JPS6312316A - Gas permselective composite film manufactured by plasma polymerization coating technique - Google Patents

Gas permselective composite film manufactured by plasma polymerization coating technique

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JPS6312316A
JPS6312316A JP8965887A JP8965887A JPS6312316A JP S6312316 A JPS6312316 A JP S6312316A JP 8965887 A JP8965887 A JP 8965887A JP 8965887 A JP8965887 A JP 8965887A JP S6312316 A JPS6312316 A JP S6312316A
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JP
Japan
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gas
plasma
membrane
plasma polymer
support
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JP8965887A
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Japanese (ja)
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ヒロシ ノムラ
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Applied Membrane Technology Inc
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Applied Membrane Technology Inc
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    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/62Plasma-deposition of organic layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
    • B01D69/127In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction using electrical discharge or plasma-polymerisation

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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】 〔発明の分野〕 本発明は2.3より大きい02/N2ガス選択透過性を
持ち、微孔性膜支持体の表面上にプラズマ重合物被膜を
析出させて製したガス選択透過膜に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention provides membranes having a selective permeability of 02/N2 gas greater than 2.3, prepared by depositing a plasma polymer coating on the surface of a microporous membrane support. This invention relates to a gas selectively permeable membrane.

被膜は単一の特定されたモノマー又は2種又はそれ以上
の選択されたコモノマーから調製される。支持体本体は
化学的抵抗性と機械的強度のその本来の性質を保持する
一方、プラズマ重合体被膜を得て支持体の細孔を効果的
に架橋し、複合膜の高いガス選択透過性と高いガス流フ
ラックスによってガス分離への使用を可能にする。さら
に、この発明は中空繊維の形でこの新規な膜を使用する
ガス分離モジュールに関するものである。
Coatings are prepared from a single specified monomer or two or more selected comonomers. While the support body retains its inherent properties of chemical resistance and mechanical strength, a plasma polymer coating is obtained that effectively bridges the pores of the support and increases the high gas permselectivity of the composite membrane. High gas flow flux allows use in gas separation. Furthermore, the invention relates to a gas separation module using this new membrane in the form of hollow fibers.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来のガス選択透過複合膜の調製にはしばしば多様な問
題に遭遇する0例えば、被覆層の厚さに起因する低いガ
ス流束、薄い被覆層を得難いこと、被覆層と支持体との
間の接着強度が不十分なこと、膜の製作の困難なことな
どがある。特に高いガス選択性と高い気体流束を同時に
達成するガス選択透過性複合膜を調製することは困難で
ある。非対称性膜の場合には、調製法が複雑であり、使
用できる原料の選択が限られるという問題がある。
Various problems are often encountered in the preparation of conventional gas selective permeation composite membranes, such as low gas flux due to the thickness of the coating layer, difficulty in obtaining a thin coating layer, and poor gas flow between the coating layer and the support. There are problems such as insufficient adhesive strength and difficulty in manufacturing the membrane. In particular, it is difficult to prepare gas-selective permselective composite membranes that simultaneously achieve high gas selectivity and high gas flux. In the case of asymmetric membranes, there are problems in that the preparation method is complicated and the selection of usable raw materials is limited.

プラズマ重合被覆技術で製造された複合膜の場合には、
プラズマ被覆が高度に分岐し、高度に架橋結合した網目
構造を作って析出する。プラズマ重合体被膜の支持体と
の相互作用とプラズマ重合体生成の特異的な機構から薄
い析出被膜の支持体への良好な接着を生じる。従って、
何人かの研究者は高い選択透過率と流束の双方をもつ気
体分離用複合膜の調製にプラズマ重合被膜を応用する技
術を研究している。
In the case of composite membranes produced by plasma polymerization coating technology,
The plasma coating deposits in a highly branched and highly cross-linked network. The interaction of the plasma polymer coating with the support and the specific mechanism of plasma polymer formation result in good adhesion of the thin deposited coating to the support. Therefore,
Several researchers are investigating the application of plasma polymerized coatings to prepare composite membranes for gas separation with both high permselectivity and flux.

Van Der 5cheerによる欧州特許出願第0
134055号は、プラズマ重合体の密で非常に薄いガ
ス選択フィルム、通常の重合体の密で透過性の高い中間
層、及びプラズマ重合体フィルムと中間層を支持する微
孔性支持体から成るガス選択分離用の密な複合膜を開示
している。支持体上に直接析出させた通常の重合体には
オルガノシロキサン又はシロキサンとポリカーボネート
の共重合体が使用できる。非常に薄いガス選択性上層は
ケイ素を含まないプラズマ重合体である。この参照特許
は特に中間層を要求しており、その存在が二つの重要な
目的、(1)プラズマ重合体を支持し、非常に薄い上層
の析出を可能にすること、(2)全体の複合膜がガス分
離に使用されるように、ガス混合物を微孔性支持体上に
分布させること、に機能させるために必要である。故に
、Van Der 5cheerは高いガス流速を伴っ
た高いガス選択性は、微孔性支持体上への単一プラズマ
層の直接析出では期待されないことを示している。この
特許刊行物の教示に直接のそして驚くべき対比として、
本発明人は高いガス選択透過性と高い流束をもつ複合膜
を、特定の低分子量のオルガノシロキサンモノマーの「
軟かい」非常に薄いプラズマ重合体層を直接微孔性支持
体上に新規なプラズマ重合法により析出させることによ
り調製できた。さらに予期しないことに。
European Patent Application No. 0 by Van Der 5cheer
No. 134055 discloses a gas-selective film consisting of a dense, very thin gas-selective film of a plasma polymer, a dense, highly permeable interlayer of a conventional polymer, and a microporous support supporting the plasma polymer film and the interlayer. Dense composite membranes for selective separations are disclosed. Conventional polymers deposited directly on the support can be organosiloxanes or copolymers of siloxane and polycarbonate. The very thin gas-selective top layer is a silicon-free plasma polymer. This referenced patent specifically calls for an intermediate layer, the presence of which serves two important purposes: (1) to support the plasma polymer and allow deposition of a very thin top layer, and (2) to provide overall composite In order for the membrane to be used for gas separation, it is necessary to function in distributing gas mixtures onto a microporous support. Therefore, Van Der 5cheer shows that high gas selectivity with high gas flow rates is not expected with direct deposition of a single plasma layer onto a microporous support. In direct and striking contrast to the teachings of this patent publication,
The present inventor has developed a composite membrane with high gas permselectivity and high flux using a specific low molecular weight organosiloxane monomer.
A "soft" and very thin plasma polymer layer could be prepared by depositing directly onto a microporous support by a novel plasma polymerization method. Even more unexpectedly.

本発明人は「軟かい」オルガノシロキサンプラズマ重合
体を「硬い」プラズマ重合体と共重合体させると、オル
ガノシロキサン類は微孔性支持体上への直接析出におい
て選択透過性の高いプラズマ共重合体層を与えることが
できることを発見した。
By copolymerizing a ``soft'' organosiloxane plasma polymer with a ``hard'' plasma polymer, the inventors have demonstrated that organosiloxanes are highly permselective plasma copolymers for direct deposition onto microporous supports. We discovered that it is possible to provide a coalescing layer.

「硬い」プラズマ重合体はオルガノシラン、フルオびカ
ーボン又は炭化水素モノマーから得られる。
"Hard" plasma polymers are obtained from organosilanes, fluorocarbons or hydrocarbon monomers.

白木等の米国特許第4,410,338号において、ガ
ス分離膜は、微孔性支持体がオルガノシラン、オルガノ
シロキサン及びオレフィンから選択された有機モノマー
から生じる重合体でプラズマ被覆される場合において見
出された。白木等はプラズマ被膜の調製に用いるモノマ
ーの分子量又はサイズの限界は認めていない、予期しな
いことに、本発明人は低分子量オルガノシロキサンの特
定グループが、白木等は報告していないが、高流速を伴
った高いガス選択性をもつガス選択透過膜の調製に使用
できることを発見した。さらに、白木等は本発明人がガ
ス膜調製のために開発した共重合体プラズマ被膜の使用
には全く触れていない、白木等はガス膜を微孔性支持体
を通常の可聴周波出力ベル・ジャー・プラズマ反応器中
に置き、その上にプラズマ重合体被膜を析出させること
により調製している。プラズマグロー帯の強度はその種
の通常のプラズマ反応器中では本質的に弱く発達し、強
度はプラズマ発生電極からの支持体の距離と共に減少す
る。このように、この種の反応器で調製した重合体被膜
は、プラズマグロー帯強度が弱いために高度に架橋結合
することは不可能であり、そしてさらに析出速度は非常
に遅いと思われ、プラズマ重合体被膜の組成物と均一度
は反応器内の支持体の位置によって変化する0本発明人
はガス選択透過性複合膜が特定のモノマーとコモノマー
のプラズマ重合体被膜によって製造することができ、そ
れは高度に架橋結合した構造をもち、非常に一様な組成
物と厚さを持つことを発見した。このことは、容量的に
結合された外部電極をもつ高周波管形プラズマ反応器中
でプラズマ重合体析出を行うことにより達成され、そこ
ではプラズマグロー帯は電極間の領域へ制御され、通常
のプラズマ反応器において可能なよりも高いエネルギー
強度を持ってい葛。
In U.S. Pat. No. 4,410,338 to Shiraki et al., a gas separation membrane is described in which a microporous support is plasma coated with a polymer derived from organic monomers selected from organosilanes, organosiloxanes and olefins. Served. Shiraki et al. do not recognize any limitations on the molecular weight or size of the monomers used in the preparation of plasma coatings; unexpectedly, the inventors found that a particular group of low molecular weight organosiloxanes, although not reported by Shiraki et al. We have discovered that this method can be used to prepare gas-selective membranes with high gas selectivity. Furthermore, Shiraki et al. makes no mention of the use of the copolymer plasma coatings developed by the inventors for the preparation of gas membranes; Shiraki et al. It is prepared by placing it in a jar plasma reactor and depositing a plasma polymer coating thereon. The intensity of the plasma glow zone develops essentially weakly in such conventional plasma reactors, and the intensity decreases with the distance of the support from the plasma generating electrode. Thus, polymer coatings prepared in this type of reactor cannot be highly cross-linked due to the weak plasma glow zone strength, and furthermore the deposition rate appears to be very slow and the plasma The composition and uniformity of the polymer coating varies with the location of the support within the reactor. The inventors have demonstrated that gas-selective composite membranes can be produced by plasma polymer coatings of specific monomers and comonomers. It was found to have a highly cross-linked structure and a very uniform composition and thickness. This is achieved by performing plasma polymer deposition in a high-frequency tubular plasma reactor with capacitively coupled external electrodes, where the plasma glow zone is controlled to the region between the electrodes and the normal plasma Kudzu has a higher energy intensity than possible in the reactor.

orocom omds 」と題してTh1n 5ol
id Films、118(1984)pp187−1
95に報告された以前の研究において、本発明者は他の
エネルギー強度の小さいプラズマ重合反応器システムを
報告し、そこではこ−で用いるもの以外の有機モノマー
をガス分離膜用の被膜形成のなめに重合させた、しかし
1本発明者は今回、ある特定のモノマー及びモノマーと
コモノマーのある特定の組み合わせが高選択性と高流速
をもつガス膜の調製に使用できることを発見した、また
、本発明者はその調製のためのプラズマ重合が、意外に
も容量的結合外部電極をもった高周波管形反応器の高エ
ネルギープラズマグロー帯において行われることを発見
した。
Th1n 5ol entitled "orocom omds"
id Films, 118 (1984) pp187-1
In previous work reported in 95, the inventors reported other low-energy-intensity plasma polymerization reactor systems in which organic monomers other than those used here were used to form coatings for gas separation membranes. However, the inventors have now discovered that certain monomers and certain combinations of monomers and comonomers can be used to prepare gas membranes with high selectivity and high flow rates. It has been discovered that the plasma polymerization for its preparation is surprisingly carried out in the high-energy plasma glow zone of a high-frequency tube reactor with a capacitively coupled external electrode.

本発明の新規ガス透過選択的複合膜の開発において、本
発明者は、従来用いられていたプラズマ重合技術に固有
の問題を克服する必要があった。
In developing the novel gas permeation selective composite membrane of the present invention, the inventors needed to overcome problems inherent in previously used plasma polymerization techniques.

複合膜の調製に応用すると、通常のプラズマ重合被覆法
はすべて使用する反応器系のタイプ(例えばベル・ジャ
ー反応器、可聴周波数タンデム系、高周波コイル誘導結
合管形反応器)に拘らずある種の固有の不利を蒙ってい
る。この欠点は一般に、この種の通常のプラズマ重合が
低いか不均質なプラズマエネネギー密度領域に位置する
支持体上への重合体の析出が関係する事実に起因してい
る。
When applied to the preparation of composite membranes, all conventional plasma polymerization coating methods have some type of They suffer from an inherent disadvantage. This drawback is generally due to the fact that conventional plasma polymerizations of this type involve deposition of the polymer onto a support located in a region of low or inhomogeneous plasma energy density.

この欠点は一般に次のように要約される:1、主に反応
器中の支持体の位置に依存するプラズマ重合体析出速度
とプラズマ重合体被膜組成物不均一。
The drawbacks are generally summarized as follows: 1. Plasma polymer deposition rate and plasma polymer coating composition non-uniformity, depending primarily on the position of the support in the reactor.

2、重合体析出が「アフターグロー」帯で起る、Be1
l Jar又I虚高周波コイル誘導結合管形タイプか、
重合体結合がグロー帯で起る可聴周波数タイプかの、通
常のプラズマ反応器で出合う低いか制御不能のエネルギ
ー密度(通常の反応器の低い析出速度はさらに内部電極
上へのプラズマ被膜の堆積に帰することができる)。
2. Polymer precipitation occurs in the “afterglow” zone, Be1
l Jar or I imaginary high frequency coil inductively coupled tube type?
The low or uncontrollable energy densities encountered in conventional plasma reactors (of the audio frequency type, where polymer bonding occurs in the glow zone) (the low deposition rate of conventional reactors further contributes to the deposition of plasma films on the internal electrodes) ).

3、プラズマグローからの競合的退色に基因し、また重
合体析出速度が主として反応器中の支持体の正確な位置
に依存する事実に基因する多数の膜支持体を均一かつ効
果的に被覆することの不可能性。
3. Uniformly and effectively coats a large number of membrane supports due to competitive bleaching from plasma glow and the fact that the rate of polymer deposition depends primarily on the exact location of the support in the reactor. The impossibility of things.

4、膜支持体の外面のまわり、例えば繊維の周辺部のま
わりの被覆の不均一性。
4. Non-uniformity of the coating around the outer surface of the membrane support, for example around the periphery of the fibers.

5、好ましくない複数の化学種の生成物の問題及び不要
化学種を効果的に除去することの不可能性。
5. The problem of undesirable multiple species products and the inability to effectively remove unwanted species.

6、これらプラズマ析出パラメーターのすべてを制御し
、特に商業生産への規模拡大においての困難性。
6. Difficulties in controlling all of these plasma deposition parameters, especially in scaling up to commercial production.

これらの難点を克服する努力において、本発明者は、プ
ラズマ重合体を高周波容量的結合管反応器の外部電極の
間の領域中の高エネルギーグロー帯を通して移動する微
孔膜支持体上に析出、させる方法を開発した。この反応
器システムにおいて行われるようなプラズマ重合技術は
、高度の信頼性を有し、高い生産速度で操作し、非常に
好ましい均一な生成物を作ることができる。微孔膜支持
体は、特に連続的実用生産において、温度、圧力、張力
及び化学作用のような取扱い上の影響に敏感なためプラ
ズマ被膜が極度に困難なことが知られている。しかし、
本発明者は、今回予期しないことに微孔膜支持体がこの
方法で速度と効率をもって均質で好ましい結果を伴って
、プラズマ被膜することができ、高い選択透過性と高流
束を併せ持つ新規なガス選択透過性複合膜を生ずること
を明らかにした。
In an effort to overcome these difficulties, the inventors deposited plasma polymer onto a microporous membrane support that moved through a high-energy glow zone in the region between the outer electrodes of a high-frequency capacitively coupled tube reactor. We have developed a method to do this. Plasma polymerization techniques, as performed in this reactor system, have a high degree of reliability, can operate at high production rates, and produce highly desirable homogeneous products. Microporous membrane supports are known to be extremely difficult to plasma coat, particularly in continuous practical production, due to their sensitivity to handling effects such as temperature, pressure, tension and chemistry. but,
The present inventors have now unexpectedly discovered that microporous membrane supports can be plasma coated in this manner with speed and efficiency with homogeneous and favorable results, creating a novel combination of high permselectivity and high flux. It was revealed that a gas-selective permselective composite membrane can be produced.

〔発明の要約〕[Summary of the invention]

本発明は、さらにこSに記すように、特定のモノマーの
プラズマ重合体被膜、又はモノマーとコモノマーとの特
定の組み合わせのプラズマ共重合体被膜の表面をもつガ
ス選択透過性微孔性複合膜を与えるものである。このガ
ス膜は予期しないことに、従来得られているプラズマ被
膜ガス膜で達成されたよりもずっと高い割合で気体選択
性とガス流束を合わせもっている。
The present invention further provides a gas selectively permeable microporous composite membrane having a surface of a plasma polymer coating of a specific monomer or a plasma copolymer coating of a specific combination of a monomer and a comonomer, as described in S. It is something to give. This gas film unexpectedly combines gas selectivity and gas flux at a much higher rate than previously achieved with previously available plasma coated gas films.

本発明はまた、さらに記すように、容量的結合外部電極
をもつ高周波駆動管形反応器の強いプラズマグロー釜中
で操作することによりこのガス膜を調製する新規なプラ
ズマ重合技術を与えるものである。
The present invention also provides a novel plasma polymerization technique for preparing this gas film by operating in an intense plasma glow kettle of a high frequency driven tubular reactor with capacitively coupled external electrodes, as further described. .

たず、特定のモノマーの使用又はこの発明のモノマーと
コモノマーとの特定の組み合わせの使用により、かつプ
ラズマ重合を二蔦で明きらかにしたような反応器システ
ム中で行うことによって、現ガス膜によって達成された
ガス流束と気体選択性の予期しない高い組み合わせを得
ることができる0本発明のガス選択透過性微孔性複合膜
の基盤を与える微孔性膜支持体としてはポリオレフィン
、フッ素化ポリオレフィン、ポリスルホンが利用可能で
あり、フィルム、中空繊維などの形態が利用できる。
First, by using specific monomers or by using specific combinations of monomers and comonomers of the invention, and by carrying out the plasma polymerization in a reactor system such as that disclosed in Futatsuta, the present gas film can be The microporous membrane support that provides the basis for the gas-selective microporous composite membrane of the present invention allows for the unexpectedly high combination of gas flux and gas selectivity achieved by the use of polyolefins, fluorinated Polyolefins and polysulfones can be used, and forms such as films and hollow fibers can be used.

プラズマ重合物被膜の2つの異なったタイプが使用でき
る: (i) 「軟かい」プラズマ重合体の微孔性膜支持体上
へのプラズマ重合被膜、こへで「軟かい」プラズマ重合
体はさらに記すような特定の低分子量オルガノシロキサ
ンモノマーから得られる。
Two different types of plasma polymer coatings can be used: (i) Plasma polymer coatings of "soft" plasma polymers onto microporous membrane supports, where the "soft" plasma polymers are further Obtained from certain low molecular weight organosiloxane monomers as described below.

(ii)  r軟かい」プラズマ重合体と「硬い」プラ
ズマ重合体の共重合体のプラズマ析出、こ−で「軟かい
」プラズマ重合体はオルガノシロキサンモノマーから得
られ、[硬い」プラズマ重合体はオルガノシラン、フル
オロカーボン、又は炭化水素のモノマーから得られる。
(ii) Plasma deposition of copolymers of soft and hard plasma polymers, whereby the soft plasma polymers are obtained from organosiloxane monomers and the hard plasma polymers are obtained from organosiloxane monomers. Obtained from organosilanes, fluorocarbons, or hydrocarbon monomers.

「軟かい」プラズマ重合体は多孔性支持体の細孔を覆い
、一方「硬い」プラズマ重合体は「軟かい」プラズマ重
合体と共重合してガス分離に対してプラズマ被膜に高い
選択性を付加する。
The "soft" plasma polymer covers the pores of the porous support, while the "hard" plasma polymer copolymerizes with the "soft" plasma polymer to give the plasma coating high selectivity for gas separation. Add.

また、本発明では、ガス混合物の分離はこの新規なガス
選択透過性微孔膜を、中空繊維の形態で、第1図及び第
2図に示される形の分離モジュールに取り入れることに
よって達成されることを提示している。
Also, in the present invention, separation of gas mixtures is achieved by incorporating this novel gas selectively permeable microporous membrane in the form of hollow fibers into a separation module of the form shown in FIGS. 1 and 2. It is presenting that.

〔発明の詳細な記載〕[Detailed description of the invention]

本発明による支持体膜として用いられる微孔性膜はすべ
て既知のものであり、容易に市場で入手できる。適切な
支持体膜は平らなフィルム、中空繊維などの形で使用で
きる。中空繊維は、一定容積内で気体浸透に対し大きな
面積が得られるので、こ−では望ましい形である。従っ
て、本発明によるモジュールのような分離装置は、中空
繊維を分離膜として使用すると、より小型になる。この
微孔性支持体膜はポリエチレンやポリプロピレンのよう
なポリオレフィン、フッ素化エチレン−プロピレンのよ
うなフッ素化ポリオレフィン、及びポリスルホンで作る
ことができる0本発明での使用に適切な支持体膜は少く
とも約20OAから精々約800OAの孔径をもつ、細
孔は製法によって種々の形状があり、一般に口型又は円
形である。細孔が非円形の時は、最小孔の短径は少くと
も約2000Aで最大孔の長径は多くて6000Aのも
のである。この要求に合致した適切な支持体膜は三菱レ
ーヨンから商品名KPF190M 、 2フOB及び3
60^、及びEHF2フ01!l。
The microporous membranes used as support membranes according to the invention are all known and readily available on the market. Suitable support membranes can be used in the form of flat films, hollow fibers, etc. Hollow fibers are the preferred form here because they provide a large area for gas permeation within a given volume. Separation devices such as the module according to the invention therefore become more compact when hollow fibers are used as separation membranes. The microporous support membrane can be made of polyolefins such as polyethylene or polypropylene, fluorinated polyolefins such as fluorinated ethylene-propylene, and polysulfone. Support membranes suitable for use in the present invention include at least The pores, with pore sizes ranging from about 20 OA to no more than about 800 OA, can have a variety of shapes depending on the manufacturing process, and are generally mouth-shaped or circular. When the pores are non-circular, the shortest diameter of the smallest pore is at least about 2000A and the longest diameter of the largest pore is at most 6000A. Suitable support membranes meeting this requirement are available from Mitsubishi Rayon under the trade names KPF190M, 2F OB and 3
60^, and EHF2fu01! l.

270T 、 270H、410C、390C及び39
0^、またセラニーズ社から商品名CELGARD 2
400 、2402 、2500 、2502゜440
0 、4410 、4500 、4510 、 K−4
42、K−443、X−10、及びX−20として市場
で入手できる。他の適切なポリオレフィン膜及びフッ素
化ポリオレフィン膜として使用できるものは米国特許第
3,558,764号(1971年1月26日)、第3
,679,538号(1972年7月25日)、第3,
801,404号(1974年4月2日)、第3.80
1,692号(1974年4月2日)、第3,839,
240号(1974年10月1日)、第3,839,5
16号(1974年10月1日〉、第3,843,76
1号(1974年10月22日)、第3.920,78
5号(1975年11月18日)、第4,058,58
2号(1977年11月15日)、第4,138,54
9号(1979年2月6日)、第4,255,376号
(1981年3月10日)、第4.257,997号(
1981年3月24日)、第4,290,987号(1
981年9月11日)、及び第4,405,688号(
1983年9月20日)があり、本明細書に組込まれて
いる。
270T, 270H, 410C, 390C and 39
0^, also from Celanese Company under the product name CELGARD 2
400, 2402, 2500, 2502°440
0, 4410, 4500, 4510, K-4
42, K-443, X-10, and X-20. Other suitable polyolefin membranes and fluorinated polyolefin membranes that may be used include U.S. Pat.
, No. 679, 538 (July 25, 1972), No. 3,
No. 801,404 (April 2, 1974), No. 3.80
No. 1,692 (April 2, 1974), No. 3,839,
No. 240 (October 1, 1974), No. 3,839, 5
No. 16 (October 1, 1974), No. 3,843, 76
No. 1 (October 22, 1974), No. 3.920, 78
No. 5 (November 18, 1975), No. 4,058, 58
No. 2 (November 15, 1977), No. 4,138, 54
No. 9 (February 6, 1979), No. 4,255,376 (March 10, 1981), No. 4,257,997 (
March 24, 1981), No. 4,290,987 (1
September 11, 981), and No. 4,405,688 (
September 20, 1983) and is incorporated herein.

(i)  によるプラズマ重合体被膜中の「軟かい」プ
ラズマ重合体はモノマー前駆体として分子量が165を
越えない次の式■の低級アルキル置換ジシロキサンを使
用することによって得られる:〔式中、R5,R2、F
ts及びR1は、それぞれメチル基及びエチル基から選
択される。〕 この種の低級アルキル置換ジシロキサンの例としては、
1,1,3.3−テトラメチルジシロキサン、1,1.
3−トリメチル−3−エチルジシロキサン、1.1−ジ
メチル−3,3−ジエチルジシロキサン、1.3−ジメ
チル−1,3−ジエチルジシロキサンがある。好ましい
モノマーは1゜1.3.3−テトラメチルジシロキサン
である。
The "soft" plasma polymer in the plasma polymer coating according to (i) is obtained by using as a monomer precursor a lower alkyl-substituted disiloxane of the following formula (2) with a molecular weight not exceeding 165: R5, R2, F
ts and R1 are each selected from methyl and ethyl groups. ] Examples of this type of lower alkyl-substituted disiloxane include:
1,1,3.3-tetramethyldisiloxane, 1,1.
There are 3-trimethyl-3-ethyldisiloxane, 1,1-dimethyl-3,3-diethyldisiloxane, and 1,3-dimethyl-1,3-diethyldisiloxane. A preferred monomer is 1°1.3.3-tetramethyldisiloxane.

この特定の類のオルガノシロキサンがなぜ、このように
優れたガス分離性のプラズマ被膜微孔膜を形成するかは
完全には理解されていない。ジシロキサンのケイ素原子
の全結合が炭素に付いている時、 C 51−C結合が5i−0結合を弱める傾向をもっと信じ
られている。従って、高エネルギーグロー帯において5
i−0結合が容易に切れて酸素を放出し、それはもはや
重合には利用されなくなる。残りの部分が重合し、支持
体上に析出すると、その性質はシロキサンのプラズマ重
合体よりもむしろシリコン のプラズマ重合体に近くなる。シランモノマーは単に十
分に高い選択透過性のプラズマ重合体を形成できない。
It is not completely understood why this particular class of organosiloxanes forms plasma-coated microporous membranes with such excellent gas separation properties. When all the bonds of the silicon atoms in disiloxane are attached to carbon, it is more believed that the C51-C bond tends to weaken the 5i-0 bond. Therefore, in the high energy glow zone, 5
The i-0 bond is easily broken, releasing oxygen, which is no longer available for polymerization. When the remaining portion is polymerized and deposited on the support, its properties resemble that of a plasma polymer of silicon rather than that of siloxane. Silane monomers simply cannot form plasma polymers of sufficiently high permselectivity.

この問題は置換の少ない1式の低分子量低級アルキルジ
シロキサンでは起らない。この状況は本発明人によって
のみ認められた。
This problem does not occur with low molecular weight lower alkyl disiloxanes of type 1 with less substitution. This situation was recognized only by the inventor.

(ii)によるプラズマ共重合体被膜は「軟かい」プラ
ズマ重合体と「硬い」プラズマ重合体の共重合によって
得られる。「軟かい」プラズマ重合体はモノマー前駆体
として上記1式に示したものに限定されないオルガノシ
ロキサンを使用して得られる。共重合体被膜の生成にお
いて、オルガノシロキサンは支持体の細孔を被覆する「
軟かい」重合体としてのみ機能し、特定の共モノマーが
「軟かいコモノマーだけの使用では得ることのできない
選択性を付加するなめに、どのオルガノシロキサンでも
使用することができる。「硬い」プラズマ重合体はモノ
マー前駆体としてオルガノシラン、フルオロカーボン又
は炭化水素を用いることによって得られる。オルガノシ
ランはテトラメチルシランのような低級アルキル置換シ
ラン及びテトラメトキシシランのような低級アルコキシ
シランを含み、フルオロカーボンはテトラフルオロエチ
レンのような過フッ素化炭化水素を含み、炭化水素はプ
ロピレンのような低分子量炭化水素を含む。
Plasma copolymer coatings according to (ii) are obtained by copolymerization of "soft" and "hard" plasma polymers. "Soft" plasma polymers are obtained using organosiloxanes, not limited to those shown in formula 1 above, as monomer precursors. In the production of copolymer coatings, organosiloxanes coat the pores of the support.
Any organosiloxane can be used to function only as a "soft" polymer and certain comonomers add selectivity that cannot be obtained by using "soft" comonomers alone. Coalescence is obtained by using organosilanes, fluorocarbons or hydrocarbons as monomer precursors. Organosilanes include lower alkyl-substituted silanes such as tetramethylsilane and lower alkoxysilanes such as tetramethoxysilane, fluorocarbons include perfluorinated hydrocarbons such as tetrafluoroethylene, and hydrocarbons include perfluorinated hydrocarbons such as propylene. Contains molecular weight hydrocarbons.

本発明によって、上記1式で記載されたような低級アル
キル置換ジシロキサンを用いて作られたガス膜は、先に
記載したように、白木等の関連ガス膜において得られた
より一層高い率のガス選択性とガス流束を示す。白木等
の見出した唯一のジシロキサンは、ヘキサメチルジシロ
キサン、(CH=)3  S i  O5i(CH:+
)zであり、上記1式のシロキサンより立体障害を受は
分子としてかさ高なベルアルキル置換ジシロキサンであ
る。さらに、白木等の使用したベキサメチルジシロキサ
ンは今回1式に示したジシロキサンよりも高い分子量で
ある。プラズマ重合の専門宛には良く知られているよう
に、高分子量のモノマーは単位容積当り低い度合の架橋
結合をもつプラズマ被膜を作る。故に、それは「より軟
かく」、従って低いガス選択性より示さない。逆に、低
分子量のモノマーは高度の架橋結合をもつプラズマ重合
体被膜を作り、従って、それは「より硬く」又は「より
緊密」であり、その結果高いガス選択性を示す。
In accordance with the present invention, gas films made using lower alkyl-substituted disiloxanes such as those described in Equation 1 above have higher rates of gas than those obtained in the related gas films of Shiraki et al., as previously described. Showing selectivity and gas flux. The only disiloxane discovered by Shiraki et al. is hexamethyldisiloxane, (CH=)3S i O5i(CH:+
)z, which is a beralkyl-substituted disiloxane which is more sterically hindered than the siloxane of formula 1 above and is bulkier as a molecule. Furthermore, the bexamethyldisiloxane used by Shiraki et al. has a higher molecular weight than the disiloxane shown in formula 1 this time. As is well known in the plasma polymerization profession, high molecular weight monomers produce plasma films with a low degree of crosslinking per unit volume. Therefore, it is "softer" and therefore exhibits less gas selectivity. Conversely, lower molecular weight monomers create plasma polymer coatings that are highly cross-linked and therefore are "harder" or "tighter" and thus exhibit higher gas selectivity.

他方、低分子量モノマーは高分子量モノマーに比べてプ
ラズマ重合体析出速度が小さいという不利な点がある。
On the other hand, low molecular weight monomers have the disadvantage of a lower plasma polymer deposition rate than high molecular weight monomers.

本発明者は、今回予期しないことに、ある種の低分子量
モノマー、即ち1.1.3.3−テトラメチルジシロキ
サンのような上記1式の低級アルキル置換ジシロキサン
が本発明で記載した特定のプラズマ重合装置で重合させ
ると急速に微孔膜支持体上に析出して、白木等のガス選
択透過膜又は他の通常のガス選択透過膜に比べて本質的
に優れたガス選択性とガス流束をもつガス選択透過性複
合膜を与える。
The inventors have now unexpectedly discovered that certain low molecular weight monomers, namely lower alkyl-substituted disiloxanes of formula 1 above, such as 1.1.3.3-tetramethyldisiloxane, can be When polymerized in a plasma polymerization apparatus, it rapidly precipitates onto a microporous membrane support, resulting in an essentially superior gas selectivity and gas permeability membrane compared to Shiraki et al.'s gas selective permeable membrane or other conventional gas selective permeable membranes. A gas-selective permselective composite membrane with flux is provided.

本プラズマ重合には必要とするモノマー又はコモノマー
のグロー帯内での高エネルギーへの活性化、ラジカル、
電子及びイオンに富んだ解離形(すなわちプラズマ)、
グロー帯を移動して支持体表面上へのプラズマ重合体又
は共重合体としての析出が関与している。実際上は、高
周波発生器からの放電を容量的結合管形反応器の外部電
極に適用する。特定のモノマー又はコモノマー前駆体は
反応器中に導入され、プラズマに励起される。本発明で
は、反応器中の最高プラズマエネルギー密度の領域は電
極間の領域、プラズマグロー帯に制御される。
In this plasma polymerization, activation of the required monomer or comonomer to high energy within the glow zone, radical,
a dissociated form rich in electrons and ions (i.e. plasma),
Deposition of the plasma polymer or copolymer as a plasma polymer or copolymer through the glow zone onto the surface of the support is involved. In practice, a discharge from a high frequency generator is applied to the external electrode of a capacitively coupled tube reactor. Certain monomers or comonomer precursors are introduced into the reactor and excited into a plasma. In the present invention, the region of highest plasma energy density in the reactor is controlled in the region between the electrodes, the plasma glow zone.

プラズマグロー帯は反応器中で最もエネルギー密度の高
い領域なので、こ1で使用する温度に感じやすい支持体
は反応器中の滞留時間を短かくし、一方なおプラズマ被
膜の適当な析出を可能にすることが必須である。これは
、フィルム又は中空繊維のような連続形で、プラズマ励
起モノマーが順次重合してこの移動する支持体上に析出
するプラズマグロー帯へ支持体を移動させることにより
達成される。
Since the plasma glow zone is the most energy-dense region in the reactor, the temperature-sensitive support used here reduces residence time in the reactor while still allowing for proper deposition of the plasma film. This is essential. This is accomplished by moving the support in continuous form, such as a film or hollow fiber, to a plasma glow zone where plasma-excited monomers are sequentially polymerized and deposited onto the moving support.

プラズマグロー帯の領域を通しての支持体の移動は熱論
、引張り速度と支持体上の張力の双方で制御される。プ
ラズマグロー帯はプラズマ反応器中最高のエネルギー密
度の領域であるので、引張り速度と張力は、支持体にプ
ラズマ重合体の適切な析出を可能にするのに十分で、一
方グロー帯の強度からの支持体の損傷を避けるように、
グロー帯中の支持体の滞留時間を設定して制御せねばな
らない、同時に、引張り速度と張力は共に、多数の支持
体が同時に被覆されるように、支持体が反応器壁や他の
支持体に触れることを避けるように制御する必要がある
The movement of the support through the region of the plasma glow zone is controlled both by thermal theory, the pulling rate and the tension on the support. Since the plasma glow zone is the region of highest energy density in the plasma reactor, the pulling speed and tension are sufficient to allow adequate deposition of the plasma polymer on the support, while reducing the To avoid damage to the support,
The residence time of the support in the glow zone must be set and controlled; at the same time, both the pulling rate and the tension are controlled so that the support is attached to the reactor wall or other support so that a large number of supports are coated simultaneously. should be controlled to avoid touching.

従来の研究者は、支持体の制御不能な分解を経験してい
たので、特にプラズマグロー帯中での重合体支持体の被
覆を避け、グロー帯に隣接した外域での被覆に頼ってき
た。こ−で概要を記した特定変数の厳密な制御によって
、本発明人は予期しないことに、支持体の機械的強度と
化学抵抗性の本来の性質を保持してガス選択透過性微孔
性複合膜を調製する正確な管理可能で完全に再現性のあ
る被覆を得ることができた。
Previous researchers have avoided coating polymeric supports particularly in the plasma glow zone and have resorted to coating in outer areas adjacent to the glow zone because they have experienced uncontrollable degradation of the support. Through tight control of the specific variables outlined herein, the inventors have unexpectedly been able to create gas selectively permeable microporous composites that retain the inherent properties of mechanical strength and chemical resistance of the support. Precise controllable and completely reproducible coatings could be obtained by preparing membranes.

このガス選択透過膜の連続製造のために適したシステム
は第3図に図解した。高周波プラズマ反応器は管形反応
器36であり、反応器36のどちらか一端に位置した一
対の容量的結合外部電極31を持ち、外部の高周波発生
器と結合している。
A system suitable for continuous production of this gas selectively permeable membrane is illustrated in FIG. The high frequency plasma reactor is a tubular reactor 36 with a pair of capacitively coupled external electrodes 31 located at either end of the reactor 36 and coupled to an external high frequency generator.

最高エネルギー密度は電極間の領域即ちプラズマグロー
帯に、高周波発生器からの電流とモノマー又はコモノマ
ーの流速の両方を制御することによって保持される。流
速が速過ぎるときはグロー帯は電極の外の領域に「こぼ
れ出し」、もし遅すぎる流速を用いるとプラズマは燃焼
しないか、電極間の全領域に広がらなくなる。2つのチ
ェンバ35Aと35Bはそれと共に連続して真空シール
された関係にある反応器36と連結した真空室である。
The highest energy density is maintained in the region between the electrodes, the plasma glow zone, by controlling both the current from the radio frequency generator and the flow rate of the monomer or comonomer. If the flow rate is too fast, the glow band will "spill out" to the area outside the electrodes, and if a flow rate is too slow, the plasma will not burn or will not spread to the entire area between the electrodes. The two chambers 35A and 35B are vacuum chambers connected therewith to a reactor 36 in continuous vacuum sealed relationship.

38は真空ポンプへの出口である0反応器36はプラズ
マ重合反応条件に十分な抵抗性を持つ材料で作られる。
38 is the outlet to the vacuum pump. The reactor 36 is made of a material sufficiently resistant to plasma polymerization reaction conditions.

現在、石英、PYREX” 、 VYCOR”カ、1:
れに適合していることが分っている。操作においては、
中空繊維32は、巻きもどしスプール33から巻き取り
スプール34へ反応器36を通って連続的に移動する。
Currently, quartz, PYREX", VYCOR", 1:
It is known that it is compatible with this. In operation,
Hollow fibers 32 move continuously through reactor 36 from unwind spool 33 to take-up spool 34.

望ましいモノマーとコモノマーはシステムに供給口37
を通して供給される。
Desired monomers and comonomers are supplied to the system at inlet 37.
supplied through.

プラズマグロー帯中の滞留時間を最小にし、また、支持
体をできるだけ低温に保つこと(つまり、室温に近づけ
ること)が、温度に敏感な支持体の損傷を防ぎ、支持体
上へのプラズマ重合体の高い析出速度を促進するために
重要である。プラズマ被覆の望ましい厚さを達成し、プ
ラズマ重合体析出を最大にするために、支持体をグロー
領域に数回通過させることができる。ガス選択透過性複
合膜の調製において、微孔性支持体の細孔は完全に架橋
されることが重要であり、この目的の達成のために、十
分なプラズマ重合体又は共重合体被覆が析出することが
重要である。この目的の達成のために、支持体の連続し
た長さを望ましい被覆を得るためにグロー帯を数回通過
させるように、支持体の移動の方向を逆転できるシステ
ムの作成が可能である。供給の方向はグロー帯を通る支
持体の運動の方向あるいは逆方向に行うことができる。
Minimizing the residence time in the plasma glow zone and also keeping the support as cold as possible (i.e., close to room temperature) prevents damage to temperature-sensitive supports and prevents plasma polymerization onto the support. is important to promote high precipitation rates. The support can be passed through the glow region several times to achieve the desired thickness of plasma coating and maximize plasma polymer deposition. In the preparation of gas-selective permeable composite membranes, it is important that the pores of the microporous support are completely crosslinked, and to achieve this purpose, sufficient plasma polymer or copolymer coating is deposited. It is important to. To achieve this objective, it is possible to create a system in which the direction of movement of the support can be reversed so that a continuous length of the support is passed through the glow zone several times in order to obtain the desired coverage. The direction of feeding can be in the direction of the movement of the support through the glow zone or in the opposite direction.

第3図に示したシステムは、連続フィルムを扱うのに十
分な大きさの反応器36、巻取きスプール33と34を
備えることにより、容易にフィルム膜の連続生産用に改
造することができる。同様に、複数のm維も必要な反応
器36、巻きもどし及び巻取りスプール33と34を用
意することにより同時に被覆することができる。
The system shown in Figure 3 can be easily modified for continuous production of film membranes by providing a reactor 36 and take-up spools 33 and 34 of sufficient size to handle continuous film. . Similarly, multiple m-fibers can be coated simultaneously by providing the necessary reactor 36, unwinding and take-up spools 33 and 34.

本発明のプラズマ反応器システムのグロー帯で生成した
エネルギー密度は通常のプラズマ反応器で得られるもの
よりずっと高い。このことから、膜支持体の損傷を避け
るためにプラズマグロー帯への曝露の長さを最小にする
必要がある。例えば。
The energy density produced in the glow zone of the plasma reactor system of the present invention is much higher than that obtained with conventional plasma reactors. This requires minimizing the length of exposure to the plasma glow zone to avoid damage to the membrane support. for example.

ポリオレフィン支持体はプラズマグロー帯を通常各回的
2cs/secを越える速度で移動させねばならない。
The polyolefin support must be moved through the plasma glow zone at a rate typically in excess of 2 cs/sec each time.

プラズマグロー帯内の滞留時間は熱論その支持体によっ
て異なる。ポリスルホンのようなもっと温度に抵抗性を
もつ支持体では要求されるプラズマ重合体被覆を達成す
るためにもつと長い曝露時間にすることが可能である。
The residence time within the plasma glow zone varies depending on the thermal theory and its support. With more temperature resistant supports such as polysulfone, longer exposure times are possible to achieve the required plasma polymer coverage.

本発明の方法は、フィルムのような均一表面、中空繊維
又は不均一膜支持体のような周辺的又は旋回表面、複数
の支持体、例えば同時にブラーズマグロー帯を通って移
動するフィルム又は中空繊維の上に要求されるプラズマ
重合体被覆の容易な析出を可能にする。このことは本シ
ステムにおいて、プラズマグロー帯を管形反応器の断面
積を横切って均一な密度に保持することができるからで
ある。
The method of the invention can be applied to a uniform surface such as a film, a peripheral or swirling surface such as a hollow fiber or a heterogeneous membrane support, a plurality of supports, e.g. allows for easy deposition of the required plasma polymer coatings on the substrate. This is because in this system the plasma glow zone can be maintained at a uniform density across the cross-sectional area of the tubular reactor.

グロー帯内でプラズマ析出を行う通常のプラズマ反応器
(例えばAFタンデムシステム)ではグロー帯を均一な
密度に保つことは不可能である。析出が「アフターグロ
ー」帯で起るプラズマ反応器(例えばベル・ジャー、高
周波コイル誘導結合管形反応器)では、プラズマの密度
、従って析出重合体の密度はグローからの距離と共に減
少し、ガスフローパターンは制御不能になる。また、通
常のプラズマ重合反応器では、支持体は例えば電極上あ
るいは反応器壁土と位置を決めねばならない。
In conventional plasma reactors (eg, AF tandem systems) that perform plasma deposition within a glow zone, it is impossible to maintain a uniform density in the glow zone. In plasma reactors where deposition occurs in the "afterglow" zone (e.g. bell jars, high frequency coil inductively coupled tube reactors), the density of the plasma and therefore of the precipitated polymer decreases with distance from the glow and the gas The flow pattern becomes uncontrollable. Also, in a typical plasma polymerization reactor, the support must be positioned, for example, on the electrode or with the reactor wall.

このような通常のシステムでは、被覆の品質と均一度、
析出プラズマ重合体の組成物と均一度はプラズマグロー
に対する支持体の相対位置によって変化することが知ら
れている。従って、複数の支持体を同時にプラズマ重合
体被覆する時には、プラズマ重合体被覆の組成物の均一
度は、プラズマグロー帯に対する個々の支持体の相対位
置に依存して変化するであろう、また特定のプラズマ重
合体被覆を特定の支持体上に複製するためには、支持体
は反応器内の正確に同一の位置に注意深く宣かねばなら
ない。これらの問題はすべて、例えば白木等の米国特許
第4,410,338号に図示されたようなシステムの
操作に固有のものである。これに比べて、本システムで
は、各単位作業内及び単位作業間の製品の品質と均一性
はグロー帯を通して均一な密度によって確保される。
In such a typical system, the quality and uniformity of the coating,
It is known that the composition and uniformity of deposited plasma polymers vary depending on the relative position of the support to the plasma glow. Therefore, when multiple substrates are plasma polymer coated simultaneously, the uniformity of the composition of the plasma polymer coating will vary depending on the relative position of the individual substrates to the plasma glow zone and the specific In order to replicate a plasma polymer coating on a particular support, the support must be carefully placed in the exact same location within the reactor. All of these problems are inherent in the operation of systems such as those illustrated in Shiraki et al. US Pat. No. 4,410,338. In contrast, in the present system, product quality and uniformity within and between each unit operation is ensured by uniform density throughout the glow zone.

プラズマグロー帯を通して移動する支持体上の張力は支
持体膜の元の形態と引張り強さを保持し、一方多重支持
体間に適当な空間を可能にし、支持体の反応器璧への接
触を防ぐために、できるだけ低く保たねばならない。本
システムにおけるプラズマグロー帯強度により、プラズ
マ重合体析出速度は通常のプラズマ反応器システムで可
能なよりもずっと高い。プラズマ重合体析出は電極間に
おいて制御され、「アフターグローJ析出は最小に保た
れる。
The tension on the support moving through the plasma glow zone preserves the original morphology and tensile strength of the support membrane while allowing adequate spacing between multiple supports and contact of the support to the reactor wall. To prevent this, it must be kept as low as possible. Due to the plasma glow zone strength in this system, the plasma polymer deposition rate is much higher than possible with conventional plasma reactor systems. Plasma polymer deposition is controlled between the electrodes and "afterglow J deposition is kept to a minimum."

電極間の適当な間隔は管の大きさに依存する。The appropriate spacing between the electrodes depends on the size of the tube.

こ−で記載したシステムでは電極はおよそ10−15c
m離れ、管の直径は13m+*である。より大きい径の
管では、プラズマグロー帯と関連したエネルギー密度は
より小さな管形反応器のそれにできるだけ近く保持すべ
きである。エネルギー密度と共に、モノマー密度を制御
することは極度に重要である。
In the system described here, the electrodes are approximately 10-15c.
m apart, the diameter of the tube is 13 m+*. In larger diameter tubes, the energy density associated with the plasma glow zone should be kept as close as possible to that of smaller tubular reactors. Along with energy density, controlling monomer density is extremely important.

モノマー密度は一般に管径が変化しても同一に保たれる
が、エネルギー密度とモノマーの双方の最適値に変化が
システムの大きさと設計の変化と共に起る。
Monomer density generally remains the same as tube diameter changes, but changes in both the energy density and monomer optima occur with changes in system size and design.

プラズマグロー帯内の非常に高いエネルギー密度により
、支持体の温度はそれがプラズマグロー帯を通る時に一
様なプラズマ重合体析出速度を確保し、支持体への歪み
と損傷を防ぐためにできるだけ低く(室温に近く)保た
ねばならない。正常の処理条件において、プラズマ重合
体の反応器壁土へのある程度の析出は普通認められる。
Due to the very high energy density within the plasma glow zone, the temperature of the support should be as low as possible to ensure a uniform plasma polymer deposition rate and prevent distortion and damage to the support as it passes through the plasma glow zone. (near room temperature). Under normal process conditions, some precipitation of plasma polymer onto the reactor wall soil is normally observed.

このことは処理条件に有害な影響は与えず、普通に起り
、日常の保守で除去される。支持体をできるだけ低温に
保つことにより、プラズマ重合体は反応器壁上よりも膜
支持体上に優先的に析出するように促進される。さらに
室温以下に支持体を冷却することも、望むならば使用す
ることができ、反応器中の滞留時間を増加し、プラズマ
重合体がさらに膜支持体上に析出することが強められる
と期待される。
This does not have a deleterious effect on processing conditions, is a common occurrence, and is removed with routine maintenance. By keeping the support as cold as possible, the plasma polymer is encouraged to precipitate preferentially on the membrane support rather than on the reactor walls. Further cooling of the support below room temperature can also be used if desired and is expected to increase residence time in the reactor and enhance further precipitation of plasma polymer onto the membrane support. Ru.

管形幾何構造における変化による反応パラメータの変化
を決定する有用な指標は複合放電パラメータ、W/FM
であり、こ−でWはプラズマ電力、Fはモノマーの流速
、Mはモノマーの分子量である。管形幾何構造とシステ
ムの大きさが変化するとW/FMは与えられたプラズマ
重合体又は共重合体析出速度に対し変化するが、最適W
/FMは与えられたモノマー系に対し、元のW/FMの
1/2と2倍の間で変化する。従って、一定のモノマー
系について、管形幾何構造の変化による複合プラズマパ
ラメータの変化は (1/ 2))fa/ FaMa< Wb/ FbMb
< (2)Ha/ FaMaで表わされる。こ−でWa
/FaMaはこ−で記す第一の管形プラズマ反応器に対
する複合プラズマパラメータであり、Wb/FbMbは
こ−で記す異なった大きさの管形高周波反応器に対する
複合プラズマパラメータである。
A useful indicator for determining the change in reaction parameters due to changes in the tubular geometry is the composite discharge parameter, W/FM.
where W is the plasma power, F is the monomer flow rate, and M is the monomer molecular weight. As tubular geometry and system size vary, W/FM will vary for a given plasma polymer or copolymer deposition rate, but the optimal W
/FM varies between 1/2 and twice the original W/FM for a given monomer system. Therefore, for a fixed monomer system, the change in the composite plasma parameter due to a change in the tubular geometry is (1/2))fa/FaMa<Wb/FbMb
<(2) Represented by Ha/FaMa. This is Wa
/FaMa is the composite plasma parameter for the first tubular plasma reactor described here, and Wb/FbMb is the composite plasma parameter for the different sized tubular high frequency reactors described here.

本プラズマ重合法には従来のプラズマ重合法にまさる下
記のごとき利点が含まれる: 1、プラズマ重合体の厚さから化学的構成に至るまで1
個でも複数個でも支持体を均等に被覆できること。
This plasma polymerization method has the following advantages over conventional plasma polymerization methods: 1. From the thickness of the plasma polymer to the chemical composition.
Capable of uniformly covering a single support or a plurality of supports.

2、エネルギー集中プラズマグロー領域において支持体
に対し最少限の滞留時間で、高いエネルギー密度と高い
付着速度とを共に得ることができること。
2. It is possible to obtain both high energy density and high deposition rate with minimal residence time on the support in the energy-intensive plasma glow region.

3、完成したプラズマ重合体被覆の均一な特性で明らか
なように、従来型のプラズマ反応装置で起り得るよりも
狭い化学種集団がプラズマグロー領域に存在するように
作ることのできること。
3. A narrower population of species can be created in the plasma glow region than is possible in conventional plasma reactors, as evidenced by the uniform nature of the finished plasma polymer coating.

4、廃棄生成物(すなわち、非反応モノマー、および潜
在的に損傷を与える腐食性ガス)を同生成物の存在によ
る影響を最少限に喰い止めながら、継続的手段によって
管状反応装置のグロー領域から除去することができるこ
と、これは単量体の流速の方が支持体の速さより速いの
で、これら廃棄生成物を洗い流すことができるという事
実によるものである。さらにまた、プラズマグロー領域
にはプラズマ重合体がほとんど独占的に付着しているの
で、支持体が反応装置の゛アフターグロー領帯の中へ移
動した時に、付着したプラズマ重合体の層によりすでに
保護されており、それが上記の廃棄生成物から受ける可
能性のある損傷を蒙らないようにする。一連の長さの支
持体がグロー領域を通って繰り返し通過できるように採
り入れた逆方向運動システムにより、単i体ガスの流速
によって“アフターグロー”領域の廃棄生成物が支持体
のまだ被覆されていないどの部分も損傷しないようにす
る。
4. Remove waste products (i.e., unreacted monomers, and potentially damaging corrosive gases) from the glow region of the tubular reactor by continuous means, minimizing the effects of the presence of the same products. This is due to the fact that the monomer flow rate is faster than the support velocity so that these waste products can be washed away. Furthermore, since the plasma glow region is almost exclusively deposited with plasma polymer, when the support moves into the "afterglow region" of the reactor, it is already protected by the deposited layer of plasma polymer. and to avoid damage that it may suffer from the waste products mentioned above. A counter-motion system is employed that allows a series of lengths of support to be passed repeatedly through the glow region, so that the flow rate of the single gas removes waste products in the "afterglow" region from areas where the support is still coated. Avoid damaging any parts.

5、 さらに追加の利点として、商業的生産規模でも受
入れ可能な速度による連続工程で複合膜を製造できるこ
とおよび従来型のプラズマ反応装置の条件のもとでは好
ましい膜支持体と考えられないポリオレフィンのような
感度の高い支持体でもプラズマ被覆を施こすことのでき
ることなどが含まれる。上述の通り、追加の利点は、従
来型のプラズマ重合法では付着速度が低いために好まし
い反応体とは考えられなかったような、ここに述べる低
分子量の特定の単量体を使ってプラズマ被覆を施すこと
のできる点である。
5. Additional advantages include the ability to manufacture composite membranes in a continuous process at rates acceptable even at commercial production scales, and the ability to manufacture composite membranes in a continuous process at rates acceptable to commercial production scales, as well as the ability to manufacture composite membranes such as polyolefins, which would not be considered preferred membrane supports under conventional plasma reactor conditions. These include the ability to plasma coat even sensitive supports. As mentioned above, an additional advantage is that plasma coating is possible using certain low molecular weight monomers mentioned here, which would not have been considered preferred reactants in conventional plasma polymerization methods due to their low deposition rates. This is the point where it is possible to apply

第1図は、中空繊維の形で、本発明の気体選択透過性微
孔性複合膜を採用している両端開放型の分離式モジュー
ルの概略図を示したものである。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a separate open-ended module employing the gas selectively permeable microporous composite membrane of the present invention in the form of hollow fibers.

好ましくはガラスまたは妥当な不活性材から作ることの
できる複数個の中空繊維11が各モジュールユニットに
使用される。モジュールユニットの各末端キャップ12
内に中空繊維の末端部が確保されており、モジュールユ
ニットの入口14Aの中へ流れ込むガス状混合物は中空
繊維11の周囲を流れることになる。透過性の気体は出
口13を通って排出され、不透過性の気体は出口14B
を通って排出される。
A plurality of hollow fibers 11, preferably made of glass or a suitable inert material, are used in each modular unit. Each end cap 12 of the module unit
The ends of the hollow fibers are secured within, so that the gaseous mixture flowing into the inlet 14A of the module unit will flow around the hollow fibers 11. Permeable gas is exhausted through outlet 13 and impermeable gas is exhausted through outlet 14B.
is discharged through the

第2図は本発明による気体選択透過性微孔性複合膜の中
空繊維を採り入れている一方端開放型の分離式モジュー
ルの概略図を示したものである。
FIG. 2 is a schematic diagram of a separate module with one end open, incorporating the hollow fibers of the gas selectively permeable microporous composite membrane according to the present invention.

好ましくは、複数個の中空繊維21が各モジュールユニ
ットに使用されている。ガラスまたは妥当な不活性材に
よって形成され得る中空の繊維はモジュールのシェルの
中へ挿入されている。中空繊維の末端部はモジュールユ
ニットの末端キャップ22内に確保されており、その結
果モジュールの入口24A内へ流れ込むガス状混合物は
中空l!維21の周囲を流れることになる。透過性気体
は出口23から排出され、不透過性気体は出口24bを
通って排出される0本気体選択透過性中空繊維膜を組み
入れである本発明によるその他の適当な分離式モジュー
ルについては、1974年6月28日に特許された米国
特許No、3,821,087.1975年5月13日
に特許された3、883,393、および1980年1
月22日に特許された4、184,922 (全てKn
aqekその他による)の中にさらに完べきに説明がな
されており、これら全ては参考として本文中に明細に組
み込まれる。
Preferably, a plurality of hollow fibers 21 are used in each module unit. A hollow fiber, which may be formed of glass or a suitable inert material, is inserted into the shell of the module. The ends of the hollow fibers are secured in the end caps 22 of the module unit, so that the gaseous mixture flowing into the module inlet 24A flows through the hollow l! It flows around the fiber 21. Another suitable separate module according to the invention incorporates a zero gas-selective hollow fiber membrane with permeable gases being exhausted through outlet 23 and impermeable gases being exhausted through outlet 24b. U.S. Patent No. 3,821,087, issued June 28, 1975;
4,184,922 (all Kn
aqek et al.), all of which are incorporated herein by reference.

当業者にとって明らかなように、本発明のガス選択透過
性微孔性複合膜がガス分離手順に採用されるという方法
は、単に選択および便宜上の問題に過ぎない。ここに示
された特定の装置に限られる必要はなく、必要な気体分
離を遂行できる如何なる方法にも使用することができる
As will be apparent to those skilled in the art, the manner in which the gas-selective microporous composite membranes of the present invention are employed in gas separation procedures is merely a matter of choice and convenience. There is no need to be limited to the particular apparatus shown here, but any method capable of accomplishing the required gas separation may be used.

膜を通過するフラックスJ(cm’/cm2秒)は概ね
J=P(P/)と表わされる。但し、P(cm’ cr
s/cII2秒cmHg)は透過係数を表し、P (c
mHg)は膜の厚さくCII+)を横切る圧力差を表す
、複合膜の場合、透過性P/はプラズマ被覆層の透過係
数および支持体のそれとを別々に決定することはできな
いので、気体の透過性を表すのに適している。中空繊維
の場合、膜面積は内径と外径の対数平均を使って適当に
計算で出せる。
The flux J (cm'/cm2 seconds) passing through the membrane is approximately expressed as J=P (P/). However, P(cm' cr
s/cII2s cmHg) represents the permeability coefficient, P (c
mHg) represents the pressure difference across the membrane thickness CII Suitable for expressing gender. In the case of hollow fibers, the membrane area can be calculated appropriately using the logarithmic average of the inner diameter and outer diameter.

選択透過率CP(A)/P(B))はまたニス体系−A
−Bに対する層選択率を評価するに際し重要な因子とな
る0選択透過率(P(A)/P(B))は下記方程式に
よって得られる。
The selective permeability CP(A)/P(B)) is also varnish system-A
The zero selective permeability (P(A)/P(B)), which is an important factor when evaluating the layer selectivity for -B, is obtained by the following equation.

但し、CA1およびC1は供給側におけるモル分率、C
A2およびC8□は気体成分AおよびBの各々に対する
浸透液におけるモル分率であり、PlおよびP2は供給
および浸透液における、それぞれの絶対圧である。例え
ば理想的な場合として、気体間に相互作用がなく、中空
繊維の内径において圧力低下がないならば、選択透過度
CP(A)/P(B))の値は透過係数P(A)/P(
B)の比率に相当する酸素−窒素の気体系に対して高い
選択度を有する本発明の気体選択透過性膜は酸素濃縮の
場合および空気から窒素を精製・分離する場合に役立つ
However, CA1 and C1 are the molar fractions on the supply side, C
A2 and C8□ are the mole fractions in the permeate for each of gaseous components A and B, and Pl and P2 are the respective absolute pressures in the feed and permeate. For example, in the ideal case, if there is no interaction between gases and no pressure drop at the inner diameter of the hollow fiber, the value of the permselectivity CP(A)/P(B)) is the permeability coefficient P(A)/ P(
The gas selectively permeable membrane of the invention, which has a high selectivity for the oxygen-nitrogen gas system corresponding to the ratio B), is useful in the case of oxygen enrichment and in the purification and separation of nitrogen from air.

水素−一酸化炭素の気体系に対して高い選択度を示す本
発明の膜は、水性ガスから合成燃料を調製するのに役立
つ。窒素−水素系に対して高い選択度を示す膜の場合は
アンモニアの合成において役立つ。ヘリウム−メタン系
に対して高い選択度を有する膜は天然ガス源からのヘリ
ウムの実用回収に役立つ。二酸化炭素−メタン系に対し
て高い選択度を示す膜は、バイオガスのメタン精製−生
として二酸化炭素の除去による−に役立つ。
The membranes of the present invention, which exhibit high selectivity for the hydrogen-carbon monoxide gas system, are useful for preparing synthetic fuels from water gas. Membranes with high selectivity for nitrogen-hydrogen systems are useful in ammonia synthesis. Membranes with high selectivity for the helium-methane system are useful for practical recovery of helium from natural gas sources. Membranes exhibiting high selectivity for the carbon dioxide-methane system are useful for methane purification of biogas - by removal of raw carbon dioxide.

下記の特定の例では、膜の性能の測定は室温で実行され
た。適用ゲージ圧は6.5気圧であった。
In the specific example below, membrane performance measurements were performed at room temperature. The applied gauge pressure was 6.5 atmospheres.

膜を透過した気体は大気圧で回収された。供給には圧搾
空気が使用され、02対N2の濃度の割合はは721対
79であった。成分の濃度はガスクロマトグラフィを使
って測定された。
The gas that permeated the membrane was collected at atmospheric pressure. Compressed air was used for the supply, and the ratio of 02 to N2 concentrations was 721:79. Concentrations of components were measured using gas chromatography.

(検出器:TCD、カラム:分子間空隙5人、島津株式
会社、日本) ]1m 内径100マイクロメータ、多孔度20%、壁の厚さ2
4.5マイクロメータのポリプロピレン微孔性中空繊維
を支持体として使用した。プラズマ重合被覆を下記の条
件に従って実行した。
(Detector: TCD, Column: 5 intermolecular voids, Shimadzu Corporation, Japan)] 1 m, inner diameter 100 micrometers, porosity 20%, wall thickness 2
A 4.5 micrometer polypropylene microporous hollow fiber was used as the support. Plasma polymerization coating was carried out according to the following conditions.

(i)  モノマー:1,1,3.3−テトラメチルジ
シロキサン 放電電力=5ワット、R,F、電源 (13,56MHz) けん引速度:2.4cm/秒 モノマー流量:可変的 (ii)  モノマー:1,1.3.3−テトラメチル
ジシロキサン (a)テトラメトキシシラン (b)テトラメチルシラン (c)テトラフルオ口エチレン (d)プロピレン 放電型カニ5ワット、R,F、電源 (13,56MHz) けん引速度:2.4cn+/秒 但し、けん引速度はプラズマグロー領域における繊維滞
留時間を決定する。15cmの電極距敲により、プラズ
マグロー領域を通して支持体を3回通過させることによ
ってプラズマ被覆を付与した。
(i) Monomer: 1,1,3.3-tetramethyldisiloxane Discharge power = 5 watts, R, F, power supply (13,56 MHz) Traction speed: 2.4 cm/sec Monomer flow rate: Variable (ii) Monomer :1,1.3.3-Tetramethyldisiloxane (a) Tetramethoxysilane (b) Tetramethylsilane (c) Tetrafluoroethylene (d) Propylene Discharge type Crab 5 Watt, R, F, power supply (13,56MHz ) Traction speed: 2.4 cn+/sec However, the traction speed determines the fiber residence time in the plasma glow region. The plasma coating was applied by passing the support three times through the plasma glow region with an electrode length of 15 cm.

従って、総滞留距離は45cmで、プラズマグロー領域
における滞留時間は19秒であった。
Therefore, the total residence distance was 45 cm and the residence time in the plasma glow region was 19 seconds.

調製(ii)の場合は、プラズマ重合被覆の後、膜を無
水エタノールに1時間浸漬することにより硬化させた。
For preparation (ii), after plasma polymerized coating, the membrane was cured by soaking in absolute ethanol for 1 hour.

調製(ii)によるプラズマ共重合体被覆の調製では、
プラズマ共重合体付着に続いて、膜を無水エタノールに
1時間浸漬することによって硬化させた。この硬化法は
プラズマ共重合体の架橋結合による結晶構造を強固にす
る機能をもち、複合膜の気体選択性に改良を加える。
In the preparation of plasma copolymer coating according to preparation (ii),
Following plasma copolymer deposition, the membrane was cured by soaking in absolute ethanol for 1 hour. This curing method has the function of strengthening the crystal structure of the plasma copolymer through cross-linking, and improves the gas selectivity of the composite membrane.

以下余白 匠=と 微孔性中空繊維に、調製の項の条件(i>によるプラズ
マ重合により被覆を施した。
The microporous hollow fibers described below were coated by plasma polymerization under the conditions (i) described in the Preparation section.

モノマー流量および系圧力は次の通りである:Jil 
 484−11:モノマ?1mi;5.12SCCM、
系圧力;P(入口)145.3mtorrP(出口)8
1.4mtorr 膜 484−22:モノマー流量、 3.64SCCM
系圧力;P(入口)117.8mtorrP(出口)5
5.Omtorr 膜 484−32:モノマー流量、 6.66SCCM
、系圧力;P(入口)173.5mtorrP(出口)
100.5mtorr 膜 497−11:モノマー流量、 5.80SCCM
、系圧力;P(入口)160.0mtorrP(出口)
83.2mtorr 11 500−12 : モ/ 7 1J5L ; 5
.80SCCM系圧力;P(入口)157.9mtor
rP(出口)97.2motrr 上述の膜についての膜性能は第1表に示される。
The monomer flow rate and system pressure are as follows: Jil
484-11: Monoma? 1mi; 5.12SCCM,
System pressure: P (inlet) 145.3 mtorrP (outlet) 8
1.4 mtorr membrane 484-22: Monomer flow rate, 3.64 SCCM
System pressure: P (inlet) 117.8 mtorrP (outlet) 5
5. Omtorr membrane 484-32: Monomer flow rate, 6.66 SCCM
, system pressure; P (inlet) 173.5 mtorrP (outlet)
100.5mtorr membrane 497-11: Monomer flow rate, 5.80SCCM
, system pressure; P (inlet) 160.0 mtorrP (outlet)
83.2mtorr 11 500-12: Mo/7 1J5L; 5
.. 80SCCM system pressure; P (inlet) 157.9 mtor
rP (outlet) 97.2 motrr Membrane performance for the membranes described above is shown in Table 1.

浸透時における酸素濃度は被覆条件によって37.7%
〜41,2%間で変化した(選択透過度CP(02)/
P(N2)) : 2.6−3.2 )が、一方送過度
(P/1)は7.48X 10−5から1.41X10
−’amコ/c12秒、。
The oxygen concentration during penetration is 37.7% depending on the coating conditions.
It varied between ~41.2% (selective permeability CP(02)/
P(N2)): 2.6-3.2), while the feed rate (P/1) is 7.48X10-5 to 1.41X10
-'am/c12 seconds.

水銀柱までの間で変化した。It varied between up to the mercury column.

第1表 浸透物の   透過度P/1    選択透過皮膜番号
 酸素濃度 (cm3/cm’秒cmHg)  CP(
02)/P(N2))484−11  39.1   
4.90xlO−’      2゜9484−22 
 41.2   1.41       3.2484
−32  37.7   7.48       2.
6497−11  39.1   2.98     
  2.9500−12    38.2ネ    5
.12*              2.8供給  
 02/N2=21.6/78.4供給”      
 =21.3/7.87゜以下余白 匠=1 微孔性中空繊維に調製の項の条件(11)によるプラズ
マ重合により被覆を施した。
Table 1 Permeability of permeate P/1 Selective permeation film number Oxygen concentration (cm3/cm'sec cmHg) CP(
02)/P(N2))484-11 39.1
4.90xlO-' 2゜9484-22
41.2 1.41 3.2484
-32 37.7 7.48 2.
6497-11 39.1 2.98
2.9500-12 38.2ne 5
.. 12*2.8 supply
02/N2=21.6/78.4 supply”
= 21.3/7.87° or less Margin design = 1 The microporous hollow fiber was coated by plasma polymerization according to the conditions (11) in the preparation section.

モノマー流量および系圧力は次の通りである。The monomer flow rate and system pressure are as follows.

膜 504−212: モノマー流量、 3.76SC
CM(1,1,3,3、テトラメチルジシロキサン対テ
トラメトキシシラ ン=50対50) 系圧カニP(入口>118.5mtorrP(出口)7
1.5mtorr 膜 503−212: モノマー流量、 4.10S1
05CC,1,3,3、テトラメチルジシロキサン対テ
トラメチルシラン =50対50) 系圧力;P(入口)128.0mtorrP(出口)8
0.2mtorr 膜 513−122 、モノマー流量、 4.20SC
CH(1、1。
Membrane 504-212: Monomer flow rate, 3.76SC
CM (1,1,3,3, tetramethyldisiloxane to tetramethoxysilane = 50 to 50) System pressure P (inlet > 118.5 mtorr P (outlet) 7
1.5 mtorr membrane 503-212: Monomer flow rate, 4.10S1
05CC, 1,3,3, tetramethyldisiloxane vs. tetramethylsilane = 50:50) System pressure: P (inlet) 128.0 mtorrP (outlet) 8
0.2mtorr membrane 513-122, monomer flow rate, 4.20SC
CH (1, 1.

3.3、テトラメチルジシロキサ ン)+2.45SCCM (テトラフルオロエチレン)、 系圧カニP(入口>132.2w+torrP(出口)
フ7.2mtorr 膜 505−212 、モノマー流量、 4.60SC
CM、(1,1,3,3、テトラメチルジシ ロキサン)+ 1.16SCCM (プロピレン) 系圧力;P(入口>114.2mtorrP(出口)6
5.9mtorr プラズマ被覆後、膜を無水エタノールに1時間浸漬して
硬化させる。
3.3, Tetramethyldisiloxane) + 2.45SCCM (Tetrafluoroethylene), System pressure crab P (Inlet > 132.2w + torr P (Outlet)
7.2mtorr membrane 505-212, monomer flow rate, 4.60SC
CM, (1,1,3,3,tetramethyldisiloxane) + 1.16SCCM (propylene) System pressure; P (inlet > 114.2 mtorrP (outlet) 6
After 5.9 mtorr plasma coating, the membrane is immersed in absolute ethanol for 1 hour to cure.

上述の膜に対する膜性能については、第■表に示される
。浸透時における酸素濃度は39.5%から42.1%
間で変化した(選択透過度CP(02)P(N2)) 
;3.0から3.4まで)が、一方送過度(P/1)は
5.78X10−5から2.02x 10−’(cmり
/cm2秒cIll水銀柱)の間で変化した。
Membrane performance for the membranes described above is shown in Table 2. Oxygen concentration during penetration is 39.5% to 42.1%
(selective permeability CP(02)P(N2))
;3.0 to 3.4), while the feed rate (P/1) varied between 5.78 x 10-5 and 2.02 x 10-' (cm/cm2 seconds cIll mercury).

以下余白 第−皿−表 層番号   酸素濃度(cm’/am2秒cmHg) 
〔P(02)/P(N2))504−212    3
9.5   5.78X10−5    3.0(b)
T?4DSO+TMS 503−212    39.7   3.15   
   3.0(c) TMDSO+TFE 513−122    40.0   3.64   
    3.1(d) TMI)SO+PP 供給  02/N2=21.3/78.7TMDS0 
、1 、1 、3 、3、テトラメチルジシロキサン川
C;テトラメトキシシラン TMS、テトラメチルシラン TFE、テトラフルオロエチレン PP;プロピレン。
Margin No. - Plate - Surface layer number Oxygen concentration (cm'/am2 seconds cmHg)
[P(02)/P(N2))504-212 3
9.5 5.78X10-5 3.0(b)
T? 4DSO+TMS 503-212 39.7 3.15
3.0(c) TMDSO+TFE 513-122 40.0 3.64
3.1(d) TMI) SO+PP Supply 02/N2=21.3/78.7TMDS0
, 1 , 1 , 3 , 3, Tetramethyldisiloxane River C; Tetramethoxysilane TMS, Tetramethylsilane TFE, Tetrafluoroethylene PP; Propylene.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は両端開放型の分離モジュールを示す。 第2図は一端開放型の分離モジュールを示す。 第3図はプラズマ重合システムの外形の断面図である。 図中の主要部分の説明: 11・・・中空繊維、  12・・・末端キャップ、1
3・・・透過性気体の出口、 14A・・・原料気体の入口、 14B・・・不透過性気体の出口、 21・・・中空繊維、  22・・・末端キャップ、2
3・・・透過性気体の出口、 24A・・・原料気体の入口、 24B・・・不透過性気体の出口、 31・・・外部電極、  32・・・中空繊維、33・
・・巻出スプール、 34・・・巻取スプール、 35A・・・チャンバー、 35B・・・チャンバー、
36・・・管型反応器、 37・・・供給入口、38・
・・真空ポンプへの出口。 図面の浄書(内容に変更なし)  寸 (’IJ 手続補正書(方式) 昭和62年7月Zq日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 1、事件の表示 昭和62年特許願第089658号 2、発明の名称 プラズマ重合被覆技法によって製造されたガス選択透過
性複合膜 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 名称 アプライドメンプレインテクノロジー。 インコーホレイティド 4、代理人 住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番10号静光
虎ノ門ビル 電話504−0721+1)明細書 (2)図 面 7、補正の内容 Tl)  明細書の浄書(内容に変更なし)(2)  
図面の浄書(内容に変更なし)8、添付書類の目録 (1)浄書明細書      11通 (2)浄書図面    1通
FIG. 1 shows a separation module with both ends open. FIG. 2 shows a separation module with one end open. FIG. 3 is a cross-sectional view of the outline of the plasma polymerization system. Explanation of main parts in the figure: 11...Hollow fiber, 12...End cap, 1
3... Outlet of permeable gas, 14A... Inlet of raw material gas, 14B... Outlet of impermeable gas, 21... Hollow fiber, 22... End cap, 2
3... Outlet of permeable gas, 24A... Inlet of raw material gas, 24B... Outlet of impermeable gas, 31... External electrode, 32... Hollow fiber, 33...
... Unwinding spool, 34... Take-up spool, 35A... Chamber, 35B... Chamber,
36... Tubular reactor, 37... Supply inlet, 38...
...Outlet to vacuum pump. Engraving of drawings (no change in content) Dimensions ('IJ Procedural amendment (method) July Zq, 1985 Director General of the Patent Office Kunio Ogawa 1, Indication of case 1989 Patent Application No. 089658 2, Invention Name of Gas Selectively Permeable Composite Membrane 3 Manufactured by Plasma Polymerization Coating Technique Relationship with the Amendment Case Name of Patent Applicant Applied Membrane Technology Inc. Address of Agent 4 Address: 105 Minato-ku, Tokyo Toranomon-chome 8-10 Shizukou Toranomon Building Tel: 504-0721+1) Specification (2) Drawing 7, contents of amendment Tl) Engraving of specification (no change in content) (2)
Engraving of drawings (no changes in content) 8, list of attached documents (1) Engraved specifications 11 copies (2) Engraved drawings 1 copy

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ガス選択透過性微孔性中空繊維膜であつて、微孔性
中空繊維支持体及び該支持体の表面上にガス選択透過性
プラズマ重合体被膜を含んで成り、ここで該プラズマ重
合体被膜は、オルガノシロキサンモノマー(場合によっ
ては、オルガノシラン、過弗素化された低分子量炭化水
素及び低分子量炭化水素から選択されたモノマーにより
共重合される)から製造されることを特徴とする膜。 2、前記微孔性支持体がポリオレフィン又は弗素化され
たポリオレフィンであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の膜。 3、前記微孔性支持体がポリプロピレン、ポリエチレン
又は弗素化されたエチレンプロピレンであることを特徴
とする特許請求の範囲第2項記載の膜。 4、前記プラズマ重合体被膜がオルガノシロキサンから
形成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の膜。 5、前記プラズマ重合体被膜が低級アルキルシロキサン
から形成されることを特徴とする特許請求の範囲第4項
記載の膜。 6、前記プラズマ重合体被膜が1,1,3,3−テトラ
メチルジシロキサンから形成されることを特徴とする特
許請求の範囲第5項記載の膜。 7、前記プラズマ重合体被膜がオルガノシロキサン(オ
ルガノシラン、過弗素化された低分子量炭化水素及び低
分子量炭化水素から選択されたモノマーにより共重合さ
れる)から形成されることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の膜。 8、前記プラズマ重合体被膜が低級アルキルシロキサン
(低級アルキルシラン、低級アルコキシシラン、過弗素
化された低分子量炭化水素及び低分子量炭化水素から選
択されたモノマーにより共重合される)から形成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の膜。 9、前記プラズマ重合体被膜が1,1,3,3−テトラ
メチルジシロキサン(テトラメトキシシラン、テトラメ
チルシラン、テトラフルオロエチレン及びプロピレンか
ら選択されたモノマーにより共重合される)から形成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の膜。 10、ガス選択透過性微孔性複合膜の製造方法であって
; 管状プラズマ反応器の容量的に連結された外部電極に無
線周波数の放電を適用し、 オルガノシロキサンモノマー(場合によっては、オルガ
ノシラン、過弗素化された低分子量炭化水素及び低分子
量炭化水素から選択されたモノマーにより共重合される
)を、反応器の電極の間のグロー領域内に制御されたプ
ラズマ中に前記モノマー又はコモノマーを活性化するた
めに、反応器中に導入し、そしてグロー領域を通して動
く微孔性支持体の表面上にガス選択透過性プラズマ重合
体被膜を付着することを含んで成る方法。 11、前記微孔性支持体がフィルム又は中空繊維である
ことを特徴とする特許請求の範囲第10項記載の方法。 12、前記微孔性支持体が中空繊維であることを特徴と
する特許請求の範囲第11項記載の方法。 13、前記反応器が、連続フィルム又は中空繊維の形で
微孔性支持体を加工するために適合されることを特徴と
する特許請求の範囲第10項記載の方法。 14、前記微孔性支持体がポリプロピレン、ポリエチレ
ン又は弗素化されたエチレンプロピレンであることを特
徴とする特許請求の範囲第10項記載の方法。 15、前記プラズマ重合体被膜がオルガノシロキサンか
ら形成されることを特徴とする特許請求の範囲第14項
記載の方法。 16、前記プラズマ重合体被膜が1,1,3,3−テト
ラメチルジシロキサンから形成されることを特徴とする
特許請求の範囲第15項記載の方法。 17、前記プラズマ重合体がオルガノシロキサン(オル
ガノシラン、過弗素化された低分子量炭化水素又は低分
子量炭化水素により共重合される)から形成されること
を特徴とする特許請求の範囲第10項記載の方法。 18、前記プラズマ重合体がオルガノシロキサン(オル
ガノシラン、フルオロカーボン又は炭化水素により共重
合される)から形成されることを特徴とする特許請求の
範囲第11項記載の方法。 19、前記プラズマ重合体が1,1,3,3−テトラメ
チルジシロキサン(テトラメトキシシラン、テトラメチ
ルシラン、テトラフルオロエチレン又はプロピレンによ
り共重合される)から形成されることを特徴とする特許
請求の範囲第18項記載の方法。 20、ガス混合物を分離するためのモジュールであつて
: a、空間の末端部を持ち、そしてその間に延長されたチ
ャンバーを有するシェル手段、 b、前記シェル手段内でお互から実質的に平行な関係で
延びる多数の個々のガス選択透過性中空繊維、前記中空
繊維内の毛管内空間及び前記中空繊維外の毛管外空間に
前記中空繊維の壁によって分けられているチャンバー、
及び前記中空繊維の壁を通してのみお互伝わる前記毛管
内空間及び前記毛管外空間、 c、それらを通してガス混合物を通過せしめるために前
記毛管外空間と伝達する手段、及びd、それらから透過
ガスを移動するために前記毛管内空間と伝達する手段 を含んで成るモジュール。 21、前記中空繊維支持体を、少なくとも約10A〜最
大約6000Aの範囲の気孔サイズを有するポリオレフ
ィン、弗素化されたポリオレフィン及びポリスルホンか
ら選択することを特徴とする特許請求の範囲第20項記
載のモジュール。 22、前記中空繊維支持体をポリプロピレン、ポリエチ
レン、弗素化されたエチレンプロピレン又はポリスルホ
ンから選択することを特徴とする特許請求の範囲第21
項記載のモジュール。 23、前記中空繊維の表面上に被覆するプラズマ重合体
を、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,
1,3−トリメチル−3−エチルジシロキサン、1,1
−ジメチル−3,3−ジエチルジシロキサン及び1,3
−ジメチル−1,3−ジエチルジシロキサンから選択す
ることを特徴とする特許請求の範囲第20項記載のモジ
ュール。 24、前記モノマーが1,1,3,3−テトラメチルジ
シロキサンであることを特徴とする特許請求の範囲第2
3項記載のモジュール。 25、ガス混合物を分離するためのモジュールであつて
: a、空間の末端部を持ち、そしてその間に延長されたチ
ャンバーを有する手段、 b、前記シェル手段内でお互から実質的に平行な関係で
延びる多数のガス選択透過性微孔性中空繊維、前記中空
繊維内の毛管内空間及び毛管外空間に前記中空繊維の壁
によって分けられているチャンバー、及び前記中空繊維
の壁を通してのみお互伝わる前記毛管外空間、 c、それらを通してガス混合物を通過せしめるために前
記毛管外空間と伝達する手段、及びd、それらから透過
ガスを移動するために前記毛管内空間と伝達する手段を
含んで成るモジュール。 26、前記中空繊維の表面上に被覆するプラズマ重合体
を、オルガノシロキサンとオルガノシラン、フルオロカ
ーボン及び炭化水素から選択されたコモノマーとの共重
合から形成することを特徴とする特許請求の範囲第25
項記載のモジュール。 27、前記モノマーが1,1,3,3−テトラメチルジ
シロキサンであり、そして前記コモノマーがテトラメト
キシシラン、テトラメチルシラン、テトラフルオロエチ
レン又はプロピレンであることを特徴とする特許請求の
範囲第26項記載のモジュール。 28、ガスの分離方法であって: 少なくとも約2.3のO_2/N_2ガス選択透過性を
有するガス選択透過性膜を適切なガス分離装置に配置し
、そして必要な分離を得るために、前記膜とガス混合物
とを接触せしめることを含んで成る方法。 29、ガスの分離方法であつて: 少なくとも約2.3のO_2/N_2ガス選択透過性を
有するガス選択透過性微孔性中空繊維膜を適切なガス分
離装置に配置し、そして必要な分離を得るために、前記
膜とガス混合物とを接触せしめることを含んで成る方法
[Scope of Claims] 1. A gas selectively permeable microporous hollow fiber membrane comprising a microporous hollow fiber support and a gas selectively permeable plasma polymer coating on the surface of the support, wherein the plasma polymer coating is made from organosiloxane monomers, optionally copolymerized with monomers selected from organosilanes, perfluorinated low molecular weight hydrocarbons, and low molecular weight hydrocarbons. A membrane characterized by. 2. The membrane according to claim 1, wherein the microporous support is a polyolefin or a fluorinated polyolefin. 3. The membrane according to claim 2, wherein the microporous support is polypropylene, polyethylene or fluorinated ethylene propylene. 4. The membrane of claim 1, wherein the plasma polymer coating is formed from an organosiloxane. 5. The membrane according to claim 4, wherein the plasma polymer coating is formed from lower alkylsiloxane. 6. The membrane of claim 5, wherein said plasma polymer coating is formed from 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane. 7. The plasma polymer coating is formed from an organosiloxane (copolymerized with monomers selected from organosilanes, perfluorinated low molecular weight hydrocarbons, and low molecular weight hydrocarbons). The membrane according to item 1. 8. The plasma polymer coating is formed from lower alkylsiloxane (copolymerized with monomers selected from lower alkylsilanes, lower alkoxysilanes, perfluorinated low molecular weight hydrocarbons, and low molecular weight hydrocarbons). The membrane according to claim 7, characterized in that: 9. The plasma polymer coating is formed from 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (copolymerized with monomers selected from tetramethoxysilane, tetramethylsilane, tetrafluoroethylene and propylene). 9. A membrane according to claim 8, characterized in that: 10. A method for producing a gas-selective microporous composite membrane, comprising: applying a radio frequency discharge to a capacitively coupled external electrode of a tubular plasma reactor; , perfluorinated low molecular weight hydrocarbons and monomers selected from low molecular weight hydrocarbons), said monomers or comonomers in a controlled plasma in a glow region between the electrodes of the reactor. A method comprising depositing a gas selectively permeable plasma polymer coating on the surface of a microporous support introduced into a reactor and moved through a glow region for activation. 11. The method according to claim 10, wherein the microporous support is a film or a hollow fiber. 12. The method according to claim 11, wherein the microporous support is a hollow fiber. 13. Process according to claim 10, characterized in that the reactor is adapted for processing microporous supports in the form of continuous films or hollow fibers. 14. The method according to claim 10, wherein the microporous support is polypropylene, polyethylene or fluorinated ethylene propylene. 15. The method of claim 14, wherein said plasma polymer coating is formed from an organosiloxane. 16. The method of claim 15, wherein said plasma polymer coating is formed from 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane. 17. The plasma polymer is formed from an organosiloxane (organosilane, a perfluorinated low molecular weight hydrocarbon or copolymerized with a low molecular weight hydrocarbon). the method of. 18. The method of claim 11, wherein the plasma polymer is formed from an organosiloxane (copolymerized with organosilanes, fluorocarbons or hydrocarbons). 19. Claim characterized in that the plasma polymer is formed from 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (copolymerized with tetramethoxysilane, tetramethylsilane, tetrafluoroethylene or propylene) The method according to item 18. 20. A module for separating gas mixtures, comprising: a shell means having a spatial end and an extended chamber therebetween; b substantially parallel from each other within said shell means; a plurality of individual gas-selective hollow fibers extending in relation to each other, a chamber separated by the walls of said hollow fibers into an intracapillary space within said hollow fibers and an extracapillary space outside said hollow fibers;
and said intracapillary space and said extracapillary space that communicate with each other only through the walls of said hollow fibers; c. means for communicating with said extracapillary space for passing a gas mixture therethrough; and d. means for transferring permeate gas therefrom. a module comprising means for communicating with said intracapillary space to. 21. The module of claim 20, wherein the hollow fiber support is selected from polyolefins, fluorinated polyolefins, and polysulfones having pore sizes ranging from at least about 10A to up to about 6000A. . 22. Claim 21, characterized in that the hollow fiber support is selected from polypropylene, polyethylene, fluorinated ethylene propylene or polysulfone.
Modules listed in section. 23. The plasma polymer coated on the surface of the hollow fiber is 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, 1,
1,3-trimethyl-3-ethyldisiloxane, 1,1
-dimethyl-3,3-diethyldisiloxane and 1,3
21. Module according to claim 20, characterized in that it is selected from -dimethyl-1,3-diethyldisiloxane. 24. Claim 2, wherein the monomer is 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane
Module described in Section 3. 25. A module for separating gas mixtures comprising: a. means having a spatial end and an extended chamber therebetween; b. substantially parallel relationship from each other within said shell means. a plurality of gas-selective microporous hollow fibers extending in the hollow fibers, a chamber in which the intracapillary space and the extracapillary space within the hollow fibers are separated by the walls of the hollow fibers, and which communicate with each other only through the walls of the hollow fibers; a module comprising: c, means for communicating with the extracapillary space for passing a gas mixture therethrough; and d, means for communicating with the intracapillary space for removing permeate gas therefrom. . 26. The plasma polymer coated on the surface of the hollow fiber is formed from the copolymerization of an organosiloxane and a comonomer selected from organosilanes, fluorocarbons and hydrocarbons.
Modules listed in section. 27. Claim 26, characterized in that the monomer is 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, and the comonomer is tetramethoxysilane, tetramethylsilane, tetrafluoroethylene or propylene. Modules listed in section. 28. A method for separating gases, comprising: placing a gas-selective membrane having an O_2/N_2 gas-selectivity of at least about 2.3 in a suitable gas separation apparatus, and in order to obtain the required separation, A method comprising contacting a membrane and a gas mixture. 29. A method for separating gases, comprising: disposing a gas-selective microporous hollow fiber membrane having an O_2/N_2 gas permselectivity of at least about 2.3 in a suitable gas separation apparatus and performing the necessary separation. contacting said membrane with a gas mixture to obtain said membrane.
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