傾斜高分子膜の調製と膜透過・分離機能

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本研究では線型の濃度勾配を傾斜化プロセスとして役立て透過・分離機能を有する傾斜高分子膜を調製することを目的とする。これを実現するにあたり、まずイミド-シロキサンブロック共重合体が1,4-ジオキサンに溶解することを利用して、凍結乾燥という簡便な手法で緻密層-多孔層から成るロブ型非対称膜を調製し、その構造と気体輸送特性との関連について検討した。緻密層-多孔層を有する非対称膜は、先ずイミド-シロキサンブロック共重合体の1,4-ジオキサン溶液をテフロンシャーレ上に展開して濃度が約20wt%となるまで自然乾燥させ、次に液体窒素を用いてシャーレ面より徐々に冷却して完全に凍結させ、最後に室温で約12時間凍結乾燥を行うことにより調製した。こうして得られた膜の電子顕微鏡観察を行ったところ、シャーレ面側が多孔層、気相面が厚さ約10μmの緻密層から成る非対称膜を形成していることが確認された。さらにこの膜の多孔層は、孔がシャーレ面から気相面に向かって帯状に分布し、またその径は小さくなっていた即、本研究で得られた非対称膜の多孔層は、膜厚方向に対し孔径の勾配を持つものであった。このような構造形成の理由としては、冷却過程において1,4-ジオキサンがイミド-シロキサンブロック共重合体と相分離しながら凍結するために結果として膜厚方向に濃度勾配が生じるため、また1,4-ジオキサン結晶の膜厚方向への成長が考察された。また、ここで得られた非対称膜は多孔層が支持層として寄与するために力学強度はかなり保持され、そして見掛けの膜厚に対して実際に気体が透過する厚さは薄いために透過係数値は向上し、気体分離比は低下しないものであった。