JPS618108A - 分離膜の製造方法 - Google Patents
分離膜の製造方法Info
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、分離膜の製造方法に係り、特に良好な透過速
度と分離性能を同時に有する分離膜の製造方法の改良に
関する。
度と分離性能を同時に有する分離膜の製造方法の改良に
関する。
本発明方法によって得られる分離膜は、物質混合物、特
に気体混合物の選択的分離に威力を発揮するので、以下
気体分離膜について説明するが、本発明による分離膜の
用途はそれに限定されない。
に気体混合物の選択的分離に威力を発揮するので、以下
気体分離膜について説明するが、本発明による分離膜の
用途はそれに限定されない。
近年、気体混合物から特定の気体を富化又は分離する手
段として、合成高分子膜を用いる連続法が注目され、実
用化に向けて盛んに研究されている。例えば、空気中か
ら酸素又は窒素を分離・濃縮することによる燃焼用、医
療用、廃水処理用、発酵用等に供する酸素富化空気の製
造、天然ガス等からのヘリウムの分離、回収、コークス
ガス等からの水素の分離が挙げられる。
段として、合成高分子膜を用いる連続法が注目され、実
用化に向けて盛んに研究されている。例えば、空気中か
ら酸素又は窒素を分離・濃縮することによる燃焼用、医
療用、廃水処理用、発酵用等に供する酸素富化空気の製
造、天然ガス等からのヘリウムの分離、回収、コークス
ガス等からの水素の分離が挙げられる。
しかしながら従来の膜は、気体の透過速度が小さいため
に多くの膜面積を必要とし、分離のための装置が大聖化
するとい5難点があった。
に多くの膜面積を必要とし、分離のための装置が大聖化
するとい5難点があった。
したがって装置容積当りの有効膜面積を向上させるため
の種々の手法が実施される一方で、高い選択性を保持し
たままで透過速度を大幅に向上させるという本質的な膜
の改良が望まれていた。
の種々の手法が実施される一方で、高い選択性を保持し
たままで透過速度を大幅に向上させるという本質的な膜
の改良が望まれていた。
気体の透過速度R(cc/副2・秒・1ynar)はで
表わされる。ただし、Pは透過係数 量(cc/秒)、Sは膜面積(、i)、ΔPは膜の一次
側と二次側の圧力差である。したがって気体の透過速度
Rは膜を挾んでの圧カ差△Py!l−一定とすれば気体
の透過“係数Pと膜の厚さに依存する。そのうち、透過
係数は気体の種類と用いる高分子膜材料によって一義的
に決定されるので膜を挟んでの圧力差に耐える限り、最
小の膜厚にすることによって最大の透過速度が得られる
。
表わされる。ただし、Pは透過係数 量(cc/秒)、Sは膜面積(、i)、ΔPは膜の一次
側と二次側の圧力差である。したがって気体の透過速度
Rは膜を挾んでの圧カ差△Py!l−一定とすれば気体
の透過“係数Pと膜の厚さに依存する。そのうち、透過
係数は気体の種類と用いる高分子膜材料によって一義的
に決定されるので膜を挟んでの圧力差に耐える限り、最
小の膜厚にすることによって最大の透過速度が得られる
。
従来の気体分離膜材料のうち、特公昭47−51715
号、同52−21021号公報記載のポリビニルトリオ
ルガノシランは良好な気体分離性能を有するが、透過係
数が小さく不充分であった。このような小さい気体透過
能の難点を改良する材料として、ポリビニルトリオルガ
ノシランとポリシロキサンの混合物が特開昭54−56
985号公報で提案された。
号、同52−21021号公報記載のポリビニルトリオ
ルガノシランは良好な気体分離性能を有するが、透過係
数が小さく不充分であった。このような小さい気体透過
能の難点を改良する材料として、ポリビニルトリオルガ
ノシランとポリシロキサンの混合物が特開昭54−56
985号公報で提案された。
該混合物を気体分離膜の材料として使用した場合、ポリ
ビニルトリオルガノ7ラン膜に比較して、高透過速度側
では改良された気体分離性能を有していた。しかしそれ
でもなお、透過速度をさらに太きくしようとすれば、気
体分離性能が急激に、しかも著しく低下する傾向があっ
た。
ビニルトリオルガノ7ラン膜に比較して、高透過速度側
では改良された気体分離性能を有していた。しかしそれ
でもなお、透過速度をさらに太きくしようとすれば、気
体分離性能が急激に、しかも著しく低下する傾向があっ
た。
このような難点は気体分離に限らず液体、その他の混合
物の分離に共通した問題点であり改良する必要がある。
物の分離に共通した問題点であり改良する必要がある。
本発明者等は、こうした従来技術の難点を解消したもの
として、特定の平均孔径な有するミクロフィルターで沢
過した高分子材料の溶液を用いて製膜することによって
、従来得られなかった高い分離性能と同時に高い透過速
度を有する分離膜を製造する方法を既に提案した0しか
し、こうした提案でもなお不充分な点があることが判明
した。
として、特定の平均孔径な有するミクロフィルターで沢
過した高分子材料の溶液を用いて製膜することによって
、従来得られなかった高い分離性能と同時に高い透過速
度を有する分離膜を製造する方法を既に提案した0しか
し、こうした提案でもなお不充分な点があることが判明
した。
すなわち、前記提案の分離膜を製造するには、特定の平
均孔径な有するミクロフィルターでf過した高分子材料
の溶液を用いて、平滑面へ流延し、それをドクターナイ
フで平準化し、所定時間蒸発後、凝固浴中へ浸漬して、
分離膜、特に非対称膜を製膜する0 このとき、製膜機、及び温度、時間等の製膜条件として
、好適なものを選定し、更に、高分子材料の溶液を、最
大孔径が6μ惧以下、好ましくは4μ憔以下のミクロフ
ィルターでr過して溶液中の浮遊塵又は不溶ポリマー等
の異物を除去した、数平均分子量1000以上のポリマ
ーを用いた溶液であっても、透過速度が増大するに従っ
て選択分離性が低下する。このような分離性の低下は、
透過速度の増大に伴って、すなわち非対称膜のち密層の
膜厚が小さくなるに伴って、急激かつ大幅に発生する。
均孔径な有するミクロフィルターでf過した高分子材料
の溶液を用いて、平滑面へ流延し、それをドクターナイ
フで平準化し、所定時間蒸発後、凝固浴中へ浸漬して、
分離膜、特に非対称膜を製膜する0 このとき、製膜機、及び温度、時間等の製膜条件として
、好適なものを選定し、更に、高分子材料の溶液を、最
大孔径が6μ惧以下、好ましくは4μ憔以下のミクロフ
ィルターでr過して溶液中の浮遊塵又は不溶ポリマー等
の異物を除去した、数平均分子量1000以上のポリマ
ーを用いた溶液であっても、透過速度が増大するに従っ
て選択分離性が低下する。このような分離性の低下は、
透過速度の増大に伴って、すなわち非対称膜のち密層の
膜厚が小さくなるに伴って、急激かつ大幅に発生する。
このち密層の膜厚が小さい時に分離性を失うということ
が、分離膜技術の実用化の妨げとなっている。
が、分離膜技術の実用化の妨げとなっている。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、その目的は、混合物からの特定物質の透過速度が
高く、かつ良好な分離性を有する分離膜の製造方法を提
供することにある。
あり、その目的は、混合物からの特定物質の透過速度が
高く、かつ良好な分離性を有する分離膜の製造方法を提
供することにある。
本発明を概説すれば、本発明は分離膜の製造方法′に関
する発明であって、高分子膜材料の溶液を用いて製膜す
る際に、中心線平均粗さ0.05μm以下のドクターナ
イフを使用することを特徴とする。
する発明であって、高分子膜材料の溶液を用いて製膜す
る際に、中心線平均粗さ0.05μm以下のドクターナ
イフを使用することを特徴とする。
以下、本発明をポリビニルトリオルガノシランとオルガ
ノポリシロキサンの混合物を高分子膜材料として用いた
気体分離膜の製造方法を例として、詳細に説明するが、
本発明は該混合物に限定されるものではない。すなわち
、本発明が従来から知られている高分子膜材料例えば七
ルロースアセテート、エチルセルロース等のセルロース
類、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド等を使用し
て製膜する場合も適用されることは言うまでもない。本
発明に用いられる特定のポリビニルトリオルガノシラン
は式(1)%式% (式中 R1は水素原子、アルキル基、シクロアルキル
基、アリール基、又はアラルキル基を表わし、R2及び
R3はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は
アラルキル基を表わす。
ノポリシロキサンの混合物を高分子膜材料として用いた
気体分離膜の製造方法を例として、詳細に説明するが、
本発明は該混合物に限定されるものではない。すなわち
、本発明が従来から知られている高分子膜材料例えば七
ルロースアセテート、エチルセルロース等のセルロース
類、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド等を使用し
て製膜する場合も適用されることは言うまでもない。本
発明に用いられる特定のポリビニルトリオルガノシラン
は式(1)%式% (式中 R1は水素原子、アルキル基、シクロアルキル
基、アリール基、又はアラルキル基を表わし、R2及び
R3はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は
アラルキル基を表わす。
Bl 、 Bt及びR3は互いに同一であっても、異っ
ていても良い)で表わされる構造単位を複数個含む高分
子化合物を意味し、更に25℃シクロヘキサン中で測定
した値で代表される固有粘度がi、 5 dA/P以上
、好ましくは1.5〜4.5 dA/?で、かつ後述す
る分散度が2.0以下であるのが好適である。ここでポ
リビニルトリオルガノシランの固有粘度が1. s d
t/y未満及び分散度が2.0を越えると、得られる気
体分離膜の機械的強度が小さいだけでなく、高透過速度
領域での分離性能が極めて低く実用的でない。
ていても良い)で表わされる構造単位を複数個含む高分
子化合物を意味し、更に25℃シクロヘキサン中で測定
した値で代表される固有粘度がi、 5 dA/P以上
、好ましくは1.5〜4.5 dA/?で、かつ後述す
る分散度が2.0以下であるのが好適である。ここでポ
リビニルトリオルガノシランの固有粘度が1. s d
t/y未満及び分散度が2.0を越えると、得られる気
体分離膜の機械的強度が小さいだけでなく、高透過速度
領域での分離性能が極めて低く実用的でない。
上記のポリビニルトリオルガノシランは一般には一種又
はそれ以上のビニル) IJオルガノシランを適当な触
媒を用いて重合することによって得られる。ビニルトリ
オルガノシランの具体例としては、ビニルトリメチルシ
ラン、ビニルトリエチル7ラン、ビニルトリプロピルシ
ラン、ビニルトリブチルシラン、ビニルジメチルエチル
シラン、ビニルジメチルエチルシラン、ビニルトリシク
ロへキシルシラン、ビニルジメチルシクロヘキシルシラ
ン、ビニルジメチルフェニルシラン、ビニルジメチルベ
ンジルシラン及びビニルジメチルフニルシランが挙げら
れる。
はそれ以上のビニル) IJオルガノシランを適当な触
媒を用いて重合することによって得られる。ビニルトリ
オルガノシランの具体例としては、ビニルトリメチルシ
ラン、ビニルトリエチル7ラン、ビニルトリプロピルシ
ラン、ビニルトリブチルシラン、ビニルジメチルエチル
シラン、ビニルジメチルエチルシラン、ビニルトリシク
ロへキシルシラン、ビニルジメチルシクロヘキシルシラ
ン、ビニルジメチルフェニルシラン、ビニルジメチルベ
ンジルシラン及びビニルジメチルフニルシランが挙げら
れる。
また、本発明におけるポリビニルトリオルガノシランの
中には式(υの構造単位以外の構造単位を25重量%以
内の割合で含む高分子化合物も包含される。またポリビ
ニルトリオルガノシランは二種以上の混合物であっても
よい。
中には式(υの構造単位以外の構造単位を25重量%以
内の割合で含む高分子化合物も包含される。またポリビ
ニルトリオルガノシランは二種以上の混合物であっても
よい。
次に本発明に用いられるオルガノポリシロキサンは基本
的に8l−0−3l結合骨格からなる化合物であり、次
の一般式、(2)、(3L (4)及び(5)のうちの
1種又はそれ以上を繰返し単位として含む化合物、及び
それらの混合物が挙げられる。
的に8l−0−3l結合骨格からなる化合物であり、次
の一般式、(2)、(3L (4)及び(5)のうちの
1種又はそれ以上を繰返し単位として含む化合物、及び
それらの混合物が挙げられる。
B; R8(式中
、R4,R11及びR6はアルキル基、アルケニル基、
シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、
これらの基の水素原子の一部若しくは全部が)・ロゲン
原子で置換された基、水素原子、ハロゲン原子、アミン
基、アミド基、アルコキシ基等の官能性基を示し、互い
に同一でも異っていてもよい)。また、本発明に用いら
れるオルガノポリオキサンは1種又はそれ以上の混合物
であってもよい。
、R4,R11及びR6はアルキル基、アルケニル基、
シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、
これらの基の水素原子の一部若しくは全部が)・ロゲン
原子で置換された基、水素原子、ハロゲン原子、アミン
基、アミド基、アルコキシ基等の官能性基を示し、互い
に同一でも異っていてもよい)。また、本発明に用いら
れるオルガノポリオキサンは1種又はそれ以上の混合物
であってもよい。
本発明におけるオルガノポリシロキサンとしては、低分
子量の化合物から高分子量の化合物まで広範囲の化合物
が含まれるが、膜材料としては低沸應のものは好ましく
なく、沸点は少なくとも200℃以上であることが好ま
しい。更に具体的には数平均分子量が1000以上のも
のが好ましい。
子量の化合物から高分子量の化合物まで広範囲の化合物
が含まれるが、膜材料としては低沸應のものは好ましく
なく、沸点は少なくとも200℃以上であることが好ま
しい。更に具体的には数平均分子量が1000以上のも
のが好ましい。
オルガノポリシロキサンの具体例としては特開昭54−
56985号公報記載の化合物をすべて挙げることがで
きる。
56985号公報記載の化合物をすべて挙げることがで
きる。
ポリビニルトリオルガノシランとオルガノポリシロキサ
ンとの混合割合は、ポリビニルトリオル1フフ2フ1重
量部に対してオルガノポリシロキサン0.05〜i、
o重量部の範囲から選択されるが、好ましくはo、 i
〜0.6重量部、特に好ましくは0.15〜0.4重量
部から選択される0ポリビニルトリオルガノシランに対
するオルガノポリシロキサンの混合比率が増大するに従
ってポリシロキサンの効果が期待できるが、その一方で
、膜の強度が低下し、膜に欠陥部が生じ易くなり分離性
能が低下する。また、逆にオルガノポリシロキサンの混
合比率が減少するに従って、分離性能の低下し始める透
過速度が小さくなり、もろく伸びの小さい膜になる。
ンとの混合割合は、ポリビニルトリオル1フフ2フ1重
量部に対してオルガノポリシロキサン0.05〜i、
o重量部の範囲から選択されるが、好ましくはo、 i
〜0.6重量部、特に好ましくは0.15〜0.4重量
部から選択される0ポリビニルトリオルガノシランに対
するオルガノポリシロキサンの混合比率が増大するに従
ってポリシロキサンの効果が期待できるが、その一方で
、膜の強度が低下し、膜に欠陥部が生じ易くなり分離性
能が低下する。また、逆にオルガノポリシロキサンの混
合比率が減少するに従って、分離性能の低下し始める透
過速度が小さくなり、もろく伸びの小さい膜になる。
本発明の気体分離膜は、上述した特定のポリビニルトリ
オルガノシランとオルガノポリシロキサンとの混合物を
膜材料とするが、該混合物の膜としての本質的な特性を
失わない限り、有機物、無機物などの第3成分を含有し
ていてもよい。またポリアミド、ポリエステルなどの合
成繊維又は天然繊維の不織布を強化材として含有してい
てもよい。
オルガノシランとオルガノポリシロキサンとの混合物を
膜材料とするが、該混合物の膜としての本質的な特性を
失わない限り、有機物、無機物などの第3成分を含有し
ていてもよい。またポリアミド、ポリエステルなどの合
成繊維又は天然繊維の不織布を強化材として含有してい
てもよい。
上記膜材料を溶解する溶媒としては、非対称膜を製造す
る場合には、後記のごとく選ばれ、均質膜、複合膜を製
造する場合は、7クロヘキサン、ベンゼン、トルエン、
キシレンノコトキ脂肪族及び芳香族炭化水素、及びジク
ロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベ
ンゼン、ジクロロベンゼンのごときノ飄ロゲン化炭化水
素から選ばれる。溶液中の膜材料濃度は0.1〜50重
量%、好ましくは1〜10重量%である。
る場合には、後記のごとく選ばれ、均質膜、複合膜を製
造する場合は、7クロヘキサン、ベンゼン、トルエン、
キシレンノコトキ脂肪族及び芳香族炭化水素、及びジク
ロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベ
ンゼン、ジクロロベンゼンのごときノ飄ロゲン化炭化水
素から選ばれる。溶液中の膜材料濃度は0.1〜50重
量%、好ましくは1〜10重量%である。
上記膜材料の製膜溶液を、最大孔径が6μ常以下、好ま
しくは4μm以下のミクロフィルターで沢過して溶液中
の浮遊塵又は不溶ポリマー等の異物を除去する必要があ
る。例えば、後述の非対称膜の製造の際に、該濾過処理
を実施しなかった場合には、透過速度が増大するに従っ
て選択分離性が低下する。特定のミクロフィルターの材
質は製膜溶液を形成する溶媒及び高分子膜材料に不活性
であり、かつ濾過処理中に該フィルターとしての性能及
び機能が保持されるものであれば制限はなく、無機及び
有機材料から適宜選択される。
しくは4μm以下のミクロフィルターで沢過して溶液中
の浮遊塵又は不溶ポリマー等の異物を除去する必要があ
る。例えば、後述の非対称膜の製造の際に、該濾過処理
を実施しなかった場合には、透過速度が増大するに従っ
て選択分離性が低下する。特定のミクロフィルターの材
質は製膜溶液を形成する溶媒及び高分子膜材料に不活性
であり、かつ濾過処理中に該フィルターとしての性能及
び機能が保持されるものであれば制限はなく、無機及び
有機材料から適宜選択される。
かくして調製された製膜溶液を、平滑なキャスト板上へ
流延し、それをドクターナイフで平滑化し、所定時間蒸
発後、凝固浴中へ浸漬して、分離膜、特に非対称膜を製
膜する。
流延し、それをドクターナイフで平滑化し、所定時間蒸
発後、凝固浴中へ浸漬して、分離膜、特に非対称膜を製
膜する。
ここで用いられるドクターナイフは、金属製やガラス製
が使用され製膜時に、移動又は溶液を流延したキャスト
が移動することにより、製膜溶液を滑らかに均一にする
のであるが、溶液の平準化が起り、また表面は平滑外観
になり、ドクターナイフの粗度と分離性能は無関係だと
思われていた。ところが驚くべきことに、ドクターナイ
フの粗度を充分小さくすると、非対称膜の性能低下を防
ぐことができたのである。これが通常の粗度のドクター
ナイフでは透過速度が増大するに従って選択分離性が低
下する。
が使用され製膜時に、移動又は溶液を流延したキャスト
が移動することにより、製膜溶液を滑らかに均一にする
のであるが、溶液の平準化が起り、また表面は平滑外観
になり、ドクターナイフの粗度と分離性能は無関係だと
思われていた。ところが驚くべきことに、ドクターナイ
フの粗度を充分小さくすると、非対称膜の性能低下を防
ぐことができたのである。これが通常の粗度のドクター
ナイフでは透過速度が増大するに従って選択分離性が低
下する。
他方、非対称膜で多孔層の厚みを大きく、特に500μ
m以上にすることは、同一材料を用い一工程で製膜でき
るという利点はあるが、そのためには、平滑さがあり、
特定の接着力をもつ、すなわち接触角が40〜70度の
キャスト板を用いる必要がある。
m以上にすることは、同一材料を用い一工程で製膜でき
るという利点はあるが、そのためには、平滑さがあり、
特定の接着力をもつ、すなわち接触角が40〜70度の
キャスト板を用いる必要がある。
平滑であるが接着力が上記特定の範囲でない時は、キャ
スト時には、膜は平滑であるが、凝固液に浸漬すると、
直ちKその全面又は一部にしわや凹凸が発生するのであ
る。又はキャスト板表面に粗大な凹凸があると、凝固液
中でも、膜は平滑表面を呈するが、浸漬中及び乾燥後、
膜をキャスト板から容易にはがすことができなくなる。
スト時には、膜は平滑であるが、凝固液に浸漬すると、
直ちKその全面又は一部にしわや凹凸が発生するのであ
る。又はキャスト板表面に粗大な凹凸があると、凝固液
中でも、膜は平滑表面を呈するが、浸漬中及び乾燥後、
膜をキャスト板から容易にはがすことができなくなる。
以上の方法で得られる膜は気体の選択分離性のち密層の
みから構成されている単一層であってもよいが、選択分
離性のち密層と該層と二体となった選択分離性を示さな
い多孔層との両層から構成されている非対称膜では、欠
陥のない極めて薄いち密層を比較的容易に形成し易(、
したがって大きい透過速度と分離性能を同時に満足した
ものが得られる点で好ましい。本発明の気体分離膜では
、特にち密層の厚さを小さくしても欠陥部分が極めて生
じ難<、シたがって高い分離性能を保持したまま、高い
透過速度が得られるという特徴を有する。ここで、ち密
層とは、ち密かつ無孔で、気体又は蒸気に対して層の構
成材料(前記混合物を主成分とする)と実質的に同じ選
択的透過性を示す層を意味し、多孔層とは、ち密層と同
一の構成材料から形成され、開放孔と気体が自由に通過
し得るスポンジ状構造とを有し、単に孔に沿って気体又
は蒸気が移動するために全く選択的透過性を示さない不
活性層を意味する。ち密層の厚みは透過速度から考えて
0.01〜1μ常であることが好ましいが、本発明にお
いてはこの範囲においても気体選択性の低下はほとんど
起らず、強く、安定なち密層を形成していることが判る
。他方、多孔層の厚みは膜の機械的強度及び取扱い易さ
から考えて10μm以上、特に100〜1000μ慣で
あることが好ましいが、他の第3成分による補強又は、
他の多孔性の膜を本発明の膜の支持体として併用する場
合には、10μm未満の厚さにすることもできる。
みから構成されている単一層であってもよいが、選択分
離性のち密層と該層と二体となった選択分離性を示さな
い多孔層との両層から構成されている非対称膜では、欠
陥のない極めて薄いち密層を比較的容易に形成し易(、
したがって大きい透過速度と分離性能を同時に満足した
ものが得られる点で好ましい。本発明の気体分離膜では
、特にち密層の厚さを小さくしても欠陥部分が極めて生
じ難<、シたがって高い分離性能を保持したまま、高い
透過速度が得られるという特徴を有する。ここで、ち密
層とは、ち密かつ無孔で、気体又は蒸気に対して層の構
成材料(前記混合物を主成分とする)と実質的に同じ選
択的透過性を示す層を意味し、多孔層とは、ち密層と同
一の構成材料から形成され、開放孔と気体が自由に通過
し得るスポンジ状構造とを有し、単に孔に沿って気体又
は蒸気が移動するために全く選択的透過性を示さない不
活性層を意味する。ち密層の厚みは透過速度から考えて
0.01〜1μ常であることが好ましいが、本発明にお
いてはこの範囲においても気体選択性の低下はほとんど
起らず、強く、安定なち密層を形成していることが判る
。他方、多孔層の厚みは膜の機械的強度及び取扱い易さ
から考えて10μm以上、特に100〜1000μ慣で
あることが好ましいが、他の第3成分による補強又は、
他の多孔性の膜を本発明の膜の支持体として併用する場
合には、10μm未満の厚さにすることもできる。
上記のようなち密層と多孔層とからなる非対称膜は、例
えば以下の方法によって製造することができる。すなわ
ち、 (a) 少なくとも30℃の沸点差を有し、且つ重合
体に対して良溶媒となる2種類の溶媒、又は2種類の溶
媒と、該2種類の溶媒のうち、より揮発性の溶媒(以下
、「重溶媒」と称する。)より高い沸点を有し、且つ重
合体に対して貧溶媒である1種類の溶媒とからなる3成
分系混合溶媒にオルガノポリシロキサン及びポリビニル
) IJオルガノシランを混合溶解した溶液を支持体上
に流しく2種類の溶媒のうち、より不揮発性の溶媒を以
下「重溶媒」と称する。 )、 (b)主として重溶媒の一部又は全部を除去しくC)
生成したフィルムを凝固液(貧溶媒)で処理し、そし
て (d) 該フィルムを乾燥する ことにより製造される。
えば以下の方法によって製造することができる。すなわ
ち、 (a) 少なくとも30℃の沸点差を有し、且つ重合
体に対して良溶媒となる2種類の溶媒、又は2種類の溶
媒と、該2種類の溶媒のうち、より揮発性の溶媒(以下
、「重溶媒」と称する。)より高い沸点を有し、且つ重
合体に対して貧溶媒である1種類の溶媒とからなる3成
分系混合溶媒にオルガノポリシロキサン及びポリビニル
) IJオルガノシランを混合溶解した溶液を支持体上
に流しく2種類の溶媒のうち、より不揮発性の溶媒を以
下「重溶媒」と称する。 )、 (b)主として重溶媒の一部又は全部を除去しくC)
生成したフィルムを凝固液(貧溶媒)で処理し、そし
て (d) 該フィルムを乾燥する ことにより製造される。
重溶媒及び重溶媒はシクロヘキサン、ベンゼン、トルエ
ン及びキシレンのごとき脂肪族及び芳香族炭化水素、及
びジクロロメタン、ジクロロエタン、テトラクロロエチ
レン、クロロボルム、クロロベンゼン及ヒシクロロベン
ゼンのごときハロゲン化炭化水素から適当に選ばれる。
ン及びキシレンのごとき脂肪族及び芳香族炭化水素、及
びジクロロメタン、ジクロロエタン、テトラクロロエチ
レン、クロロボルム、クロロベンゼン及ヒシクロロベン
ゼンのごときハロゲン化炭化水素から適当に選ばれる。
貧溶媒には水、メタノール、エタノール、第1級、第2
級及び第6級ブタノールのごときアルコールが含まれる
。重溶媒、重溶媒及び貧溶媒からなる6成分系混合物の
具体的な組合せ例と゛しては、トルエン−ジクロロメタ
ン−イソブタノール、ベンゼン−ジクロロメタン−イソ
ブタノール、モノクロロベンゼン−クロロホルム−イソ
フタノール、トルエン−クロロホルム−イソブタノール
、トルエンージク凸ロメタンー第2級ブタノールが挙げ
られる。ここで3成分系の混合物にオルガノポリシロキ
サン及びポリビニルトリオルガノシランを溶解した溶液
を調製するためにそれぞれの物質及び溶媒を添加する順
序は特に限定しない。
級及び第6級ブタノールのごときアルコールが含まれる
。重溶媒、重溶媒及び貧溶媒からなる6成分系混合物の
具体的な組合せ例と゛しては、トルエン−ジクロロメタ
ン−イソブタノール、ベンゼン−ジクロロメタン−イソ
ブタノール、モノクロロベンゼン−クロロホルム−イソ
フタノール、トルエン−クロロホルム−イソブタノール
、トルエンージク凸ロメタンー第2級ブタノールが挙げ
られる。ここで3成分系の混合物にオルガノポリシロキ
サン及びポリビニルトリオルガノシランを溶解した溶液
を調製するためにそれぞれの物質及び溶媒を添加する順
序は特に限定しない。
次の重溶媒を除去する段階において、除去される重溶媒
の割合は形成されるち密層の厚さに重大な影響を及ぼす
。即ち、重溶媒の除去の割合が小さい程、より薄いち重
層が得られる。蒸発時間及び温度を含む蒸発条件によっ
て異なるが、具体的な重溶媒の除去割合は10〜50チ
が望ましいが、この範囲以外もあり得る0特に本発明に
おいては、特定の固有粘度を有するポリビニルトリオル
ガノシランを用いることによって10チ以下の除去割合
でも気体分離性能を示す場合がある。膜に対する気体透
過速度はち密層の厚みに依存するから、この重溶媒を除
去する段階が気体の透過速度を制御する上で重要である
。すなわち、気体の透過速度の大きな膜を得るためには
、重溶媒の除去量を小さくし、ち密層の厚みをできる限
り小さくすればよ(3・が、他方、更にち密層を薄くす
るとついには欠陥部分(ここで言う欠陥とは、異なる気
体に対して同一の透過速度を与え、気体相互の分離性能
を失った膜の状態を意味する)を生じるので好ましくな
い。したがって、この様な欠陥を生じない程度に軽溶媒
の除去量を制御することが望ましい。
の割合は形成されるち密層の厚さに重大な影響を及ぼす
。即ち、重溶媒の除去の割合が小さい程、より薄いち重
層が得られる。蒸発時間及び温度を含む蒸発条件によっ
て異なるが、具体的な重溶媒の除去割合は10〜50チ
が望ましいが、この範囲以外もあり得る0特に本発明に
おいては、特定の固有粘度を有するポリビニルトリオル
ガノシランを用いることによって10チ以下の除去割合
でも気体分離性能を示す場合がある。膜に対する気体透
過速度はち密層の厚みに依存するから、この重溶媒を除
去する段階が気体の透過速度を制御する上で重要である
。すなわち、気体の透過速度の大きな膜を得るためには
、重溶媒の除去量を小さくし、ち密層の厚みをできる限
り小さくすればよ(3・が、他方、更にち密層を薄くす
るとついには欠陥部分(ここで言う欠陥とは、異なる気
体に対して同一の透過速度を与え、気体相互の分離性能
を失った膜の状態を意味する)を生じるので好ましくな
い。したがって、この様な欠陥を生じない程度に軽溶媒
の除去量を制御することが望ましい。
実際の蒸発温度は、好ましくは15〜25℃、より好ま
しくは17〜22℃が良い。これより上の高温では蒸発
が早くなり、均一なち密層の形成が難かしく、分離性能
が低下する。他方、15℃未満では蒸発時間が長くなり
、生産性が低く、ち密層の形成が充分でなく、性能が低
下する。
しくは17〜22℃が良い。これより上の高温では蒸発
が早くなり、均一なち密層の形成が難かしく、分離性能
が低下する。他方、15℃未満では蒸発時間が長くなり
、生産性が低く、ち密層の形成が充分でなく、性能が低
下する。
凝固液は重合体溶液をゲル化させる目的に使用され、又
は軽溶媒の蒸発によってゲルの生成が開始している場合
にはこのゲルの生成を完了させる目的に′役立つ。した
がって凝固液は上記の軽溶媒・重溶媒・貧溶媒と混和し
得る溶媒が選ばれ、このゲル化処理は溶媒が凝固フィル
ムからできる限り溶出するまで続けられる。もちろんこ
の処理は連続的又は断続的に実施できる。
は軽溶媒の蒸発によってゲルの生成が開始している場合
にはこのゲルの生成を完了させる目的に′役立つ。した
がって凝固液は上記の軽溶媒・重溶媒・貧溶媒と混和し
得る溶媒が選ばれ、このゲル化処理は溶媒が凝固フィル
ムからできる限り溶出するまで続けられる。もちろんこ
の処理は連続的又は断続的に実施できる。
凝固液の具体例としては、メタノール、エタノール、メ
タノール−エタノール混合液、水−メタノール、水−ジ
オキサン混合液等が挙げられる。浸漬時間は特に限定せ
ず、ポリマー溶液を構成する溶媒の大部分が溶出するの
に充分な時間であればよい。一般には、室温において0
.1〜1時間の浸漬時間で充分である。
タノール−エタノール混合液、水−メタノール、水−ジ
オキサン混合液等が挙げられる。浸漬時間は特に限定せ
ず、ポリマー溶液を構成する溶媒の大部分が溶出するの
に充分な時間であればよい。一般には、室温において0
.1〜1時間の浸漬時間で充分である。
凝固フィルムの乾燥は、周囲温度又はそれ以上の温度で
行うことができるが、必要に応じて200℃以下、好ま
しくは100〜180℃で熱処理することもできる。
行うことができるが、必要に応じて200℃以下、好ま
しくは100〜180℃で熱処理することもできる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これ
ら実施例に示される特定の物質、方法等によって本発明
が限定されるものではない。
ら実施例に示される特定の物質、方法等によって本発明
が限定されるものではない。
なお、分散度とは、重量平均分子量(My)と数平均分
子量(MN )との比(MY/MN )であり、ゲルパ
ーミェーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略
記する)により求めた。分散度が大きいと、分子量分布
曲線はブロードあり、分散度が1に近いほど、分布はシ
ャープになり単分散ポリマーに近付く。
子量(MN )との比(MY/MN )であり、ゲルパ
ーミェーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略
記する)により求めた。分散度が大きいと、分子量分布
曲線はブロードあり、分散度が1に近いほど、分布はシ
ャープになり単分散ポリマーに近付く。
GPC測定条件は、検出機器:東洋1達■製R1−8型
、カラム;TSK−05000’H。
、カラム;TSK−05000’H。
4000 H,5000H,2000H,溶媒:トルエ
ン、流速=1−/分、温度;25℃、プレッシャーケミ
カル(米国ン製単分散ポリスチレンで検量したものであ
り、値はすべてポリスチレン換算した。
ン、流速=1−/分、温度;25℃、プレッシャーケミ
カル(米国ン製単分散ポリスチレンで検量したものであ
り、値はすべてポリスチレン換算した。
また、得られた膜の気体透過速度(以下単にRで示す)
の測定法は膜装置に本発明の膜を固定し25℃において
膜の一方の面に所定の気体をt Okll/cm’ゲー
ジに加正ゲージ定時間に膜の他の面から透過流出する気
体の量をガスビューレットで測定した。
の測定法は膜装置に本発明の膜を固定し25℃において
膜の一方の面に所定の気体をt Okll/cm’ゲー
ジに加正ゲージ定時間に膜の他の面から透過流出する気
体の量をガスビューレットで測定した。
実施例1
ビニルトリメチルシランtn−ブナルリチウムを触媒と
して重合し、25℃シクロヘキサン中の固有粘度がt7
8 at/lで、分散度が15のポリビニルトリメチル
シランを得た。
して重合し、25℃シクロヘキサン中の固有粘度がt7
8 at/lで、分散度が15のポリビニルトリメチル
シランを得た。
次に上記重合体1. Ofにオルガノポリシロキサンと
して信越化学社製KE103RT’V0.152を加工
、次いでトルエン5.Of、クロロホルム5.8 ?
’11加えて溶解した後に、インブタノール5.21を
添加して均一溶液とした。次いでミリポアフィルタ−D
AWP(孔径065±0.03μm)で溶液を濾過した
後、この溶液をフェロ板上に流延し、フェロ板との間隔
を500 amに調節したドクターナイフ’r:、1m
7分で走行させて製膜した。
して信越化学社製KE103RT’V0.152を加工
、次いでトルエン5.Of、クロロホルム5.8 ?
’11加えて溶解した後に、インブタノール5.21を
添加して均一溶液とした。次いでミリポアフィルタ−D
AWP(孔径065±0.03μm)で溶液を濾過した
後、この溶液をフェロ板上に流延し、フェロ板との間隔
を500 amに調節したドクターナイフ’r:、1m
7分で走行させて製膜した。
製膜に用いたドクターナイフは、平滑さを出すため、研
磨した鋼鉄にハードクロムメッキを施し、更に研磨した
。
磨した鋼鉄にハードクロムメッキを施し、更に研磨した
。
ドクターナイフの平滑性を表面粗度計〔■小板研究所製
5P−3FK型〕により測定したところ、Jl:5−B
O601に基づく中心線平均粗さくRa)が、0.02
〜0.04 finであった。
5P−3FK型〕により測定したところ、Jl:5−B
O601に基づく中心線平均粗さくRa)が、0.02
〜0.04 finであった。
製膜後、25℃の空気中で放置した。5分後、膜ヲフエ
ロ板と共に18℃のメタノール浴中に浸漬した。10分
後、膜を浴から取出し、風乾して気体の透過速度を測定
した。膜の厚みは205μmであった。測定結果を、他
の例と共に後記表1に示す。
ロ板と共に18℃のメタノール浴中に浸漬した。10分
後、膜を浴から取出し、風乾して気体の透過速度を測定
した。膜の厚みは205μmであった。測定結果を、他
の例と共に後記表1に示す。
比較例1
製膜に用いろドクターナイフが、鋼鉄に・・−ドクロム
メンキを施したものであり、その中心線平均粗さくRa
)が0.07〜0.10μmである点以外は実施例1と
同様の操作を行った。測定結果を後記表1に示す。
メンキを施したものであり、その中心線平均粗さくRa
)が0.07〜0.10μmである点以外は実施例1と
同様の操作を行った。測定結果を後記表1に示す。
実施例2
25℃シクロヘキサン中の固有粘度が1.57dt/P
で、分散度が1.9のポリ(ビニルトリメチルシラン)
X、Otと、オルガノボリシロキサントシテ信越化学社
製KE103RTV 0.45 fニトルエン15を
及びクロロホルAI7.4rv加えて溶解した後、イン
ブタノール9.6 fを加えて均一溶液とした。次いで
この均一溶液な実施例1と全く同様にして製膜し、得ら
れた膜の気体透過性能を測定した。その結果を後記表1
に示す。
で、分散度が1.9のポリ(ビニルトリメチルシラン)
X、Otと、オルガノボリシロキサントシテ信越化学社
製KE103RTV 0.45 fニトルエン15を
及びクロロホルAI7.4rv加えて溶解した後、イン
ブタノール9.6 fを加えて均一溶液とした。次いで
この均一溶液な実施例1と全く同様にして製膜し、得ら
れた膜の気体透過性能を測定した。その結果を後記表1
に示す。
実施例3
25℃シクロヘキサン中の固有粘度が1.80clt/
lで、分散度が1.6のポリ(ビニル) IJメチルシ
ラン)を用い、フェロ板とドクターナイフとの間隔なS
OOμ惧から1600μ情へ、蒸発時間を25℃−5分
から20℃−9分に変更し、ドラフト内に放置した以外
は実施例1と同様の操作を行って製膜した。
lで、分散度が1.6のポリ(ビニル) IJメチルシ
ラン)を用い、フェロ板とドクターナイフとの間隔なS
OOμ惧から1600μ情へ、蒸発時間を25℃−5分
から20℃−9分に変更し、ドラフト内に放置した以外
は実施例1と同様の操作を行って製膜した。
得られた膜は表面平滑で正常な外観を呈し、厚みは52
0μmであった。また、この膜の気体透過速度は後記表
1に示す様に良好であった。
0μmであった。また、この膜の気体透過速度は後記表
1に示す様に良好であった。
使用したキャスト板であるフェロ板の接触角をぬれ指数
標準液(s 4dyn /crn)を用いて測定したと
ころ、23℃、50チRH下、56〜57度であった。
標準液(s 4dyn /crn)を用いて測定したと
ころ、23℃、50チRH下、56〜57度であった。
また、中心線平均粗さくRa)は0.01μ常であった
。
。
実施例4
製膜用のキャスト板として、フェロ板の代りにハードク
ロムメッキしたアルミ板(化成直江津社製、「アルルッ
ク」)を用いた以外は実施例3と同様の操作を行った。
ロムメッキしたアルミ板(化成直江津社製、「アルルッ
ク」)を用いた以外は実施例3と同様の操作を行った。
得られた膜は、表面平滑で、厚みは507μ愼、気体透
過速度は下記表1に示すとおり、接触角は52〜54度
、及び中心線平均粗さくRa)はα01μ常であった。
過速度は下記表1に示すとおり、接触角は52〜54度
、及び中心線平均粗さくRa)はα01μ常であった。
表 1
実施例5
25℃シクロヘキサン中の固有粘度が16dat/f及
び分散度が14のポリ(ビニルトリメチルシラン)を用
い、実施例1と同一の組成比をもつ均一溶液を得、ミリ
ポアフィルタ−RAwP(孔径t2±0.3μtn)で
f過後、フェロ板とドクターナイフとの間隔を1000
μ常に調節した以外は実施例1と同様の操作を行った。
び分散度が14のポリ(ビニルトリメチルシラン)を用
い、実施例1と同一の組成比をもつ均一溶液を得、ミリ
ポアフィルタ−RAwP(孔径t2±0.3μtn)で
f過後、フェロ板とドクターナイフとの間隔を1000
μ常に調節した以外は実施例1と同様の操作を行った。
面積0.4 m2、厚さ284μmの表面平滑な外観の
良い膜を得た。これの一部を外縁α15m2のモジュー
ルに装着し、31℃の空気中に置き、真空ポンプで吸引
したところ、膜透過した下記の様な酸素富化空気を得た
。すなわち、膜の両面の圧力比0,27のとき、酸素濃
度計による酸素濃度31チの空気を得た。このときR0
2=1、 I X 10−3cm”7cm”秒・cm
Hf及びRo2/RH2=2.4であった。
良い膜を得た。これの一部を外縁α15m2のモジュー
ルに装着し、31℃の空気中に置き、真空ポンプで吸引
したところ、膜透過した下記の様な酸素富化空気を得た
。すなわち、膜の両面の圧力比0,27のとき、酸素濃
度計による酸素濃度31チの空気を得た。このときR0
2=1、 I X 10−3cm”7cm”秒・cm
Hf及びRo2/RH2=2.4であった。
本発明方法により得られる膜は特に気体の高透過速度に
おいて選択分離性に優れており、また実用的な機械的強
度と取扱い易さを有しているので、混合気体からある気
体をより多くの割合で分離・濃mする目的で多くの分野
に使用できる。このような膜が利用できる分野は、例え
ば天然ガスからのヘリウムの回収、水素添加反応のガス
流からの水素の濃縮、空気中の酸素濃縮による燃焼用、
医療用、廃水処理等への利用などがあり、酸素、蟹素、
水素、二酸化炭素、−&化炭素、ヘリウム、アルコン、
メタンその他の気体を含む気体混合物からこれらの気体
を分離するのに適している。
おいて選択分離性に優れており、また実用的な機械的強
度と取扱い易さを有しているので、混合気体からある気
体をより多くの割合で分離・濃mする目的で多くの分野
に使用できる。このような膜が利用できる分野は、例え
ば天然ガスからのヘリウムの回収、水素添加反応のガス
流からの水素の濃縮、空気中の酸素濃縮による燃焼用、
医療用、廃水処理等への利用などがあり、酸素、蟹素、
水素、二酸化炭素、−&化炭素、ヘリウム、アルコン、
メタンその他の気体を含む気体混合物からこれらの気体
を分離するのに適している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、高分子膜材料の溶液を用いて製膜する際に、中心線
平均粗さ0.05μm以下のドクターナイフを使用する
ことを特徴とする分離膜の製造方法。 2、該分離膜が気体選択性のち密層と気体選択性を示さ
ない多孔層とから構成されている非対称膜である特許請
求の範囲第1項記載の分離膜の製造方法。 3、該高分子膜材料がポリビニルトリオルガノシラン1
重量部とオルガノポリシロキサン 0.05〜1重量部の混合物である特許請求の範囲第1
項又は第2項記載の分離膜の製造方法。 4、該ポリビニルトリオルガノシランの25℃シクロヘ
キサン中の固有粘度が1.50dl/g以上であり、か
つ分散度が2.0以下である特許請求の範囲第1項〜第
3項のいずれかに記載の分離膜の製造方法。 5、膜厚500μm以上の非対称分離膜を製造するに当
り、平滑かつ接触角が40〜70度であるキャスト板に
、高分子膜材料の溶液を流延する特許請求の範囲第1項
〜第4項のいずれかに記載の分離膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12650784A JPS618108A (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 分離膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12650784A JPS618108A (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 分離膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS618108A true JPS618108A (ja) | 1986-01-14 |
| JPH0479684B2 JPH0479684B2 (ja) | 1992-12-16 |
Family
ID=14936914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12650784A Granted JPS618108A (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | 分離膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS618108A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010179431A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Fujibo Holdings Inc | 研磨パッドの製造方法 |
| JP2022149645A (ja) * | 2021-03-25 | 2022-10-07 | 三井化学株式会社 | 正浸透膜の製造方法 |
-
1984
- 1984-06-21 JP JP12650784A patent/JPS618108A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010179431A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Fujibo Holdings Inc | 研磨パッドの製造方法 |
| JP2022149645A (ja) * | 2021-03-25 | 2022-10-07 | 三井化学株式会社 | 正浸透膜の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0479684B2 (ja) | 1992-12-16 |
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