Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2013184139A - Steam separation membrane and method for manufacturing same - Google Patents

Steam separation membrane and method for manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
JP2013184139A
JP2013184139A JP2012053115A JP2012053115A JP2013184139A JP 2013184139 A JP2013184139 A JP 2013184139A JP 2012053115 A JP2012053115 A JP 2012053115A JP 2012053115 A JP2012053115 A JP 2012053115A JP 2013184139 A JP2013184139 A JP 2013184139A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water vapor
porous support
membrane
separation membrane
inorganic particles
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.)
Granted
Application number
JP2012053115A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5879161B2 (en
Inventor
Hiroyoshi Oya
博義 大屋
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.)
Asahi Kasei Chemicals Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Chemicals 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 Asahi Kasei Chemicals Corp filed Critical Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority to JP2012053115A priority Critical patent/JP5879161B2/en
Publication of JP2013184139A publication Critical patent/JP2013184139A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5879161B2 publication Critical patent/JP5879161B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly durable steam separation membrane and a method for manufacturing the same.SOLUTION: A steam separation membrane includes a porous support membrane and a steam separative resin layer laminated on the porous support membrane. The porous support membrane contains an organic polymer resin and inorganic particles. Openings are formed in a face of the porous support membrane, the steam separative resin layer being laminated on the face. The inorganic particles exist at least in the openings. A ratio of an aperture ratio occupied by the inorganic particles on a face of the steam separative resin side to an opening ratio on a face of the porous support membrane, the steam separative resin layer being laminated on the face, is 0.2-4, a permeation coefficient of nitrogen of the steam separative resin is 1-900 barrer, and a separation factor of hydrogen to nitrogen is 2-15.

Description

本発明は、水蒸気分離膜及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a water vapor separation membrane and a method for producing the same.

水及び有機物の混合溶液から水を除去するプロセス(以下、脱水プロセス)は、様々な化学プロセスにおいて、多く用いられてきた。   A process for removing water from a mixed solution of water and organic matter (hereinafter, dehydration process) has been widely used in various chemical processes.

従来、その脱水プロセスとして、蒸留による脱水方法が用いられている。しかし、水と、エタノール又はイソプロパノール等の有機化合物との混合物から、水を蒸留により分離する場合、有機化合物の濃度が一定濃度以上になると、共沸状態となるため、通常の蒸留法では分離が十分でないという問題がある。また、共沸状態となる場合は、ベンゼンのようなエントレーナーを使用した共沸蒸留法を用いる必要があるが、共沸蒸留法は、第3成分が必要となることに加えて、エネルギーコストも高くなる傾向がある。   Conventionally, a dehydration method by distillation has been used as the dehydration process. However, when water is separated from a mixture of water and an organic compound such as ethanol or isopropanol by distillation, if the concentration of the organic compound exceeds a certain level, it becomes an azeotropic state. There is a problem that it is not enough. In addition, in the case of azeotropic state, it is necessary to use an azeotropic distillation method using an entrainer such as benzene, but the azeotropic distillation method requires an energy cost in addition to the need for a third component. Tend to be higher.

そのため、蒸留法に代わる分離方法として、水蒸気分離膜を用いた分離方法である、パーベーパレーシヨン(以下、PV法)法や、ベーパーパーミエーション(以下、VP法)法が新たな分離法として注目されている。   Therefore, as a separation method that replaces the distillation method, a pervaporation (hereinafter referred to as PV method) method or a vapor permeation (hereinafter referred to as VP method) method, which is a separation method using a water vapor separation membrane, is a new separation method. Attention has been paid.

PV法とは、膜の一次側(原液側)に分離対象である液体の混合物を供給し、膜の二次側(透過側)を減圧にすること、又はキヤリヤガスを通気することによって、分離すべき物質を気体の状態で、膜を透過させる分離方法である。   In the PV method, separation is performed by supplying a mixture of liquids to be separated to the primary side (stock solution side) of the membrane and reducing the pressure on the secondary side (permeation side) of the membrane or ventilating the carrier gas. This is a separation method in which a substance to be permeated is passed through a membrane in a gaseous state.

他方、VP法とは、浸透気化法における液体の混合物を、その液体混合物の沸点以上に加熱し、膜の一次側に混合蒸気として供給する方法である。膜を透過した気体又は蒸気は、二次側にて、冷却、凝縮させることによって、液体として分離回収されることになる。   On the other hand, the VP method is a method in which the liquid mixture in the pervaporation method is heated to the boiling point of the liquid mixture or higher and supplied to the primary side of the membrane as a mixed vapor. The gas or vapor that has passed through the membrane is separated and recovered as a liquid by cooling and condensing on the secondary side.

PV法、VP法ともに、水蒸気分離膜を用いた分離法であり、気体の状態における膜の透過速度が、分離対象物によって、差があることを利用した分離方法である。このPV法やVP法に好適な水蒸気分離膜として、様々な材質が提案されている。   Both the PV method and the VP method are separation methods using a water vapor separation membrane, and are separation methods that utilize the fact that there is a difference in the permeation rate of the membrane in a gas state depending on the separation object. Various materials have been proposed as a water vapor separation membrane suitable for the PV method and the VP method.

非特許文献1では、PV法用の水蒸気分離膜として、高分子膜が提案されている。また、ゼオライト膜等の無機材料からなる水蒸気分離膜が注目されている(特許文献1、非特許文献2等参照)。   Non-Patent Document 1 proposes a polymer membrane as a water vapor separation membrane for the PV method. Further, a water vapor separation membrane made of an inorganic material such as a zeolite membrane has attracted attention (see Patent Document 1, Non-Patent Document 2, etc.).

特開平7−185275号公報JP-A-7-185275

Peter D. Chapman他,”Membranes for dehydration of solvent by pervapoation”,Journal of Membrane Science,318,(2008),5−37Peter D. Chapman et al., “Membranes for dehydration of solvent by pervaporation”, Journal of Membrane Science, 318, (2008), 5-37. Shiguang Li 他,”Pervaporation of Water/THF Mixtures Using Zeolite Membranes”,Ind.Eng.Chem.Res.,2001,40,457Shiguang Li et al., “Pervaporation of Water / THF Mixtures Using Zeolite Memranes”, Ind. Eng. Chem. Res. , 2001, 40, 457

しかしながら、水蒸気分離膜には、繰り返しの使用に対しても分離性能を保つことが求められている。さらに、分離性能が高く、かつ、透過流速が十分な水蒸気分離膜が求められている。   However, the water vapor separation membrane is required to maintain separation performance even after repeated use. Furthermore, a water vapor separation membrane having high separation performance and sufficient permeation flow rate is required.

そこで、本発明は、耐久性に優れ、分離性能が高く、かつ、透過流速が十分な水蒸気分離膜及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a water vapor separation membrane having excellent durability, high separation performance, and sufficient permeation flow rate, and a method for producing the same.

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、多孔性支持膜に水蒸気分離性樹脂層が積層された水蒸気分離膜であり、多孔性支持膜は、有機高分子樹脂と無機物粒子からなり、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面に開孔が形成され、無機物粒子が少なくともこの開孔に存在することを特徴とする水蒸気分離膜とすることで、水蒸気分離性樹脂が薄く、かつ、均一であり、さらに、耐久性が高いことを見出し、本発明を成すに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention are water vapor separation membranes in which a water vapor separation resin layer is laminated on a porous support membrane, and the porous support membrane includes an organic polymer resin and an inorganic substance. By forming a water vapor separation membrane comprising particles, wherein pores are formed on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separation resin layer is laminated, and inorganic particles are present at least in the pores, It has been found that the water vapor separating resin is thin and uniform, and has high durability, and the present invention has been achieved. That is, the present invention is as follows.

[1]多孔性支持膜と、多孔性支持膜上に積層された水蒸気分離性樹脂層とを備える水蒸気分離膜であり、多孔性支持膜は、有機高分子樹脂と無機物粒子とを含み、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面に開孔が形成され、無機物粒子の少なくとも一部が開孔に存在し、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面における開孔率(A)に対する、無機物粒子が水蒸気分離性樹脂側の面に占める面積率(B)の比(B/A)が、0.2〜4であり、水蒸気分離性樹脂層は、窒素の透過係数が1〜900barrerであり、かつ、窒素に対する水素の分離係数が2〜15である、水蒸気分離膜。
[2]多孔性支持膜が内部に連通孔を有し、連通孔の一部が開孔を形成している、[1]に記載の水蒸気分離膜。
[3]多孔質支持膜が、無機物粒子を25〜85質量%含む、[1]又は[2]に記載の水蒸気分離膜。
[4]多孔性支持膜は、窒素透過速度が3500GPU以上であり、バブルポイント法による圧力が650kPa以上である、[1]〜[3]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[5]無機物粒子は、平均一次粒径が0.005〜0.5μmであり、比表面積が30m/g以上500m/g以下である、[1]〜[4]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[6]無機物粒子が、シリカである、[1]〜[5]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[7]有機高分子樹脂が、熱可塑性樹脂である、[1]〜[6]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[8]熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン及びハロゲン化ポリオレフィンからなる群より選択される少なくとも一種を含有する、[7]に記載の水蒸気分離膜。
[9]水蒸気分離性樹脂が、フッ素樹脂を含む、[1]〜[8]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[10]フッ素樹脂が、パーフルオロ2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールとテトラフロオロエチレンとの共重合体、ポリパーフルオロメチルビニルエーテル、ポリ弗化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、及び、ポリクロロトリフルオロエチレンからなる群より選択される少なくとも1種である、[9]に記載の水蒸気分離膜。
[11]水蒸気分離膜の形状が中空状である、[1]〜[10]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[12]窒素に対する水素の分離係数が3以上15未満である、[1]〜[11]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜。
[13][1]〜[12]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜を用いたパーベーパレーション用水蒸気透過膜。
[15][1]〜[13]のいずれか一つに記載の水蒸気分離膜の製造方法であって、有機高分子樹脂、無機物粒子及び可塑剤を含む混合物を溶融混練する工程と、溶融混練した混合物を成形して成形体を得る工程と、成形体から、可塑剤を抽出して多孔性支持膜を得る工程と、多孔性支持膜の表面に、水蒸気分離性樹脂層を積層する工程と、を含む水蒸気分離膜の製造方法。
[1] A water vapor separation membrane comprising a porous support membrane and a water vapor separation resin layer laminated on the porous support membrane, the porous support membrane comprising an organic polymer resin and inorganic particles, and porous An opening is formed on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separating resin layer is laminated, and at least a part of the inorganic particles are present in the opening, and the water vapor separating resin layer of the porous support membrane is laminated. The ratio (B / A) of the area ratio (B) that the inorganic particles occupy on the surface on the water vapor-separating resin side with respect to the open area ratio (A) on the surface is 0.2 to 4, and the water-vapor separating resin layer is A water vapor separation membrane having a nitrogen permeability coefficient of 1 to 900 barrer and a hydrogen separation coefficient of 2 to 15 with respect to nitrogen.
[2] The water vapor separation membrane according to [1], wherein the porous support membrane has a communication hole therein, and a part of the communication hole forms an opening.
[3] The water vapor separation membrane according to [1] or [2], wherein the porous support membrane contains 25 to 85% by mass of inorganic particles.
[4] The water vapor separation membrane according to any one of [1] to [3], wherein the porous support membrane has a nitrogen permeation rate of 3500 GPU or more and a pressure by a bubble point method of 650 kPa or more.
[5] Any one of [1] to [4], wherein the inorganic particles have an average primary particle size of 0.005 to 0.5 μm and a specific surface area of 30 m 2 / g to 500 m 2 / g. The water vapor separation membrane described in 1.
[6] The water vapor separation membrane according to any one of [1] to [5], wherein the inorganic particles are silica.
[7] The water vapor separation membrane according to any one of [1] to [6], wherein the organic polymer resin is a thermoplastic resin.
[8] The water vapor separation membrane according to [7], wherein the thermoplastic resin contains at least one selected from the group consisting of polyolefin and halogenated polyolefin.
[9] The water vapor separation membrane according to any one of [1] to [8], wherein the water vapor separating resin contains a fluororesin.
[10] The fluororesin is a copolymer of perfluoro 2,2-dimethyl-1,3-dioxole and tetrafluoroethylene, polyperfluoromethyl vinyl ether, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and poly The water vapor separation membrane according to [9], which is at least one selected from the group consisting of chlorotrifluoroethylene.
[11] The steam separation membrane according to any one of [1] to [10], wherein the shape of the steam separation membrane is hollow.
[12] The water vapor separation membrane according to any one of [1] to [11], wherein a separation factor of hydrogen with respect to nitrogen is 3 or more and less than 15.
[13] A water vapor permeable membrane for pervaporation using the water vapor separation membrane according to any one of [1] to [12].
[15] A method for producing a water vapor separation membrane according to any one of [1] to [13], comprising a step of melt-kneading a mixture containing an organic polymer resin, inorganic particles and a plasticizer, and melt-kneading Forming a molded product by obtaining a molded product, extracting a plasticizer from the molded product to obtain a porous support membrane, and laminating a water vapor separating resin layer on the surface of the porous support membrane; A method for producing a water vapor separation membrane.

本発明によれば、耐久性に優れ、分離性能が高く、かつ、透過流速が十分な水蒸気分離膜及びその製造方法を提供することができる。また、本発明の水蒸気分離膜は、PV法やVP法用の水蒸気分離膜として好適に使用することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a water vapor separation membrane having excellent durability, high separation performance, and sufficient permeation flow rate, and a method for producing the same. Further, the water vapor separation membrane of the present invention can be suitably used as a water vapor separation membrane for PV method or VP method.

本実施形態の水蒸気分離膜の概念断面図である。It is a conceptual sectional view of the water vapor separation membrane of this embodiment. 本実施形態の水蒸気分離膜の概念表面図である。It is a conceptual surface figure of the water vapor separation membrane of this embodiment. 実施例で用いた測定装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the measuring apparatus used in the Example. 実施例で用いた測定装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the measuring apparatus used in the Example. 実施例で得られた多孔性支持膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the porous support membrane obtained in the Example. 実施例で得られた多孔性支持膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the porous support membrane obtained in the Example. 実施例で得られた多孔性支持膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the porous support membrane obtained in the Example. 実施例で得られた水蒸気分離膜のSEM写真である。It is a SEM photograph of the water vapor separation membrane obtained in the example.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。また、添付図面は実施形態の一例を示したものであり、形態はこれに限定して解釈されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents. The accompanying drawings show an example of the embodiment, and the form is not construed as being limited thereto. The present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope of the gist thereof. Note that the positional relationship such as up, down, left, and right in the drawing is based on the positional relationship shown in the drawing unless otherwise specified, and the dimensional ratio in the drawing is not limited to the illustrated ratio.

本実施形態の水蒸気分離膜は、多孔性支持膜と、該多孔性支持膜上に積層された水蒸気分離性樹脂層とを備え、多孔性支持膜は、有機高分子樹脂と無機物粒子とを含み、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面に開孔が形成され、無機物粒子の少なくとも一部が開孔に存在することを特徴とする水蒸気分離膜である。   The water vapor separation membrane of the present embodiment includes a porous support membrane and a water vapor separation resin layer laminated on the porous support membrane, and the porous support membrane includes an organic polymer resin and inorganic particles. The water vapor separation membrane is characterized in that an opening is formed on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separating resin layer is laminated, and at least a part of the inorganic particles are present in the opening.

〔多孔性支持膜〕
本実施形態において、多孔性支持膜は、有機高分子樹脂と無機物粒子とを含み、多孔質構造を有する。多孔性支持膜の表面には、開孔が形成され、その開孔に無機物粒子の一部が存在している構造を有する。
(Porous support membrane)
In the present embodiment, the porous support membrane includes an organic polymer resin and inorganic particles, and has a porous structure. Openings are formed on the surface of the porous support membrane, and a part of the inorganic particles are present in the openings.

〔有機高分子樹脂〕
本実施形態において、有機高分子樹脂は、多孔性支持膜の多孔質構造の骨格部分となる。本実施形態において、この有機高分子樹脂を含む骨格同士の間に、後述する連通孔が形成されることが好ましい。
[Organic polymer resin]
In the present embodiment, the organic polymer resin becomes a skeleton portion of the porous structure of the porous support membrane. In the present embodiment, it is preferable that a communication hole described later is formed between the skeletons containing the organic polymer resin.

この多孔質構造は、後述する製造方法において、有機高分子樹脂を溶融することで形成することが可能である。有機高分子樹脂としては、熱可塑性樹脂であることが好ましい。ここで、熱可塑性樹脂とは、ガラス転移温度又は融点まで加熱することによって軟らかくなり、目的の形に成形できる樹脂のことである。   This porous structure can be formed by melting an organic polymer resin in a manufacturing method described later. The organic polymer resin is preferably a thermoplastic resin. Here, the thermoplastic resin is a resin that becomes soft when heated to the glass transition temperature or the melting point and can be molded into a desired shape.

熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン及びハロゲン化ポリオレフィンからなる群より選択される少なくとも一種を用いることができる。   As the thermoplastic resin, at least one selected from the group consisting of polyolefin and halogenated polyolefin can be used.

ポリオレフィンは、熱可塑性ゆえに取り扱い性に優れ、かつ強靱であるため機械的強度に優れることから、多孔性支持膜の構造を形成する基材として好ましい。ポリオレフィンの原料である単量体のオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブテン等が挙げられる。本実施形態において、ポリオレフィンは、上記単量体単独の重合体であっても、2種以上を含む共重合体であってもよい。
また、ポリオレフィンは、上記オレフィン単量体と、他の単量体との共重合体であってもよい。他の単量体としては、ビニルアルコール、テトラフルオロエチレン、ヘキサン、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレン等が挙げられる。
Polyolefin is preferable as a base material for forming the structure of a porous support film because it is thermoplastic and has excellent handleability and is tough and therefore has excellent mechanical strength. Examples of the monomer olefin that is a raw material of polyolefin include ethylene, propylene, and butene. In this embodiment, the polyolefin may be a polymer of the above monomer alone or a copolymer containing two or more types.
The polyolefin may be a copolymer of the olefin monomer and another monomer. Examples of other monomers include vinyl alcohol, tetrafluoroethylene, hexane, vinylidene fluoride, ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, and ethylene trifluoride chloride.

上記ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの混合物が好ましい。これらのポリオレフィンは、結晶性が高いため、耐水性(湿潤したときの機械的強度)が高く、さらに、疎水性、機械的強度、化学的安定性(耐薬品性等)が高い。加えて、成形性も良好であり、製造が容易となる。特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び両者の混合物は、成形性がより良好であり、かつ、ハロゲンを含まないために廃棄処理が容易であるため、特に好ましい。   As the polyolefin, polyethylene, polypropylene or a mixture thereof is preferable. Since these polyolefins have high crystallinity, they have high water resistance (mechanical strength when wet) and high hydrophobicity, mechanical strength, and chemical stability (chemical resistance, etc.). In addition, the moldability is also good and the manufacture becomes easy. In particular, polyethylene, polypropylene, and a mixture of both are particularly preferable because they have better moldability and are easy to dispose of because they do not contain halogen.

ハロゲン化ポリオレフィンは、上記ポリオレフィンの水素原子の一部又は全部がハロゲン原子に置換されたポリマーである。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましく、フッ化ポリオレフィンとして、具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン共重合体等が挙げられる。   The halogenated polyolefin is a polymer in which some or all of the hydrogen atoms of the polyolefin are substituted with halogen atoms. The halogen atom is preferably a fluorine atom, and specific examples of the fluorinated polyolefin include polyvinylidene fluoride and a vinylidene fluoride copolymer.

本実施形態において、有機高分子樹脂の重量平均分子量(Mw)としては、10000以上、1000000未満であることが好ましい。有機高分子樹脂のMwが、10000以上であれば、得られる多孔性支持膜の伸度が大きく、機械的強度が高くなる。Mwが、1000000未満であれば、溶融時の流動性が高く成形性しやすい傾向にある。   In the present embodiment, the weight average molecular weight (Mw) of the organic polymer resin is preferably 10,000 or more and less than 1,000,000. When the Mw of the organic polymer resin is 10,000 or more, the resulting porous support membrane has a high elongation and a high mechanical strength. If Mw is less than 1,000,000, the fluidity at the time of melting tends to be high and the moldability tends to be high.

また、有機高分子樹脂として、ポリオレフィンを用いる場合、このポリオレフィンの数平均分子量(Mn)は15000以上であり、Mwは600000以下であることがより好ましい。   Moreover, when using polyolefin as organic polymer resin, it is more preferable that the number average molecular weight (Mn) of this polyolefin is 15000 or more, and Mw is 600000 or less.

また、有機高分子樹脂として、ハロゲン化ポリオレフィンを用いる場合、Mwが100000以上1000000未満であることが特に好ましい。特に、ハロゲン化ポリオレフィンが、ポリフッ化ビニリデン樹脂、又はフッ化ビニリデン共重合体を含むときは、Mwが100000以上1000000未満であることが特に好ましい。   Moreover, when using halogenated polyolefin as organic polymer resin, it is especially preferable that Mw is 100000 or more and less than 1 million. In particular, when the halogenated polyolefin contains a polyvinylidene fluoride resin or a vinylidene fluoride copolymer, it is particularly preferable that Mw is 100,000 or more and less than 1,000,000.

〔無機物粒子〕
本実施形態の無機物粒子は、いずれの無機化合物からなる粒子であってもよい。例えば、金属の酸化物、金属の複合酸化物、金属、炭素、炭化金属等である。なお、本実施形態に係る金属には、珪素及びゲルマニウムも包含される。金属の酸化物としては、具体的には酸化珪素(シリカ)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化第一鉄、酸化セシウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、燐酸亜鉛、酸化ホルミウム等が挙げられる。金属の複合酸化物としては、具体的にはゼオライト、タルク等が挙げられる。これらの中でも、好ましくはシリカ、タルク、アルミナ、マイカである。これら無機化合物粒子は1種類で使用されても、2種類以上で使用されてもいずれであってもよい。上記無機物粒子は従来公知の製造方法で得られるものであれば、いずれであってもよい。例えば気相法、液相法、及び/又はこれらの方法で得られた無機化合物を粉砕することで無機物粒子が得られてもよい。勿論これ以外の方法であってもよい。
[Inorganic particles]
The inorganic particles of the present embodiment may be particles made of any inorganic compound. For example, metal oxide, metal composite oxide, metal, carbon, metal carbide, and the like. The metal according to the present embodiment includes silicon and germanium. Specific examples of metal oxides include silicon oxide (silica), aluminum oxide (alumina), ferrous oxide, cesium oxide, titanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zinc phosphate, and oxidation. Examples include holmium. Specific examples of the metal complex oxide include zeolite and talc. Among these, silica, talc, alumina, and mica are preferable. These inorganic compound particles may be used alone or in combination of two or more. Any inorganic particles may be used as long as they are obtained by a conventionally known production method. For example, inorganic particles may be obtained by pulverizing an inorganic compound obtained by a gas phase method, a liquid phase method, and / or these methods. Of course, other methods may be used.

好ましい無機物粒子の一つであるシリカを具体例として、更に詳細に説明する。   A specific example of silica, which is one of the preferred inorganic particles, will be described in more detail.

一般に、シリカは、天然シリカと合成シリカに分類される。   In general, silica is classified into natural silica and synthetic silica.

合成シリカの製造方法としては、大別すると湿式法と乾式法の二種類の合成方法がある。湿式法とは、珪酸ソーダと鉱酸との反応により合成する方法であり、例えば、アルコキシシランの加水分解によるもの等がある。乾式法とは、ハロゲン化珪素の酸水素炎中での高温加水分解により合成する方法等がある。合成シリカとしては、非晶質であることが好ましい。   Synthetic silica production methods can be broadly classified into two types, that is, a wet method and a dry method. The wet method is a method of synthesizing by reaction of sodium silicate and mineral acid, for example, by hydrolysis of alkoxysilane. Examples of the dry method include a method of synthesis by high-temperature hydrolysis of silicon halide in an oxyhydrogen flame. The synthetic silica is preferably amorphous.

非晶質シリカは、水とアルカリ金属シリケートとの混合物に60〜90℃で酸を添加することにより製造されることが好ましい。水及び/又はアルカリ金属シリケートは別々に加熱してもよいし、同時に混合して加熱してもよい。アルカリ金属シリケートは、メタ又はジシリケートのアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩等であり、特に制限されない。また反応媒体として硫酸ナトリウム等の電解質を用いることが好ましい。   The amorphous silica is preferably produced by adding an acid at 60 to 90 ° C. to a mixture of water and alkali metal silicate. Water and / or alkali metal silicate may be heated separately or mixed and heated at the same time. The alkali metal silicate is a meta or disilicate alkali metal or alkaline earth metal salt, and is not particularly limited. It is preferable to use an electrolyte such as sodium sulfate as the reaction medium.

本実施形態において、好ましい合成シリカのもう一つの具体例として、ヒュームドシリカが挙げられる。このようなヒュームドシリカは、特開2000−86227号公報等に記載のように、四塩化珪素と水素、酸素、水を用いて高温加水分解する乾式法により製造することができる。具体的には、揮発性珪素化合物を原料として、これを可燃ガス及び酸素を含有する混合ガスと共にバーナーに供給して燃焼させた火炎中で1000〜2100℃の高温で加熱分解することにより得られる。   In the present embodiment, fumed silica is given as another specific example of preferable synthetic silica. Such fumed silica can be produced by a dry method of hydrolyzing at high temperature using silicon tetrachloride, hydrogen, oxygen, and water, as described in JP-A-2000-86227. Specifically, it is obtained by using a volatile silicon compound as a raw material and thermally decomposing it at a high temperature of 1000 to 2100 ° C. in a flame burned by supplying it to a burner together with a mixed gas containing a combustible gas and oxygen. .

原料となる揮発性珪素化合物としては、例えば揮発性のハロゲン化珪素化合物が好ましく、SiH、SiCl、CHSiCl、CHSiHCl、HSiCl、(CHSiCl、(CHSiCl、(CHSiH、(CHSiH、アルコキシシラン等が挙げられる。また、可燃ガス及び酸素を含有する混合ガスは水を生成するものが好ましく、水素やメタン、ブタン等が適当であり、酸素含有ガスとして酸素、空気等が用いられる。 As a volatile silicon compound used as a raw material, for example, a volatile silicon halide compound is preferable. SiH 4 , SiCl 4 , CH 3 SiCl 3 , CH 3 SiHCl 2 , HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , (CH 3 ) 3 SiCl, (CH 3 ) 2 SiH 2 , (CH 3 ) 3 SiH, alkoxysilane and the like. The mixed gas containing combustible gas and oxygen is preferably one that generates water, and hydrogen, methane, butane, etc. are suitable, and oxygen, air, etc. are used as the oxygen-containing gas.

揮発性珪素化合物と混合ガスの量比は、揮発性珪素化合物のモル当量を1モル当量として、酸素及び可燃性ガスである水素を含む混合ガス中の酸素のモル当量2.5〜3.5及び水素のモル当量を1.5〜3.5の範囲に調整する。なお、ここで酸素と水素についてのモル当量とは、原料化合物である揮発性珪素化合物と反応する化学量論的な当量を指している。また、メタン等の炭化水素燃料を用いる場合は、水素換算のモル当量を指す。   The amount ratio of the volatile silicon compound and the mixed gas is such that the molar equivalent of the volatile silicon compound is 1 molar equivalent, and the molar equivalent of oxygen in the mixed gas containing hydrogen which is oxygen and the combustible gas is 2.5 to 3.5. And the molar equivalent of hydrogen is adjusted to the range of 1.5 to 3.5. Here, the molar equivalent for oxygen and hydrogen refers to the stoichiometric equivalent that reacts with the volatile silicon compound that is the raw material compound. Moreover, when using hydrocarbon fuels, such as methane, the molar equivalent of hydrogen conversion is pointed out.

また、ヒュームドシリカの中でも、疎水性ヒュームドシリカがより好ましい。本実施形態において、疎水性ヒュームドシリカとは、粉体の状態で、完全に濡れるメタノールの容量%(MW値)が30%以上であることを意味する。なお、ここで規定する「粉体の状態で、完全に濡れるメタノールの容量%(MW値)とは、メタノールウエッタビリティー法により測定した値である。   Of the fumed silica, hydrophobic fumed silica is more preferable. In the present embodiment, the hydrophobic fumed silica means that the volume% (MW value) of methanol completely wetted in a powder state is 30% or more. The “volume% (MW value) of methanol completely wetted in a powder state” as defined herein is a value measured by a methanol wettability method.

疎水性ヒュームドシリカを用いることにより、シリカ同士の凝集がなくなるため、多孔性支持膜中に均一に存在させることができる。また、親水性のシリカを用いる場合に比べて、疎水性である有機高分子樹脂や、製造する際に使用する可塑剤との親和性が増加するので、無機物粒子がミクロに均一に分散される。その結果、より微細で均一な多孔質構造が、三次元に形成される。微細で均一な多孔質構造とは、例えば、マクロボイドと呼ばれる孔の大きさが大きいものが存在する構造や、ダイラインと呼ばれるクラック状の溝が存在する構造を含まないことである。   By using hydrophobic fumed silica, silica is not aggregated, so that it can be uniformly present in the porous support membrane. Compared with the case of using hydrophilic silica, the affinity with hydrophobic organic polymer resin and plasticizer used in the production is increased, so that inorganic particles are uniformly dispersed microscopically. . As a result, a finer and more uniform porous structure is formed in three dimensions. The fine and uniform porous structure does not include, for example, a structure in which there are large pores called macrovoids or a structure in which cracked grooves called die lines exist.

本実施形態において、米国ナノフェーズテクノロジー社が製造した合成シリカや、米国Hybrid Plastics社が有機−無機ハイブリッド法により製造しているPolyhedral Oligomeric Silsesquioxane(POSS)もまた好ましい合成シリカの具体例である。   In this embodiment, synthetic silica manufactured by US Nanophase Technology, Inc., and Polyolefin Oligomeric Silsesquioxane (POSS) manufactured by Hybrid Plastics, US by the organic-inorganic hybrid method are also specific examples of preferable synthetic silica.

本実施形態において、無機物粒子が、珪素含有化合物で表面被覆されているものも好ましい。無機物粒子を珪素含有化合物で表面被覆する方法は、従来公知の方法であればいずれの方法であっても差し支えない。   In the present embodiment, it is also preferable that the inorganic particles are surface-coated with a silicon-containing compound. The method of covering the inorganic particles with the silicon-containing compound may be any method as long as it is a conventionally known method.

珪素含有化合物の表面被覆剤の具体例として、シランカップリング剤等が挙げられる。シランカップリング剤の具体例としては、ジメチルジクロロシラン処理、ヘキサメチルジシラザン処理、オクチルシラン処理、メタクリロキシシラン処理、アミノシラン処理、ヘキサメチルジシラザン処理、ジメチルシリコーンオイル処理、ジフェニルジクロロシラン処理、ヘキサフェニルジシラザン処理、フェニルアルキルシラン処理、フェニルメタクリロキシシラン処理、フェニルアミノシラン処理、フェニル基含有シリコーンオイル処理したものが挙げられる。勿論これ以外であっても無機化合物の表面を被覆する珪素含有化合物であればいずれであってもよい。   A silane coupling agent etc. are mentioned as a specific example of the surface coating agent of a silicon-containing compound. Specific examples of the silane coupling agent include dimethyldichlorosilane treatment, hexamethyldisilazane treatment, octylsilane treatment, methacryloxysilane treatment, aminosilane treatment, hexamethyldisilazane treatment, dimethylsilicone oil treatment, diphenyldichlorosilane treatment, hexa Examples thereof include phenyldisilazane treatment, phenylalkylsilane treatment, phenylmethacryloxysilane treatment, phenylaminosilane treatment, and phenyl group-containing silicone oil treatment. Of course, any other silicon-containing compound that covers the surface of the inorganic compound may be used.

上記米国Hybrid Plastics社のPOSSは、低分子化合物又は重合体で表面被覆された合成シリカを含んでおり、例えば、アルコール、フェノール、アミン、クロロシラン、エポキシ、エステル、フルオロアルキル、ハライド、イソシアネート、メタクリレート、アクリレート、シリコーン、ニトリル、ノルボレニル、オレフィン、ホスフィン、シラン、チオール、ポリスチレン等の各種低分子化合物又は各種重合体で表面被覆されているものも含まれている。   The POSS of Hybrid Plastics, USA includes synthetic silica surface-coated with a low molecular compound or polymer, such as alcohol, phenol, amine, chlorosilane, epoxy, ester, fluoroalkyl, halide, isocyanate, methacrylate, Those having a surface coating with various low molecular compounds such as acrylate, silicone, nitrile, norborenyl, olefin, phosphine, silane, thiol, polystyrene, and various polymers are also included.

本実施形態において、無機物粒子は、平均一次粒径が0.005〜0.5μmであり、比表面積が30m/g以上500m/g以下であることが好ましい。これによって、多孔性支持膜の窒素透過速度が、3500GPU以上であり、多孔性支持膜のバブルポイント法による圧力、すなわちバブルポイント(B.P)が650kPa以上となる。当該圧力が650kPa未満とは、多孔性支持膜の最大孔径が、0.095μm以上であることを意味しており、水蒸気分離性樹脂を薄く、かつ、均一に積層することが困難になる。また、多孔性支持膜の窒素透過速度が3500GPUを下回れば、多孔性支持膜としての機能を果たさず、水蒸気分離性樹脂を積層した際に、著しくガス透過性能が低下する。 In the present embodiment, the inorganic particles preferably have an average primary particle size of 0.005 to 0.5 μm and a specific surface area of 30 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less. Thereby, the nitrogen permeation rate of the porous support membrane is 3500 GPU or more, and the pressure by the bubble point method of the porous support membrane, that is, the bubble point (BP) becomes 650 kPa or more. That the pressure is less than 650 kPa means that the maximum pore size of the porous support membrane is 0.095 μm or more, and it becomes difficult to laminate the water vapor separating resin thinly and uniformly. If the nitrogen permeation rate of the porous support membrane is lower than 3500 GPU, the function as a porous support membrane is not achieved, and the gas permeation performance is remarkably lowered when the water vapor separating resin is laminated.

ここで、透過速度は単位時間、単位面積、単位分圧差における気体透過量で表され、単位としてGPU(Gaspermeation unit)=10−6cm(STP)/cm・sec・cmHgが広く使用されている。 Here, the permeation rate is expressed by gas permeation amount in unit time, unit area, and unit partial pressure difference. As a unit, GPU (Gasperation unit) = 10 −6 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg is widely used. ing.

〔多孔性支持膜の構造〕
本実施形態において、多孔性支持膜は、水蒸気分離性樹脂層が積層されている面に開孔が形成され、無機物粒子の少なくとも一部が上記開孔に存在する構造を有する。
[Porous support membrane structure]
In the present embodiment, the porous support membrane has a structure in which openings are formed on the surface on which the water vapor separating resin layer is laminated, and at least a part of the inorganic particles are present in the openings.

本実施形態においては、開孔に無機物粒子が存在していることによって、水蒸気分離性樹脂が、多孔性支持膜の表面に均一に、かつ、薄く塗布することができる。それにより、水蒸気分離膜としての耐久性が向上し、さらに、分離性能及び透過性能も向上する。   In the present embodiment, the presence of the inorganic particles in the pores allows the water vapor separating resin to be applied uniformly and thinly on the surface of the porous support membrane. Thereby, durability as a water vapor separation membrane is improved, and further, separation performance and permeation performance are improved.

また、本実施形態における多孔性支持膜において、多孔性支持膜の内部に連通孔が形成され、この連通孔の一部は上記開孔を形成していることが好ましい。連通孔は、多孔性支持膜の多孔質構造を形成する骨格同士の間に形成されることが好ましい。また、この骨格は有機高分子樹脂を含む。このような構造であることにより、水蒸気分離膜の透過性能がより向上する。特に、連通孔が多孔性支持膜の内部から外表面まで連続して繋がっていることがより好ましい。   Moreover, in the porous support membrane in this embodiment, it is preferable that a communicating hole is formed inside the porous supporting membrane, and a part of the communicating hole forms the above-mentioned opening. The communication hole is preferably formed between the skeletons forming the porous structure of the porous support membrane. The skeleton includes an organic polymer resin. With such a structure, the permeation performance of the water vapor separation membrane is further improved. In particular, it is more preferable that the communication holes are continuously connected from the inside to the outer surface of the porous support membrane.

本実施形態における多孔性支持膜の構造について、図1を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態の水蒸気分離膜の一部を模式的に示した概念断面図である。   The structure of the porous support membrane in this embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view schematically showing a part of the water vapor separation membrane of the present embodiment.

水蒸気分離膜1は、多孔性支持膜3に水蒸気分離性樹脂層2が積層され、水蒸気分離性樹脂層2が積層されている多孔性支持膜3の表面に開孔4を有している。そして、少なくともその開孔に無機物粒子5が存在している。また、膜内部に連通孔6が形成され、その連通孔6が多孔性支持膜3の水蒸気分離性樹脂層2が積層されている面まで伸びて開孔4が形成される構造であることが好ましい。   The water vapor separation membrane 1 has a water vapor separation resin layer 2 laminated on a porous support membrane 3, and has an opening 4 on the surface of the porous support membrane 3 on which the water vapor separation resin layer 2 is laminated. And the inorganic particle 5 exists in the opening at least. Further, the communication hole 6 is formed inside the membrane, and the communication hole 6 extends to the surface of the porous support membrane 3 on which the water vapor separating resin layer 2 is laminated to form the opening 4. preferable.

本実施形態において、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面における開孔率(A)に対する、無機物粒子が多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層側の面に占める面積率(B)の比(B/A)は、0.2〜4であり、0.8〜3.5がより好ましく、1.2〜3.3であることがさらに好ましい。   In this embodiment, the area ratio of the inorganic particles in the surface of the porous support membrane on the side of the water vapor separating resin layer to the porosity (A) on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separating resin layer is laminated The ratio (B / A) of (B) is 0.2 to 4, more preferably 0.8 to 3.5, and still more preferably 1.2 to 3.3.

以下で、図2を用いて、開孔率(A)及び面積率(B)について説明する。   Hereinafter, the hole area ratio (A) and the area ratio (B) will be described with reference to FIG.

図2は、多孔性支持膜を上面視したときの概念図である。多孔性支持膜3の表面には、開孔4が形成され、開孔4に無機物粒子5が存在している。領域αでは、開孔4の中に無機物粒子5が位置している状態である。また、領域βでは、無機物粒子5が開孔4を横切るように位置している状態であり、領域γでは、無機物粒子5が開孔4を覆い被さるように位置している。   FIG. 2 is a conceptual diagram when the porous support membrane is viewed from above. Open holes 4 are formed on the surface of the porous support membrane 3, and inorganic particles 5 exist in the open holes 4. In the region α, the inorganic particles 5 are located in the openings 4. In the region β, the inorganic particles 5 are positioned so as to cross the apertures 4, and in the region γ, the inorganic particles 5 are positioned so as to cover the apertures 4.

このとき、開孔率(A)とは、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面において、開孔が占める面積の割合のことである。例えば、図2において、領域γでは、無機物粒子5が開孔を覆っている状態であるが、この部分にある開孔の面積も含めて開孔率(A)を計算する。すなわち、開孔率(A)は、膜表面から無機物粒子を除いたときに、表面に存在する開孔の面積を、多孔質支持膜の投影面積で除した値のことである。したがって、図2において、すべての開孔4の面積を、多孔性支持膜の投影面積で除した値が開孔率(A)となる。   At this time, the porosity (A) is the ratio of the area occupied by the pores on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separating resin layer is laminated. For example, in FIG. 2, in the region γ, the inorganic particles 5 cover the apertures, and the aperture ratio (A) is calculated including the area of the apertures in this portion. That is, the porosity (A) is a value obtained by dividing the area of the pores existing on the surface by the projected area of the porous support membrane when the inorganic particles are removed from the membrane surface. Therefore, in FIG. 2, the value obtained by dividing the area of all the apertures 4 by the projected area of the porous support membrane is the aperture ratio (A).

なお、本実施形態において、多孔性支持膜の外表面の開孔率(A)は、多孔性支持膜を20wt%NaOH水溶液中に70℃にて1時間浸漬して、膜の開孔及び表面に存在する無機物粒子を、抽出除去した後、水洗し、乾燥した後、外表面の電子顕微鏡写真を、外表面に存在する孔部分と非孔部分とに黒白2値化処理し、下記式から求めることができる。
外表面開孔率(A)[%]=100×(孔部分面積)/{(孔部分面積)+(非孔部分面積)}
In this embodiment, the porosity (A) of the outer surface of the porous support membrane is determined by immersing the porous support membrane in a 20 wt% NaOH aqueous solution at 70 ° C. for 1 hour, After extracting and removing the inorganic particles present in the surface, washing with water and drying, the electron micrograph of the outer surface is subjected to black and white binarization processing on the hole portion and the non-hole portion existing on the outer surface, Can be sought.
Outer surface area ratio (A) [%] = 100 × (hole part area) / {(hole part area) + (non-hole part area)}

用いる電子顕微鏡写真の倍率は、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面に存在する孔がはっきりとその形状が認識できる程度に大きい必要がある一方、写真画面内に写る面積はできるだけ大きくしてできるだけ平均化された開孔率を測定する必要があるため、あまり大きすぎても不適当である。撮影倍率の目安は、開孔の孔径の面積的主体(面積累積値50%に相当する孔径)が1〜10μm程度であれば1000〜5000倍、0.1〜1μm程度であれば5000〜20000倍、0.03〜0.1μm程度であれば10000〜50000倍である。   The magnification of the electron micrograph used needs to be large enough to clearly recognize the shape of the pores present on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separating resin layer is laminated. Since it is necessary to measure the aperture ratio averaged as much as possible by making it as large as possible, it is not suitable if it is too large. The standard of the photographing magnification is 1000 to 5000 times if the area main body (hole diameter corresponding to 50% of the accumulated area) is about 1 to 10 μm, and 5000 to 20000 if the area is about 0.1 to 1 μm. If it is about 0.03 to 0.1 μm, it is 10,000 to 50,000 times.

黒白2値化処理をする場合には、これらの倍率で撮影した電子顕微鏡写真を、コピー機その他の手段を用いて拡大してから用いてもよい。なお、市販の画像解析システムを用いれば、電子顕微鏡写真又はそのコピーから直接システムの機器内にて黒白2値化処理を行うことが可能であるが、通常の電子顕微鏡写真では孔周辺部のエッジが白く光ったり、また撮影時のコントラストの付け方では無機粒子でない部分が無機粒子と似た黒さになる場合がある等、黒白2値化処理の段階での誤認が原因で開口率測定に誤差が生じやすく、不適切である。加えて、電子顕微鏡写真又はそのコピーからのシステム機器内による直接の黒白2値化は、実際には表面部位ではないが表面の開口部からのぞき見ることのできる膜厚部の構造を、表面部位の構造と誤認してしまい、無機粒子の表面積率測定に誤差を生じさせるおそれもあり、この点からも不適切である。したがって、黒白2値化処理をして無機粒子表面積率を測定する場合には、用いる電子顕微鏡写真又はそのコピーに対し、その上に透明シートを重ねて置き、表面に存在する孔の部分を無色透明シート上に黒マジックペン等を用いて黒く塗りつぶし(転写し)、その転写シートを白紙にコピーすることにより、無機粒子部分は黒、非無機粒子部分は白と明確に区分し、その後に、市販の画像解析システム等を利用して、表面積率を求める必要がある。   When performing black-and-white binarization processing, an electron micrograph taken at these magnifications may be used after being enlarged using a copier or other means. If a commercially available image analysis system is used, it is possible to perform black-and-white binarization processing in the system equipment directly from an electron micrograph or a copy thereof. Errors in aperture ratio measurement due to misidentification at the stage of black-and-white binarization processing, such as when the image is white, or when contrast is applied during shooting, parts that are not inorganic particles may become black similar to inorganic particles Is likely to occur and is inappropriate. In addition, the direct black-and-white binarization in the system equipment from the electron micrograph or a copy thereof is not actually a surface part, but the structure of the film thickness part that can be seen from the opening of the surface This may be mistaken for the structure, and may cause an error in the measurement of the surface area ratio of the inorganic particles. Therefore, when measuring the surface area ratio of inorganic particles by performing black-and-white binarization, a transparent sheet is placed on the electron micrograph used or a copy thereof, and the pores existing on the surface are colorless. By painting (transferring) black on a transparent sheet with a black magic pen, etc., and copying the transfer sheet onto a white paper, the inorganic particle part is clearly divided into black, and the non-inorganic particle part is clearly divided into white. It is necessary to obtain the surface area ratio using a commercially available image analysis system or the like.

次に、面積率(B)とは、多孔性支持膜の投影面積において、無機物粒子が占める面積の割合のことである。したがって、図2において、すべての無機物粒子5の面積を、多孔性支持膜の投影面積で除した値が(B)となる。   Next, the area ratio (B) is the ratio of the area occupied by inorganic particles in the projected area of the porous support membrane. Therefore, in FIG. 2, the value obtained by dividing the area of all inorganic particles 5 by the projected area of the porous support membrane is (B).

ここで、面積率(B)は、多孔性支持膜の水蒸気分離性樹脂層が積層されている面の走査型電子顕微鏡反射電子像について、この面に存在する無機粒子部分と非無機粒子部分とに2値化処理し、下記式から求めることができる。
面積率(B)[%]=100×(無機粒子部分面積)/{(無機粒子部分面積)+(非無機粒子部分面積)}
Here, the area ratio (B) is the ratio between the inorganic particle portion and the non-inorganic particle portion existing on the scanning electron microscope reflected electron image of the surface on which the water vapor separating resin layer of the porous support film is laminated. Can be obtained from the following equation.
Area ratio (B) [%] = 100 × (inorganic particle partial area) / {(inorganic particle partial area) + (non-inorganic particle partial area)}

用いる電子顕微鏡像の倍率は、表面に存在する無機粒子の形状が明瞭に認識できる程度に高くする必要がある一方、1視野内の面積は可能な限り大きくし、極力平均化された無機粒子を測定する必要があるため、あまり高過ぎても不適当である。撮影倍率の目安は、表面無機粒子の面積的主体(面積累積値50%に相当する無機粒子)が1〜10μm程度であれば1000〜5000倍、0.1〜1μm程度であれば5000〜20000倍、0.03〜0.1μm程度であれば10000〜50000倍である。   The magnification of the electron microscope image to be used needs to be high enough to clearly recognize the shape of the inorganic particles present on the surface, while the area within one field of view is made as large as possible, and the inorganic particles averaged as much as possible are used. It is not appropriate to be too expensive because it needs to be measured. The standard of the photographing magnification is 1000 to 5000 times if the surface main body of the surface inorganic particles (inorganic particles corresponding to an area cumulative value of 50%) is about 1 to 10 μm, and 5000 to 20000 if the surface inorganic particles are about 0.1 to 1 μm. If it is about 0.03 to 0.1 μm, it is 10,000 to 50,000 times.

2値化処理をする場合には、これらの倍率で撮影した電子顕微鏡像を、コピー機その他の手段を用いて拡大してから行ってもよい。なお、市販の画像解析システムを用いる場合の注意点は、前述と同様である。   When binarization processing is performed, an electron microscope image taken at these magnifications may be enlarged after being enlarged using a copying machine or other means. Note that points to note when using a commercially available image analysis system are the same as described above.

本実施形態において、例えば、無機物粒子の含有量を増減したり、可塑剤抽出時の温度を上下することで、(B/A)は0.2〜4の範囲内に調整することができる。例えば、有機高分子樹脂に対する無機物粒子の重量比を増加させると、B/Aの値が大きくなり、逆に、有機高分子樹脂に対する無機物粒子の重量比を減少させると、B/Aの値が小さくなる。また、無機物粒子の含有量を増減させる場合ほどの大きな変化は見られないが、可塑剤抽出時の温度を上げることにより、B/Aの値を小さくすることが可能であり、逆に、可塑剤抽出時の温度を下げることによって。B/Aの値を僅かに大きくすることが可能である。なお、B/Aが1とは、開孔の面積と無機物粒子が占める面積とが同じであることを意味しており、B/Aが1を超えると、無機物粒子が占める面積が、開孔の面積よりも大きいことを意味している。   In the present embodiment, for example, (B / A) can be adjusted within a range of 0.2 to 4 by increasing or decreasing the content of inorganic particles or by increasing or decreasing the temperature during plasticizer extraction. For example, when the weight ratio of the inorganic particles to the organic polymer resin is increased, the value of B / A is increased. Conversely, when the weight ratio of the inorganic particles to the organic polymer resin is decreased, the value of B / A is increased. Get smaller. In addition, although the change is not as great as when the content of inorganic particles is increased or decreased, it is possible to reduce the B / A value by raising the temperature at the time of plasticizer extraction. By lowering the temperature during agent extraction. It is possible to slightly increase the value of B / A. In addition, B / A being 1 means that the area of the opening and the area occupied by the inorganic particles are the same. When B / A exceeds 1, the area occupied by the inorganic particles is the opening. It means that it is larger than the area.

開孔の孔径としては、0.001〜1μmが好ましく、0.05〜0.5μmがより好ましい。開孔の孔径とは多孔性支持膜に存在する孔の平均孔径である。膜の平均孔径は、ASTM:F316−86記載の方法(別称:ハーフドライ法)にしたがって決定することができる。なお、このハーフドライ法によって決定されるのは、膜の最小孔径層の平均孔径であり、厳密には開孔の平均孔径とは異なる。しかし、本発明の多孔質支持膜は均質構造をしているため、開孔の平均孔径が膜の最小孔径層の平均とする。   As a hole diameter of an opening, 0.001-1 micrometer is preferable and 0.05-0.5 micrometer is more preferable. The pore size of the opening is the average pore size of the pores existing in the porous support membrane. The average pore diameter of the membrane can be determined according to the method described in ASTM: F316-86 (also known as the half dry method). Note that what is determined by this half dry method is the average pore size of the minimum pore size layer of the membrane, and strictly speaking, it is different from the average pore size of the apertures. However, since the porous support membrane of the present invention has a homogeneous structure, the average pore size of the openings is the average of the minimum pore size layer of the membrane.

本実施形態においては、ハーフドライ法による平均孔径の測定は、使用液体にエタノールを用い、25℃、昇圧速度0.001MPa/秒での測定を標準測定条件とした。平均孔径[μm]は、下記式より求まる。
平均孔径[μm]=(2860×表面張力[mN/m])/ハーフドライ空気圧力[Pa]
In this embodiment, measurement of the average pore size by the half-dry method was performed using ethanol as the liquid used and measuring at 25 ° C. and a pressure increase rate of 0.001 MPa / second as standard measurement conditions. The average pore diameter [μm] is obtained from the following formula.
Average pore diameter [μm] = (2860 × surface tension [mN / m]) / half dry air pressure [Pa]

エタノールの25℃における表面張力は21.97mN/mである(日本化学会編、化学便覧基礎編改訂3版、II−82頁、丸善(株)、1984年)ので、本発明における標準測定条件の場合は、
平均孔径[μm]=62834.2/(ハーフドライ空気圧力[Pa])
にて求めることができる。
Since the surface tension of ethanol at 25 ° C. is 21.97 mN / m (The Chemical Society of Japan, Chemistry Handbook Basic Edition, Rev. 3, II-82, Maruzen Co., Ltd., 1984), the standard measurement conditions in the present invention In the case of,
Average pore diameter [μm] = 62834.2 / (half dry air pressure [Pa])
It can ask for.

膜の最大孔径は、ハーフドライ法において膜から気泡が初めて出てくる時の圧力から求めることができる(バブルポイント法)。上記のハーフドライ法標準測定条件の場合、中空糸膜から気泡が初めて出てくる時の圧力から、
最大孔径[μm]=62834.2/(気泡発生空気圧力[Pa])
より求めることができる。
The maximum pore size of the membrane can be determined from the pressure when bubbles first emerge from the membrane in the half dry method (bubble point method). In the case of the above half dry method standard measurement conditions, from the pressure when bubbles first emerge from the hollow fiber membrane,
Maximum pore diameter [μm] = 62834.2 / (bubble generating air pressure [Pa])
It can be obtained more.

また、本実施形態において、多孔性支持膜内部の連通孔内部にも、無機物粒子が充填されていることが好ましい。無機物粒子が、連通孔に充填されていることによって、優れた機械的強度と耐熱性を有する多孔性支持膜が得られる。   Moreover, in this embodiment, it is preferable that the inside of the communicating hole inside the porous support membrane is filled with inorganic particles. By filling the inorganic particles in the communication holes, a porous support membrane having excellent mechanical strength and heat resistance can be obtained.

好ましくは、無機物粒子が、多孔質支持膜全体に対して、25〜85質量%で充填されていることである。より好ましくは35〜75質量%であり、さらに好ましくは40〜70質量%である。   Preferably, the inorganic particles are filled at 25 to 85% by mass with respect to the entire porous support membrane. More preferably, it is 35-75 mass%, More preferably, it is 40-70 mass%.

なお、本実施形態において、無機物粒子が充填されている質量分率(%)は、以下の式で定義される。
質量分率(%)={(多孔性支持膜中の全無機物粒子の質量)/(多孔性支持膜の質量)}×100
In the present embodiment, the mass fraction (%) filled with the inorganic particles is defined by the following equation.
Mass fraction (%) = {(mass of all inorganic particles in porous support membrane) / (mass of porous support membrane)} × 100

〔水蒸気分離性樹脂層〕
本実施形態の水蒸気分離性樹脂層は、水蒸気分離性樹脂から形成された層である。水蒸気分離性樹脂とは、気体を分離する機能を有する樹脂のことである。水蒸気分離性樹脂としては、フッ素樹脂が好ましく、加工性を考えると有機溶剤に溶解又は分散可能な樹脂であることが好ましい。
(Water vapor separating resin layer)
The water vapor separating resin layer of the present embodiment is a layer formed from a water vapor separating resin. The water vapor separating resin is a resin having a function of separating a gas. As the water vapor separating resin, a fluororesin is preferable, and a resin that can be dissolved or dispersed in an organic solvent is preferable in consideration of processability.

本実施形態で用いられるフッ素樹脂として、市販品のテフロン(登録商標)AFシリーズ(デュポン社製)、フルオンシリーズ(旭硝子社製)、ハイフロンシリーズ(ソルベイ・ソレクシス社製)、サイトップ(旭硝子社製)、THVシリーズ(住友スリーエム社製)、ネオフロンシリーズ(ダイキン社製)、カイナーシリーズ(アルケマ社製)、テドラーシリーズ(デュポン社製)、ダイニオンシリーズ(ダイニオン社製)等が挙げられる。これらは、一種を単独で又は二種以上を混合して用いることができる。   As the fluororesin used in the present embodiment, commercially available Teflon (registered trademark) AF series (manufactured by DuPont), full-on series (manufactured by Asahi Glass), hyflon series (manufactured by Solvay Solexis), Cytop (Asahi Glass) ), THV series (manufactured by Sumitomo 3M), Neofuron series (manufactured by Daikin), Kyner series (manufactured by Arkema), Tedlar series (manufactured by DuPont), Dinion series (manufactured by Dinion), etc. . These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

水蒸気分離性樹脂を溶解又は分散する有機溶剤としては、CFCHOH、F(CFCHOH、(CFCHOH、F(CFCHOH、F(CFOH、H(CFCHOH、H(CFCHOH、H(CFCHOH等の含フッ素アルコール系溶剤;パーフルオロベンゼン、メタキシレンヘキサフルオライド等の含フッ素芳香族系溶剤;CF(HFC−14)、CHClF(HCFC−22)、CHF(HFC−23)、CHCF(HFC−32)、CFCF(PFC−116)、CFClCFCl(CFC−113)、CHClF(HCFC−225)、CHFCF(HFC−134a)、CHCF(HFC−143a)、CHCHF(HFC−152a)、CHCClF(HCFC−141b)、CHCClF(HCFC−142b)、C(PFC−C318)等のフルオロカーボン系溶剤等;キシレン、トルエン、ソルベッソ100、ソルベッソ150、ヘキサン等の炭化水素系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸エチレングリコール、酢酸ジエチレングリコール等のエステル系溶剤;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、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、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン等のケトン系溶剤;N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルアセトアミド、アセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルホルムアミド等のアミド系溶剤;ジメチルスルホキシド等のスルホン酸エステル系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール(重合度3〜100)等が例示される。これらの溶剤は、一種を単独で又は二種以上を混合して用いることができる。これらのうち、溶解能、塗膜外観及び貯蔵安定性の点から、上記各種のフッ素系溶剤、ケトン系溶剤及びエステル系溶剤が好ましく、特にメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、セロソルブアセテート、酢酸ブチル、酢酸エチル、パーフルオロベンゼン、メタキシレンヘキサフルオライド、HCFC−225、CFC−113、HFC−134a、HFC−143a及びHFC−142bがより好ましい。 Examples of the organic solvent for dissolving or dispersing the water vapor separating resin include CF 3 CH 2 OH, F (CF 2 ) 2 CH 2 OH, (CF 3 ) 2 CHOH, F (CF 2 ) 3 CH 2 OH, and F (CF 2) 4 C 2 H 5 OH , H (CF 2) 2 CH 2 OH, H (CF 2) 3 CH 2 OH, H (CF 2) 4 fluorinated alcohol solvent of CH 2 OH, and the like; perfluoro benzene, Fluorine-containing aromatic solvents such as meta-xylene hexafluoride; CF 4 (HFC-14), CHClF 2 (HCFC-22), CHF 3 (HFC-23), CH 2 CF 2 (HFC-32), CF 3 CF 3 (PFC-116), CF 2 ClCFCl 2 (CFC-113), C 3 HClF 5 (HCFC-225), CH 2 FCF 3 (HFC-134a), CH 3 CF 3 (HFC-143a), CH 3 CHF 2 (HFC-152a), CH 3 CCl 2 F (HCFC-141b), CH 3 CClF 2 (HCFC-142b), C 4 F 8 (PFC-C318), etc. Fluorocarbon solvents, etc .; hydrocarbon solvents such as xylene, toluene, Solvesso 100, Solvesso 150, hexane, etc .; methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether , Ester solvents such as diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol acetate, diethylene glycol acetate; Ether, diethyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether Ether solvents such as diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether and tetrahydrofuran; ketone solvents such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and acetone; N, N-dimethylacetamide, N-methylacetamide, Amide solvents such as cetamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylformamide; sulfonic acid ester solvents such as dimethyl sulfoxide; methanol, ethanol, isopropanol, butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene A glycol (degree of polymerization 3-100) etc. are illustrated. These solvent can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Of these, from the viewpoints of solubility, coating film appearance and storage stability, the above-mentioned various fluorine-based solvents, ketone-based solvents and ester-based solvents are preferable, and in particular, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cellosolve acetate, butyl acetate, More preferred are ethyl acetate, perfluorobenzene, metaxylene hexafluoride, HCFC-225, CFC-113, HFC-134a, HFC-143a and HFC-142b.

水蒸気分離性樹脂層の厚みとしては、気体透過速度を最大にするという観点からは薄い方が好ましく、10μm以下であり、更に好ましくは1μm以下である。   The thickness of the water vapor separating resin layer is preferably thinner from the viewpoint of maximizing the gas permeation rate, and is preferably 10 μm or less, and more preferably 1 μm or less.

水蒸気分離性樹脂層の機能としては、窒素の透過係数が1barrer〜900barrerである。ここで、透過係数は、単位時間、単位面積、単位厚さ、単位圧力(差圧)当たりの気体透過速度であり、その材料固有の物理定数である。透過係数の単位はbarrerであり、barrer=10−10cm(STP)cm/cm・sec・cmHgである。
窒素の透過係数が1barrer未満であると、PV法に用いた場合、十分な水透過速度が得られない傾向にある。また、透過流速が極めて低くなる傾向にある。
透過係数が900barrer超であると、例えばIPAと水とを分離する場合に、その分離性が低下する傾向にある。
As a function of the water vapor separating resin layer, the nitrogen permeability coefficient is 1 barr to 900 barrer. Here, the permeation coefficient is a gas permeation rate per unit time, unit area, unit thickness, unit pressure (differential pressure), and is a physical constant specific to the material. The unit of the transmission coefficient is barrer, and barrer = 10 −10 cm 3 (STP) cm / cm 2 · sec · cmHg.
When the nitrogen permeation coefficient is less than 1 barrer, a sufficient water permeation rate tends not to be obtained when used in the PV method. Further, the permeation flow rate tends to be extremely low.
When the permeability coefficient exceeds 900 barrer, for example, when IPA and water are separated, the separability tends to be lowered.

また、窒素透過速度に対する水素透過速度の比である、窒素に対する水素の分離係数(以下、「水素/窒素分離係数」という。)が、2〜15であり、好ましくは、2.5〜7.0である。上記水素/窒素分離係数が15を上回ると、PV法による水透過速度が低下する傾向がある。上記水素/窒素分離係数が2を下回ると、PV法に用いた場合、例えばIPAと水を分離する場合に、その分離性が低下する傾向がある。本実施形態の水蒸気分離性樹脂層では、透過速度が高いことが必要である。したがって、窒素の透過係数が1barrer〜900barrerであり、水素/窒素分離係数が、2〜15であることが必要である。   Moreover, the separation factor of hydrogen with respect to nitrogen (hereinafter referred to as “hydrogen / nitrogen separation factor”), which is the ratio of the hydrogen permeation rate to the nitrogen permeation rate, is 2 to 15, preferably 2.5 to 7. 0. When the hydrogen / nitrogen separation factor exceeds 15, the water permeation rate by the PV method tends to decrease. When the hydrogen / nitrogen separation factor is less than 2, when used in the PV method, for example, when separating IPA and water, the separability tends to decrease. The water vapor separating resin layer of this embodiment needs to have a high permeation rate. Therefore, it is necessary that the nitrogen permeability coefficient is 1 barr to 900 barrer and the hydrogen / nitrogen separation factor is 2 to 15.

水蒸気分離性樹脂の透過性能は、窒素透過係数と、水素/窒素分離係数で表現することができる。水蒸気分離性樹脂の窒素透過係数及び水素/窒素分離係数は、水蒸気分離性樹脂を層状にしたときの層の厚み等に左右されずに素材そのものに固有の値である。そのため、水蒸気分離性樹脂の窒素透過係数及び水素/窒素分離係数を測定するには、厚みが既知で、欠陥が無い膜を用いる必要がある。そこで、まず20μm〜100μm程度の厚みになるように水蒸気分離性樹脂をキャストして、素材それ自身のみからなり、平滑で気泡を含まない自立膜を作製する。得られた膜をJIS Z−1707に基づいて測定することにより、窒素透過係数及び水素/窒素分離係数を求めることができる。なお、一般的に、気体分離膜の水素/窒素分離係数をα’とすると、
α’=fH[GPU]/fN[GPU]
で表記される。ここで、fHは気体分離膜自体の水素透過速度であり、fNは気体分離膜自体の窒素透過速度である。これらの気体分離膜自体の気体透過速度には、気体の溶解拡散による流束と、ピンホールによるクヌーセン流の両者が含まれており、実際の気体分離モジュールの設計では、これらの気体分離膜自体の気体透過速度を使用するのがよい。この場合の分離係数α’は材料固有の値(物理定数ではなく、気体分離膜自体について決まる見かけの値になる。クヌーセン流が無ければ、上記のα’は理想分離係数αに等しくなる。
The permeation performance of the water vapor separating resin can be expressed by a nitrogen permeation coefficient and a hydrogen / nitrogen separation coefficient. The nitrogen permeation coefficient and the hydrogen / nitrogen separation coefficient of the water vapor separating resin are values inherent to the material itself, regardless of the thickness of the layer when the water vapor separating resin is layered. Therefore, in order to measure the nitrogen permeability coefficient and the hydrogen / nitrogen separation coefficient of the water vapor separating resin, it is necessary to use a membrane having a known thickness and having no defects. Therefore, first, a water vapor-separating resin is cast so as to have a thickness of about 20 μm to 100 μm, and a self-supporting membrane made of only the material itself and containing no bubbles is produced. By measuring the obtained membrane based on JIS Z-1707, the nitrogen permeation coefficient and the hydrogen / nitrogen separation coefficient can be determined. In general, if the hydrogen / nitrogen separation coefficient of the gas separation membrane is α ′,
α ′ = fH 2 [GPU] / fN 2 [GPU]
It is written with. Here, fH 2 is the hydrogen permeation rate of the gas separation membrane itself, and fN 2 is the nitrogen permeation rate of the gas separation membrane itself. The gas permeation speeds of these gas separation membranes include both flux due to dissolution and diffusion of gas and Knudsen flow due to pinholes. In actual gas separation module design, these gas separation membranes themselves The gas permeation rate of In this case, the separation coefficient α ′ is a value specific to the material (not a physical constant but an apparent value determined for the gas separation membrane itself. If there is no Knudsen flow, α ′ is equal to the ideal separation coefficient α.

水蒸気分離性樹脂層の窒素の透過係数及び水素/窒素分離係数は材料固有の物理定数であるので、窒素の透過係数及び水素/窒素分離係数が上記規定の範囲内になるよう、適宜材料を選択する。   Since the nitrogen permeability coefficient and hydrogen / nitrogen separation coefficient of the water vapor separation resin layer are physical constants specific to the material, the material should be selected appropriately so that the nitrogen permeability coefficient and the hydrogen / nitrogen separation coefficient are within the specified ranges. To do.

〔水蒸気分離膜〕
水蒸気分離性樹脂層と多孔性支持体から構成される複合材料としての水蒸気分離膜の気体透過性能は、窒素透過速度及び水素/窒素分離係数で表現される。本実施形態の水蒸気分離膜は、窒素透過速度が、20GPU〜18,000GPUであることが好ましい。また、水素/窒素分離係数が3以上15未満であることが好ましい。水蒸気分離膜の形状としては、中空糸状、平膜状等が挙げられる。中空糸状であることが好ましい。
[Water vapor separation membrane]
The gas permeation performance of a water vapor separation membrane as a composite material composed of a water vapor separation resin layer and a porous support is expressed by a nitrogen permeation rate and a hydrogen / nitrogen separation coefficient. The water vapor separation membrane of this embodiment preferably has a nitrogen permeation rate of 20 GPU to 18,000 GPU. The hydrogen / nitrogen separation factor is preferably 3 or more and less than 15. Examples of the shape of the water vapor separation membrane include a hollow fiber shape and a flat membrane shape. A hollow fiber shape is preferred.

水蒸気分離膜の窒素透過速度は、多孔性支持膜の窒素透過速度を勘案しつつ水蒸気分離性樹脂層の厚さを調節することで、上記規定の範囲となる。ここで、水蒸気分離性樹脂層が厚くなるほど水蒸気分離膜の窒素透過速度は低下するが、窒素透過係数の高い水蒸気分離性樹脂に比べ窒素透過係数の低い水蒸気分離性樹脂は、層の厚さに対する窒素透過速度の低下の度合いが大きい。また、水蒸気分離膜の水素/窒素分離係数は、水蒸気分離性樹脂と多孔性支持膜とを適宜組み合わせることで、上記規定の範囲となる。   The nitrogen permeation rate of the water vapor separation membrane falls within the above specified range by adjusting the thickness of the water vapor separation resin layer while taking into account the nitrogen permeation rate of the porous support membrane. Here, as the water vapor separation resin layer becomes thicker, the nitrogen permeation rate of the water vapor separation membrane decreases, but the water vapor separation resin having a low nitrogen permeability coefficient compared to the water vapor separation resin having a high nitrogen permeability coefficient is less than the layer thickness. The degree of decrease in nitrogen permeation rate is large. Further, the hydrogen / nitrogen separation coefficient of the water vapor separation membrane falls within the above specified range by appropriately combining the water vapor separation resin and the porous support membrane.

〔製造方法〕
本実施形態の水蒸気分離膜の製造方法は、有機高分子樹脂と、可塑剤と、無機物粒子とを含む混合物を溶融混練する工程と、溶融混練した混合物を成形して成形体を得る工程と、該成形体から、可塑剤を抽出して多孔性支持膜を得る工程と、多孔性支持膜の表面に、水蒸気分離性樹脂を積層する工程と、を含む方法である。以下、本実施形態の製造方法について、詳細に説明する。
〔Production method〕
The method for producing a water vapor separation membrane of the present embodiment includes a step of melt-kneading a mixture containing an organic polymer resin, a plasticizer, and inorganic particles, a step of forming a melt-kneaded mixture to obtain a molded body, The method includes a step of obtaining a porous support membrane by extracting a plasticizer from the molded body, and a step of laminating a water vapor-separating resin on the surface of the porous support membrane. Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described in detail.

〔溶融混練する工程〕
本実施形態の溶融混練する工程では、有機高分子樹脂と、可塑剤と、無機物粒子とを含む混合物を溶融混練する。
[Process of melt-kneading]
In the melt-kneading step of this embodiment, a mixture containing an organic polymer resin, a plasticizer, and inorganic particles is melt-kneaded.

無機物粒子、可塑剤、及び有機高分子樹脂の配合量としては、無機物粒子、可塑剤、及び有機高分子樹脂の混合物の合計容量に対して、以下の範囲が好ましい。すなわち、無機物粒子は3〜60質量%が好ましく、7〜42質量%がより好ましく、15〜30質量%がさらに好ましい。可塑剤は20〜85質量%が好ましく、30〜75質量%がより好ましく、40〜70質量%がさらに好ましい。有機高分子樹脂は5〜80質量%が好ましく、10〜60質量%がより好ましく、15〜30質量%がさらに好ましい。   The blending amount of the inorganic particles, the plasticizer, and the organic polymer resin is preferably within the following range with respect to the total capacity of the mixture of the inorganic particles, the plasticizer, and the organic polymer resin. That is, the inorganic particles are preferably 3 to 60% by mass, more preferably 7 to 42% by mass, and still more preferably 15 to 30% by mass. 20-85 mass% is preferable, as for a plasticizer, 30-75 mass% is more preferable, and 40-70 mass% is further more preferable. The organic polymer resin is preferably 5 to 80% by mass, more preferably 10 to 60% by mass, and still more preferably 15 to 30% by mass.

無機物粒子が3質量%以上であれば、無機物粒子が可塑剤を十分に吸着することができ、混合物が粉末又は顆粒の状態に保つことができ、成形し易くなる。また、60質量%以下であれば、溶融する際の混合物の流動性が良く、成形性が高くなる。加えて、得られる成形品の強度が向上する。   If the inorganic particles are 3% by mass or more, the inorganic particles can sufficiently adsorb the plasticizer, the mixture can be maintained in a powder or granule state, and it becomes easy to mold. Moreover, if it is 60 mass% or less, the fluidity | liquidity of the mixture at the time of fuse | melting will be good, and a moldability will become high. In addition, the strength of the obtained molded product is improved.

可塑剤が20質量%以上であれば、可塑剤の量が十分であり、十分に発達した連通孔が形成され、連通孔が十分に形成された多孔質構造とすることができる。また、85質量%を以下であれば、成形し易くなり、機械的強度の高い多孔性支持膜が得られる。   If the plasticizer is 20% by mass or more, the amount of the plasticizer is sufficient, a sufficiently developed communication hole is formed, and a porous structure in which the communication hole is sufficiently formed can be obtained. Moreover, if it is 85 mass% or less, it will become easy to shape | mold and a porous support membrane with high mechanical strength will be obtained.

有機高分子樹脂が5質量%以上であれば、多孔質構造の幹を形成する有機高分子樹脂の量が十分であり、強度や、成形性が向上する。また、80質量%以下であれば、連通孔が十分に形成された多孔性支持膜とすることができる。   When the organic polymer resin is 5% by mass or more, the amount of the organic polymer resin that forms the trunk of the porous structure is sufficient, and the strength and moldability are improved. Moreover, if it is 80 mass% or less, it can be set as the porous support membrane in which the communicating hole was fully formed.

無機物粒子、可塑剤及び有機高分子樹脂の混合法としては、ヘンシェルミキサー、V−ブレンダー、リボンブレンダー等の配合機を用いた通常の混合法が挙げられる。混合の順序としては、無機物粒子、可塑剤及び有機高分子樹脂を同時に混合する方法、及び、無機物粒子と可塑剤とを混合して無機物粒子に可塑剤を充分に吸着させ、次に有機高分子樹脂を配合して混合する方法等が挙げられる。後者の順序で混合すると、溶融する際の成形性が向上し、得られる多孔性支持膜の連通孔が十分に発達し、さらに機械的強度も向上する。   Examples of the mixing method of the inorganic particles, the plasticizer, and the organic polymer resin include a normal mixing method using a compounding machine such as a Henschel mixer, a V-blender, and a ribbon blender. As the mixing order, the inorganic particles, the plasticizer and the organic polymer resin are mixed at the same time, and the inorganic particles and the plasticizer are mixed to sufficiently adsorb the plasticizer to the inorganic particles, and then the organic polymer. Examples of the method include mixing and mixing a resin. When mixed in the latter order, the moldability at the time of melting is improved, the communication holes of the resulting porous support membrane are sufficiently developed, and the mechanical strength is also improved.

混合の温度は、均質な三成分組成物を得るために、混合物が溶融状態になる温度範囲、すなわち有機高分子樹脂の溶融軟化温度以上、熱分解温度以下の温度範囲にある。ただし、混合の温度は、有機高分子樹脂のメルトインデックス、可塑剤の沸点、無機物粒子の種類、さらには加熱混練装置の機能等によって適当に選択すべきである。   In order to obtain a homogeneous ternary composition, the mixing temperature is in a temperature range in which the mixture is in a molten state, that is, in a temperature range not lower than the melt softening temperature of the organic polymer resin and not higher than the thermal decomposition temperature. However, the mixing temperature should be appropriately selected depending on the melt index of the organic polymer resin, the boiling point of the plasticizer, the type of inorganic particles, the function of the heating and kneading apparatus, and the like.

〔可塑剤〕
本実施形態において、可塑剤とは、沸点が150℃以上の液体を指す。可塑剤は、溶融混練した混合物を成形する際に、多孔質構造を形成するのに寄与し、最終的には、抽出して取り除かれる。可塑剤としては、低温(常温)では有機高分子樹脂と相溶しないが、溶融成形時(高温)では、有機高分子樹脂と相溶するものであることが好ましい。
[Plasticizer]
In the present embodiment, the plasticizer refers to a liquid having a boiling point of 150 ° C. or higher. The plasticizer contributes to the formation of a porous structure when the melt-kneaded mixture is formed, and is finally extracted and removed. The plasticizer is not compatible with the organic polymer resin at a low temperature (normal temperature), but is preferably compatible with the organic polymer resin at the time of melt molding (high temperature).

可塑剤は、溶解度パラメーター(SP:δ)が15〜21[(MPa)1/2]の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、18〜19[(MPa)1/2]の可塑剤である。   The plasticizer preferably has a solubility parameter (SP: δ) in the range of 15 to 21 [(MPa) 1/2]. More preferably, it is a plasticizer of 18-19 [(MPa) 1/2].

溶解度パラメーターが15〜21[(MPa)1/2]の可塑剤の例としては、フタル酸ジエチル(DEP)、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ジオクチル(DOP)等のフタル酸エステルやリン酸エステル等が挙げられる。これらのうち、特にフタル酸ジオクチル(δ=18.3[(MPa)1/2](分散成分δD=16.6、極性成分δP=7.0、水素結合成分δH=3.1))、フタル酸ジブチル(δ=20.2[(MPa)1/2](δD=17.8、δP=8.6、δH=4.1))(J.BRANDRUP and E.H.IMMERGUT,POLYMER HANDBOOK THIRD EDITION,ページVII−542,1989を参照)、及びこれらの混合物が好ましい。なお、フタル酸ジオクチルは、2つのエステル部分の炭素数がそれぞれ8の化合物の総称であり、例えば、フタル酸ジ−2−エチルヘキシルが含まれる。   Examples of plasticizers having a solubility parameter of 15 to 21 [(MPa) 1/2] include phthalate esters such as diethyl phthalate (DEP), dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), and phosphoric acid. Examples include esters. Among these, in particular dioctyl phthalate (δ = 18.3 [(MPa) 1/2] (dispersion component δD = 16.6, polar component δP = 7.0, hydrogen bonding component δH = 3.1)), Dibutyl phthalate (δ = 20.2 [(MPa) 1/2] (δD = 17.8, δP = 8.6, δH = 4.1)) (J. BRANDRUP and EH IMMERGUT, POLYMER HANDBOOK THIRD EDITION, page VII-542, 1989), and mixtures thereof are preferred. Dioctyl phthalate is a general term for compounds having two ester moieties each having 8 carbon atoms, and includes, for example, di-2-ethylhexyl phthalate.

ここで、2種以上の可塑剤を混合する場合、以下の方法により、混合した可塑剤の溶解度パラメーターを算出することができる。   Here, when mixing 2 or more types of plasticizers, the solubility parameter of the mixed plasticizers can be calculated by the following method.

例えば、可塑剤(A)のSPがδ(A)であり、δ(A)の分散成分、極性成分、水素結合成分がそれぞれδD(A)、δP(A)、δH(A)であり、可塑剤(B)のSPがδ(B)であり、δ(B)の分散成分、極性成分、水素結合成分がそれぞれδD(B)、δP(B)、δH(B)である場合において、可塑剤(A)及び(B)をm:nの比で混合した混合物(C)のSPであるδ(C)は、δ(C)の分散成分δD(C)、極性成分δP(C)、水素結合成分δH(C)をそれぞれ求めてから、決定することができる。   For example, the SP of the plasticizer (A) is δ (A), and the dispersion component, polar component, and hydrogen bond component of δ (A) are δD (A), δP (A), and δH (A), respectively. When the SP of the plasticizer (B) is δ (B), and the dispersion component, polar component, and hydrogen bond component of δ (B) are δD (B), δP (B), and δH (B), respectively, Δ (C), which is the SP of the mixture (C) in which the plasticizers (A) and (B) are mixed at a ratio of m: n, is a dispersion component δD (C) of δ (C) and a polar component δP (C) The hydrogen bond component δH (C) can be determined and determined.

δD(C)={mδD(A)+nδD(B)}/(m+n)
δP(C)={mδP(A)+nδP(B)}/(m+n)
δH(C)={mδH(A)+nδH(B)}/(m+n)
δ(C)=[{δD(C)}2+{δP(C)}2+{δH(C)}2]1/2。
δD (C) = {mδD (A) + nδD (B)} / (m + n)
δP (C) = {mδP (A) + nδP (B)} / (m + n)
δH (C) = {mδH (A) + nδH (B)} / (m + n)
δ (C) = [{δD (C)} 2+ {δP (C)} 2+ {δH (C)} 2] 1/2.

この混合した可塑剤のSPであるδ(C)が、15〜21[(MPa)1/2]の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、混合する可塑剤のSPが、共に15〜21[(MPa)1/2]の範囲にあることである。   It is preferable that δ (C), which is the SP of the mixed plasticizer, is in the range of 15 to 21 [(MPa) 1/2]. More preferably, the SP of the plasticizer to be mixed is in the range of 15 to 21 [(MPa) 1/2].

本実施形態において、可塑剤を適宜選択することによって、多孔性支持膜の開孔の大きさを制御することができる。水蒸気透過性の観点からは、開孔は大きい方がよく、膜表面においては、その大きい開孔に無機物粒子が存在することで、膜表面に均一に水蒸気分離性樹脂を積層することができる。具体的には、例えば、多孔性支持膜の有機高分子樹脂としてポリエチレンを含む場合は、DBPを可塑剤として使用し、PVDFを含む場合は、DOPを可塑剤として使用することで、大きな孔を有する多孔性支持膜が得られる。   In the present embodiment, the size of the pores of the porous support membrane can be controlled by appropriately selecting a plasticizer. From the viewpoint of water vapor permeability, it is better that the apertures are large. On the membrane surface, the presence of inorganic particles in the large apertures makes it possible to uniformly laminate the water vapor separating resin on the membrane surface. Specifically, for example, when polyethylene is included as the organic polymer resin of the porous support membrane, DBP is used as a plasticizer, and when PVDF is included, DOP is used as a plasticizer, thereby forming large pores. A porous support membrane is obtained.

また、本発明の効果を大きく阻害しない範囲で、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、成形助剤等を必要に応じて添加してもよい。   In addition, a lubricant, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a plasticizer, a molding aid, and the like may be added as necessary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.

〔成形体を得る工程〕
本実施形態の成形体を得る工程では、溶融混練した混合物を成形する。溶融混練した混合物を成形する方法としては、Tダイ法、インフレーション法、中空のダイスを用いた方法等の押出成形、カレンダー成形、圧縮成形、射出成形等が挙げられる。また、混合物を押出機、ニーダールーダー等の混練・押出両機能を有する装置により、直接成形することも可能である。
[Step of obtaining a molded body]
In the step of obtaining the molded body of this embodiment, a melt-kneaded mixture is molded. Examples of the method for forming the melt-kneaded mixture include extrusion molding such as T-die method, inflation method, and method using a hollow die, calendar molding, compression molding, injection molding, and the like. It is also possible to directly form the mixture by an apparatus having both kneading and extruding functions, such as an extruder and a kneader ruder.

成形する際に、成形体の厚みが0.01〜50mmとなるように成形することが好ましい。より好ましくは、0.01〜30mmであり、さらに好ましくは、0.02〜0.5mmである。厚みを薄くする場合には、前記押出成形による成形方法が好適である。また、成形方法を適宜選択することで、成形体を中空糸状、平膜状等の形状にすることができる。   When molding, it is preferable to mold so that the thickness of the molded body is 0.01 to 50 mm. More preferably, it is 0.01-30 mm, More preferably, it is 0.02-0.5 mm. In the case of reducing the thickness, the molding method by the extrusion molding is suitable. Further, by appropriately selecting the molding method, the molded body can be formed into a hollow fiber shape, a flat membrane shape, or the like.

〔多孔性支持膜を得る工程〕
本実施形態の多孔性支持膜を得る工程では、上記の成形体から、溶剤を用いて可塑剤の抽出を行う。これにより、有機高分子樹脂が開孔及び連通孔を具備する多孔質構造を形成し、無機物粒子の少なくとも一部が開孔に存在する多孔性支持膜が得られる。なお、形成される多孔性支持膜では、連通孔の一部が開孔を形成していてもよい。抽出に用いる溶剤は、可塑剤を溶解し得るものであり、かつ、有機高分子樹脂を実質的に溶解しないものである。抽出に用いられる溶剤としては、メタノール、アセトン、ハロゲン化炭化水素等が挙げられる。特に、1,1,1−トリクロロエタン、トリクロルエチレン等のハロゲン系炭化水素が好ましい。
[Step of obtaining porous support membrane]
In the step of obtaining the porous support membrane of the present embodiment, the plasticizer is extracted from the molded body using a solvent. As a result, the organic polymer resin forms a porous structure having openings and communication holes, and a porous support membrane in which at least a part of the inorganic particles are present in the openings is obtained. In the formed porous support film, a part of the communication holes may form an opening. The solvent used for extraction can dissolve the plasticizer and does not substantially dissolve the organic polymer resin. Examples of the solvent used for extraction include methanol, acetone, halogenated hydrocarbons and the like. In particular, halogen-based hydrocarbons such as 1,1,1-trichloroethane and trichloroethylene are preferable.

抽出は、回分法や向流多段法等の一般的な抽出方法により抽出することができる。可塑剤の抽出後に、必要に応じて溶剤の乾燥除去を行ってもよい。   The extraction can be performed by a general extraction method such as a batch method or a countercurrent multistage method. After extraction of the plasticizer, the solvent may be removed by drying as necessary.

なお、可塑剤を除去する方法は、上記した抽出によるものに限定されるものではなく、一般的に行われている種々の方法を採用することができる。   The method for removing the plasticizer is not limited to the above-described extraction, and various commonly used methods can be employed.

〔延伸・収縮工程〕
本実施形態においては、可塑剤の除去前又は除去後に、成形体を延伸し、その後収縮させる工程を有していることが好ましい。それによって、使用中に延伸時最大糸長まで伸ばした際にも切れることがなく、機械的強度が向上する。
[Stretching / shrinking process]
In this embodiment, it is preferable to have the process of extending | stretching a molded object and removing after that, before or after removal of a plasticizer. Thereby, even when the yarn is stretched to the maximum yarn length during drawing during use, it is not cut and the mechanical strength is improved.

特に、成形体が中空糸状であるときは、糸の長さ方向に沿って延伸して、その後収縮させることが好ましい。この際、延伸及び収縮させる程度については、下記式で表される糸長収縮率が、0.3以上0.9以下の範囲であることが好ましい。
糸長収縮率={(延伸時最大糸長)−(収縮後糸長)}/{(延伸時最大糸長)−(元糸長)}
In particular, when the formed body is in the form of a hollow fiber, it is preferable that the molded body is stretched along the length direction of the yarn and then contracted. At this time, with respect to the extent of stretching and shrinkage, the yarn length shrinkage represented by the following formula is preferably in the range of 0.3 to 0.9.
Yarn length shrinkage rate = {(maximum yarn length during drawing) − (yarn length after shrinkage)} / {(maximum yarn length during drawing) − (original yarn length)}

例えば、10cmの糸を延伸して20cmにし、その後14cmにさせた時は、上記式より、糸長収縮率(20−14)/(20−10)=0.6となる。糸長収縮率が0.9以下であれば、気体透過性が高い。0.3以上であれば、引っ張り弾性率を低く抑えることができる。糸長収縮率は、0.50以上0.85以下であることがより好ましい。   For example, when a 10 cm yarn is stretched to 20 cm and then made 14 cm, the yarn length shrinkage (20-14) / (20-10) = 0.6 from the above formula. If the yarn length shrinkage is 0.9 or less, the gas permeability is high. If it is 0.3 or more, the tensile elastic modulus can be kept low. The yarn length shrinkage is more preferably 0.50 or more and 0.85 or less.

また、破断伸度の保障の程度を表す割合Zは、0.2以上1.5以下であることが好ましい。Zは、延伸倍率をX、延伸による糸長増分に対する糸長収縮率をYとしたとき、以下の式で定義できる。
Z=(延伸時最大糸長−収縮後糸長)/収縮後糸長=(XY−Y)/(X+Y−XY)
Further, the ratio Z representing the degree of guarantee of elongation at break is preferably 0.2 or more and 1.5 or less. Z can be defined by the following formula, where X is the draw ratio and Y is the yarn length shrinkage with respect to the yarn length increment by drawing.
Z = (maximum yarn length during drawing−yarn length after shrinkage) / yarn length after shrinkage = (XY−Y) / (X + Y−XY)

Zは、値が小さすぎると破断伸度の保障が少なくなり、大きすぎると延伸時の破断の可能性が高くなり、さらに気体透過性も低くなる。延伸及び収縮させる工程を含むことにより、引っ張り破断伸度は低伸度での破断が極めて少なくなり、引っ張り破断伸度の分布を狭くすることができる。より好ましくは、Zは0.3以上1.0以下である。   If the value of Z is too small, the guarantee of elongation at break is reduced, and if it is too large, the possibility of breaking at the time of stretching increases, and the gas permeability also decreases. By including the process of extending | stretching and shrinking | contracting, the fracture | rupture at a tensile elongation at break becomes very few, and the distribution of tensile elongation at break can be narrowed. More preferably, Z is 0.3 or more and 1.0 or less.

また、延伸し、次いで収縮させる工程における空間温度は、収縮の時間や物性の点から、0℃以上160℃以下の範囲が好ましい。より好ましくは0℃以上100℃以下である。0℃より低いと収縮に時間がかかり実用的でなく、160℃を越えると破断伸度の低下及び気体透過性が低くなる。   The space temperature in the step of stretching and then shrinking is preferably in the range of 0 ° C. or more and 160 ° C. or less from the viewpoint of shrinkage time and physical properties. More preferably, it is 0 degreeC or more and 100 degrees C or less. If it is lower than 0 ° C., it takes time to shrink and is not practical. If it exceeds 160 ° C., the elongation at break and the gas permeability are lowered.

〔水蒸気分離性樹脂を積層する工程〕
水蒸気分離性樹脂を積層する工程では、多孔性支持膜の表面に、ディップコーティング法等により水蒸気分離性樹脂を積層する。
[Process of laminating water vapor separating resin]
In the step of laminating the water vapor separating resin, the water vapor separating resin is laminated on the surface of the porous support membrane by a dip coating method or the like.

〔水蒸気分離膜の用途〕
本実施形態の水蒸気分離膜は、PV法やVP法等の分離方法に好適に用いられる。その他にも、各種水蒸気分離用の膜として使用可能である。条件によっては強度と耐熱性、及び、耐熱条件下での水蒸気分離性を維持しうる水蒸気分離膜を得ることも可能である。このように優れた性能を有する水蒸気分離膜は、例えば、内燃機関システムで用いるガス浄化用の水蒸気分離膜として利用することができる。
[Use of steam separation membrane]
The water vapor separation membrane of this embodiment is suitably used for separation methods such as the PV method and the VP method. In addition, it can be used as a membrane for various water vapor separations. Depending on the conditions, it is also possible to obtain a water vapor separation membrane that can maintain strength and heat resistance, and water vapor separation properties under heat resistant conditions. The water vapor separation membrane having such excellent performance can be used as, for example, a water vapor separation membrane for gas purification used in an internal combustion engine system.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

[B.P法による多孔性支持膜の圧力測定]
多孔性支持膜のB.P法による圧力は、ハーフドライ法において膜から気泡が初めて出てくる時の圧力であり、以下の方法で行った。すなわち、使用液体にエタノールを用い、25℃、昇圧速度0.001MPa/秒での測定を標準測定条件とした。エタノールの25℃における表面張力は21.97mN/mである(日本化学会編、化学便覧基礎編改訂3版、II−82頁、丸善(株)、1984年)ので、本発明における標準測定条件の場合は、下記式により最大孔径を推定することができる。
最大孔径[μm]=62834.2/(気泡発生空気圧力[Pa])
[B. Pressure measurement of porous support membrane by P method]
B. porous support membrane The pressure by the P method is a pressure when bubbles are first ejected from the film in the half dry method, and was performed by the following method. That is, ethanol was used as the liquid to be used, and measurement at 25 ° C. and a pressure increase rate of 0.001 MPa / second was used as standard measurement conditions. Since the surface tension of ethanol at 25 ° C. is 21.97 mN / m (The Chemical Society of Japan, Chemistry Handbook Basic Edition, Rev. 3, II-82, Maruzen Co., Ltd., 1984), the standard measurement conditions in the present invention In this case, the maximum pore diameter can be estimated by the following formula.
Maximum pore diameter [μm] = 62834.2 / (bubble generating air pressure [Pa])

[多孔性支持膜及び水蒸気分離膜のガス透過速度及び水素/窒素分離係数の測定方法]
1本の中空糸状の多孔性支持膜と、ステンレスパイプと、エポキシ樹脂系接着剤とを使用して有効長が20cmの透過性能評価用のペンシルモジュールとした。図3に、ペンシルモジュール10の模式図を示す。ペンシルモジュール10は、流体供給口11aと流体排出口11bとを有するステンレスパイプ11から構成される。ステンレスパイプ11の内部には、透過性能評価用サンプル(多孔性支持膜又は水蒸気分離膜)12が配置され、透過性能評価用サンプル12の両端部は接着剤13により固定されている。ステンレスパイプ11の流体排出口11b側の端部では、接着剤13により透過性能評価用サンプル12の端部の開口部とステンレスパイプ11の開口部とが塞がれている。ステンレスパイプ11の流体供給口11a側の端部では、接着剤13によりステンレスパイプ11の開口部は塞がれているが、透過性能評価用サンプル12の開口部は塞がれておらず、透過流体排出口11cが形成されている。なお、図示していないが、透過流体排出口11cには、透過した流体の流量を測定する測定装置が接続されている。
[Measurement method of gas permeation rate and hydrogen / nitrogen separation coefficient of porous support membrane and water vapor separation membrane]
A pencil module for evaluating permeation performance having an effective length of 20 cm was formed using a single hollow fiber porous support membrane, a stainless steel pipe, and an epoxy resin adhesive. FIG. 3 shows a schematic diagram of the pencil module 10. The pencil module 10 includes a stainless pipe 11 having a fluid supply port 11a and a fluid discharge port 11b. Inside the stainless steel pipe 11, a permeation performance evaluation sample (porous support membrane or water vapor separation membrane) 12 is disposed, and both ends of the permeation performance evaluation sample 12 are fixed by an adhesive 13. At the end of the stainless steel pipe 11 on the fluid discharge port 11 b side, the opening at the end of the sample 12 for permeability performance and the opening of the stainless steel pipe 11 are closed by the adhesive 13. At the end of the stainless steel pipe 11 on the side of the fluid supply port 11a, the opening of the stainless steel pipe 11 is blocked by the adhesive 13, but the opening of the sample 12 for permeability performance evaluation is not blocked. A fluid discharge port 11c is formed. Although not shown, a measuring device for measuring the flow rate of the permeated fluid is connected to the permeating fluid discharge port 11c.

ペンシルモジュール10を用いて、中空糸状の透過性能評価用サンプル12の外側に、25℃の温度、35kPaの圧力で窒素ガスを流体供給口11aから供給した。供給した窒素ガスのうち、中空糸状の透過性能評価用サンプル12の内側に透過しなかった窒素ガスは流体排出口11bから排出され、透過性能評価用サンプル12の内側に透過したガスは、透過流体排出口11cから排出される。透過流体排出口11cから排出された流量を測定した。測定した透過流量、供給側の圧力(35kPa)、透過側圧力及び有効膜面積から、窒素透過速度を算出した。   Using the pencil module 10, nitrogen gas was supplied from the fluid supply port 11 a to the outside of the hollow fiber-shaped sample 12 for permeation performance evaluation at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 35 kPa. Of the supplied nitrogen gas, the nitrogen gas that has not permeated the inside of the hollow fiber-shaped permeation performance evaluation sample 12 is discharged from the fluid discharge port 11b, and the gas that has permeated the inside of the permeation performance evaluation sample 12 is permeated fluid. It is discharged from the discharge port 11c. The flow rate discharged from the permeated fluid discharge port 11c was measured. The nitrogen permeation rate was calculated from the measured permeation flow rate, supply side pressure (35 kPa), permeation side pressure, and effective membrane area.

また、透過した流量、気温、大気圧から標準状態における水蒸気分離膜の気体透過速度を計算し、水素と窒素の気体透過速度の比から水素/窒素分離係数を計算した。   Moreover, the gas permeation rate of the water vapor separation membrane in the standard state was calculated from the permeated flow rate, temperature, and atmospheric pressure, and the hydrogen / nitrogen separation factor was calculated from the ratio of the gas permeation rate of hydrogen and nitrogen.

[PV性能の評価方法]
PV法によってIPA水溶液から水を選択的に分離する試験を、図3に示すペンシルモジュール10を備える、図4に示す装置を用いて行い、PV性能を評価した。図4に示す装置において、ペンシルモジュール10内には、透過性能評価用サンプル12として中空糸状の水蒸気分離膜が配置されている。PV性能の評価においては、タンク15に貯液されたIPA50質量%の水溶液を、75℃の状態で循環ポンプ16により配管14bを通り流量計17を介してペンシルモジュール10の流体供給口に供給する。このとき、ペンシルモジュール10内の水蒸気分離膜の内側は真空ポンプ25により減圧されている。供給された水溶液のうち、ペンシルモジュール10内に配置された水蒸気分離膜の外側から内側に透過した流体は、真空ポンプ25により吸引されて、配管21aを通って液体窒素によって冷却されている冷却トラップ23内に集められる。配管21aには真空計22が備えられている。一方、供給された水溶液のうち、水蒸気分離膜を透過しなかった流体は配管14aを通ってタンク15に戻される。
[PV performance evaluation method]
The test which selectively isolate | separates water from IPA aqueous solution by PV method was done using the apparatus shown in FIG. 4 provided with the pencil module 10 shown in FIG. 3, and PV performance was evaluated. In the apparatus shown in FIG. 4, a hollow fiber water vapor separation membrane is arranged in the pencil module 10 as the permeation performance evaluation sample 12. In the evaluation of the PV performance, an IPA 50 mass% aqueous solution stored in the tank 15 is supplied to the fluid supply port of the pencil module 10 via the flow meter 17 through the pipe 14b by the circulation pump 16 in a state of 75 ° C. . At this time, the inside of the water vapor separation membrane in the pencil module 10 is decompressed by the vacuum pump 25. Of the supplied aqueous solution, the fluid that permeates from the outside to the inside of the water vapor separation membrane disposed in the pencil module 10 is sucked by the vacuum pump 25 and cooled by liquid nitrogen through the pipe 21a. 23. A vacuum gauge 22 is provided in the pipe 21a. On the other hand, of the supplied aqueous solution, the fluid that has not permeated the water vapor separation membrane is returned to the tank 15 through the pipe 14a.

この一連の操作を100分間行い、これを一操作単位とした。そして、100分間に集められた冷却トラップ23中の水の質量を測定し、膜の単位面積及び単位時間当たりの透過量を求めることにより透過流束(Q)[kg/m/hr]を求めた。また、トラップされた水に含まれるIPA濃度を屈折率計(デジタルイソプロピルアルコール濃度計PR−60PA:アタゴ社製)を用いて測定することにより、IPAに対する水の分離係数(以下、「水/IPA分離係数」という。)を求めた。具体的には、供給側のIPAと水の質量濃度(初期濃度)をそれぞれ、X1質量%、X2質量%とし、透過側であるトラップ中のIPAと水の濃度をそれぞれ、Y1質量%、Y2質量%とすると、水/IPA分離係数は以下の式により計算される。
水/IPA分離係数=(X1/X2)/(Y1/Y2)
This series of operations was performed for 100 minutes, and this was taken as one operation unit. Then, the mass of water in the cooling trap 23 collected for 100 minutes is measured, and the permeation flux (Q) [kg / m 2 / hr] is obtained by determining the permeation amount per unit area and unit time of the membrane. Asked. In addition, by measuring the IPA concentration contained in the trapped water using a refractometer (digital isopropyl alcohol concentration meter PR-60PA: manufactured by Atago Co., Ltd.), the water separation factor for IPA (hereinafter referred to as “water / IPA”). "Separation factor"). Specifically, the IPA and water mass concentrations (initial concentrations) on the supply side are X1 mass% and X2 mass%, respectively, and the IPA and water concentrations in the trap on the transmission side are Y1 mass% and Y2 respectively. Assuming mass%, the water / IPA separation factor is calculated by the following equation.
Water / IPA separation factor = (X1 / X2) / (Y1 / Y2)

以上の測定を12回繰り返し行い、一回目の水透過流量を100%とした時の、12回目の水透過流量の値を水透過流量保持率(%)とし、耐久性の指標とした。また、被評価物の透過流速及び水/IPA分離係数の評価値は、12回の測定の平均値とした。   The above measurement was repeated 12 times, and when the first water permeation flow rate was 100%, the value of the 12th water permeation flow rate was defined as the water permeation flow rate retention rate (%) and used as an index of durability. Moreover, the evaluation value of the permeation | transmission flow rate and water / IPA separation factor of a to-be-evaluated object was made into the average value of 12 measurements.

[実施例1]
無機物粒子として微粉シリカ(日本アエロジル社製:R−972)25.5質量部と、可塑剤としてフタル酸ジブチル(DBP)50.5質量部とをヘンシェルミキサーで混合し、これに有機高分子樹脂として高密度ポリエチレン(旭化成工業製:SH800)24.0質量部を添加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。この混合物を、2軸混練押し出し機で混合しペレット化し、得られたペレットを220℃で溶融混練した。
[Example 1]
25.5 parts by mass of finely divided silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd .: R-972) as inorganic particles and 50.5 parts by mass of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer are mixed with a Henschel mixer, and an organic polymer resin is mixed therewith. As a result, 24.0 parts by mass of high-density polyethylene (manufactured by Asahi Kasei Kogyo: SH800) was added and mixed again with a Henschel mixer. This mixture was mixed and pelletized with a twin-screw kneading extruder, and the resulting pellet was melt-kneaded at 220 ° C.

押し出し機先端のヘッド内の押し出し口に装着された、中空糸成形用紡口の押し出し面がある溶融物押し出し用円環穴(外径1.40mm、内径0.70mm)から、上記溶融混練した混合物を押し出し、溶融物押し出し用円環穴の内側にある中空部形成流体吐出用の円形穴(直径0.6mm)から、中空部形成流体として窒素ガスを吐出させ、中空糸状押し出し物の中空部内に注入し、10m/分の速度で巻き取って、中空糸状物を得た。   The melt kneading was carried out from an annular hole for extruding a melt (outer diameter 1.40 mm, inner diameter 0.70 mm) with an extrusion surface of a hollow fiber forming spinning nozzle attached to an extrusion port in the head at the tip of the extruder. Inside the hollow part of the hollow fiber-like extrudate, the mixture is extruded and nitrogen gas is discharged as a hollow part forming fluid from a circular hole (diameter 0.6 mm) for discharging the hollow part forming fluid inside the annular hole for melt extrusion. And wound up at a speed of 10 m / min to obtain a hollow fiber-like product.

得られた中空糸状物を、溶剤として塩化メチレン中に浸漬し、可塑剤であるDBPを抽出除去した後、乾燥させて、多孔性支持膜を得た。得られた多孔性支持膜を、SEMで観察したところ、膜表面に開孔が形成され、開孔にシリカが存在していることがわかった(図5(b))。また、多孔性支持膜の断面をSEMで観察したところ、膜内部に連通孔が形成され、その連通孔内部にシリカが存在していることがわかった(図5(a))。また、連通孔が膜表面まで繋がって開孔を形成しており、開孔にシリカが存在していることもわかった。   The obtained hollow fiber-like material was immersed in methylene chloride as a solvent to extract and remove DBP as a plasticizer and then dried to obtain a porous support membrane. When the obtained porous support membrane was observed by SEM, it was found that pores were formed on the membrane surface and silica was present in the pores (FIG. 5 (b)). Moreover, when the cross section of the porous support membrane was observed by SEM, it was found that communication holes were formed inside the membrane and silica was present inside the communication holes (FIG. 5A). It was also found that the communication holes were connected to the membrane surface to form openings, and silica was present in the openings.

次に、水蒸気分離性樹脂A(デュポン社製:テフロンAF1600)1.2質量%を、フッ素系溶剤のNovec7300(住友3M製)98.8質量%に溶解して、塗工溶液とした。この塗工溶液を用いて、多孔性支持膜の外表面に引き上げ速度2.5m/分、乾燥条件が120℃で3分の条件で、デップ塗工し、水蒸気分離性樹脂Aが積層された水蒸気分離膜を得た。得られた水蒸気分離膜を、SEMで観察した結果を図8に示す。水蒸気分離性樹脂層が均一に形成されていることがわかる。用いた水蒸気分離性樹脂Aの性能、並びに、得られた多孔性支持膜、及び水蒸気分離膜の性能を表1に示す。   Next, 1.2% by mass of water vapor separating resin A (manufactured by DuPont: Teflon AF1600) was dissolved in 98.8% by mass of a fluorine-based solvent Novec 7300 (manufactured by Sumitomo 3M) to obtain a coating solution. Using this coating solution, dip coating was performed on the outer surface of the porous support membrane at a lifting speed of 2.5 m / min and a drying condition of 120 ° C. for 3 minutes, and the water vapor separating resin A was laminated. A water vapor separation membrane was obtained. The result of having observed the obtained water vapor separation membrane by SEM is shown in FIG. It can be seen that the water vapor separating resin layer is uniformly formed. Table 1 shows the performance of the water vapor separating resin A used and the performance of the obtained porous support membrane and the water vapor separating membrane.

[実施例2]
実施例1において、微粉シリカを8質量部、DBPを68質量部、高密度ポリエチレンを24質量部とした以外は実施例1と同様に、多孔性支持膜及び水蒸気分離膜を製造した。得られた多孔性支持膜及び水蒸気分離膜の性能を表1に示す。
[Example 2]
In Example 1, a porous support membrane and a water vapor separation membrane were produced in the same manner as in Example 1 except that 8 parts by mass of fine silica, 68 parts by mass of DBP, and 24 parts by mass of high-density polyethylene were used. The performance of the obtained porous support membrane and water vapor separation membrane is shown in Table 1.

[実施例3]
実施例1において、微粉シリカを69質量部、DBPを7質量部、高密度ポリエチレンを24質量部とした以外は実施例1と同様に、多孔性支持膜及び水蒸気分離膜を製造した。得られた多孔性支持膜及び水蒸気分離膜の性能を表1に示す。
[Example 3]
In Example 1, a porous support membrane and a water vapor separation membrane were produced in the same manner as in Example 1 except that 69 parts by mass of finely divided silica, 7 parts by mass of DBP, and 24 parts by mass of high-density polyethylene were used. The performance of the obtained porous support membrane and water vapor separation membrane is shown in Table 1.

[比較例1]
無機物粒子である微粉シリカは添加せず、DBPを76.0質量部とした以外は実施例1と同様に、多孔性支持膜及び水蒸気分離膜を製造した。得られた多孔性支持膜を、SEM用いて観察したところ、膜表面に開孔が形成されているが、開孔にシリカが存在していないことがわかった(図6(a)、(b))。得られた多孔性支持膜及び水蒸気分離膜の性能を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A porous support membrane and a water vapor separation membrane were produced in the same manner as in Example 1 except that finely divided silica as inorganic particles was not added and DBP was changed to 76.0 parts by mass. When the obtained porous support membrane was observed using SEM, it was found that although pores were formed on the membrane surface, silica was not present in the pores (FIGS. 6A and 6B). )). The performance of the obtained porous support membrane and water vapor separation membrane is shown in Table 1.

[比較例2]
実施例1において、微粉シリカを5質量部、DBPを71質量部、高密度ポリエチレンを24質量部とした以外は実施例1と同様に、多孔性支持膜及び水蒸気分離膜を製造した。
[Comparative Example 2]
In Example 1, a porous support membrane and a water vapor separation membrane were produced in the same manner as in Example 1 except that 5 parts by mass of fine silica, 71 parts by mass of DBP, and 24 parts by mass of high-density polyethylene were used.

比較例1に示すように、無機物粒子を添加しない場合、得られる多孔質支持体膜のB.P.が650kPaを下回り、結果として得られる水蒸気分離膜のB.P.が650を下回ることとなり、得られる水蒸気分離膜は水蒸気分離性(水素/窒素)やPV法による水/IPAの分離性が低い。一方、比較例2に示す様に、無機物粒子の添加量が十分でない場合も、膜表面の開孔に無機物粒子はほとんど存在せず(B/Aが0.1)、得られる水蒸気分離膜は、水素/窒素の分離性、PVによる水/IPAの分離性が低く、また、耐久性が十分ではなく、水透過流量保持率が80%を大きく下回ってしまう。
それに対して、実施例1〜3は、透過流速が十分であり、耐久性が高く、かつ、分離性が高い。
As shown in Comparative Example 1, when inorganic particles are not added, B. of the porous support membrane obtained is shown. P. Is less than 650 kPa, and the resulting B. P. The water vapor separation membrane obtained is low in water vapor separation (hydrogen / nitrogen) and water / IPA separation by the PV method. On the other hand, as shown in Comparative Example 2, even when the amount of inorganic particles added is not sufficient, almost no inorganic particles are present in the pores on the membrane surface (B / A is 0.1), and the resulting water vapor separation membrane is In addition, hydrogen / nitrogen separability, water / IPA separability by PV are low, durability is not sufficient, and water permeation flow rate retention is greatly below 80%.
In contrast, Examples 1 to 3 have a sufficient permeation flow rate, high durability, and high separability.

[実施例4]
無機物粒子として微粉シリカ(日本アエロジル社製:R−972)23.0質量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル30.8質量%とフタル酸ジブチル6.2質量%(二者の混合液のSP:18.59(MPa)1/2)と、をヘンシェルミキサーで混合し、これに有機高分子樹脂として質量平均分子量290000のポリフッ化ビニリデン(呉羽化学工業(株)製:KFポリマー#1000(商品名))40質量%を添加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。得られた混合物を48mmφ二軸押し出し機で更に溶融混練し、ペレットにした。
[Example 4]
23.0 parts by mass of finely divided silica (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd .: R-972) as inorganic particles, 30.8% by mass of dioctyl phthalate and 6.2% by mass of dibutyl phthalate as plasticizers (SP of the mixture of the two) : 18.59 (MPa) 1/2) and a Henschel mixer, and the organic polymer resin is polyvinylidene fluoride having a mass average molecular weight of 290000 (manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd .: KF polymer # 1000 (product) Name)) 40% by mass was added and mixed again with a Henschel mixer. The obtained mixture was further melt-kneaded with a 48 mmφ twin screw extruder to form pellets.

このペレットを30mmφ二軸押し出し機に連続的に投入し、押し出し機先端にとりつけた円環状ノズルより、中空部内にエアーを供給しつつ、240℃にて溶融押し出しした。押し出し物を、約20cmの空中走行を経て40℃の水槽中に20m/分の紡速で通過させることで冷却固化して中空繊維を得た。   The pellets were continuously charged into a 30 mmφ biaxial extruder, and melt extruded at 240 ° C. while supplying air into the hollow portion from an annular nozzle attached to the tip of the extruder. The extrudate was cooled and solidified by passing through an air travel of about 20 cm through a water bath at 40 ° C. at a spinning speed of 20 m / min to obtain hollow fibers.

この中空繊維を連続的に一対の第一の無限軌道式ベルト引き取り機で20m/分の速度で引き取り、空間温度40℃に制御した第一の加熱槽(0.8m長)を経由して、更に第一の無限軌道式ベルト引き取り機と同様な第二の無限軌道式ベルト引き取り機で40m/分の速度で引き取り2.0倍に延伸した。そして更に、空間温度80℃に制御した第二の加熱槽(0.8m長)を出た後に、中空繊維を第三の無限軌道式ベルト引き取り機で30m/分の速度で引き取り1.5倍まで収縮させた後、周長約3mのカセで巻き取った。いずれの無限軌道式ベルト引き取り機の無限軌道式ベルトも繊維強化ベルトの上にシリコーンゴム製の弾性体が接着一体化されたベルトであり、中空繊維に接する外表面側のシリコーンゴム製弾性体の厚みは11mmで厚み方向の圧縮弾性率は0.9MPaであった。延伸による糸長増分に対する糸長収縮率は0.5である。   This hollow fiber is continuously taken up at a speed of 20 m / min with a pair of first endless track belt take-up machines, and passed through a first heating tank (0.8 m long) controlled at a space temperature of 40 ° C. Further, the second endless track type belt take-up machine similar to the first endless track type belt take-up machine was pulled up 2.0 times at a speed of 40 m / min. Further, after leaving the second heating tank (0.8 m length) controlled at a space temperature of 80 ° C., the hollow fiber is taken up at a speed of 30 m / min with a third endless track belt take-up machine 1.5 times. And then wound up with a casserole having a circumference of about 3 m. The endless track type belt of any endless track type belt take-up machine is a belt in which an elastic body made of silicone rubber is bonded and integrated on a fiber reinforced belt, and the elastic body made of silicone rubber on the outer surface side in contact with the hollow fiber. The thickness was 11 mm and the compression modulus in the thickness direction was 0.9 MPa. The yarn length shrinkage with respect to the yarn length increment due to drawing is 0.5.

次いで、この中空繊維を束として30℃の塩化メチレン中に1時間浸漬させ、これを5回繰り返してフタル酸ジオクチル及びフタル酸ジブチルを抽出した後、乾燥させ多孔性支持膜を得た。得られた多孔性支持膜を、SEM用いて観察したところ、膜表面に開孔が形成され、開孔にシリカが存在していることがわかった(図7(b))。また、多孔性支持膜の断面をSEMで観察したところ、膜内部に孔が形成され、その孔内部にもシリカが存在していることがわかった(図7(a))。また、膜表面に開孔が形成されており、開孔にシリカが存在していることもわかった。   Next, the hollow fibers were bundled and immersed in methylene chloride at 30 ° C. for 1 hour, and this was repeated 5 times to extract dioctyl phthalate and dibutyl phthalate, followed by drying to obtain a porous support membrane. When the obtained porous support membrane was observed using SEM, it was found that pores were formed on the membrane surface and silica was present in the pores (FIG. 7 (b)). Moreover, when the cross section of the porous support membrane was observed by SEM, it was found that pores were formed inside the membrane and silica was also present inside the pores (FIG. 7 (a)). It was also found that pores were formed on the film surface and silica was present in the pores.

上記以外は実施例1と同様にして、水蒸気分離膜を製造した。用いた水蒸気分離性樹脂Aの性能、並びに、得られた多孔性支持膜及び水蒸気分離膜の性能を表2に示す。   A water vapor separation membrane was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. Table 2 shows the performance of the water vapor-separating resin A used and the performance of the obtained porous support membrane and water vapor separation membrane.

[実施例5]
実施例4において、水蒸気分離性樹脂A(テフロンAF1600)に変えて、水蒸気分離性樹脂B(デュポン社製:テフロンAF2400)としたこと以外は、実施例4と同様にして水蒸気分離膜を得た。用いた水蒸気分離性樹脂Bの性能、並びに、得られた多孔性支持膜及び水蒸気分離膜の性能を表2に示す。
[Example 5]
In Example 4, a water vapor separation membrane was obtained in the same manner as in Example 4 except that the water vapor separation resin B (manufactured by DuPont: Teflon AF 2400) was used instead of the water vapor separation resin A (Teflon AF 1600). . Table 2 shows the performance of the water vapor separating resin B used and the performance of the obtained porous support membrane and water vapor separating membrane.

[実施例6]
実施例4において、水蒸気分離性樹脂A(テフロンAF1600)に変えて、水蒸気分離性樹脂C(旭硝子社製:Cytop CTL−107MK)1.2質量%とCT−SOLV100K98.8質量%からなる塗工液としたこと以外は、実施例4と同様にして水蒸気分離膜を得た。用いた水蒸気分離性樹脂Cの性能、並びに、得られた多孔性支持膜、及び水蒸気分離膜の性能を表2に示す。
[Example 6]
In Example 4, instead of the water vapor separating resin A (Teflon AF1600), a coating composed of 1.2% by mass of water vapor separating resin C (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd .: Cytop CTL-107MK) and 98.8% by mass of CT-SOLV100K. A water vapor separation membrane was obtained in the same manner as in Example 4 except that the liquid was used. Table 2 shows the performance of the water vapor separating resin C used and the performance of the obtained porous support membrane and the water vapor separating membrane.

[比較例3]
実施例4において、水蒸気分離性樹脂A(テフロンAF1600)に変えて、ポリスルホンP−3500(ソルベイ社製)1.2質量%とN−メチル−2−ピロリドン98.8質量%からなる塗工液としたこと以外は、実施例4と同様にして水蒸気分離膜を得た。用いた水蒸気分離性樹脂Dの性能、並びに、得られた多孔性支持膜及び水蒸気分離膜の性能を表1に示すれた多孔性支持膜、及び水蒸気分離膜の性能を表2に示す。
[Comparative Example 3]
In Example 4, instead of the water vapor-separating resin A (Teflon AF1600), a coating liquid composed of 1.2% by mass of polysulfone P-3500 (manufactured by Solvay) and 98.8% by mass of N-methyl-2-pyrrolidone. A water vapor separation membrane was obtained in the same manner as in Example 4 except that. The performance of the water vapor separating resin D used, and the performance of the obtained porous support membrane and the water vapor separation membrane are shown in Table 1, and the performance of the porous support membrane and the water vapor separation membrane shown in Table 2.

実施例4〜6に示すように、所定の条件で製造された多孔性支持膜を用いると、様々な異なる水蒸気分離性樹脂の塗工が可能であり、得られる水蒸気分離膜の物性も、十分な水素/窒素性を示し、PV法による水/IPAの分離性、耐久性共に実用化に耐えうる性能を示した。一方、比較例3は、水蒸気分離性樹脂の窒素透過速度が低く、水蒸気分離膜の透過流速が極めて低い。   As shown in Examples 4 to 6, when a porous support membrane produced under predetermined conditions is used, various different water vapor separation resins can be applied, and the resulting water vapor separation membrane has sufficient physical properties. It showed excellent hydrogen / nitrogen properties, and water / IPA separation and durability by the PV method showed performance that could withstand practical use. On the other hand, Comparative Example 3 has a low nitrogen permeation rate of the water vapor separating resin and a very low permeation flow rate of the water vapor separation membrane.

1…水蒸気分離膜、2…水蒸気分離性樹脂層、3…多孔性支持膜、4…開孔、5…無機物粒子、6…連通孔、10…ペンシルモジュール、11…ステンレスパイプ、11a…ガス供給口、11b…ガス排出口、11c…透過ガス排出口、12…多孔性支持膜、13…接着剤、14a…配管、14b…配管、15…タンク、16…循環ポンプ、17…流量計、21a…配管、21b…配管、22…真空計、23…冷却トラップ、25…真空ポンプ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steam separation membrane, 2 ... Steam separation resin layer, 3 ... Porous support membrane, 4 ... Opening hole, 5 ... Inorganic particle, 6 ... Communication hole, 10 ... Pencil module, 11 ... Stainless steel pipe, 11a ... Gas supply 11b ... Gas outlet, 11c ... Permeate gas outlet, 12 ... Porous support membrane, 13 ... Adhesive, 14a ... Pipe, 14b ... Pipe, 15 ... Tank, 16 ... Circulation pump, 17 ... Flow meter, 21a ... Piping, 21b ... Piping, 22 ... Vacuum gauge, 23 ... Cooling trap, 25 ... Vacuum pump.

Claims (14)

多孔性支持膜と、該多孔性支持膜上に積層された水蒸気分離性樹脂層とを備える水蒸気分離膜であり、
前記多孔性支持膜は、有機高分子樹脂と無機物粒子とを含み、
前記多孔性支持膜の前記水蒸気分離性樹脂層が積層されている面に開孔が形成され、前記無機物粒子の少なくとも一部が前記開孔に存在し、
前記多孔性支持膜の前記水蒸気分離性樹脂層が積層されている面における開孔率に対する、前記無機物粒子が前記水蒸気分離性樹脂側の面に占める面積率の比が、0.2〜4であり、
前記水蒸気分離性樹脂層は、窒素の透過係数が1〜900barrerであり、かつ、窒素に対する水素の分離係数が2〜15である、水蒸気分離膜。
A water vapor separation membrane comprising a porous support membrane and a water vapor separation resin layer laminated on the porous support membrane,
The porous support membrane includes an organic polymer resin and inorganic particles,
An opening is formed on the surface of the porous support membrane on which the water vapor separating resin layer is laminated, and at least a part of the inorganic particles are present in the opening,
The ratio of the area ratio of the inorganic particles to the surface on the water vapor separating resin side to the hole area ratio on the surface on which the water vapor separating resin layer of the porous support membrane is laminated is 0.2 to 4. Yes,
The water vapor separation resin layer is a water vapor separation membrane having a nitrogen permeability coefficient of 1 to 900 barrer and a hydrogen separation coefficient of 2 to 15.
前記多孔性支持膜が内部に連通孔を有し、該連通孔の一部が前記開孔を形成している、請求項1に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to claim 1, wherein the porous support membrane has a communication hole therein, and a part of the communication hole forms the opening. 前記多孔性支持膜が、前記無機物粒子を25〜85質量%含む、請求項1又は2に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to claim 1 or 2, wherein the porous support membrane contains 25 to 85 mass% of the inorganic particles. 前記多孔性支持膜は、窒素透過速度が3500GPU以上であり、バブルポイント法による圧力が650kPa以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous support membrane has a nitrogen permeation rate of 3500 GPU or more and a pressure by a bubble point method of 650 kPa or more. 前記無機物粒子は、平均一次粒径が0.005〜0.5μmであり、比表面積が30m/g以上500m/g以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。 The water vapor according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic particles have an average primary particle size of 0.005 to 0.5 µm and a specific surface area of 30 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less. Separation membrane. 前記無機物粒子が、シリカである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the inorganic particles are silica. 前記有機高分子樹脂が、熱可塑性樹脂である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic polymer resin is a thermoplastic resin. 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン及びハロゲン化ポリオレフィンからなる群より選択される少なくとも一種を含有する、請求項7に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to claim 7, wherein the thermoplastic resin contains at least one selected from the group consisting of polyolefins and halogenated polyolefins. 前記水蒸気分離性樹脂層が、フッ素樹脂を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 8, wherein the water vapor separation resin layer contains a fluororesin. 前記フッ素樹脂が、パーフルオロ2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールとテトラフロオロエチレンとの共重合体、ポリパーフルオロメチルビニルエーテル、ポリ弗化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、及び、ポリクロロトリフルオロエチレンからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項9に記載の水蒸気分離膜。   The fluororesin comprises a copolymer of perfluoro 2,2-dimethyl-1,3-dioxole and tetrafluoroethylene, polyperfluoromethyl vinyl ether, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and polychlorotri The water vapor separation membrane according to claim 9, which is at least one selected from the group consisting of fluoroethylene. 前記水蒸気分離膜の形状が中空状である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。   The steam separation membrane according to any one of claims 1 to 10, wherein the shape of the steam separation membrane is hollow. 窒素に対する水素の分離係数が3以上15未満である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜。   The water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 11, wherein a separation factor of hydrogen with respect to nitrogen is 3 or more and less than 15. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜を用いたパーベーパレーション用水蒸気透過膜。   A water vapor permeable membrane for pervaporation using the water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 12. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の水蒸気分離膜の製造方法であって、
前記有機高分子樹脂、前記無機物粒子及び可塑剤を含む混合物を溶融混練する工程と、
前記溶融混練した混合物を成形して成形体を得る工程と、
前記成形体から、前記可塑剤を抽出して多孔性支持膜を得る工程と、
前記多孔性支持膜の表面に、水蒸気分離性樹脂層を積層する工程と、
を含む水蒸気分離膜の製造方法。
It is a manufacturing method of the water vapor separation membrane according to any one of claims 1 to 13,
Melting and kneading the mixture containing the organic polymer resin, the inorganic particles and the plasticizer;
Molding the melt-kneaded mixture to obtain a molded body;
Extracting the plasticizer from the molded body to obtain a porous support membrane;
Laminating a water vapor separating resin layer on the surface of the porous support membrane;
A method for producing a water vapor separation membrane.
JP2012053115A 2012-03-09 2012-03-09 Water vapor separation membrane and method for producing the same Expired - Fee Related JP5879161B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012053115A JP5879161B2 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Water vapor separation membrane and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012053115A JP5879161B2 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Water vapor separation membrane and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013184139A true JP2013184139A (en) 2013-09-19
JP5879161B2 JP5879161B2 (en) 2016-03-08

Family

ID=49386079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012053115A Expired - Fee Related JP5879161B2 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Water vapor separation membrane and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5879161B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019018124A (en) * 2017-07-12 2019-02-07 旭化成株式会社 Separation membrane
CN110201555A (en) * 2019-07-08 2019-09-06 浙江长兴求是膜技术有限公司 A kind of hollow fiber composite membrane and its encapsulating method of resin high strength bond
JP2021069986A (en) * 2019-10-31 2021-05-06 旭化成株式会社 Gas separation membrane
CN113412147A (en) * 2019-02-12 2021-09-17 昭和电工材料株式会社 Laminate
CN115068972A (en) * 2021-03-16 2022-09-20 上海梅山钢铁股份有限公司 Crystallization tank capable of adjusting solid-liquid ratio of ammonium sulfate mother liquor
JP7516174B2 (en) 2020-09-09 2024-07-16 日産自動車株式会社 Gas separation membrane and method for producing same

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5438279A (en) * 1977-09-02 1979-03-22 Asahi Chem Ind Co Ltd Production of strengthened forous membrabe
JPS59199001A (en) * 1983-04-25 1984-11-12 Asahi Chem Ind Co Ltd Composite membrane for gas separation and its manufacture
JP2003038941A (en) * 2001-07-31 2003-02-12 Nitto Denko Corp Liquid separation membrane and operation method therefor
WO2006034086A1 (en) * 2004-09-21 2006-03-30 Worcester Polytechnic Institute Membrane enhanced reactor
JP2006187731A (en) * 2005-01-06 2006-07-20 Kurita Water Ind Ltd Separation membrane and water treatment apparatus
US20080237126A1 (en) * 2006-10-27 2008-10-02 Hoek Eric M V Micro-and nanocomposite support structures for reverse osmosis thin film membranes
JP2011516264A (en) * 2008-04-15 2011-05-26 ナノエイチツーオー・インコーポレーテッド Composite nanoparticle TFC membrane
JP2012045540A (en) * 2010-07-28 2012-03-08 Toray Ind Inc Separation membrane composite and separation membrane element
US20120261344A1 (en) * 2008-04-15 2012-10-18 Nanoh2O, Inc. Hybrid nanoparticle tfc membranes

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5438279A (en) * 1977-09-02 1979-03-22 Asahi Chem Ind Co Ltd Production of strengthened forous membrabe
JPS59199001A (en) * 1983-04-25 1984-11-12 Asahi Chem Ind Co Ltd Composite membrane for gas separation and its manufacture
JP2003038941A (en) * 2001-07-31 2003-02-12 Nitto Denko Corp Liquid separation membrane and operation method therefor
WO2006034086A1 (en) * 2004-09-21 2006-03-30 Worcester Polytechnic Institute Membrane enhanced reactor
JP2008513337A (en) * 2004-09-21 2008-05-01 ウスター ポリテクニック インスティチュート Membrane enhanced reactor
JP2006187731A (en) * 2005-01-06 2006-07-20 Kurita Water Ind Ltd Separation membrane and water treatment apparatus
US20080237126A1 (en) * 2006-10-27 2008-10-02 Hoek Eric M V Micro-and nanocomposite support structures for reverse osmosis thin film membranes
JP2010508140A (en) * 2006-10-27 2010-03-18 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Micro and nanocomposite support structures for reverse osmosis thin films
JP2011516264A (en) * 2008-04-15 2011-05-26 ナノエイチツーオー・インコーポレーテッド Composite nanoparticle TFC membrane
US20120261344A1 (en) * 2008-04-15 2012-10-18 Nanoh2O, Inc. Hybrid nanoparticle tfc membranes
JP2012045540A (en) * 2010-07-28 2012-03-08 Toray Ind Inc Separation membrane composite and separation membrane element

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019018124A (en) * 2017-07-12 2019-02-07 旭化成株式会社 Separation membrane
CN113412147A (en) * 2019-02-12 2021-09-17 昭和电工材料株式会社 Laminate
CN110201555A (en) * 2019-07-08 2019-09-06 浙江长兴求是膜技术有限公司 A kind of hollow fiber composite membrane and its encapsulating method of resin high strength bond
JP2021069986A (en) * 2019-10-31 2021-05-06 旭化成株式会社 Gas separation membrane
JP7349885B2 (en) 2019-10-31 2023-09-25 旭化成株式会社 gas separation membrane
JP7516174B2 (en) 2020-09-09 2024-07-16 日産自動車株式会社 Gas separation membrane and method for producing same
CN115068972A (en) * 2021-03-16 2022-09-20 上海梅山钢铁股份有限公司 Crystallization tank capable of adjusting solid-liquid ratio of ammonium sulfate mother liquor
CN115068972B (en) * 2021-03-16 2023-08-15 上海梅山钢铁股份有限公司 Crystallization tank capable of adjusting solid-to-liquid ratio of ammonium sulfate mother liquor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5879161B2 (en) 2016-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5879161B2 (en) Water vapor separation membrane and method for producing the same
JP6306183B2 (en) Membrane distillation apparatus and hydrophobic porous membrane
WO2018174279A1 (en) Porous membrane for membrane distillation, and method for operating membrane distillation module
JP5717987B2 (en) Porous multilayer hollow fiber membrane
CN213286373U (en) Liquid flowable porous filter membrane, cartridge and filter
JP5772822B2 (en) Composite porous membrane for fluid separation, method for producing the same, and filter
JP2009082882A (en) Polyvinylidene fluoride based composite hollow fiber membrane, and its manufacturing method
JP4761967B2 (en) Vinylidene fluoride resin porous hollow fiber and method for producing the same
JP2008173573A (en) Composite hollow fiber membrane
JP2011225659A (en) Manufacturing method for hydrophilated ethylene/tetrafluoroethylene copolymer porous body, and ethylene/tetrafluoroethylene copolymer porous body
WO2009119373A1 (en) Hollow-fiber membrane and process for production thereof
JPH10168218A (en) Porous vinylidene fluoride resin film
US10023709B2 (en) Multiporous hollow-fiber membrane and process for producing multiporous hollow-fiber membrane
JPS61107921A (en) Manufacture of composite hollow yarn membrane
JP2001300275A (en) Polyolefin hollow-fiber type porous membrane
JPS59199001A (en) Composite membrane for gas separation and its manufacture
TWI739272B (en) Porous polymeric hollow filter membrane
JP5560005B2 (en) Hollow fiber membrane for deaeration
JP4493793B2 (en) Polyethylene hollow fiber porous membrane
WO2024209818A1 (en) Separation membrane, method for manufacturing same, membrane module for at least one of deaeration and aeration, and device for at least one of deaeration and aeration
JP2005152900A (en) Production method of vinylidene fluoride resin porous film
Jayan et al. Fluoropolymer nanocomposite membranes for gas separation applications
WO2023074670A1 (en) Porous membrane and method for manufacturing porous membrane
WO2024048359A1 (en) Separation membrane and method for manufacturing same
JPH0479686B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150305

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5879161

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees