JPH0419891B2 - - Google Patents
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- JPH0419891B2 JPH0419891B2 JP59114512A JP11451284A JPH0419891B2 JP H0419891 B2 JPH0419891 B2 JP H0419891B2 JP 59114512 A JP59114512 A JP 59114512A JP 11451284 A JP11451284 A JP 11451284A JP H0419891 B2 JPH0419891 B2 JP H0419891B2
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- gas separation
- thin film
- membrane
- composite membrane
- tetrafunctional
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/125—In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/1216—Three or more layers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は気体分離用複合膜に関する。更にくわ
しくは膜分離法により空気から酸素富化空気を得
るために有効な気体分離用複合膜に関する。
(従来の技術)
近年、膜法による気体分離、特に膜分離による
酸素富化空気を得る方法が注目されている。この
膜分離に実用上使用され得る膜は、気体分離性能
が高く、かつ気体透過性能も高いという条件を満
たさなければならない。その為、膜の形態は気体
分離性能の高い膜素材を薄膜とし、多孔質支持体
上に複合化した複合膜とする必要がある。しかし
ながら、直接該薄膜を多孔質支持体に複合化する
と接着性が悪い為、複合膜の取り扱いの際、薄膜
が剥離するという欠点がある。この問題を解消す
る為に、米国特許第3874986号に記載されている
ごとく、気体分離性能の高いポリフエニレンオキ
サイド(PPO)の薄膜と多孔質支持体との間に、
接着性が高く薄膜形成性の高いポリカーボネー
ト/ポリジメチルシロキサン(PC−PDMS)共
重合体薄膜を介在せしめた複合膜が提唱されてい
る。
しかしながら、PC−PDMS共重合体は、薄膜
形成性を高める役割をもつポリカーボネート共重
合体成分の為に、気体透過性が小さく、接着性を
向上せしめる為に介在した該薄膜が、複合膜の透
過性能を低下させるという欠点があつた。
また、PC−PDMS共重合体のかわりに架橋し
たポリジメチルシロキサンを使用する事が考えら
れる。しかし、接着性が高く気体透過性の高い素
材にもかかわらず従来知られている三官能以下の
架橋剤で架橋したものは、薄膜とする事ができ
ず、複合膜の気体透過性が低いという欠点があつ
た。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明の目的は、上記欠点を解消せしめ、薄膜
層が多孔質支持膜から剥離せず、気体分離性能と
気体透過性能がともに優れている気体分離用複合
膜を提供せんとするものである。
(問題点を解決するための手段)
本発明は、上記目的を達成するため次の構成、
すなわち、多孔質支持体Aと、高気体分離性を有
する重合体からなる極薄膜Bとの間に、四官能以
上のシラン架橋剤または四官能以上のシロキサン
架橋剤で架橋したポリオルガノシロキサンからな
る極薄膜Cが介在されてなる気体分離用複合膜で
ある。
本発明における、多孔質支持体Aとは、薄膜を
支持するものであればよく、和紙、不織布、合成
紙、濾紙、布、金網、濾過膜、限外濾過膜等があ
げられるが、その中でも表面の平滑性および孔の
小さい方が補強上好ましいので限外濾過膜が好適
である。限外濾過膜を具体的に例示すると、ポリ
スルホン多孔質支持膜、ポリエーテルスルホン多
孔質支持膜、ポリプロピレン多孔質支持膜、ポリ
テトラフルオロエチレン多孔質支持膜など挙げる
ことができる。これら多孔質支持体Aの形状は、
シート状、管状、繊維状などがあるが特に限定さ
れない。
次に、本発明における高気体分離性を有する重
合体からなる極薄膜Bとは、気体分離性が高く、
かつ気体透過性の比較的すぐれた重合体であれば
何でも良いが、薄膜形成性、気体分離性、気体透
過性のバランスの点で以下の重合体が好ましい。
ポリ(4−メチルペンテン−1)、ポリエチレ
ン/プロピレン共重合体、ポリビニルトリメチル
シランのビニル系重合体。一般式が、
(但し、mは1、2、3の整数。R1は−CH3、−
C2H5、−C3H7、−C4H9、−C5H11のアルキル基か
ら成る群より選ばれる。)で表わされるポリフエ
ニレンオキサイド、あるいは、一般式が、
(但し、R3、R4は
(Industrial Application Field) The present invention relates to a composite membrane for gas separation. More specifically, the present invention relates to a composite membrane for gas separation that is effective for obtaining oxygen-enriched air from air by a membrane separation method. (Prior Art) In recent years, gas separation by membrane methods, particularly methods for obtaining oxygen-enriched air by membrane separation, have attracted attention. A membrane that can be practically used for this membrane separation must satisfy the conditions of high gas separation performance and high gas permeation performance. Therefore, the form of the membrane needs to be a composite membrane in which a thin membrane material with high gas separation performance is combined on a porous support. However, when the thin film is directly composited onto a porous support, there is a drawback that the thin film peels off when the composite film is handled due to poor adhesion. In order to solve this problem, as described in US Pat. No. 3,874,986, a thin film of polyphenylene oxide (PPO) with high gas separation performance and a porous support were used.
Composite membranes have been proposed in which thin films of polycarbonate/polydimethylsiloxane (PC-PDMS) copolymers are interposed, which have high adhesion and high film-forming properties. However, the PC-PDMS copolymer has low gas permeability due to its polycarbonate copolymer component, which plays a role in improving thin film formation. The drawback was that it degraded performance. It is also possible to use crosslinked polydimethylsiloxane instead of the PC-PDMS copolymer. However, despite the materials having high adhesive properties and high gas permeability, those cross-linked with conventionally known trifunctional or less cross-linking agents cannot be made into thin films, and the gas permeability of composite membranes is said to be low. There were flaws. (Problems to be Solved by the Invention) The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, and to provide a composite material for gas separation that does not peel off the thin film layer from the porous support membrane and has excellent gas separation performance and gas permeation performance. The purpose is to provide a membrane. (Means for solving the problems) In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration:
That is, between the porous support A and the ultrathin film B made of a polymer having high gas separation properties, a polyorganosiloxane made of polyorganosiloxane crosslinked with a tetrafunctional or more functional silane crosslinking agent or a tetrafunctional or more functional siloxane crosslinking agent is provided. This is a composite membrane for gas separation in which an ultra-thin membrane C is interposed. The porous support A in the present invention may be anything that supports a thin film, and includes Japanese paper, nonwoven fabric, synthetic paper, filter paper, cloth, wire mesh, filtration membrane, ultrafiltration membrane, etc. Ultrafiltration membranes are preferred because smooth surfaces and smaller pores are preferred for reinforcement. Specific examples of ultrafiltration membranes include polysulfone porous support membranes, polyethersulfone porous support membranes, polypropylene porous support membranes, polytetrafluoroethylene porous support membranes, and the like. The shape of these porous supports A is
It may be in the form of a sheet, a tube, a fiber, etc., but is not particularly limited. Next, the ultrathin film B made of a polymer having high gas separation property in the present invention has high gas separation property,
Any polymer may be used as long as it has relatively good gas permeability, but the following polymers are preferable in terms of the balance of thin film forming property, gas separation property, and gas permeability. Vinyl polymers of poly(4-methylpentene-1), polyethylene/propylene copolymers, and polyvinyltrimethylsilane. The general formula is (However, m is an integer of 1, 2, 3. R 1 is −CH 3 , −
selected from the group consisting of alkyl groups of C2H5 , -C3H7 , -C4H9 , and -C5H11 ; ), or the general formula is (However, R 3 and R 4 are
【式】−C2H4
−、−C3H6−、−C4H8−、−C5H10−R2は−
C2H4O−、(−C2H4O)−2、(−C3H6O)−、(−C4H8O
)−、(−C5H10O)−から成る群より選ばれる。)で表
わされるポリウレタン、あるいは一般式が
(但し、R5は[Formula] −C 2 H 4 −, −C 3 H 6 −, −C 4 H 8 −, −C 5 H 10 −R 2 is −
C 2 H 4 O−, (−C 2 H 4 O)− 2 , (−C 3 H 6 O)−, (−C 4 H 8 O
)−, (−C 5 H 10 O)−. ), or the general formula is (However, R 5 is
【式】【formula】
【式】【formula】
【式】【formula】
【式】【formula】
【式】
−CH2、−C2H4−、−C3H6−、−C4H8−、より成
る群より選ばれる。ここでmは1、2、3の整
数。)で表わされるポリスルホンであつた。
その中でも、特に好ましいのは、ポリ(4メチ
ルペンテン−1)とポリビニルトリメチルシラン
である。極薄膜Bの膜厚は、0.01μ以上0.3μ以下
が好ましい。膜厚が0.01μを越えない場合は、ピ
ンホールが発生して気体分離性能は低くなり、
0.3μを越える場合には、気体透過抵抗が大きくな
り、複合膜の気体透過性能が低くなるので好まし
くない。
本発明における四官能以上のシラン架橋剤また
は四官能以上のシロキサン架橋剤とは、ポリオル
ガノシロキサンの末端シラノール基と反応する四
官能以上の縮合型シラン架橋剤または四官能以上
の縮合型シロキサン架橋剤のことである。この
中、四官能以上のシラン架橋剤の種類としては、
テトラアセトキシシランに代表されるアセトキシ
系シラン、テトラジメチルオキシムシランに代表
されるオキシム系シラン、エチルオルソシリケー
ト、プロピルオルソシリケートに代表されるアル
コキシ系シラン、テトラキスイソプロペニキシシ
ランに代表されるアルケニルオキシ系シラン、ア
ミド系シラン、アミノ系シランなどがある。架橋
速度が速いという点で、アセトキシ系シラン、オ
キシム系シラン、アルコキシ系シラン、アルケニ
ルオキシ系シランが好ましい。その中で特に好ま
しいものは、テトラアセトキシシラン、テトラジ
メチルオキシムシラン、エチルオルソシリケート
である。また、四官能以上のシロキサン架橋剤と
しては、三官能シランと四官能シランの共加水分
解縮合物や各四官能シランの部分加水分解縮合物
や二官能シランと三官能シランの共加水分解縮合
物または二官能シランと四官能シランの共加水分
解縮合物などの多官能シランが加水分解して生成
される四官能以上の縮合物がある。その中で好ま
しいのは三官能シランと四官能シランの共加水分
解縮合物や、各四官能シランの部分加水分解縮合
物である。その他のシロキサンは架橋速度が遅い
ため好ましくない。好ましい具体的な四官能以上
のシロキサン架橋剤としてはエチルポリシリケー
ト、ペンタジメチルオキシムシロキサン、ヘキサ
ジメチルオキシムシロキサン、ヘキサアセトキシ
シロキサンなどがある。
本発明におけるポリオルガノシロキサンは、末
端基の数の少なくとも50mol%以上、好ましく
は、80mol%以上、さらに好ましくは末端基が全
てシラノール基である重合体である。末端基の数
の50mol%未満がシラノール基の場合、未架橋の
ポリオルガノシロキサンの存在の為、著しく架橋
速度が低下し、薄膜形成性が悪くなり好ましくな
い。
ボリオルガノシロキサンの分子量は、1000以上
300000以下、好ましくは、10000以上、100000以
下が望ましい。分子量が1000未満の場合、架橋密
度が高すぎてもろくなり、ピンホールレスの極薄
膜を得る事が困難である為、好ましくない。ま
た、分子量が300000を越える場合は、架橋密度の
低下や架橋速度の低下により、薄膜形成性が著し
く損なわれるので好ましくない。
ポリオルガノシロキサンの化学構造は、次式で
示される。
(但し、R1、R2は−CH3、−C2H5、−NH2、−CH
=CH2、−C6H5から選ばれる。)
であるが、好ましいのはR1、R2とも−CH3で、
それ以外の置換基は気体透過性が低く、薄膜形成
性が悪い為好ましくない。
このポリオルガノシロキサン極薄膜の膜厚は、
0.01μ以上、1.0μ以下が好ましい。膜厚が0.01μに
満たない場合は、ピンホールが発生し易くなり好
ましくない。膜厚が1.0μを越える場合は、複合膜
の気体透過性の低下が著しく好ましくない。
本発明の気体分離用積層複合膜の製造方法につ
いて説明する。
あらかじめ、四官能以上のシラン架橋剤または
四官能以上のシロキサン架橋剤と、ポリオルガノ
シロキサンと、触媒を水と非混和性の溶媒に溶解
した溶液を調製する。ポリオルガノシロキサンの
濃度は、0.01wt%以上5.0wt%以下が好ましい。
濃度が0.01wt%に満たない場合、ピンホールレス
の薄膜を形成する事が困難になり、5.0wt%を越
える場合は、1.0μ未満の薄膜を得る事が難しく好
ましくない。四官能以上のシラン架橋剤または四
官能以上のシロキサン架橋剤の添加量は、ポリオ
ルガノシロキサンの末端シラノール基数の2倍以
上20倍以下が好ましく、それ以外の添加量では、
ゲル化が進んだり、架橋速度が遅くなる為好まし
くない。触媒は、架橋速度を速くするため添加す
るが、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジオ
クトエート、スタナスオクトエートなどがある。
溶媒は、水と非混和性である事が好ましい。水と
非混和性でないと、架橋反応の反応開始剤である
水が溶媒中に含まれる為、溶液中で架橋が進み取
り扱いが不便で好ましくない。これらの溶媒に
は、シクロヘキサン、エチルエーテル、クロロホ
ルム、ペンタン、ジオキサン、フレオン系溶媒、
ヘキサメチルジシロキサンなどがある。この溶媒
は、多孔質支持体を浸さない事が必要であり、多
孔質支持体との組み合せで選ばなければならな
い。この様にして調製された溶液を、多孔質支持
体に薄く均一に塗布し、熱風で乾燥して複合膜を
作成する。次に、高気体分離性を有する重合体
を、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロメ
タン、ジクロロエタン、シクロヘキサン、シクロ
キセン、テトラクロロエタン等の溶媒に溶解し製
膜液B′を調製する。濃度は、0.01〜5.0wt%、特
に好ましくは、0.03〜2.0wt%が適当であつた。
このように調製した製膜液B′を水面上に滴下
し、展開して薄膜を形成させ、あらかじめ作成し
たポリオルガノシロキサン複合膜の薄膜表面に担
持し気体分離用複合膜を作成する。
なお、本発明における特性の評価基準は次のと
おりである。
(1) 気体透過性、気体分離性
本発明の気体分離用複合膜を隔てて、一次側
の圧力を2atm二次側の圧力を1atmにし、複合
膜を透過してきた気体(酸素または窒素)透過
速度を精密膜流量計SF−101(スタンダード・
テクノロジー社製)で測定した。
酸素透過度を気体透過性能とし、酸素透過速
度と窒素透過速度の比である分離係数を気体分
離性能の評価基準とした。
(2) 接着性
本発明の気体分離用複合膜の極薄膜B表面上
に、別々に準備した多孔質支持体を載置して圧
力2g/cm2で加圧接着させた後、多孔質支持膜
を剥離した。剥離後の気体分離用複合膜の気体
(酸素または窒素)透過速度を前記同様測定し、
酸素透過速度と分離係数を接着前と剥離後に差
異で評価した。
(実施例)
次に、実施例に基づいて本発明の実施態様を説
明する。
実施例 1
両末端がシラノール基であるポリジメチルシロ
キサン(数平均分子量約5万)9.5重量部、エチ
ルオルソシリケート0.4重量部、スタナス2−エ
チルヘキソエート0.1重量部をシクロヘキサンに
溶解し、固形分0.5wt%に調製する。この希薄溶
液をポリスルホン多孔質支持体に塗布し、120℃
で1分間加熱乾燥した後、室温で10分間乾燥し複
合膜を作成した。次に、ポリ(4メチルペンテン
−1)(商品名TPX−MX001、三井石油化学社
製)をシクロヘキセンに溶解し、0.1重量部に調
製する。この溶液を水面上に展開し、薄膜を形成
させ、あらかじめ作成したポリジメチルシロキサ
ン複合膜の薄膜表面に、該薄膜を担持して気体分
離用複合膜を作成した。ポリ(4メチルペンテン
−1)薄膜の膜厚は約0.02μ、ポリジメチルシロ
キサン薄膜の膜厚は約0.1μであつた。この気体分
離用複合膜の酸素透過速度ならびに酸素と窒素の
分離係数を測定した結果を表−1に示す。ポリジ
メチルシロキサン薄膜を介在したにもかかわらず
高気体透過性能でかつ高気体分離性能であつた。
実施例 2
ポリフエニレンオキサイド(重量平均分子量約
5万)をベンゼンに溶解し、0.5wt%の溶液を調
製する。この溶液を水面上に展開し薄膜を形成さ
せる。実施例1と同様の作成方法で作成したポリ
ジメチルシロキサン複合膜の薄膜表面に該薄膜を
担持し気体分離用複合膜を作成した。ポリフエニ
レンオキサイド薄膜の膜厚は約0.04μ、ポリジメ
チルシロキサン薄膜の膜厚は約0.1μであつた。こ
の気体分離用複合膜の酸素透過速度ならびに酸素
と窒素の分離係数を測定した結果を表−1に示
す。気体透過性と気体分離性はともに優れてい
る。
実施例 3
実施例1で作成した気体分離用複合膜の薄膜表
面に、ポリスルホン多孔質支持体を圧力2g/cm2
で接着させた後剥離して、気体分離用複合膜の酸
素透過速度ならびに酸素と窒素の分離係数を測定
した結果を表−2に示す。
実施例 4
実施例2で作成した気体分離用複合膜に実施例
3と同様にして行なつた接着剥離後の結果を表−
2に示す。
実施例3、実施例4とも接着剥離前後で気体透
過性ならびに気体分離性は変化せず、本発明が接
着性の良い事を示している。
比較例 1
実施例1で調製したポリ(4メチルペンテン−
1)シクロヘキセン0.1wt%溶液を水面に展開し、
薄膜を形成した。この薄膜をポリスルホン多孔質
支持体に担持し、気体分離用複合膜を作成した。
この複合膜のポリ(4メチルペンテン−1)薄膜
の膜厚は約0.02μであつた。この気体分離用複合
膜の酸素透過速度および酸素と窒素の分離係数を
測定した結果を表−1に示す。実施例1で作成し
たポリジメチルシロキサン薄膜を介在せしめた気
体分離用複合膜が、気体透過性の点で劣つていな
い事がわかる。
比較例 2
実施例2で調製したポリフエニレンオキサイド
のベンゼン0.5wt%溶液を水面上に展開し、薄膜
を形成せしめ、ポリスルホン多孔質支持体膜に担
持して気体分離用複合膜を作成する。ポリフエニ
レンオキサイド薄膜の膜厚は約0.04μであつた。
この気体分離用複合膜の酸素透過速度および酸素
と窒素の分離係数を測定した結果を表−1に示
す。実施例2で作成したポリジメチルシロキサン
薄膜を介在せしめた気体分離用複合膜が気体透過
性の点で劣つていないことがわかる。
比較例 3
比較例1で作成した気体分離用複合膜の薄膜表
面に、ポリスルホン多孔質支持体を圧力2g/cm2
で加圧接着させ、その後剥離した気体分離用複合
膜の酸素透過速度、酸素と窒素の分離係数を測定
し、表−2に示す。
比較例 4
比較例2で作成した気体分離用複合膜を比較例
3と同様にして加圧接着させ、その後剥離した。
気体分離用複合膜の酸素透過速度、酸素と窒素の
分離係数を測定し表−2に示す。
比較例3、比較例4ともポリジメチルシロキサ
ン薄膜を介在させない気体分離用複合膜は接着性
が悪く気体分離性能が失なわれてしまうことがわ
かる。
上記から明らかなように本発明の気体分離用複
合膜は、薄膜層Bが多孔質支持体Aから剥離しに
くい為、取り扱い性が良く、気体透過性、気体分
離性がともに優れていることがわかる。[Formula] Selected from the group consisting of -CH 2 , -C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -, -C 4 H 8 -. Here, m is an integer of 1, 2, or 3. ) It was a polysulfone represented by Among these, particularly preferred are poly(4methylpentene-1) and polyvinyltrimethylsilane. The thickness of the ultra-thin film B is preferably 0.01 μm or more and 0.3 μm or less. If the film thickness does not exceed 0.01μ, pinholes will occur and gas separation performance will decrease.
If it exceeds 0.3μ, the gas permeation resistance increases and the gas permeation performance of the composite membrane decreases, which is not preferable. In the present invention, a tetrafunctional or higher functional silane crosslinking agent or a tetrafunctional or higher functional siloxane crosslinking agent is a tetrafunctional or higher functional condensed silane crosslinking agent or a tetrafunctional or higher functional condensed siloxane crosslinking agent that reacts with the terminal silanol group of polyorganosiloxane. It is about. Among these, the types of silane crosslinking agents with tetrafunctionality or higher are:
Acetoxy-based silanes such as tetraacetoxysilane, oxime-based silanes such as tetradimethyloxime silane, alkoxy-based silanes such as ethyl orthosilicate and propyl orthosilicate, and alkenyloxy-based silanes such as tetrakisisopropenyloxysilane. These include silane, amide silane, and amino silane. Preferred are acetoxy-based silanes, oxime-based silanes, alkoxy-based silanes, and alkenyloxy-based silanes because of their high crosslinking speeds. Particularly preferred among these are tetraacetoxysilane, tetradimethyloxime silane, and ethyl orthosilicate. In addition, as tetrafunctional or higher functional siloxane crosslinking agents, cohydrolyzed condensates of trifunctional silanes and tetrafunctional silanes, partial hydrolyzed condensates of each tetrafunctional silane, and cohydrolyzed condensates of difunctional silanes and trifunctional silanes. Alternatively, there are tetrafunctional or higher functional condensates produced by hydrolysis of polyfunctional silanes, such as co-hydrolyzed condensates of bifunctional silanes and tetrafunctional silanes. Among these, preferred are cohydrolyzed condensates of trifunctional silanes and tetrafunctional silanes, and partial hydrolyzed condensates of each tetrafunctional silane. Other siloxanes are not preferred because of their slow crosslinking speeds. Preferred concrete tetrafunctional or higher functional siloxane crosslinking agents include ethyl polysilicate, pentadimethyloxime siloxane, hexadimethyloxime siloxane, and hexaacetoxysiloxane. The polyorganosiloxane in the present invention is a polymer in which all the terminal groups are silanol groups, preferably at least 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more of the number of terminal groups. If less than 50 mol% of the terminal groups are silanol groups, the crosslinking rate will drop significantly due to the presence of uncrosslinked polyorganosiloxane, which is undesirable as thin film forming properties will deteriorate. The molecular weight of polyorganosiloxane is over 1000
300,000 or less, preferably 10,000 or more and 100,000 or less. If the molecular weight is less than 1000, the crosslinking density is too high and it becomes brittle, making it difficult to obtain an extremely thin film without pinholes, which is not preferable. Furthermore, if the molecular weight exceeds 300,000, it is not preferable because thin film forming properties are significantly impaired due to a decrease in crosslinking density and a decrease in crosslinking speed. The chemical structure of polyorganosiloxane is shown by the following formula. (However, R 1 and R 2 are −CH 3 , −C 2 H 5 , −NH 2 , −CH
= CH2 , -C6H5 . ), but preferably both R 1 and R 2 are −CH 3 ,
Other substituents are not preferred because they have low gas permeability and poor thin film forming properties. The thickness of this ultra-thin polyorganosiloxane film is
It is preferably 0.01μ or more and 1.0μ or less. If the film thickness is less than 0.01μ, pinholes are likely to occur, which is undesirable. If the film thickness exceeds 1.0 μm, the gas permeability of the composite film will significantly decrease, which is undesirable. The method for manufacturing the laminated composite membrane for gas separation of the present invention will be explained. A solution is prepared in advance in which a tetrafunctional or higher functional silane crosslinking agent or a tetrafunctional or higher functional siloxane crosslinking agent, a polyorganosiloxane, and a catalyst are dissolved in a water-immiscible solvent. The concentration of polyorganosiloxane is preferably 0.01 wt% or more and 5.0 wt% or less.
If the concentration is less than 0.01 wt%, it will be difficult to form a pinhole-free thin film, and if it exceeds 5.0 wt%, it will be difficult to obtain a thin film of less than 1.0 μm, which is not preferred. The amount of the tetrafunctional or more functional silane crosslinking agent or the tetrafunctional or more functional siloxane crosslinking agent is preferably 2 times or more and 20 times or less the number of terminal silanol groups of the polyorganosiloxane.
This is not preferable because gelation progresses and the crosslinking rate becomes slow. Catalysts are added to increase the crosslinking rate, and include dibutyltin diacetate, dibutyltin dioctoate, stannath octoate, and the like.
Preferably, the solvent is immiscible with water. If it is not miscible with water, water, which is a reaction initiator for the crosslinking reaction, will be included in the solvent, so crosslinking will proceed in the solution, making handling inconvenient and undesirable. These solvents include cyclohexane, ethyl ether, chloroform, pentane, dioxane, Freon solvents,
Examples include hexamethyldisiloxane. This solvent must not soak the porous support, and must be selected in combination with the porous support. The solution prepared in this manner is thinly and uniformly applied to a porous support and dried with hot air to produce a composite membrane. Next, a polymer having high gas separation properties is dissolved in a solvent such as benzene, toluene, xylene, dichloromethane, dichloroethane, cyclohexane, cycloxene, or tetrachloroethane to prepare a membrane forming solution B'. The appropriate concentration was 0.01 to 5.0 wt%, particularly preferably 0.03 to 2.0 wt%. The membrane-forming solution B' prepared in this manner is dropped onto the water surface, spread to form a thin film, and supported on the thin film surface of a polyorganosiloxane composite membrane prepared in advance to create a composite membrane for gas separation. Note that the evaluation criteria for characteristics in the present invention are as follows. (1) Gas permeability, gas separation property The composite membrane for gas separation of the present invention is separated, and the pressure on the primary side is 2 atm and the pressure on the secondary side is 1 atm, and the gas (oxygen or nitrogen) that has permeated through the composite membrane is permeated. Speed Precision Membrane Flowmeter SF-101 (Standard)
(manufactured by Technology Co., Ltd.). The oxygen permeability was defined as the gas permeation performance, and the separation coefficient, which is the ratio of the oxygen permeation rate to the nitrogen permeation rate, was used as the evaluation standard for the gas separation performance. (2) Adhesiveness A separately prepared porous support was placed on the surface of the ultrathin film B of the composite membrane for gas separation of the present invention, and the porous support was bonded with a pressure of 2 g/cm 2 . The membrane was peeled off. The gas (oxygen or nitrogen) permeation rate of the composite membrane for gas separation after peeling was measured in the same manner as above,
The oxygen permeation rate and separation coefficient were evaluated based on the difference between before and after adhesion and peeling. (Example) Next, embodiments of the present invention will be described based on Examples. Example 1 9.5 parts by weight of polydimethylsiloxane (number average molecular weight of approximately 50,000) having silanol groups at both ends, 0.4 parts by weight of ethyl orthosilicate, and 0.1 parts by weight of Stanas 2-ethylhexoate were dissolved in cyclohexane to reduce the solid content. Adjust to 0.5wt%. This dilute solution was applied to a polysulfone porous support and heated to 120°C.
After drying by heating for 1 minute at room temperature, a composite membrane was prepared by drying at room temperature for 10 minutes. Next, poly(4-methylpentene-1) (trade name TPX-MX001, manufactured by Mitsui Petrochemicals) is dissolved in cyclohexene to adjust to 0.1 part by weight. This solution was spread on the water surface to form a thin film, and this thin film was supported on the thin film surface of a polydimethylsiloxane composite membrane prepared in advance to prepare a composite membrane for gas separation. The thickness of the poly(4-methylpentene-1) film was approximately 0.02 μm, and the thickness of the polydimethylsiloxane thin film was approximately 0.1 μm. Table 1 shows the results of measuring the oxygen permeation rate and oxygen/nitrogen separation coefficient of this composite membrane for gas separation. Despite the presence of a polydimethylsiloxane thin film, high gas permeability and high gas separation performance were achieved. Example 2 Polyphenylene oxide (weight average molecular weight approximately 50,000) is dissolved in benzene to prepare a 0.5 wt% solution. This solution is spread on the water surface to form a thin film. A polydimethylsiloxane composite membrane prepared by the same method as in Example 1 was supported on the surface of the thin film to prepare a composite membrane for gas separation. The thickness of the polyphenylene oxide thin film was approximately 0.04μ, and the thickness of the polydimethylsiloxane thin film was approximately 0.1μ. Table 1 shows the results of measuring the oxygen permeation rate and oxygen/nitrogen separation coefficient of this composite membrane for gas separation. Both gas permeability and gas separation are excellent. Example 3 A polysulfone porous support was applied to the thin film surface of the composite membrane for gas separation prepared in Example 1 at a pressure of 2 g/cm 2
Table 2 shows the results of measuring the oxygen permeation rate and the separation coefficient between oxygen and nitrogen of the composite membrane for gas separation after adhering it with the membrane and then peeling it off. Example 4 The results of adhesive peeling performed on the gas separation composite membrane prepared in Example 2 in the same manner as in Example 3 are shown in the table below.
Shown in 2. In both Examples 3 and 4, the gas permeability and gas separation properties did not change before and after the adhesive was peeled off, indicating that the present invention had good adhesive properties. Comparative Example 1 Poly(4-methylpentene-
1) Spread a 0.1wt% cyclohexene solution on the water surface,
A thin film was formed. This thin film was supported on a polysulfone porous support to prepare a composite membrane for gas separation.
The thickness of the poly(4-methylpentene-1) thin film of this composite film was about 0.02μ. Table 1 shows the results of measuring the oxygen permeation rate and oxygen/nitrogen separation coefficient of this composite membrane for gas separation. It can be seen that the composite membrane for gas separation in which the polydimethylsiloxane thin film prepared in Example 1 was interposed was not inferior in terms of gas permeability. Comparative Example 2 A 0.5 wt% benzene solution of polyphenylene oxide prepared in Example 2 is spread on a water surface to form a thin film, and the thin film is supported on a polysulfone porous support membrane to prepare a composite membrane for gas separation. The thickness of the polyphenylene oxide thin film was approximately 0.04μ.
Table 1 shows the results of measuring the oxygen permeation rate and oxygen/nitrogen separation coefficient of this composite membrane for gas separation. It can be seen that the composite membrane for gas separation in which the polydimethylsiloxane thin film prepared in Example 2 was interposed was not inferior in terms of gas permeability. Comparative Example 3 A polysulfone porous support was applied to the thin film surface of the composite membrane for gas separation prepared in Comparative Example 1 at a pressure of 2 g/cm 2
The oxygen permeation rate and the separation coefficient between oxygen and nitrogen of the composite membrane for gas separation that was bonded under pressure and then peeled off were measured and are shown in Table 2. Comparative Example 4 The composite membrane for gas separation prepared in Comparative Example 2 was bonded under pressure in the same manner as Comparative Example 3, and then peeled off.
The oxygen permeation rate and the separation coefficient between oxygen and nitrogen of the composite membrane for gas separation were measured and are shown in Table 2. It can be seen that in both Comparative Examples 3 and 4, the composite membranes for gas separation without a polydimethylsiloxane thin film had poor adhesion and lost gas separation performance. As is clear from the above, the composite membrane for gas separation of the present invention is easy to handle because the thin film layer B is difficult to peel off from the porous support A, and has excellent gas permeability and gas separation performance. Recognize.
【表】
*3 α:分離係数
[Table] *3 α: Separation coefficient
【表】
(発明の効果)
本発明の気体分離用複合膜は、多孔質支持体A
と高気体分離性を有する重合体からなる極薄膜B
の間に、四官能以上のシラン架橋剤または四官能
以上のシロキサン架橋剤で架橋したポリオルガノ
シロキサンからなる極薄膜Cが介在されているの
でポリオルガノシロキサンの優れた接着性ならび
に気体透過性により、次のような優れた効果を得
ることができる。
(1) 複合膜は、使用時に薄膜が剥離しない為、取
り扱い性に優れている。
(2) 気体分離性能および気体透過性能がともに著
しく優れている。[Table] (Effects of the invention) The composite membrane for gas separation of the present invention has a porous support A
Ultrathin membrane B made of a polymer with high gas separation properties
In between, an ultra-thin film C made of polyorganosiloxane crosslinked with a tetrafunctional or higher functional silane crosslinking agent or a tetrafunctional or higher functional siloxane crosslinking agent is interposed, so due to the excellent adhesiveness and gas permeability of polyorganosiloxane, The following excellent effects can be obtained. (1) Composite membranes are easy to handle because the thin film does not peel off during use. (2) Both gas separation performance and gas permeation performance are extremely excellent.
Claims (1)
合体からなる極薄膜Bの間に、四官能以上のシラ
ン架橋剤または四官能以上のシロキサン架橋剤で
架橋したポリオルガノシロキサンからなる極薄膜
Cが介在されてなる気体分離用複合膜。1 Between the porous support A and the ultrathin membrane B made of a polymer with high gas separation properties, an ultrathin membrane made of polyorganosiloxane crosslinked with a tetrafunctional or more functional silane crosslinking agent or a tetrafunctional or more functional siloxane crosslinking agent. A composite membrane for gas separation in which C is interposed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114512A JPS60257806A (en) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | Gas separating composite membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114512A JPS60257806A (en) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | Gas separating composite membrane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60257806A JPS60257806A (en) | 1985-12-19 |
| JPH0419891B2 true JPH0419891B2 (en) | 1992-03-31 |
Family
ID=14639605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59114512A Granted JPS60257806A (en) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | Gas separating composite membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60257806A (en) |
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- 1984-06-06 JP JP59114512A patent/JPS60257806A/en active Granted
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| JPS60257806A (en) | 1985-12-19 |
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