JPS5949802A - 気体分離用選択透過膜 - Google Patents

気体分離用選択透過膜

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JPS5949802A
JPS5949802A JP16081082A JP16081082A JPS5949802A JP S5949802 A JPS5949802 A JP S5949802A JP 16081082 A JP16081082 A JP 16081082A JP 16081082 A JP16081082 A JP 16081082A JP S5949802 A JPS5949802 A JP S5949802A
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polyamine
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Fumio Ueda
文雄 上田
Eiichi Hashimoto
橋本 ひで一
Kenko Yamada
山田 建孔
Ko Mori
森 興
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Teijin Ltd
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Artificial Filaments (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。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は良好なパ<電、(1′:透;iM+lを十′1
つ列択■・η過p、に門する、さトb’= i(,1,
<は、’l’、? ’、ril (/、J シロキーリ
ンhつ41本の・]1格をイ)(る・1ゞすrミン成分
と特定のシロ片すノ7 jlη”°7. licの骨格
を有するポリインシアオートと41.I多孔・・1支時
津膜1(面上で爪合し形IA+、)[(、めてンよるポ
リ尿素系気作分1”1e用抱冶脱にト11−3イ)2.
竹に本発明の複合膜は酸素の透+1″・目1:かノ、5
をく、かつ酸素の選択透過性圧すぐれる。 現在、燃焼エネルギーを利用する装置、flえは家庭用
暖房器具、自動車のエンジン、ホイラー笠にすdいては
、空気中に酸素が約20チの濃度で存在することを基礎
に設計され運用されている。 今、酸素濃度の高め9.Jtた空気が供給されたとすれ
ば、不完全燃焼による環境汚染等の問題力1置消される
ばかりでな(、燃焼効率を高めることも可能になる。 又、酸素濃度の高められた空気は、呼吸器系疾患者や未
熟児の呼吸用と1.て有用である。 このように酸゛素#度の高い空気を得る方法と
【7て高
分子膜を用いて大気中の蓋素を選択的に分離濃縮する方
法がある。 一般に均質膜中な透過する気体の量は次式であられされ
る。 1ここでYは気体の透過速度(cc(STP)z4ec
)、1そこでコンパクトなう8置で、できるだけ気体の
透過、−をあげるには気体透過係ゆしの大きな素材を選
び、膜厚をできるだ;フ薄<することが膜分離法におい
ては必要となる。 一方、混合気体の分AE O) 場合、分離をよくする
には、分離係数α(αχ嵩高1秀遷ガスの透過係数/低
透過性力゛スの透得係c(、)の大きな素材を選定する
ことも重要な因子であるっ 大気中の酸素と窒素の分直1c K <4・用Nるli
M、即ちrl!素富素膜化膜、では種々のものかずでK
 4置1%案されているが、そのなかで酸素透過係数の
一番大きなものは6X 10−’ cc、(STP)、
crn/cJ、&ec、ml117 あルーフ リコー
ンゴムである。しカ・;、シリコーンゴムは分離係数(
α)が2.0と低く1.目や薄い膜とすることが困難で
ある。 そこでポリシロキサンに7Fリカーボネートをブロック
共重合させたポリシロキサン−ポリカーボネート共重合
体の溶液を水面上に展開するによって0.1μ以下の薄
1151造することが提案された(特開昭51−895
64号公報参照)。しかjl、この膜の酸素透過係数は
2 X l O−”ec(STP) ・cm/cd−s
er>tynlig とシリコーンゴムより低(、また
分離係数(α)も2.2とまだ充分ではない。 最近、アミノ変性シリコンオ・rルを酸クロライドやイ
ンシアネートを用いて架橋させることによ′す、分離係
数(α)が3以上と優れ、透過性も良好で1つ1.0μ
以下の薄膜製膜も可能な膜が提案されている(特開昭5
7−105203号公報参照)。 l、かしこの膜の透過係数は、いままで最も優れている
シリコーンゴムの特性には達していない。 そこで本発明者らは、分離係数(α)が3以上と良好で
1.0μ以下の薄膜の製造が容易で隨っ酸素透過係aが
すぐれた膜を得るべく鋭培研究の結果、特定のシロキサ
ン誘導体の骨格を有するポリアミンとポリカーボネート
とを微多孔性支持体表面上で重合さ−ピーて11 k、
+れる膜が、透過性および選択性が医れ、1.かも?・
7膜4QI J’、r、’Cも容易であることを見い出
し本発明番て到達1、た。 すなわち、本発明は (a)  ボリアミニ/成分の少くとも3()モルチが
下記式(1)及び/又は(11 で表わされる繰返し単位を有するものであるポリアミン
成分と、 (bl  ポリイソシアネート成分の少くとも5oモ― R1 ((lI−L 、  R,トR,は同一もl−(はp 
reすII’t :R数t〜イのアルキル基又はフェニ
ル基を示ヂンで表わされろシロキサン構造を有り月つ少
くども2個のインシアネート基を有゛Jるシロキサン系
ポリイソシアネートであるポリイソシアネート成分とを
、微多孔性支持K 11!、τ賢面上でilt合1.膜
を形成せ1.めて得られた気(ト分離用j択遭、過膜で
ある。 本発明の(#1)ポリアミンは骨核と1.てシロキづソ
連鎖からなり、その側I11\にアミノ基をもつ射り造
を有1.工いる。本発明の1トリアミン成分の7ミノ基
のあるイ(1す鎖の4な造は+CI、 )−NH。 及び/又は+C1L→−NIIXである。ここでXは1
級又は2級の7ミノ基を少くとも1佃有する脂肪族、脂
環族あるいけ芳香族の残基である一上記ボリ7ミン成分
圧おいて、十Cル)−HNH−Xで表わされる践を導入
する方法の一具体的方法5を示すと、−c■■、)−H
IIA  (ごこ−(11A1. Fj、−Ct、、。 −Br、  −I  又は−F を示“1 ) −r−
2′;わ(3,J’ζ1.1.−を有する化合物に、ジ
アミノ、トリアミン;丁のポリアミンを反応さ4LJ+
ば、1:い、、 、:(りい、4 ?、H,ジフミン、
トリフ′ミン1tの・1′す72.・υ)1ノ1.1:
、1.では、エチレンジアミン、ブrl Lt’ l・
二/ジノ゛ミン、ジエチレントリアミン、 トリエ+1
 ンノiラミン。 ヘキサメチ1/ンジアミン、N−メづル:「−チレンシ
アミンなどのl1ir肪族ポリアミン;4−フミノビベ
ラジン、4.4′−ジアミノジ/りpヘギシルメタンI
よどの脂p、’j Nポリアミン;1n−フエニ1/ン
シブミン、キシリレンシン′; :/ ′jrj:の芳
ろ族ポリアミンをあげろことが゛(ト、これ1−)の1
14す7ミンと上記−←Cray ’ nHn Zをル
応さ珪た2、−〕りの基がXと1.て表わきれる。、−
れI2)のポリアミンのなかで好ましいのはJ財11J
i IFζ中リアリアミノ、す、その中で特にエチレン
シアミソが/11 :F 1.−い。 またアルキレン基の長さくへり番よ()σノときは化合
物が加水分解されやすいこと、一方nが太きいと酸素透
過性が仕丁ず2)ために1〜10であり、!11tに2
〜4の範囲がQIまj(・、。 次に本発明における(nlポリアミン成分を製造する方
法の一例を示すが、本発明のポリアミンはこの方法によ
り製造されたものtてIll、!定されないことは云う
までもない。 例えば下記一般式 %式% で表わされる化合物を水の存在下加熱(2て加水分解し
ながら重合することGこよって得ろことができる。この
重合の際、下記式の化合物を一部共正させることも出来
る。 CIL。 (Cll、)tN−8i−N(CHs)yll5 (但し、Rは前nL定・・、と同じ) さらにゲル化を起さプfいl’i! I’lげ9.18
13式で表わさ才lる3官能収、ヒの化て)物’!+、
’ j’f′7’lさIj−て臣イトすることもできる
。 ?1゜ RO−8量−0It CIL (但し、Rは前a己りf+・、と同じ)本発明のポリア
ミンは、ポリイソシ1.ネート−と反応させて膜を形成
さ珍ること7′ツ・ら、Cds記一般式(1)及び/又
は(II)の1)%、位を:イj’ 71−ろポリアミ
ンが少くども全ポリアミン成分とl′t 30七ルチ以
上、好ま[2くは50モル俤J−1了、さ「)に好畔L
−< ハロ 5 % 以f テt* 7) 、、木発1
1−1の(1))ポリ4フ9フ才、−■成分は、全ポリ
イソシアネート当り少くとも50モル条、好f1.(は
少くとも70モル%が、分子中に/J2<ル を有するものである。 かかるポリイソ9フ才、−)−とl−T↓、t、 l:
’ it己式(lりあるいはF記式(IV) ・・・・・・・(1v) で表われるも(ンが有利て゛声〕イ)、。 前記式(創の具fAZ f’!lと1.て(」1、F記
のものを示すことができろ。 一方、前Rr、’+式(IVIの化r1物(」1、■・
記5(、とボリイソンアネート、例えばトリイレンジイ
ソシアネート、フェニルジイソシアネート。 4.4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリ
レンジイソシフ′オート等の芳香J”5ジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソ
シアネート、シクロヘキシルジイソシアネー)6の脂環
族ジイソシアネート類をあげろことができる。又その−
T;βをトリイレンジイソシアネートや下記式の3官能
以上のインン7ネートシr、おきかえることもできる。 〔0は1〜20の整数を示す〕 ポリイソシアネート情)あイ)い(r、(「l)の石”
I造のうり、・qあるいはdは()又3オ1〜21+ 
(+ (〕)す:−リ′、(であるが、小さいとrI′
lタミ透過Y1.が低くバペ)ごと、一方大きいとアミ
ノ基にR’4す2)・rソシフ′:; −)の反応性が
低下1ろたと)、I/□=11(は、3〜]2()、さ
らに好ましくは5〜100“びAr)イ)1.中だ、同
じ((1)あるいば(IV)の構j;νの5すrとpあ
ろいはaとhは同一でもまたノ111.プr、 −)(
’ v−C4+ 、i t、−が、2〜lOの3搭数、
好ま1. < It:l 3〜8の・1;′C数である
。rとpあるいはaとbが1のとき(″l不lモ定であ
り、また酸累烙j1・A(′1°か11t]−4力。r
!if i・11ポリイソシアネートは、それ[)の7
+1合物の形でも1′f!用することができ、また仙、
のホリイソシアネートと混合して使用するごともできる
。 前N+、! (n)ポリアミン成分と(blポリインシ
アネート成分とυ・ら本発明りII+′、fiを形成さ
せるためには、両者な微多孔性支持体tllxll上で
車イ(ヒ1.め、該支持((上にポリ尿素の薄膜を形成
さぜればよい。−・ノのp′f−1:しい方法は、前記
ポリアミン成分の溶液を後述する微多孔性支持体上に塗
布1−1そσ)塗布した基材とポリインシアネート成分
の溶液ンを接触させる方法である。 こり塗布方法どしては浸漬法、ロールコーティング法、
ウィックコーティング法、スプレーコーティング法等如
何なる方法でもよい。 かかるポリン°ミンは可溶性であるのが好ましり、!侍
に水、メクノTル、エタノール、インプロパツール、メ
チルセルンルプ、ジオキリン或(・はテトラヒドロフラ
ン又はこれら2種以」二の混自溶Q: [’0.I V
 / I OOme以上、好ましくは0.5り/ 10
 (1、、e以上口■溶であることが好ましい。 これらの溶々IL群より選はれた少なくとも1褌の溶媒
に少1L(ともo、1チ溶解せ(−めた本発明0) ホ
!J 7 ミ7 溶液1j−1f、S =5’、 ’1
1. I’i覧4vI−(、l’、’t Iv Iff
i又は含浸ぜ(、めIT)λ1. ?、)(+かかる支
持体8i′!のり一″(1ど1−(、ガラ−7、゛ず]
1多孔利、埠結金FL セラミックスJかセフ1rr 
−,2、エステル、ボリスチL・ソ、ピー=、 71グ
チヲール、ポリヌルホン、塩化ヒニル″!iのイ、 1
ijjポリマーが”)tげられろ。 ポリ7、ルポン膜は不発jlllσ’、 、rt: 4
4と1.て特にずぐねた性能を有するもの−(・あり、
十すヒニルクロライドも又有効で力、イ)。71’す、
ノ、/1】)、ン多孔何基オイのf+’!造法は、米国
塩ノjて1.ij l・ン+−1・(OS wRepo
rt ) A 359にもL ifZ>1’ていイ)7
、かかイ・基旧はテそ向の孔Q)太きデーが一般に約1
 00〜1  fl  11 0  オ ン′ り ン
、 I  T7 − ノ\ Gノ 1川 に あ る 
ものがp了まし、いか、こJl、 K lj+41’、
 Jl 、!イ、のてけブエく、1(、l終の膜の用途
などに応じ−(、シ′二面の孔の大きす1f5o g 
〜5oon、g 〕lllテ;+l+化1−57−r。 コレらの基材は対称nl造でも−1・対れイ11・)r
でも使用でキル力、望り: 1. < ハ非f、J称J
’i’j イ:!LC’ノものがま、l−・。 しかしながら、これらの基旧けJISPI’1l17の
装置−t ICより測定された透気度が20〜3000
秒、よりtH(マl−<は50〜1000秒のものが用
いられる。週51.)度が2()秒以下のものは、イ1
)らJlろI自肪
【に欠陥が生じ−Vすく、選択性が倶
下じやすい。中た、3 (10n fl>以上のものは
、qt+られた複合膜(7)透気にが低いもの17か得
られない。 また基イ:!(微多孔性膜)は、その孔の大きさがM大
細孔径と1.て】μ以下、好ま1.<は0,5μ以下で
あるのが有利である。 本発明の膜をイ11るに際11、ボリイ゛ノシ7ネート
の溶解に使用される溶媒どし、ては、インシアネートに
対して不活性であり、それを溶解し5しかも該ジアミン
化合物及び基利物質を実ノ1+的に溶角了1.フ【いも
のでぶ)す、かつ形成されたポリ尿素を溶解1−ないか
、殆ど溶解しブIいものが好ま【、い。その例としては
例えば、n−ヘキサン。 h−へブタン、n−オクタン、シクロヘキサン。 n−ノナン、n−デカン等の炭化水素系溶媒などが挙げ
られる。溶媒中の好適なジイソシアネート化合物濃度は
該化合物の種類、溶聾、 −t6利。 その他のΦ件lテ」、−)てイ1+化1,5ろか、′三
′′、験により最適jfi’iを汐定することか−(。 た□:、+ 、。 し、かじ、−n5:的6?: 4’> o、r−i、n
 、 p/ :FI−(It()、5〜3.0爪畠チで
+づ]クリ果4′イに1・;・(、つる。 ポリアミン成イ)と十すイソー・フ′オー111ν、分
とのかかる界面反応は室温乃至約10(1℃、クイまし
、<け20〜50℃の温i(t、に1,9い′12イ1
.〜1 n分、好士1、(は1()秒〜5分間Ti5こ
とかできる。こり界面反Iちはrの6面に一νどし−(
−1j’41t、+されるように行5ごとができろう かクシ、て微多孔pi、支易11J5’:白[−に、コ
゛、\択j)過性を有する重縮イ)体のi′年いル、V
^イi−ツイ)i・、j 7+、 1.11.’iがイ
(Iられろ。 該膜における遭択透1(74性1i7’IO) J“;
lさく」、l′イケ密に用1定されるものでは7fいが
、全J1.′で少ハ、くとも100オンゲスI−ローム
、1111常300〜7000オンダスト戸−人のJQ
みを・イX1することができる。 さらシc本発明の他のjllll 11i、’、’j 
ノ丁法と(て、より・fソシアネート成分を微多孔渣−
t5n; 1111λに、′&浸し、それにポリアミン
成分のffI液を接触さ−+7−てi吟膜を形成させる
こともできろ。本発明の微多孔支持体の形状は、平心状
、中空繊1佳等いかなる形状でも使用可能であり、それ
に応じて本発明のq(!も平++<S + 中空糸ゞ、
今いかなる形態でもよい。 そ1−て本発明のli4%はその優れた気体透3EIr
性。 ;)4択++を利用1.て、例えば空気から11り素畠
化空気を(!!i造する装置に組み込んでエンジン、暖
房器具′亨の燃焼効率の向上、さらにrl’f浄な償素
宮化空気と1て、未熟児の保育箱、呼吸器疾患者の治療
?(機として、あるいは人工肺2人工えらとして利用r
ることができるが必ずj、もそれに限定されるものでは
ない。 以下実施例をあげて、本発明を記述す゛るが、本発明は
、これらに限定されるものではない。 実施例中“部”はV月0部を示す。 参考例1 密に織ったダクロン(Dacron ) !!不熾亜(
目付N: 180 f / tν?)をガラス板上に固
定した。 次いで、該不鼾)布上にヌ11す7ノ?、71−ン12
.5 wt係。 メチルセルソルノ12,5 wL’、G 、 :+3 
J、び残部ジメチルポルムアミドを含む4.′敢をl+
、、! ;X約C)、2μの1情状にキャストし、直ト
)に十すスノ1フ1−ノI(%を室温の水浴中に−Cゲ
ル化さljろこと(τ、より、不嘗布補強多孔性ポリス
ルポン1ト1ヤ4:i /ζ。 コ(’J ヨ5 &t、 11 得1”) Jl!、=
 pr−几1’1.21リスルホン層は厚みが約40〜
7 f+ 7(であり、非λ・J作IFY示を有(、て
おり、かつプ下向に171・15(1〜6 +10 A
の微孔が多数存在1ろことか、゛1.子曲fl f(H
j写真により些停された。またこハらC′ノ多孔ef′
、a香料はJIS P 8117  やら僅による「L
気1゛°E−が150〜300秒であった。 実施例] 1’J−2−7ミノエチルー3−7′ミノプロピル・ジ
メトキシメチルシラソ20 ii1!と水111部とを
80℃で望素気筺(W11下()時間反応さ+また。つ
いで反応系内を1 mm117以十の!し??い、1.
て回じ80℃の温度で生成するメタノールは、肯ノーミ
しつつ4時間反応1、アミノ変性シロキナンオイルヲ得
た。 このアミノうり+11シロキザンの3部を水97Fl(
K ??’J hl l−1この溶液に参考例1で?i
 h J+、 i、−ポリ入−ルホン微名孔11q膜を
5分間浸漬1.たりも、I+・−Nを水溶液より引六出
j、垂直にして室R11にて10力間ドレイン【また。 か<1.てl゛レイン1たMケをついで下記式のポリイ
ソシ7ネ−1・ (n=平均2n) の1 wtチn−ヘキザン溶液中に5分間ip 7p 
l−たのち宰n、^にて6 f1分間引1.た。 25℃において理化精機工業q)製・禦科研式気1本;
秀過率測定器を用いて気体透化率を測定1−たところr
Q 9K ’A 3μ%速度は3,3 X 10−’C
C/131・sec・r7HII’jα(0,/N、 
)は3.3であったっこの膜を超薄片に切断L2、電子
5頃微鏡観察の拮累、1j霞J7jは0.52μ’C1
;、リプ、二。これよりこのi ノrv1.51透31
゛)係E、k (’ i’nt) 11il−”)、−
J−′+ ト1,7 Xl〇−吟CC’cnl/enl
’””(Ml’b7であった実施例2 実施例I K 二l;いてポリイソシアー?−トとして
(n=平均5) を用いる以外は夷h’N例1)−全く同i′、(jl・
!11・λ1.た。 この膜のPM 邊3f% 升19−は2 、 I X 
l O−’ CcArl僧〕・−11yαは3.4であ
った。又11i% 、1°i′より求めた酸素透1F!
1係数は1.I X 10−cc−(yl)、/cry
−”’、−、llqでよ)ッた。 実施例3 3−7ミノブロビル・ジオlキシメチル99フ13部、
ジメチルジェ1キシシラン4部および水10部とを70
℃で”4 ”j’+ <tE 1jll、稗拌化6 i
’¥ 1111反応した。ついで反応系内6.’ I 
+*J’+7以下り」〕、更ニ1.て、同じ80℃の温
度で生成するエタノールを留去しつつ4時間反応をつづ
けて、アミノ変性シロキザンオイルを得た。 この7ミノ変性シロキサンオイル4部を水48部および
エタノール48部からなる混合溶液に溶解し、この溶液
に参考例1で得られたポリスルホン多孔5[を5分間浸
漬したのち、膜を溶液より引き出し、垂直にして室温に
て5分間ドレインした。 か<lてドレインした膜をついで下記式のポリイソシア
ネート (n=平均50) の1wtチn−ヘキサン溶液中に5分間浸漬したのち室
温にて60分間乾″燥【−た。 25℃においてこの膜の性能を測定したところ酸素透過
速度は3,9 X 1 o−4cc/dl−set・c
mHg 、 aは3.1であった。 又、宵、子顕微鏡で膜厚をII!II定またところ0.
50μであり、これより醒半約フ尚係数をもめると2.
0 ×10−’ CC7’cJ−’eし・ay+tlj
7であった。 ”1−4−1+ 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (al  ポリアミン成分の少くとも30モルチが下記
    式(■)及び/又は(Ill R,R。 1 一8l −0−・・・・・・・(1)−8i−0−・・
    ・・・・・(Il11 (CH*)n       +  (CITy)nl Nl1.          NH で衣わされろルー、I!返L−即位を有するものでたる
    ポリアミン成分と、 (bl  ポリインシアネート成分の少くとも50モル
    係か、分子中に少くと(1個の P。 一8t−0(世しR,と■ζ、(、L回−も1.<目、
    外4 なり炭eB 休′J、〜4のアル痔ル、1.(又はフェ
    ニル基を示す)で1ζミわ;″C第1ろ・70−)サン
    (vf造を有し、且つ少(とも21F・1σ)イソシフ
    オート基を治するソロキリン系ポリイソシアネートであ
    るポリイソジノ゛イー[)11j、分とを、微多孔付支
    持1・仁臆表1fir上で中Fi I−IF〜イ(形成
    ぜj、めて得らAまた′へ1本分自′1月i 、:’I
    Il択A +1% j4’、+、 −
JP16081082A 1982-05-06 1982-09-17 気体分離用選択透過膜 Granted JPS5949802A (ja)

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