[发明专利]非对称中空纤维气体分离膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气体分离的非对称中空纤维膜，其由芳香族聚酰亚胺制成并且具有优异的气体分离性能和改良的机械性质。

背景技术

已经知晓一种使用芳香族聚酰亚胺制备的用于气体分离的非对称中空纤维膜，其中的芳香族聚酰亚胺从含有联苯四甲酸、1，2，4，5-苯四酸(苯均四酸，pyromellitic acid)和4，4′-(六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸的四甲酸(四羧酸，tetracarboxylic acid)组分、以及具有分子内磺基的二胺组分制备。

作为具有这样的组成的中空纤维膜，专利文献1(日本待审专利公开号1993-68859)已经描述了一种表现出更高的气体选择透过性并具有优异机械性质的气体分离膜，但是作为气体选择透过性的代表性要素的分离系数α(P′O₂/P′N₂)为4.7至4.9，其必须被进一步改善。

专利文献2(日本待审专利公开号1994-254367)已经描述了一种具有高分离系数α的优异气体分离膜。这种气体分离膜适于制备富氮空气和富氧空气，并且具有5.3以上的分离系数α(P′O₂/P′N₂)。然而，该膜经常具有4.4以下的低透过速率P′O₂，并且因此，当它用于组件(模块，module)中时，由于透过速率P′O₂或P′N₂的变化，它引起性能的劣化，并且当P′O₂或P′N₂低时，需要过大的膜面积，导致不能有效地设计或生产组件的缺点。专利文献2已经描述了具有大透过速率P′O₂的实施例(实施例1)，但是没有描述机械性质。此实施例中的膜具有低密度，可能是因为用于纺丝的纺丝原液溶液(dope solution)具有低浓度和相对较低的分子量。作为结果，可以获得大的透过速率P′O₂，然而机械强度降低。尤其是，因为在330℃的高温下对膜进行加工以获得α≥5.3的性能，所以该膜进一步具有不足的机械性质，如断裂伸长率。当断裂伸长率不足时，引起在用成束中空纤维膜制备分离组件期间的纺线断裂，或性能的劣化或变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本待审专利公开号1993-68859。

专利文献2：日本待审专利公开号1994-254367。

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种用于气体分离的非对称中空纤维膜，其由芳香族聚酰亚胺制成并且具有优异的气体分离性能和优异的机械性质。因为本发明的中空纤维膜对于氧气和氮气具有优异的气体分离性能并且具有优异的机械性质，所以它可以合适地用于生产具有增高的氮气浓度的富氮空气或具有增高的氧气浓度的富氧空气。

解决问题的手段

本发明涉及一种用于气体分离的非对称中空纤维膜，其由可溶性芳香族聚酰亚胺制成，其中取向指数(orientation index)为1.3以下；在40℃的表示氧气和氮气的透过速率之比的分离系数α(P′O₂/P′N₂)为5.3以上；并且拉伸断裂伸长率为15％以上。

尤其是，在40℃的氧气透过速率P′O₂优选为6.0×10^-5cm³(STP)/cm²·s·cmHg以上。

发明效果

根据本发明，提供了一种用于气体分离的非对称中空纤维膜，其由芳香族聚酰亚胺制成并且具有优异的气体分离性能和优异的机械性质。本发明的中空纤维膜在对于氧气和氮气的气体分离性能方面以及在机械性质方面是优异的。因此，它可以合适地用于从空气提供具有增高的氮气浓度的富氮空气或具有增高的氧气浓度的富氧空气。

附图说明

图1举例说明了一种用于测量取向指数的方法。

图2举例说明了一种用于测量取向指数的方法。

图3示意性地示出了在实施例中使用的纺丝设备。

图4示意性地示出了在实施例中使用的连续热处理装置。

具体实施方式