JPH04222832A - ポリイミド及びそれを用いたガス分離材料 - Google Patents
ポリイミド及びそれを用いたガス分離材料Info
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- JPH04222832A JPH04222832A JP3080701A JP8070191A JPH04222832A JP H04222832 A JPH04222832 A JP H04222832A JP 3080701 A JP3080701 A JP 3080701A JP 8070191 A JP8070191 A JP 8070191A JP H04222832 A JPH04222832 A JP H04222832A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
- C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
- C08G73/1085—Polyimides with diamino moieties or tetracarboxylic segments containing heterocyclic moieties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
- B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
- B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
- Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】本発明は、新規な種類のポリイミド類、お
よびガス分離およびそれに関する技術におけるそれらの
使用に関する。
よびガス分離およびそれに関する技術におけるそれらの
使用に関する。
【0002】ポリイミド類は、ガス分離用の膜、および
他の用途のフィルムなどの製造においてよく知られてい
る。数多くのポリイミド類が、種々の芳香族テトラカル
ボン酸類(およびそれらの無水物)と種々の芳香族ジア
ミン類との反応で製造され、そしてガス分離における膜
として試験されてきた。一般に、結果は特定の目的を有
するものでなくそして予測できないものであった。
他の用途のフィルムなどの製造においてよく知られてい
る。数多くのポリイミド類が、種々の芳香族テトラカル
ボン酸類(およびそれらの無水物)と種々の芳香族ジア
ミン類との反応で製造され、そしてガス分離における膜
として試験されてきた。一般に、結果は特定の目的を有
するものでなくそして予測できないものであった。
【0003】いくつかの省略形
ここで、6FDAは、4,4’−[ヘキサフルオロイソ
プロピリデン]−ビス−[無水フタル酸]を意味する。 これは、構造:
プロピリデン]−ビス−[無水フタル酸]を意味する。 これは、構造:
【0004】
【化11】
【0005】を有している。
【0006】AMPSは、3,7−ジアミノ−2,8−
ジメチルジフェニレンスルホンを意味する。これは、構
造:
ジメチルジフェニレンスルホンを意味する。これは、構
造:
【0007】
【化12】
【0008】を有している。
【0009】これは商業的に入手できるが(そして以下
に示す実施例で用いられているが)、これは少量(例え
ば、約10%)の位置異性体(2および8以外の位置に
1つまたは両方のメチル基を有する)を含有している。
に示す実施例で用いられているが)、これは少量(例え
ば、約10%)の位置異性体(2および8以外の位置に
1つまたは両方のメチル基を有する)を含有している。
【0010】NMPは、N−メチル−2−ピロリジノン
(文献中で、時にはN−メチル−2−ピロリドンと呼ば
れる)を意味する。
(文献中で、時にはN−メチル−2−ピロリドンと呼ば
れる)を意味する。
【0011】DMAcは、N,N−ジメチルアセトアミ
ドを意味する。
ドを意味する。
【0012】THFは、テトラヒドロフランを意味する
。
。
【0013】DMFは、ジメチルホルムアミドを意味す
る。
る。
【0014】DMSOは、ジメチルスルホキサイドを意
味する。
味する。
【0015】本分野では、言葉「膜」および「フィルム
」はおおざっぱに互いに置き換えて用いられている。 ガス分離用の材料の製造においては、「膜」が典型的に
用いられているが、一方それ以外の用途では「フィルム
」が典型的に用いられている。時には、「フィルム」が
、膜を含む一般的な意味で用いられ得る。
」はおおざっぱに互いに置き換えて用いられている。 ガス分離用の材料の製造においては、「膜」が典型的に
用いられているが、一方それ以外の用途では「フィルム
」が典型的に用いられている。時には、「フィルム」が
、膜を含む一般的な意味で用いられ得る。
【0016】米国再発行特許30,351、Hoehn
他(1975、1980)には、特定の芳香族テトラカ
ルボン酸類および無水物類と特定の芳香族ジアミン類と
を反応させることによるガス分離フィルム用ポリイミド
類の製造が記載されている。このテトラカルボン酸無水
物は6FDAであり得る(コラム8、1・25)が、A
MPSはジアミンとして開示されていない。
他(1975、1980)には、特定の芳香族テトラカ
ルボン酸類および無水物類と特定の芳香族ジアミン類と
を反応させることによるガス分離フィルム用ポリイミド
類の製造が記載されている。このテトラカルボン酸無水
物は6FDAであり得る(コラム8、1・25)が、A
MPSはジアミンとして開示されていない。
【0017】米国特許 4,230,463、Heni
s他(1986)には、ガス分離用の被覆された中空繊
維が記載されている。該繊維は酢酸セルロース、ポリス
ルホン、コポリ(スチレン−アクリロニトリル)、ポリ
カーボネートおよび臭素置換ポリ(キシリレンオキサイ
ド)である。6FDA−AMPSポリマー類から製造さ
れたものはない。この被覆物は多彩であり、ポリ(ジメ
チルシロキサン)を含む。
s他(1986)には、ガス分離用の被覆された中空繊
維が記載されている。該繊維は酢酸セルロース、ポリス
ルホン、コポリ(スチレン−アクリロニトリル)、ポリ
カーボネートおよび臭素置換ポリ(キシリレンオキサイ
ド)である。6FDA−AMPSポリマー類から製造さ
れたものはない。この被覆物は多彩であり、ポリ(ジメ
チルシロキサン)を含む。
【0018】米国特許 4,690,873、Maki
no他(1987)にはまた、特定のテトラカルボン酸
類と特定の芳香族ジアミン類とを反応させることによる
ガス分離フィルム用ポリイミド類の製造が記載されてい
る。このジアミンはAMPSであり得るが、6FDAは
開示されていない。Makinoは、AMPSで製造さ
れたポリイミド重フィルムが我々の発明のポリイミド類
(以下に示すように、本発明の表Iに関しては、典型的
に平均で190Barrer)よりもCO2に対するよ
り低い透過性(典型的に2〜6Barrer)を示すこ
とを示している(彼の特許の表I)。本発明に関する選
択性は、Makinoのそれらよりも低いが、商業的に
受容される。(注、Makinoの表中の値をBarr
erに変換するため10で割った。)米国特許 4,7
05,540には、6FDAおよび特定のジアミン類(
AMPSではない)を用いたポリイミド類の合成、およ
びガス分離膜製造のためのそれらの使用が記載されてい
る。非対称膜はジメチルホルムアミド:水の溶液から溶
液硬化された。
no他(1987)にはまた、特定のテトラカルボン酸
類と特定の芳香族ジアミン類とを反応させることによる
ガス分離フィルム用ポリイミド類の製造が記載されてい
る。このジアミンはAMPSであり得るが、6FDAは
開示されていない。Makinoは、AMPSで製造さ
れたポリイミド重フィルムが我々の発明のポリイミド類
(以下に示すように、本発明の表Iに関しては、典型的
に平均で190Barrer)よりもCO2に対するよ
り低い透過性(典型的に2〜6Barrer)を示すこ
とを示している(彼の特許の表I)。本発明に関する選
択性は、Makinoのそれらよりも低いが、商業的に
受容される。(注、Makinoの表中の値をBarr
erに変換するため10で割った。)米国特許 4,7
05,540には、6FDAおよび特定のジアミン類(
AMPSではない)を用いたポリイミド類の合成、およ
びガス分離膜製造のためのそれらの使用が記載されてい
る。非対称膜はジメチルホルムアミド:水の溶液から溶
液硬化された。
【0019】米国特許 4,717,394には、6F
DAおよび特定のジアミン類(しかしスルホン類ではな
い)を含有するポリイミド類を用いたポリイミド製ガス
分離膜の製造が記載されている。非対称膜は、N−メチ
ルピロリドン:水(97:3)中の20%ポリマー溶液
から硬化された。
DAおよび特定のジアミン類(しかしスルホン類ではな
い)を含有するポリイミド類を用いたポリイミド製ガス
分離膜の製造が記載されている。非対称膜は、N−メチ
ルピロリドン:水(97:3)中の20%ポリマー溶液
から硬化された。
【0020】日本特許出願昭59ー251611にはま
た、特定のテトラカルボン酸類および酸無水物類と特定
の芳香族ジアミン類との反応によるガス分離用ポリイミ
ド類の製造が記載されている。該ジアミンはAMPSで
あり得るが、6FDAは開示されていない。
た、特定のテトラカルボン酸類および酸無水物類と特定
の芳香族ジアミン類との反応によるガス分離用ポリイミ
ド類の製造が記載されている。該ジアミンはAMPSで
あり得るが、6FDAは開示されていない。
【0021】Kim他著、「一連の芳香族ポリイミド類
におけるガス分離特性と化学構造との関係」(Rela
tionship between Gas Sepa
ration Properties and Che
micalStructure in a Serie
s of Aromatic Polyimides)
、 Journal of Membrane Sci
ence、37 (1988)、45−62では、テト
ラカルボン酸類および無水物(6FDAを含む)と特定
の芳香族ジアミン類(AMPSは含まれていない)とを
反応させることによって種々のポリイミド類が合成され
た。
におけるガス分離特性と化学構造との関係」(Rela
tionship between Gas Sepa
ration Properties and Che
micalStructure in a Serie
s of Aromatic Polyimides)
、 Journal of Membrane Sci
ence、37 (1988)、45−62では、テト
ラカルボン酸類および無水物(6FDAを含む)と特定
の芳香族ジアミン類(AMPSは含まれていない)とを
反応させることによって種々のポリイミド類が合成され
た。
【0022】6FDAと構造:
【0023】
【化13】
【0024】のジアミノジフェニレンスルホンとを反応
させて、繰り返し構造:−N=(K)=N−(Q)−[
式中、(K)は、
させて、繰り返し構造:−N=(K)=N−(Q)−[
式中、(K)は、
【0025】
【化14】
【0026】であり、(Q)は、
【0027】
【化15】
【0028】であり、そしてRおよびR’は、独立して
HまたはC1−4アルキルである]を有する相当するポ
リイミドを製造する。
HまたはC1−4アルキルである]を有する相当するポ
リイミドを製造する。
【0029】RおよびR’が2、8位のメチルであると
き、このジアミンは好適なジアミン、即ちAMPSであ
る。5,000(およびそれ以下でもよい)から500
,000(およびそれ以上でもよい)の範囲の分子量を
有する本発明の新規なポリイミド類が製造できる。約5
,000〜30,000の範囲の分子量にあるポリイミ
ド類は、保護被覆、接着剤、耐水フィルムなどを含む一
般的なフィルム製造用途において有益である。約30,
000〜500,000(好適には70,000〜30
0,000)の範囲の分子量を有する本発明のポリイミ
ド類は、以下に説明するように、ガス分離膜の製造にお
いて際だって適切である。
き、このジアミンは好適なジアミン、即ちAMPSであ
る。5,000(およびそれ以下でもよい)から500
,000(およびそれ以上でもよい)の範囲の分子量を
有する本発明の新規なポリイミド類が製造できる。約5
,000〜30,000の範囲の分子量にあるポリイミ
ド類は、保護被覆、接着剤、耐水フィルムなどを含む一
般的なフィルム製造用途において有益である。約30,
000〜500,000(好適には70,000〜30
0,000)の範囲の分子量を有する本発明のポリイミ
ド類は、以下に説明するように、ガス分離膜の製造にお
いて際だって適切である。
【0030】本合成において、6FDAを基とする酸類
およびエステル類は6FDAの代替物と考えてもよい。
およびエステル類は6FDAの代替物と考えてもよい。
【0031】上に示したように、本発明には、6FDA
と構造H2N−(Q)−NH2[式中、(Q)は上に定
義したのと同じである]のジアミンとを反応させること
によって製造される新規な種類のポリイミド類が含まれ
る。これらの材料は、高い透過性および受容される選択
性でもって、ガス分離に関して、予期されていなかった
長所を有している。
と構造H2N−(Q)−NH2[式中、(Q)は上に定
義したのと同じである]のジアミンとを反応させること
によって製造される新規な種類のポリイミド類が含まれ
る。これらの材料は、高い透過性および受容される選択
性でもって、ガス分離に関して、予期されていなかった
長所を有している。
【0032】6FDA−ジアミンの反応は、約20〜2
00℃で約2〜18時間不活性溶媒(即ち合成用溶媒)
中、窒素または他の不活性ガス下好都合に実施され、そ
の後、反応溶液を濾過し、そしてポリマーを沈澱させた
後、回収する。合成用溶媒として大いに好適なフェノー
ル系溶媒は、例えばm−クレゾール、フェノール、p−
メトキシフェノールなど、或は非フェノール系溶媒、例
えばNMP、DMF、DMAC、およびDMSOである
。(後者の省略形に関しては上の定義を参照)。この合
成溶媒およびドープの製造に使用される溶媒は同じで有
り得るが、必ずしも同じである必要はない。このポリイ
ミドは種々の構成のガス分離において使用できる。例え
ば、非対称膜は、公知の方法、即ち「相反転キヤステイ
ング(phase inversion castin
g)」によってポリイミドの溶液から製造できるが、こ
こでは、溶液もしくはドープを支持体上に注ぎ、結果と
して得られる膜の表面から該溶媒のいくらかを蒸発させ
(これによって表面上でポリマー濃度が上昇する)、次
に、このアセンブリを非溶媒、例えば水中に浸漬し、そ
れによって該ドープ中の溶媒のいくらかを該非溶媒中に
溶解させ、表面上に薄い密なスキンを生じさせそしてこ
れはこのポリマーの下層中にスポンジ様の組織を有して
いる。この方法での非対称膜の製造は本分野でよく知ら
れている。
00℃で約2〜18時間不活性溶媒(即ち合成用溶媒)
中、窒素または他の不活性ガス下好都合に実施され、そ
の後、反応溶液を濾過し、そしてポリマーを沈澱させた
後、回収する。合成用溶媒として大いに好適なフェノー
ル系溶媒は、例えばm−クレゾール、フェノール、p−
メトキシフェノールなど、或は非フェノール系溶媒、例
えばNMP、DMF、DMAC、およびDMSOである
。(後者の省略形に関しては上の定義を参照)。この合
成溶媒およびドープの製造に使用される溶媒は同じで有
り得るが、必ずしも同じである必要はない。このポリイ
ミドは種々の構成のガス分離において使用できる。例え
ば、非対称膜は、公知の方法、即ち「相反転キヤステイ
ング(phase inversion castin
g)」によってポリイミドの溶液から製造できるが、こ
こでは、溶液もしくはドープを支持体上に注ぎ、結果と
して得られる膜の表面から該溶媒のいくらかを蒸発させ
(これによって表面上でポリマー濃度が上昇する)、次
に、このアセンブリを非溶媒、例えば水中に浸漬し、そ
れによって該ドープ中の溶媒のいくらかを該非溶媒中に
溶解させ、表面上に薄い密なスキンを生じさせそしてこ
れはこのポリマーの下層中にスポンジ様の組織を有して
いる。この方法での非対称膜の製造は本分野でよく知ら
れている。
【0033】非対称膜の製造に用いられるドープ中に使
用される溶媒(類)は、それらが浸漬用の非溶媒中に混
合し得るように選択されるべきである。水が浸漬用非溶
媒である場合(これは、安価でありそして有効であるた
め好適である)、ドープ溶媒は、適切には、NMP、T
HF、DMAc、ピリジン、DMF、DMSOなど、或
はそれらの混合物である。最終硬化溶液中のポリイミド
の濃度は5〜35%のポリマーであるべきであり、これ
は、容易に注ぐことができ硬化させられるドープを与え
る。
用される溶媒(類)は、それらが浸漬用の非溶媒中に混
合し得るように選択されるべきである。水が浸漬用非溶
媒である場合(これは、安価でありそして有効であるた
め好適である)、ドープ溶媒は、適切には、NMP、T
HF、DMAc、ピリジン、DMF、DMSOなど、或
はそれらの混合物である。最終硬化溶液中のポリイミド
の濃度は5〜35%のポリマーであるべきであり、これ
は、容易に注ぐことができ硬化させられるドープを与え
る。
【0034】最終使用に関しては、該ポリイミドは、単
独でもしくは複合体としてフィルムまたは膜として、お
よび/または中空管または繊維に成型されてもよい。
独でもしくは複合体としてフィルムまたは膜として、お
よび/または中空管または繊維に成型されてもよい。
【0035】以下の実施例は本発明を制限することなく
説明するものである。
説明するものである。
【0036】
【実施例】実施例1
Dean−Starkトラップ、還流冷却器、機械的撹
拌機、および乾燥窒素ガスの導入管の備わった3,00
0mLの樹脂製の容器中に、約1,200mLのm−ク
レゾール、200mLのトルエン、および92.63g
(0.338モル)のAMPSを入れた。この溶液を加
熱して還流させそして共沸蒸留でDean−Stark
トラップ中に水を集めることによって乾燥した。この溶
液を約100℃に冷却した後150g(0.338モル
)の6FDAを、約150mLのピリジンと一緒に加え
た。この溶液を120℃で18時間保持し、この間にこ
の溶液は高粘度になった。更に、約150mLのトルエ
ンを加えた後、この溶液を再び加熱し4時間還流してイ
ミド化を行った。イミド化反応によって生じた水を共沸
蒸留でDean−Starkトラップ中に集めた。得ら
れる粘性のある溶液をメタノール中で沈澱させた後、真
空オーブン中80℃で数日間乾燥した。得られるポリイ
ミドはDMF中0.698dl/gのインヘレント粘度
(inherent viscosity)を有してい
た。
拌機、および乾燥窒素ガスの導入管の備わった3,00
0mLの樹脂製の容器中に、約1,200mLのm−ク
レゾール、200mLのトルエン、および92.63g
(0.338モル)のAMPSを入れた。この溶液を加
熱して還流させそして共沸蒸留でDean−Stark
トラップ中に水を集めることによって乾燥した。この溶
液を約100℃に冷却した後150g(0.338モル
)の6FDAを、約150mLのピリジンと一緒に加え
た。この溶液を120℃で18時間保持し、この間にこ
の溶液は高粘度になった。更に、約150mLのトルエ
ンを加えた後、この溶液を再び加熱し4時間還流してイ
ミド化を行った。イミド化反応によって生じた水を共沸
蒸留でDean−Starkトラップ中に集めた。得ら
れる粘性のある溶液をメタノール中で沈澱させた後、真
空オーブン中80℃で数日間乾燥した。得られるポリイ
ミドはDMF中0.698dl/gのインヘレント粘度
(inherent viscosity)を有してい
た。
【0037】実施例2
実施例1と同様に合成した6FDA/AMPSポリイミ
ドの15重量%溶液をNMP中で製造した。この溶液を
濾過し、キャスティングブレードを用いて厚さを350
μmにセットしてガラス板上に塗布した。この膜を対流
オーブン中に置き120℃で18時間加熱した。次に、
この乾燥した膜を水中でガラス板から離層させ、そして
真空オーブン中に置き、150℃で18時間加熱した。
ドの15重量%溶液をNMP中で製造した。この溶液を
濾過し、キャスティングブレードを用いて厚さを350
μmにセットしてガラス板上に塗布した。この膜を対流
オーブン中に置き120℃で18時間加熱した。次に、
この乾燥した膜を水中でガラス板から離層させ、そして
真空オーブン中に置き、150℃で18時間加熱した。
【0038】透過性および選択性(2種類のガスに対す
る膜の選択性は、興味のもたれているガスに対する膜の
透過性の比率として定義され、一般に、この比率は1よ
り大きい)を、実験室の装置中で測定したが、ここでは
、30%の二酸化炭素および70%のメタンから成る組
成を有する仕込みガスを、このガスの組成が一定のまま
であるような一定比率で、その膜の高圧(仕込み)側上
に約220psiaの圧力で吹き付けた。このガス混合
物に対する膜の浸透性は、排気されている公知の容積の
空気だめを、この膜を透過するガス(透過ガス)で充満
させることによって測定した。仕込みおよび透過ガスの
ガス組成を、ガスクロを用いて測定した。この空気だめ
中の圧力の上昇速度、ガス温度、膜の面積、膜の両側の
圧力の差、そして仕込みおよび透過ガスのガス組成を測
定することによって、この混合物の成分に対する膜の透
過性を理想気体法則を用いて計算した。ガス透過試験の
結果は表Iに含まれている。
る膜の選択性は、興味のもたれているガスに対する膜の
透過性の比率として定義され、一般に、この比率は1よ
り大きい)を、実験室の装置中で測定したが、ここでは
、30%の二酸化炭素および70%のメタンから成る組
成を有する仕込みガスを、このガスの組成が一定のまま
であるような一定比率で、その膜の高圧(仕込み)側上
に約220psiaの圧力で吹き付けた。このガス混合
物に対する膜の浸透性は、排気されている公知の容積の
空気だめを、この膜を透過するガス(透過ガス)で充満
させることによって測定した。仕込みおよび透過ガスの
ガス組成を、ガスクロを用いて測定した。この空気だめ
中の圧力の上昇速度、ガス温度、膜の面積、膜の両側の
圧力の差、そして仕込みおよび透過ガスのガス組成を測
定することによって、この混合物の成分に対する膜の透
過性を理想気体法則を用いて計算した。ガス透過試験の
結果は表Iに含まれている。
【0039】
実施例3(これは、本質的に実施例2の反復である)実
施例1と同様に合成した6−FDA/AMPSポリイミ
ドの15重量%溶液をNMP中で製造した。この溶液を
濾過し、キャスティングブレードを用いて厚さを350
μmにセットしてガラス板上に塗布した。この膜を対流
オーブン中に置き120℃で18時間加熱した。次に、
この乾燥した膜を水中でガラス板から離層させ、そして
真空オーブン中に置き、150℃で18時間加熱した。 二酸化炭素およびメタンに対する膜の透過性を実施例2
に記述したように測定した。ガス透過試験の結果は表I
に含まれている。
施例1と同様に合成した6−FDA/AMPSポリイミ
ドの15重量%溶液をNMP中で製造した。この溶液を
濾過し、キャスティングブレードを用いて厚さを350
μmにセットしてガラス板上に塗布した。この膜を対流
オーブン中に置き120℃で18時間加熱した。次に、
この乾燥した膜を水中でガラス板から離層させ、そして
真空オーブン中に置き、150℃で18時間加熱した。 二酸化炭素およびメタンに対する膜の透過性を実施例2
に記述したように測定した。ガス透過試験の結果は表I
に含まれている。
【0040】実施例4
実施例1と同様に合成した6−FDA/AMPSポリイ
ミドの15重量%溶液をNMP中で製造した。この溶液
を濾過し、キャスティングブレードを用いて厚さを35
0μmにセットしてガラス板上に塗布した。このフィル
ムを対流オーブン中に置き120℃で18時間加熱した
。次に、この乾燥した膜を水中でガラス板から離層させ
、そして真空オーブン中に置き、150℃で114時間
加熱した。二酸化炭素およびメタンに対する膜の透過性
を実施例2に記述したように測定した。ガス透過試験の
結果は表Iに含まれている。
ミドの15重量%溶液をNMP中で製造した。この溶液
を濾過し、キャスティングブレードを用いて厚さを35
0μmにセットしてガラス板上に塗布した。このフィル
ムを対流オーブン中に置き120℃で18時間加熱した
。次に、この乾燥した膜を水中でガラス板から離層させ
、そして真空オーブン中に置き、150℃で114時間
加熱した。二酸化炭素およびメタンに対する膜の透過性
を実施例2に記述したように測定した。ガス透過試験の
結果は表Iに含まれている。
【0041】
【表1】
表
I 実施例番号 二酸化炭素
二酸化炭素/メタン の膜
の透過性* の選択性
2 234
55.9 3
169 49
.1 4 178
44.0 * B
arrerで表わした透過性(Permeabilit
y inBarrers)= 10−10×cm3×c
m×cm−2×s−1×(cm Hg)−1実施例5 アセトン:DMF:マレイン酸(41:36:2重量)
から成る溶液中で、実施例1と同様にして製造し6FD
A/AMPSポリマーの23重量%溶液を、織ったナイ
ロン製の基材上に6ミルのナイフ間隔を用いてキャステ
ィングすることによって非対称膜を製造した。エアナイ
フを用いて周囲温度で4秒間蒸発させた後、0.1%の
Triton X−100界面活性剤(オクチルフェノ
キシポリエトキシエタノール)を含有している水浴中に
、この膜を裏地と一緒に浸した。凝固後、得られる非対
称膜を再循環浴中の脱イオン水で24時間洗浄した後、
2−プロパノール中に15分間浸漬することによって溶
媒交換乾燥し、続いてヘキサン中に15分間浸漬した。 次に、ヘキサンで湿っている膜を周囲温度で24時間乾
燥した。
I 実施例番号 二酸化炭素
二酸化炭素/メタン の膜
の透過性* の選択性
2 234
55.9 3
169 49
.1 4 178
44.0 * B
arrerで表わした透過性(Permeabilit
y inBarrers)= 10−10×cm3×c
m×cm−2×s−1×(cm Hg)−1実施例5 アセトン:DMF:マレイン酸(41:36:2重量)
から成る溶液中で、実施例1と同様にして製造し6FD
A/AMPSポリマーの23重量%溶液を、織ったナイ
ロン製の基材上に6ミルのナイフ間隔を用いてキャステ
ィングすることによって非対称膜を製造した。エアナイ
フを用いて周囲温度で4秒間蒸発させた後、0.1%の
Triton X−100界面活性剤(オクチルフェノ
キシポリエトキシエタノール)を含有している水浴中に
、この膜を裏地と一緒に浸した。凝固後、得られる非対
称膜を再循環浴中の脱イオン水で24時間洗浄した後、
2−プロパノール中に15分間浸漬することによって溶
媒交換乾燥し、続いてヘキサン中に15分間浸漬した。 次に、ヘキサンで湿っている膜を周囲温度で24時間乾
燥した。
【0042】この乾燥した膜を実験室の装置を用いてガ
ス浸透性に関して試験したが、ここでは、石鹸の泡を用
いたフローメーターで膜を透過するガスの流速を測定し
た。ガス混合物に対する膜のガス透過性を測定する場合
、膜の表面の仕込みガスの組成を一定に保つのに充分な
速度で、膜の1つの表面を横切って、高圧の仕込みガス
混合物(10%のCO2、90%のCH4;全圧1,0
00psig)を吹き付けた。透過するガスのガス組成
は、ガスクロを用いて測定した。この膜を透過するCH
4およびCO2の透過速度は、この膜を横切る全圧の差
、ガスクロで測定された仕込みおよび透過ガスの組成、
この膜の表面積および石鹸の泡を用いたフローメーター
で測定した全流速から計算した。純粋なCO2および純
粋なCH4に対するこの膜の透過性を、膜を仕込みガス
(100psigのCO2、或は300psigのCH
4)にさらすことから成る実験室の装置を用いて測定し
た。この透過ガスの流速は、石鹸の泡を用いたフローメ
ーターで測定した。この仕込みガスの透過速度は、膜を
横切る全圧の降下、膜の面積、および透過ガスの流速か
ら計算した。結果を表IIに示す。
ス浸透性に関して試験したが、ここでは、石鹸の泡を用
いたフローメーターで膜を透過するガスの流速を測定し
た。ガス混合物に対する膜のガス透過性を測定する場合
、膜の表面の仕込みガスの組成を一定に保つのに充分な
速度で、膜の1つの表面を横切って、高圧の仕込みガス
混合物(10%のCO2、90%のCH4;全圧1,0
00psig)を吹き付けた。透過するガスのガス組成
は、ガスクロを用いて測定した。この膜を透過するCH
4およびCO2の透過速度は、この膜を横切る全圧の差
、ガスクロで測定された仕込みおよび透過ガスの組成、
この膜の表面積および石鹸の泡を用いたフローメーター
で測定した全流速から計算した。純粋なCO2および純
粋なCH4に対するこの膜の透過性を、膜を仕込みガス
(100psigのCO2、或は300psigのCH
4)にさらすことから成る実験室の装置を用いて測定し
た。この透過ガスの流速は、石鹸の泡を用いたフローメ
ーターで測定した。この仕込みガスの透過速度は、膜を
横切る全圧の降下、膜の面積、および透過ガスの流速か
ら計算した。結果を表IIに示す。
【0043】実施例6
水浴中で凝固させた後、膜を30分間2−プロパノール
中に浸漬し、次に周囲温度で乾燥させる以外は実施例5
と同様にして、非対称膜を製造した。
中に浸漬し、次に周囲温度で乾燥させる以外は実施例5
と同様にして、非対称膜を製造した。
【0044】実施例5の装置およびガス混合物を用いて
、この乾燥した膜のガス透過性を試験した。結果を表I
Iに示す。
、この乾燥した膜のガス透過性を試験した。結果を表I
Iに示す。
【0045】実施例7
キャスティング溶液が、実施例1と同様にして製造した
6FDA/AMPSポリイミドを22.7%、NMPを
44.6%、THFを27.3%、ホルムアミドを3.
6%、およびマレイン酸を1.8%含有する以外は実施
例5と同様にして、非対称膜を製造した。5ミルのブレ
ード間隔を用いてこの溶液を織ったナイロン製の裏地上
にキャスティングした後、周囲温度でエアナイフを用い
て6分間蒸発させた。凝固、洗浄および膜の乾燥を実施
例5に記述したように行った。
6FDA/AMPSポリイミドを22.7%、NMPを
44.6%、THFを27.3%、ホルムアミドを3.
6%、およびマレイン酸を1.8%含有する以外は実施
例5と同様にして、非対称膜を製造した。5ミルのブレ
ード間隔を用いてこの溶液を織ったナイロン製の裏地上
にキャスティングした後、周囲温度でエアナイフを用い
て6分間蒸発させた。凝固、洗浄および膜の乾燥を実施
例5に記述したように行った。
【0046】この乾燥した膜のガス透過性を、純粋なガ
スを用いた実施例5の装置を使用して試験した。結果を
表IIに示す。
スを用いた実施例5の装置を使用して試験した。結果を
表IIに示す。
【0047】実施例8
実施例7の非対称膜をヘキサン中のアミノプロピル末端
を有するポリジメチルシロキサン5%溶液中に浸した後
、24時間空気乾燥した。
を有するポリジメチルシロキサン5%溶液中に浸した後
、24時間空気乾燥した。
【0048】この乾燥した膜のガス透過性を実施例5の
装置およびガス混合物を用いて試験した。結果を表II
に示す。
装置およびガス混合物を用いて試験した。結果を表II
に示す。
【0049】通常の技術を用いて本発明者らの新規なポ
リイミドから中空繊維が製造できる。以下の実施例9〜
11は実際に行ったものではないが、このような中空繊
維製造のための方法を提供している。
リイミドから中空繊維が製造できる。以下の実施例9〜
11は実際に行ったものではないが、このような中空繊
維製造のための方法を提供している。
【0050】実施例9
裏地材料上にフラットなシートとしてキャスティングす
る代わりに筒状のダイスを用いる以外は実施例5のキャ
スティング溶液を用いて、中空繊維の非対称膜が製造さ
れる。この非対称膜がフラットなシートの形ではなくて
中空繊維を有する以外は実施例5に記述したのと同様に
して、蒸発、凝固および溶媒交換乾燥を行う。
る代わりに筒状のダイスを用いる以外は実施例5のキャ
スティング溶液を用いて、中空繊維の非対称膜が製造さ
れる。この非対称膜がフラットなシートの形ではなくて
中空繊維を有する以外は実施例5に記述したのと同様に
して、蒸発、凝固および溶媒交換乾燥を行う。
【0051】実施例10
裏地材料上にフラットなシートとしてキャスティングす
る代わりに筒状のダイスを用いる以外は実施例5のキャ
スティング溶液を用いて、中空繊維の非対称膜が製造さ
れる。この非対称膜がフラットなシートの形ではなくて
中空繊維を有する以外は実施例6に記述したのと同様に
して、蒸発、凝固および溶媒交換乾燥を行う。
る代わりに筒状のダイスを用いる以外は実施例5のキャ
スティング溶液を用いて、中空繊維の非対称膜が製造さ
れる。この非対称膜がフラットなシートの形ではなくて
中空繊維を有する以外は実施例6に記述したのと同様に
して、蒸発、凝固および溶媒交換乾燥を行う。
【0052】実施例11
裏地材料上にフラットなシートとしてキャスティングす
る代わりに筒状のダイスを用いる以外は実施例7のキャ
スティング溶液を用いて、中空繊維の非対称膜が製造さ
れる。この非対称膜がフラットなシートの形ではなくて
中空繊維を有する以外は実施例7に記述したのと同様に
して、蒸発、凝固および溶媒交換乾燥を行う。
る代わりに筒状のダイスを用いる以外は実施例7のキャ
スティング溶液を用いて、中空繊維の非対称膜が製造さ
れる。この非対称膜がフラットなシートの形ではなくて
中空繊維を有する以外は実施例7に記述したのと同様に
して、蒸発、凝固および溶媒交換乾燥を行う。
【0053】実施例12
アセトン中の、実施例1と同様にして製造した6FDA
/AMPSの2.5重量%溶液中にポリエーテルイミド
(UltemTM)の多孔基質を浸漬塗布した後、この
アセトンを除去するため空気乾燥することによって、複
合膜を製造した。この多孔支持体は、26%のUlte
mTM、64%のNMP、および10%のTHFを含有
する溶液を織ったナイロン製支持体上にキャスティング
し、そして得られるフィルムを、0.1%のTrito
n X−100界面活性剤を含有する水中で凝固させた
後、空気乾燥することによって製造した。
/AMPSの2.5重量%溶液中にポリエーテルイミド
(UltemTM)の多孔基質を浸漬塗布した後、この
アセトンを除去するため空気乾燥することによって、複
合膜を製造した。この多孔支持体は、26%のUlte
mTM、64%のNMP、および10%のTHFを含有
する溶液を織ったナイロン製支持体上にキャスティング
し、そして得られるフィルムを、0.1%のTrito
n X−100界面活性剤を含有する水中で凝固させた
後、空気乾燥することによって製造した。
【0054】この複合膜のガス透過性を、純粋なガスを
使用した実施例5の装置を用いて試験した。結果を表I
Iに示す。
使用した実施例5の装置を用いて試験した。結果を表I
Iに示す。
【0055】
【表2】
表 II
実施例番号 二酸化炭素 二
酸化炭素/メタン の膜 の
透過性* の選択性
5 22(a)
30(a) 5
11(b)
12(b) 6
5.7(b) 25(b)
7 160(a)
14(a) 8
19(b) 1
9(b) 12 6
(a) 19(a)
* (フイート)3×(フイート)−2×(時
)−1×(100psi)−1 で表わした透過性 (a)純粋ガスの条件:周囲温度で100psigのC
O2、300psigのCH4 (b)混合ガスの条件:1,000psiの周囲温度で
10容積%のCO2/90容積%のCH4特に明記され
ていない限りパーセントは重量である。
実施例番号 二酸化炭素 二
酸化炭素/メタン の膜 の
透過性* の選択性
5 22(a)
30(a) 5
11(b)
12(b) 6
5.7(b) 25(b)
7 160(a)
14(a) 8
19(b) 1
9(b) 12 6
(a) 19(a)
* (フイート)3×(フイート)−2×(時
)−1×(100psi)−1 で表わした透過性 (a)純粋ガスの条件:周囲温度で100psigのC
O2、300psigのCH4 (b)混合ガスの条件:1,000psiの周囲温度で
10容積%のCO2/90容積%のCH4特に明記され
ていない限りパーセントは重量である。
Claims (25)
- 【請求項1】 繰り返し構造−N=(K)=N−(Q
)−[式中、(K)は 【化1】 であり、(Q)は 【化2】 であり、そしてRおよびR’は、独立してHまたはC1
−4アルキルである]を有するポリイミド。 - 【請求項2】 RおよびR’が2、8位のメチルであ
る請求項1記載のポリイミド。 - 【請求項3】 不活性溶媒中、4,4’−(ヘキサフ
ルオロイソプロピリデン)−ビス−(無水フタル酸)と
、式 【化3】 [式中、RおよびR’は、独立してHまたはC1−4ア
ルキルである]のジアミノジフェニレンスルホンとを反
応させることから成るポリイミドの製造方法。 - 【請求項4】 該ジアミノフェニレンスルホンが3,
7−ジアミノ−2,8−ジメチルジフェニレンスルホン
である請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 該溶媒が、m−クレゾール、p−メト
キシフェノール、フェノール、N,N−ジメチル−アセ
トアミド、N−メチル−2−ピロリジノン、テトラヒド
ロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン、
ジメチルスルホキサイド、またはそれらの混合物から成
る群から選択される請求項3記載の方法。 - 【請求項6】 該溶媒がm−クレゾールである請求項
4記載の方法。 - 【請求項7】 該溶媒がフェノールである請求項5記
載の方法。 - 【請求項8】 繰り返し構造−N=(K)=N−(Q
)−[式中、(K)は 【化4】 であり、(Q)は 【化5】 であり、そしてRおよびR’は、独立してHまたはC1
−4アルキルである]のポリイミドから成る膜。 - 【請求項9】 Qが 【化6】 である請求項8記載の膜。
- 【請求項10】 相反転キヤステイング(phase
inversion casting)によって製造
される請求項8記載の膜から成る非対称膜。 - 【請求項11】 該膜が中空繊維である請求項10記
載の膜。 - 【請求項12】 相反転キヤステイングによって製造
される請求項9記載の膜から成る非対称膜。 - 【請求項13】 アミノプロピル末端を有するポリジ
メチルシロキサンで被覆した請求項8、9、10、11
または12記載の膜。 - 【請求項14】 該膜が中空繊維である請求項12記
載の膜。 - 【請求項15】 請求項8の膜を用いてガスの混合物
を分離する方法。 - 【請求項16】 請求項12の非対称膜を用いてガス
の混合物を分離する方法。 - 【請求項17】 該ガス混合物がCO2を含む請求項
15記載の方法。 - 【請求項18】 該ガス混合物がCO2を含む請求項
16記載の方法。 - 【請求項19】 アミノプロピル末端を有するポリジ
メチルシロキサンで被覆された膜(この膜は、本質的に
、繰り返し構造−N=(K)=N−(Q)−[式中、(
K)は 【化7】 であり、(Q)は 【化8】 であり、そしてRおよびR’は、独立してHまたはC1
−4アルキルである]を有するポリイミドから成ってい
る)を用いてガスの混合物を分離する方法。 - 【請求項20】 該膜が、−N=(K)=N−(Q)
−、[式中、(K)は 【化9】 であり、(Q)は 【化10】 であり、そしてRおよびR’は、独立してHまたはC1
−4アルキルである]の繰り返し単位構造を有するポリ
イミドから成ることを特徴とする、ガス透過モジュール
、上記モジュールに連結しているガスの入り口およびガ
スの出口、並びに該入り口と該出口との間のセルを分割
している半透膜を含むガス分離装置。 - 【請求項21】 RおよびR’が独立してHまたはC
1−4アルキルであり、該ポリイミド中のRおよびR’
が2、8位のメチルである請求項20記載の装置。 - 【請求項22】 該膜が非対称膜である請求項20記
載の装置。 - 【請求項23】 該非対称膜が中空繊維の形状である
請求項22記載の装置。 - 【請求項24】 該膜が非対称膜である請求項21記
載の装置。 - 【請求項25】 該非対称膜が中空繊維の形状である
請求項24記載の装置。
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|---|---|---|---|
| US497045 | 1990-03-21 | ||
| US07/497,045 US5042992A (en) | 1990-03-21 | 1990-03-21 | Gas separation material |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04222832A true JPH04222832A (ja) | 1992-08-12 |
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|---|---|
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| JP (1) | JPH04222832A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 1991-03-21 AU AU73613/91A patent/AU628774B2/en not_active Ceased
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