JPH0536093B2 - - Google Patents

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JPH0536093B2
JPH0536093B2 JP6054183A JP6054183A JPH0536093B2 JP H0536093 B2 JPH0536093 B2 JP H0536093B2 JP 6054183 A JP6054183 A JP 6054183A JP 6054183 A JP6054183 A JP 6054183A JP H0536093 B2 JPH0536093 B2 JP H0536093B2
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JP
Japan
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group
atom
membrane
component
gas
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JP6054183A
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English (en)
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JPS59186602A (ja
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Munehisa Okada
Yoshiteru Kobayashi
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Industries Ltd
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Publication date
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体分離膜に関する。詳しくは不飽和
基を有するエチレン系重合体に反応性基を有する
ケイ素化合物を付加し、そのまま或いは架橋剤を
用いて架橋し膜の機械的強度および気体の分離性
能を改良した気体分離膜に関する。
気体分離膜には気体に対する高い分離率と大き
い透過速度が要求される。この様な性能を満足す
る為には、実質的に分離能を有する膜層は可能な
限り薄くする必要がある。ところが過度に膜厚を
薄くしようとすれば、遂には欠陥を生じ分離能が
失われてしまう。従つて膜厚を薄くしてゆく為に
は、膜材料の機械的強度を増大させるか又は多孔
質の層に保持・強化する方法が考えられる。ここ
で多孔質の層に保持強化する方法は種々考案され
ている。例えば多孔層の上に、別途製膜した薄膜
を重ね合わせる方法、表皮層と多孔層が共存する
異方性膜を一度に製膜する方法、多孔質膜の上に
種々の方法によりモノマーから直接重合等を行
い、薄膜を製膜するか、あるいはポリマーの溶液
を被覆した後で溶媒を蒸発させて薄膜を製膜する
などの方法がある。
本発明者等は、以上の方法に適した高分子材料
について鋭意検討した結果、不飽和基を有するエ
チレン系重合体に反応性基を有するケイ素化合物
を付加し、そのまま或いは架橋剤を用いて架橋す
ることにより、得られた膜の強度は増大し、しか
も分離性能の高い膜が得られることを見い出し、
本発明に到達した。即ち、本発明の要旨は下記一
般式(1)で表わされる構造単位 (式中、R1、R2およびR3は水素原子、ハロゲ
ン原子、アルキル基またはフエニル基を表わし互
いに同一でも異つていてもよい。)を10モル%以
上含むエチレン系重合体に加水分解性の原子又は
原子団を有するケイ素化合物を付加後そのまま或
いは架橋剤で処理した後得られる高分子材料を主
成分とする気体分離膜に存する。
本発明を詳細に説明するに、前示一般式(1)で示
される構造単位を1モル以上含むエチレン系重合
体(以下においてこれを成分Aと称する)として
は液状でも固体状であつてもよく、前示一般式(1)
の構造単位を10モル%以上含み、有機溶媒に可溶
であることが望ましい。ここで構造単位(1)の割合
が10モル%未満では、後述のケイ素化合物の付加
量が少なくなり、従つてその後の架橋効果の度合
が小さくなつて機械的強度の低下をきたすので不
利である。更には気体分離性能の著しい低下も起
こる。成分Aの具体例としては、1,2−ポリブ
タジエンが好適に用いられる。
加水分解性の原子又は原子団を有するケイ素化
合物(以下において、これを成分Bと称する)と
しては、成分Aと付加反応できる必要がある。従
つて一般にはケイ素上に水素を有するヒドロシラ
ン類又はシアノ基を有するシアノシラン類が挙げ
られる。このようなケイ素化合物は30℃以上の加
熱下、無触媒で、或いは白金、ロジウム、コバル
ト等の金属、又は過酸化物等の触媒を使用するこ
とにより、ヒドロシリル化又はシアノシリル化反
応で成分Aの不飽和結合に付加できる。更に成分
B上には加水分解し得る原子又は原子団が存在す
る必要があるが、このような原子又は原子団とし
ては、水酸基、アミノ基、アルコキシ基、アシロ
キシ基、メルカプト基、アシル基、シアノ基、エ
ポキシ基、水素原子またはハロゲン原子が挙げら
れる。成分Bのケイ素化合物は上記の官能基を有
する必要があるが、ケイ素原子が2個以上の鎖状
又は環状のポリシランであつてもよいし、又はシ
ロキサン結合を有していてもよく、或いは数種類
の混合物であつてもよい。しかし成分Bは適当な
有機溶媒に可溶であつて、分子量が1000以下であ
ることが好ましい。
成分Bの具体例としては、ジメチルクロロシラ
ン、ジクロロメチルシラン、トリクロロシラン、
トリブロモシラン、テトラメチルクロロジシラ
ン、テトラクロロシクロテトラシロキサン等のハ
ロゲン化ケイ素化合物、トリエトキシシラン、ト
リメトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、メ
チルエトキシシラン、テトラメトキシジシラン、
フエニルジメトキシシラン、ジフエニルメトキシ
シアノシラン等のアルコキシシラン、ビスジメチ
ルアミノメチルシラン、ジメチルアミノメチルク
ロロシラン、ジメチルアミノジメチルシラン等の
アミノシラン、アセトキシジメチルシラン、メチ
ルジアセトキシシラン、フエニルメチルアセトキ
シシラン等のアセトキシシラン、ジメチルシリル
メチルメルカプタン、ジエチルシリルメチルメル
カプタン等のメルカプトシラン、ジメチルアシル
シラン、ジエチルアシルシラン等のアシルシラン
が挙げられるが、これらは1種又はそれ以上の混
合物として用いることができる。
成分Aと成分Bとの間の付加反応0℃以上、好
ましくは30〜300℃の温度で、無溶媒下又は適当
な有機溶媒中で行なうことができる。このような
反応に適する有機溶媒としては、ヘキサン、ヘプ
タン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベン
ゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、
クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、ジ
クロロベンゼン、ブロモホルム等のハロゲン化炭
化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラ
ン、ジブチルエーテル等のエーテル類が挙げられ
る。また成分Bは成分Aの不飽和結合1モル当量
に対して0.5モル以上、好ましくは1〜100モル使
用して、なおかつ不活性ガス中で反応を行なうの
が好ましい。なぜなら、空気中の水分で水酸基が
ケイ素上に導入され、さらに他のアミノ基、ハロ
ゲン、水酸基、アシル基、メルカプト基等を有す
るケイ素置換基又は未反応ケイ素化合物と縮合し
て架橋反応が進行するからである。
上記の如くして得られたケイ素化合物の付加物
は未反応の成分Bを含んだまま、或いは未反応の
成分Bおよび溶媒等の揮発成分を除去した後、適
当な有機溶媒に溶解してから製膜に供することが
できる。製膜は該反応混合物の溶液をガラス板等
の平板上に適当な厚さになるように流延するか、
又は適当な多孔質支持膜上に塗布又は浸漬する方
法等があるが、その方法は限定しない。但し、い
ずれの方法をとるにしても、反応生成物の架橋を
促進させて膜強度及び気体分離性能の向上を図る
ためには0℃以上好ましくは室温〜100℃で0.1時
間以上、好ましくは1〜24時間空気中に放置する
か、或いは水蒸気と接触させることが好ましく、
更に望むならば30℃以上、好ましくは50〜300℃
の温度で熱処理することもできる。
以上の方法によつて得られる膜はこのままでも
気体分離能を有しているが、更に気体の透過性能
を向上させるために、前記膜材料を架橋剤で処理
して後製膜してもよい。このような処理により、
一般に気体透過能が大きいことが知られている物
質例えばポリシロキサンを前記膜材料に導入しう
る。例えば、上記成分Aへの成分Bの付加反応物
に、成分B上に存在する反応性基又はその加水分
解によつて得られた水酸基と付加又は縮合反応し
得る2以上の官能基を有するポリシロキサンを加
えて架橋反応せしめ、気体分離膜の材料とするも
のである。このようなポリシロキサンの構造およ
び分子量は特に限定しないが、構造は鎖状、環
状、網目状いずれでもよく、有機溶媒であること
が望しい。また分子量は数平均分子量で200以上
が適している。
このようなポリシロキサンとしては、α,ω−
ジヒドロキシポリジメチルシロキサン、α,ω−
ジヒドロキシポリメチルフエニルシロキサン、
α,ω−ジアミノポリジメチルシロキサン、α,
ω−ジグリシジルポリジメチルシロキサン、α,
ω−ジアセトキシポリジメチルシロキサン、α,
ω−ジメトキシポリジメチルシロキサン等の線状
ポリシロキサン、シクロポリメチルメトキシシロ
キサン、シクロポリジメトキシポリシロキサン等
の環状ポリシロキサンが挙げられる。
前示2種以上の官能基を有するポリシロキサン
(以下において、これを架橋剤ポリシロキサンと
称する)を架橋剤として使用する反応は無溶媒下
又は適当な有機溶媒の存在下に行なうことができ
るが、有機溶媒を用いた溶液状態で行なうことが
好ましいい。これらの架橋反応は、成分A、成分
Bおよび架橋剤ポリシロキサンの種類又は反応温
度等によつて適宜の方法で行なわれるが、空気
中、水分の存在下、或いは適当な触媒の存在下に
行なつてもよい。また架橋剤ポリシロキサンの使
用量は成分Aと成分Bの付加物1重量部に対して
0.1〜2重量部が好ましい。更に架橋剤ポリシロ
キサン上の官能基は2以上であれば同一でも異つ
ていてもよく、又官能基の置換位置も特に限定は
しないが、架橋反応の容易さの点では互いに両末
端のような離れた位置にあることが望ましい。こ
のような架橋剤ポリシロキサン上の官能基は、成
分Aへの成分Bの付加反応物の反応性基と付加又
は縮合反応し得るものであれば特に限定はしない
が、例えば前記成分B上の加水分解性原子又は原
子団を挙げることができる。
上記のように架橋剤で処理された膜材料は反応
混合物のまま、或いは揮発性成分、その他溶媒不
溶部を除去した後、適当な有機溶媒の溶液として
前記成分Aと成分Bの付加反応物と同様に、その
まま又は多孔質膜上に製膜することができる。
本発明の膜は気体特に酸素、窒素、炭酸ガス、
一酸化炭素、水素、ヘリウム、メタン、アルゴン
の少くとも一つの気体を含有する気体混合物を互
いに分離する為に使用することが出来る。
例えば、酸素富化空気の製造に於ける窒素と酸
素の分離、天然ガスからのヘリウムの回収に於け
るメタンとヘリウムの分離、水添反応排ガスから
の水素の回収に於けるアルゴンと水素、メタンと
水素、窒素と水素の分離、クラツキングガス中の
水素の回収に於ける一酸化炭素と水素の分離、燃
焼ガスからの二酸化炭素の回収に於ける二酸化炭
素と窒素の分離等に応用出来る。
次に実施例により本発明の内容を説明するが本
発明の内容は実施例のみに限定されるものではな
い。
参考例 1 乾燥窒素置換した200ml3つ口フラスコに日本
曹達社製の1,2−ポリブタジエン〔数平均分子
量2000±200、Nisso PBB−2000(商標)6.87g
を仕入み、200℃に加熱した。次いでトリエトキ
シシラン37gおよびジ−t−ブチルペルオキシド
2.06gの混合物を滴下ロートから、攪拌下に徐々
に滴下した。30分間で滴下終了後、フラスコを
120℃に昇温し15時間、加熱・攪拌を継続した。
次いで、反応混合物を減圧下に室温で処理するこ
とにより、未反応のトリエトキシシラン及び揮発
性成分を除去したところ、10.73gの黄色液状物
が得られ、液状ゴム1重量部に対して0.56重量部
トリエトキシシランが付加したことが判る。得ら
れた付加物に乾燥トルエンを加えて27.8重量%の
溶液として窒素下に保存し、以下の気体分離膜の
製膜溶液として使用した。
実施例 1 参考例1で得られた、トリエトキシシラン付加
物のトルエン溶液を1200μの厚さにガラス板上に
流延し、空気中に室温下で1晩放置し乾燥してゴ
ム状の膜を得た。得られた膜を透過試験装置上に
装着し、各種気体の透過特性を以下のように測定
した。即ち、測定装着としては限外過用装置
〔米国アミコン(Amicon)社製、52型〕を用い、
膜を装着した後、膜の上面に所定ガスを1.0Kg/
cm2ゲージ圧の圧力で加圧し、膜の下面をガスビユ
ーレツトに接続し、25℃、一定時間に膜を透過す
るガス量を測定し、ガス量を測定し、ガス透過性
を求めた。各種気体の気体透過速度はRで表わ
し、又単位はc.c.(STP)/cm2・sec・cmHgであり
以後単位は省略して表示する。また気体の選択分
離性は透過速度の比で表わす。
本実施例の膜の気体の透過性能は RO2=9.3×10-3 RN2=2.0×10-3 RO2/RN2=4.7 であつた。
比較例 1 市販のミリポアフイルター(商品名)VSWP
(平均孔径0.025μ)の気体透過速度Rを実施例1
と同様にして測定した。結果は以下に示す。
RN2=1.8×10-2 RO2=1.7×10-2 RO2/RN2=0.9 RCO2=1.4×10-2 RCO2/RN2=0.8 RH2=4.2×10-2 RH2/RN2=2.3 実施例 2 参考例1で得られたトルエン溶液中に、市販の
ミリポアフイルター(商品名)VSWP(平均孔径
0.025μ)を窒素下に2分間浸漬して後、空気中で
風乾して溶媒を除去した。この膜を透過試験装置
に装着して実施例1と同様にして各種の気体の透
過速度Rを測定した。結果は以下に示す。
RN2=6.5×10-7 RO2=3.3×10-6 RO2/RN2=5.1 RCO2=1.4×10-5 RCO2/RN2=21.5 RH2=1.4×10-5 RH2/RN2=21.5 比較例1から判るように、窒素に対しては酸
素、二酸化炭素、水素の全てに選択性があるが、
特に二酸化炭素の選択性が大きい。
実施例 3 参考例1で得られたトリエトキシラン付加物の
27.8重量%のトルエン溶液3.8g、α,ω−ジヒ
ドロキシジメチルポリシロキサン(チツソ SP
開発部PS−195)0.3gおよび縮合反応触媒とし
てジブチルスズジラウレート0.05gを室温下に空
気中で20分間攪拌して均一溶液を得た。次いで、
得られた均一溶液を、1000μの厚さにガラス板上
に流延し、室温下に1晩放置して乾燥した。得ら
れた膜を透過試験装置に装着し、実施例1と同様
にして気体の透過速度Rを測定した。結果は以下
に示す、 RN2=2.4×10-7 RO2=1.2×10-6 RO2/RN2=5.0

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 下記一般式で表わされる構造単位 (式中、R1、R2およびR3は水素原子、ハロゲ
    ン原子、アルキル基またはフエニル基を表わし互
    いに同一でも異つていてもよい。)を10モル%以
    上含むエチレン系重合体に加水分解性の原子又は
    原子団を有するケイ素化合物を付加後そのまま、
    或いは架橋剤で処理した後得られる高分子材料を
    主成分とする気体分離膜。 2 加水分解性の原子又は原子団が、水酸基、ア
    ミノ基、アシロキシ基、アルコキシ基、メルカプ
    ト基、アシル基、シアノ基、エポキシ基、水素原
    子またはハロゲン原子である特許請求の範囲第1
    項記載の気体分解膜。 3 架橋剤が加水分解性の原子又は原子団と付加
    又は縮合反応し得る2以上の官能基を有するポリ
    シロキサンである特許請求の範囲第1項記載の気
    体分離膜。
JP6054183A 1983-04-06 1983-04-06 気体分離膜 Granted JPS59186602A (ja)

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EP0256530B1 (en) * 1986-08-14 1991-04-10 Toray Industries, Inc. Gas separation membrane
JP6863394B2 (ja) * 2017-01-30 2021-04-21 信越化学工業株式会社 室温硬化性シラン含有樹脂組成物、腐食防止用コーティング剤及び実装回路基板並びに電気・電子部品の腐食性ガスに対する腐食防止方法
JP6965787B2 (ja) * 2018-02-20 2021-11-10 信越化学工業株式会社 ゴム用配合剤およびゴム組成物

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