非对称中空纤维气体分离膜制造技术

本发明专利技术涉及一种由可溶性芳香族聚酰亚胺制成的用于气体分离的非对称中空纤维膜，其中取向指数为1.3以下，在40℃的作为氧气/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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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、I，2,4, 5-苯四酸(苯均四酸，pyromelliticacid)和4,4 '-(六氟亚异丙基)二邻苯二甲酸的四甲酸(四羧酸，tetracarboxylicacid)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a (P' 02/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a (P' 02/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' 02*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I)，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(dopesolution)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K O2，然而机械强度降低。尤其是，因为在330°C的高温下对膜进行加工以获得α彡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I :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。_9] 专利技术要解决的问题本专利技术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。因为本专利技术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。解决问题的手段本专利技术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I. 3以下；在40°C的表示氧气和氮气的透过速率之比的分离系数a (P' 02/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°C的氧气透过速率P' O2优选为6. OX IO-5Cm3(STP)/cm2 · s · cmHg以上。专利技术效果根据本专利技术，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。本专利技术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I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。具体实施例方式本专利技术的用于气体分离的非对称中空纤维膜由可溶性芳香族聚酰亚胺制成，具有由主要负责气体分离的极薄致密层(优选地，厚度为0.001至5μm)和支撑该致密层的相对较厚的多孔层(优选地，厚度为10至2000 μ m)构成的非对称结构，并具有优异的气体分离性能。优选地，它是内径为10至3000 μ m且外径为约30至7000 μ m的中空纤维膜。本专利技术的用于气体分离的非对称中空纤维膜具有I. 3以下的取向指数。取向指数是指示致密层中的聚酰亚胺分子的取向的指数，并且已经发现具有低取向指数的中空纤维具有大的氧气透过速率P O2和大的伸长率。因此，当分离系数a (P' 02/P' N2)相同时，具有较低取向指数的中空纤维具有更大的氧气透过速率P O2和更大的伸长率，导致更好的机械性质。一种用于测量取向指数的方法将在实施例中描述。在40°C的表示氧气和氮气的透过速率之比的分离系数a (P' 02/P' N2)为5. 3以上，优选为5. 6以上。在40°C的氧气透过速率P’ O2优选为6. O X l(T5cm3 (STP) /cm2 ·s ·cmHg以上，更优选为 7. OX KT5Cm3(STP)/cm2 · s · cmHg 以上。此外，伸长率，即作为中空纤维膜的拉伸断裂伸长率，为15%以上，优选为20%以上。形成本专利技术的用于气体分离的非对称中空纤维膜(在下文中，有时简称为“中空纤维膜”)的芳香族聚酰亚胺由通式(I)的重复单元表示权利要求1.一种由可溶性芳香族聚酰亚胺制成的用于气体分离的非对称中空纤维膜，其中， 取向指数为1.3以下， 在40°C的表示氧气和氮气的透过速率之比的分离系数a (P' 02/P/ N2)为5. 3以上，并且 拉伸断裂伸长率为15%以上。2.根据权利要求I所述的用于气体分离的非对称中空纤维膜，其中在40°C的氧气透过速率 P' O2 为 6. OX 10 5Cm3(STP)/cm2 · s · cmHg 以上。3.根据权利要求I或2所述的用于气体分离的非对称中空纤维膜，其中所述可溶性芳香族聚酰亚胺包含由通式(I)表示的重复单元4.一种用于从含有多种气体的混合气体中选择性地分离和收集特定气体的方法,所述方法通过使用根据权利要求I至3中任一项所述的用于气体分离的非对称中空纤维膜。5.一种用于从空气中制备富氧空气或富氮空气的方法，所述方法通过使用根据权利要求I至3中任一项所述的用于气体分离的非对称中空纤维膜。全文摘要本专利技术涉及一种由可溶性芳香族聚酰亚胺制成的用于气体分离的非对称中空纤维膜，其中取向指数为1.3以下，在40℃的作为氧气/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。文档编号C01B13/02GK102905779SQ20118002543公开日2013年1月30日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年3月30日专利技术者久森弘树, 林达也, 盛桥诚司, 叶木朝则 申请人:宇部兴产株式会社本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：久森弘树，林达也，盛桥诚司，叶木朝则，
申请(专利权)人：宇部兴产株式会社，
类型：
国别省市：