[发明专利]气体分离膜

说明书

技术领域

本发明涉及气体分离膜。

背景技术

近年来，针对将高分子膜用作气体分离膜并从混合气体中进行特定气体的分离、提纯这一课题进行了积极的研究。例如，已经尝试通过使氧从空气中积极地透过来制造富氧空气，将其有效用于医疗或燃料系统等领域中。另外，对于用于这些用途中的气体分离膜来说，要求其针对特定气体的气体透过性和气体选择性均较大，并且，根据使用环境的不同，还要求其在耐热性、耐化学药品性、强度等方面优异。

在这样的状况下，现有技术中提出了各种气体分离膜的提案。例如，在专利文献1(日本特开平10-99664号公报)中提出了一种气体分离用碳化膜，该气体分离用碳化膜是如下得到的：将具有特定结构单元的Cardo型聚合物成型为特定的分离膜形状来形成分离膜前体，在厌氧气氛下对该分离膜前体进行加热使之碳化，从而得到所述气体分离用碳化膜。

另一方面，对于高分子膜来说，2种气体的分离系数相对于气体透过系数具有折衷(trade-off)关系，主张其上限界限区域的存在(参照非专利文献1和2)。

另外，本发明人以前曾经提出过一种气体分离膜的提案，该气体分离膜是由有机-无机聚合物杂化物构成的，所述有机-无机聚合物杂化物具有超支化聚酰亚胺相和无机氧化物相，并通过上述相经共价键进行一体化而呈复合结构(参见专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-99664号公报

专利文献2：国际公开第06/025327号小册子

非专利文献

非专利文献1：Lloyd M.Robeson、“Correlation of separation factor versus permeability for polymeric membranes(高分子膜中的分离系数与透过性的相关性)”、Journal of Membrane Science、Netherlands、Elsevier Science Publishers B V、第62卷(1991年)、p.165-185

非专利文献2：Lloyd M.Robeson、“The upper bound revisited(上限界限修订)”、Journal of Membrane Science、Netherlands、Elsevier Science Publishers B V、第320卷(2008年)、p.390-400

发明内容

发明所要解决的课题

因此，本发明是以上述情况为背景而提出的，其要解决的课题在于提供一种以现有技术中未能达成的高水平兼具优异的气体透过性及气体分离特性、尤其是二氧化碳(CO₂)的透过性和二氧化碳与甲烷(CH₄)的分离特性的气体分离膜。

用于解决课题的手段

于是，本发明人以专利文献2中提出的气体分离膜为基础进行了深入的研究，结果发现，若为对超支化聚酰亚胺系材料进行加热处理而得到的膜，则能够有利地解决上述课题，从而完成了本发明。

即，本发明的要点在于一种气体分离膜，其是通过在非氧化气氛下对由超支化聚酰亚胺系材料构成的膜进行加热处理而得到的。

另外，在上述本发明的气体分离膜的第一优选方式中，上述超支化聚酰亚胺系材料含有对超支化聚酰胺酸进行酰亚胺化而制成的超支化聚酰亚胺，所述超支化聚酰胺酸在2个以上的末端中的至少一部分具有羟基或烷氧基，该超支化聚酰胺酸是通过使芳香族四羧酸二酐和芳香族三胺以及在末端具有氨基或羧基的硅、镁、铝、锆或钛的烷氧基化合物或它们的衍生物进行反应而得到的。

另外，在本发明的第二优选方式中，上述超支化聚酰亚胺系材料为上述超支化聚酰亚胺与直链羟基聚酰亚胺的聚合物共混物。

进一步地，在本发明的第三优选方式中，上述直链羟基聚酰亚胺是使芳香族四羧酸二酐与3，3’-二羟基联苯胺进行聚合而得到的。

此外，在本发明的第四优选方式中，上述超支化聚酰亚胺系材料含有有机-无机聚合物杂化物，所述有机-无机聚合物杂化物具有超支化聚酰亚胺相以及无机氧化物相，并通过超支化聚酰亚胺相和无机氧化物相经共价键进行一体化而呈复合结构，所述超支化聚酰亚胺相具有通过芳香族四羧酸二酐与芳香族三胺的反应而生成的酰亚胺结构。