万以上である。
本発明の共重合体は上記の物質分離膜としての応用の他
にも、レジスト材、半導体材料などの各種電子材料とし
て、あるいはその他の機能性高分子材料としての応用が
期待される。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の共重合体より得られる高分子膜
は非常に優れた物質選択透過性および製膜性を有するた
めに、本発明の共重合体を用いることにより、空気から
の酸素冨化等種々の気体混合物あるいは液体混合物の分
離、濃縮を極めて効率良く行うことができる。また、こ
の共重合体の組成を調整することにより、得られる高分
子膜の物質の選択透過性能を自由にコントロールするこ
とができる。
以下に、実施例および参考例により本発明をさらに詳し
く説明する。ただし、本発明がこれらに限定されるもの
ではないこと位もちろんである。
なお、実施例において気体の透過係数の測定は高真空の
圧力法を用いて行った。
参考例1(コモノマーの合成) 11三ツロフラスコ中でプロピンガス729をTHT!
400m1に溶解し、アルゴンガス雰囲気下で一78℃
に冷却した後、その溶液にn−ブチルリチウムヘキサン
溶液(1,61M ) 400 mlをゆっくりと滴下
し、滴下終了後フェニルジメチルクロロシラン9a99
を加え、さらに−78℃で1時間反応を行った。
その後、反応液より有機層のみを取り出し、純水で洗浄
した後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し減圧i留した
。その結果1−フェニルジメチルシリルプロピン94.
69<収率9五7%r 沸点”〜72℃/2龍Hg )
が得られた。
実施例1 1−トリメチルシリルプロピンおよび参考例1で得られ
た1−7エニルジメチルシリルプロビンをモル比70/
60の割合で、全モノマー濃度が1.0Mとなるように
トルエンに溶解し、五塩化タンタルおよびテトラフェニ
ル錫をそれぞれ20mMの濃度で加え、ガラスアンプル
中に仕込み、脱気封管後80℃で24時間振とうし、粘
稠なゲル状重合体を得た。この重合体をトルエンに溶解
させ、多量のメタノール中に数回再沈殿を繰り返しから
なる共重合体であることを確認し、元素分析の炭素含量
よりその組成を算出したところ、後者の繰返し単位の含
有率は19モル%であった。また、GPO測定の結果、
共重合体の重量平均分子量はポリスチレン換算値で5.
43 X 10’であった。
得られた共重合体をトルエンに再溶解し、その溶液をテ
フロン板上に流延した後、トルエンを蒸発除去し、換厚
か21μmの均質膜を得た。
この膜の25℃における酸素および窒素の透過係数の測
定結果を表1に示す。また、この共重合体のIRスベク
Fルデータおよび元素分析値は次のとおりであった。
工Rスペクトル: 3100〜2850(s)、 16
60〜1610 (s rシリル基上のフェニル基によ
る特性吸収)、  1520(s)、 14’50’(
m)、 1540 (s、側鎖メチル基による特性吸収
L  1260 (a、’ Eli−0M合による特性
吸収)、  1190(s)、  1120(w)。
10109G(、1000(s)、 930(a)、’
850(a)c!n−1元素分析値:067.28%、
Hl[LO8%O8側2〜4 1−トリメチルシリルプロピンと1−7エニルジメチル
シリルプロビンのモル比をそれぞれ80/20,501
50,50/70にした以外、実施例1と全く同様にし
て重合精製を行った。得られた共重合体の元素分析の炭
素含量よりその組成を算出したところ、 れぞれ11モル%、51モル%、45モル%であった。
また、これらの共重合体の重量平均分子量は、ポリスチ
レン換算値でそれぞれ&95X10B。
五60X10”、2.87X10’であった。これらの
共重合体を実施例1と同様にして製膜し、膜厚がそれぞ
れ24μm、18μm、32μmの均質膜を得た。この
膜の25℃における酸素および窒素の透過係数の測定結
果を表1に示す。
参考例2(コモノマーの合成) 参考例1においてフェニルジメチルクロロシランの代り
に、!1.43−トリフルオロプロピルジメチルクロロ
シランを用いて、参考例1と全く同様の操作を行い、1
(3<3.3−)リフルオロプロピルジメチルシリル)
プロピン(肺A50〜52℃/24mnig)を85.
2%の収率で得た。
実施例5 1−トリメチルシリルプロピンおよび参考例2で得られ
た1 +3.3.3− )リフルオロプロピルジメチル
シリル)プロピンをモル比65/35の割合で、全モノ
マー濃度が1.0Mとなるようにトルエン(溶解し、五
塩化タンタルおよびテトラフェニル錫をそれぞれ20m
Mの濃度で加えた後、実施例1と同様にして重合、精製
を行った。乾燥後、工R,NMRおよび元素分析を行い
、繰返し単位OH,OH,01(!OF。
体であることを確認し、元素分析の炭素含量よりこの組
成を算出したところ、後者の繰返し単位の含有率は25
モル%であった。またGPQ測定の結果、共重合体の重
量平均分子量はポリスチレン換算値で4.92 X 1
0’であった。
得られた共重合体を、実施例1と同様にして製膜し、膜
厚が15μmの均質膜を得た。この膜の25℃における
酸素および窒素の透過係数の測定結果を表1に示す。
また、この共重合体の工Rスペクトルデータおよび元素
分析値は次のとおりであった。
工Rスペクトル:6100〜2850(s)、 157
0〜1550(s)、1450(s)、1380(s、
側鎖メチル基による特性吸収)、1320(m)、12
60(s。
51−0結合による特性吸収L 1190(s)、11
20(s、o−F結合による特性吸収) 、  10 
b o(m)。
1020(a)、 910(s)、 900(a)、 
840(m)、 800(w)、 740(m)、 6
50(w)cIn”元素分析値: 05a79%、H9
,32%実施例6,7 1−トリメチルシリルプロピンと14−!l、5.3−
トリフルオロプロピルジメチルジメチルシリル)プロピ
ンのモル比をそれぞれ82/1B、40/60にした以
外、実施例5と全く同様にして重合。
精製を行った。得られた共重合体の元素分析の炭素含量
よりその組成を算出したところ 塊0−8i−OH,。
0H!01(!0馬 れぞれ7%、48%であった。また、これらの共重合体
の重量平均分子量はポリスチレン換算値でそれぞれ5.
62X10”、五a 9 X 10Iであった。
これらの共重合体を実施例1と同様にして製膜し、膜厚
がそれぞれ22μm、35μmの均質膜を得た。これら
の膜の25℃における酸素および窒素シ透過係数の測定
結果を表1に示す。
実施例8 1−トリメチルシリルプロピンおよび1−フェニルプロ
ピン(市販品)をモル比60/70の割合で全モノマー
濃度がtOMとなるようにトルエンに溶解し、五塩化タ
ンタルを20mMの濃度で加えた後、実施例1と同様の
方法で重合、精製を行った。乾燥後、工R,NM、Rお
よび元素分析を行い、繰返し単位 04  、 体であることを確認し、元素分析の炭素含量よりその組
成を算出したところ、後者の繰返し単位の含有率は35
モル%であった。また、GPO測定の結果、共重合体9
重量平均分子量は、ポリスチレン換算値、で2.57 
X 10’であった。
得られた共重合体を実施例1と同様にして製膜し、膜厚
が26μmの均質膜を得た。この膜の25℃におけ、る
酸素お1よび窒素の透過係数の測定結果を表1に示す。
また、この共重合体の工Rスペクトルデータおよび元素
分析値は次のとおりであった。
■R子ベクトル:3050(→、2960(a)、29
0口(a)、 2850(→、1750(W)、160
0(m、フェニル基による特性吸収、) 、  156
0(a)、 1450(s)。
1380 (is r側鎖メチル基による特性吸収)。
1260(s、5i−0結合による特性吸収)、119
0(m)、  1080(m)、  1020(m)、
 910’(s)、 82’0(s)。
750(s)、  690(s)、  630□−1(
m)元素分析値;074.40%、H9,48%実施例
9.10 1−トリメチルシリルプロピンと1−フェニルプロピン
のモル比をそれぞれ50150,20/80にした以外
、実施例8と全く同様にして重合。
精製を行った。得られた共重合体の元素分析の炭素含量
よりその組成を算出したところ、0塊 それ10%、45%であった。また、これらの共重合体
の重量平均分子量はポリスチレン換算値で+h(’h4
.12 X 10’、 2.21 X 10I+テアツ
タ。
これらの基型・合体を実施例1と同様にして製膜し、膜
厚がそれぞれ15μm、19μmの均質膜を得た。
これらの膜の25°Cにおける酸素および窒素の透過係
数の測定結果を表1に示す。
参考例3(コモノマーの合成) 1+ペンタフルオロフエニルジメチルシリル)プロピン
(沸点75〜76°C/8闘Hg )を95.3%の収
率で得た。
実施例11 1−トリメチルシリルプロピンおよび参考例3で得られ
た1−(ペンタフルオロフェニルジメチルシリル)プロ
ピンをモル比70150の割合で全モノマー濃度か1.
0Mとなるようにトルエンに溶解し、五塩化タンタルお
よびテトラフェニル錫をそれぞれ20m1Jの濃度で加
えた後、実施例1と同様にして重合、精製を行った。
乾燥後、工Rおよび元素分析を行い、繰返し単位合体で
あることを確認し、元素分析の炭素含量よりその組成を
算出したところ、後者の繰返し単位の含有率は20モル
%であった。
また、GPO測定の結果、共重合体の重量平均分子量は
ポリスチレン換算値で1口4 X 101であった。
得られた共重合体を実施例1と同様にして製膜し、膜厚
が18μmの均質膜を得た。この膜の25℃における酸
素および窒素の透過係数の測定結果を表1に示す。この
共重合体の工Rスペクトルデータおよび元素分析値は次
のとおりであった。
工Rスペクトル:3150〜2850(s)、1600
〜1530(a)、  1450(s)、  1420
(@、1380(a、側鎖メチル基による特性吸収)、
1260(a。
11si O結合による特性吸収)t 1190(s)
、 1120(a、o−F結合による特性吸収) + 
 1020 (m)+93.0(s)、 860〜81
0(s)、 760(s)、φ50(a)国−1元素分
析値:05a73%、HfL07%参考例4(コモノマ
ーの合成) 参考例1においてフェニルジメチルクロシランの代りに
2−ペンタフルオロフェニルニーfルシytチルクロロ
シランを用いて、参考例1と全く同様の操作を行い、1
+2−ペンタフルオロフェニルエチルジメチルシリル)
プロピン(沸点90〜92°C/4龍Hg )を91.
5%の収率で得た。
実施例12 1−トリメチルシリルプロピンおよび参考例4で得られ
た1+2−ペンタフルオロフェニルエチルジメチルシリ
ル)プロピンをモル比67155の割合で、金子ツマー
濃度が1.0Mとなるようにトルエンに溶解し、五塩化
タンタルおよびテトラフェニル錫をそれぞれ20’ m
 Mの濃度で加えた後、実施例1と同様にして重合、゛
精製を行った。乾燥後、工R,NMRおよび元素分析を
行い、繰返し重合体であることを確認し、元素分析の炭
素含量よりその組成を算出したところ、後者の繰返し単
位の含有率は20モル%であった。またGPO測定の結
果、共重合体の重置平均分子量はポリスチレン換算値で
2.65X10Sであった。
得られた共重合体を実施例1と同様にして製膜し、膜厚
12μmの均質膜を得た。この膜の25℃における酸素
および窒素の透過係数の測定結果を表1に示す。また、
この共重合体の工Rスペクトルデータおよび元素分析値
は次のとおりであった。
工Rスペクトル+3100〜211150(s)、16
70(4,1590〜1510(g)、 1450(s
)、  1380(s、側鎖メチル基による特性吸収)
、、  t 28 o(w)。
1260 (a、 、Ell−0結合による特性吸収)
、1190(a)、  1150 (g、 0−7結合
による特性吸収)。
1 000(m)、930(s)、880〜750(s
)、700(a)。
650(g)cm” 元素分析値+ 05’196%、H&40%表1中po
、およびPNtの単位はいずれも−(STP)・Cm/
 ctfl @sea * cm Hgである。
特許出願人 東洋曹達工業株式会社 相模中央化学研究所

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、構造式▲数式、化学式、表等があります▼で示され
    る繰返し単位 および一般式▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R^1は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基
    または置換アルキル基、R^2はフェニル基、置換フェ
    ニル基、アルキル基、置換アルキル基または式▲数式、
    化学式、表等があります▼で表わされる基 (R^3、R^4はそれぞれ独立にアルキル基、置換ア
    ルキル基であり、R^5は置換アルキル基、フェニル基
    、置換フェニル基を表す。)を表す。〕で示される繰返
    し単位から形成される共重合体。 2、構造式▲数式、化学式、表等があります▼で示され
    る単量体単位 および一般式▲数式、化学式、表等があります▼ (式中R^1、R^2は上記と同様である。)で示され
    る単量体単位のモル比が95/5から40/60の範囲
    にある特許請求の範囲第1項記載の共重合体。
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