JPH09896A - Fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane, its manufacturing method and module - Google Patents
Fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane, its manufacturing method and moduleInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 広い膜面積において均質であり、ピンホール
等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有する含
フッ素ポリイミド系ガス分離膜を提供する。
【構成】 ポリイミド系樹脂を誘電率が30以下で双極
子モーメントが3.0D以下である有機溶媒(A)から
なる溶液及び分子構造単位中に少なくとも1つのエーテ
ル結合を有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(B)
からなる溶液から選ばれる少なくとも一つの溶媒に溶解
し、次いで前記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しない
が、上記有機溶媒(A)または(B)と相溶性を有する
溶剤(C)中に浸漬して脱溶媒することにより、非対称
気体分離膜を形成する。フッ素含有ポリイミド樹脂層3
はスキン層1(厚さL1 :約40nm)とスポンジ層2
(厚さL2 :約30μm)で形成されている。4は不織
布等の支持体である。
(57) [Summary] [Object] To provide a fluorine-containing polyimide gas separation membrane which is homogeneous over a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α. [Structure] A polyimide-based resin containing a solution of an organic solvent (A) having a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less and an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a main component. Organic solvent (B)
Which is dissolved in at least one solvent selected from the following solutions, and which does not dissolve the fluorine-containing polyimide resin, but which is dissolved in the solvent (C) having compatibility with the organic solvent (A) or (B) to remove the solvent. By using a solvent, an asymmetric gas separation membrane is formed. Fluorine-containing polyimide resin layer 3
Is a skin layer 1 (thickness L 1 : about 40 nm) and a sponge layer 2
(Thickness L 2 : about 30 μm). 4 is a support such as a non-woven fabric.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、広い面積にわたり均質
で、高い透過流束と分離係数αを有する含フッ素ポリイ
ミド系ガス分離膜及びその製造方法に関する。さらに詳
しくは、特定溶媒を用いた湿式の相転換法にて気体分離
用の含フッ素ポリイミド系ガス分離膜の製造に関するも
ので、工業上の混合気体から特定の成分例えば水素,メ
タン,炭酸ガス,酸素,窒素,水蒸気等を分離・濃縮す
るために用いられる非対称膜または複合膜の形態で使用
される非対称含有フッ素ポリイミド系ガス分離膜及びそ
の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorine-containing polyimide gas separation membrane which is homogeneous over a wide area and has a high permeation flux and a separation coefficient α, and a method for producing the same. More specifically, it relates to the production of a fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane for gas separation by a wet phase inversion method using a specific solvent, and a specific component such as hydrogen, methane, carbon dioxide gas from an industrial mixed gas, The present invention relates to an asymmetric-containing fluoropolyimide gas separation membrane used in the form of an asymmetric membrane or a composite membrane used for separating and concentrating oxygen, nitrogen, water vapor and the like, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】ポリイミドは、高いガラス転移温度と剛
直な分子鎖構造を有するため、耐熱性・耐化学薬品性等
に優れた膜分離材料として知られており、種々のポリイ
ミドを用いた分離膜が検討されている。例えば、米国特
許第4378400号や米国特許第4959151号公
報にはビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いた芳
香族ポリイミドが、特開平5−7749号公報,米国特
許第3822202号公報,米国特許第3899309
号,米国特許第4532041号公報,米国特許第46
45824号公報,米国特許第4705540号公報,
米国特許第4717393号公報,米国特許第4717
394号公報,米国特許第483900号公報,米国特
許第4897092号公報,米国特許第4932982
号公報,米国特許第4929405号公報,米国特許第
4981497号公報,米国特許第5042992号公
報等には含フッ素系の芳香族ポリイミドが開示されてい
る。2. Description of the Related Art Polyimide is known as a membrane separation material having excellent heat resistance and chemical resistance because it has a high glass transition temperature and a rigid molecular chain structure. Separation membranes using various polyimides are known. Is being considered. For example, in U.S. Pat. No. 4,378,400 and U.S. Pat. No. 4,959,151, aromatic polyimides using biphenyltetracarboxylic dianhydride are disclosed in JP-A-5-7749, U.S. Pat. No. 3,822,202, and U.S. Pat. No. 3,899,309.
U.S. Pat. No. 4532041, U.S. Pat. No. 46
45824, U.S. Pat. No. 4,705,540.
U.S. Pat. No. 4,717,393, U.S. Pat. No. 4,717.
394, US Pat. No. 483900, US Pat. No. 4,897,092, US Pat. No. 4,932,982.
U.S. Pat. No. 4,929,405, U.S. Pat. No. 4,981,497, U.S. Pat. No. 5,042,992 and the like disclose fluorine-containing aromatic polyimides.
【0003】また、脂肪族や脂環族のテトラカルボン酸
二無水物を用いたポリイミド系に関しても、米国特許第
4964887号公報や米国特許第4988371号公
報に開示されている。Further, a polyimide system using an aliphatic or alicyclic tetracarboxylic acid dianhydride is also disclosed in US Pat. No. 4,964,887 and US Pat. No. 4,988,371.
【0004】実用的な機械的強度を分離膜に持たせるこ
とを考慮して、薄膜化や非対称膜化も検討されている。
高性能分離係数を有する高分子を適当な多孔質支持体膜
上に薄膜として形成させる場合、実用的な程度に気体の
透過速度を大きくするためには、薄膜の厚さを望ましく
は0.1μm以下の膜厚にしなければならなく工業的に
生産するためには、製造工程も複数で収率も悪くコスト
高となり、工業的実施に不向きである。また、非対称膜
化も上記公報に記載されているが、必要とされる0.1
μm以下の膜厚を工業的にピンホールなしで製膜するこ
とは困難である。米国特許第4929405号公報には
水面展開法によりフッ素含有芳香族ポリイミド系均質膜
の膜厚を必要とされる0.1μm以下の40nm以下の
薄膜に制御することが開示されているが、支持膜層がな
いため実用的な機械的強度を持たない。そのため工業規
模での製膜は困難である。Considering that the separation membrane has practical mechanical strength, thinning and asymmetrical membranes are also being studied.
When a polymer having a high-performance separation coefficient is formed as a thin film on a suitable porous support membrane, the thickness of the thin film is preferably 0.1 μm in order to increase the gas permeation rate to a practical degree. In order to industrially produce the film having the following film thickness, the number of manufacturing steps is plural, the yield is poor, and the cost is high, which is not suitable for industrial implementation. Further, the asymmetric film formation is also described in the above-mentioned publication, but the required 0.1
It is difficult to industrially form a film having a thickness of less than or equal to μm without pinholes. U.S. Pat. No. 4,929,405 discloses controlling the film thickness of a fluorine-containing aromatic polyimide-based homogeneous film to a required film thickness of 0.1 μm or less and 40 nm or less by a water surface development method. It has no practical mechanical strength due to the lack of layers. Therefore, film formation on an industrial scale is difficult.
【0005】ピンホールの無い非対称膜を形成させるた
めに、後処理(特開平5−049882号、特開平5−
146651号)や前処理(特開平5−184887
号)、製造工程の改良(米国特許第4902422号公
報米国特許第5085676号公報、米国特許第516
5963号公報)といった方法が開示されている。In order to form a pinhole-free asymmetric film, post-treatment (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-049882 and 5-1998).
No. 146651) and pretreatment (JP-A-5-184887).
No.), improvement of manufacturing process (US Pat. No. 4,902,422, US Pat. No. 5,085,676, US Pat. No. 516).
No. 5963) is disclosed.
【0006】しかしながらこれらの方法は作業工程の増
加及び複雑化、コスト高、工業レベルでの安定製膜が困
難という問題点を有していた。However, these methods have problems that the number of working steps is increased and complicated, cost is high, and stable film formation on an industrial level is difficult.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ポリイミドの分離膜を
実用的な工業レベルで製造し、効率的な分離操作を行う
ため、上記のような従来技術では満足できるものではな
い。具体的には、第1に製膜時にピンホールが形成し、
そのピンホールのために分離膜性能が低下し、ばらつ
き、不安定となり効率的な分離操作が行えない。第2に
は第1の欠点を補う場合には製膜工程を複雑化しコスト
高となる。第3にはピンホールを出来るだけ少なくしよ
うとするための製膜条件のコントロールは難しく、結果
として安定した分離性能を透過性とバランスを良く有す
る膜は製造できない。SUMMARY OF THE INVENTION Since the polyimide separation membrane is manufactured at a practical industrial level and an efficient separation operation is performed, the above-mentioned conventional techniques are not satisfactory. Specifically, firstly, a pinhole is formed during film formation,
Due to the pinholes, the performance of the separation membrane deteriorates, and the dispersion and instability become unstable, so that an efficient separation operation cannot be performed. Secondly, in case of compensating the first drawback, the film forming process becomes complicated and the cost becomes high. Thirdly, it is difficult to control the film-forming conditions in order to reduce pinholes as much as possible, and as a result, it is not possible to manufacture a film having a stable separation performance and well-balanced permeability.
【0008】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、広い膜面積において均質であり、ピンホール等の欠
陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有する含フッ素
ポリイミド系ガス分離膜、及び簡便な製膜方法で高い気
体透過流束を有し、コスト面で実用的に満足できる気体
分離膜を得るための製造方法を提供することを目的とす
る。In order to solve the above conventional problems, the present invention is a fluorine-containing polyimide gas separation membrane which is homogeneous in a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α. Another object of the present invention is to provide a production method for obtaining a gas separation membrane which has a high gas permeation flux and is practically satisfactory in terms of cost by a simple membrane production method.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜は、溶
剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるスポンジ
層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた膜面積
0.5m2 以上の気体分離膜であって、前記スキン層の
平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの
透過速度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの
範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲で
あることを特徴とする。In order to achieve the above object, the fluorine-containing polyimide gas separation membrane of the present invention comprises at least a sponge layer composed of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. A gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, wherein the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3 / m 2 / It is characterized in that the h / atm range and the CO 2 / methane separation coefficient α are in the range of 2 to 60.
【0010】前記構成においては、気体分離膜が、チュ
ーブ状、中空糸状、及び気体透過性支持体の表面に形成
された少なくとも一つの分離膜であることが好ましい。
このような分離膜は、モジュールとして実用的に有用だ
からである。In the above structure, the gas separation membrane is preferably at least one separation membrane formed in the shape of a tube, a hollow fiber, or a gas permeable support.
This is because such a separation membrane is practically useful as a module.
【0011】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜の製造方法は、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド
系樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少
なくとも備えた気体分離膜の製造方法であって、前記ポ
リイミド系樹脂を誘電率が30以下で双極子モーメント
が3.0D以下である有機溶媒(A)からなる溶液及び
分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を有す
る有機溶媒を主成分とする有機溶媒(B)からなる溶液
から選ばれる少なくとも一つの溶媒に溶解し、次いで前
記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有機
溶媒(A)または(B)と相溶性を有する溶剤(C)中
に浸漬して脱溶媒することを特徴とする。Next, the method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane of the present invention is a method for producing a gas separation membrane having at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. The polyimide-based resin is mainly a solution containing an organic solvent (A) having a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less, and an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit. A solvent that dissolves in at least one solvent selected from the solution consisting of the organic solvent (B) as a component and then does not dissolve the fluorine-containing polyimide resin, but has compatibility with the above organic solvent (A) or (B) ( It is characterized in that it is immersed in C) to remove the solvent.
【0012】次に本発明の気体分離膜モジュールは、溶
剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるスポンジ
層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた膜面積
0.5m2 以上の気体分離膜を用いたモジュールであっ
て、前記スキン層の平均厚さは1〜100nmの範囲に
あり、CO2 ガスの透過速度が0.01〜50Nm3 /
m2 /h/atmの範囲、CO2 /メタンの分離係数α
が2〜60の範囲であることを特徴とする。Next, the gas separation membrane module of the present invention comprises a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, which is provided with at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. In the module used, the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3 /
m 2 / h / atm range, CO 2 / methane separation factor α
Is in the range of 2 to 60.
【0013】前記モジュールの発明においては、モジュ
ールが、チューブ状、中空糸状、及び気体透過性支持体
の表面に形成された平膜から選ばれる少なくとも一つで
あることが好ましい。前記モジュールは、実用的に有用
だからである。In the invention of the module, it is preferable that the module is at least one selected from a tubular shape, a hollow fiber shape, and a flat membrane formed on the surface of the gas permeable support. This is because the module is practically useful.
【0014】前記本発明の気体分離膜及び製造方法にお
いては、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂が、ポ
リイミド樹脂層を構成する繰り返し分子構造単位中に、
少なくとも3個のフッ素原子と少なくとも1個の(−S
O2 −)部位を有するフッ素含有ポリイミド樹脂から選
ばれる少なくとも一つの樹脂であることが好ましい。こ
の様な樹脂は気体分離能が高いからである。In the gas separation membrane and the manufacturing method of the present invention, the solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin is contained in the repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer,
At least 3 fluorine atoms and at least 1 (-S
It is preferably at least one resin selected from fluorine-containing polyimide resins having an O 2 −) moiety. This is because such a resin has a high gas separation ability.
【0015】また前記本発明の気体分離膜及び製造方法
においては、フッ素含有ポリイミド樹脂を構成する繰り
返し分子構造単位中に少なくとも1つの−CF3 基を有
することが好ましい。この様な樹脂は同様に気体分離能
が高いからである。Further, in the gas separation membrane and the production method of the present invention, it is preferable that at least one --CF 3 group is contained in the repeating molecular structural unit constituting the fluorine-containing polyimide resin. This is because such resins also have high gas separation ability.
【0016】また前記本発明の気体分離膜及び製造方法
においては、フッ素含有ポリイミド樹脂が、実質的に前
記式(化1)(但し中のA1 〜An は芳香族、脂環族及
び脂肪族炭化水素基から選ばれる少なくとも一つの4価
の有機基を示し、R1 〜Rnは2価の芳香族、脂環族も
しくは脂肪族炭化水素基、またはこれら炭化水素基が2
価の有機結合基で結合された2価の有機基を示し、前記
A1 〜An のうち少なくとも1つの有機基はフッ素原子
を3個以上有する有機基であり、R1 〜Rn のうち少な
くとも1つの有機基は(−SO2 −)部位を有する。)
で表される繰り返し単位を主成分とすることが好まし
い。この様な樹脂は同様に気体分離能が高いからであ
る。In the gas separation membrane and the production method of the present invention, the fluorine-containing polyimide resin is substantially the same as the compound represented by the formula (1) (wherein A 1 to A n are aromatic, alicyclic and aliphatic). Represents at least one tetravalent organic group selected from group hydrocarbon groups, and R 1 to R n are divalent aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon groups, or these hydrocarbon groups are 2
A divalent organic group bonded by a valent organic bonding group, wherein at least one organic group among A 1 to A n is an organic group having three or more fluorine atoms, and among R 1 to R n at least one organic group - has a site (-SO 2). )
It is preferable that the repeating unit represented by This is because such resins also have high gas separation ability.
【0017】また前記本発明の気体分離膜及び製造方法
においては、フッ素含有ポリイミド樹脂が、実質的に前
記式(化2)で表される繰り返し単位を主成分とするこ
とが好ましい。この様な樹脂は同様に気体分離能が高い
からである。Further, in the gas separation membrane and the production method of the present invention, it is preferable that the fluorine-containing polyimide resin substantially contains a repeating unit represented by the above formula (Formula 2) as a main component. This is because such resins also have high gas separation ability.
【0018】また前記本発明の気体分離膜の製造方法に
おいては、有機溶媒(A)の誘電率が10以下で双極子
モーメントが3.0D以下であることが好ましい。この
ような溶媒は、たとえば水に相溶化しにくいが時間をか
ければ相溶化するという性質があり、前記ポリイミド樹
脂を有機溶媒(A)に溶解させて例えば膜状にキャスト
成形し、水中で脱溶媒を行う際、徐々に脱溶媒が行われ
るため、スキン層も内部のスポンジ層も均質な状態のも
のが得られる。In the method for producing a gas separation membrane of the present invention, it is preferable that the organic solvent (A) has a dielectric constant of 10 or less and a dipole moment of 3.0D or less. Such a solvent has a property that it is difficult to be compatibilized with water, for example, but it will be compatibilized with time. Therefore, the polyimide resin is dissolved in the organic solvent (A) and cast-formed into, for example, a film, and then desolvated in water. When the solvent is used, the solvent is gradually removed, so that the skin layer and the sponge layer inside can be in a homogeneous state.
【0019】また前記本発明の気体分離膜及び製造方法
においては、有機溶媒(A)または(C)の主成分がジ
エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリ
コールジエチルエーテル及びこれらの混合溶媒から選ば
れる少なくとも一つの溶媒であることが好ましい。前記
同様、水中で脱溶媒を行う際、徐々に脱溶媒が行われる
ため、スキン層も内部のスポンジ層も均質な状態のもの
が得られる。Further, in the gas separation membrane and the manufacturing method of the present invention, the main component of the organic solvent (A) or (C) is at least one solvent selected from diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether and a mixed solvent thereof. It is preferable. Similarly to the above, when the solvent is removed in water, the solvent is gradually removed, so that the skin layer and the internal sponge layer are in a homogeneous state.
【0020】また前記本発明の気体分離膜の製造方法に
おいては、溶剤(B)が水,アルコール類及びこれらの
混合剤から選ばれる少なくとも一つの液体であることが
好ましい。前記同様、液中で脱溶媒を行う際、徐々に脱
溶媒が行われるため、スキン層も内部のスポンジ層も均
質な状態のものが得られる。In the method for producing a gas separation membrane of the present invention, it is preferable that the solvent (B) is at least one liquid selected from water, alcohols and a mixture thereof. Similarly to the above, when the solvent is removed in the liquid, the solvent is gradually removed, so that the skin layer and the internal sponge layer are in a homogeneous state.
【0021】また前記本発明の気体分離膜及び製造方法
においては、フッ素含有ポリイミド系気体分離膜上に、
さらにエラストマー重合体の保護膜を形成することが好
ましい。さらにピンホール欠陥等を防げるからである。In the gas separation membrane and manufacturing method of the present invention, the fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane is
Further, it is preferable to form a protective film of an elastomer polymer. Further, it is possible to prevent pinhole defects and the like.
【0022】また前記本発明の気体分離膜及び製造方法
においては、エラストマー重合体の保護膜が、架橋性シ
リコーン樹脂を架橋させてなる膜であることが好まし
い。同様にピンホール欠陥等を防げるからである。Further, in the gas separation membrane and the manufacturing method of the present invention, it is preferable that the protective membrane of the elastomer polymer is a membrane obtained by crosslinking a crosslinkable silicone resin. Similarly, it is possible to prevent pinhole defects and the like.
【0023】また前記本発明の気体分離膜においては、
スポンジ層には直径1μmを越えるボイド部が存在しな
いことが好ましい。スポンジ層も均質であると欠陥が少
なくなるからである。Further, in the gas separation membrane of the present invention,
It is preferable that the sponge layer has no void portion having a diameter of more than 1 μm. This is because if the sponge layer is also homogeneous, the defects are reduced.
【0024】[0024]
【作用】前記した本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜によれば、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹
脂からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少なく
とも備えた膜面積0.5m2 以上の気体分離膜であっ
て、前記スキン層の平均厚さは1〜100nmの範囲に
あり、CO2 ガスの透過速度が0.01〜50Nm 3 /
m2 /h/atmの範囲、CO2 /メタンの分離係数α
が2〜60の範囲であることにより、広い膜面積におい
て均質であり、ピンホール等の欠陥もなく、高い透過流
束と分離係数αを有する含フッ素ポリイミド系ガス分離
膜を実現できる。 次に本発明のフッ素含有ポリイミド
系気体分離膜の製造方法によれば、溶剤可溶型フッ素含
有ポリイミド系樹脂からなるスポンジ層とその表層のス
キン層とを少なくとも備えた気体分離膜の製造方法であ
って、前記ポリイミド系樹脂を誘電率が30以下で双極
子モーメントが3.0D以下である有機溶媒(A)から
なる溶液及び分子構造単位中に少なくとも1つのエーテ
ル結合を有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(B)
からなる溶液から選ばれる少なくとも一つの溶媒に溶解
し、次いで前記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しない
が、上記有機溶媒(A)または(B)と相溶性を有する
溶剤(C)中に浸漬して脱溶媒することにより、簡便な
製膜方法で高い気体透過流束を有し、コスト面で実用的
に満足できる気体分離膜を効率良く合理的に製造でき
る。[Function] The above-mentioned fluorine-containing polyimide-based gas of the present invention
According to the separation membrane, solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin
Less sponge layer made of fat and skin layer on the surface
Membrane area with 0.5m2The above gas separation membrane
The average thickness of the skin layer is in the range of 1 to 100 nm.
Yes, CO2Gas permeation rate is 0.01 to 50 Nm Three/
m2/ H / atm range, CO2/ Separation coefficient of methane α
Is in the range of 2 to 60, so that a large film area
High homogeneity, no defects such as pinholes, and high permeation flow
Fluorine-Containing Polyimide Gas Separation with Bundle and Separation Factor α
A membrane can be realized. Next, the fluorine-containing polyimide of the present invention
According to the method for producing a gas separation membrane, solvent-soluble fluorine-containing
Sponge layer made of polyimide resin and its surface layer
A method for producing a gas separation membrane, comprising at least a Kin layer.
The above-mentioned polyimide resin has a dielectric constant of 30 or less and is bipolar.
From an organic solvent (A) having a child moment of 3.0D or less
Solution and at least one ether in the molecular structural unit
Organic solvent containing an organic solvent having a hydrogen bond as a main component (B)
Dissolved in at least one solvent selected from
And then does not dissolve the fluorine-containing polyimide resin
Has compatibility with the above organic solvent (A) or (B)
By immersing in solvent (C) and removing the solvent,
Practical in terms of cost with high gas permeation flux due to film formation method
The gas separation membrane that satisfies
You.
【0025】次に本発明の気体分離膜モジュールによれ
ば、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からなるス
ポンジ層とその表層のスキン層とを少なくとも備えた膜
面積0.5m2 以上の気体分離膜を用いたモジュールで
あって、前記スキン層の平均厚さは1〜100nmの範
囲にあり、CO2 ガスの透過速度が0.01〜50Nm
3 /m2 /h/atmの範囲、CO2 /メタンの分離係
数αが2〜60の範囲であることにより、広い膜面積に
おいて均質であり、ピンホール等の欠陥もなく、高い透
過流束と分離係数αを有するガス分離膜モジュールを実
現できる。Next, according to the gas separation membrane module of the present invention, a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, which is provided with at least a sponge layer composed of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. A module using a membrane, wherein the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm.
3 / m 2 / h / atm range and CO 2 / methane separation coefficient α in the range of 2 to 60 make the membrane uniform over a wide membrane area, have no defects such as pinholes, and have high permeation flux. A gas separation membrane module having a separation coefficient α can be realized.
【0026】[0026]
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。本発明は、ドープ作製のために特定の溶媒を
用いることにより、湿式相転換製膜方法にて均質スキン
層の厚みを一定値以下とし、且つ分離性能を大きく低下
させるピンホールを広範囲にわたり形成しない非対称膜
の製膜方法を見い出し本発明に至ったものである。なお
非対称膜とは、表面がスキン層で覆われ、内部がスポン
ジ層で形成されている膜をいう。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, by using a specific solvent for preparing a dope, the thickness of a homogeneous skin layer is set to a certain value or less by a wet phase conversion film forming method, and a pinhole that greatly reduces the separation performance is not formed over a wide range. The present invention has been accomplished by finding a film forming method for an asymmetric film. The asymmetric membrane is a membrane whose surface is covered with a skin layer and whose inside is formed with a sponge layer.
【0027】本発明に用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂層は気体分離性能に寄与する層であり、ポリイミド
を構成する繰り返し分子構造単位中に少なくとも3個の
フッ素原子少なくとも1個の(−SO2 −)部位を有す
るフッ素含有ポリイミド樹脂からなるが、上記のポリイ
ミド樹脂層を構成する繰り返し分子構造単位中に少なく
とも1つの−CF3 を有することが好ましい。更には、
フッ素含有ポリイミド薄膜中のフッ素含有量は6個〜1
2個(繰り返し分子構造単位中のフッ素原子の個数)で
あることが、実質的に安定した高品質を有する気体分離
膜を得るのに好ましい。The fluorine-containing polyimide resin layer used in the present invention is a layer that contributes to gas separation performance, and contains at least 3 fluorine atoms and at least 1 (-SO 2- ) in the repeating molecular structural unit constituting the polyimide. Although it is composed of a fluorine-containing polyimide resin having a moiety, it is preferable to have at least one —CF 3 in the repeating molecular structural unit that constitutes the polyimide resin layer. Furthermore,
The fluorine content in the fluorine-containing polyimide thin film is 6 to 1
Two (the number of fluorine atoms in the repeating molecular structural unit) is preferable for obtaining a gas separation membrane having substantially stable and high quality.
【0028】本発明に用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂は下記の一般式(化3)(但し(化3)中のA1 〜
An は芳香族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基からな
る4価の有機基を示し、R1 〜Rn は2価の芳香族、脂
環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれら炭化水素
基が2価の有機結合基で結合された2価の有機基を示
し、A1 〜An のうち少なくとも1つの有機基はフッ素
原子を3個以上有する有機基であり、R1 〜Rn のうち
少なくとも1つの有機基は(−SO2 −)部位を有す
る。)で表される繰り返し分子構造単位を主成分とする
ことが好ましい。The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention is represented by the following general formula (Formula 3) (wherein A 1 to
A n represents a tetravalent organic group consisting of an aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon group, and R 1 to R n represent a divalent aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon group, or a hydrocarbon thereof. It represents a divalent organic group in which a hydrogen group bonded with a divalent organic linking group, at least one organic group among a 1 to a n is an organic group having a fluorine atom 3 or more, R 1 to R at least one organic group of n is - having the moiety (-SO 2). It is preferable that the main component is a repeating molecular structural unit represented by).
【0029】[0029]
【化3】 Embedded image
【0030】フッ素原子を少なくとも3個以上有する4
価の有機基としては、A1 またはA 2 の4価の有機基の
プロントがフッ素原子またはフッ素原子を含む基に置き
変わったものであれば特に限定されないが、より好まし
くは、A1 またはA2 の4価の有機基の少なくとも1つ
のプロトンが1つのCF3 基に置き変わったものが用い
られ、例えば、下記式(化4)で表される4価の有機基
などが好ましく用いられる。4 having at least 3 or more fluorine atoms
As the valent organic group, A1Or A 2Of the tetravalent organic group
Place the pronto on a fluorine atom or a group containing a fluorine atom.
There is no particular limitation as long as it is strange, but more preferable
Ku A1Or A2At least one of the tetravalent organic groups of
CF has one protonThreeThe thing that was replaced is used
And, for example, a tetravalent organic group represented by the following formula (Formula 4)
And the like are preferably used.
【0031】[0031]
【化4】 Embedded image
【0032】前記式(化3)中、少なくとも1つの(−
SO2 −)部位を有する2価の有機基としては、R1 〜
Rn のうち、少なくとも1つに(−SO2 −)部位を有
するものであれば特に限定されないが、より好ましく
は、下記式(化5)で表される2価の有機基が好ましく
用いられる。In the above formula (Formula 3), at least one (-
Examples of the divalent organic group having a SO 2 −) moiety include R 1 to
There is no particular limitation as long as it has a (—SO 2 —) moiety in at least one of R n , but more preferably a divalent organic group represented by the following formula (Formula 5) is used. .
【0033】[0033]
【化5】 Embedded image
【0034】さらに本発明に用いられるフッ素含有ポリ
イミド樹脂は実質的に、下記式(化6)で表される繰り
返し単位を主成分とすることがより好ましい。Further, it is more preferable that the fluorine-containing polyimide resin used in the present invention substantially contains a repeating unit represented by the following formula (Formula 6) as a main component.
【0035】[0035]
【化6】 [Chemical 6]
【0036】また、前記式(化6)中の全てのイミド環
部位において、アミック酸の状態のままで部分的に残存
していたとしても、その存在比が30%以下、即ちイミ
ド化率70%以上であれば何ら問題はない。なお、該存
在比は全てのイミド環部位に対する残存−COOHの量
を 1H−NMRを用いて定量化し、算出することによっ
て求めた値である。該存在比が30%を越えると有機溶
媒(A)と溶剤(B)との親和性(−COOHの増加に
よる)が増すために、ピンホール形成の原因になり、本
来のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の持つ分離性能
が低下する。Further, even if all of the imide ring moieties in the above formula (Formula 6) remain partially in the amic acid state, the abundance ratio is 30% or less, that is, the imidization ratio is 70%. If it is above%, there is no problem. The abundance ratio is a value obtained by quantifying and calculating the amount of residual —COOH with respect to all imide ring moieties using 1 H-NMR. If the abundance ratio exceeds 30%, the affinity between the organic solvent (A) and the solvent (B) (due to an increase in —COOH) increases, which causes pinhole formation, and the original fluorine-containing polyimide-based gas. The separation performance of the separation membrane decreases.
【0037】本発明に用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂は単独で用いられてもよいが、2種類以上の混合物
としても用いられる。更には、50モル%以下であれば
フッ素含有ポリイミド樹脂以外のポリスルホン、ポリエ
ーテルスルホンなどのポリマーとの共重合体、もしくは
混合物であってもよい。The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention may be used alone, but may also be used as a mixture of two or more kinds. Further, if it is 50 mol% or less, it may be a copolymer or a mixture with a polymer such as polysulfone or polyethersulfone other than the fluorine-containing polyimide resin.
【0038】本発明で用いられるフッ素含有ポリイミド
樹脂は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン成分を用
いて、例えば、米国特許第3959350号公報に記載
されているような公知の重合方法で得られる。例えば、
テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物をほぼ等モ
ル量を用い、極性溶媒中、約80℃以下の温度、好まし
くは、0〜60℃(但し、ポリアミック酸を重合する。
ここで用いられる極性溶媒は特に限定されないが、N−
メチルピロリドン,ピリジン,ジメチルアセトアミド,
ジメチルホルムアミド,ジメチルスルホキシド,テトラ
メエチル尿素,フェノール,クレゾールなどが好適に用
いられる。The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention can be obtained by using a tetracarboxylic dianhydride and a diamine component by a known polymerization method as described in, for example, US Pat. No. 3,959,350. For example,
Tetracarboxylic acid dianhydride and diamine compound are used in approximately equimolar amounts in a polar solvent at a temperature of about 80 ° C. or lower, preferably 0 to 60 ° C. (however, polyamic acid is polymerized.
The polar solvent used here is not particularly limited, but N-
Methylpyrrolidone, pyridine, dimethylacetamide,
Dimethylformamide, dimethylsulfoxide, tetrameethylurea, phenol, cresol and the like are preferably used.
【0039】得られたポリアミック酸の極性溶媒溶液に
トリメチルアミン,トリエチルアミ,ピリジン等の第3
級アミン化合物,無水酢酸,塩化チオニル,カルボジイ
ミドなどのイミド化促進剤を添加し、5〜150℃の温
度で撹拌し、イミド化率70%以上となるようにイミド
化する。イミド化反応を行う際、イミド化促進剤を添加
することなく、上記ポリアミック酸溶液を100〜40
0℃、好ましくは120〜300℃で加熱してイミド化
してもよい。A solution of the obtained polyamic acid in a polar solvent was added to a third solution of trimethylamine, triethylami, pyridine or the like.
An imidization promoter such as a primary amine compound, acetic anhydride, thionyl chloride or carbodiimide is added, and the mixture is stirred at a temperature of 5 to 150 ° C. to imidize so that the imidization ratio becomes 70% or more. When carrying out the imidization reaction, 100 to 40 of the polyamic acid solution was added without adding an imidization accelerator.
It may be imidized by heating at 0 ° C., preferably 120 to 300 ° C.
【0040】イミド化反応後、重合時の極性溶媒やイミ
ド促進剤を除去するために、多量のアセトン、アルコー
ルまたは水等の溶液に滴下し精製したポリイミドを乾燥
し、本発明で用いられる誘電率が30以下で、双極子モ
ーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)に再溶解して
製膜用のドープとして用いる。After the imidization reaction, in order to remove the polar solvent and the imide accelerator during the polymerization, the purified polyimide is dried by dropping it in a large amount of a solution of acetone, alcohol, water or the like, and the dielectric constant used in the present invention. Of 30 or less and a dipole moment of 3.0 D or less and redissolved in an organic solvent (A) to be used as a dope for film formation.
【0041】また、イミド化促進剤を添加することな
く、イミド化反応を行う場合は、ポリアミック酸溶液を
多量のアセトン、またはアルコール等の溶液に滴下して
得られたポリアミック酸粉末やポリアミック酸溶液から
溶媒を蒸発させて得られたポリアミック酸の固体(蒸発
の際、沈殿剤等を加えてポリアミック酸粉末を形成さ
せ、ろ別してもよい)を100〜400℃に加熱してイ
ミド化し、本発明に用いられる誘電率が30以下で、双
極子モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)或い
は、分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を
有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)に再溶解
して製膜用ドープとして用いる。When the imidization reaction is carried out without adding an imidization promoter, a polyamic acid powder or a polyamic acid solution obtained by dropping the polyamic acid solution into a large amount of a solution of acetone, alcohol or the like. The solid of the polyamic acid obtained by evaporating the solvent from (from which a precipitating agent or the like may be added during evaporation to form a polyamic acid powder, which may be separated by filtration) is imidized by heating at 100 to 400 ° C. An organic solvent having a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less (A), or an organic solvent containing an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a main component (C) To be used as a dope for film formation.
【0042】本発明で用いられる誘電率が30以下で、
双極子モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)或
は、分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を
有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)を合成の
際の溶媒として用いることもできる。この際イミド化促
進剤の除去工程を行わなくてもエレメント性能に何等影
響なく、ドープ調整工程を削減する上で好適になる。The dielectric constant used in the present invention is 30 or less,
Use of an organic solvent (A) having a dipole moment of 3.0D or less or an organic solvent (C) containing as a main component an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a solvent during synthesis. You can also At this time, even if the step of removing the imidization accelerator is not performed, the element performance is not affected at all, which is suitable for reducing the dope adjusting step.
【0043】本発明で用いられる誘電率が30以下で、
双極子モーメントが3.0D以下の有機溶媒(A)或い
は、分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を
有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒(C)に再溶解
して製膜用ドープを調整する場合のポリイミド溶液濃度
は、3〜40重量%、好ましくは10〜30重量%であ
る。また、製膜用ドープを調整する場合に、必要に応じ
て、膨潤剤、分散剤、増粘剤等を加えてもよい。The dielectric constant used in the present invention is 30 or less,
The dope for film formation is re-dissolved in an organic solvent (A) having a dipole moment of 3.0 D or less or an organic solvent (C) containing an organic solvent having at least one ether bond in the molecular structural unit as a main component. When adjusting, the concentration of the polyimide solution is 3 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight. When adjusting the dope for film formation, a swelling agent, a dispersant, a thickener, and the like may be added as necessary.
【0044】本発明で用いられる有機溶媒(A)の誘電
率は30以下で、双極子モーメントは3.0D以下であ
るが、上記誘電率は10以下であることが好ましい。本
発明で用いられる有機溶媒(A)では、極性が小さいた
め、凝固液として用いる溶媒即ち溶剤(C)との親和性
が弱くなる。従って、湿式相転換製膜時のスキン層の形
成よりも、ドープ用溶媒が凝固液として用いる溶媒中へ
浸出する速度が十分小さいため、広範囲の均質スキン層
にはピンホールが形成されずに工業的規模で製膜するこ
とができる。The organic solvent (A) used in the present invention has a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less, but the dielectric constant is preferably 10 or less. Since the organic solvent (A) used in the present invention has a small polarity, its affinity with the solvent used as the coagulating liquid, that is, the solvent (C) becomes weak. Therefore, the rate of leaching of the dope solvent into the solvent used as the coagulating liquid is sufficiently slower than the formation of the skin layer at the time of wet phase conversion film formation, so that pinholes are not formed in a wide range of homogeneous skin layers and industrial Can be formed on a dynamic scale.
【0045】本発明で用いられる有機溶媒(A)として
は、上記条件を満足していれば特に限定されないが、ジ
エチレングリコールジメチルエーテル(誘電率は5.9
7、双極子モーメントは1.97D)が好ましく、その
他に1,2−ジメトキシエタン(誘電率は5.50、双
極子モーメントは1.79D)等が挙げられる。これら
は単独で用いられる以外に、2種類以上の混合溶媒とし
ても用いられる。また、用いるフッ素含有ポリイミドの
溶解度やドープの粘度を調整するために30重量%を超
えない範囲で、誘電率が30を超え、及び/または、双
極子モーメントが3.0Dを超える非プロトン系溶媒を
加えてもよい。上記非プロトン系溶媒を加えた場合は、
使用する溶媒によって適宜選定されるが、本発明におい
て特に好ましく用いられる有機溶媒(A)としては、ジ
エチレングリコールジメチルエーテルを60重量%以上
100重量%以下含む有機溶媒である。例えば、67重
量%のジエチレングリコールジメチルエーテルと33重
量%N−メチルピロリドン(NMP)の混合溶液が例示
される。The organic solvent (A) used in the present invention is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied, but diethylene glycol dimethyl ether (having a dielectric constant of 5.9).
7, the dipole moment is preferably 1.97D, and other examples include 1,2-dimethoxyethane (dielectric constant: 5.50, dipole moment: 1.79D). Besides being used alone, they are also used as a mixed solvent of two or more kinds. Further, in order to adjust the solubility of the fluorine-containing polyimide used and the viscosity of the dope, an aprotic solvent having a dielectric constant of more than 30 and / or a dipole moment of more than 3.0 D within a range not exceeding 30% by weight. May be added. When the aprotic solvent is added,
The organic solvent (A) particularly preferably used in the present invention is an organic solvent containing 60% by weight or more and 100% by weight or less of diethylene glycol dimethyl ether, although it is appropriately selected depending on the solvent used. For example, a mixed solution of 67 wt% diethylene glycol dimethyl ether and 33 wt% N-methylpyrrolidone (NMP) is exemplified.
【0046】ドープ用溶媒として従来用いられているN
−メチル−2−ピロリドン(誘電率は320(25
℃))、双極子モーメントは4.00D(30℃)、
N,N−ジメチルアセトアミド(誘電率は37.8(2
5℃))、双極子モーメントは3.72D)、N,N−
ジメチルホルムアド(誘電率は36.7(25℃))、
双極子モーメントは3.86D(25℃))、ジメチル
スルホキシド(誘電率は48.9(20℃))、双極子
モーメントは4.30D)等の非プロトン極性溶媒を用
いれば、誘電率は32以上で、双極子モーメントは3.
7D以上であり、凝固液として用いる溶媒、例えば水と
の親和性が強いと考えられる。この親和性の強さに起因
して、湿式相転換製膜時のスキン層の形式よりも、ドー
プ用溶媒が凝固液として用いる溶媒中へ浸出する速度の
方が大きいため、広範囲の均質スキン層にはピンホール
が形成される。更に、従来用いられている上記のような
非プロトン極性溶媒であれば、湿式相転換製膜時、製膜
用ドープをガス透過性支持体にキャストまたは紡糸した
後、所定の温度で所定時間放置し溶媒の一部を蒸発させ
るが、水との親和性が強すぎるために空気中の水分を吸
収し、表面が白濁してピンホール形成を促進する。N which has been conventionally used as a solvent for dope
-Methyl-2-pyrrolidone (dielectric constant 320 (25
℃)), the dipole moment is 4.00D (30 ℃),
N, N-dimethylacetamide (dielectric constant 37.8 (2
5 ° C)), the dipole moment is 3.72D), N, N-
Dimethylformad (dielectric constant 36.7 (25 ℃)),
Dipole moment is 3.86D (25 ° C)), dimethyl sulfoxide (dielectric constant is 48.9 (20 ° C)), dipole moment is 4.30D). With the above, the dipole moment is 3.
It is 7D or more and is considered to have a strong affinity with a solvent used as a coagulating liquid, for example, water. Due to the strength of this affinity, the rate of leaching of the dope solvent into the solvent used as the coagulating liquid is higher than that of the skin layer during wet phase conversion film formation, so that a wide range of homogeneous skin layers can be obtained. A pinhole is formed in the. Furthermore, in the case of the aprotic polar solvent that has been conventionally used, during the wet phase conversion film formation, the dope for film formation is cast or spun on a gas permeable support, and then left at a predetermined temperature for a predetermined time. However, a part of the solvent is evaporated, but since the affinity with water is too strong, it absorbs moisture in the air, and the surface becomes cloudy to promote pinhole formation.
【0047】また本発明で用いられる有機溶媒(C)と
しては、分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結
合を有する有機溶媒を主成分とする有機溶媒であれば特
に限定されないが、ジエチレングリコールジメチルエー
テル,ジエチレングリコールジエチルエーテル,ジエチ
レングリコールジブチルエーテル,トリエチレングリコ
ールジエチルエーテル,1,2−ジメトキシエタン,
1,2−ジエトキシエタン,1,2−ジブトキシエタン
等が挙げられる。好ましくはジエチレングリコールジメ
チルエーテル,ジエチレングリコールジエチルエーテ
ル,または、これらの混合溶媒が用いられる。これらは
単独で用いられる以外に、2種類以上の混合溶媒として
も用いられる。また、用いるフッ素含有ポリイミドの溶
解度やドープの粘度を調整するために30重量%を超え
ない範囲で、分子構造単位中にエーテル結合を有しない
非プロトン系溶媒を加えてもよい。The organic solvent (C) used in the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent containing an organic solvent having at least one ether bond in the molecular structural unit as a main component, but diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol. Diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane,
1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane and the like can be mentioned. Preferably, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, or a mixed solvent thereof is used. Besides being used alone, they are also used as a mixed solvent of two or more kinds. In order to adjust the solubility of the fluorine-containing polyimide used and the viscosity of the dope, an aprotic solvent having no ether bond in the molecular structural unit may be added within a range not exceeding 30% by weight.
【0048】上記ドープを用いた湿式相転換製膜法につ
いて以下に説明する。本発明における気体分離膜の製膜
法や膜形態は特に限定されないが、本発明で用いられる
有機溶媒(A)または(C)のドープを押し出し法、流
延法等で凝固液即ち溶剤(B)中に浸漬させることでチ
ューブ状(中空糸状を含む)、平膜状等の非対称膜が得
られる。The wet phase conversion film forming method using the above dope will be described below. The method of forming the gas separation membrane and the form of the membrane in the present invention are not particularly limited, but the coagulating liquid or solvent (B A), an asymmetric membrane such as a tubular shape (including hollow fiber shape) or a flat membrane shape can be obtained.
【0049】平膜状の場合はガス透過性支持体上に、ド
ープをキャスティングやディッピング等の方法で塗布
し、凝固液、即ち溶剤(B)中に浸漬し、非対称膜を複
合形態で得ることも機械的強度を高める点で好適であ
る。本発明に用いられる適宜の支持体としては平滑な表
面を有する硝子板や次に挙げるガス透過性支持体等が挙
げられる。上記ガス透過性支持体としては、平滑な表面
を有する有機、無機、金属の多孔体費、織布、不織布等
を挙げることができる。これらのガス透過性支持体上の
ドープと塗布厚は25〜400μm好ましくは30〜2
00μmである。In the case of a flat membrane, a dope is coated on a gas permeable support by a method such as casting or dipping, and immersed in a coagulating liquid, that is, a solvent (B) to obtain an asymmetric membrane in a composite form. Is also suitable in terms of increasing mechanical strength. Examples of suitable supports used in the present invention include a glass plate having a smooth surface and the following gas-permeable supports. Examples of the gas-permeable support include organic, inorganic, and metal porous materials having a smooth surface, woven cloth, non-woven cloth, and the like. The dope on the gas-permeable support and the coating thickness are 25 to 400 μm, preferably 30 to 2
It is 00 μm.
【0050】本発明で用いられる有機溶媒(A)を用い
たドープは−80〜80℃好ましくは−20〜40℃の
温度範囲で製膜される。上記有機溶媒(A)を浸漬除去
する際に用いられる凝固液、即ち溶剤(B)としては用
いるフッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有
機溶媒(A)と相溶性を有するものであれば、限定され
ないが、水やメタノール、エタノール、イソプロピルア
ルコール等のアルコール類及びこれらの混合液が用いら
れ、特に水が好適に用いられる。上記有機溶媒(A)を
浸漬除去する時の凝固剤、即ち溶剤(B)の温度は特に
限定されないが、好ましくは0〜50℃の温度で行われ
る。The dope using the organic solvent (A) used in the present invention is formed into a film at a temperature range of -80 to 80 ° C, preferably -20 to 40 ° C. As long as it does not dissolve the fluorine-containing polyimide resin used as the coagulating liquid used when the organic solvent (A) is removed by immersion, that is, the solvent (B), it is compatible with the organic solvent (A), Although not limited, water, alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, and a mixed solution thereof are used, and water is particularly preferably used. The temperature of the coagulant when the organic solvent (A) is removed by immersion, that is, the temperature of the solvent (B) is not particularly limited, but is preferably 0 to 50 ° C.
【0051】上記条件により非対称膜を製膜することに
より、膜面積0.5m2 以上において、前記スキン層の
平均厚さは1〜100nmの範囲にある分離膜を形成で
きる。スキン層の厚さはほぼ一定で、広範囲にわたり分
離性能を大きく低下させるピンホールが存在しない気体
分離膜を製造することができる。この結果、膜面積の大
きいモジュールを作成しても、たとえばCO2 ガスの透
過流束が0.1〜50Nm3 /2 /hr./atmの範
囲、CO2 /メタノールの分離係数αが2〜60の範囲
のモジュールを作成できる。By forming an asymmetric membrane under the above conditions, a separation membrane having an average thickness of the skin layer in the range of 1 to 100 nm can be formed in a membrane area of 0.5 m 2 or more. It is possible to manufacture a gas separation membrane in which the thickness of the skin layer is substantially constant, and pinholes that greatly reduce the separation performance are not present over a wide range. As a result, even create a large module membrane area, the flux for example CO 2 gas 0.1~50Nm 3/2 / hr. / Atm range, CO 2 / methanol separation coefficient α can be prepared a module of 2 to 60 range.
【0052】本発明で得られる気体分離膜は、さらにフ
ッ素含有ポリイミド薄膜の表面をエラストマー重合体を
用いて塗布することが好ましい。エラストマー重合体の
薄膜を形成させて積層することは、上記気体分離膜表面
の欠陥を塞ぐと同時に表面に傷が付くことで防ぐ上で好
適である。上記エラストマー重合体としては、柔軟なフ
ィルム形成能を有する重合体をいい、具体例としては、
ポリプロピレン,ポリ塩化ビニル,エチレン−プロピレ
ン共重合体,エチレン−ピロピレン−ジエン共重合体,
ポリブタジエン,ポリイソプレン,クロロプレンゴム,
ポリ(4−メチル−ペンテン−1),プタジエン−スチ
レン共重合体,イソプレン−イソブチレン共重合体、ま
たはポリイソブチレン等のようなエチレン性単量体また
は共役ジエン系単量体の単独重合体や共重合体、さらに
上記単量体成分に加えて、アクリロニトリル,(メタ)
アクリル酸エステル,(メタ)アクリル酸等のような官
能基を有する単量体成分を含有する共重合体、またはポ
リエーテルポリオール,ポリウレタンポリエーテル,ポ
リウレンポリエステル,またはポリアミドポリエーテル
等のような所請ソフトセグメントとハードセグメントと
を伴せ有する共重合体を挙げることができる。さらに、
上記以外にも直鎖長鎖状の硬化剤によって硬化されるエ
ポキシ樹脂や、エチルセルロース、ブトキシ樹脂等も、
本発明においては前記エラストマー重合体として用いる
ことができる。In the gas separation membrane obtained in the present invention, it is preferable that the surface of the fluorine-containing polyimide thin film is further coated with an elastomer polymer. Forming and laminating a thin film of an elastomer polymer is suitable for blocking defects on the surface of the gas separation membrane and at the same time preventing the surface from being scratched. The elastomer polymer refers to a polymer having a flexible film-forming ability, and specific examples include:
Polypropylene, polyvinyl chloride, ethylene-propylene copolymer, ethylene-pyropyrene-diene copolymer,
Polybutadiene, polyisoprene, chloroprene rubber,
Homopolymers or copolymers of ethylenic monomers or conjugated diene-based monomers such as poly (4-methyl-pentene-1), ptadiene-styrene copolymer, isoprene-isobutylene copolymer, or polyisobutylene. Polymer, in addition to the above monomer components, acrylonitrile, (meth)
A copolymer containing a monomer component having a functional group such as acrylic acid ester or (meth) acrylic acid, or a place such as polyether polyol, polyurethane polyether, polyurene polyester, or polyamide polyether. Examples thereof include a copolymer having a soft segment and a hard segment. further,
In addition to the above, epoxy resin and ethyl cellulose, butoxy resin, etc., which are cured by a linear long-chain curing agent,
In the present invention, it can be used as the elastomer polymer.
【0053】本発明においてエラストマー重合体として
は、架橋性シリコーン樹脂が特に好ましく用いられる。
かかる架橋性シリコーン樹脂は、架橋前は有機溶剤に可
溶性ではあるが、架橋後には有機溶剤に不溶性の樹脂と
なるシリコーン樹脂であり、例えば、特開昭59−22
5705号公報に記載されている方法にしたがって製膜
することができる。In the present invention, a crosslinkable silicone resin is particularly preferably used as the elastomer polymer.
Such a crosslinkable silicone resin is a silicone resin that is soluble in an organic solvent before crosslinking but becomes an insoluble resin in the organic solvent after crosslinking, and is disclosed in, for example, JP-A-59-22.
The film can be formed according to the method described in Japanese Patent No. 5705.
【0054】上記の気体分離膜を用いてエレメント形態
は特に限定されず、チューブ状に押し出した場合は中空
糸型エレメントとして、適宜の支持体上に塗布した場合
は例えば、スパイラル型、平膜型、チューブラー型エレ
メント等としてモジュール化できる。The form of the element using the above gas separation membrane is not particularly limited, and it is a hollow fiber type element when extruded into a tubular shape, and a spiral type or flat membrane type when applied on an appropriate support. It can be modularized as a tubular element.
【0055】次に図面を用いて説明する。図1は本発明
の一実施例の支持体上に塗布した平膜型分離膜10の概
略断面図を示したものである。図1において、3はフッ
素含有ポリイミド樹脂層で、スキン層1とスポンジ層2
で形成されている。ポリイミド樹脂層3は気体透過性支
持体4である厚さ約100μmのポリエステル不織布の
表面に形成されている。図2は図1のスキン層1とスポ
ンジ層2の拡大断面SEM写真をトレースした図であ
る。スキン層1の厚さL1 は約40nmであり、図2に
は一部しか示していないがスポンジ層2の厚さL2 は約
30μmであった。図2において、白い部分はポリイミ
ド樹脂の部分を示し、黒い部分は空隙部による影を示し
ている。Next, description will be made with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a flat membrane type separation membrane 10 coated on a support according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 3 is a fluorine-containing polyimide resin layer, which is a skin layer 1 and a sponge layer 2.
It is formed with. The polyimide resin layer 3 is formed on the surface of the gas permeable support 4 which is a polyester nonwoven fabric having a thickness of about 100 μm. FIG. 2 is a traced enlarged SEM photograph of the skin layer 1 and the sponge layer 2 of FIG. The thickness L 1 of the skin layer 1 is about 40 nm, the thickness L 2 of the shows only partially in Figure 2 the sponge layer 2 was approximately 30 [mu] m. In FIG. 2, the white portion indicates the polyimide resin portion and the black portion indicates the shadow due to the void.
【0056】次に図3(a)(b)は図2の縮小図を示
しており、スポンジ層2の構造が厚さ方向にも面方向に
も比較的均一であることを示している。図4(a)は従
来技術のフッ素含有ポリイミド樹脂層からなる気体分離
膜の断面SEM写真をトレースした図、図4(b)は図
4(a)のA部の拡大図である。この非対称膜は溶媒と
してN−メチルピロリドン(NMP)を用い、水中で脱
溶媒して形成したものである。図4(a)において、2
1はスキン層、22はスポンジ層、23はスポンジ層に
存在する縦方向に形成されたフィンガーボイド部(円筒
状空隙部)、24は横方向(奥行き方向)に形成された
フィンガーボイド部である。同一倍率の拡大図である本
発明の一実施例の図3(a)と比べると、従来技術の非
対称膜には直径が約10μm程度の大きなフィンガーボ
イド部が存在しているのに対して、本発明品はこれがな
く、均一なスポンジ層になっていることである。Next, FIGS. 3A and 3B are reduced views of FIG. 2 and show that the structure of the sponge layer 2 is relatively uniform both in the thickness direction and in the plane direction. FIG. 4A is a trace SEM photograph of a cross section of a gas separation membrane made of a conventional fluorine-containing polyimide resin layer, and FIG. 4B is an enlarged view of part A of FIG. 4A. This asymmetric membrane is formed by using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent and removing the solvent in water. In FIG. 4A, 2
1 is a skin layer, 22 is a sponge layer, 23 is a finger void portion (cylindrical void portion) formed in the sponge layer in the vertical direction, and 24 is a finger void portion formed in the lateral direction (depth direction). . Compared with FIG. 3 (a) of an embodiment of the present invention, which is an enlarged view of the same magnification, the asymmetric membrane of the prior art has a large finger void portion with a diameter of about 10 μm. The product of the present invention does not have this and has a uniform sponge layer.
【0057】以下に具体的実施例を挙げて本発明を説明
するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。 (実施例1)前記式(化6)で表される繰り返し単位と
するフッ素含有ポリイミドをジエチレングリコールメチ
ルエーテル溶媒下で以下の方法で合成した。The present invention will be described below with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 A fluorine-containing polyimide having a repeating unit represented by the above formula (Formula 6) was synthesized by the following method in a solvent of diethylene glycol methyl ether.
【0058】ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェ
ニル]スルフォン(0.75mol)を有機溶媒(A)
または(C)としてのジエチレングリコールジメチルエ
ーテル1842gに溶解した溶液中に、窒素雰囲気下
で、5,5´−2,2,2−トリフルオロ−1−(トリ
フルオロメチル)エチリデン−ビス−1,3−イソベン
ゾフランジオン(6FDA)0.75molを加え、室
温にて8時間撹拌し、重合を行い、ポリアミック酸を得
た。その後、ジエチレングリコールジメチルエーテル4
06gを加え、溶液が均一になった後、イミド化剤物質
であるピリジン2.25molと無水酢酸2.25mo
lを加え、室温にて12時間撹拌し、イミド化反応を行
った。反応後、得られた溶液は製膜溶液として瀘過し、
静置して十分に脱泡し、調整した。Bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone (0.75 mol) was added to the organic solvent (A).
Alternatively, in a solution of 1842 g of diethylene glycol dimethyl ether as (C), under nitrogen atmosphere, 5,5'-2,2,2-trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethylidene-bis-1,3- 0.75 mol of isobenzofurandione (6FDA) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 8 hours to carry out polymerization to obtain a polyamic acid. Then, diethylene glycol dimethyl ether 4
After adding 06 g and the solution became uniform, 2.25 mol of pyridine, which is an imidizing agent substance, and 2.25 mo of acetic anhydride.
1 was added, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours to carry out an imidization reaction. After the reaction, the obtained solution was filtered as a film forming solution,
It was left to stand to be sufficiently defoamed and adjusted.
【0059】上記製膜溶液を25℃としてアプリケータ
を用いて、幅1m、長さ15m、厚さ約200μm、目
付85g/m2 のポリエステル不織布上に、厚さ200
μmでキャストして、凝固液として20℃の水中に5分
間、20℃の水中に1時間浸漬した。この様にして図1
〜3に示すような非対称膜を形成した。この後、得られ
た気体分離表面にエラストマー重合体である架橋性シリ
コーン樹脂溶液(GESilicones のRTV615のヘキ
サン3wt%溶液)を塗布し、110℃で15分間熱処
理することにより、エラストマー重合体の薄膜(膜の厚
さ約1〜3μm)を形成させ、積層させた。得られた分
離膜を円筒状モジュールに組み立て(有効膜面積1.4
m2 )、透過速度と分離性能を測定した。[0059] Using an applicator of the above film-forming solution as 25 ° C., width 1 m, length 15 m, thickness of about 200 [mu] m, on a polyester nonwoven fabric having a basis weight of 85 g / m 2, thickness 200
It was cast at a thickness of μm and immersed in 20 ° C. water for 5 minutes and 20 ° C. water for 1 hour as a coagulating liquid. In this way
An asymmetric film as shown in ~ 3 was formed. After that, a cross-linkable silicone resin solution (GESilicones RTV615 hexane 3 wt% solution) which is an elastomer polymer is applied to the obtained gas separation surface and heat-treated at 110 ° C. for 15 minutes to obtain a thin film of the elastomer polymer ( A film thickness of about 1-3 μm) was formed and laminated. The obtained separation membrane was assembled into a cylindrical module (effective membrane area 1.4
m 2 ), permeation rate and separation performance were measured.
【0060】測定は下記の純ガス(CO2,CH4,N2 )
を用い、透過側を大気圧にして行った。測定時間は25
℃である。結果を表1に示す。The following pure gases (CO 2 , CH 4 , N 2 ) were measured.
Was carried out at atmospheric pressure on the permeation side. Measurement time is 25
° C. The results are shown in Table 1.
【0061】[0061]
【表1】 [Table 1]
【0062】(実施例2)ジアミン成分を3,3´−ジ
アミノヂフェニルスルフォンに変更した以外はで実施例
1に従った。結果を表2に示す。Example 2 Example 1 was repeated except that the diamine component was changed to 3,3'-diaminodiphenyl sulfone. Table 2 shows the results.
【0063】[0063]
【表2】 [Table 2]
【0064】以上の実施例で説明した通り、本発明の非
対称分離膜は、実用的なモジュールに必要な広い膜面積
において、スキン層の平均厚さは1〜100nmの範囲
にあって均一であり、透過速度と分離性能に優れている
ことが確認できた。また、広い膜面積において均質であ
り、ピンホール等の欠陥もなかった。As described in the above examples, in the asymmetric separation membrane of the present invention, the average thickness of the skin layer is uniform in the range of 1 to 100 nm in a wide membrane area required for a practical module. It was confirmed that the permeation rate and the separation performance were excellent. In addition, the film was homogeneous over a wide film area and had no defects such as pinholes.
【0065】(実施例3)実施例1で得られた分離膜の
うち、幅0.33m、長さ2.0mを円筒状モジュール
に組み立て(有効面積0.54m2 )、透過速度と分離
性能を測定した。結果を表3に示す。(Example 3) Of the separation membrane obtained in Example 1, a width of 0.33 m and a length of 2.0 m were assembled into a cylindrical module (effective area 0.54 m 2 ), the permeation rate and the separation performance. Was measured. The results are shown in Table 3.
【0066】[0066]
【表3】 [Table 3]
【0067】表3から明らかな通り、有効面積0.54
m2 のモジュールにおいても実用上十分な透過速度と分
離性能を持っていることが確認できた。As is clear from Table 3, the effective area is 0.54
It was confirmed that the module of m 2 also has practically sufficient permeation rate and separation performance.
【0068】[0068]
【発明の効果】本発明のフッ素含有ポリイミド系気体分
離膜は、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド系樹脂からな
るスポンジ層とその表層のスキン層とを少なくとも備え
た気体膜面積0.5m2 以上の分離膜であって、前記ス
キン層の平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO
2 ガスの透過速度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/
atmの範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60
の範囲であることにより、広い膜面積において均質であ
り、ピンホール等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係
数αを有する含フッ素ポリイミド系ガス分離膜を実現で
きる。The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane of the present invention has a gas membrane area of 0.5 m 2 or more including at least a sponge layer composed of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide-based resin and a surface skin layer thereof. The separation membrane, wherein the skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm,
2 Gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3 / m 2 / h /
Atm range, separation factor α of CO 2 / methane is 2 to 60
Within the range, it is possible to realize a fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane that is homogeneous over a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α.
【0069】次に本発明のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜の製造方法は、溶剤可溶型フッ素含有ポリイミド
系樹脂からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少
なくとも備えた気体分離膜の製造方法であって、前記ポ
リイミド系樹脂を誘電率が30以下で双極子モーメント
が3.0D以下である有機溶媒(A)からなる溶液及び
分子構造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を有す
る有機溶媒を主成分とする有機溶媒(B)からなる溶液
から選ばれる少なくとも一つの溶媒に溶解し、次いで前
記フッ素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有機
溶媒(A)または(B)と相溶性を有する溶剤(C)中
に浸漬して脱溶媒することにより、簡便な製膜方法で高
い気体透過流束を有し、コスト面で実用的に満足できる
気体分離膜を効率良く合理的に製造できる。次に本発明
の気体分離膜モジュールによれば、溶剤可溶型フッ素含
有ポリイミド系樹脂からなるスポンジ層とその表層のス
キン層とを少なくとも備えた膜面積0.5m2 以上の気
体分離膜を用いたモジュールであって、前記スキン層の
平均厚さは1〜100nmの範囲にあり、CO2 ガスの
透過速度が0.01〜50Nm3 /m2 /h/atmの
範囲、CO2 /メタンの分離係数αが2〜60の範囲で
あることにより、広い膜面積において均質であり、ピン
ホール等の欠陥もなく、高い透過流束と分離係数αを有
するガス分離膜モジュールを実現できる。Next, the method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane of the present invention is a method for producing a gas separation membrane having at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof. The polyimide-based resin is mainly a solution containing an organic solvent (A) having a dielectric constant of 30 or less and a dipole moment of 3.0D or less, and an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit. A solvent that dissolves in at least one solvent selected from the solution consisting of the organic solvent (B) as a component and then does not dissolve the fluorine-containing polyimide resin, but has compatibility with the above organic solvent (A) or (B) ( By immersing in C) and removing the solvent, a gas separation membrane that has a high gas permeation flux with a simple membrane forming method and is practically satisfactory in terms of cost can be obtained. Ku can reasonably be produced. Next, according to the gas separation membrane module of the present invention, a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, which comprises at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof is used. The average thickness of the skin layer is in the range of 1 to 100 nm, the permeation rate of CO 2 gas is in the range of 0.01 to 50 Nm 3 / m 2 / h / atm, and the range of CO 2 / methane is When the separation coefficient α is in the range of 2 to 60, it is possible to realize a gas separation membrane module that is homogeneous over a wide membrane area, has no defects such as pinholes, and has a high permeation flux and a separation coefficient α.
【図1】本発明の一実施例の支持体上に塗布した平膜型
の分離膜の概略断面図FIG. 1 is a schematic sectional view of a flat membrane type separation membrane coated on a support according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の拡大断面SEM写真のトレース図FIG. 2 is a trace diagram of an enlarged cross-sectional SEM photograph of FIG.
【図3】(a)(b)は図2の縮小図3A and 3B are reduced views of FIG.
【図4】(a)は従来技術のフッ素含有ポリイミド樹脂
層からなる気体分離膜の断面SEM写真をトレースした
図 (b)は図4(a)のA部の拡大図4A is a traced SEM photograph of a cross section of a gas separation membrane made of a fluorine-containing polyimide resin layer according to the prior art, and FIG. 4B is an enlarged view of part A of FIG. 4A.
1 スキン層 2 スポンジ層 3 フッ素含有ポリイミド樹脂層 4 気体透過性支持体 10 平膜型気体分離膜 21 スキン層 22 スポンジ層 23,24 フィンガーボイド部(円筒状空隙部) 1 Skin Layer 2 Sponge Layer 3 Fluorine-Containing Polyimide Resin Layer 4 Gas Permeable Support 10 Flat Membrane Gas Separation Membrane 21 Skin Layer 22 Sponge Layer 23, 24 Finger Void (Cylindrical Void)
Claims (15)
からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少なくと
も備えた膜面積0.5m2 以上の気体分離膜であって、
前記スキン層の平均厚さは1〜100nmの範囲にあ
り、CO2 ガスの透過速度が0.01〜50Nm3 /m
2 /h/atmの範囲、CO2 /メタンの分離係数αが
2〜60の範囲であることを特徴とするフッ素含有ポリ
イミド系気体分離膜。1. A gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, comprising at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof.
The skin layer has an average thickness in the range of 1 to 100 nm and a CO 2 gas permeation rate of 0.01 to 50 Nm 3 / m.
A fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane having a 2 / h / atm range and a CO 2 / methane separation coefficient α of 2 to 60.
及び気体透過性支持体の表面に形成された少なくとも一
つの分離膜である請求項1に記載のフッ素含有ポリイミ
ド系気体分離膜。2. The gas separation membrane has a tubular shape, a hollow fiber shape,
The fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 1, which is at least one separation membrane formed on the surface of the gas-permeable support.
からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少なくと
も備えた気体分離膜の製造方法であって、前記ポリイミ
ド系樹脂を誘電率が30以下で双極子モーメントが3.
0D以下である有機溶媒(A)からなる溶液及び分子構
造単位中に少なくとも1つのエーテル結合を有する有機
溶媒を主成分とする有機溶媒(B)からなる溶液から選
ばれる少なくとも一つの溶媒に溶解し、次いで前記フッ
素含有ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記有機溶媒
(A)または(B)と相溶性を有する溶剤(C)中に浸
漬して脱溶媒することを特徴とするフッ素含有ポリイミ
ド系気体分離膜の製造方法。3. A method for producing a gas separation membrane, comprising at least a sponge layer composed of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface thereof, wherein the polyimide resin has a dielectric constant of 30 or less. Dipole moment is 3.
It is dissolved in at least one solvent selected from a solution consisting of an organic solvent (A) of 0D or less and a solution consisting of an organic solvent (B) containing an organic solvent having at least one ether bond in a molecular structural unit as a main component. Then, the fluorine-containing polyimide-based gas separation is characterized in that the fluorine-containing polyimide resin is not dissolved but is immersed in a solvent (C) having compatibility with the organic solvent (A) or (B) to remove the solvent. Membrane manufacturing method.
からなるスポンジ層とその表層のスキン層とを少なくと
も備えた膜面積0.5m2 以上の気体分離膜を用いたモ
ジュールであって、前記スキン層の平均厚さは1〜10
0nmの範囲にあり、CO2 ガスの透過速度が0.01
〜50Nm3 /m2 /h/atmの範囲、CO2 /メタ
ンの分離係数αが2〜60の範囲であることを特徴とす
る気体分離膜モジュール。4. A module using a gas separation membrane having a membrane area of 0.5 m 2 or more, which is provided with at least a sponge layer made of a solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin and a skin layer on the surface of the sponge layer. The average thickness of the layer is 1-10
It is in the range of 0 nm and has a CO 2 gas permeation rate of 0.01
A gas separation membrane module having a range of ˜50 Nm 3 / m 2 / h / atm and a separation coefficient α of CO 2 / methane of 2 to 60.
及び気体透過性支持体の表面に形成された平膜から選ば
れる少なくとも一つである請求項4に記載の気体分離膜
モジュール。5. The module is tubular, hollow fiber,
The gas separation membrane module according to claim 4, wherein the gas separation membrane module is at least one selected from the group consisting of a flat membrane formed on the surface of the gas permeable support.
が、ポリイミド樹脂層を構成する繰り返し分子構造単位
中に、少なくとも3個のフッ素原子と少なくとも1個の
(−SO2 −)部位を有するフッ素含有ポリイミド樹脂
から選ばれる少なくとも一つの樹脂である請求項1,3
または4に記載のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜と
その製造方法及びモジュール。6. A solvent-soluble fluorine-containing polyimide resin, wherein the repeating molecular structural unit constituting the polyimide resin layer has at least three fluorine atoms and at least one (—SO 2 —) moiety. 4. At least one resin selected from contained polyimide resins.
Alternatively, the fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to 4 above, a method for producing the same, and a module.
り返し分子構造単位中に少なくとも1つの−CF3 基を
有する請求項1,3または4に記載のフッ素含有ポリイ
ミド系気体分離膜とその製造方法及びモジュール。7. The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to claim 1, 3 or 4, which has at least one —CF 3 group in the repeating molecular structural unit constituting the fluorine-containing polyimide resin, and a method and module for producing the same. .
下記式(化1)(但し(化1)中のA1 〜An は芳香
族、脂環族及び脂肪族炭化水素基から選ばれる少なくと
も一つの4価の有機基を示し、R1 〜Rn は2価の芳香
族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれら炭
化水素基が2価の有機結合基で結合された2価の有機基
を示し、前記A1 〜An のうち少なくとも1つの有機基
はフッ素原子を3個以上有する有機基であり、R1 〜R
n のうち少なくとも1つの有機基は(−SO2 −)部位
を有する。)で表される繰り返し単位を主成分とする請
求項1,3または4に記載のフッ素含有ポリイミド系気
体分離膜とその製造方法及びモジュール。 【化1】 8. A fluorine-containing polyimide resin has substantially the following formula (Formula 1) (wherein A 1 to A n in (Formula 1) are at least selected from aromatic, alicyclic and aliphatic hydrocarbon groups). One tetravalent organic group is shown, and R 1 to R n are divalent aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon groups, or divalent ones in which these hydrocarbon groups are bound by a divalent organic bonding group. And an organic group of at least one of A 1 to A n is an organic group having 3 or more fluorine atoms, and R 1 to R
at least one organic group of n is - having the moiety (-SO 2). ) The fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 1, 3 or 4, which comprises a repeating unit represented by the formula (4) as a main component, a method for producing the same, and a module. Embedded image
下記式(化2)で表される繰り返し単位を主成分とする
請求項1,3または4に記載のフッ素含有ポリイミド系
気体分離膜とその製造方法及びモジュール。 【化2】 9. The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane according to claim 1, 3 or 4, wherein the fluorine-containing polyimide resin essentially contains a repeating unit represented by the following formula (Formula 2). Manufacturing method and module. Embedded image
双極子モーメントが3.0D以下である請求項3に記載
のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の製造方法。10. The method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 3, wherein the organic solvent (A) has a dielectric constant of 10 or less and a dipole moment of 3.0D or less.
がジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレン
グリコールジエチルエーテル及びこれらの混合溶媒から
選ばれる少なくとも一つの溶媒である請求項3に記載の
フッ素含有ポリイミド系気体分離膜の製造方法。11. The fluorine-containing polyimide-based gas separation according to claim 3, wherein the main component of the organic solvent (A) or (C) is at least one solvent selected from diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether and a mixed solvent thereof. Membrane manufacturing method.
れらの混合剤から選ばれる少なくとも一つの液体である
請求項3に記載のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の
製造方法。12. The method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 3, wherein the solvent (B) is at least one liquid selected from water, alcohols and a mixture thereof.
に、さらにエラストマー重合体の保護膜を形成する請求
項1,3または4に記載のフッ素含有ポリイミド系気体
分離膜とその製造方法及びモジュール。13. The fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 1, 3 or 4, further comprising a protective film of an elastomer polymer formed on the fluorine-containing polyimide gas separation membrane, and a method and module for producing the same.
性シリコーン樹脂を架橋させた膜である請求項13に記
載のフッ素含有ポリイミド系気体分離膜の製造方法。14. The method for producing a fluorine-containing polyimide gas separation membrane according to claim 13, wherein the protective film of the elastomer polymer is a film obtained by crosslinking a crosslinkable silicone resin.
イド部が存在しない請求項1または4に記載のフッ素含
有ポリイミド系気体分離膜及びモジュール。15. The fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane and module according to claim 1, wherein the sponge layer has no void portion having a diameter of more than 1 μm.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14924095A JPH09896A (en) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | Fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane, its manufacturing method and module |
| US08/663,509 US5817165A (en) | 1995-06-15 | 1996-06-13 | Fluorine-containing polyimide gas separation membrane and method of manufacturing the same |
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP14924095A JPH09896A (en) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | Fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane, its manufacturing method and module |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH09896A true JPH09896A (en) | 1997-01-07 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP14924095A Pending JPH09896A (en) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | Fluorine-containing polyimide-based gas separation membrane, its manufacturing method and module |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH09896A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112337324A (en) * | 2020-09-21 | 2021-02-09 | 南京工业大学 | Double-layer membrane with controllable hydrophilicity and hydrophobicity, preparation method and application of double-layer membrane in filtering of non-polar solvent system |
| WO2023181893A1 (en) * | 2022-03-22 | 2023-09-28 | 日東電工株式会社 | Separation membrane and method for manufacturing separation membrane |
-
1995
- 1995-06-15 JP JP14924095A patent/JPH09896A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112337324A (en) * | 2020-09-21 | 2021-02-09 | 南京工业大学 | Double-layer membrane with controllable hydrophilicity and hydrophobicity, preparation method and application of double-layer membrane in filtering of non-polar solvent system |
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