JPS644829B2 - - Google Patents

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JPS644829B2
JPS644829B2 JP56100433A JP10043381A JPS644829B2 JP S644829 B2 JPS644829 B2 JP S644829B2 JP 56100433 A JP56100433 A JP 56100433A JP 10043381 A JP10043381 A JP 10043381A JP S644829 B2 JPS644829 B2 JP S644829B2
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JP
Japan
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solution
liquid
polymer
water
ultra
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Expired
Application number
JP56100433A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS583829A (en
Inventor
Gen Kurisu
Kenko Yamada
Tsuguyasu Shimote
Teizo Yamaji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Ltd filed Critical Teijin Ltd
Priority to JP56100433A priority Critical patent/JPS583829A/en
Publication of JPS583829A publication Critical patent/JPS583829A/en
Publication of JPS644829B2 publication Critical patent/JPS644829B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は極薄重合体膜の連続製造法に関するも
のである。更に詳しく説明すると、気体混合物か
ら或る特定の気体を濃縮するために使用される極
薄重合体の工業的に有利な連続的製造法に関する
ものである。 近頃、種々の分野において膜を用いた分離技術
の進度は著しい。しかしながら、そのうち気体混
合物を膜を用いて分離することは比較的最近の技
術である。気体混合物からある特定の気体を分離
する際の技術的困難さは、該特定の気体を十分な
選択性を十分な透過速度で透過せしめ得る素材の
開発の他に、実際的な問題としてそのような素材
からなる膜を極めて薄い状態で均一な厚さで且つ
広い面積のものとして製膜する技術の確立にあ
る。 すなわち、一般に均質な膜中を透過する気体の
量は下記式 ここでXは気体の透過速度(CC(STP)/
sec)、は気体の透過係数(CC(STP)・cm/
cm2・cmHg・sec)、P1−P2は膜の両面における気
体の分圧の差(cmHg)、Aは膜面積(cm2)、およ
びlは膜厚(cm)である。 で表わされる式によつて規定されるため、膜の素
材および透過させるべき気体が特定されればその
気体の透過量は膜厚および膜面積に依存すること
が明らかとなつている。膜厚を出来るだけ薄く
し、そして膜面積を出来るだけ大きくすることが
望まれる。 従来、薄い膜厚と大きい膜面積を持つ膜を製造
しようとする試みとして、メチルペンテン重合体
とオルガノポリシロキサン−ポリカーボネート共
重合体との溶媒中の溶液を水の表面に滴下して該
溶液を該表面上で自発的に拡張せしめる、回分式
による極薄膜の製造法が知られている(米国特許
第4192842号、明細書参照)。 この方法は、その明細書にも開示されていると
おり、オルガノポリシロキサン−ポリカーボネー
ト共重合体を使用することにより水の表面におい
て該溶液を自発的に拡張せしめることを可能とし
たものである。 米国特許第4192842号の明細書には、メチルペ
ンテン重合体単独の溶媒中の溶液を用いる方法も
包含されているが、本発明者等の研究によれば該
溶液すなわちオルガノポリシロキサン−ポリカー
ボネート共重合体を含まない溶液を用いる方法で
は均一な膜厚と広い膜面積とを持つ極薄膜を製造
することには成功しなかつた。従つて、上記米国
特許第4192842号に開示されたメチルペンテン重
合体単独の溶媒溶液を用いる方法は極薄膜製造の
ための一つの試みではあるが、そのような方法に
よつては実用に供し得るほどの均一な膜厚と広い
膜面積とを持つ極薄膜を製造することは少くとも
容易ならざることである。 米国特許第4192842号を分割出願とする親出願
の米国特許第4132824号では、そのためか、メチ
ルペンテン重合体とオルガノポリシロキサン−ポ
リカーボネートとのブレンドから成る極薄膜のみ
が請求されている。 また、米国特許第4155793号明細書には、水媒
体の表面上お互に反対方向に設けられた2つの溜
に、各々重合体の溶媒溶液を供給して該水媒体の
表面上で各々該溶媒溶液を拡張させ、この2つの
溜の中間位置で該水媒体中へ侵入するウエツプを
連続的に供給し、それによつて該ウエブ上に該溶
媒溶液から水面上に拡張して形成された薄い2枚
のフイルムを保持させる、ウエツプ上に2枚の薄
い重合体膜を重ねて保持せしめた複合体膜を連続
的に製造する方法が開示されている。 この方法は、静止した水媒体上に薄い膜を連続
的に2枚形成させ、これらの2枚の膜を同時に一
つのウエツプ上に保持させて該表面上から連続的
に回収する点で特徴的である。 上記の如き方法により製造された極薄膜は、そ
れらの明細書にも開示されているように一般に空
気から酸素ガスが富化した気体混合物を製造する
ために使用される。 それ故、本発明の目的は、重合体溶液から、均
一な厚さで且つ重合体が本来有するガス分離係数
とほぼ同等のガス分離係数を示す、極めて薄い膜
を連続的に製造する方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、重合体溶液から比較的巾
の広い極薄膜を連続的に製造する工業的方法を提
供することにある。 本発明の更に他の目的は、上記の如き性能を有
する極めて薄い固体膜を多孔性シート状物に隋伴
させて製造する、該固体膜の連続的な製造法を提
供することにある。 本発明のかゝる目的および利点は、極薄膜形成
能を有する重合体を実質的に水不混合性の有機液
状媒体から主としてなる溶媒に溶解した重合体溶
液を、実質的に水よりなる液状支持体の液面に供
給し、該液面上で自発的に拡張せしめて該重合体
の極薄膜を形成せしめ、次いで形成された膜をシ
ート状多孔質支持体に随伴させつつ液面より連続
的に取出す極薄重合体膜の連続製造法において、
該溶液はその供給手段より該溶液と該液面とが離
れないように接触して連続的に供給され、該液状
支持体は該溶液の該液面と接触する位置から10cm
〜3mの範囲で離れて位置した極薄重合体膜の取
出し部の方向に0.001m/分以上、極薄重合体膜
の取出し速度の1.2倍以下の範囲の平均速度で流
れを形成していることを特徴とする極薄重合体膜
の連続製造法により達成される。 かゝる本発明方法においては、重合体溶液を、
その供給手段によりその溶液と実質的に水よりな
る液体支持体液面とが離れないように接触して連
続的に供給して、連続膜を形成せしめ、その際、
その液体支持体のゆるやかな流れを形成させ、そ
の表面上で極薄膜を製造するのであり、その液体
支持体は、溶液が液面に接触する位置から極薄膜
をシート状多孔質支持体に隋伴させて液面から取
出す位置に向けて流れている。 かくすることにより、巾の広い且つ連続した均
一な極薄膜を製造することが出来、その操作も安
定しており、工業的に有利に気体分離膜と適した
極薄膜を製造することが出来る。 以下本発明方法において更に詳細に説明する。 本発明方法において重合体溶液の液体支持体液
面への供給は、溶液の供給手段によつて行なわ
れ、その供給手段の先端は溶液を供給した場合そ
の溶液と液面とが離れず、連続して接触した状態
を維持し得る限り、液面上、液面表面、液中のい
ずれに位置してもよく、供給は重力方向に行うの
が望ましい。その場合供給手段は、液面上に約2
mmまで、好ましくは約1mmまで離してもよく液面
下の場合には約2mmまで、好ましくは約1mmまで
離すことができる。 また供給手段は、供給口であることもでき、ま
た液面上に位置するときは細い線状物であること
もできる。細い線状物であるときは、線状物を伝
わつて溶液が供給される。細い線状物の長さは約
10cm以下、好ましくは約5cm以下とするのがよ
い。 供給手段が供給口である場合にその形状は、該
液面上に供給された溶液が自発的に拡張しそして
均一な厚さの固体膜を生成する速さで溶液を連続
的に供給し得るならば如何なるものでよい。通
常、該溶媒溶液は重合体の稀薄な溶液として供給
されるため、供給口はあまり大きくない面積を有
する方がよい。巾の狭いスリツト、細い線状物あ
るいは面積の小さい円形状あるいはその他の多角
形状等の任意の形状の供給口が通常用いられる。
巾の狭いスリツトとしては約0.001mm〜約1mmの
開口巾を有しているものが好ましく用いられる。
面積の小さい円形あるいはその他の多角形状等の
供給口としては、約0.01mm3〜約3mm3、好ましく
は0.05mm3〜約1mm3の開口面積を持つものが好ま
しく用いられる。 供給手段としては、面積の小さい円形状または
多角形状(例えば三角形、五角形など)等のもの
が好ましく用いられる。かかる供給手段は細い中
空管の先端であることができ、該先端は更に鋭利
であることができる。 該液状支持体上に供給された溶液は、該液面上
で速やかに自発的に拡張し、拡張と同時にあるい
は拡張につづいて次第に溶媒を離して固化するに
至る。 本発明方法においては前述した通り、溶液と液
面が離れないように接触状態を維持しつつ溶液を
液状支持体表面に連続的に供給すると共に、液体
支持体を形成された連続した極薄膜を液体支持体
表面上にそつて引取る方向に流動させること、す
なわち液状支持体は溶液の液面と接触する位置か
ら、極薄重合体膜の取出される方向に対してゆる
やかな流れを形成させることが必要である。かく
することによつて均一な巾の広い連続した極薄膜
を安定した操作で製造することができる。 その場合の液体支持体の流速は平均で0.001
m/分から極薄膜の取出し速度の1.2倍の範囲、
好ましくは0.01m/分〜15m/分の範囲が有利で
ある。この範囲よりも遅くても或いは早くても長
時間にわたつて巾の広い均一な連続膜を得ること
は困難である。 また本発明は形成された極薄膜はシート状多孔
質支持体に隋伴させながら、液面より取出される
が、その速度(すなわち極薄膜の取出し速度)
は、0.1〜20m/分、好ましくは0.5〜10m/分の
範囲が好適である。 本発明の実施に当つて、供給される溶液の温度
は、液状支持体上に供給された溶液の温度が速や
かに液状支持体の温度に近かづくと信じられてい
るため、表面張力あるいは界面張力に影響を及ぼ
す要因であるにもかかわらずこれらの張力の制御
の観点からはあまり重要ではない。供給時の溶液
の温度はむしろ溶液を与える温度として意味があ
る。それ故、このような意味から約10〜約100℃、
好ましくは約20〜約70℃の温度を採ることができ
る。 液状支持体上に供給された溶液の温度は、上記
のとおり速やかに液状支持体の温度に近づくと思
われる。それ故、液状支持体の温度は溶液および
液状支持体の表面張力並びにこれらの間の界面張
力に影響を及ぼすと同時に、該液状支持体上にお
ける該溶媒溶液の自発的な拡張の速度あるいは拡
張の度合に大きく影響する。すなわち、液状支持
体の温度があまり高い場合には溶液からの溶媒の
揮発があまりに大きくなるため所望の拡張速度お
よび拡張度合が得がたく、一方、液状支持体の温
度があまり低い場合には逆に溶媒の揮発が遅すぎ
るため固化するに至る速度が遅くなる。 本発明方法によれば、一般に約0゜〜80℃、好ま
しくは約1゜〜約50℃、更に好ましくは約3゜〜約30
℃の温度が液状支持体の温度として採用される。 連続方式による本発明方法は、重合体の溶液を
実質的に水より成る液状支持体の液面に該溶液の
ための供給手段から該溶液が該液面から離れるこ
とがないように連続的に供給して該溶液を該液面
上で自発的に拡張せしめ、それによつて該溶液中
の該溶媒を固体膜が形成されるのに十分な量まで
連続的に除去せしめ、次いでかくして形成された
極めて薄い固体膜を多孔性シート状物に隋伴させ
ながら連続的に液面上へ取出すことによつて実施
される。 このような良好な拡張性を有する本発明方法の
溶媒溶液は、第1に供給手段、好ましくは開口面
積の小さい円形又は多角形等の供給口を用いて巾
の広い固体膜を連続的に製造するために極めて望
ましい。 連続方式による本発明方法の第2の特徴は、該
溶液を該溶液が液状支持体の液面から離れること
がないように該溶媒溶液のための供給手段から供
給することにある。溶媒溶液を液面から離して例
えば滴状にして該液面に供給する場合には、生成
した固体膜が1滴1滴に由来する不均一な厚さの
縞模様を有するため均一な厚さと所望のガス分離
係数とを有する固体膜が得難い。溶液のこのよう
な望ましい供給は、前述した如く供給手段を液状
支持体の液面に接触せしめるか又は液面の近傍に
設ける必要がある。 溶媒溶液の供給速度は、供給手段の種類、溶媒
の揮発性等によつて異なるが、好ましく用いられ
る開口面積の小さい円形又は多角形等の給供口か
ら供給する場合、例えば約0.1〜約20c.c./min、
好ましくは約0.3〜約10c.c./minとするのがよい。 本発明方法においては、液状支持体は溶液の供
給手段から該液状支持体から生成した固体膜を離
す位置の方向に向つて流動している。液状支持体
を流動せしめることにより、該溶媒溶液は該液状
支持体の流れに乗りつつ且つ自発的に拡張するた
め、溶媒溶液から固体膜が生成されるまでに至る
連続的な状態の変化が極めて円滑に進行しそれ故
より一層均一な厚さと所望のガス分離係数を有す
る固体膜が形成される。 液状支持体上に生成された固体膜は、連続的に
多孔性シート状物に隋伴させながら該支持体の液
面から離され取出される。 多孔性シート状物は、通常一定速度で運動して
おり一且該液状支持体に沿し再び液面に出るよう
に運動している。そして多孔性シート状物は沿す
るとき又は液面に出るとき該固体膜を該液面から
離すように運動することができる。該速度は液面
における該固体膜の生成速度にほぼ一致せしめる
のがよい。すなわち、該速度は該固体膜を液面か
ら離す際に該固体膜に大きな張力がかからないよ
うに且つ該固体膜がたるむことのないようにする
のがよい。 かかる適当な速度の決定は、本発明者の研究に
よれば、該液面上に形成された固体膜を多孔性シ
ート状物に隋伴させる前に、該固体膜を該液状支
持体の流動方向に該液状支持体の該液面上でほぼ
一定した速度で強制的に引き取りかくして予めほ
ぼ安定した固体膜の流れを形成せしめ、次いでこ
の固体膜の流れの速度とほぼ一致した速度で多孔
性シート状物を運動させることにより、円滑に行
いうることが明らかとされた。 本発明の連続方式による固体膜の製造方法を添
付図面を用いて更に詳細に説明する。 第1図は、本発明の連続方式による固体膜の製
造方法に好適に用いられる装置の部分概略平面図
である。 第2図は第1図の装置のA−A′線における概
略断面図であり、更に多孔性シート状物およびそ
の運動のために必要なその他のメンバーが示され
ている。 第1図および第2図において、液状支持体15
を含有する液状支持体槽9には該液状支持体の平
滑な液面11が形成されている。液状支持体は通
常水であることができる。槽9内に設けられた水
供給管3は複数個の水供給口4を有しており、該
水供給口4から水を連続的に供給する。槽9内の
液面11の高さはセキ7の高さにより規定され
る。すなわち、セキ7を越えて水がオーバーフロ
ーする。図面において水は水供給口4からセキ7
の方向に向つて流れており、セキ7をオーバーフ
ローした水は水排出口8から槽9外に排出され
る。水の温度は、図示されていない温度制御装置
により一定制御されている。 この場合水は必ずしも、セキ7を越えてオーバ
ーフローする必要はなく、前述した流れを形成す
るように槽内を循環させてもよい。 該液面11に接して位置せしめられている溶液
供給口1は該溶媒溶液のタメ20から伸びる中空
管の先端に位置する。タメ20は該溶液の温度を
所望の温度に維持するため保温又は加熱のための
ヒーター16と、該タメ20から供給口1を通じ
て溶面11に一定速度で該溶媒溶液を連続的に供
給しつづけるためのプランジヤー19とを備えて
いる。 液面11に一定速度で連続的に供給された溶媒
溶液は、液面11より上に突き出ている案内板2
および水の流れにより案内されて、水の流れ方向
と直角方向に対しておよび水の流れ方向に、水の
流れに乗りつつ自発的に拡張する。案内板2は、
供給口1から液面11に供給された溶液が水の流
れ方向と逆の方向に拡がるのを防止すると共に、
該溶液が水の流れ方向と直角方向に拡がるのを助
ける。案内板2はそのため供給口1の位置する側
に中心を有するように湾曲しているのが好まし
く、特に曲率半径約10cm〜約1mであるのがよ
い。また、供給口1は、案内板2の弧の中心線上
で、且つ案内板2から約0.2cm〜約10cm離れた位
置に位置せしめるのが好ましい。 かくして液面11上に形成された固体膜15
は、多孔性シート状物12の供給ローラ13から
供給され、シヤフト5とガイドローラー14を経
て引き取られる多孔性シート状物12に、該多孔
性シート状物12が水中に設する際に隋伴され
る。このようにして、多孔性シート状物上に支持
された固体膜15が得られる。 図において、6は予備巻取りローラーであり、
固体膜を多孔性シート状物に隋伴せしめる前に、
予め固体膜の安定した一定した流れを液面上に形
成せしめるために使用される。 案内板2の供給口側面および水槽9の固体膜形
成区域、案内板2からシヤフト5に至る区域の側
壁は、固体膜が付着しない材質の素材又はそのよ
うな材質で表面処理された素材から形成されてい
るのがよい。例えば、フツ素樹脂例えばポリテト
ラフルオロエチレン、コポリテトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン、等が固体膜を
付着しない素材として用いられ、また例えばシリ
コンオイル例えばジメチルポリシロキサン等が同
様の作用を持つ表面処理材として用いられる。 連続方式による本発明方法によれば、巾約70cm
に及ぶ連続固体膜が容易に製造でき、最適条件下
では巾約1mに及ぶものさえ製造できる。 また形成された極薄重合体膜は、溶液が液面と
接触する位置から10cm以上、好ましくは15cm〜3
mの間隔をおいて、液面から取出される。この距
離が10cmより短かいと膜が充分に固化せずまた均
一な拡がりが困難となる。 本発明方法の極薄膜の製造に使用されるに適し
た重合体は、エチレン性不飽和縮合を有する炭化
水素系単量体および共役性不飽和結合を有する炭
化水素単量体の少なくとも1種から得られた付加
重合体であるのが好適であり、その好ましい例は
後に述べる。 そしてその重合体は、実質的に水不混合性の有
機液状媒体から主としてなる溶媒に溶解して得ら
れた溶液として液体支持体の液面へ供給される。 特に本発明の連続製造法において重合体溶液
は、エチレン性不飽和結合を有する炭化水素系単
量体および共役性不飽和結合を有する炭化水素系
単量体の少くとも1種から得られた付加重合体
を、揮発性で且つ該付加重合体を溶解することが
できる実質的に水不温和性の有機液状媒体から主
として成る溶媒に溶解し、該溶媒は該有機液状媒
体の他に下記分配係数k k=0.5〜35 ただし、kはこの他の有機化合物の該有機液状
媒体中の濃度対水中の濃度の比である。 を有する他の有機化合物を含有していてもよく、
且つ該溶媒は下記式 C1−(a1+b1)≧25 ここで、C1は水の表面張力(dyne/cm)、a1
該付加重合体をこの溶媒に溶解した溶媒溶液の表
面張力(dyne/cm)およびb1は該溶媒溶液と水
との界面張力(dyne/cm)である。 を満足するもであることが望ましい。 本発明の好ましい実施態様の一つは、該実質的
に水不温和性の有機液状媒体として、揮発性であ
り、該炭化水素系付加重合体を溶解することがで
き、そして該有機液状媒体から主として成る溶媒
が下記式(1)−a C1−(a1+b1)≧25 ……(1)−a 好ましくは、下記式(1)−b C1−(a1+b1)≧35 ……(1)−b 上記式中、C1は水の表面張力(dyne/cm)、a1
は該付加重合体をこの溶媒に溶解した溶媒溶液の
表面張力(dyne/cm)およびb1は該溶媒溶液と
水との界面張力(dyne/cm)である。 を満足する液面特性を有する媒体を用いることに
ある。 かかる液面特性を有する媒体を用いることによ
り、得られた溶媒溶液は実質的に水より成る液状
支持体の液面上で自発的に且つ均一に且つ速やか
に拡張する。 本発明者の研究によれば、かかる液面特性を有
する媒体から主として成る溶媒としては、上記の
如きある種の媒体と、下記分配係数k k=0.5〜35、好ましくは 1.0〜25 ただし、kはこの他の有機化合物の該有機液状
媒体中の濃度対水中の濃度の比である。 を有する他の有機化合物との混合物が好ましいこ
とが明らかとされた。 本発明において用いられる炭化水素系付加重合
体は、エチレン性不飽和結合を有する炭化水素系
単量体および共役性不飽和結合を有する炭化水素
系単量体の少くとも1種から得られた付加重合体
である。 かかる炭化水素系単量体としては、炭素数2〜
20特に4〜10の脂肪族又は脂環族化合物を好まし
いものとして挙げることができる。例えば、エチ
レン、プロピレン、プラン、イソプラン、ペンテ
ン、メチルペンテン、ヘキセン、メチルヘキセ
ン、ヘプテン、シクロヘキシルペンテン、スチレ
ン、α−メチルスチレン又はこれらの混合物の如
き、エチレン性不飽和結合を有する炭化水素系単
量体;ブタジエン、イソプレン、シクロオクタジ
エン又はこれらの混合物の如き共役性不飽和結合
を有する炭化水素系単量体を好ましい化合物とし
て挙げることができる。 かかる単量体から付加重合体を製造する方法
は、それ自体当業者によく知られている。 本発明方法において用いられるかかる付加重合
体は、上記の如き単量体の単一重合体又は共重合
体であつてよく、共重合体ランダム−、グラフト
−もしくはブロツク−共重合体であつてよい。好
ましくは単一重合体が用いられる。かかる単一重
合体の例としては、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリブチン、ポリイソブテン、ポリヘ
プテン、ポリメチルペンテン、ポリヘキセン、ポ
リメチルヘキセン、ポリヘプテン、ポリシクロヘ
キシルペンテン、ポリスチレン、ポリα−メチル
スチレン;ポリ1,4−ブタジエン、ポリ1,2
−ブタジエン、ポリイソプレン、ポリシクロオク
タジエン等があげられる。 これらの付加重合体は、単独で用いることがで
きまた2種以上併用して用いることもできる。 ポリブテン、ポリペンテン、ポリメチルペンテ
ン、ポリヘキセン、ポリメチルヘキセン、ポリブ
タジエンおよびポリイソプレンは特に好ましく、
就中ポリメチルペンテンが好ましい。これらの特
に好ましい重合体は、とりわけ気体透過性が比較
的大きく、常温で軟化せず且つ耐圧性を有する。 本発明方法では、このような重合体を既に前記
した如き溶媒に溶解せしめた溶液が用いられる。
適当な重合体の濃度は、溶液に対し約0.5〜約
15wt%、好ましくは約1〜約10wt%である。 このような稀薄な溶液は、上記式(1)−aを満足
する本発明で用いられ得る水不混和性の有機液状
媒体の選択の巾を広げ、そして実質的に水より成
る液状支持体の液面上で自発的に、且つ均一に、
且つ速やかに拡張する。 稀薄であることは、該媒体が該液面において殆
んど揮発によつて除去され、そして該液面上で極
めて薄い固体膜を生成する際の妨げとはならな
い。 本発明方法において、かかる溶液を与えるため
に用いられる溶媒を形成し得る前記水不混和性の
有機液状媒体としては、例えば炭化水素又はハロ
ゲン化炭化水素が用いられ得る。これらは好まし
くは脂環族又は芳香族化合物である。例えば、シ
クロヘキセン、シクロヘキサン、トリクロロエチ
レン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレ
ン、トリクロロプロパンあるいはこれらの混合物
である。 これらの水不混和性の有機液状媒体は、揮発性
であり且つ前記した如き炭化水素系付加重合体を
溶解することができるが、それ単独では上記式(1)
−aで表わされる関係を満足する液面特性を有し
ていない。 かかる水不混和性の有機液状媒体は、既に前記
した如き、分配係数kが0.5〜35、好ましくは1.0
〜25の他の有機化合物と混合せしめることによ
り、本発明方法において用いられる、上記式(1)−
aを満足する溶媒を与える。本発明方法ではかか
る他の有機化合物を含する水不混和性の有機液状
媒体から成る溶媒が、好ましく用いられる。 かかる他の有機化合物としては、例えば脂環族
又は芳香族のアルコール、ケトン、アミン、アル
デヒド、カルボン酸、パーオキサイドおよびこれ
らの混合物を用いることができる。例えば、シク
ロヘキセノール、シクロヘキサノール、フエノー
ル、シクロヘキセノン、シクロヘキシルアミン、
アニリン、フルフテール、安息香酸、シクロヘキ
セニルパーオキサイドあるいはこれらの混合物等
が特に好ましく用いられる。 これらの他の有機化合物は、本発明において用
いられる溶媒に対し約0.1〜約15重量%、好まし
くは約0.5〜約10重量%含有される。 溶媒中へのこれらの他の有機化合物の存在は、
揮発性であり且つ本発明で用いられる付加重合体
を溶解するにもかかわらず、それ自体では、本発
明で目的とする、均一な膜厚、該重合体が本来有
するガス分離係数とほぼ同等のガス分離係数ある
いは大きな膜面を有する極めて薄い固体膜を製造
するために本発明方法では使用することができな
い水不混和性の有機液状媒体を、本発明方法で好
適に使用される溶媒に変換する。 かかる他の有機化合物は、実質的に水より成る
液状支持体上で、重合体の溶液からその大部分が
該液状支持体中へ溶解することにより除去される
と信じられている。それ故、本発明方法は、該溶
媒溶液中の水不混和性の有機液状媒体はその大部
分が該液状支持体上で揮発により除去されるた
め、現象的に表現すれば、液状支持体上で該液状
支持体中へ溶解する化合物と周囲雰囲気中へ揮発
する水不混和性の有機液状媒体とから成る溶媒を
用いて、極めて薄い固体膜を製造する方法と云え
よう。 かかる本発明方法により得られた極めて薄い固
体膜は、それ故、液状支持体から離されたのち特
別の処理をすることなく、該他の有機化合物を実
質的に認め得るほどの量で含有しない重合体から
成る。 本発明方法により提供される固体膜は極めて薄
く、均一な厚さと優れたガス分離能とを有してい
る。 特に、多孔性シート状物に支持された、本発明
方法の連続方式により製造された固体膜は、上記
の如き性能を有する他に広い面積を有するものと
して得られるため、実際に2種以上の気体の混合
物例えば空気からある特定の気体例えば酸素ガス
が濃縮された気体を製造するために使用すること
ができる。 多孔性シート状物は、固体膜がその薄さ故に自
主性がないのを補うために用いられるものであ
り、本発明の固体膜のガス分離能には実質的に殆
んど影響を与えない。 かかる多孔性シート状物としては、例えば和
紙、不織布、合成紙、紙、布、金網、過膜、
限外過膜多孔質フイルム等の多数の小さな孔、
平滑性および自立性とを有するシート状物がいず
れも使用できる。 特に、ポリエチレン多孔質フイルム(例えば、
積水化学(株)製商品名セルポア)、ポリプロピレン
多孔質フイルム(例えばセラニーズ社製商品名セ
ルガード)、セルロース系限外過膜(例えば富
士フイルム(株)製商品名フジ−ミクロフイルター)、
ポリカーボネート多孔質フイルム(野村マイク
サイエンス社製商品名ニユークリポア)あるいは
ポリスルホン系限外過膜(東洋紙社の商品名
トーヨーウルトラフイルター)が好ましく用いら
れ、就中ポリプロピレン多孔質フイルムが本発明
の固体膜との密着性が良いため特に好ましい。 本発明方法による固体膜は該多孔性シート状物
上に1枚あるいはそれ以上の複数枚重ねて、支持
させることができる。特に、本発明の固体膜を2
枚重ねて多孔性シート状物に支持せしめたもの
(この場合、固体膜の複数枚の厚さは、約50〜約
5000Åとするのがよい)は、ガス分離に使用した
際優れたガス分離能を示し、多くの場合該固体膜
を形成する付加重合体が本来有するガス分離係数
とほぼ同等にも及ぶガス分離係数を示す。得られ
た固体膜はそれ故所望のガス分離能を得るために
2枚を超える枚数で重ねる必要性を要求すること
は少ない。固体膜を複数枚多孔性シート状物上に
重ねるためには、例えば上記した如き連続方式に
よる本発明方法において、多孔性シート状物に変
えて本発明の固体膜を支持した多孔性シート状物
を用いて、全く同様にして製造することができ
る。 本発明の固体膜を支持した多孔性シート状物
(以下複合フイルムと云うことがある)は、既に
前述の如くして製造したそのままの状態でガスを
分離するための用途に用いることができ、また、
そのような用途に使用する前に予め該固体膜が融
解しないような温度および時間の条件下(例え
ば、雰囲気加熱による場合は、例えば60゜〜300
℃、好ましくは80゜〜200℃で、例えば3秒から50
時間好ましくは5秒から20時間)で熱処理し該固
体膜と多孔性シート状物との密着性をより向上せ
しめ、しかる後使用することもできる。 本発明方法による固体膜は、通常約50〜約3000
Åの厚さを有している。 得られた固体膜は前述の如く2種以上の気体の
混合物からある特定の気体が濃縮された気体を取
得するために用いられる。例えば、大気からの酸
素富化空気の製造、H2とCOとを含む混合ガスか
らのH2富化ガスの製造、H2Oを含む混合ガスか
らのH2Oの除去、SO2および/または酸化窒素ガ
ス(NOx)を含む混合ガスからのSO2および/
またはNOxの除去、Heを含む混合ガスからの
He富化ガスの製造等に用いられる。 特に大気からの酸素富化空気(例えば酸素含量
約30〜約45%)の製造に好ましく用いられる。 実施例1〜4、比較例1〜3 シクロヘキセン90.25重量部にシクロヘキセニ
ルヒドロパーオキサイド4.75重量部を溶解した溶
媒にポリ4−メチルペンテン−1(三井石油化学
(株)製商品名TPX DX−810)5.0重量部を溶解し
た重合体溶液を調製した。 25℃における重合体溶液の表面張力(a1)、水
の表面張力(c1)および水の重合体の界面張力
(b1)はそれぞれ17.8dyn/cm、72.0dyn/cmおよ
び8.2dyn/cmであつた。 これより求めた{c1−(a1+b1)}の値は
46.0dyn/cmである。 又シクロヘキセンヒドロパーオキサイドの分配
係数(シクロヘキセン中の濃度/水中の濃度)は
2.6であつた。 この重合体溶液から第1図及び第2図に示した
装置を用い液状支持体の流速等を変えて、本発明
の極薄重合体膜を連続的に製造した。 重合体溶液はタメ20で30℃に維持され、水面
上に接した供給口1から水面11に連続的に61
c.c./hrの速度で供給された。 実施例中の案内板2の曲率半径は30cmであり案
内板の孤の弦の長さは40cm、案内板の中心から溶
液供給口までの距離は20cmである。又実施例中案
内板2及び水槽9の側壁の材質は4弗化エチレン
のシートであり、案内板の表面はシリコーンオイ
ルで処理し、極薄重合体薄膜の付着を防止してい
る。 水槽9内に設けられた水供給管3は複数個の水
供給口4を有しており、水供給口4から水を連続
的に供給する。図面において水は水供給口4から
セキ7の方向に向つて流れており、セキ7をオー
バーフローした水は、水排出口から排出される。 なお、水供給口4より供給される水は4℃に制
御され水槽中の水は4〜5℃の温度範囲にコント
ロールされている。該極薄重合体膜の連続製造の
初期は、極薄重合体膜が安定して製造されている
ことが確認できるまで約3分間は予備巻取ローラ
6により極薄重合体膜を巻き取つた。 次いで厚さ25μ、巾30cmのポリプロピレン製多
孔質膜12を巻取りローラ13から所定の速度で
ガイドローラ5を経由させて水中に供給して該極
薄重合体膜を隋伴せしめた後、駆動ローラ14を
経由して引き取つた。 本実施例において液状支持体の流れの平均速度
はセキをオーバーフローして排出される液状支持
体の1分間当りの体積を極薄重合体膜の巻取り方
向と直角方向で切断した槽9内の液状支持体の断
面積で際した値で示す。 又実施例中極薄重合体膜の膜性能は、酸素透過
係数対窒素透過係数の比(以下選択性と云う)を
表わしたものであり、これらの透過係数は気体透
過率測定装置(理化製機製3BR−SSS)で測定し
たものである。 結果を第1表に示す。 【表】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a continuous process for producing ultrathin polymer membranes. More specifically, the present invention relates to an industrially advantageous continuous process for producing ultrathin polymers used to concentrate certain gases from gas mixtures. Recently, separation technology using membranes has made remarkable progress in various fields. However, separating gas mixtures using membranes is a relatively recent technology. The technical difficulties in separating a particular gas from a gas mixture, as well as the development of materials capable of permeating the particular gas with sufficient selectivity and sufficient permeation rate, are practical problems. The goal is to establish a technology for producing extremely thin films of uniform thickness and a wide area made of different materials. In other words, the amount of gas that permeates through a homogeneous membrane is generally expressed by the following formula: Here, X is gas permeation rate (CC(STP)/
sec), P is the gas permeability coefficient (CC(STP)・cm/
cm2 ·cmHg·sec), P1 - P2 is the difference in gas partial pressure on both sides of the membrane (cmHg), A is the membrane area ( cm2 ), and l is the membrane thickness (cm). Since it is defined by the formula expressed by the following formula, it is clear that once the material of the membrane and the gas to be permeated are specified, the amount of permeation of that gas depends on the membrane thickness and membrane area. It is desirable to make the film thickness as thin as possible and to make the film area as large as possible. Conventionally, in an attempt to produce a membrane with a small thickness and a large membrane area, a solution of a methylpentene polymer and an organopolysiloxane-polycarbonate copolymer in a solvent was dropped onto the surface of water. A batch method for manufacturing ultrathin films that spontaneously expands on the surface is known (see US Pat. No. 4,192,842, specification). As disclosed in the specification, this method makes it possible to spontaneously expand the solution on the surface of water by using an organopolysiloxane-polycarbonate copolymer. The specification of U.S. Pat. No. 4,192,842 also includes a method using a solution of methylpentene polymer alone in a solvent, but according to research by the present inventors, the solution, i.e., organopolysiloxane-polycarbonate copolymer Methods using solutions that do not involve coalescence have not been successful in producing ultrathin films with uniform thickness and large film area. Therefore, although the method using a solvent solution of methylpentene polymer alone as disclosed in the above-mentioned U.S. Pat. At the very least, it is not easy to manufacture an extremely thin film with such a uniform thickness and large film area. Perhaps for this reason, the parent application, U.S. Pat. No. 4,132,824, which is a divisional application of U.S. Pat. No. 4,192,842, claims only an extremely thin film consisting of a blend of methylpentene polymer and organopolysiloxane-polycarbonate. Further, in US Pat. No. 4,155,793, a solvent solution of a polymer is supplied to two reservoirs provided in opposite directions on the surface of an aqueous medium, and each reservoir is provided with a solvent solution on the surface of the aqueous medium. A thin web formed by expanding the solvent solution and penetrating into the aqueous medium at an intermediate position between the two reservoirs is provided on the web, thereby forming a thin web extending from the solvent solution onto the water surface. A method is disclosed for continuously manufacturing a composite membrane having two thin polymeric membranes superimposed on a web that retains two films. This method is unique in that two thin films are continuously formed on a stationary water medium, and these two films are simultaneously held on one web and continuously collected from the surface. It is. Ultrathin membranes produced by such methods as described above are generally used to produce oxygen gas enriched gas mixtures from air, as also disclosed in those specifications. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for continuously producing extremely thin membranes from a polymer solution, which have a uniform thickness and exhibit a gas separation coefficient that is almost the same as that inherent to the polymer. It's about doing. Another object of the present invention is to provide an industrial method for continuously producing relatively wide, ultrathin films from polymer solutions. Still another object of the present invention is to provide a continuous method for manufacturing an extremely thin solid membrane having the above-mentioned performance by incorporating it into a porous sheet material. Such objects and advantages of the present invention are such that a polymer solution in which a polymer capable of forming an ultra-thin film is dissolved in a solvent mainly consisting of a substantially water-immiscible organic liquid medium is mixed with a liquid support consisting essentially of water. The polymer is supplied to the liquid surface of the body, allowed to spontaneously expand on the liquid surface to form an ultra-thin film of the polymer, and then the formed film is attached to a sheet-like porous support while being continuously attached to the liquid surface. In the continuous manufacturing method of ultra-thin polymer membranes,
The solution is continuously supplied from the supply means so that the solution and the liquid surface are in contact with each other so that they do not separate, and the liquid support is placed at a distance of 10 cm from the position where the solution contacts the liquid surface.
A flow is formed in the direction of the take-out part of the ultra-thin polymer membrane located at a distance of ~3 m at an average speed of 0.001 m/min or more and 1.2 times or less than the take-out speed of the ultra-thin polymer membrane. This is achieved by a continuous manufacturing method for ultra-thin polymer membranes characterized by the following. In such a method of the present invention, the polymer solution is
The supply means continuously supplies the solution and the liquid surface of the liquid support consisting of water substantially in such a manner that they do not separate from each other to form a continuous film, and in this case,
A gentle flow of the liquid support is formed to produce an ultra-thin film on the surface of the liquid support, and the liquid support is formed by pouring the ultra-thin film onto the sheet-like porous support from the position where the solution contacts the liquid surface. It also flows towards the position where it is taken out from the liquid surface. By doing so, it is possible to produce a wide, continuous, and uniform ultra-thin membrane, and its operation is stable, making it possible to industrially advantageously produce an ultra-thin membrane suitable as a gas separation membrane. The method of the present invention will be explained in more detail below. In the method of the present invention, the supply of the polymer solution to the liquid surface of the liquid support is performed by a solution supply means, and the tip of the supply means is connected so that when the solution is supplied, the solution and the liquid surface do not separate and are continuous. It may be located on the liquid surface, on the surface of the liquid, or in the liquid, as long as a state of contact can be maintained, and it is preferable to supply the liquid in the direction of gravity. In that case, the supply means should be approximately 2 cm above the liquid level.
The separation may be up to 2 mm, preferably about 1 mm, and below the liquid surface, up to about 2 mm, preferably about 1 mm. Further, the supply means may be a supply port, or may be a thin linear object when located above the liquid surface. When it is a thin linear object, the solution is supplied through the linear object. The length of the thin linear object is approx.
The length should be 10 cm or less, preferably about 5 cm or less. When the supply means is a supply port, its shape is capable of continuously supplying the solution at such a rate that the solution supplied above the liquid surface spontaneously expands and produces a solid film of uniform thickness. If so, anything is fine. Since the solvent solution is usually supplied as a dilute solution of the polymer, it is preferable that the supply port has a not too large area. A supply port of any shape, such as a narrow slit, a thin line, a small circular shape, or another polygonal shape, is usually used.
The narrow slit preferably has an opening width of about 0.001 mm to about 1 mm.
As the supply port having a circular or other polygonal shape with a small area, one having an opening area of about 0.01 mm 3 to about 3 mm 3 , preferably 0.05 mm 3 to about 1 mm 3 is preferably used. As the supply means, a circular or polygonal shape (for example, triangular, pentagonal, etc.) having a small area is preferably used. Such feeding means can be the tip of a thin hollow tube, which tip can also be sharp. The solution supplied onto the liquid support rapidly and spontaneously expands on the liquid surface, and simultaneously with or following the expansion, the solvent is gradually released and the solution solidifies. As described above, in the method of the present invention, the solution is continuously supplied to the surface of the liquid support while maintaining contact between the solution and the liquid surface, and a continuous ultra-thin film formed on the liquid support is The liquid support is made to flow in the direction in which it is taken out along the surface of the liquid support, that is, the liquid support forms a gentle flow from the position where it contacts the liquid surface of the solution in the direction in which the ultrathin polymer film is taken out. It is necessary. In this way, a continuous ultra-thin film with a uniform width can be produced with stable operation. The average flow rate of the liquid support in that case is 0.001
m/min to 1.2 times the extraction speed of ultra-thin films,
Preferably a range of 0.01 m/min to 15 m/min is advantageous. Even if it is slower or faster than this range, it is difficult to obtain a wide and uniform continuous film over a long period of time. In addition, in the present invention, the formed ultra-thin film is taken out from the liquid surface while being entrained in a sheet-like porous support, and the speed at which the formed ultra-thin film is taken out (i.e., the taking-out speed of the ultra-thin film) is
is preferably in the range of 0.1 to 20 m/min, preferably 0.5 to 10 m/min. In carrying out the present invention, the temperature of the solution supplied is determined by surface tension or interfacial Although these are factors that influence tension, they are not very important from the viewpoint of tension control. The temperature of the solution at the time of supply is rather meaningful as the temperature at which the solution is supplied. Therefore, from this meaning, about 10 to about 100℃,
Preferably temperatures of about 20 to about 70°C can be employed. It is thought that the temperature of the solution supplied onto the liquid support quickly approaches the temperature of the liquid support as described above. Therefore, the temperature of the liquid support influences the surface tension of the solution and the liquid support as well as the interfacial tension between them, as well as the rate of spontaneous expansion or expansion of the solvent solution on the liquid support. It greatly affects the degree. In other words, if the temperature of the liquid support is too high, the volatilization of the solvent from the solution will be too large, making it difficult to obtain the desired expansion rate and degree of expansion.On the other hand, if the temperature of the liquid support is too low, the opposite will occur. Because the solvent evaporates too slowly, the rate at which it solidifies becomes slow. According to the method of the invention, the temperature is generally about 0° to 80°C, preferably about 1° to about 50°C, more preferably about 3° to about 30°C.
A temperature in °C is taken as the temperature of the liquid support. The method of the present invention in a continuous mode comprises continuously applying a solution of a polymer to the liquid surface of a liquid support consisting essentially of water from a supply means for the solution so that the solution does not leave the liquid surface. to cause the solution to spontaneously expand above the liquid surface, thereby continuously removing the solvent in the solution to an amount sufficient to form a solid film, and then This is carried out by continuously drawing an extremely thin solid membrane onto the liquid surface while entraining it in a porous sheet. The solvent solution of the present invention method, which has such good scalability, can first be used to continuously produce a wide solid film using a supply means, preferably a circular or polygonal supply port with a small opening area. highly desirable for A second feature of the continuous method of the present invention is that the solution is supplied from a supply means for the solvent solution so that the solution does not leave the surface of the liquid support. When the solvent solution is separated from the liquid surface and supplied to the liquid surface in the form of droplets, for example, the formed solid film has a striped pattern of non-uniform thickness resulting from each drop. It is difficult to obtain a solid membrane having a desired gas separation coefficient. For such a desirable supply of the solution, it is necessary to bring the supply means into contact with the liquid surface of the liquid support or to provide it near the liquid surface, as described above. The feeding speed of the solvent solution varies depending on the type of feeding means, the volatility of the solvent, etc., but when feeding from a preferably used feeding port with a small opening area, such as a circular or polygonal shape, it is, for example, about 0.1 to about 20 cm. .c./min,
The rate is preferably about 0.3 to about 10 c.c./min. In the method of the present invention, the liquid support is flowing from the solution supply means toward the position where the solid film formed from the liquid support is separated. By causing the liquid support to flow, the solvent solution rides the flow of the liquid support and expands spontaneously, so the continuous state change from the solvent solution to the formation of a solid film is extremely rapid. A solid membrane is formed which proceeds smoothly and therefore has a more uniform thickness and desired gas separation coefficient. The solid film formed on the liquid support is removed from the liquid surface of the support while being continuously entrained in the porous sheet. The porous sheet usually moves at a constant speed and moves along the liquid support so as to come out onto the liquid surface again. The porous sheet material can move so as to separate the solid membrane from the liquid surface when it runs along the liquid surface or when it emerges from the liquid surface. It is preferable that the rate is approximately equal to the rate of formation of the solid film at the liquid surface. That is, the speed is preferably set so that a large tension is not applied to the solid film when the solid film is separated from the liquid surface, and so that the solid film does not sag. According to the research conducted by the present inventors, the determination of such an appropriate speed can be carried out by moving the solid film formed on the liquid surface to the flow rate of the liquid support before the solid film is incorporated into the porous sheet-like material. The liquid surface of the liquid support is forcibly drawn in the direction at a substantially constant speed, thus forming a substantially stable flow of the solid film in advance, and then the porosity is It has been found that this can be done smoothly by moving the sheet-like material. The method for producing a solid film using a continuous method according to the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a partial schematic plan view of an apparatus suitably used in the continuous solid film manufacturing method of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the apparatus of FIG. 1 taken along line A--A', further showing the porous sheet and other members necessary for its movement. In FIGS. 1 and 2, the liquid support 15
A smooth liquid surface 11 of the liquid support is formed in the liquid support tank 9 containing the liquid support. The liquid support can typically be water. The water supply pipe 3 provided in the tank 9 has a plurality of water supply ports 4, and water is continuously supplied from the water supply ports 4. The height of the liquid level 11 in the tank 9 is defined by the height of the tank 7. In other words, water overflows beyond Seki 7. In the drawing, water is supplied from water supply port 4 to 7.
The water that overflows the drain 7 is discharged from the water outlet 8 to the outside of the tank 9. The temperature of the water is constantly controlled by a temperature control device (not shown). In this case, the water does not necessarily have to overflow beyond the drain 7, and may be circulated within the tank so as to form the flow described above. The solution supply port 1 located in contact with the liquid surface 11 is located at the tip of a hollow tube extending from the reservoir 20 for the solvent solution. The reservoir 20 includes a heater 16 for heat retention or heating to maintain the temperature of the solution at a desired temperature, and continuously supplies the solvent solution from the reservoir 20 to the melting surface 11 through the supply port 1 at a constant rate. It is equipped with a plunger 19 for The solvent solution that is continuously supplied to the liquid level 11 at a constant rate is passed through the guide plate 2 that protrudes above the liquid level 11.
and guided by the water flow, it expands spontaneously along with the water flow, both perpendicular to and in the water flow direction. The information board 2 is
In addition to preventing the solution supplied from the supply port 1 to the liquid surface 11 from spreading in the direction opposite to the flow direction of the water,
Helps the solution spread in a direction perpendicular to the direction of water flow. Therefore, the guide plate 2 is preferably curved with its center on the side where the supply port 1 is located, and particularly preferably has a radius of curvature of about 10 cm to about 1 m. Further, the supply port 1 is preferably located on the center line of the arc of the guide plate 2 and at a distance of about 0.2 cm to about 10 cm from the guide plate 2. A solid film 15 is thus formed on the liquid surface 11.
is supplied from the supply roller 13 of the porous sheet-like material 12 and is taken up via the shaft 5 and the guide roller 14. When the porous sheet-like material 12 is placed in water, the be done. In this way, a solid membrane 15 supported on a porous sheet is obtained. In the figure, 6 is a preliminary winding roller;
Before incorporating the solid membrane into the porous sheet,
It is used to preform a stable and constant flow of solid film on the liquid surface. The supply port side of the guide plate 2, the solid film forming area of the water tank 9, and the side wall of the area from the guide plate 2 to the shaft 5 are made of a material to which a solid film does not adhere or a material whose surface has been treated with such a material. It is good that it is done. For example, fluororesins such as polytetrafluoroethylene, copolytetrafluoroethylene-hexafluoropropylene, etc. are used as materials that do not adhere to solid films, and silicone oils such as dimethylpolysiloxane are used as surface treatment materials that have similar effects. used as. According to the continuous method of the present invention, the width is about 70 cm.
Continuous solid membranes up to approximately 1 m in width can be easily produced, and under optimal conditions even up to about 1 m in width. In addition, the formed ultra-thin polymer film should be 10 cm or more, preferably 15 cm to 3 cm from the position where the solution contacts the liquid surface.
It is removed from the liquid surface at intervals of m. If this distance is shorter than 10 cm, the film will not solidify sufficiently and it will be difficult to spread uniformly. The polymer suitable for use in the production of the ultrathin film of the method of the present invention is composed of at least one of a hydrocarbon monomer having ethylenically unsaturated condensation and a hydrocarbon monomer having a conjugated unsaturated bond. The obtained addition polymer is suitable, and preferred examples thereof will be described later. The polymer is then supplied to the liquid surface of the liquid support as a solution obtained by dissolving the polymer in a solvent mainly consisting of a substantially water-immiscible organic liquid medium. In particular, in the continuous production method of the present invention, the polymer solution is an additive obtained from at least one of a hydrocarbon monomer having an ethylenically unsaturated bond and a hydrocarbon monomer having a conjugated unsaturated bond. The polymeric polymer is dissolved in a solvent consisting primarily of a volatile and substantially water-immiscible organic liquid medium capable of dissolving the addition polymer, the solvent having a partition coefficient as shown below in addition to the organic liquid medium. k k = 0.5 to 35 where k is the ratio of the concentration of the other organic compound in the organic liquid medium to the concentration in water. may contain other organic compounds having
In addition, the solvent has the following formula C 1 − (a 1 + b 1 )≧25, where C 1 is the surface tension of water (dyne/cm), and a 1 is the surface of the solvent solution in which the addition polymer is dissolved in this solvent. Tension (dyne/cm) and b 1 are the interfacial tensions (dyne/cm) between the solvent solution and water. It is desirable that it also satisfy the following. One of the preferred embodiments of the present invention is that the substantially water-immiscible organic liquid medium is volatile and capable of dissolving the hydrocarbon-based addition polymer, and The solvent mainly consists of the following formula (1)-a C 1 -(a 1 +b 1 )≧25 ...(1)-a Preferably, the following formula (1)-b C 1 -(a 1 +b 1 )≧35 ...(1)-b In the above formula, C 1 is the surface tension of water (dyne/cm), a 1
is the surface tension (dyne/cm) of a solvent solution in which the addition polymer is dissolved in this solvent, and b 1 is the interfacial tension (dyne/cm) between the solvent solution and water. The purpose is to use a medium that has liquid surface characteristics that satisfy the following. By using a medium having such liquid surface characteristics, the obtained solvent solution spreads spontaneously, uniformly, and rapidly on the liquid surface of the liquid support consisting essentially of water. According to the research of the present inventors, the solvent mainly consisting of a medium having such liquid surface characteristics is a certain type of medium as described above, and the following distribution coefficient k k = 0.5 to 35, preferably 1.0 to 25. However, k is the ratio of the concentration of this other organic compound in the organic liquid medium to the concentration in water. It has been found that mixtures with other organic compounds having . The hydrocarbon addition polymer used in the present invention is an addition polymer obtained from at least one of a hydrocarbon monomer having an ethylenically unsaturated bond and a hydrocarbon monomer having a conjugated unsaturated bond. It is a polymerized polymer. Such hydrocarbon monomers have 2 to 2 carbon atoms.
Particularly preferred are 4 to 10 aliphatic or alicyclic compounds. Hydrocarbon monomers having ethylenically unsaturated bonds, such as, for example, ethylene, propylene, puran, isopran, pentene, methylpentene, hexene, methylhexene, heptene, cyclohexylpentene, styrene, α-methylstyrene, or mixtures thereof. Preferred compounds include hydrocarbon monomers having a conjugated unsaturated bond such as butadiene, isoprene, cyclooctadiene, or mixtures thereof. Methods for preparing addition polymers from such monomers are themselves well known to those skilled in the art. Such addition polymers used in the process of the invention may be homopolymers or copolymers of the monomers described above, and may be random, graft or block copolymers. Preferably a homopolymer is used. Examples of such homopolymers include, for example, polyethylene, polypropylene, polybutyne, polyisobutene, polyheptene, polymethylpentene, polyhexene, polymethylhexene, polyheptene, polycyclohexylpentene, polystyrene, polyα-methylstyrene; poly1,4-butadiene. , poly1,2
-butadiene, polyisoprene, polycyclooctadiene, etc. These addition polymers can be used alone or in combination of two or more. Particularly preferred are polybutene, polypentene, polymethylpentene, polyhexene, polymethylhexene, polybutadiene and polyisoprene;
Among these, polymethylpentene is preferred. These particularly preferred polymers have, among other things, relatively high gas permeability, do not soften at room temperature, and have pressure resistance. In the method of the present invention, a solution is used in which such a polymer is dissolved in the solvent as described above.
Suitable polymer concentrations range from about 0.5 to about
15 wt%, preferably about 1 to about 10 wt%. Such a dilute solution expands the selection of water-immiscible organic liquid media that can be used in the present invention that satisfy formula (1)-a above, and provides a liquid support consisting essentially of water. spontaneously and uniformly on the liquid surface,
And expand quickly. Being dilute does not prevent the medium from being removed mostly by volatilization at the liquid level and forming very thin solid films on the liquid level. In the process of the invention, as said water-immiscible organic liquid medium capable of forming the solvent used to provide such a solution, for example hydrocarbons or halogenated hydrocarbons can be used. These are preferably alicyclic or aromatic compounds. For example, cyclohexene, cyclohexane, trichlorethylene, tetrachloroethylene, trichloroethylene, trichloropropane or mixtures thereof. These water-immiscible organic liquid media are volatile and capable of dissolving the hydrocarbon addition polymers described above;
It does not have liquid level characteristics that satisfy the relationship expressed by -a. Such a water-immiscible organic liquid medium has a partition coefficient k of 0.5 to 35, preferably 1.0, as already mentioned above.
The above formula (1)- used in the method of the present invention by mixing with ~25 other organic compounds
Provide a solvent that satisfies a. In the method of the present invention, a solvent consisting of a water-immiscible organic liquid medium containing such other organic compounds is preferably used. As such other organic compounds, for example, alicyclic or aromatic alcohols, ketones, amines, aldehydes, carboxylic acids, peroxides, and mixtures thereof can be used. For example, cyclohexenol, cyclohexanol, phenol, cyclohexenone, cyclohexylamine,
Aniline, furftere, benzoic acid, cyclohexenyl peroxide, or mixtures thereof are particularly preferably used. These other organic compounds are contained in an amount of about 0.1 to about 15% by weight, preferably about 0.5 to about 10% by weight, based on the solvent used in the present invention. The presence of these other organic compounds in the solvent
Although it is volatile and dissolves the addition polymer used in the present invention, it does not by itself have a uniform film thickness, which is the goal of the present invention, and a gas separation coefficient that is almost equivalent to the inherent gas separation coefficient of the polymer. Converting water-immiscible organic liquid media which cannot be used in the process of the invention to produce solvents suitable for use in the process of the invention to produce extremely thin solid membranes with gas separation coefficients or large membrane areas. . It is believed that such other organic compounds are removed from the solution of the polymer on a liquid support consisting essentially of water by dissolving the majority thereof into the liquid support. Therefore, in the method of the present invention, most of the water-immiscible organic liquid medium in the solvent solution is removed by volatilization on the liquid support. This is a method for producing extremely thin solid films using a solvent consisting of a compound that dissolves in the liquid support and a water-immiscible organic liquid medium that volatilizes into the surrounding atmosphere. The extremely thin solid film obtained by the method of the present invention therefore does not contain substantially any appreciable amount of the other organic compounds without any special treatment after being separated from the liquid support. Consists of polymers. The solid membrane provided by the method of the present invention is extremely thin and has uniform thickness and excellent gas separation ability. In particular, the solid membrane supported by a porous sheet and produced by the continuous method of the present invention has the above-mentioned properties and can also be obtained as having a wide area. It can be used to produce a mixture of gases, such as air, enriched with certain gases, such as oxygen gas. The porous sheet material is used to compensate for the lack of autonomy of the solid membrane due to its thinness, and has virtually no effect on the gas separation ability of the solid membrane of the present invention. . Examples of such porous sheet materials include Japanese paper, nonwoven fabric, synthetic paper, paper, cloth, wire mesh, membrane,
Many small pores such as ultrafiltration membrane porous film,
Any sheet-like material that is smooth and self-supporting can be used. In particular, polyethylene porous films (e.g.
Sekisui Chemical Co., Ltd. (trade name: Celpore), polypropylene porous film (for example, Celanese Co., Ltd. (trade name: Celguard)), cellulose-based ultrafiltration membrane (for example, Fuji Film Co., Ltd. (trade name: Fuji Microfilter)),
Polycarbonate porous film (Nomura Mike
A polysulfone-based ultrafiltration membrane (trade name: Nucleipore, manufactured by Science Co., Ltd.) or a polysulfone-based ultrafiltration membrane (trade name: Toyo Ultrafilter, manufactured by Toyo Shisha Co., Ltd.) is preferably used, and polypropylene porous film is particularly suitable because it has good adhesion with the solid membrane of the present invention. preferable. The solid membrane produced by the method of the present invention can be supported on the porous sheet by stacking one or more layers on top of each other. In particular, the solid membrane of the present invention is
The solid membranes are stacked and supported on a porous sheet material (in this case, the thickness of the solid membranes is about 50 to about
5000 Å) exhibits excellent gas separation ability when used for gas separation, and in many cases has a gas separation coefficient that is almost equivalent to the original gas separation coefficient of the addition polymer that forms the solid membrane. shows. The resulting solid membranes therefore rarely require stacking in more than two layers to obtain the desired gas separation performance. In order to stack a plurality of solid membranes on a porous sheet-like material, for example, in the continuous method of the present invention as described above, a porous sheet-like material supporting the solid membrane of the present invention can be used instead of the porous sheet-like material. It can be manufactured in exactly the same manner using . The porous sheet-like material supporting the solid membrane of the present invention (hereinafter sometimes referred to as composite film) can be used for gas separation in the state already produced as described above, Also,
Before use in such applications, the solid film should be prepared under such temperature and time conditions that it will not melt (e.g., in the case of atmospheric heating, for example, 60° to 300°
°C, preferably 80° to 200°C, for example 3 seconds to 50°C.
It is also possible to further improve the adhesion between the solid membrane and the porous sheet material by heat treatment for a period of time (preferably from 5 seconds to 20 hours), and then use the solid membrane. The solid membrane produced by the method of the present invention typically has a molecular weight of about 50 to about 3000
It has a thickness of Å. The obtained solid membrane is used to obtain a gas enriched with a certain specific gas from a mixture of two or more gases, as described above. For example, production of oxygen-enriched air from the atmosphere, production of H2- enriched gas from a gas mixture containing H2 and CO, removal of H2O from a gas mixture containing H2O , SO2 and/or or SO 2 and/or from a gas mixture containing nitrogen oxide gas (NOx).
or removal of NOx, from mixed gases containing He.
Used in the production of He-enriched gas, etc. It is particularly preferably used for producing oxygen-enriched air (eg, oxygen content of about 30 to about 45%) from the atmosphere. Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 3 Poly 4-methylpentene-1 (Mitsui Petrochemical
A polymer solution was prepared by dissolving 5.0 parts by weight of TPX DX-810 (trade name, manufactured by Co., Ltd.). The surface tension of the polymer solution (a 1 ), the surface tension of water (c 1 ), and the interfacial tension of the polymer in water (b 1 ) at 25°C are 17.8 dyn/cm, 72.0 dyn/cm, and 8.2 dyn/cm, respectively. It was hot. The value of {c 1 − (a 1 + b 1 )} obtained from this is
It is 46.0dyn/cm. Also, the partition coefficient of cyclohexene hydroperoxide (concentration in cyclohexene/concentration in water) is
It was 2.6. The ultrathin polymer membrane of the present invention was continuously produced from this polymer solution using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 by changing the flow rate of the liquid support and other factors. The polymer solution was maintained at 30°C at a temperature of 20°C, and was continuously fed from the supply port 1 in contact with the water surface to the water surface 11 at 61°C.
It was supplied at a rate of cc/hr. The radius of curvature of the guide plate 2 in the example is 30 cm, the arc length of the guide plate is 40 cm, and the distance from the center of the guide plate to the solution supply port is 20 cm. In the embodiment, the material of the guide plate 2 and the side wall of the water tank 9 is a sheet of tetrafluoroethylene, and the surface of the guide plate is treated with silicone oil to prevent attachment of an extremely thin polymer film. The water supply pipe 3 provided in the water tank 9 has a plurality of water supply ports 4, and water is continuously supplied from the water supply ports 4. In the drawing, water flows from the water supply port 4 toward the drain 7, and the water that overflows the drain 7 is discharged from the water outlet. Note that the water supplied from the water supply port 4 is controlled at 4°C, and the water in the water tank is controlled within the temperature range of 4 to 5°C. At the beginning of the continuous production of the ultra-thin polymer film, the ultra-thin polymer film was wound up by the pre-winding roller 6 for about 3 minutes until it was confirmed that the ultra-thin polymer film was being stably manufactured. . Next, a polypropylene porous membrane 12 having a thickness of 25 μm and a width of 30 cm is fed into the water from a winding roller 13 at a predetermined speed via a guide roller 5 to entrain the ultra-thin polymer membrane, and then driven. It was taken over via roller 14. In this example, the average velocity of the flow of the liquid support is defined as the volume per minute of the liquid support discharged by overflowing the tank 9, which is obtained by cutting the volume per minute in the direction perpendicular to the winding direction of the ultrathin polymer film. The value is expressed as the cross-sectional area of the liquid support. In addition, the membrane performance of the ultrathin polymer membrane in the examples is expressed as the ratio of the oxygen permeability coefficient to the nitrogen permeability coefficient (hereinafter referred to as selectivity), and these permeability coefficients were measured using a gas permeability measuring device (Rika Co., Ltd.). Measured using a Ki-made 3BR-SSS). The results are shown in Table 1. 【table】

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

添付図面は、本発明の極薄重合体膜の連続製造
装置の概要を示したものである。すなわち第1図
は該製造装置部分概略平面図を示したものであ
り、第2図は第1図の装置A−A′線における概
略断面図であり、更に多孔性シート状物およびそ
の作動のために必要な他の部品が示されている。
第1図及び第2図を用いてさらに詳細に説明する
と、本発明の極薄膜連続装置は、次の構造からな
るものである。 (1) 重合体溶液供給系 液状支持体の液面から離れることがないよう
にセツトされた重合体溶液供給手段1;重合体
溶液供給用定量ポンプ19;重合体溶液温度制
御部20;該温度制御装置16,17。 (2) 極薄重合体膜形成部 案内板2;実質的に水よりなる液状支持体2
1;該液状支持体の供給部3,4;該液状支持
体のオーバーフロー用せき7及びその排水部
8;該液状支持体用槽9。 (3) 極薄重合体膜巻取り系 シート状多孔質支持体巻出し部13;該多孔
質支持体のガイドローラ5,14;膜製造開始
時における極薄膜の予備巻取りローラ6。
The attached drawings schematically show an apparatus for continuously producing ultrathin polymer membranes of the present invention. That is, FIG. 1 shows a schematic plan view of a part of the manufacturing apparatus, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line A-A' of the apparatus in FIG. 1, and further shows the porous sheet material and its operation. Other parts required for this are shown.
To explain in more detail using FIGS. 1 and 2, the ultra-thin film continuous device of the present invention has the following structure. (1) Polymer solution supply system Polymer solution supply means 1 set so as not to leave the liquid surface of the liquid support; metering pump 19 for supplying polymer solution; polymer solution temperature control section 20; Control devices 16, 17. (2) Ultra-thin polymer film forming section guide plate 2; liquid support 2 consisting essentially of water
1; Supply parts 3, 4 for the liquid support; Weir 7 for overflow of the liquid support and its drainage part 8; Tank 9 for the liquid support. (3) Ultra-thin polymer membrane winding system Sheet-like porous support unwinding section 13; guide rollers 5, 14 for the porous support; preliminary winding roller 6 for the ultra-thin membrane at the start of membrane production.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 極薄膜形成能を有する重合体を実質的に水不
混合性の有機液状媒体から主としてなる溶媒に溶
解した重合体溶液を、実質的に水よりなる液状支
持体の液面に供給し、該液面上で自発的に拡張せ
しめて該重合体の極薄膜を形成せしめ、次いで形
成された膜をシート状多孔質支持体に随伴させつ
つ液面より連続的に取出す極薄重合体膜の連続製
造法において、該溶液はその供給手段より該溶液
と該液面とが離れないように接触して連続的に供
給され、該液状支持体は該溶液の該液面と接触す
る位置から10cm〜3mの範囲で離れて位置した極
薄重合体膜の取出し部の方向に0.001m/分以上、
極薄重合体膜の取出し速度の1.2倍以下の範囲の
平均速度で流れを形成していることを特徴とする
極薄重合体膜の連続製造法。
1. A polymer solution in which a polymer capable of forming an ultra-thin film is dissolved in a solvent mainly consisting of a substantially water-immiscible organic liquid medium is supplied to the liquid surface of a liquid support consisting essentially of water. A series of ultra-thin polymer films that are made to expand spontaneously on the liquid surface to form an ultra-thin film of the polymer, and then are continuously taken out from the liquid surface while being accompanied by a sheet-like porous support. In the manufacturing method, the solution is continuously supplied from the supply means in such a way that the solution and the liquid surface are in contact with each other so that they do not separate, and the liquid support is placed at a distance of 10 cm to 10 cm from the position where the solution contacts the liquid surface. 0.001 m/min or more in the direction of the take-out part of the ultra-thin polymer membrane located at a distance of 3 m,
A method for continuously producing an ultra-thin polymer membrane, characterized in that a flow is formed at an average speed of 1.2 times or less than the take-out speed of the ultra-thin polymer membrane.
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