JPH0560974B2 - - Google Patents

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JPH0560974B2
JPH0560974B2 JP22036687A JP22036687A JPH0560974B2 JP H0560974 B2 JPH0560974 B2 JP H0560974B2 JP 22036687 A JP22036687 A JP 22036687A JP 22036687 A JP22036687 A JP 22036687A JP H0560974 B2 JPH0560974 B2 JP H0560974B2
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JP
Japan
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polyurethane
membrane
film
diisocyanate
oxygen
Prior art date
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JP22036687A
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English (en)
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JPS6463022A (en
Inventor
Zenzo Morita
Satoshi Shinozaki
Shigeru Shimada
Shinjiro Hama
Ario Kanekawa
Junji Arakane
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Hodogaya Chemical Co Ltd
Original Assignee
Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Hodogaya Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Polyurethane Industry Co Ltd, Hodogaya Chemical Co Ltd filed Critical Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
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Publication of JPS6463022A publication Critical patent/JPS6463022A/ja
Publication of JPH0560974B2 publication Critical patent/JPH0560974B2/ja
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明はセグメント化ポリウレタンより成れる
透過による気体の分離膜に関する。更に詳しくは
本発明は空気中の酸素を濃縮富化するのに好適な
酸素透過率(以下PO2にて表わす)が比較的大き
く、また酸素と窒素との透過比すなわち選択率α
=PO2/PN2(ここでPN2は窒素透過率である)
が大きいセグメント化ポリウレタン気体分離膜お
よびその製法に関する。 〔従来技術とその問題点〕 空気中の酸素を濃縮する技術は酸素富化と称せ
られ、これには古くから種々の方法が提唱された
が現在では高分子膜による方法が最も一般的であ
る。酸素富化による利点としては燃焼工学におけ
る熱効率の向上と省エネルギー化、また医療その
他多くの産業方面への応用が期待される。近年燃
焼用として酸素濃度30%、また医療用として40%
の空気を得ることのできる酸素富化膜の開発が要
望されている。 好適な酸素富化膜としては、 1 酸素透過率(PO2)が大きい 2 特に選択率(α)すなわち(PO2/PN2)が
大きい 3 薄膜化が可能である 4 膜を集積したモジユール開発が可能等が要求
される。 一般の高分子膜は、酸素透過率の増加に伴い選
択率は減少する傾向があるが、PO2>1×10-8cm2
(STP)cm/cm2・S・cmHgでかつα>3.0の透過
選択性を有する膜の提供が所望されている。しか
し現在最も多く利用されているポリジメチルシロ
キサン(シリコーン)膜はPO2=3.52×10-8cm2
(STP)cm/cm2・S・cmHgでα=1.94である。 ポリウレタンはシリコーント同様にPO2および
αが比較的大きく、またシリコーンよりも膜強度
が大きく、接着加工などが容易であるためモジユ
ール化でのメリツトがある等の利点を備えてい
る。 ポリウレタンの気体透過に関しては、1979年に
J.S.マツクブリツジ等によるポリウレタンセグメ
ントの拡散に関する研究(J.S.マツクブリツジ
等、J.Applied Polymer Science,第23巻、201
頁1979年)が報告されている。近年では、M.ペ
ゴラロ等によるポリプロピレングリコール等を構
成成分とするポリウレタン膜の各種気体の透過性
に関する研究(M.ペゴラロら、J.Membrane
Science,第27巻、203頁、1986年)、特開昭58−
14926におけるジメチルシロキサンとウレタンと
の共重合体膜、特開昭59−213405における芳香族
を含むポリオールを原料とするポリウレタン膜等
が報告されている。しかしこれらの文献には気体
の透過機構について特に解明されたものが見当ら
ない。またこれらに記載の膜の透過率および選択
率はいずれも実用可能な値に達していない。 従つて酸素富化膜として実用化された例は先に
示したポリジメチルシロキサン膜を含め極めて僅
かであると言わざるを得ない。 本願発明者らはポリウレタン膜について、実使
用可能なPO2≒1×10-9cm2(STP)cm/cm2・S・
cmHg、α>2の酸素富化膜を見出すべく鋭意研
究の結果、セグメント化ポリウレタンを熱処理す
ることにより、選択率が大きく、しかも、酸素透
過率が比較的大きい気体分離膜が得られることを
見出した。セグメント化ポリウレタンは、熱処理
により、ソフトセグメントとハードセグメントと
の再構成が行われ、これが選択率を高めて気体分
離性能の向上に関与するものと思われ、本発明は
この知見に基づいてなされたものである。 〔問題解決の手段〕 本発明は、 (a) 可撓性鎖からなるマクロポリオールおよび/
またはマクロポリアミン、 (b) 有機ジイソシアネート、 (c) 分子量が350以下の脂肪族および/または脂
環族多官能性活性水素化合物 から得られるセグメント化ポリウレタンを150℃
〜200℃の温度で5分以上熱処理してなる気体分
離膜 である。本発明はまた (a) 可撓性鎖からなるマクロポリオールおよび/
またはマクロポリアミン、 (b) 有機ジイソシアネート、 (c) 分子量が350以下の脂肪族および/または脂
環族多官能性活性水素化合物 から得られるセグメント化ポリウレタン膜を150
℃〜200℃の温度で5分以上熱処理することを特
徴とする気体分離膜の製造方法、 をも包含する。 本発明で使用するセグメント化ポリウレタン素
材はソフトセグメントとハードセグメントとのミ
クロ相構造を有するポリウレタンであり、これは
次の3種の成分から製造されるマルチランダムブ
ロツク共重合体である。 (1) 可撓性鎖からなるマクロポリオールおよび/
またはマクロポリアミン、 (2) 有機ジイソシアネート、 (3) 低分子量の多官能性活性水素化合物 上記(1)の成分としては例へばポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、グリセリン
を開始剤とするポリ(オキシプロピレン)、ポリ
(オキシエチレン・オキシプロピレン)、ポリ(オ
キシテトラメチレン)等のポリウレタン工業で公
知のポリエーテルポリオール、ポリエチレンアジ
ペート、ポリジエチレンアジペート、ポリブチレ
ンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、
ポリエチレンサクシネート、ポリヘキサメチレン
セバケート等のポリウレタン工業で公知の多価ア
ルコールとポリカルボン酸との重縮合によつて得
られるポリエステルポリオール、多価アルコール
を開始剤とし、γ−ブチロラクトン、ε−カプロ
ラクトン、ζ−エナントラクトン等のラクトンの
開環重合によつて得られポリウレタン工業で公知
なるラクトン系ポリオール、多価アルコールとジ
フエニルカーボネート、ジプロピルカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネー
トの重縮合によつて得られるポリウレタン工業で
公知のポリカーボネートポリオール、ポリブタジ
エンポリオールおよびポリオレフインポリオール
のようなポリウレタン工業で公知の炭化水素鎖ポ
リオール、末端にアミノ基を有するポリ(オキシ
プロピレン)のようなポリウレタン工業で公知の
マクロポリアミン等が挙げられる。また上記のポ
リオールや特公昭47−47597に述べられているよ
うな重合体グラフトポリオールと上記ポリオール
との混合物も使用できる。 上記(2)の成分としては脂肪族、脂環式脂肪族、
芳香族置換脂肪族、芳香族又は複素環式ジイソシ
アネート類、例えばヘキサメチレン−1,6−ジ
イソシアネート、2,2,4−又は2,2,6−
トリメチルヘキサメチレン−1,6−ジイソシア
ネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメ
チル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン、
ジシクロヘキシルメタン−4,4′−ジイソシアネ
ート、シクロヘキシレン−1,4−ジイソシアネ
ート、キシリレン−1,3−又は−1,4−ジイ
ソシアネート、トリレン−2,4−又は−2,6
−ジイソシアネート、ジフエニルメタン−4,
4′−又は−2,4′−ジイソシアネート、ナフチレ
ン−1,5−ジイソシアネート、N,N′−ビス
(ω−イソシアナトプロピル)オキサジアジント
リオン等のポリウレタン工業で公知のジイソシア
ネートが挙げられる。これらは、単独又は2種以
上の混合物としても使用できる。 上記(3)の成分としては、分子量が350以下の多
官能性活性水素化合物、好ましくは、2官能性の
活性水素化合物である。例えばエチレングリコー
ル、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサン
ジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパン
ジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール
のようなグリコール類、メチルジエタノールアミ
ン、モノエタノールアミンのようなアミノアルコ
ール類、1,6−ヘキサンジアミン、2,2,4
−又は2,2,6−トリメチルヘキサメチレン−
1,6−ジアミン、1−アミノ−3,3,5−ト
リメチル−5−アミノメチルシクロヘキサン、ジ
シクロヘキシルメタン−4,4′−ジアミンのよう
なジアミン類が挙げられる。これらは単独にて或
は2種以上の混合物としても使用できる。 本発明に使用するセグメント化ポリウレタン素
材は、直鎖状あるいはいくぶん架橋された構造を
もつものである。この場合の架橋構造の導入は3
官能性以上のポリオール、ポリアミンおよび(ま
たは)ポリイソシアネートを併用するか、重合時
あるいは重合後にイソシアネートの多官能反応、
例えばイソシアヌレート化、ビウレツト化、アロ
フアネート化、ウレトンイミノ化等によつて行う
ことができる。これらは塊状重合あるいは溶液重
合等のポリウレタン工業で公知な方法で製造でき
る。 また本発明に使用できるセグメント化ポリウレ
タン素材としては、末端クロロフオーメート化マ
クロポリオールとジアミンとの重縮合によるよう
な有機ジイソシアネートを用いない方法で製造さ
れるものも例示できる。前記マクロポリオール及
びジアミンは既述したようなものである。しかし
セグメント化ポリウレタン素材としては合成の容
易さから有機ジイソシアネートを原料成分とする
ものが特に好ましい。 本発明におけるセグメント化ポリウレタン素材
膜は溶融押出成形、溶液キヤスト成形、粉体成
形、エマルジヨンキヤスト成形等の公知の膜形成
技術によつて製造できる。 本発明の熱処理は上記セグメント化ポリウレタ
ン素材の塊状物を対向する2枚の熱板に挟み、圧
縮して膜を形成すると同時に行うか或は前記の如
くして予め製造した素材膜を、前記熱板圧縮方法
で加熱することによつて行うことができる。熱処
理はまた膜状物をオーブンや高周波加熱装置中に
一定時間滞留させることによつても行うことがで
きる。加熱条件はセグメント化ポリウレタン素材
膜の組成や膜厚、加熱方法によつて異なるが、ハ
ードセグメントとソフトセグメントとからなるミ
クロ相構造の再構成が効率よく行われる150〜200
℃の温度、5分以上の滞留時間が好ましい。長時
間の熱処理は、ポリウレタン膜を老化させるの
で、PO2、αの値が最適値になるように最短時間
で行うのが好ましい。 〔効果〕 本発明のポリウレタン気体分離膜は、強靱なセ
グメント化ポリウレタンであるため薄膜化が可能
であり、モジユール開発が容易である。しかも工
業的に容易な熱処理操作によつて酸素透過選択性
が向上し、酸素富化膜として利用できると云う利
点がある。 〔実施例〕 以下本発明を実施例によつて具体的に説明する
が本発明はこれのみに限定されるものではない。 実施例1〜7・比較例1 ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(分
子量1000)1モル、1,4−ブタンジオール1モ
ル、ジフエニルメタン−4,4′−ジイソシアネー
ト2.01モルをシグマブレードニーダーに仕込み、
重合させて塊状のセグメント化ポリウレタン素材
を合成した。これをテトラヒドロフラン/ジメチ
ルホルムアミド9/1(容積比)の混合溶剤に溶
解して固形分25%の溶液となし、これをガラス板
上に流展してセグメント化ポリウレタン素材膜を
作成した。この膜について熱処理しないもの(比
較例1)、空気浴加熱処理したもの(実施例1〜
7)の空気透過性特性測定結果を表1に示す。
【表】 この表から、実施例1〜7の膜は比較例の膜に
比し酸素透過率(PO2)がいずれも増大してお
り、その各増加割合は窒素透過率PN2の各増加割
合よりもいづれも大であり、従つて各選択率αが
比較例のαよりも大であることが理解される。ま
た膜厚(μ)がほぼ近似の実施例1の膜のαを比
較例のαと比較すれば1.73/1.25すなわちほぼ1.4
倍に達していることからしても本発明の気体分離
膜は空気中の酸素の富化に有用であることが理解
できる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a) 可撓性鎖からなるマクロポリオールおよ
    び/またはマクロポリアミン、 (b) 有機ジイソシアネート、 (c) 分子量が350以下の脂肪族および/または脂
    環族多官能性活性水素化合物 から得られるセグメント化ポリウレタンを150℃
    〜200℃の温度で5分以上熱処理してなる気体分
    離膜。 2 (a) 可撓性鎖からなるマクロポリオールおよ
    び/またはマクロポリアミン、 (b) 有機ジイソシアネート、 (c) 分子量が350以下の脂肪族および/または脂
    環族多官能性活性水素化合物 から得られるセグメント化ポリウレタン膜を150
    ℃〜200℃の温度で5分以上熱処理することを特
    徴とする気体分離膜の製造方法。
JP22036687A 1987-09-04 1987-09-04 Gas separating membrane and production thereof Granted JPS6463022A (en)

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