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JPH05146650A - Fluorine-containing polyimide-based asymmetric or dual membrane, and gas separating/concentrating method using the membrane - Google Patents

Fluorine-containing polyimide-based asymmetric or dual membrane, and gas separating/concentrating method using the membrane

Info

Publication number
JPH05146650A
JPH05146650A JP34038391A JP34038391A JPH05146650A JP H05146650 A JPH05146650 A JP H05146650A JP 34038391 A JP34038391 A JP 34038391A JP 34038391 A JP34038391 A JP 34038391A JP H05146650 A JPH05146650 A JP H05146650A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
membrane
fluorine
film
mixed gas
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34038391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Matsumoto
憲嗣 松本
Taira Jo
平 徐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
Priority to JP34038391A priority Critical patent/JPH05146650A/en
Publication of JPH05146650A publication Critical patent/JPH05146650A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a dual membrane or an asymmetric membrane to be used for separation and concentration of a specified component from mixed gases. CONSTITUTION:A membrane for separation and concentration of a gas is a fluorine-containing polyimide-based asymmetric membrane which is made of polyimide resin prepared from a fluorine atom-containing diamine and an acid anhydride and has an anisotropic structure or a fluorine-containing polyimide- based dual membrane consisting of an asymmetric membrane and a thin film of elastomer formed on the membrane.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フッ素含有ポリイミド
系気体分離膜に関するもので、詳しくは工業上の混合気
体から特定の成分を分離・濃縮するために用いられる複
合膜あるいは非対称膜、これらの製造方法、及びこれら
を用いた混合気体の分離・濃縮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-based gas separation membrane, and more specifically, to a composite membrane or asymmetric membrane used for separating and concentrating a specific component from an industrial mixed gas. The present invention relates to a manufacturing method and a mixed gas separation / concentration method using 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硬
直な構造を有するため、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いる。 しかし、従来のポ
リイミドは、他のガラス状ポリマーに比べて選択性が高
いが、透過性が不十分で満足できるものではなかった。
2. Description of the Related Art Polyimide has a high glass transition temperature and a rigid structure, and is known as a membrane separation material having excellent heat resistance and chemical resistance. However, conventional polyimides have high selectivity as compared with other glassy polymers, but their transparency is insufficient, which is not satisfactory.

【0003】近年、フッ素含有ポリイミドが、そのヘキ
サフルオロイソプロピル基(-C(CF3)2-)基の嵩高さとフ
ルオロカーボンによるガスの溶解度の向上などのため、
従来のポリイミドと比べ、高選択性を保ちつつ高透過性
を向上させ得ることが見出されており、 例えば、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)を含む
芳香族酸無水物と芳香族ジアミンやメチレンジアニリン
などからなるポリイミド均質膜が提案されている(例え
ば、特開昭63−123420号公報、米国特許第4705540 号公
報、特開平1−262925号公報、特開平2−261524号公報
等)。
In recent years, fluorine-containing polyimides have a large volume of hexafluoroisopropyl group (-C (CF 3 ) 2- ) group and improved solubility of gas due to fluorocarbon.
It has been found that compared to conventional polyimide, it is possible to improve high permeability while maintaining high selectivity, for example, 5,5 '
-2,2,2-Trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethylidene-bis-1,3-isobenzofurandione (6FDA) A polyimide containing aromatic acid anhydrides and aromatic diamines or methylenedianiline Homogeneous films have been proposed (for example, JP-A-63-123420, US Pat. No. 4,705,540, JP-A-1-262925, JP-A-2-261524, etc.).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
ポリイミド均質膜は、その透過性、選択性及び各種ガス
の適用性においてまだ満足できるものではなく、さらに
十分な機械的強度を持たせるためには均質膜が厚くな
り、工業的に満足できる透過流束を提供できないので、
実際に使用するのは困難であった。
However, these polyimide homogeneous membranes are still unsatisfactory in their permeability, selectivity and applicability to various gases, and in order to have sufficient mechanical strength, they are homogeneous. Since the membrane becomes thick and it is not possible to provide an industrially satisfactory permeation flux,
It was difficult to use in practice.

【0005】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたものであって、高い気体分離係数を保持しつ
つ、非常に高い気体透過流束を有する含フッ素ポリイミ
ド系複合膜あるいは非対称膜を見い出し、さらにこれら
の膜を用いて実用的かつ効率的に、各種混合気体の分離
・濃縮ができることを見い出し、本発明に至ったもので
ある。
The present invention has been made to solve these problems, and provides a fluorine-containing polyimide composite membrane or an asymmetric membrane having a very high gas permeation flux while maintaining a high gas separation coefficient. The inventors of the present invention have found that they can practically and efficiently separate and concentrate various mixed gases by using these membranes, and have completed the present invention.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、 フッ素
原子を含むジアミンと酸無水物とから得られるポリイミ
ド樹脂からなる異方性構造を有する含フッ素ポリイミド
非対称膜、あるいは該ポリイミド樹脂からなる支持膜上
に、エラストマー重合体の薄膜が形成されてなる含フッ
素ポリイミド系複合膜を提供する。
That is, the present invention provides a fluorine-containing polyimide asymmetric film having an anisotropic structure composed of a polyimide resin obtained from a diamine containing a fluorine atom and an acid anhydride, or a support composed of the polyimide resin. Provided is a fluorine-containing polyimide-based composite film in which a thin film of an elastomer polymer is formed on the film.

【0007】本発明において用いる含フッ素ポリイミド
樹脂は、フッ素原子が含まれているジアミンと酸無水物
からなる。
The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention comprises a diamine containing a fluorine atom and an acid anhydride.

【0008】かかるポリイミド樹脂の含フッ素ジアミン
から形成される部分は、フッ素原子を含む2価の芳香
族、脂環族もしくは脂肪族炭化水素基、またはこれらの
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
基からなる。
The portion of the polyimide resin formed from the fluorine-containing diamine is a divalent aromatic, alicyclic or aliphatic hydrocarbon group containing a fluorine atom, or an organic bonding group in which these hydrocarbon groups are divalent. It is composed of a divalent organic group bonded by.

【0009】好ましい2価の芳香族炭化水素基として
は、例えば、炭素数6〜12のフェニレン基を挙げるこ
とができ、このような2価の芳香族炭化水素基を結合し
て有機基を形成する有機結合基として、例えば、メチレ
ン基、イソプロピリデン基、エーテル基、スルフィド
基、スルホン基、ヘキサフルオロイソプロピル基等を挙
げることができる。 また、好ましい2価の脂肪族炭化
水素基として、例えば、炭素数1〜10の直鎖又は分岐
アルキレン基を挙げることができ、かかる2価の脂肪族
炭化水素基を結合して2価の有機基を形成する有機結合
基として、例えば、エーテル基、スルフィド基、ポリオ
キシアルキレン基等を挙げることができる。さらに好ま
しい2価の脂環族炭化水素基として、例えば、炭素数6
〜12のシクロヘキシレン基やアルキル置換シクロヘキ
シレン基を挙げることができ、このような2価脂環族炭
化水素基を結合して2価の有機基を形成する有機結合基
として、例えば、メチレン基、イソプロピリデン基、エ
ーテル基、スルフィド基、スルホン基等を挙げることが
できる。
Preferred divalent aromatic hydrocarbon groups include, for example, phenylene groups having 6 to 12 carbon atoms, and such divalent aromatic hydrocarbon groups are bonded to form an organic group. Examples of the organic bonding group to be used include a methylene group, an isopropylidene group, an ether group, a sulfide group, a sulfone group, and a hexafluoroisopropyl group. Moreover, as a preferable divalent aliphatic hydrocarbon group, a C1-C10 linear or branched alkylene group can be mentioned, for example, it couple | bonds with this divalent aliphatic hydrocarbon group, and it is a divalent organic group. Examples of the organic bonding group forming the group include an ether group, a sulfide group, a polyoxyalkylene group and the like. More preferable divalent alicyclic hydrocarbon group has, for example, 6 carbon atoms.
To 12 cyclohexylene groups and alkyl-substituted cyclohexylene groups, and examples of the organic bonding group that forms a divalent organic group by bonding such a divalent alicyclic hydrocarbon group include a methylene group. , Isopropylidene group, ether group, sulfide group, sulfone group and the like.

【0010】本発明においては特に、得られる膜が高い
耐熱性及び耐炭化水素性を有するように、2価の有機基
は、芳香族炭化水素基であるか、または二つの芳香族炭
化水素基がメチレン基、イソプロピリデン基、エーテル
基、スルフィド基、スルホン基、ヘキサフルオロイソプ
ロピル基等の有機結合基にて結合されてなる芳香族炭化
水素基であることが好ましく、かかる芳香族基の好まし
い具体例として、例えば、下記〔化1〕のものを挙げる
ことができる。
Particularly in the present invention, the divalent organic group is an aromatic hydrocarbon group or two aromatic hydrocarbon groups so that the obtained film has high heat resistance and hydrocarbon resistance. Is preferably an aromatic hydrocarbon group formed by bonding with an organic bonding group such as a methylene group, an isopropylidene group, an ether group, a sulfide group, a sulfone group, and a hexafluoroisopropyl group, and a preferred specific example of such an aromatic group. As an example, the following [Chemical formula 1] can be mentioned.

【0011】[0011]

【化1】 [Chemical 1]

【0012】また、ポリイミド樹脂の酸無水物からなる
形成される部分は、特に構造的に限定されないが、好ま
しくは下記〔化2〕の構造の酸無水物を挙げることがで
きる。
The portion of the polyimide resin formed of an acid anhydride is not particularly limited structurally, but an acid anhydride having the structure of the following [Chemical Formula 2] is preferable.

【0013】[0013]

【化2】 [Chemical 2]

【0014】これらの含フッ素ジアミンと酸無水物から
なる本発明の含フッ素ポリイミド樹脂のガラス転移温度
は、良好な物性と気体透過選択性等の点から、200 〜40
0 ℃、特に 300〜400 ℃の範囲が好ましい。
The glass transition temperature of the fluorine-containing polyimide resin of the present invention comprising these fluorine-containing diamine and acid anhydride is from 200 to 40 from the viewpoint of good physical properties and gas permeation selectivity.
The temperature is preferably 0 ° C, particularly 300 to 400 ° C.

【0015】また、その固有粘度η(η=1/0.5 ・ l
n 溶液の粘度/溶剤の粘度、ただし測定温度30℃、溶
液の濃度0.5gポリマー/100ml溶剤、溶剤N-メチル-2- ピ
ロリドン) は、0.1 〜7、特に0.5 〜3が好ましい。
固有粘度は重合度または分子量と密接な関係にあり、固
有粘度が小さすぎる場合はポリマーの成膜性能に劣り、
一方、大きすぎる場合は溶剤に溶解しにくくなって製膜
作業性に劣るようになる。
Further, its intrinsic viscosity η (η = 1 / 0.5l
n solution viscosity / solvent viscosity, measurement temperature 30 ° C., solution concentration 0.5 g polymer / 100 ml solvent, solvent N-methyl-2-pyrrolidone) is preferably 0.1 to 7, particularly preferably 0.5 to 3.
The intrinsic viscosity is closely related to the degree of polymerization or the molecular weight, and if the intrinsic viscosity is too small, the film forming performance of the polymer is poor,
On the other hand, if it is too large, it becomes difficult to dissolve in a solvent, resulting in poor workability in film formation.

【0016】本発明において用いる含フッ素ポリイミド
樹脂は、公知の重合方法で得ることができ、例えば、N-
メチルピロリドン溶剤に加えた酸無水物と含フッ素ジア
ミンを室温で合成し、得たポリアミック酸溶液を共沸蒸
留による熱イミド化、または脱水剤による化学イミド化
で製造することができる。
The fluorine-containing polyimide resin used in the present invention can be obtained by a known polymerization method, for example, N-
An acid anhydride added to a methylpyrrolidone solvent and a fluorine-containing diamine can be synthesized at room temperature, and the obtained polyamic acid solution can be produced by thermal imidization by azeotropic distillation or chemical imidization with a dehydrating agent.

【0017】本発明における異方性構造を有する非対称
膜あるいは複合膜の支持膜の製造方法は特に限定されな
いが、好ましくは以下の方法によって製造することがで
きる。即ち、含フッ素ポリイミド樹脂と、水と相溶性を
有する第1の有機溶剤とから調整された製膜溶液を適宜
の支持基材上に塗布した後、1秒〜5分間、好ましくは
20秒〜3分間そのまま放置し、好ましくは雰囲気の湿度
をなるべく減少させ、一部溶剤を蒸発し、次いで含フッ
素ポリイミド樹脂を溶解しないが、上記第1の有機溶剤
と凝固液である水のいずれとも相溶性を有する第2の有
機溶剤中に短時間浸漬し、この後水中に浸漬することに
よって、異方性構造を有する非対称膜を得、これを乾燥
し、さらに熱処理することにより含フッ素ポリイミドか
らなる非対称膜あるいは支持膜が得られる。
The method for producing the support membrane of the asymmetric membrane or composite membrane having an anisotropic structure in the present invention is not particularly limited, but the following method is preferable. That is, after applying a film-forming solution prepared from a fluorine-containing polyimide resin and a first organic solvent having compatibility with water on an appropriate supporting substrate, 1 second to 5 minutes, preferably
It is left as it is for 20 seconds to 3 minutes, preferably, the humidity of the atmosphere is reduced as much as possible, a part of the solvent is evaporated, and then the fluorine-containing polyimide resin is not dissolved. By immersing in a second organic solvent having compatibility with each other for a short time, and then immersing in water, an asymmetric film having an anisotropic structure is obtained, which is dried and further heat-treated to obtain a fluorine-containing polyimide. Asymmetric membranes or supporting membranes consisting of

【0018】製膜溶液の調整に用いる上記第1の有機溶
剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン等のN-ア
ルキル-2- ピロリドン、N-メチル-2- ピペリドン等のN-
アルキル-2- ピペリドン、ジメチルアセトアミド等のジ
アルキルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のジア
ルキルホルムアミド等を挙げることができ、特にN-メチ
ル-2- ピロリドンが好ましく用いられる。
Examples of the first organic solvent used for preparing the film forming solution include N-alkyl-2-pyrrolidone such as N-methyl-2-pyrrolidone and N-such as N-methyl-2-piperidone.
Examples thereof include dialkylacetamide such as alkyl-2-piperidone and dimethylacetamide, dialkylformamide such as dimethylformamide, and particularly N-methyl-2-pyrrolidone is preferably used.

【0019】製膜溶液におけるポリイミド樹脂の濃度
は、通常3〜40重量%であり、好ましくは5〜30重量%
の範囲である。 上記濃度が高すぎるときは、製膜溶液
の粘度が過度に高くなって、支持基材上に均一に塗布す
るのが難しくなるほか、得られる膜の気体透過速度が小
さくなって、気体分離膜とする実用性に欠けるからであ
る。 なお、この製膜溶液におけるポリイミド樹脂の濃
度と関連して、製膜溶液の粘度は、通常50〜5000ポイ
ズ、好ましくは100 〜2000ポイズとなるように調整され
る。
The concentration of the polyimide resin in the film forming solution is usually 3 to 40% by weight, preferably 5 to 30% by weight.
The range is. When the above concentration is too high, the viscosity of the membrane forming solution becomes excessively high, which makes it difficult to uniformly coat it on a supporting substrate, and the gas permeation rate of the obtained membrane becomes small, resulting in a gas separation membrane. This is because it lacks in practicality. The viscosity of the film-forming solution is usually adjusted to 50 to 5000 poise, preferably 100 to 2000 poise in relation to the concentration of the polyimide resin in the film-forming solution.

【0020】本発明において、得られる膜の分離係数よ
りもより高い気体透過流束を追求する場合は、製膜溶液
に膨潤剤を加えてスポンジ状多孔質支持層を形成しやす
くすることもできる。 かかる膨潤剤は、前記第1の有
機溶剤と水のいずれにも溶解すると共に、2重量%のポ
リイミド樹脂のN-メチル-2- ピロリドン溶液50mlに25℃
の温度にて樹脂の析出による白濁を生ぜしめるために加
えられるべき最小のml数として規定される凝固価が50〜
200 の範囲にあり、かつ常圧下における沸点が50〜120
℃である環状エーテル、脂肪族ケトン、脂環族ケトン、
低級脂肪族カルボン酸及び低級脂肪族カルボン酸低級ア
ルキルエステルから選ばれる液状有機化合物である。
In the present invention, when pursuing a gas permeation flux higher than the separation coefficient of the obtained membrane, a swelling agent may be added to the membrane-forming solution to facilitate formation of the sponge-like porous support layer. .. Such a swelling agent dissolves in both the first organic solvent and water and is added to 50 ml of a 2% by weight polyimide resin N-methyl-2-pyrrolidone solution at 25 ° C.
The solidification number defined as the minimum number of ml that should be added to cause cloudiness due to the precipitation of resin at a temperature of 50 ~
It has a boiling point of 50 to 120 at atmospheric pressure in the range of 200.
C. cyclic ether, aliphatic ketone, alicyclic ketone,
It is a liquid organic compound selected from a lower aliphatic carboxylic acid and a lower aliphatic carboxylic acid lower alkyl ester.

【0021】かかる膨潤剤の好ましい具体例としては、
例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトン、
メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサ
ン、酢酸、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル
等が好ましく用いられる。これら膨潤剤は、製膜溶液に
おいて、通常ポリイミド樹脂100 重量部に対して、30〜
300 重量部、好ましくは50〜150重量部が配合される。
膨潤剤の配合量が多すぎるときは、製膜溶液の均一性
を阻害することがあり、少なすぎるときは、一部の含フ
ッ素ポリイミド樹脂に対して十分な気体透過性を有する
膜を得ることができないことがある。 これら膨潤剤
は、例えば、予めポリイミド樹脂を溶解した溶液に所定
量加え、室温にて又は必要に応じて加熱下に攪拌するこ
とによって製膜溶液中に溶解される。
Specific preferred examples of the swelling agent include:
For example, tetrahydrofuran, dioxane, acetone,
Methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cyclohexane, acetic acid, formic acid, methyl formate, ethyl formate, methyl acetate and the like are preferably used. These swelling agents are usually used in a film forming solution in an amount of 30 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the polyimide resin.
300 parts by weight, preferably 50 to 150 parts by weight are blended.
When the amount of the swelling agent is too large, it may impede the uniformity of the film-forming solution, and when it is too small, a film having sufficient gas permeability to some fluorine-containing polyimide resin may be obtained. You may not be able to These swelling agents are dissolved in the film-forming solution, for example, by adding a predetermined amount to a solution in which a polyimide resin is dissolved in advance, and stirring the mixture at room temperature or under heating as necessary.

【0022】製膜溶液の支持基材への塗布厚みは、通
常、得られる膜厚が50〜400 μm、好ましくは100 〜30
0 μmの範囲であるように調整される。 支持基材とし
ては、平滑な表面を有する板材や、織布、不織布等を挙
げることができる。 織布や不織布を基材として得られ
る膜は、これら基材によって補強されるので、本発明に
おいて好ましく用いることができる。
The thickness of the film-forming solution applied to the supporting substrate is usually 50 to 400 μm, preferably 100 to 30 μm.
It is adjusted to be in the range of 0 μm. Examples of the supporting base material include a plate material having a smooth surface, woven cloth, and non-woven cloth. A film obtained by using a woven fabric or a non-woven fabric as a base material is reinforced by these base materials and can be preferably used in the present invention.

【0023】このようにして支持基材上に製膜溶液を塗
布し、次いで第2の有機溶剤に短時間浸漬した後、水中
に浸漬し、かくして得られた表面に緻密なスキン層を有
する異方性構造の膜を適宜の手段にて乾燥、熱処理する
ことによって、本発明による含フッ素ポリイミド非対称
膜を得ることができる。
In this way, the film-forming solution was applied onto the supporting substrate, and then dipped in the second organic solvent for a short period of time, and then dipped in water to obtain a surface having a dense skin layer. The fluorine-containing polyimide asymmetric film according to the present invention can be obtained by drying and heat-treating the film having an isotropic structure by an appropriate means.

【0024】ここで第2の有機溶剤は、前記ポリイミド
樹脂を溶解しないが、前記第1の有機溶剤と水のいずれ
とも混和性を有する有機溶剤であって、例えば、メタノ
ール、エタノール、プロパノール(特にイソプロパノー
ル)、ブタノール(特にt-ブタノール)等の低級脂肪族
アルコール、エチルグリコールやプロピレングリコール
等のアルキレングリコール等が用いられ、さらにこれら
以外にもアセトン、グリセリン、テトラヒドロフラン、
エチレングリコールモノメチルエーテルやモノエチルエ
ーテル等が用いられる。
Here, the second organic solvent is an organic solvent which does not dissolve the polyimide resin, but is miscible with both the first organic solvent and water, and is, for example, methanol, ethanol or propanol (particularly, Lower aliphatic alcohols such as isopropanol), butanol (particularly t-butanol), alkylene glycols such as ethyl glycol and propylene glycol, etc. are used. In addition to these, acetone, glycerin, tetrahydrofuran,
Ethylene glycol monomethyl ether, monoethyl ether or the like is used.

【0025】この第2の有機溶剤への浸漬は、通常0〜
100 ℃の温度で1時間以内で、好ましくは5分以内であ
る。水中への浸漬は、通常0〜50℃、好ましくは0〜30
℃、特に好ましくは0〜20℃で行われる。
The dipping in the second organic solvent is usually 0 to
At a temperature of 100 ° C., it is within 1 hour, preferably within 5 minutes. Immersion in water is usually 0 to 50 ° C, preferably 0 to 30
C., particularly preferably 0 to 20.degree.

【0026】このようにして得られる膜は、水を含有し
ているので、これを水及び有機溶剤のいずれにも混和性
を有する有機溶剤、例えば、アルコール類に浸漬し、次
いで水と混和しない有機溶剤、例えばヘキサン等に浸漬
した後、室温又は必要に応じて加熱下に乾燥することに
よって、十分な気体透過流束を有する非対称膜を得るこ
とができる。 但し、含水膜の乾燥方法は、何ら上記し
た方法に限定されない。
Since the membrane thus obtained contains water, it is immersed in an organic solvent miscible with both water and the organic solvent, such as alcohols, and then immiscible with water. An asymmetric membrane having a sufficient gas permeation flux can be obtained by immersing in an organic solvent such as hexane and then drying at room temperature or under heating if necessary. However, the method for drying the water-containing film is not limited to the above method.

【0027】また本発明においては、上記で得られた乾
燥膜をさらに適宜の熱処理することによって、さらに高
い気体分離性能と安定した透過性能を有する含フッ素ポ
リイミド膜を得ることができる。 熱処理の条件は特に
限定されないが、例えば、昇温速度10℃/分以下、最高
温度はかかる含フッ素ポリイミド樹脂のガラス転移温度
の付近、好ましくは150 〜350 ℃で1〜3時間処理すれ
ばよい。
Further, in the present invention, by further heat treating the dried membrane obtained above, a fluorine-containing polyimide membrane having higher gas separation performance and stable permeation performance can be obtained. The conditions of the heat treatment are not particularly limited, but for example, the heating rate may be 10 ° C./min or less, and the maximum temperature may be around the glass transition temperature of the fluorine-containing polyimide resin, preferably at 150 to 350 ° C. for 1 to 3 hours. ..

【0028】このようにして得られた含フッ素ポリイミ
ド非対称膜は、本発明の複合膜の支持膜としても用いら
れる。 本発明の複合膜は、上記非対称膜の緻密なスキ
ン層上に、エラストマー重合体からなる薄膜を形成する
ことによって得ることができる。
The thus obtained fluorine-containing polyimide asymmetric membrane is also used as a support membrane for the composite membrane of the present invention. The composite membrane of the present invention can be obtained by forming a thin film of an elastomer polymer on the dense skin layer of the asymmetric membrane.

【0029】本発明において、上記エラストマー重合体
とは、柔軟なフィルム形成能を有する重合体をいい、具
体例として例えば、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−プロピレン
−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)、ブ
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、又はポリイソブチレン等のようなエチレン
性単量体又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、あるいはポリエーテルポリオール、ポリウレタンポ
リエーテル、ポリウレタンポリエステル又はポリアミド
ポリエーテル等のような所謂ソフト・セグメントとハー
ド・セグメントとを併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 present invention, the elastomeric polymer means a polymer capable of forming a flexible film, and specific examples thereof include polypropylene, polyvinyl chloride,
Ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene-diene copolymer, polybutadiene, polyisoprene,
Chloroprene rubber, poly (4-methyl-pentene-1), butadiene-styrene copolymer, isoprene-isobutylene copolymer, or homopolymer of ethylenic monomer or conjugated diene monomer such as polyisobutylene. A copolymer or copolymer, or a copolymer containing a monomer component having a functional group such as acrylonitrile, (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid, etc. in addition to the above monomer component, or Mention may be made of copolymers having a combination of so-called soft segments and hard segments, such as polyether polyols, polyurethane polyethers, polyurethane polyesters or polyamide polyethers. Furthermore, in addition to the above, an epoxy resin cured by a linear long-chain curing agent, ethyl cellulose,
Butoxy resin and the like can also be used as the elastomer polymer in the present invention.

【0030】本発明においては、特にこれらエラストマ
ー重合体は、特定の気体に対する分離係数が3以上であ
り、透過係数は支持膜の含フッ素ポリイミド樹脂より大
きく、かつ軟化温度が50℃以上、特に80℃以上であるも
のが好ましく、また前記例示したなかでは、エチレン性
単量体又は共役ジエン系単量体の単独重合体又は共重合
体が好ましい。
In the present invention, in particular, these elastomeric polymers have a separation coefficient for a specific gas of 3 or more, a permeability coefficient larger than that of the fluorine-containing polyimide resin of the support film, and a softening temperature of 50 ° C. or more, particularly 80. It is preferably at least ° C, and among the above-mentioned examples, a homopolymer or a copolymer of an ethylenic monomer or a conjugated diene monomer is preferable.

【0031】本発明の複合膜は、上記エラストマー重合
体を適宜の有機溶剤に溶解して溶液とし、これを前記含
フッ素ポリイミド樹脂からなる支持膜のスキン層上に塗
布し、必要に応じて硬化させ、乾燥することによって得
ることができる。
The composite membrane of the present invention is prepared by dissolving the above-mentioned elastomer polymer in an appropriate organic solvent to form a solution, which is applied onto the skin layer of the support membrane made of the above-mentioned fluorine-containing polyimide resin and cured if necessary. And can be obtained by drying.

【0032】上記エラストマー重合体溶液は、通常0.05
〜10重量%濃度、好ましくは0.1 〜5重量%濃度とされ
て、支持膜上に0.01〜5μm、好ましくは0.05〜1μm
の膜厚の薄膜を形成するように塗布される。 エラスト
マー重合体溶液の支持膜への塗布手段は何ら限定され
ず、例えばアプリケータ、マイクロ・グラビア・コータ
ー等が用いられる。 また、支持膜をエラストマー重合
体溶液に浸漬してもよい。
The above elastomer polymer solution is usually 0.05
-10 wt% concentration, preferably 0.1-5 wt% concentration, 0.01-5 μm, preferably 0.05-1 μm on the support membrane
It is applied so as to form a thin film having a thickness of. The means for applying the elastomer polymer solution to the support film is not limited at all, and for example, an applicator, a micro gravure coater or the like is used. Alternatively, the support film may be dipped in the elastomer polymer solution.

【0033】本発明においては、膜やモジュールの形態
は何ら限定されず、スパイラル型、中空糸型等のモジュ
ールとすることができる。
In the present invention, the form of the membrane or the module is not limited at all, and a spiral type module, a hollow fiber type module or the like can be used.

【0034】本発明においては、得られた複合膜あるい
は非対称膜に、2種以上の成分を含む混合気体を接触さ
せることによって、特定成分を選択的に透過させて混合
気体の分離や濃縮をすることができる。 ここで本発明
が適用される混合気体は特に限定されないが、例えば、
二酸化炭素/メタン、酸素/窒素、水素/一酸化炭素等
を含む混合気体、あるいは水蒸気と酸素または窒素また
は大気を含む混合気体などを挙げることができ、特に混
合気体が二酸化炭素とメタンを含み、二酸化炭素を選択
的に膜透過させて、メタンを濃縮するのに、あるいは大
気中の水蒸気を除去するのに好適に用いられる。
In the present invention, a mixed gas containing two or more components is brought into contact with the obtained composite membrane or asymmetric membrane to selectively permeate a specific component to separate or concentrate the mixed gas. be able to. The mixed gas to which the present invention is applied is not particularly limited, but for example,
Examples thereof include a mixed gas containing carbon dioxide / methane, oxygen / nitrogen, hydrogen / carbon monoxide, or the like, or a mixed gas containing water vapor and oxygen or nitrogen or the atmosphere. In particular, the mixed gas contains carbon dioxide and methane, It is preferably used for selectively permeating carbon dioxide through a membrane and for concentrating methane or for removing atmospheric water vapor.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明による含フッ素ポリイミド樹脂系
非対称膜あるいは複合膜は、従来のポリイミド膜より優
れた気体透過性及び気体選択性を有し、さらに耐熱性、
耐薬品性及び機械的強度が良好であるため、気体分離膜
として実用上好ましいものである。
EFFECTS OF THE INVENTION The fluorine-containing polyimide resin asymmetric membrane or composite membrane according to the present invention has gas permeability and gas selectivity superior to those of conventional polyimide membranes, and further has heat resistance,
Since it has good chemical resistance and mechanical strength, it is practically preferable as a gas separation membrane.

【0036】本発明の複合膜は、例えば使用温度25
℃、膜両側の圧力差2atmの条件下で、二酸化炭素の
透過速度 7×10-4cm3/cm2 ・s・cmHg、二酸化炭素/
メタンの理想分離係数40以上を有する。また本発明の
非対称膜は、例えば使用温度25℃、膜両側の圧力差2
atmの条件下で、二酸化炭素の透過速度 1.0 ×10-3
cm3/cm2 ・s・cmHg、二酸化炭素/メタンの理想分離係
数40以上を有する。
The composite membrane of the present invention has, for example, a working temperature of 25.
Carbon dioxide permeation rate 7 × 10 -4 cm 3 / cm 2 · s · cmHg, carbon dioxide /
It has an ideal separation factor of 40 or more for methane. Further, the asymmetric membrane of the present invention has, for example, a use temperature of 25 ° C. and a pressure difference of 2 on both sides of the membrane.
Permeation rate of carbon dioxide under the condition of atm 1.0 × 10 -3
It has cm 3 / cm 2 · s · cmHg and an ideal separation factor of carbon dioxide / methane of 40 or more.

【0037】[0037]

【実施例】以下に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。
The present invention will be described below with reference to examples.
The present invention is not limited to these examples.

【0038】実施例1〜4 繰り返し単位〔化3〕Examples 1 to 4 Repeating unit [Chemical formula 3]

【化3】 を有する含フッ素芳香族ポリイミド樹脂を、前駆体であ
るポリアミック酸溶液(溶剤N-メチル-2- ピロリドン)
に室温下で無水酢酸とピリジンを加え、化学イミド化に
より得た。
[Chemical 3] Fluorine-containing aromatic polyimide resin containing a precursor polyamic acid solution (solvent N-methyl-2-pyrrolidone)
Acetic anhydride and pyridine were added to the mixture at room temperature to obtain a compound by chemical imidization.

【0039】この含フッ素ポリイミド樹脂8重量部を第
1の有機溶剤であるN-メチル-2- ピロリドン92重量部
に加え、48時間以上攪拌しながら溶解させ、粘稠なポ
リイミド溶液を得た。 このポリイミド溶液を窒素ガス
での加圧下に濾過し、減圧下に脱泡して均一透明な黄色
製膜溶液を得た。 この製膜溶液をアプリケーターで5
cm/secの面速でポリエステル不織布上に200 μmの厚み
で流延し、そのまま60秒放置し、一部溶剤を蒸発した
後、40℃のt-ブタノール中に浸漬し、次いで氷水中に1
時間浸漬して異方性構造を有する含水膜を得た。 これ
ら含水膜を最初エタノール、次いでヘキサンにそれぞれ
3時間浸漬した後、室温で風乾し、不織布で補強された
緻密なスキン層と多孔質支持層からなる支持膜を得た。
8 parts by weight of this fluorine-containing polyimide resin was added to 92 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone as the first organic solvent and dissolved while stirring for 48 hours or more to obtain a viscous polyimide solution. This polyimide solution was filtered under pressure with nitrogen gas, and defoamed under reduced pressure to obtain a uniform transparent yellow film-forming solution. This film-forming solution is 5 with an applicator.
It is cast at a surface speed of cm / sec on a polyester non-woven fabric with a thickness of 200 μm, left for 60 seconds as it is, and after evaporating a part of the solvent, it is immersed in t-butanol at 40 ° C.
It was immersed for a time to obtain a water-containing film having an anisotropic structure. These hydrous membranes were first immersed in ethanol and then in hexane for 3 hours, respectively, and then air-dried at room temperature to obtain a support membrane composed of a dense skin layer reinforced with a nonwoven fabric and a porous support layer.

【0040】この支持膜上に表1On this support film, Table 1

【表1】 に示すエラストマー重合体の溶液を厚み約3〜10μmに
塗布した後、80℃で30分間乾燥して複合膜を得た。
[Table 1] A solution of the elastomer polymer shown in (3) was applied to a thickness of about 3 to 10 μm and then dried at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a composite film.

【0041】このようにして得たそれぞれの複合膜につ
いて、二酸化炭素の透過速度及び二酸化炭素/メタンの
理想分離係数を表1に併せて示す。
Table 1 also shows the permeation rate of carbon dioxide and the ideal separation coefficient of carbon dioxide / methane for each of the composite membranes thus obtained.

【0042】実施例5〜8 製膜溶液中に膨潤剤のジオキサン4重量部を加えた以外
は、実施例1〜4と同様にして得た含フッ素ポリイミド
樹脂複合膜における二酸化炭素の透過及びメタンに対す
る分離係数を表2に示す。
Examples 5 to 8 Permeation of carbon dioxide and methane in a fluorine-containing polyimide resin composite membrane obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that 4 parts by weight of swelling agent dioxane was added to the membrane forming solution. Table 2 shows the separation factors for.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】実施例9〜19 実施例1で得た含フッ素ポリイミド重合体を、表3に示
す割合で第1の有機溶剤としてのN,N'- ジメチルアセト
アミド(DMAc)またはN-メチル-2- ピロリドンに加え、48
時間以上攪拌しながら溶解させ、粘稠なポリイミド溶液
を得た。 このポリイミド溶液を窒素ガスでの加圧下に
濾過し、減圧下に脱泡して均一透明な黄色製膜溶液を得
た。 この製膜溶液をアプリケーターで所定の面速でポ
リエステル不織布上に所定の厚みで流延し、一部溶剤を
蒸発した後、所定温度の第2の有機溶剤中に浸漬した。
次いで氷水中に浸漬して異方性構造を有する含水膜を
得た。 これら含水膜を最初エタノール、次いでヘキサ
ンにそれぞれ3時間浸漬した後、室温で風乾し、さらに
100、150 ℃で1時間ずつ、200 ℃で0.5 時間熱処理
し、不織布で補強された緻密なスキン層と多孔質支持層
からなる非対称膜を得た。
Examples 9 to 19 The fluorine-containing polyimide polymers obtained in Example 1 were mixed with N, N'-dimethylacetamide (DMAc) or N-methyl-2 as the first organic solvent in the proportions shown in Table 3. -In addition to pyrrolidone, 48
A viscous polyimide solution was obtained by dissolving with stirring for more than one hour. This polyimide solution was filtered under pressure with nitrogen gas, and defoamed under reduced pressure to obtain a uniform transparent yellow film-forming solution. The film-forming solution was cast with an applicator at a predetermined surface speed on a polyester non-woven fabric to a predetermined thickness to partially evaporate the solvent and then immersed in a second organic solvent at a predetermined temperature.
Then, it was immersed in ice water to obtain a water-containing film having an anisotropic structure. These water-containing membranes were first immersed in ethanol and then in hexane for 3 hours, respectively, and then air-dried at room temperature.
Heat treatment was performed at 100 and 150 ° C for 1 hour each and at 200 ° C for 0.5 hour to obtain an asymmetric membrane composed of a dense skin layer reinforced with a non-woven fabric and a porous support layer.

【0045】このようにして得たそれぞれの非対称膜に
ついて、二酸化炭素とメタンの透過速度及び二酸化炭素
/メタンの理想分離係数を表3に示す。
Table 3 shows the permeation rates of carbon dioxide and methane and the ideal separation factor of carbon dioxide / methane for each asymmetric membrane thus obtained.

【表3】 [Table 3]

【0046】実施例20〜23 製膜溶液中に膨潤剤を加えたことと、比較的粗なポリエ
ステル不織布を使用した以外は、実施例11〜21と同
様にして得た含フッ素ポリイミド非対称膜における二酸
化炭素とメタンの透過速度及びメタンに対する理想分離
係数を表4に示す。
Examples 20 to 23 Fluorine-containing polyimide asymmetric membranes obtained in the same manner as in Examples 11 to 21 except that a swelling agent was added to the membrane forming solution and a relatively rough polyester nonwoven fabric was used. Table 4 shows the permeation rates of carbon dioxide and methane and the ideal separation coefficient for methane.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】実施例24 実施例1で得た含フッ素ポリイミド重合体を用いて、実
施例18に示す方法で得た非対称膜について、水蒸気と
窒素の透過速度はそれぞれ 5.0×10-3(cm3(STP)cm2・se
c ・cmHg) 、 1.4×10-6(cm3(STP)cm2・sec ・cmHg) 、
また水蒸気/窒素の理想分離係数は、3600であった。
Example 24 Using the fluorine-containing polyimide polymer obtained in Example 1, the asymmetric membrane obtained by the method shown in Example 18 had a water vapor transmission rate and a nitrogen transmission rate of 5.0 × 10 −3 (cm 3), respectively. (STP) cm 2・ se
c ・ cmHg), 1.4 × 10 -6 (cm 3 (STP) cm 2・ sec ・ cmHg),
The ideal separation factor of water vapor / nitrogen was 3600.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ素原子を含むジアミンと酸無水物と
から得られるポリイミド樹脂からなる異方性構造を有す
る含フッ素ポリイミド非対称膜。
1. A fluorine-containing polyimide asymmetric film having an anisotropic structure made of a polyimide resin obtained from a diamine containing a fluorine atom and an acid anhydride.
【請求項2】 フッ素原子を含むジアミンと酸無水物と
から得られるポリイミド樹脂からなる支持膜上に、エラ
ストマー重合体の薄膜が形成されてなる含フッ素ポリイ
ミド系複合膜。
2. A fluorine-containing polyimide composite film comprising a support film made of a polyimide resin obtained from a diamine containing a fluorine atom and an acid anhydride, and a thin film of an elastomer polymer formed on the support film.
【請求項3】 2種以上の成分を含む混合気体を、請求
項1又は請求項2の膜に接触させることによって、特定
成分を選択的に透過させることを特徴とする混合気体の
分離・濃縮方法。
3. Separation / concentration of a mixed gas, wherein a specific gas is selectively permeated by bringing a mixed gas containing two or more components into contact with the membrane of claim 1 or 2. Method.
【請求項4】 請求項3において、混合気体が二酸化炭
素とメタンを含み、二酸化炭素を選択的に膜透過させ
て、メタンを濃縮することを特徴とする混合気体の分離
・濃縮方法。
4. The method for separating / concentrating a mixed gas according to claim 3, wherein the mixed gas contains carbon dioxide and methane, and the carbon dioxide is selectively permeated through the membrane to concentrate the methane.
【請求項5】 請求項3において、混合気体が水蒸気
と、他の気体を含み、水蒸気を選択的に膜透過させて、
水蒸気を濃縮することを特徴とする混合気体の分離・濃
縮方法。
5. The mixed gas according to claim 3, wherein the mixed gas contains water vapor and another gas, and the water vapor is selectively permeated through the membrane,
A method for separating and concentrating a mixed gas, which comprises concentrating water vapor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5647894A (en) * 1994-06-08 1997-07-15 Nitto Denko Corporation Gas separating composite membrane and process for producing the same

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