WO2015107803A1 - 酸性ガス分離用積層体の製造方法、酸性ガス分離用積層体および酸性ガス分離モジュール - Google Patents

酸性ガス分離用積層体の製造方法、酸性ガス分離用積層体および酸性ガス分離モジュール Download PDF

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acidic
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吉宏 油屋
大介 平木
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an acid gas separation laminate for selectively separating an acid gas from a raw material gas, an acid gas separation laminate, and an acid gas separation module.
  • Patent Document 1 a multilayer body including an acidic gas separation membrane is wound around a central cylinder (a central permeate collecting pipe) for collecting separated acidic gas, in which through holes are formed in a tube wall.
  • An acid gas separation module is described.
  • the acidic gas separation module disclosed in Patent Document 1 uses a so-called dissolution diffusion membrane as the acidic gas separation membrane.
  • the dissolution diffusion membrane separates the acid gas from the raw material gas by utilizing the difference in solubility between the acidic gas and the substance to be separated in the membrane and the diffusivity in the membrane.
  • Patent Document 2 discloses an aqueous solution containing a carbon dioxide carrier on a carbon dioxide permeable support as an acidic gas separation membrane (carbon dioxide separation gel membrane) for separating carbon dioxide (carbon dioxide) from a raw material gas.
  • An acid gas separation membrane is described in which a hydrogel membrane is formed by absorbing a vinyl alcohol-acrylate copolymer having a crosslinked structure.
  • This acid gas separation membrane is an acid gas separation membrane using a so-called facilitated transport membrane.
  • the facilitated transport film has a carrier that reacts with an acidic gas such as a carbon dioxide carrier in the film, and the acidic gas is separated from the source gas by transporting the acidic gas to the opposite side of the film with this carrier.
  • Such an acid gas separation membrane is usually formed on the surface of a gas-permeable support (porous support) such as a non-woven fabric or a porous membrane on the surface of the above-mentioned dissolution diffusion membrane and facilitated transport membrane (hereinafter referred to as both). And a separation layer).
  • a gas-permeable support such as a non-woven fabric or a porous membrane on the surface of the above-mentioned dissolution diffusion membrane and facilitated transport membrane (hereinafter referred to as both).
  • a separation layer a separation layer
  • the separation layer may gradually enter (penetrate) the porous support.
  • the facilitated transport film is often a gel film or a low-viscosity film in order to move or transport acidic gas. Therefore, when the acidic gas separation membrane using the facilitated transport membrane is used, the separation layer gradually enters the porous support.
  • the separation ability of the acidic gas decreases with time due to the separation layer entering the porous support.
  • the facilitated transport film needs to retain a large amount of moisture in the film in order to sufficiently function the carrier. Therefore, a polymer having extremely high water absorption and water retention is used for the facilitated transport film.
  • the facilitated transport film is often a very soft (low viscosity), gel film.
  • a raw material gas having a temperature of 100 to 130 ° C. and a humidity of about 90% is supplied at a pressure of about 1.5 MPa when the acidic gas is separated. Therefore, in an acidic gas separation membrane using a facilitated transport membrane, the facilitated transport membrane tends to enter the porous support and has low durability.
  • Patent Document 3 a solution containing a polymer as a main component is applied to the surface of a porous support to form a base layer made of a breathable polymer such as a silicon-based polymer.
  • a method for producing an acidic gas separation membrane (a method for producing a thin film) in which a separation layer is formed by applying and drying an organic solvent solution whose main component is a material to be a separation layer.
  • the acidic gas separation membrane by this production method by having an underlayer made of a polymer having air permeability, a uniform separation layer can be formed, and a low viscosity separation layer can be prevented from entering the porous support.
  • JP-A-4-215824 Japanese Patent Publication No. 7-102310 Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-140620
  • a porous support is formed by forming a non-porous underlayer having air permeability such as a silicone-based polymer on the surface of the porous support and forming a separation layer thereon.
  • the separation layer can be prevented from entering.
  • the coating liquid for the facilitated transport film is applied onto a smooth silicone polymer that is hydrophobic, the coating liquid will be repelled, resulting in uneven film thickness and formation of pores. There is a possibility that a simple facilitated transport film cannot be formed. In addition, the formed facilitated transport film retains a large amount of moisture in the film, and thus has low adhesion to a hydrophobic silicone polymer. Therefore, there is a problem that the facilitated transport film is easily peeled off and the durability is low.
  • An object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and the acid gas separation layer can be prevented from entering the porous support, and the coating solution for the acid gas separation layer can be repelled.
  • a method for producing an acidic gas separation laminate capable of suitably producing a highly durable acidic gas separation layer by improving adhesion between the silicone resin layer and the acidic gas separation layer, and for acidic gas separation It is to provide a laminate and a separation module.
  • the present inventors have a separation layer forming step of forming an acidic gas separation layer on the silicone resin layer of the composite, and a composite provided for the separation layer forming step
  • the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2
  • the acidic gas separation layer can be prevented from entering the porous support, and the facilitated transport film
  • the present invention has been completed by finding that a highly durable acidic gas separation layer can be suitably produced by preventing the coating liquid from being repelled and improving the adhesion between the silicone resin layer and the acidic gas separation layer. I let you. That is, this invention provides the manufacturing method of the laminated body for acidic gas separation of the following structures, the laminated body for acidic gas separation, and a separation module.
  • Acidity including a composite in which a silicone resin layer is provided on at least a part of the surface of the porous support, a carrier that reacts with acidic gas, and a water-absorbing polymer that supports the carrier, which are formed on the silicone resin layer.
  • a method for producing a laminate for acidic gas separation comprising a gas separation layer, comprising a separation layer forming step of forming an acidic gas separation layer on a silicone resin layer of a composite, and provided for the separation layer forming step
  • An acidic composition comprising a composite provided with a silicone resin layer on at least a part of the surface of the porous support, a carrier that reacts with an acidic gas, and a water-absorbing polymer that supports the carrier, formed on the silicone resin layer.
  • Acid gas separation laminate comprising a gas separation layer, wherein the ratio of protrusions at the interface between the silicone resin layer and the acid gas separation layer is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 Laminated body.
  • An acid gas separation module having the acid gas separation laminate according to (9).
  • the acidic gas separation layer can be prevented from entering the porous support, and the coating liquid for the facilitated transport film can be prevented from being repelled, and the adhesion between the silicone resin layer and the acidic gas separation layer can be prevented.
  • an acidic gas separation layer having high durability can be suitably produced. Therefore, the laminated body for acidic gas separation which is excellent in durability can be obtained.
  • FIG. 1 shows an acidic gas separation laminate (hereinafter also referred to as “laminate”) produced by the method for producing an acidic gas separation laminate of the present invention (hereinafter also referred to as “the production method of the present invention”).
  • This laminated body 10 is obtained by laminating an acidic gas separation layer (facilitated transport membrane) 16 on a composite 18 formed by forming a silicone resin layer 14 on the surface of a porous support 12. As shown in the figure, the acidic gas separation layer 16 is laminated on the surface of the silicone resin layer 14.
  • the ratio of the protrusions at the interface between the silicone resin layer 14 and the acid gas separation layer 16 is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 .
  • the acidic gas separation layer 16 is formed on the silicone resin layer 14 having the surface protrusion ratio of 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2. Is obtained. The ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 will be described in detail later.
  • the acid gas separation layer which is a soft gel membrane, penetrates into the porous support (soaks in) and has poor durability. There is a problem.
  • the silicone resin layer 14 on the surface of the porous support 12 and forming the acid gas separation layer 16 on the surface of the silicone resin layer 14, the acid gas separation layer 16 is formed into the porous support 12. It can prevent getting into.
  • the silicone resin layer is hydrophobic and has low adhesion with the acidic gas separation layer that retains a large amount of moisture in the membrane, so that the acidic gas separation layer is easily peeled off and the durability is low. was there.
  • the ratio of the protrusions of the silicone resin layer at the interface between the silicone resin layer 14 and the acid gas separation layer 16 is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 , Durability can be increased by improving adhesion with the acidic gas separation layer 16.
  • the production method of the present invention includes a separation layer forming step of forming an acidic gas separation layer on the composite 18 in which the silicone resin layer 14 is provided on at least a part of the surface of the porous support 12.
  • the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 of the composite 18 subjected to the process is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 .
  • the production method of the present invention is a composite 18 in which the silicone resin layer 14 is applied to at least a part of the surface of the porous support 12, and the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 is 0.1.
  • the process includes a step of preparing a composite 18 having a number of pieces / ⁇ m 2 to 50 pieces / ⁇ m 2 , and a separation layer forming step of forming an acid gas separation layer on the composite 18.
  • FIG. 2 an example of the manufacturing apparatus which implements the manufacturing method of this invention is shown notionally.
  • the production method of the present invention uses a long composite 18 and applies a coating composition that becomes the acidic gas separation layer 16 on the surface of the composite 18 by a so-called roll-to-roll method (hereinafter also referred to as RtoR).
  • the laminated body 10 for acid gas separation is manufactured by coating and curing.
  • RtoR is a process in which an object to be processed is pulled out from a roll wound with a long object to be processed, and the object to be processed is applied and cured while being conveyed in the longitudinal direction. This is a manufacturing method of winding a processed object in a roll shape.
  • the composite 18 used in the production method of the present invention will be described.
  • the composite 18 forming the acidic gas separation layer 16 is obtained by providing the silicone resin layer 14 on at least a part of the surface of the porous support 12.
  • the porous support body 12 (hereinafter also referred to as the support body 12) is permeable to an acidic gas such as carbon dioxide gas, and has a silicone resin layer 14 formed on the surface, and the surface of the silicone resin layer 14 or The acidic gas separation layer 16 formed on the surface of the support 12 is supported.
  • an acidic gas such as carbon dioxide gas
  • the support 12 various known materials can be used as long as they can exhibit this function.
  • the porous support may be a single layer.
  • the porous support preferably has a two-layer structure composed of the porous film 12a and the auxiliary support film 12b, like the support 12 shown in FIG.
  • the support 12 has such a two-layer structure, the above-described acidic gas permeability and the function of supporting the silicone resin layer 14 and the acidic gas separation layer 16 are more reliably expressed.
  • various materials exemplified below as the porous film 12a and the auxiliary support film 12b can be used as the forming material.
  • the porous film 12 a is the surface on which the silicone resin layer 14 is formed.
  • An acidic gas separation layer 16 is formed on the surface of the silicone resin layer 14.
  • the porous membrane 12a is preferably made of a material having heat resistance and low hydrolyzability.
  • Specific examples of such a porous membrane 12a include membrane filter membranes such as polysulfone (PSF), polyethersulfone, polypropylene (PP) and cellulose, interfacially polymerized thin films of polyamide and polyimide, polytetrafluoroethylene (PTFE). And a stretched porous membrane of high molecular weight polyethylene.
  • the porous membrane 12a containing 1 or more materials selected from fluorine-containing polymers, such as PTFE, PP, and PSF, is illustrated preferably.
  • a stretched porous membrane of PTFE or high molecular weight polyethylene has a high porosity, has little inhibition of diffusion of acidic gas (especially carbon dioxide gas), and is preferable from the viewpoints of strength and suitability for production.
  • a stretched porous membrane of PTFE is preferably used in terms of heat resistance and low hydrolyzability.
  • the auxiliary support membrane 12b is provided for reinforcing the porous membrane 12a.
  • Various materials can be used as the auxiliary support film 12b as long as it satisfies the required strength, stretch resistance and gas permeability.
  • a nonwoven fabric, a woven fabric, a net, and a mesh can be appropriately selected and used.
  • the auxiliary support membrane 12b is also preferably made of a material having heat resistance and low hydrolyzability, similar to the porous membrane 12a described above.
  • the fibers constituting the nonwoven fabric, woven fabric, and knitted fabric are excellent in durability and heat resistance, polyolefin such as polypropylene (PP), modified polyamide such as aramid (trade name), polytetrafluoro Fibers made of fluorine-containing resins such as ethylene and polyvinylidene fluoride are preferred. It is preferable to use the same material as the resin material constituting the mesh.
  • a non-woven fabric made of PP that is inexpensive and has high mechanical strength is particularly preferably exemplified.
  • the support 12 has the auxiliary support film 12b, the mechanical strength can be improved. Therefore, even in the manufacturing method using RtoR in the illustrated example, wrinkles on the support 12 can be prevented, and productivity can be increased.
  • the thickness of the porous membrane 12a is preferably 5 to 100 ⁇ m, and the thickness of the auxiliary support membrane 12b is preferably 50 to 300 ⁇ m.
  • the thickness of the support 12 is preferably 30 to 500 ⁇ m.
  • the silicone resin layer 14 is a layer made of a compound having a so-called silicone bond or a silicone-containing compound.
  • linear silicones such as polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylphenylsiloxane, polymethylhydrogensiloxane, etc., modified silicones introduced with amino groups, epoxy groups, halogenated alkyl groups, etc. in the side chains
  • the layer which consists of a silicone resin which has gas permeability, such as silicon-containing polyacetylenes, such as polytrimethylsilyl propyne is illustrated.
  • PDMS and modified silicone of PDMS are preferably exemplified.
  • the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 used for forming the acidic gas separation layer 16 is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 .
  • a filler is dispersed inside the silicone resin layer 14.
  • protrusion of the surface of the silicone resin layer 14 in this invention is as follows.
  • the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 is preferably 1 / ⁇ m 2 to 30 / ⁇ m 2 .
  • silica, aerosil, titania, alumina, carbon, boron nitride, talc, zeolite, or the like is preferably used.
  • silica, titania, and zeolite are suitable.
  • the filler having an average particle diameter in the range of 0.001 ⁇ m to 30 ⁇ m can be suitably used.
  • the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 can be easily adjusted to a range of 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 .
  • the particle concentration of the filler in the silicone resin layer 14 is preferably in the range of 0.01 wt% to 50 wt%.
  • the shape of the filler fillers having various shapes such as a spherical shape and a plate shape can be used.
  • a method for forming such a silicone resin layer 14 is not particularly limited, but the silicone resin layer 14 can be formed by applying a silicone coating solution to be the silicone resin layer 14 on the porous support 12.
  • the silicone coating solution for forming the silicone resin layer 14 is a monomer, dimer, trimer, oligomer, prepolymer, mixture of these compounds, a curing agent, a curing accelerator, a crosslinking agent, or a thickener. In addition to the reinforcing agent and the like, it contains the above filler.
  • a silicone coating liquid does not contain the organic solvent normally used when forming such a resin layer. Since the silicone coating liquid does not contain an organic solvent, the drying process of the silicone coating liquid is not required, and the monomer can be cured immediately after the silicone coating liquid is applied. This is preferable from the viewpoint of making it unnecessary to install equipment and explosion-proof equipment.
  • the manufacturing apparatus which produces the laminated body 10 of this invention using such a composite body 18 is demonstrated.
  • 2 sends out the composite 18 from a composite roll 18R formed by winding the long composite 18 and transports the composite 18 in the longitudinal direction while separating the acidic gas into the silicone resin layer 14.
  • the coating composition to be the layer 16 is applied.
  • the manufacturing apparatus 50 dries the coating composition to form the acidic gas separation layer 16 to obtain the acidic gas separation laminate 10 manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • the manufacturing apparatus 20 winds the produced laminated body 10 for acid gas separation into a roll shape, and makes it the laminated body roll 10R.
  • Such a manufacturing apparatus 50 basically includes a supply unit 52, a coating unit 54, a drying device 56, and a winding unit 58.
  • the manufacturing apparatus 50 manufactures a functional film (functional film) using RtoR, such as a pass roller (guide roller), a pair of transport rollers, a transport guide, and various sensors, as necessary. You may have various members provided in the apparatus to do.
  • the supply unit 52 is loaded with the composite roll 18R formed by winding the long composite 18 in a roll shape on the rotary shaft 61, and rotates the rotary shaft 61, that is, the composite roll 18R. This is the part to be sent out.
  • a delivery and conveyance of the composite 18 may be performed by a known method.
  • the composite 18 delivered from the composite roll 18 ⁇ / b> R is transported in the longitudinal direction, and then transported to the coating unit 54, where a coating composition that becomes the acidic gas separation layer 16 is applied.
  • the coating unit 54 includes a coating device 62 and a backup roller 64.
  • the composite 18 is conveyed in the longitudinal direction while being supported at a predetermined position by the backup roller 64, and the coating composition is applied to the surface of the silicone resin layer 14.
  • the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 used in the step of applying the coating composition to be the acidic gas separation layer 16 is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 . is there.
  • a porous support is formed by forming a silicone resin layer on the surface of the porous support and forming an acidic gas separation layer on the surface of the silicone resin layer. It is possible to prevent the acidic gas separation layer from entering.
  • the coating solution of the acidic gas separation layer when the coating solution of the acidic gas separation layer is applied onto the hydrophobic smooth silicone resin layer, the coating solution is repelled and the film thickness becomes non-uniform, or pores are formed. Therefore, there has been a problem that the acidic gas separation layer cannot be formed properly.
  • the acid gas separation layer needs to retain a large amount of moisture in the membrane in order for the carrier to function sufficiently. Therefore, a polymer having very high water absorption and water retention is used for the acidic gas separation layer.
  • a carrier such as a metal carbonate increases, the amount of water absorption increases and the acidic gas separation performance is improved.
  • the acidic gas separation layer is often a very soft (low viscosity), gel membrane.
  • the silicone resin layer is hydrophobic. Therefore, there is a problem that the adhesion between the formed acidic gas separation layer and the silicone resin layer is low. Due to the above problems, there is a problem that the acidic gas separation layer is easily peeled off and the durability is low.
  • the acid gas separation layer 16 is formed on the silicone resin layer 14 by setting the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 to 0.1 pieces / ⁇ m 2 to 50 pieces / ⁇ m 2. Since the coating liquid can be prevented from being repelled when the coating liquid is applied, the thickness of the acidic gas separation layer 16 formed on the silicone resin layer 14 can be made uniform, The acid gas separation layer 16 can be formed. Moreover, the roughness of the interface of the formed acidic gas separation layer 16 and the silicone resin layer 14 can be roughened, and adhesiveness can be improved by an anchor effect. Therefore, it is possible to prevent the acidic gas separation layer from peeling off and increase durability.
  • the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 is more preferably 1 piece / ⁇ m 2 to 50 pieces / ⁇ m 2 .
  • the conveyance speed of the composite 18 when forming the acidic gas separation layer 16 may be set as appropriate according to the type of the composite 18 and the viscosity of the coating composition.
  • the conveyance speed of the composite 18 is preferably 0.5 m / min or more, more preferably 0.75 to 200 m / min, and particularly preferably 1 to 200 m / min.
  • the acidic gas separation layer 16 contains a hydrophilic compound such as a hydrophilic polymer, a carrier that reacts with the acidic gas, water, and the like. Therefore, the coating composition for forming such an acidic gas separation layer 16 is a composition containing a hydrophilic compound, a carrier and water (room temperature water or warm water), or a necessary component such as a crosslinking agent. (Paint / coating liquid).
  • the hydrophilic compound may be crosslinked, partially crosslinked, or uncrosslinked, or a mixture of these.
  • the hydrophilic compound functions as a binder, and retains moisture in the acidic gas separation layer 16 to exert a function of separating a gas such as carbon dioxide by a carrier. Moreover, it is preferable that a hydrophilic compound has a crosslinked structure from a heat resistant viewpoint.
  • the hydrophilic compound can be dissolved in water to form a coating solution, and the acidic gas separation layer 16 preferably has high hydrophilicity (moisturizing property), those having high hydrophilicity are preferable.
  • the hydrophilic compound preferably has a hydrophilicity of 0.5 g / g or more, more preferably 1 g / g or more, more preferably 5 g / g of the physiological saline. More preferably, it has a hydrophilicity of g or more, particularly preferably has a hydrophilicity of 10 g / g or more, and most preferably has a hydrophilicity of 20 g / g or more.
  • the weight average molecular weight of a hydrophilic compound suitably in the range which can form a stable film
  • the hydrophilic compound preferably has a weight average molecular weight of 30,000 or more. In this case, the weight average molecular weight is more preferably 40,000 or more, and more preferably 50,000 or more.
  • the weight average molecular weight is preferably 6,000,000 or less from the viewpoint of production suitability.
  • the hydrophilic compound preferably has a weight average molecular weight of 10,000 or more.
  • the weight average molecular weight of the hydrophilic compound is more preferably 15,000 or more, and particularly preferably 20,000 or more.
  • the weight average molecular weight is preferably 1,000,000 or less from the viewpoint of production suitability.
  • the weight average molecular weight of the hydrophilic compound may be a value measured according to JIS K 6726.
  • JIS K 6726 the weight average molecular weight of the hydrophilic compound
  • crosslinkable group forming the hydrophilic compound those capable of forming a hydrolysis-resistant crosslinked structure are preferably selected.
  • Specific examples include a hydroxy group, an amino group, a chlorine atom, a cyano group, a carboxy group, and an epoxy group.
  • an amino group and a hydroxy group are preferably exemplified.
  • a hydroxy group is illustrated from the viewpoint of affinity with a carrier and a carrier carrying effect.
  • hydrophilic compounds include those having a single crosslinkable group such as polyallylamine, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyethyleneimine, polyvinylamine, polyornithine, polylysine, Examples include polyethylene oxide, water-soluble cellulose, starch, alginic acid, chitin, polysulfonic acid, polyhydroxymethacrylate, poly-N-vinylacetamide and the like. Most preferred is polyvinyl alcohol. Moreover, as a hydrophilic compound, these copolymers are also illustrated.
  • hydrophilic compounds having a plurality of crosslinkable groups include polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymers.
  • a polyvinyl alcohol-polyacrylic salt copolymer is preferable because of its high water absorption ability and high hydrogel strength even at high water absorption.
  • the content of polyacrylic acid in the polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer is, for example, 1 to 95 mol%, preferably 2 to 70 mol%, more preferably 3 to 60 mol%, particularly preferably 5 to 50 mol%. It is.
  • the content of acrylic acid can be controlled by a known synthesis method.
  • the polyacrylic acid may be a salt.
  • the polyacrylic acid salt in this case include ammonium salts and organic ammonium salts in addition to alkali metal salts such as sodium salts and potassium salts.
  • Polyvinyl alcohol is also available as a commercial product. Specific examples include PVA117 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), Poval (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), polyvinyl alcohol (manufactured by Aldrich Co., Ltd.), J-Poval (manufactured by Nippon Vinebaum Poval Co., Ltd.), and the like. Various grades of molecular weight exist, but those having a weight average molecular weight of 130,000 to 300,000 are preferred.
  • a polyvinyl alcohol-polyacrylate copolymer (sodium salt) is also available as a commercial product. For example, Crustomer AP20 (made by Kuraray Co., Ltd.) is exemplified.
  • the hydrophilic compound of the acidic gas separation layer 16 to form may mix and use 2 or more types.
  • the content of the hydrophilic compound in the coating composition is such that the hydrophilic compound functions as a binder and can sufficiently retain moisture in the formed acidic gas separation layer 16, and the kind of the hydrophilic composition or carrier, etc. It may be set appropriately according to the above. Specifically, the amount in the acidic gas separation layer 16 is preferably 0.5 to 50% by mass, more preferably 0.75 to 30% by mass, and 1 to 15% by mass. Is particularly preferred. By setting the content of the hydrophilic compound within this range, the above-mentioned function as a binder and the moisture retention function can be stably and suitably expressed.
  • the crosslinked structure of the hydrophilic compound can be formed by a known method such as thermal crosslinking, ultraviolet crosslinking, electron beam crosslinking, radiation crosslinking, or photocrosslinking. Photocrosslinking or thermal crosslinking is preferred, and thermal crosslinking is most preferred.
  • a coating composition contains a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent one containing a crosslinking agent that reacts with a hydrophilic compound and has two or more functional groups capable of crosslinking such as thermal crosslinking or photocrosslinking is selected.
  • the formed crosslinked structure is preferably a hydrolysis-resistant crosslinked structure.
  • an epoxy crosslinking agent a polyvalent glycidyl ether, a polyhydric alcohol, a polyvalent isocyanate, a polyvalent aziridine, a haloepoxy compound, a polyvalent aldehyde, a polyvalent amine, An organic metal type crosslinking agent etc.
  • polyvalent aldehydes such as glutaraldehyde and formaldehyde having two or more aldehyde groups are preferred.
  • Epoxy crosslinking agent it is a compound which has 2 or more of epoxy groups, and the compound which has 4 or more is also preferable.
  • Epoxy crosslinking agents are also available as commercial products, for example, trimethylolpropane triglycidyl ether (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., Epolite 100MF, etc.), Nagase ChemteX Corporation EX-411, EX-313, EX-614B, Examples include EX-810, EX-811, EX-821, EX-830, and Epiol E400 manufactured by NOF Corporation.
  • the oxetane compound which has cyclic ether as a compound similar to an epoxy crosslinking agent is also used preferably.
  • the oxetane compound is preferably a polyvalent glycidyl ether having two or more functional groups. Examples of commercially available products include EX-411, EX-313, EX-614B, EX-810, EX-811 manufactured by Nagase ChemteX Corporation. Examples include EX-821 and EX-830.
  • polyvalent glycidyl ether examples include ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, pentaerythritol polyglycidyl ether, propylene Examples include glycol glycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether.
  • polyhydric alcohol examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, glycerin, polyglycerin, propylene glycol, diethanolamine, triethanolamine, polyoxypropyl, and oxyethylene oxypropylene block copolymer.
  • examples include coalescence, pentaerythritol, and sobitol.
  • Examples of the polyvalent isocyanate include 2,4-toluylene diisocyanate and hexamethylene diisocyanate.
  • Examples of the polyvalent aziridine include 2,2-bishydroxymethylbutanol-tris [3- (1-acyridinyl) propionate], 1,6-hexamethylenediethyleneurea, diphenylmethane-bis-4,4′-N, N Examples include '-diethylene urea.
  • Examples of the haloepoxy compound include epichlorohydrin and ⁇ -methylchlorohydrin.
  • Examples of the polyvalent aldehyde include glutaraldehyde and glyoxal.
  • Examples of the polyvalent amine include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, and polyethyleneimine.
  • examples of the organometallic crosslinking agent include organic titanium crosslinking agents and organic zirconia crosslinking agents.
  • polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight of 130,000 or more when polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight of 130,000 or more is used as the hydrophilic compound, it is possible to form a crosslinked structure having good reactivity with this hydrophilic compound and excellent hydrolysis resistance. Therefore, an epoxy crosslinking agent and glutaraldehyde are preferably used. Further, when a polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer is used as the hydrophilic compound, an epoxy crosslinking agent or glutaraldehyde is preferably used. In addition, when a polyallylamine having a weight average molecular weight of 10,000 or more is used as the hydrophilic compound, it is possible to form a crosslinked structure that has good reactivity with the hydrophilic compound and excellent hydrolysis resistance.
  • an epoxy crosslinking agent glutaraldehyde, and an organometallic crosslinking agent are preferably used. Further, when polyethyleneimine or polyallylamine is used as the hydrophilic compound, an epoxy crosslinking agent is preferably used.
  • the quantity of a crosslinking agent suitably according to the kind of hydrophilic compound and crosslinking agent which are added to a coating composition.
  • the amount is preferably 0.001 to 80 parts by mass, more preferably 0.01 to 60 parts by mass, and particularly preferably 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the crosslinkable group possessed by the hydrophilic compound. preferable.
  • the crosslinked structure is formed by reacting 0.001 to 80 mol of a crosslinking agent with respect to 100 mol of the crosslinkable group possessed by the hydrophilic compound. preferable.
  • the carrier reacts with an acid gas (for example, carbon dioxide gas (CO 2 )) to transport the acid gas.
  • an acid gas for example, carbon dioxide gas (CO 2 )
  • the carrier is a water-soluble compound having affinity with acidic gas and showing basicity. Specific examples include alkali metal compounds, nitrogen-containing compounds, and sulfur oxides.
  • the carrier may react indirectly with the acid gas, or the carrier itself may react directly with the acid gas.
  • the former reacts with other gas contained in the supply gas, shows basicity, and the basic compound reacts with acidic gas. More specifically, OH react with steam (water) - was released, the OH - that reacts with CO 2, compounds which can be incorporated selectively CO 2 in the acid gas separation layer 16
  • an alkali metal compound is such that the carrier itself is basic, for example, a nitrogen-containing compound or a sulfur oxide.
  • alkali metal compound examples include alkali metal carbonate, alkali metal bicarbonate, and alkali metal hydroxide.
  • alkali metal an alkali metal element selected from cesium, rubidium, potassium, lithium, and sodium is preferably used.
  • an alkali metal compound contains the salt and its ion other than alkali metal itself.
  • Examples of the alkali metal carbonate include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, and cesium carbonate.
  • Examples of the alkali metal bicarbonate include lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, and cesium hydrogen carbonate.
  • examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide. Among these, an alkali metal carbonate is preferable, and a compound containing potassium, rubidium, and cesium having high solubility in water is preferable from the viewpoint of good affinity with acidic gas.
  • an alkali metal compound when using an alkali metal compound as a carrier, two or more kinds of carriers may be used in combination. When two or more kinds of carriers are present in the acidic gas separation layer 16, different carriers can be separated from each other in the film. As a result, due to the difference in deliquescence of the plurality of carriers, the acid gas separation layers 16 or the acid gas separation layers 16 and other members are attached to each other due to the water absorption of the acid gas separation layers 16 during production. Wearing (blocking) can be suitably suppressed. Moreover, when using 2 or more types of alkali metal compounds as a carrier by the point of being able to obtain the blocking inhibitory effect more suitably, the deliquescence property is more excellent than the first compound having deliquescence and the first compound. It is preferable to include a second compound having a low specific gravity. As an example, the first compound is exemplified by cesium carbonate, and the second compound is exemplified by potassium carbonate.
  • Nitrogen-containing compounds include amino acids such as glycine, alanine, serine, proline, histidine, taurine, diaminopropionic acid, hetero compounds such as pyridine, histidine, piperazine, imidazole, triazine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine , Alkanolamines such as monopropanolamine, dipropanolamine and tripropanolamine, cyclic polyetheramines such as cryptand [2.1] and cryptand [2.2], cryptand [2.2.1] and cryptand [ And bicyclic polyetheramines such as 2.2.2], porphyrin, phthalocyanine, ethylenediaminetetraacetic acid and the like.
  • examples of the sulfur compound include amino acids such as cystine and cysteine, polythiophene, dodecylthiol and the like.
  • the amount of the carrier in the acidic gas separation layer 16 is preferably 0.3 to 30% by mass, more preferably 0.5 to 25% by mass, and 1 to 20% by mass. The amount is particularly preferred.
  • the amount ratio of the hydrophilic compound to the carrier in the coating composition is preferably 1: 9 to 2: 3 or less, more preferably 1: 4 to 2: 3 or less, as a mass ratio of the hydrophilic compound to the carrier. : 7 to 2: 3 is particularly preferable.
  • the coating composition may contain a thickener as necessary.
  • a thickener for example, thickening polysaccharides such as agar, carboxymethylcellulose, carrageenan, chitansan gum, guar gum and pectin are preferable.
  • carboxymethylcellulose is preferable from the viewpoints of film forming property, availability, and cost.
  • the content of the thickener in the coating composition is preferably as small as possible as long as the content of the thickener in the composition (coating liquid) can be adjusted to the target viscosity.
  • a general index 10% by mass or less is preferable, 0.1 to 5% by mass is more preferable, and 0.1 to 2% by mass or less is more preferable.
  • the coating composition may contain various components as necessary in addition to such a hydrophilic compound, a crosslinking agent and a carrier, or a thickener.
  • antioxidants such as dibutylhydroxytoluene (BHT), compounds having 3 to 20 carbon atoms or fluorinated alkyl groups having 3 to 20 carbon atoms and hydrophilic groups, and siloxane structures.
  • BHT dibutylhydroxytoluene
  • Specific compounds such as compounds having a surfactant, surfactants such as sodium octoate and sodium 1-hexasulfonate, polymer particles such as polyolefin particles and polymethyl methacrylate particles, and the like.
  • a catalyst, a moisturizing (moisture absorbing) agent, an auxiliary solvent, a film strength adjusting agent, a defect detecting agent, and the like may be used as necessary.
  • a hydrophilic compound, a carrier, and various components to be added as needed are respectively added to water (room temperature water or warm water) in appropriate amounts, and sufficiently stirred, so that an acidic gas separation layer is obtained.
  • a coating composition to be 16 is prepared.
  • dissolution of each component may be promoted by heating with stirring.
  • precipitation (salting out) of a hydrophilic compound can be effectively prevented by adding a carrier gradually and stirring.
  • the coating composition used as the acidic gas separation layer 16 has a viscosity at 25 ° C. of 100 cp or more.
  • the viscosity of the coating composition at the time of coating may be measured by a method according to JIS Z8803, and the viscosity at a rotational speed of 60 rpm using a B-type viscometer or a viscometer similar thereto. May be measured as the temperature of the coating composition at the time of coating.
  • the surface tension of the coating composition is preferably 63 mN / m or less.
  • the surface tension of a coating composition is measured with a fully automatic surface tension meter CBVP-Z manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.
  • the application part 54 is a part for applying such an application composition to the composite 18 (silicone resin layer 14) conveyed in the longitudinal direction.
  • the application unit 54 includes an application device 62 and a backup roller 64. That is, the composite 18 is transported while being kept at a predetermined application position by the backup roller 64 and is applied with the coating composition by the coating device 62 to form a coating film (liquid film) of the coating composition.
  • Various known devices can be used as the coating device 62. Specifically, roll coater, direct gravure coater, offset gravure coater, 1 roll kiss coater, 3 reverse roll coater, forward rotation roll coater, curtain flow coater, extrusion die coater, air doctor coater, blade coater, rod coater And knife coaters, squeeze coaters, reverse roll coaters, bar coaters and the like.
  • a roll coater, a bar coater, a positive rotation roll coater, a knife coater, and the like are preferably used.
  • the coating device 62 when the acidic gas separation layer 16 is formed, the coating device 62 has a coating thickness (the thickness of the coating composition applied to the composite 18) of 0. It is preferable to apply the coating composition to the support 12 so that the thickness is 05 to 2 mm.
  • the thickness of the coating film of the coating composition is more preferably 0.1 to 1.5 mm.
  • the film thickness of the acidic gas separation layer 16 formed by drying of the coating composition mentioned later is a film thickness which can obtain the target performance according to the composition of the acidic gas separation layer 16, etc. May be set as appropriate. Specifically, it is preferably 3 to 1000 ⁇ m, more preferably 5 to 500 ⁇ m.
  • the coating composition is prepared so that the acidic gas separation layer 16 has the above-described coating film thickness and the acidic gas separation layer 16 having this thickness can be obtained.
  • a plurality of facilitated transport films having the same composition or different compositions may be formed.
  • the composite 18 coated with the coating composition in the coating unit 54 is guided to the pass roller 68 a that contacts the back surface (the surface opposite to the coating surface of the coating composition) and is conveyed to the drying device 56.
  • the drying device 56 removes at least a part of water from the coating composition coated on the support 12 and dries (or further crosslinks the hydrophilic compound), thereby forming the acidic gas separation layer 16. It is a site
  • the drying method various known methods for drying by removing water, such as hot air drying or a drying method by heating the support 12, can be used.
  • the speed of the warm air may be set as appropriate so that the coating composition can be dried quickly and the coating film (gel film) of the coating composition does not collapse.
  • 0.5 to 200 m / min is preferable, 0.75 to 200 m / min is more preferable, and 1 to 200 m / min is particularly preferable.
  • the temperature of the hot air may be appropriately set at a temperature at which the support 12 is not deformed and the coating composition can be dried quickly.
  • the film surface temperature is preferably 1 to 120 ° C., more preferably 2 to 115 ° C., and particularly preferably 3 to 110 ° C.
  • the temperature at which the support 12 is not deformed and the coating composition can be dried quickly may be set as appropriate. Moreover, you may use blowing of a dry wind for heating of the support body 12 together.
  • the temperature of the support 12 is preferably 60 to 120 ° C., more preferably 60 to 90 ° C., and particularly preferably 70 to 80 ° C.
  • the film surface temperature is preferably 15 to 80 ° C., more preferably 30 to 70 ° C.
  • the winding unit 58 winds the acidic gas separating laminate 10 around the winding shaft 70 to form a laminate roll 10R.
  • the winding unit 58 includes the above-described winding shaft 70 and three pass rollers 68c to 68e.
  • the acid gas separation laminate 10 is guided by a pass roller 68c to 68e along a predetermined conveyance path, and is wound around the take-up shaft 70 (laminate roll 10R) to form a laminate roll 10R.
  • the three pass rollers 68c to 68e also act as tension cutters, and guide the acid gas separation laminate 10 and the like to meander.
  • the composite roll 18R is mounted on the rotating shaft 61 of the supply unit 52 of the manufacturing apparatus 50, and the rotating shaft 61 is rotated to feed the composite 18 from the composite roll 18R.
  • the composite 18 sent out from the composite roll 18R passes through the application unit 54 (backup roller 64), the pass roller 68a, the drying device 56, the pass roller 68b, and the pass rollers 68c to 68e, and reaches a take-up shaft 70.
  • the tip of the composite 18 is wound around the winding shaft 70.
  • the composite 18 has a two-layer structure including a porous membrane 12a and an auxiliary support membrane 12b, and a silicone resin layer 14 is provided on the surface of the porous membrane 12a. It is.
  • filler is dispersed inside the silicone resin layer 14, and the ratio of protrusions on the surface is in the range of 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 .
  • the composite roll 18R is attached to the rotating shaft 61 so that the silicone resin layer 14 side faces the coating device 62.
  • the coating device 62 is filled with a required amount of the coating composition.
  • the coating composition preferably has a viscosity at 25 ° C. of 100 cp or more.
  • the rotary shaft 61, the winding shaft 70, the backup roller 64, and the like are driven in synchronism with each other. Start conveyance.
  • the composite 18 sent out from the composite roll 18R is first transported in the longitudinal direction while being supported at a predetermined application position by the backup roller 64 in the coating unit 54 while being transported in the longitudinal direction.
  • the coating composition to be the acidic gas separation layer 16 is applied so as to have a predetermined coating thickness (coating amount).
  • the composite 18 coated with the coating composition to be the acidic gas separation layer 16 is then guided by the pass roller 68a to reach the drying device 56, and the coating composition is dried in the drying device 56, thereby separating the acidic gas.
  • the laminated body 10 for acid gas separation produced by the production method of the present invention in which the layer 16 is formed.
  • the acidic gas separation laminate 10 is guided by the pass roller 68b and conveyed to the take-up unit 58, guided along a predetermined conveyance path by the pass rollers 68c to 68e, and taken up by the take-up shaft 70 to obtain a laminate roll. 10R.
  • the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 by dispersing filler in the silicone resin layer 14.
  • the present invention is not limited to this, and a surface roughening treatment such as plasma treatment or chemical etching may be performed so that the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer falls within the above range.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating an example of a manufacturing apparatus that performs one process of another example of the manufacturing method of the present invention.
  • the manufacturing apparatus 20 shown in FIG. 3 uses a long porous support 12, and after applying and curing a silicone coating solution to be a silicone resin layer 14 on the surface of the porous support 12 by RtoR, a silicone resin The surface of the layer 14 is roughened to produce a composite 18 (composite roll 18R).
  • the composite 18 is manufactured using RtoR. Therefore, the production apparatus 20 sends out the porous support 12 from a support roll 12R formed by winding the long porous support 12 (web-like porous support 12) into a roll, and the porous support While transporting 12 in the longitudinal direction, a silicone coating solution that becomes the silicone resin layer 14 is applied to the surface of the porous support 12. Next, the manufacturing apparatus 20 cures the silicone coating solution applied to the porous support 12 to form the silicone resin layer 14. The manufacturing apparatus 20 further performs a roughening process on the surface of the silicone resin layer 14 so that the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 is 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2. The composite 18 is obtained by forming the silicone resin layer 14 on the surface of the support 12. Furthermore, the manufacturing apparatus 20 winds (winds up) the composite body 18 produced in this way into a roll shape to obtain a composite roll 18R.
  • Such a manufacturing apparatus 20 basically includes a supply unit 24, a coating unit 26, a curing device 28, a winding unit 30, and a roughening treatment device 36. Similar to the previous manufacturing apparatus 50, in the manufacturing apparatus 20, in addition to the illustrated members, various devices such as a pass roller and various sensors, which are provided in an apparatus for manufacturing a functional film by RtoR, may be provided. You may have a member.
  • the supply unit 24 loads a support roll 12R formed by winding the long porous support 12 in a roll shape around the rotation shaft 31, and the rotation shaft 31 (that is, the support roll 12R) is loaded on the rotation shaft 31. It is a part which sends out the porous support body 12 by rotating.
  • a delivery and conveyance of the porous support body 12 should just be performed by a well-known method.
  • the support 12 sent out from the support roll 12R is then transported to the coating unit 26, and is coated with a silicone coating liquid that becomes the silicone resin layer 14 while being transported in the longitudinal direction.
  • the application unit 26 includes an application device 32 and a backup roller 34.
  • the support 12 is conveyed in the longitudinal direction while being supported at a predetermined position by the backup roller 34, and the silicone coating liquid is applied to the surface of the porous film 12a.
  • the one where the conveyance speed of the support body 12 is quick from a viewpoint of productivity is preferable.
  • 1 to 200 m / min is preferable, 3 to 150 m / min is more preferable, and 5 to 120 m / min is particularly preferable.
  • the support 12 is transported in the longitudinal direction while being positioned at a predetermined application position by the backup roller 34, and a silicone coating liquid is applied to the surface of the porous film 12 a by the coating device 32, and a coating film of the coating liquid (liquid Film).
  • a silicone coating liquid is applied to the surface of the porous film 12 a by the coating device 32, and a coating film of the coating liquid (liquid Film).
  • the coating device 32 various known devices can be used, and the same devices as the above-described coating device 62 are exemplified. Among these, considering the control of the viscosity of the silicone coating solution, the coating amount of the silicone coating solution, the penetration amount of the silicone resin, etc., a roll coater, a direct gravure coater, an offset gravure coater, a single roll kiss coater, a three reverse roll coater, A forward rotating roll coater, a squeeze coater, a reverse roll coater, or the like is preferably used.
  • the coating device 32 applies the silicone coating liquid to the surface of the porous film 12a so that the thickness of the cured silicone resin layer 14 is 10 ⁇ m or less. That is, in the manufacturing method of the present invention, the thickness of the silicone resin layer 14 to be formed is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the film thickness of the silicone resin layer 14 refers to the silicone resin layer 14 formed on the surface of the porous film 12a (on the porous film 12a) that does not include the portion soaked into the porous film 12a. Is the film thickness.
  • the thickness of the silicone resin layer 14 is more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the silicone resin layer 14 may be thin as long as it covers the entire surface of the porous film 12a with a dense film without coming off. Considering this point, the thickness of the silicone resin layer 14 is preferably 0.01 ⁇ m or more. By setting the thickness of the silicone resin layer 14 to 0.01 ⁇ m or more, the surface of the porous membrane 12a is suitably covered with the dense silicone resin layer 14, and the facilitated transport membrane enters the porous membrane 12a. The composite 18 that can be more suitably prevented is obtained.
  • the film thickness of the silicone resin layer 14 may be controlled by conducting experiments and simulations in advance in consideration of the penetration of the silicone coating solution into the porous film 12a.
  • the support 12 coated with the silicone coating liquid in the coating unit 26 is then conveyed to the curing device 28 (drying process).
  • the curing device 28 is preferably arranged immediately after (directly downstream) the application unit 26 in the support conveyance direction. While the support 12 is conveyed in the longitudinal direction by the curing device 28, the silicone coating liquid is cured (crosslinking of the monomer and the like), and the silicone resin layer 14 is formed on the surface of the support 12 (porous film 12 a).
  • the composite 18 is obtained.
  • a method capable of curing the silicone coating solution may be appropriately used according to the type of monomer or the like contained in the silicone coating solution.
  • ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, heating, humidification and the like are exemplified.
  • the curing of the silicone coating solution by ultraviolet irradiation or short heating is preferably used for the reason that curling (deformation) of the support 12 can be suppressed and deterioration of the resin constituting the support 12 can be prevented.
  • curing by ultraviolet irradiation is most preferably used. That is, in the production method of the present invention, it is preferable to form the silicone resin layer 14 with a silicone coating solution using a monomer or the like that can be cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the silicone coating solution may be cured in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere as necessary.
  • the silicone resin layer 14 by curing the silicone coating solution within 5 seconds after coating the silicone coating solution.
  • the silicone coating solution can be cured in a short time after the silicone coating solution is applied.
  • the support 12 on which the silicone resin layer is formed in the curing device is then conveyed to the roughening treatment device 36.
  • the surface of the silicone resin layer is roughened while the support 12 is conveyed in the longitudinal direction by the roughening treatment device 36, and the ratio of protrusions on the surface to the surface of the support 12 (porous film 12 a).
  • a surface roughening method such as plasma processing or chemical etching can be used.
  • a surface roughening method performed by plasma processing for example, an inert gas such as nitrogen, argon (Ar), helium (He), xenon (Xe), or the like is used, and the gas pressure is set to 0.01 Pa to Conventional plasma processing, such as a method in which a vacuum is set to about 100 Pa, an object to be processed is placed between electrode pairs for forming plasma, and processing is performed by applying power for generating plasma to the electrode pairs.
  • a surface roughening method can be used.
  • a treatment liquid for example, hydrogen fluoride
  • a conventional surface roughening method using chemical etching such as a method, can be used.
  • the composite 18 having the silicone resin layer 14 roughened by the roughening treatment device 36 is guided by the pass rollers 38 b, 38 c and 38 d and conveyed to the winding unit 30.
  • the pass rollers 38b, 38c, and 38d also function as tension cutters, and guide the composite 18 to meander.
  • the winding unit 30 winds the composite 18 to form a composite roll 18R, and includes a pass roller 38e and a winding shaft 40.
  • the composite 18 conveyed to the take-up unit 30 is guided to the take-up shaft 40 by the pass roller 38e, and taken up by the take-up shaft 40 to be a composite roll 18R.
  • the surface of the silicone resin layer 14 is subjected to a roughening treatment. Then, after the composite 18 having a protrusion ratio on the surface of the silicone resin layer 14 of 0.1 / ⁇ m 2 to 50 / ⁇ m 2 is obtained, the production apparatus 50 shown in FIG.
  • the acidic gas separation layer 16 may be formed on the surface of the layer 14.
  • protrusion on the surface is compared with the structure which roughens the silicone resin layer 14 by plasma treatment etc., and the bending tolerance of a film
  • the configuration in which the silicone resin layer 14 is roughened by plasma treatment or the like can improve film hydrophilicity on the surface of the silicone resin layer 14, which can reduce film defects, compared with the configuration in which the silicone resin layer 14 is roughened using a filler. This is preferable in that it can be performed.
  • the acidic gas separation layer 16 is less likely to be peeled off due to the effect of roughening by the protrusions and the improvement in hydrophilicity. Defects can be reduced.
  • the manufacturing device 50 illustrated in FIG. 2 includes only the coating device 62 and the drying device 56. That is, when this apparatus is used, the silicone resin layer 14 and the acid gas separation layer 16 are formed by separate apparatuses. However, in the manufacturing method of the present invention, as conceptually shown in FIG. 4, using a device having a coating device 32, a curing device 28, a roughening treatment device 36, a coating device 62 and a drying device 56, It is also possible to form the acidic gas separation laminate 10 by forming the silicone resin layer 14 and the acidic gas separation layer 16 by performing feeding and winding from the roll by RtoR once.
  • the acid gas separation laminate 10 formed by the production method of the present invention can be used for various separation membrane modules. For example, it is laminated with a supply gas flow path member that becomes a raw material gas flow path and a permeate gas flow path member that becomes a separated acidic gas flow path, and spirally formed around a perforated central tube It is wound and used for a spiral type separation membrane module.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing an example of an acid gas separation module using the acid gas separation laminate produced by the production method of the present invention.
  • An acid gas separation module (hereinafter also referred to as a separation module) 100 shown in FIG. 5 includes a center tube 112, an acid gas separation laminate 10, a supply gas flow path member 124, and a permeate gas flow path member 126.
  • the module laminate 114 and the telescope prevention plate 116 are configured.
  • the separation module 100 is configured by laminating a plurality of sheet-like module laminates 114 and winding them around a central cylinder 112 having a plurality of through holes 112a on the peripheral surface, and both ends of the wound product of the module laminate 114.
  • the telescope prevention plate 116 is provided on the surface through the central tube 112.
  • the outermost peripheral surface of the wound module laminate 114 is covered with a gas impermeable coating layer 118.
  • Reference numeral 130 denotes an adhesive layer that bonds the acid gas separation laminate 10 (porous support 12) and the permeate gas flow path member 126 together.
  • the raw material gas G from which the acidic gas is separated is supplied to the end face of the module laminate 114, for example, through the telescope prevention plate 116 (the opening 116d) on the far side in FIG. Then, the acid gas Gc is separated while flowing in the module laminate 114.
  • the acidic gas Gc separated from the raw material gas G by the module laminate 114 passes through the inside of the central cylinder 112 from the through hole 112a and is discharged from the open end 112b of the central cylinder 112.
  • the source gas G from which the acid gas has been separated (hereinafter referred to as the residual gas Gr for convenience) is discharged from the end surface opposite to the supply side of the module laminate 114, and the telescope prevention plate 116 It is discharged to the outside of the separation module 100 through the opening 116d).
  • the supply gas flow path member 124 and the permeate gas flow path member 126 constitute a gas flow path and function as a spacer between the module laminates 114.
  • a net shape (mesh Member).
  • the telescope prevention plate 116 includes an annular outer ring part 116a, an annular inner ring part 116b arranged in the outer ring part 116a so as to coincide with the center, an outer ring part 116a and an inner ring part.
  • Ribs (spokes) 116c for connecting and fixing 116b, and the gaps between the ribs 116c are openings 116d through which the source gas G or the residual gas Gr passes.
  • Example 1 ⁇ Silicone coating solution> UV9300 made by Momentive Performance Materials was prepared as a silicone coating solution for forming the silicone resin layer.
  • 4-isopropyl-4′-methyldiphenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. was added as a curing agent in an amount of 0.5% by weight based on the silicone coating solution.
  • a material: silica, an average particle diameter: 0.01 ⁇ m, and a shape: a spherical filler were added so as to have a particle concentration of 4 wt%.
  • a support roll 12R obtained by winding a long (porous) support 12 having a width of 500 mm and a thickness of 200 ⁇ m in a roll shape was prepared.
  • the support body 12 used the laminated body (made by GE) which laminated
  • a silicone coating solution was applied to the porous membrane 12a side and cured to produce a composite 18 in which the silicone resin layer 14 was formed on the surface of the porous support 12.
  • the film thickness of the silicone resin layer 14 was 2 ⁇ m.
  • the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer 14 is measured with an SEM (SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) at a scanning magnification of 10,000 times, and on the SEM image in the range of 9 ⁇ m ⁇ 12 ⁇ m, the size of the diameter
  • the ratio of the number of protrusions having a thickness of 100 nm or more was determined.
  • the average value measured at 100 locations was 10 / ⁇ m 2 .
  • ⁇ Coating composition of acid gas separation layer 16> As a coating composition for forming the acid gas separation layer 16, 2.4% by mass of a polyvinyl alcohol-polyacrylic acid copolymer (Kuraray Co., Ltd., Clastomer AP-20) and a crosslinking agent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) An aqueous solution containing 0.01% by mass of a 25% by mass glutaraldehyde aqueous solution) was prepared. To this aqueous solution, 1M hydrochloric acid was added until the pH reached 1.5 to cause crosslinking.
  • a 40% cesium carbonate aqueous solution (manufactured by Rare Products Metal Co., Ltd.) and a potassium carbonate aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as the carrier are each cesium carbonate concentration of 5 mass%, potassium carbonate concentration was added to 1 mass%. That is, in this example, cesium carbonate and potassium carbonate are carriers of the acidic gas separation layer 16. Further, a surfactant was added so that the surface tension of the coating composition was 30 mN / m.
  • the coating composition is applied to the surface of the composite 18 on the silicone resin layer 14 side and dried to form the acidic gas separation layer 16 having a thickness of 30 ⁇ m.
  • the laminated body 10 for acidic gas separation which consists of the acidic gas separation layer 16 and the composite_body
  • the conveyance speed of the composite 18 was 3 m / min.
  • the viscosity of the coating composition at 25 ° C. was 1100 cp.
  • the viscosity was measured according to JIS Z8803 using a TVB-10M manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., which is a B viscometer, and the rotor was spindle No.
  • the value 30 seconds after the start of rotation was measured as the viscosity of the silicone coating solution at M4 and a rotation speed of 60 rpm.
  • Example 2 A laminate for acidic gas separation was produced in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of the surfactant was changed and the surface tension of the coating composition was changed to 65 mN / m.
  • Example 3 A laminate for acidic gas separation was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of pure water added was changed and the viscosity of the coating composition was 80 cp.
  • Example 4 Example except that the filler concentration in the silicone resin layer was 6 wt%, and that the surface of the formed silicone resin layer 14 was subjected to plasma treatment so that the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer was 50 / ⁇ m 2. In the same manner as in Example 1, an acid gas separation laminate was produced.
  • Example 1 A laminate for acidic gas separation was produced in the same manner as in Example 1 except that the filler was not dispersed in the silicone resin layer. Before forming the acidic gas separation layer 16, the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer was measured by the same method as in Example 1. As a result, the ratio of the protrusions on the surface was 0.01 pieces / ⁇ m 2. It was.
  • Example 2 A laminated body for acid gas separation was produced in the same manner as in Example 1 except that the particle concentration of the filler in the silicone resin layer was 80 wt% and the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer was 70 / ⁇ m 2 . .
  • Evaluation was performed by measuring the film thickness variation, peel force, and presence / absence of film defects of the laminate for acidic gas separation produced in each comparative example.
  • the acidic gas separation layer was dried by leaving the acidic gas separation layer for 24 hours in an environment of 30% humidity and a temperature of 25 ° C. for the produced laminated body for acidic gas separation. Thereafter, the laminate was put into liquid nitrogen and cut with a knife to obtain a cross section. Next, the SEM image of the cross section was acquired and the film thickness of the acidic gas separation layer was calculated. The film thickness was measured at a total of 9 points, 3 points in the TD direction (flow direction) and 3 points in the MD direction (vertical direction), and the variation in film thickness of the acid gas separation layer was measured. The film thickness variation was the maximum value of the ratio of the difference with respect to the average value of 9 points.
  • the evaluation criteria were A for a film thickness variation of 30% or less, B for more than 30% and 50% or less, and C for more than 50%.
  • peel test (peel test)> A 50 mm ⁇ 8 mm sample piece was prepared from the produced laminate for acidic gas separation, and the peel force between the acidic gas separation layer and the silicone resin layer was measured using a peel tester (manufactured by Imada Co., Ltd.). The evaluation criteria were A when the peel force was greater than 0.07N, and C when the peel force was 0.07N or less.
  • ⁇ Film defect evaluation> The presence / absence of a film defect in the produced laminate for acidic gas separation 10 was evaluated by measuring gas permeability at a plurality of locations of the laminate 10. Specifically, each produced acid gas separation laminate 10 was pulled out from the laminate roll 10R and cut out at an arbitrary position to produce a circular acid gas separation laminate sample (hereinafter referred to as a sample) having a diameter of 47 mm. . In addition, the circular sample was cut out at a total of 6 locations, 3 locations in the TD direction and 2 locations in the MD direction, to produce 6 samples.
  • a cut-out circular sample was sandwiched from both sides of the membrane to prepare a permeation test sample (effective area 2.40 cm 2 ).
  • a mixed gas of CO 2 / H 2 : 10/90 (volume ratio) was used as a test gas. This mixed gas was supplied to each prepared sample under the conditions of a relative humidity of 70%, a flow rate of 100 mL / min, a temperature of 130 ° C., and a total pressure of 3 atm.
  • Ar gas flow rate 90 mL / min was allowed to flow on the permeate side.
  • the permeated gas was analyzed with a gas chromatograph, and the separation factor ⁇ was calculated from the ratio of the H 2 permeation rate and the CO 2 permeation rate, and evaluated as follows.
  • the acid gas separation laminate 10 produced by the production method of the present invention has a small film thickness variation and a high evaluation of film defects. It can be seen that the repelling at the time of coating can be suppressed, and the coating composition can be properly coated. Moreover, it turns out that it is excellent also in the adhesiveness of an acidic gas separation layer and a silicone resin layer. Therefore, it turns out that an acidic gas separation layer with high durability can be manufactured suitably. In addition, the acidic gas separation layer can be prevented from entering the porous support, and the acid gas separation layer has small film thickness variation and high evaluation of membrane defects, so that the acid gas permeability and separation properties are excellent. I understand that.
  • Comparative Example 1 in which the ratio of the protrusions on the surface of the silicone resin layer is less than 0.1 / ⁇ m 2 , since the film thickness variation is large, the coating composition for the acidic gas separation layer is applied at the time of manufacture. It can be seen that the repelling at the time is large and the coating composition cannot be applied properly. Moreover, it turns out that the adhesiveness of an acidic gas separation layer and a silicone resin layer is also low, and durability is low. On the other hand, in Comparative Example 2 in which the ratio of protrusions on the surface of the silicone resin layer exceeds 50 pieces / ⁇ m 2 , the ratio of protrusions is too large, so that the film thickness variation is large and film defects are likely to occur. .
  • the surface tension of the coating composition is preferably 63 mN / m or less. Further, from the comparison of Examples 1 and 3, it is understood that the viscosity of the coating composition is preferably 100 cp or more. In addition, it can be seen from Example 4 that even when the proportion of protrusions is increased by combining filler inclusion and plasma treatment, film defects can be made difficult to occur. From the above results, the effects of the present invention are clear.

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Abstract

 酸性ガス分離層が多孔質支持体に入り込むことを防止でき、かつ、酸性ガス分離層の塗布液がはじかれることを防止し、シリコーン樹脂層と酸性ガス分離層との密着性を向上して耐久性が高い酸性ガス分離層を好適に製造することができる酸性ガス分離用積層体、分離モジュールおよび製造方法を提供する。複合体のシリコーン樹脂層上に酸性ガス分離層を形成する分離層形成工程を有し、分離層形成工程に供される複合体のシリコーン樹脂層の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2である。

Description

酸性ガス分離用積層体の製造方法、酸性ガス分離用積層体および酸性ガス分離モジュール
 本発明は、原料ガスから酸性ガスを選択的に分離する酸性ガス分離用積層体の製造方法ならびに、酸性ガス分離用積層体および酸性ガス分離モジュールに関する。
 近年、原料ガス(被処理ガス)から、炭酸ガスなどの酸性ガスを選択的に分離する技術の開発が進んでいる。例えば、酸性ガスを選択的に透過する酸性ガス分離膜を用いて、原料ガスから酸性ガスを分離する酸性ガス分離膜が開発されている。
 例えば、特許文献1には、管壁に貫通孔が形成された、分離した酸性ガスを収集するための中心筒(中心透過物収集管)に、酸性ガス分離膜を含む積層体を多重に巻き付けてなる酸性ガス分離モジュールが記載されている。
 この特許文献1に開示される酸性ガス分離モジュールは、酸性ガス分離膜として、いわゆる溶解拡散膜を用いている。この溶解拡散膜は、膜に対する酸性ガスと分離対象物質との溶解性、および、膜中の拡散性の差を利用して、原料ガスから酸性ガスを分離する。
 また、特許文献2には、原料ガスから炭酸ガス(二酸化炭素)を分離する酸性ガス分離膜(二酸化炭素分離ゲル膜)として、二酸化炭素透過性の支持体の上に、二酸化炭素キャリアを含む水溶液を、架橋構造を有するビニルアルコール-アクリル酸塩共重合体に吸収させて形成したハイドロゲル膜を形成した酸性ガス分離膜が記載されている。
 この酸性ガス分離膜は、いわゆる促進輸送膜を用いる酸性ガス分離膜である。促進輸送膜は、二酸化炭素キャリアのような酸性ガスと反応するキャリアを膜中に有し、このキャリアで酸性ガスを膜の反対側に輸送することで、原料ガスから酸性ガスを分離する。
 このような酸性ガス分離膜は、通常、不織布や多孔質膜などのガス透過性を有する支持体(多孔質支持体)の表面に、前述の溶解拡散膜や促進輸送膜(以下、両者をまとめて分離層とも言う)を形成した構成を有する。
 そのため、酸性ガス分離膜は、使用すると、次第に、分離層が多孔質支持体に入り込む(染み込む)場合が有る。特に、促進輸送膜は、酸性ガスを移動あるいは輸送するために、ゲル膜や低粘度の膜である場合が多い。そのため、促進輸送膜を用いる酸性ガス分離膜は、使用すると、次第に、分離層が多孔質支持体に入り込む。
 酸性ガス分離膜は、この多孔質支持体への分離層の入り込みにより、経時と共に酸性ガスの分離能力が低下してしまう。
 しかも、促進輸送膜は、キャリアを十分に機能させるために、膜中に多量の水分を保持させる必要がある。そのため、促進輸送膜には、非常に吸水性および保水性が高いポリマーが用いられる。加えて、促進輸送膜は、金属炭酸塩などのキャリアの含有量が多い程、吸水量が増えて、酸性ガスの分離性能が向上する。すなわち、促進輸送膜は、非常に柔らかい(粘性が低い)、ゲル膜である場合が多い。
 加えて、促進輸送膜を利用する酸性ガス分離膜では、酸性ガスの分離時には、温度100~130℃、湿度90%程度の原料ガスを、1.5MPa程度の圧力で供給される。
 そのため、促進輸送膜を利用する酸性ガス分離膜では、促進輸送膜の多孔質支持体への入り込みが生じ易く、耐久性が低い。
 一方、特許文献3には、多孔質支持体の表面に、ポリマーを主成分とする溶液を塗布して、シリコン系ポリマー等の通気性を有するポリマーからなる下地層を形成し、この下地層の上に、分離層となる素材を主成分とする有機溶媒溶液を塗布、乾燥して分離層を形成する、酸性ガス分離膜の製造方法(薄膜の製造方法)が記載されている。
 この製造方法による酸性ガス分離膜では、通気性を有するポリマーからなる下地層を有することにより、均一な分離層を形成できると共に、低粘度の分離層が多孔質支持体に入り込むことを防止できる。
特開平4-215824号公報 特公平7-102310号公報 特開昭62-140620号公報
 特許文献3にも示されるように、多孔質支持体の表面にシリコーン系ポリマー等の通気性を有する無多孔の下地層を形成し、その上に分離層を形成することにより、多孔質支持体への分離層の入り込みを防止できる。
 しかしながら、疎水性である平滑なシリコーン系ポリマー上に、促進輸送膜の塗布液を塗布すると、塗布液がはじかれて、膜厚が不均一になったり、孔が形成されるなどして、適正な促進輸送膜を形成することができない恐れがある。また、形成した促進輸送膜は、膜中に多量の水分を保持するため、疎水性であるシリコーン系ポリマーとの密着性が低い。そのため、促進輸送膜が剥がれやすく、耐久性が低いという問題があった。
 本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、酸性ガス分離層が多孔質支持体に入り込むことを防止でき、かつ、酸性ガス分離層の塗布液がはじかれることを防止し、シリコーン樹脂層と酸性ガス分離層との密着性を向上して耐久性が高い酸性ガス分離層を好適に製造することができる酸性ガス分離用積層体の製造方法ならびに酸性ガス分離用積層体および分離モジュールを提供することにある。
 本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意研究した結果、複合体のシリコーン樹脂層上に酸性ガス分離層を形成する分離層形成工程を有し、分離層形成工程に供される複合体のシリコーン樹脂層の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2であることによって、酸性ガス分離層が多孔質支持体に入り込むことを防止でき、かつ、促進輸送膜の塗布液がはじかれることを防止し、シリコーン樹脂層と酸性ガス分離層との密着性を向上して耐久性が高い酸性ガス分離層を好適に製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は、以下の構成の酸性ガス分離用積層体の製造方法ならびに酸性ガス分離用積層体および分離モジュールを提供する。
 (1) 多孔質支持体の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層を付与した複合体と、シリコーン樹脂層上に形成される、酸性ガスと反応するキャリアおよびキャリアを担持する吸水性ポリマーを含む酸性ガス分離層とを含む酸性ガス分離用積層体の製造方法であって、複合体のシリコーン樹脂層上に酸性ガス分離層を形成する分離層形成工程を有し、分離層形成工程に供される複合体のシリコーン樹脂層の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2である酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (2) 吸水性ポリマーが、ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体である(1)に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (3) キャリアが、アルカリ金属炭酸塩を含む化合物を含有する(1)または(2)に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (4) シリコーン樹脂層の膜厚が10μm以下である(1)~(3)のいずれかに記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (5) シリコーン樹脂層は、フィラーを含むことにより、表面の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2としたものである(1)~(4)のいずれかに記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (6) 分離層形成工程は、ロール・トゥ・ロール方式によって、酸性ガス分離層となる塗布組成物を、シリコーン樹脂層の表面に塗布する(1)~(5)のいずれかに記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (7) 塗布組成物の表面張力が63mN/m以下である(6)に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (8) 25℃における塗布組成物の粘度が100cp以上である(6)または(7)に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
 (9) 多孔質支持体の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層を付与した複合体と、シリコーン樹脂層上に形成される、酸性ガスと反応するキャリアおよびキャリアを担持する吸水性ポリマーを含む酸性ガス分離層とを含む酸性ガス分離用積層体であって、シリコーン樹脂層と酸性ガス分離層との界面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2である酸性ガス分離用積層体。
 (10) (9)に記載の酸性ガス分離用積層体を有する酸性ガス分離モジュール。
 本発明によれば、酸性ガス分離層が多孔質支持体に入り込むことを防止でき、かつ、促進輸送膜の塗布液がはじかれることを防止し、シリコーン樹脂層と酸性ガス分離層との密着性を向上して耐久性が高い酸性ガス分離層を好適に製造することができる。そのため、耐久性に優れる酸性ガス分離用積層体を得ることができる。
本発明の酸性ガス分離用積層体の製造方法で製造する酸性ガス分離用積層体の一例を概念的に示す図である。 本発明の酸性ガス分離用積層体の製造方法を実施する製造装置の一例を概念的に示す図である。 本発明の製造方法の他の一例の一工程を実施する製造装置の一例を概念的に示す図である。 本発明の製造方法を実施する製造装置の別の例を概念的に示す図である。 本発明の製造方法で作製された酸性ガス分離用積層体を用いる酸性ガス分離モジュールの一例を概念的に示す図である。
 以下、本発明の酸性ガス分離用積層体の製造方法およびこの製造方法で作製される酸性ガス分離用積層体、ならびに、この酸性ガス分離用積層体を用いる酸性ガス分離モジュールについて、添付の図面に示される好適実施形態を基に、詳細に説明する。
 以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
 なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
 図1に、本発明の酸性ガス分離用積層体の製造方法(以下、「本発明の製造方法」ともいう)で製造される酸性ガス分離用積層体(以下、「積層体」ともいう)の一例を概念的に示す。
 この積層体10は、多孔質支持体12の表面にシリコーン樹脂層14を形成してなる複合体18の上に、酸性ガス分離層(促進輸送膜)16を積層してなるものである。図に示すとおり、酸性ガス分離層16は、シリコーン樹脂層14の表面に積層される。
 本発明において、シリコーン樹脂層14と酸性ガス分離層16との界面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2である。このような界面の粗さを有する積層体10は、表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2のシリコーン樹脂層14の上に酸性ガス分離層16を形成することにより得られる。
 シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合に関しては後に詳述する。
 前述のように、酸性ガス分離層(促進輸送膜)を利用する酸性ガス分離用積層体では、柔らかいゲル膜である酸性ガス分離層が多孔質支持体に入り込み(染み込み)、耐久性が悪いという問題が有る。これに対し、多孔質支持体12の表面にシリコーン樹脂層14を有し、このシリコーン樹脂層14の表面に酸性ガス分離層16を形成することにより、酸性ガス分離層16が多孔質支持体12に入り込むことを防止できる。
 しかしながら、前述のとおり、シリコーン樹脂層は疎水性であり、膜中に多量の水分を保持する酸性ガス分離層との密着性が低いため、酸性ガス分離層が剥がれやすく、耐久性が低いという問題があった。これに対して、シリコーン樹脂層14と酸性ガス分離層16との界面におけるシリコーン樹脂層の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2とすることにより、シリコーン樹脂層14と酸性ガス分離層16との密着性を向上させて耐久性を高くすることができる。
 なお、多孔質支持体12、シリコーン樹脂層14および酸性ガス分離層等の具体的な構成については後に詳述する。
 次に、上記の酸性ガス分離用積層体10を製造する本発明の製造方法について説明する。
 本発明の製造方法は、多孔質支持体12の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層14を付与した複合体18上に、酸性ガス分離層を形成する分離層形成工程を有し、分離層形成工程に供される複合体18のシリコーン樹脂層14の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2であるというものである。言い換えると、本発明の製造方法は、多孔質支持体12の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層14を付与した複合体18であって、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2である複合体18を準備する工程と、この複合体18上に、酸性ガス分離層を形成する分離層形成工程とを有するというものである。
 図2に、本発明の製造方法を実施する製造装置の一例を概念的に示す。
 本発明の製造方法は、長尺な複合体18を用い、いわゆるロール・トゥ・ロール方式(以下、RtoRとも言う)によって、複合体18の表面に、酸性ガス分離層16となる塗布組成物を塗布・硬化して酸性ガス分離用積層体10を製造するものである。
 周知のように、RtoRとは、長尺な被処理物を巻回したロールから、被処理物を引き出し、被処理物を長手方向に搬送しつつ、塗布や硬化などの処理を行って、処理済の被処理物を、ロール状に巻回する製造方法である。
 まず、本発明の製造方法に用いられる複合体18について説明する。
 本発明の製造方法において、酸性ガス分離層16を形成する複合体18は、多孔質支持体12の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層14を付与したものである。
 多孔質支持体12(以下、支持体12とも言う)は、炭酸ガス等の酸性ガスの透過性を有し、かつ、表面に形成されたシリコーン樹脂層14、および、シリコーン樹脂層14の表面もしくは支持体12の表面に形成された酸性ガス分離層16を支持するものである。
 支持体12は、この機能を発現できる物であれば、公知の各種の物が利用可能である。
 本発明の製造方法において、多孔質支持体は、単層であってもよい。しかしながら、多孔質支持体は、図1に示す支持体12のように、多孔質膜12aと補助支持膜12bとからなる2層構成であるのが好ましい。支持体12を、このような2層構成を有することにより、上記の酸性ガス透過性や、シリコーン樹脂層14および酸性ガス分離層16の支持という機能を、より確実に発現する。
 なお、多孔質支持体が単層である場合には、形成材料としては、以下に多孔質膜12aおよび補助支持膜12bで例示する各種の材料が利用可能である。
 この2層構成の支持体12では、多孔質膜12aがシリコーン樹脂層14の形成面となる。また、このシリコーン樹脂層14の表面に、酸性ガス分離層16が形成される。
 多孔質膜12aは、耐熱性を有し、また加水分解性の少ない材料からなることが好ましい。このような多孔質膜12aとしては、具体的には、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン(PP)およびセルロースなどのメンブレンフィルター膜、ポリアミドやポリイミドの界面重合薄膜、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や高分子量ポリエチレンの延伸多孔膜等が例示される。
 中でも、PTFE等の含フッ素ポリマー、PPおよびPSFから選択される1以上の材料を含む多孔質膜12aは好ましく例示される。その中でも、PTFEや高分子量ポリエチレンの延伸多孔膜は、高い空隙率を有し、酸性ガス(特に炭酸ガス)の拡散阻害が小さく、さらに、強度、製造適性などの観点から好ましい。特に、耐熱性を有し、また加水分解性の少ない等の点で、PTFEの延伸多孔膜が、好適に利用される。
 補助支持膜12bは、多孔質膜12aの補強用に備えられるものである。
 補助支持膜12bは、要求される強度、耐延伸性および気体透過性を満たすものであれば、各種の物が利用可能である。例えば、不織布、織布、ネット、および、メッシュなどを、適宜、選択して用いることができる。
 補助支持膜12bも、前述の多孔質膜12aと同様、耐熱性を有し、また加水分解性の少ない素材からなることが好ましい。
 この点を考慮すると、不織布、織布、編布を構成する繊維としては、耐久性や耐熱性に優れる、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン、アラミド(商品名)などの改質ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂などからなる繊維が好ましい。メッシュを構成する樹脂材料も同様の素材を用いるのが好ましい。これらの材料のうち、安価で力学的強度の強いPPからなる不織布は、特に好適に例示される。
 支持体12が補助支持膜12bを有することにより、力学的強度を向上させることができる。そのため、図示例のRtoRを利用する製造方法であっても、支持体12に皺がよることを防止でき、生産性を高めることもできる。
 支持体12は、薄すぎると強度に難がある。この点を考慮すると、多孔質膜12aの膜厚は5~100μm、補助支持膜12bの膜厚は50~300μmが好ましい。
 また、支持体12を単層にする場合には、支持体12の厚さは、30~500μmが好ましい。
 シリコーン樹脂層14は、いわゆるシリコーン結合を有する化合物やシリコーン含有化合物からなる層である。具体的には、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリメチルハイドロジェンシロキサン等の直鎖型シリコーンや、側鎖にアミノ基、エポキシ基、ハロゲン化アルキル基等を導入した変性シリコーン、また、ポリトリメチルシリルプロピン等のシリコン含有ポリアセチレン等の、ガス透過性を有するシリコーン樹脂からなる層が例示される。中でも、PDMSやPDMSの変性シリコーン等は、好適に例示される。
 ここで、本発明において、酸性ガス分離層16の形成に用いられるシリコーン樹脂層14の表面の突起の割合は0.1個/μm2~50個/μm2である。シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合をこのような範囲とするために、シリコーン樹脂層14の内部には、フィラーが分散されている。
 なお、本発明におけるシリコーン樹脂層14の表面の突起の割合の測定方法は以下のとおりである。
 走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてシリコーン樹脂層14表面の9μm×12μmの範囲のSEM画像を取得して、径の大きさが100nm以上の凸部を突起物として、突起物を計数して表面の突起の割合を求めた。
 なお、密着性等の観点から、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合は1個/μm2~30個/μm2であるのが好ましい。
 シリコーン樹脂層14の内部に分散させるフィラーの材料としては、シリカ、アエロジル、チタニア、アルミナ、カーボン、チッ化ホウ素、タルク、ゼオライト等が好適に用いられる。特に、シリカ、チタニア、ゼオライトが好適である。
 また、フィラーの平均粒径は、0.001μm~30μmの範囲のものが好適に利用可能である。フィラーの平均粒径をこの範囲とすることにより、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2の範囲に調整しやすくなる点で好適である。
 また、シリコーン樹脂層14中のフィラーの粒子濃度としては、0.01wt%~50wt%の範囲とするのが好ましい。
 また、フィラーの形状としては、球状、板状等の種々の形状のフィラーが利用可能である。
 このようなシリコーン樹脂層14の形成方法としては特に限定はないが、多孔質支持体12上にシリコーン樹脂層14となるシリコーン塗布液を塗布することにより形成することができる。
 シリコーン樹脂層14を形成するためのシリコーン塗布液は、シリコーン樹脂層となる化合物のモノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマー、プレポリマー、これらの混合物や、硬化剤、硬化促進剤、架橋剤、増粘剤、補強剤等に加えて、上記のフィラーを含有する。
 なお、シリコーン塗布液は、通常、このような樹脂層を形成する際に用いられる有機溶剤を含まないのが好ましい。
 シリコーン塗布液が有機溶剤を含まないことにより、シリコーン塗布液の乾燥工程を不要にして、シリコーン塗布液を塗布した直後に、モノマー等の硬化を行うことができる、製造設備が簡素化できる(除電設備化や防爆設備化が不要にできる)等の点で好ましい。
 次に、このような複合体18を用いて本発明の積層体10を作製する製造装置について説明する。
 図2に示す製造装置50は、長尺な複合体18を巻回してなる複合体ロール18Rから複合体18を送り出し、複合体18を長手方向に搬送しつつ、シリコーン樹脂層14に酸性ガス分離層16となる塗布組成物を塗布する。製造装置50は、次いで、塗布組成物を乾燥して酸性ガス分離層16を形成して、本発明の製造方法で製造する酸性ガス分離用積層体10とする。さらに、製造装置20は、作製した酸性ガス分離用積層体10を、ロール状に巻回して、積層体ロール10Rとする。
 このような製造装置50は、基本的に、供給部52と、塗布部54と、乾燥装置56と、巻取部58とを有して構成される。
 なお、製造装置50には、図示した部材以外にも、必要に応じて、パスローラ(ガイドローラ)、搬送ローラ対、搬送ガイド、各種のセンサ等、RtoRによって機能性膜(機能性フィルム)を製造する装置に設けられる、各種の部材を有してもよい。
 供給部52は、回転軸61に、長尺な複合体18をロール状に巻回してなる複合体ロール18Rを装填し、回転軸61すなわち複合体ロール18Rを回転することにより、複合体18を送り出す部位である。
 なお、供給部52において、このような複合体18の送り出しおよび搬送は、公知の方法で行えばよい。
 複合体ロール18Rから送り出された複合体18は、長手方向に搬送されつつ、次いで、塗布部54に搬送され、酸性ガス分離層16となる塗布組成物を塗布される。
 図示例において、塗布部54は、塗布装置62およびバックアップローラ64を有して構成される。複合体18は、バックアップローラ64によって所定の位置に支持されつつ長手方向に搬送されて、シリコーン樹脂層14の表面に塗布組成物を塗布される。
 ここで、前述のとおり、酸性ガス分離層16となる塗布組成物を塗布する工程に供されるシリコーン樹脂層14の表面の突起の割合は0.1個/μm2~50個/μm2である。
 前述のように、酸性ガス分離層を有する酸性ガス分離積層体では、使用によって柔らかいゲル状の酸性ガス分離層が多孔質支持体に入り込んでしまうため、耐久性に問題が有る。これに対し、特許文献3等にも示されるように、多孔質支持体の表面にシリコーン樹脂層を形成し、このシリコーン樹脂層の表面に酸性ガス分離層を形成することにより、多孔質支持体への酸性ガス分離層の入り込みを防止できる。
 しかしながら、前述のとおり、疎水性である平滑なシリコーン樹脂層上に、酸性ガス分離層の塗布液を塗布すると、塗布液がはじかれて膜厚が不均一になったり、孔が形成されるなどするため、適正に酸性ガス分離層を形成することができないという問題があった。
 また、酸性ガス分離層は、キャリアを十分に機能させるために、膜中に多量の水分を保持する必要がある。そのため、酸性ガス分離層には、非常に吸水性および保水性が高いポリマーが用いられる。加えて、酸性ガス分離層は、金属炭酸塩などのキャリアの含有量が多い程、吸水量が増えて、酸性ガスの分離性能が向上する。すなわち、酸性ガス分離層は、非常に柔らかい(粘性が低い)、ゲル膜である場合が多い。一方、シリコーン樹脂層は疎水性である。そのため、形成した酸性ガス分離層とシリコーン樹脂層との密着性が低いという問題があった。
 以上の問題により、酸性ガス分離層が剥がれやすく、耐久性が低いという問題があった。
 これに対して、本発明においては、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2とすることにより、シリコーン樹脂層14上に酸性ガス分離層16の塗布液を塗布した際に、塗布液がはじかれることを防止することができるので、シリコーン樹脂層14上に形成される酸性ガス分離層16の厚さを均一にすることができ、適正な酸性ガス分離層16を形成することができる。また、形成された酸性ガス分離層16とシリコーン樹脂層14との界面の粗さを粗くして、アンカー効果により、密着性を向上させることができる。従って、酸性ガス分離層が剥がれることを防止して耐久性を高くすることができる。
 なお、シリコーン樹脂層14上に塗布液を塗布する際の塗布液のはじきをより好適に抑制できる点、ならびに、作製した積層体10の酸性ガス分離層16とシリコーン樹脂層14との密着性をより向上させることができる点で、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合は1個/μm2~50個/μm2であるのがより好ましい。
 本発明の製造方法において、酸性ガス分離層16を形成する際の複合体18の搬送速度は、複合体18の種類や塗布組成物の粘度等に応じて、適宜、設定すればよい。
 ここで、複合体18の搬送速度が速すぎると、塗布組成物の塗膜の膜厚均一性の低下や塗布組成物の乾燥が不十分になるおそれがあり、遅過ぎると生産性が低下する。この点を考慮すると、複合体18の搬送速度は、0.5m/min以上が好ましく、0.75~200m/minがより好ましく、1~200m/minが特に好ましい。
 酸性ガス分離層16は、親水性ポリマー等の親水性化合物、酸性ガスと反応するキャリアおよび水等を含有する。
 従って、このような酸性ガス分離層16を形成するための塗布組成物は、親水性化合物、キャリアおよび水(常温水または加温水)、あるいはさらに、架橋剤等の必要となる成分を含む組成物(塗料/塗布液)ものである。なお、親水性化合物は、架橋、一部架橋および未架橋のいずれでも良く、また、これらが混合されたものでもよい。
 親水性化合物はバインダとして機能するものであり、酸性ガス分離層16において、水分を保持して、キャリアによる二酸化炭素等のガスの分離機能を発揮させる。また、親水性化合物は、耐熱性の観点から、架橋構造を有するのが好ましい。
 親水性化合物は、水に溶けて塗布液を形成できると共に、酸性ガス分離層16が高い親水性(保湿性)を有するのが好ましいという観点から、親水性が高いものが好ましい。
 具体的には、親水性化合物は、生理食塩液の吸水量が0.5g/g以上の親水性を有することが好ましく、同1g/g以上の親水性を有することがより好ましく、同5g/g以上の親水性を有することがさらに好ましく、同10g/g以上の親水性を有することが特に好ましく、さらには、同20g/g以上の親水性を有することが最も好ましい。
 親水性化合物の重量平均分子量は、安定な膜を形成し得る範囲で、適宜、選択すればよい。具体的には、20,000~2,000,000が好ましく、25,000~2,000,000がより好ましく、30,000~2,000,000が特に好ましい。
 親水性化合物の重量平均分子量を20,000以上とすることで、安定して十分な膜強度を有する酸性ガス分離層16を得ることができる。
 特に、親水性化合物が架橋可能基として-OHを有する場合には、親水性化合物は、重量平均分子量が30,000以上であるのが好ましい。この際には、重量平均分子量は更に好ましくは40,000以上であり、より好ましくは、50,000以上である。また、親水性化合物が架橋可能基として-OHを有する場合には、製造適性の観点から、重量平均分子量は、6,000,000以下であることが好ましい。
 また、架橋可能基として-NH2を有する場合には、親水性化合物は、重量平均分子量が10,000以上であるものが好ましい。この際には、親水性化合物の重量平均分子量は、15,000以上であるのがより好ましく、20,000以上であるのが特に好ましい。また、親水性化合物が、架橋可能基として-NH2を有する場合には、製造適性の観点から、重量平均分子量は、1,000,000以下であるのが好ましい。
 なお、親水性化合物の重量平均分子量は、例えば、親水性化合物としてPVAを用いる場合には、JIS K 6726に準じて測定した値を用いればよい。また、市販品を用いる場合には、カタログ、仕様書などで公称される分子量を用いればよい。
 親水性化合物を形成する架橋可能基としては、耐加水分解性の架橋構造を形成し得るものが、好ましく選択される。
 具体的には、ヒドロキシ基、アミノ基、塩素原子、シアノ基、カルボキシ基、および、エポキシ基等が例示される。これらの中でも、アミノ基およびヒドロキシ基が好ましく例示される。さらに、最も好ましくは、キャリアとの親和性およびキャリア担持効果の観点から、ヒドロキシ基が例示される。
 親水性化合物としては、具体的には、単一の架橋可能基を有するものとしては、ポリアリルアミン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリオルニチン、ポリリジン、ポリエチレンオキサイド、水溶性セルロース、デンプン、アルギン酸、キチン、ポリスルホン酸、ポリヒドロキシメタクリレート、ポリ-N-ビニルアセトアミドなどが例示される。最も好ましくはポリビニルアルコールである。また、親水性化合物としては、これらの共重合体も例示される。
 また、複数の架橋可能基を有する親水性化合物としては、ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体が例示される。ポリビニルアルコール-ポリアクリル塩共重合体は、吸水能が高い上に、高吸水時においてもハイドロゲルの強度が大きいため好ましい。
 ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体におけるポリアクリル酸の含有率は、例えば1~95モル%、好ましくは2~70モル%、より好ましくは3~60モル%、特に好ましくは5~50モル%である。なお、アクリル酸の含有率は、公知の合成方法で制御することができる。
 なお、ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体において、ポリアクリル酸は、塩であってもよい。この際におけるポリアクリル酸塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩の他、アンモニウム塩や有機アンモニウム塩等が例示される。
 ポリビニルアルコールは市販品としても入手可能である。具体的には、PVA117(株式会社クラレ製)、ポバール(株式会社クラレ製)、ポリビニルアルコール(アルドリッチ社製)、J-ポバール(日本酢ビ・ポバール株式会社製)等が例示される。分子量のグレードは種々存在するが、重量平均分子量が130,000~300,000のものが好ましい。
 ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸塩共重合体(ナトリウム塩)も、市販品として入手可能である。例えば、クラストマーAP20(株式会社クラレ社製)が例示される。
 なお、本発明の製造方法において、形成する酸性ガス分離層16の親水性化合物は、2種以上を混合して使用してもよい。
 塗布組成物における親水性化合物の含有量は、形成した酸性ガス分離層16において、親水性化合物がバインダーとして機能し、かつ、水分を十分に保持できる量を、親水性組成物やキャリアの種類等に応じて、適宜、設定すればよい。
 具体的には、酸性ガス分離層16における含有量が、0.5~50質量%となる量が好ましく、0.75~30質量%となる量がより好ましく、1~15質量%となる量が特に好ましい。親水性化合物の含有量を、この範囲とすることにより、上述のバインダとしての機能および水分保持機能を、安定して、好適に発現できる。
 親水性化合物の架橋構造は、熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等、公知の手法により形成できる。
 好ましくは光架橋もしくは熱架橋であり、最も好ましくは熱架橋である。
 また、塗布組成物は、架橋剤を含有するのが好ましい。
 架橋剤としては、親水性化合物と反応し、熱架橋や光架橋等の架橋し得る官能基を2以上有する架橋剤を含むものが選択される。また、形成された架橋構造は、耐加水分解性の架橋構造となるのが好ましい。
 このような観点から、塗布組成物に添加される架橋剤としては、エポキシ架橋剤、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン、有機金属系架橋剤などが好適に例示される。より好ましくは多価アルデヒド、有機金属系架橋剤およびエポキシ架橋剤であり、中でも、アルデヒド基を2以上有するグルタルアルデヒドやホルムアルデヒドなどの多価アルデヒドが好ましい。
 エポキシ架橋剤としては、エポキシ基を2以上有する化合物であり、4以上有する化合物も好ましい。エポキシ架橋剤は市販品としても入手可能であり、例えば、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(共栄社化学株式会社製、エポライト100MF等)、ナガセケムテックス社製EX-411、EX-313、EX-614B、EX-810、EX-811、EX-821、EX-830、日油株式会社製エピオールE400などが例示される。
 また、エポキシ架橋剤に類似する化合物として、環状エーテルを有するオキセタン化合物も、また、好ましく使用される。オキセタン化合物としては、官能基を2以上有する多価グリシジルエーテルが好ましく、市販品としては、例えばナガセケムテックス株式会社製EX-411、EX-313、EX-614B、EX-810、EX-811、EX-821、EX-830、などが例示される。
 多価グリシジルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等が例示される。
 多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピル、オキシエチエンオキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソビトール等が例示される。
 多価イソシアネートとしては、例えば、2,4-トルイレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が例示される。
 多価アジリジンとしては、例えば、2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アシリジニル)プロピオネート]、1,6-ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン-ビス-4,4’-N,N’-ジエチレンウレア等が例示される。
 ハロエポキシ化合物としては、例えば、エピクロルヒドリン、α-メチルクロルヒドリン等が例示される。
 多価アルデヒドとしては、例えば、グルタルアルデヒド、グリオキサール等が例示される。
 多価アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等が例示される。
 さらに、有機金属系架橋剤としては、例えば、有機チタン架橋剤、有機ジルコニア架橋剤等が例示される。
 例えば、親水性化合物として、重量平均分子量が130,000以上のポリビニルアルコールを用いる場合には、この親水性化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から,エポキシ架橋剤やグルタルアルデヒドが好ましく利用される。
 また、親水性化合物として、ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体を用いる場合は、エポキシ架橋剤やグルタルアルデヒドが好ましく利用される。
 また、親水性化合物として、重量平均分子量が10,000以上のポリアリルアミンを用いる場合には、この親水性化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から、エポキシ架橋剤、グルタルアルデヒド、および、有機金属架橋剤が好ましく利用される。
 さらに、親水性化合物として、ポリエチレンイミンやポリアリルアミンを用いる場合には、エポキシ架橋剤が好ましく利用される。
 架橋剤の量は、塗布組成物に添加する親水性化合物や架橋剤の種類に応じて、適宜、設定すればよい。
 具体的には、親水性化合物が有する架橋可能基量100質量部に対して0.001~80質量部が好ましく、0.01~60質量部がより好ましく、0.1~50質量部が特に好ましい。架橋剤の含有量を上記範囲とすることにより、架橋構造の形成性が良好であり、かつ、形状維持性に優れる促進輸送膜を得ることができる。
 また、親水性化合物が有する架橋可能基に着目すれば、架橋構造は、親水性化合物が有する架橋可能基100molに対し、架橋剤0.001~80molを反応させて形成されたものであるのが好ましい。
 酸性ガス分離層16において、キャリア(酸性ガスキャリア)は、酸性ガス(例えば、炭酸ガス(CO2))と反応して、酸性ガスを輸送するものである。
 キャリアは、酸性ガスと親和性を有し、かつ、塩基性を示す水溶性の化合物である。具体的には、アルカリ金属化合物、窒素含有化合物および硫黄酸化物等が例示される。
 なお、キャリアは、間接的に酸性ガスと反応するものでも、キャリア自体が、直接、酸性ガスと反応するものでもよい。
 前者は、供給ガス中に含まれる他のガスと反応し、塩基性を示し、その塩基性化合物と酸性ガスが反応するものなどが例示される。より具体的には、スチーム(水分)と反応してOH-を放出し、そのOH-がCO2と反応することで、酸性ガス分離層16中に選択的にCO2を取り込むことができる化合物であり、例えば、アルカリ金属化合物である。
 後者は、キャリア自体が塩基性であるようなもので、例えば、窒素含有化合物や硫黄酸化物である。
 アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、および、アルカリ金属水酸化物等が例示される。ここで、アルカリ金属としては、セシウム、ルビジウム、カリウム、リチウム、および、ナトリウムから選ばれたアルカリ金属元素が好ましく用いられる。なお、本発明において、アルカリ金属化合物とは、アルカリ金属そのもののほか、その塩およびそのイオンも含む。
 アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、および、炭酸セシウム等が例示される。
 アルカリ金属重炭酸塩としては、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、および、炭酸水素セシウム等が例示される。
 さらに、アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、および、水酸化セシウム等が例示される。
 これらの中でも、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、また、酸性ガスとの親和性が良いという観点から、水に対する溶解度の高いカリウム、ルビジウム、および、セシウムを含む化合物が好ましい。
 また、キャリアとしてアルカリ金属化合物を用いる際には、2種以上のキャリアを併用してもよい。
 酸性ガス分離層16中に2種以上のキャリアが存在することにより、膜中で異なるキャリアを距離的に離間させることができる。これにより、複数のキャリアの潮解性の違いによって、酸性ガス分離層16の吸水性に起因して、製造時等に酸性ガス分離層16同士や、酸性ガス分離層16と他の部材とが貼着すること(ブロッキング)を、好適に抑制できる。
 また、ブロッキングの抑制効果を、より好適に得られる等の点で、2種以上のアルカリ金属化合物をキャリアとして用いる場合には、潮解性を有する第1化合物と、第1化合物よりも潮解性が低く比重が小さい第2化合物を含むのが好ましい。一例として、第1化合物としては炭酸セシウムが、第2化合物としては炭酸カリウムが、例示される。
 窒素含有化合物としては、グリシン、アラニン、セリン、プロリン、ヒスチジン、タウリン、ジアミノプロピオン酸などのアミノ酸類、ピリジン、ヒスチジン、ピペラジン、イミダゾール、トリアジンなどのヘテロ化合物類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類、クリプタンド[2.1]、クリプタンド[2.2]などの環状ポリエーテルアミン類、クリプタンド[2.2.1]、クリプタンド[2.2.2]などの双環式ポリエーテルアミン類、ポルフィリン、フタロシアニン、エチレンジアミン四酢酸等が例示される。
 さらに、硫黄化合物としては、シスチン、システインなどのアミノ酸類、ポリチオフェン、ドデシルチオール等が例示される。
 塗布組成物におけるキャリアの含有量は、キャリアや親水性化合物の種類等に応じて、適宜、設定すればよい。具体的には、酸性ガス分離層16におけるキャリアの量が、0.3~30質量%となる量が好ましく、0.5~25質量%となる量がより好ましく、1~20質量%となる量が特に好ましい。
 塗布組成物におけるキャリアの含有量を、上記範囲とすることにより、塗布前の塩析を好適に防ぐことができ、さらに、形成した酸性ガス分離層16が、酸性ガスの分離機能を確実に発揮できる。
 また、塗布組成物における親水性化合物とキャリアとの量比は、親水性化合物:キャリアの質量比で1:9~2:3以下が好ましく、1:4~2:3以下がより好ましく、3:7~2:3が特に好ましい。
 塗布組成物は、必要に応じて、増粘剤を含有してもよい。
 増粘剤としては、例えば、寒天、カルボキシメチルセルロース、カラギナン、キタンサンガム、グァーガム、ペクチン等の増粘多糖類が好ましい。中でも、製膜性、入手の容易性、コストの点から、カルボキシメチセルロースが好ましい。
 カルボキシメチルセルロースを用いることにより、少量の含有量で、所望粘度の塗布組成物が容易に得られるうえ、塗布液に含まれる溶媒以外の成分の少なくとも一部が塗布液中で溶解できずに析出してしまう恐れも少ない。
 塗布組成物における増粘剤の含有量は、組成物(塗布液)中の増粘剤の含有量は、目的とする粘度に調節可能であれば、できるだけ少ないほうが好ましい。
 一般的な指標としては、10質量%以下が好ましく、0.1~5質量%がより好ましく、0.1~2質量%以下がより好ましい。
 塗布組成物(酸性ガス分離層16)は、このような親水性化合物、架橋剤およびキャリア、あるいはさらに増粘剤に加え、必要に応じて、各種の成分を含有してもよい。
 このような成分としては、ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)等の酸化防止剤、炭素数3~20のアルキル基または炭素数3~20のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物やシロキサン構造を有する化合物等の特定化合物、オクタン酸ナトリウムや1-ヘキサスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤、ポリオレフィン粒子やポリメタクリル酸メチル粒子等のポリマー粒子等が例示される。
 その他、必要に応じて、触媒、保湿(吸湿)剤、補助溶剤、膜強度調節剤、欠陥検出剤等を用いてもよい。
 塗布組成物は、公知の方法で調製すればよい。すなわち、まず、親水性化合物、キャリア、および、必要に応じて添加する各種の成分を、それぞれ適量で水(常温水または加温水)に添加して、十分、攪拌することで、酸性ガス分離層16となる塗布組成物を調製する。
 この塗布組成物の調製では、必要に応じて、攪拌しつつ加熱することで、各成分の溶解を促進させてもよい。また、親水性化合物を水に加えて溶解した後、キャリアを徐々に加えて攪拌することで、親水性化合物の析出(塩析)を効果的に防ぐことができる。
 ここで、酸性ガス分離層16となる塗布組成物は、25℃における粘度が100cp以上であるのが好ましい。
 塗布組成物の25℃における粘度を、100cp以上とすることにより、シリコーン樹脂層14の上に塗布組成物を塗布する際のハジキを抑制できる、塗布組成物の塗布の均一性を良くできる等の点で好ましい。
 なお、本発明の製造方法において、塗布時における塗布組成物の粘度は、JIS Z8803に準じた方法で測定すればよく、B型粘度計あるいはそれに類似する粘度計を用いて、回転数60rpmにおける粘度を、塗布組成物の液温を塗布時における温度として測定すればよい。
 また、塗布組成物の表面張力は、63mN/m以下であるのが好ましい。
 塗布組成物の表面張力を上記範囲とすることにより、シリコーン樹脂層のような撥水性を有する基板上へ塗布組成物を好適に塗布することができる点で好ましい。
 なお、本発明において、塗布組成物の表面張力は、協和界面科学株式会社製 全自動表面張力計 CBVP-Zで測定したものである。
 前述のように、塗布部54は、長手方向に搬送される複合体18(シリコーン樹脂層14)に、このような塗布組成物を塗布する部位である。
 図示例において、塗布部54は、塗布装置62とバックアップローラ64とから構成される。すなわち、複合体18は、バックアップローラ64によって所定の塗布位置に保たれつつ搬送されて、塗布装置62によって塗布組成物を塗布され、塗布組成物の塗膜(液膜)を形成される。なお、塗布部54では、必要に応じて、塗布組成物や複合体18等の温度制御を行ってもよい。
 塗布装置62は、公知の物が各種、利用可能である。
 具体的には、ロールコータ、ダイレクトグラビアコータ、オフセットグラビアコータ、1本ロールキスコータ、3本リバースロールコータ、正回転ロールコータ、カーテンフローコータ、エクストルージョンダイコータ、エアードクターコータ、ブレードコータ、ロッドコータ、ナイフコータ、スクイズコータ、リバースロールコータ、バーコータ等が例示される。
 また、塗布組成物の好ましい粘度や塗布組成物の塗布量等を考慮すると、ロールコータ、バーコータ、正回転ロールコータ、ナイフコータ等は好適に利用される。
 ここで、本発明の製造方法においては、酸性ガス分離層16を形成する際には、塗布装置62は、塗膜の厚さ(複合体18に塗布する塗布組成物の厚さ)が0.05~2mmとなるように、支持体12に塗布組成物を塗布するのが好ましい。
 塗布組成物の塗膜の厚さを、上記範囲とすることにより、目的とする機能を適性に発現する酸性ガス分離層16を形成できる、気泡や異物の混入に起因する欠陥の発生を防止できる、後述する乾燥装置56で十分な乾燥を行うことができる等の点で好ましい。
 また、以上の点を考慮すると、酸性ガス分離層16となる塗膜の厚さは、0.1~1.5mmがより好ましい。
 また、本発明の製造方法において、後述する塗布組成物の乾燥によって形成する酸性ガス分離層16の膜厚は、酸性ガス分離層16の組成等に応じて、目的とする性能を得られる膜厚を、適宜、設定すればよい。具体的には、3~1000μmが好ましく、5~500μmがより好ましい。なお、酸性ガス分離層16の膜厚は、前述の塗膜厚で、この膜厚の酸性ガス分離層16が得られるように、塗布組成物を調製するのが好ましい。
 酸性ガス分離層16の膜厚を、上記範囲とすることにより、ガス透過性能を向上できる、欠陥の発生を抑制できる等の点で好ましい。
 なお、本発明の製造方法では、同じ組成もしくは異なる組成の複数層の促進輸送膜を形成してもよい。
 塗布部54において塗布組成物を塗布された複合体18は、裏面(塗布組成物の塗布面と逆面)に当接するパスローラ68aに案内されて、乾燥装置56に搬送される。
 乾燥装置56(乾燥工程)は、支持体12に塗布された塗布組成物から水の少なくとも一部を除去して乾燥(あるいはさらに、親水性化合物を架橋)することで、酸性ガス分離層16を形成して、酸性ガス分離用積層体10を作製する部位である。
 乾燥方法は、温風乾燥や支持体12の加熱による乾燥方法等、水の除去による乾燥を行う公知の方法が、各種、利用可能である。
 温風乾燥を行う場合には、温風の風速は、塗布組成物を迅速に乾燥できると共に、塗布組成物の塗膜(ゲル膜)が崩れない速度を、適宜、設定すればよい。具体的には、0.5~200m/分が好ましく、0.75~200m/分がより好ましく、1~200m/分が特に好ましい。
 また、温風の温度は、支持体12の変形などが生じず、かつ、塗布組成物を迅速に乾燥できる温度を、適宜、設定すればよい。具体的には、膜面温度で、1~120℃が好ましく、2~115℃がより好ましく、3~110℃が特に好ましい。
 支持体12の加熱による乾燥を行う場合には、支持体12の変形などが生じず、かつ、塗布組成物を迅速に乾燥できる温度を、適宜、設定すればよい。また、支持体12の加熱に、乾燥風の吹き付けを併用してもよい。
 具体的には、支持体12の温度を60~120℃として行うのが好ましく、60~90℃として行うのがより好ましく、70~80℃として行うのが特に好ましい。また、この際において、膜面温度は、15~80℃が好ましく、30~70℃がより好ましい。
 乾燥装置56で塗布組成物の塗膜を乾燥された複合体18すなわち酸性ガス分離用積層体10は、パスローラ68bに案内されて、巻取部58に搬送される。
 巻取部58は、巻取り軸70に酸性ガス分離用積層体10を巻き取って、積層体ロール10Rとするのものである。
 巻取部58は、前述の巻取り軸70と、3本のパスローラ68c~68eを有する。
 酸性ガス分離用積層体10は、パスローラ68c~68eによって所定の搬送経路を案内されて、巻取り軸70(積層体ロール10R)に巻き取られ、積層体ロール10Rとされる。3本のパスローラ68c~68eは、テンションカッタとしても作用しており、酸性ガス分離用積層体10等を蛇行するように、案内する。
 以下、製造装置50の作用の一例を説明することにより、本発明の複合体の製造方法について、より詳細に説明する。
 まず、複合体ロール18Rを、製造装置50の供給部52の回転軸61に装着し、回転軸61を回転して複合体ロール18Rから複合体18を送り出す。次いで、複合体ロール18Rから送り出した複合体18を、塗布部54(バックアップローラ64)、パスローラ68a、乾燥装置56、パスローラ68bおよびパスローラ68c~68eを経て、巻取り軸70に至る所定の搬送経路に通し、複合体18の先端を巻取り軸70に巻き付ける。
 ここで、この複合体18は、図1に示すように、多孔質膜12aおよび補助支持膜12bからなる2層構成を有し、多孔質膜12aの表面にシリコーン樹脂層14が付与されたものである。また、このシリコーン樹脂層14の内部には、フィラーが分散されており、表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2の範囲にある。
 複合体ロール18Rは、シリコーン樹脂層14側が、塗布装置62に対面するように、回転軸61に装着される。
 さらに、塗布装置62に、必要な量の塗布組成物を充填する。なお、この塗布組成物は、25℃における粘度が100cp以上であるのが好ましいのは、前述のとおりである。
 所定の搬送経路に複合体18を通し、さらに、塗布装置62に塗布組成物を充填したら、回転軸61、巻取り軸70、および、バックアップローラ64等を同期して駆動し、複合体18の搬送を開始する。
 複合体ロール18Rから送り出された複合体18は、長手方向に搬送されつつ、まず、塗布部54において、バックアップローラ64によって所定の塗布位置に支持されつつ長手方向に搬送されて、塗布装置62によって、酸性ガス分離層16となる塗布組成物を、所定の塗布厚(塗布量)となるように塗布される。
 酸性ガス分離層16となる塗布組成物を塗布された複合体18は、次いで、パスローラ68aに案内されて乾燥装置56に至り、乾燥装置56において塗布組成物が乾燥されることにより、酸性ガス分離層16が形成された、本発明の製造方法によって製造される酸性ガス分離用積層体10とされる。
 酸性ガス分離用積層体10は、パスローラ68bに案内されて、巻取部58に搬送され、パスローラ68c~68eによって所定の搬送経路を案内されて、巻取り軸70に巻き取られ、積層体ロール10Rとされる。
 ここで、上記の実施形態においては、シリコーン樹脂層14の内部にフィラーを分散させることにより、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2とする構成としたが、本発明はこれに限定はされず、プラズマ処理、ケミカルエッチング等の粗面化処理を行ってシリコーン樹脂層の表面の突起の割合を上記範囲とする構成としてもよい。
 図3は、本発明の製造方法の他の一例の一工程を実施する製造装置の一例を概念的に示す図である。
 図3に示す製造装置20は、長尺な多孔質支持体12を用い、RtoRによって、多孔質支持体12の表面に、シリコーン樹脂層14となるシリコーン塗布液を塗布・硬化した後に、シリコーン樹脂層14の表面を粗面化し、複合体18(複合体ロール18R)を製造するものである。
 前述のように、図3に示す製造装置20においては、RtoRを利用して複合体18を製造する。従って、製造装置20は、長尺な多孔質支持体12(ウェブ状の多孔質支持体12)をロール状に巻回してなる支持体ロール12Rから多孔質支持体12を送り出し、多孔質支持体12を長手方向に搬送しつつ、多孔質支持体12の表面にシリコーン樹脂層14となるシリコーン塗布液を塗布する。製造装置20は、次いで、多孔質支持体12に塗布したシリコーン塗布液を硬化してシリコーン樹脂層14を形成する。製造装置20は、さらに、シリコーン樹脂層14の表面に粗面化処理を行って、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2とし、多孔質支持体12の表面にシリコーン樹脂層14を形成した複合体18とする。さらに、製造装置20は、このようにして作製した複合体18を、ロール状に巻回して(巻き取って)、複合体ロール18Rとする。
 このような製造装置20は、基本的に、供給部24と、塗布部26と、硬化装置28と、巻取部30と、粗面化処理装置36を有して構成される。
 なお、先の製造装置50と同様、製造装置20においても、図示した部材以外にも、必要に応じて、パスローラや各種のセンサ等、RtoRによって機能性膜を製造する装置に設けられる、各種の部材を有してもよい。
 供給部24は、回転軸31に、長尺な多孔質支持体12をロール状に巻回してなる支持体ロール12Rを回転軸31に装填し、この回転軸31(すなわち支持体ロール12R)を回転することにより、多孔質支持体12を送り出す部位である。
 なお、先の製造装置50と同様、供給部24において、このような多孔質支持体12の送り出しおよび搬送は、公知の方法で行えばよい。
 支持体ロール12Rから送り出された支持体12は、次いで、塗布部26に搬送され、長手方向に搬送されつつ、シリコーン樹脂層14となるシリコーン塗布液を塗布される。
 図示例において、塗布部26は、塗布装置32およびバックアップローラ34を有して構成される。支持体12は、バックアップローラ34によって所定の位置に支持されつつ長手方向に搬送されて、多孔質膜12aの表面にシリコーン塗布液を塗布される。
 なお、支持体12の搬送速度は、生産性の観点から速い方が好ましい。しかしながら、シリコーン塗布液を均一に塗布するために、1~200m/minが好ましく、3~150m/minがより好ましく、5~120m/minが特に好ましい。
 支持体12は、バックアップローラ34によって所定の塗布位置に位置されつつ長手方向に搬送されて、塗布装置32によって、多孔質膜12aの表面にシリコーン塗布液を塗布され、塗布液の塗膜(液膜)を形成される。
 なお、塗布部26では、必要に応じて、シリコーン塗布液や支持体12等の温度制御を行ってもよい。
 塗布装置32は、公知のものが、各種、利用可能であり、前述の塗布装置62と同様の物が例示される。
 中でも、シリコーン塗布液の粘度、シリコーン塗布液の塗布量、シリコーン樹脂の染み込み量の制御等を考慮すると、ロールコータ、ダイレクトグラビアコータ、オフセットグラビアコータ、1本ロールキスコータ、3本リバースロールコータ、正回転ロールコータ、スクイズコータ、リバースロールコータ等は好適に利用される。
 ここで、塗布装置32は、硬化して形成されるシリコーン樹脂層14の膜厚が10μm以下となるように、多孔質膜12aの表面にシリコーン塗布液を塗布するのが好ましい。すなわち、本発明の製造方法においては、形成するシリコーン樹脂層14の膜厚は、10μm以下であるのが好ましい。
 なお、本発明において、シリコーン樹脂層14の膜厚とは、多孔質膜12aに染み込んだ分を含まない、多孔質膜12aの表面(多孔質膜12aの上)に形成されたシリコーン樹脂層14の膜厚である。
 シリコーン樹脂層14の膜厚を10μm以下とすることにより、シリコーン樹脂層14によるガス透過性の低下を好適に防止できる等の点で好ましい。
 以上の点を考慮すると、シリコーン樹脂層14の膜厚は5μm以下が、より好ましい。
 また、シリコーン樹脂層14は、緻密な膜で多孔質膜12aの表面を抜けなく全面的に覆っていれば、薄くても構わない。
 この点を考慮すると、シリコーン樹脂層14の膜厚は、0.01μm以上が好ましい。シリコーン樹脂層14の膜厚を、0.01μm以上とすることにより、緻密なシリコーン樹脂層14で多孔質膜12aの表面を好適に覆って、多孔質膜12aへの促進輸送膜の入り込みを、より好適に防止できる複合体18が得られる。
 なお、シリコーン樹脂層14の膜厚は、多孔質膜12aへのシリコーン塗布液の染み込み等を考慮して、予め実験やシミュレーションを行って制御すればよい。
 塗布部26においてシリコーン塗布液を塗布された支持体12は、次いで、硬化装置28(乾燥工程)に搬送される。硬化装置28は、好ましくは、支持体搬送方向の塗布部26の直後(直下流)に配置される。
 支持体12は、硬化装置28によって、長手方向に搬送されつつ、シリコーン塗布液を硬化(モノマー等を架橋)されて、支持体12(多孔質膜12a)の表面にシリコーン樹脂層14が形成された複合体18とされる。
 硬化装置28におけるシリコーン塗布液の硬化は、シリコーン塗布液に含有されるモノマー等の種類に応じて、シリコーン塗布液を硬化できる方法を、適宜、利用すればよい。
 具体的には、紫外線の照射、電子線の照射、加熱、加湿等が例示される。
 中でも、支持体12のカール(変形)の抑制できる、支持体12を構成する樹脂などの劣化を防止できる等の理由により、紫外線照射や短時間の加熱によるシリコーン塗布液の硬化は、好適に利用され、特に紫外線照射による硬化は、最も好ましく利用される。すなわち、本発明の製造方法においては、紫外線の照射による硬化が可能なモノマー等を用いたシリコーン塗布液によって、シリコーン樹脂層14を形成するのが好ましい。
 なお、シリコーン塗布液の硬化は、必要に応じて、窒素雰囲気等の不活性雰囲気で行ってもよい。
 ここで、本発明の製造方法においては、シリコーン塗布液を塗布した後、5秒以内に、シリコーン塗布液を硬化して、シリコーン樹脂層14を形成するのが好ましい。
 本発明の製造方法においては、RtoRを利用することにより、シリコーン塗布液の塗布後、短時間でのシリコーン塗布液の硬化を可能にしている。
 硬化装置においてシリコーン樹脂層が形成された支持体12は、次いで、粗面化処理装置36に搬送される。
 支持体12は、粗面化処理装置36によって、長手方向に搬送されつつ、シリコーン樹脂層の表面を粗面化されて、支持体12(多孔質膜12a)の表面に、表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2のシリコーン樹脂層14が形成された複合体18とされる。
 粗面化処理装置36が行う粗面化処理の方法としては、プラズマ処理、ケミカルエッチング等の粗面化処理方法が利用可能である。
 プラズマ処理で行われる粗面化処理の方法としては、例えば、窒素や、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、キセノン(Xe)等の不活性ガスを用いて、ガス圧力を、0.01Pa~100Pa程度の真空圧力とし、プラズマを形成するための電極対の間に、被処理物を配置して、電極対にプラズマ生成用の電力を印加して処理を行う方法等の、従来のプラズマ処理による粗面化処理の方法が利用可能である。
 また、ケミカルエッチングで行われる粗面化処理の方法としては、シリコーン樹脂層に対して腐食性を有する処理液(例えば、フッ化水素)を表面に塗布して、シリコーン樹脂層の表面を溶解させる方法等の、従来のケミカルエッチングによる粗面化処理の方法が利用可能である。
 粗面化処理装置36で粗面化されたシリコーン樹脂層14を有する複合体18は、パスローラ38b、38cおよび38dに案内されて、巻取部30に搬送される。
 なお、パスローラ38b、38cおよび38dはテンションカッタとしても作用しており、複合体18を蛇行するように、案内する。
 巻取部30は、複合体18を巻き取って複合体ロール18Rとするものであり、パスローラ38eと巻取り軸40とを有する。
 巻取部30に搬送された複合体18は、パスローラ38eによって巻取り軸40に案内され、巻取り軸40によって巻き取られて、複合体ロール18Rとされる。
 本発明の製造方法においては、このようにして支持体12の表面にシリコーン塗布液を塗布、硬化して、シリコーン樹脂層14を形成した後、シリコーン樹脂層14の表面に粗面化処理を行って、シリコーン樹脂層14の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2である複合体18とした後に、図2に示す製造装置50により、複合体18のシリコーン樹脂層14の表面に酸性ガス分離層16を形成する構成としてもよい。
 なお、シリコーン樹脂層14の内部にフィラーを分散させて、表面の突起の割合を調整する構成は、プラズマ処理等によりシリコーン樹脂層14を粗面化する構成と比較して、膜の曲げ耐性やガス透過性、シリコーン樹脂層の硬膜性の点で好適である。
 一方、プラズマ処理等によりシリコーン樹脂層14を粗面化する構成は、フィラーを用いて粗面化する構成と比較して、膜欠陥を低減できる、シリコーン樹脂層14表面の親水性を向上させることができる等の点で好適である。
 また、シリコーン樹脂層14の内部にフィラーを分散させて、さらに、プラズマ処理等の処理を行いシリコーン樹脂層14を粗面化する構成としてもよい。フィラーの分散とプラズマ処理とを組み合わせて粗面化することにより、突起による粗面化と親水性向上の効果により酸性ガス分離層16を剥離しにくくしつつ、酸性ガス分離層16のバラツキや膜欠陥を低減できる。
 図3の製造装置20は、塗布装置32、硬化装置28および粗面化処理装置36のみ有し、また、図2の製造装置50は、塗布装置62および乾燥装置56のみ有する。すなわち、この装置を用いる場合には、シリコーン樹脂層14と酸性ガス分離層16とを、別々の装置で形成する。
 しかしながら、本発明の製造方法では、図4に概念的に示すように、塗布装置32、硬化装置28および粗面化処理装置36と、塗布装置62および乾燥装置56とを有する装置を用いて、RtoRによるロールからの送り出しと巻取りとを、1回行うことで、シリコーン樹脂層14および酸性ガス分離層16を形成して、酸性ガス分離用積層体10を作製してもよい。
 このような本発明の製造方法で形成された酸性ガス分離用積層体10は、各種の分離膜モジュールに利用可能である。例えば、原料ガスの流路となる供給ガス流路用部材、および、分離された酸性ガスの流路となる透過ガス流路用部材と積層されて、有孔の中心筒の周囲にスパイラル状に巻回されて、スパイラル型分離膜モジュールに利用される。
 図5は、本発明の製造方法で作製された酸性ガス分離用積層体を用いる酸性ガス分離モジュールの一例を概念的に示す図である。
 図5に示される酸性ガス分離モジュール(以下、分離モジュールともいう)100は、中心筒112と、酸性ガス分離用積層体10、供給ガス流路用部材124および透過ガス流路用部材126を積層したモジュール用積層体114と、テレスコープ防止板116とを有して構成される。
 分離モジュール100は、シート状のモジュール用積層体114を、複数、積層して、周面に複数の貫通孔112aを有する中心筒112に巻回して、モジュール用積層体114の巻回物の両端面に、中心筒112を挿通してテレスコープ防止板116を設けてなる構成を有する。また、巻回したモジュール用積層体114の最外周面は、ガス非透過性の被覆層118で覆われている。
 なお、符号130は、酸性ガス分離用積層体10(多孔質支持体12)と透過ガス流路用部材126とを接着する接着剤層である。
 このような分離モジュール100において、酸性ガスを分離される原料ガスGは、例えば図5中奥手側のテレスコープ防止板116(その開口部116d)を通って、モジュール用積層体114の端面に供給され、モジュール用積層体114内を流れつつ、酸性ガスGcを分離される。
 また、モジュール用積層体114によって原料ガスGから分離された酸性ガスGcは、貫通孔112aから中心筒112内を通って、中心筒112の開放端112bからから排出される。一方、酸性ガスを分離された原料ガスG(以下、便宜的に残余ガスGrとする)は、モジュール用積層体114の供給側とは逆側の端面から排出され、テレスコープ防止板116(その開口部116d)を通って分離モジュール100の外部に排出される。
 ここで、供給ガス流路用部材124および透過ガス流路用部材126は、ガスの流路を構成するとともに、モジュール用積層体114間でスペーサとして機能するものであり、例えば、ネット状(メッシュ状)の部材である。
 なお、テレスコープ防止板116は、円環状の外環部116aと、外環部116aの中に中心を一致して配置される円環状の内環部116bと、外環部116aおよび内環部116bを連結して固定するリブ(スポーク)116cとを有して構成され、各リブ116cの間隙が、原料ガスGもしくは残余ガスGrが通過する開口部116dとなっている。
 以上、本発明の酸性ガス分離用積層体の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
 以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明の酸性ガス分離用積層体の製造方法について、より詳細に説明する。
 [実施例1]
 <シリコーン塗布液>
 シリコーン樹脂層を形成するためのシリコーン塗布液として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製のUV9300を用意した。また、硬化剤として、東京化成工業株式会社製の4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートをシリコーン塗布液に対して0.5重量%添加した。また、フィラーとして、材質:シリカ、平均粒子径:0.01μm、形状:球状のフィラーを、粒子濃度4wt%となるように添加した。
 <支持体>
 幅が500mmで、厚さ200μmの長尺な(多孔質)支持体12をロール状に巻回してなる支持体ロール12Rを用意した。なお、支持体12は、補助支持膜12bとしてのPP不織布の表面に、多孔質膜12aとしての多孔質PTFEを積層してなる積層体(GE社製)を用いた。
 <複合体18の作製>
 RtoRの製造装置にて、多孔質膜12a側にシリコーン塗布液を塗布・硬化して、多孔質支持体12の表面にシリコーン樹脂層14を形成されてなる複合体18を作製した。シリコーン樹脂層14の膜厚は2μmとした。
 このシリコーン樹脂層14の表面の突起の割合をSEM(株式会社日立ハイテクノロジーズ製 SU3500)で、走査倍率10,000倍で測定して、9μm×12μmの範囲のSEM画像上で、径の大きさが100nm以上の突起物の数の割合を求めた。100箇所で測定した平均値は、10個/μm2であった。
 <酸性ガス分離層16の塗布組成物>
 酸性ガス分離層16を形成するための塗布組成物として、ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体(株式会社クラレ製 クラストマーAP-20)を2.4質量%、架橋剤(和光純薬工業株式会社製 25質量%グルタルアルデヒド水溶液)を0.01質量%、含む水溶液を調製した。この水溶液に、1M塩酸をpH1.5になるまで添加して、架橋させた。
 架橋後、キャリアとしての、40%炭酸セシウム水溶液(稀産金属株式会社製)、および、炭酸カリウム水溶液(和光純薬工業株式会社社製)をそれぞれ、炭酸セシウム濃度が5質量%、炭酸カリウム濃度が1質量%になるように添加した。すなわち、本例では、炭酸セシウムおよび炭酸カリウムが酸性ガス分離層16のキャリアとなる。また、塗布組成物の表面張力が30mN/mとなるように界面活性剤を添加した。
 <酸性ガス分離用積層体10の作製>
 図2に示す製造装置50にて、複合体18のシリコーン樹脂層14側の表面に、上記塗布組成物を塗布して、乾燥することで、膜厚30μmの酸性ガス分離層16を形成し、酸性ガス分離層16と複合体18とからなる酸性ガス分離用積層体10を作製した。
 なお、複合体18の搬送速度は、3m/minとした。また、塗布組成物の25℃における粘度は、1100cpであった。粘度の測定は、JIS Z8803に準じて、B粘度計である東機産業株式会社製のTVB-10Mを用い、ロータをスピンドルNo.M4、回転速度60rpmとして、回転開始から30秒後の値を、シリコーン塗布液の粘度として測定した。
 [実施例2]
 界面活性剤の添加量を変更し、塗布組成物の表面張力を65mN/mとした以外は、実施例1と同様にして、酸性ガス分離用積層体を作製した。
 [実施例3]
 純水の添加量を変更し、塗布組成物の粘度を80cpとした以外は、実施例1と同様にして、酸性ガス分離用積層体を作製した。
 [実施例4]
 シリコーン樹脂層中のフィラー濃度を6wt%とし、さらに形成したシリコーン樹脂層14の表面にプラズマ処理を施して、シリコーン樹脂層の表面の突起の割合を50個/μm2とした以外は、実施例1と同様にして酸性ガス分離用積層体を作製した。
 [比較例1]
 シリコーン樹脂層にフィラーを分散させない以外は、実施例1と同様にして酸性ガス分離用積層体を作製した。
 なお、酸性ガス分離層16を形成する前に、シリコーン樹脂層の表面の突起の割合を実施例1と同様の方法で測定したところ、表面の突起の割合は0.01個/μm2であった。
 [比較例2]
 シリコーン樹脂層中のフィラーの粒子濃度を80wt%として、シリコーン樹脂層の表面の突起の割合を70個/μm2とした以外は、実施例1と同様にして酸性ガス分離用積層体を作製した。
 [評価]
 各実施例比較例で作製した酸性ガス分離用積層体の膜厚バラツキ、剥離力、および、膜欠陥の有無を測定して評価を行った。
 <膜厚バラツキ試験>
 作製した酸性ガス分離用積層体を湿度30%、温度25℃の環境下で24時間、酸性ガス分離層を放置して、酸性ガス分離層を乾燥させた。その後、積層体を液体窒素中に投入してナイフで割断して断面出しを行った。次に、断面のSEM画像を取得して、酸性ガス分離層の膜厚を算出した。膜厚の測定は、TD方向(流れ方向)に3点、MD方向(垂直方向)に3点の合計9点で測定を行い、酸性ガス分離層の膜厚のバラツキを測定した。膜厚バラツキは、9点の平均値に対する差の割合の最大値とした。
 評価基準は、膜厚バラツキが30%以下をAとし、30%超50%以下をBとし、50%超をCとした。
 <剥離力試験(ピール試験)>
 作製した酸性ガス分離用積層体から50mm×8mmのサンプル片を作製し、剥離試験機(イマダ社製)を用いて酸性ガス分離層と、シリコーン樹脂層との剥離力を測定した。
 評価基準は、剥離力が0.07Nより大きい場合をAとし、0.07N以下の場合をCとした。
 <膜欠陥評価>
 作製した酸性ガス分離用積層体10の膜欠陥の有無を、積層体10の複数個所でのガス透過性を測定することにより評価した。
 具体的には、作製した各酸性ガス分離用積層体10を積層体ロール10Rから引き出し、任意の位置で切り抜いて、直径47mmの円形の酸性ガス分離積層体サンプル(以下、サンプルという)を作製した。なお、円形のサンプルは、TD方向に3箇所、MD方向に2箇所の合計6箇所で切り抜いて6個のサンプルを作製した。
 PTFEメンブレンフィルター(孔径0.10μm、ADVANTEC社製)を2枚用いて、切り抜いた円形のサンプルを膜両面から挟んで透過試験サンプル(有効面積2.40cm2)を作製した。
 テストガスとしてCO2/H2:10/90(容積比)の混合ガスを用いた。この混合ガスを、相対湿度70%、流量100mL/分、温度130℃、全圧3atmの条件で、作製した各サンプルに供給した。なお、透過側にはArガス(流量90mL/分)をフローさせた。
 透過してきたガスをガスクロマトグラフで分析し、H2透過速度とCO2透過速度との比から分離係数αを算出し、以下の様に評価した。
 A: 6箇所全てでα≧80。
 B: 1箇所でも10<α<80が含まれる。
 C: 1箇所でもα≦10が含まれる。
 結果を下記の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上記表に示すように、本発明の製造方法によって製造した酸性ガス分離用積層体10は、膜厚バラツキが小さく、膜欠陥の評価も高いことから、製造時に酸性ガス分離層の塗布組成物を塗布する際のはじきを抑制でき、適正に塗布組成物を塗布することができることがわかる。また、酸性ガス分離層とシリコーン樹脂層との密着性にも優れることがわかる。従って、耐久性が高い酸性ガス分離層を好適に製造することができることがわかる。また、多孔質支持体への酸性ガス分離層の入り込みを防止でき、また、酸性ガス分離層の膜厚バラツキが小さく、膜欠陥の評価も高いので、酸性ガスの透過性・分離性にも優れることがわかる。
 これに対して、シリコーン樹脂層の表面の突起の割合が0.1個/μm2未満の比較例1は、膜厚バラツキが大きいことから、製造時に酸性ガス分離層の塗布組成物を塗布する際のはじきが大きく、適正に塗布組成物を塗布することができないことがわかる。また、酸性ガス分離層とシリコーン樹脂層との密着性も低く、耐久性が低いことがわかる。
 一方、シリコーン樹脂層の表面の突起の割合が50個/μm2超の比較例2は、突起の割合が多すぎるため、膜厚バラツキが大きくなり、また、膜欠陥が発生しやすいことがわかる。
 また、実施例1、2の対比から、塗布組成物の表面張力は、63mN/m以下が好ましいことがわかる。
 また、実施例1、3の対比から、塗布組成物の粘度は、100cp以上が好ましいことがわかる。
 また、実施例4から、フィラーの含有とプラズマ処理とを組み合わせることにより突起の割合を大きくしても、膜欠陥を発生しにくくすることができることがわかる。
 以上の結果より、本発明の効果が明らかである。
 水素ガスの製造や天然ガスの精製等に用いられる酸性ガス分離用積層体に好適に利用可能である。
  10  酸性ガス分離用積層体
  10R 積層体ロール
  12  (多孔質)支持体
  12R 支持体ロール
  12a 多孔質膜
  12b 補助支持膜
  14  シリコーン樹脂層
  16  酸性ガス分離層
  18  複合体
  18R 複合体ロール
  20,50 製造装置
  24,52 供給部
  26,54 塗布部
  28  硬化装置
  30,58 巻取部
  31,61 回転軸
  32,62 塗布装置
  34,64 バックアップローラ
  38a~38e,68a~68e パスローラ
  40,70 巻取り軸
  56  乾燥装置
 100  酸性ガス分離モジュール
 112  中心筒
 112a 貫通孔
 112b 開放端
 114  モジュール用積層体
 116  テレスコープ防止板
 116a 外環部
 116b 内環部
 116c リブ
 116d 開口部
 118  被覆層
 124  供給ガス流路用部材
 126  透過ガス流路用部材
 130  接着剤層

Claims (10)

  1.  多孔質支持体の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層を付与した複合体と、前記シリコーン樹脂層上に形成される、酸性ガスと反応するキャリアおよび前記キャリアを担持する吸水性ポリマーを含む酸性ガス分離層とを含む酸性ガス分離用積層体の製造方法であって、
     前記複合体の前記シリコーン樹脂層上に前記酸性ガス分離層を形成する分離層形成工程を有し、
     前記分離層形成工程に供される前記複合体の前記シリコーン樹脂層の表面の突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2であることを特徴とする酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  2.  前記吸水性ポリマーが、ポリビニルアルコール-ポリアクリル酸共重合体である請求項1に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  3.  前記キャリアが、アルカリ金属炭酸塩を含む化合物を含有する請求項1または2に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  4.  前記シリコーン樹脂層の膜厚が10μm以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  5.  前記シリコーン樹脂層は、フィラーを含むことにより、表面の突起の割合を0.1個/μm2~50個/μm2としたものである請求項1~4のいずれか1項に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  6.  前記分離層形成工程は、ロール・トゥ・ロール方式によって、前記酸性ガス分離層となる塗布組成物を、前記シリコーン樹脂層の表面に塗布する請求項1~5のいずれか1項に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  7.  前記塗布組成物の表面張力が63mN/m以下である請求項6に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  8.  25℃における前記塗布組成物の粘度が100cp以上である請求項6または7に記載の酸性ガス分離用積層体の製造方法。
  9.  多孔質支持体の表面の少なくとも一部にシリコーン樹脂層を付与した複合体と、前記シリコーン樹脂層上に形成される、酸性ガスと反応するキャリアおよび前記キャリアを担持する吸水性ポリマーを含む酸性ガス分離層とを含む酸性ガス分離用積層体であって、
     前記シリコーン樹脂層と前記酸性ガス分離層との界面における突起の割合が0.1個/μm2~50個/μm2であることを特徴とする酸性ガス分離用積層体。
  10.  請求項9に記載の酸性ガス分離用積層体を有する酸性ガス分離モジュール。
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