(57)【要約】  高圧条件下の使用においても、優れたガス透過性と優れたガス分離選択性の両立を高度なレベルで実現することができ、高速、高選択性のガス分離を可能とするガス分離膜、それを用いたガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法を提供する。  ポリイミド化合物を含有してなるガス分離層を有し、上記ポリイミド化合物が、下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を含む、ガス分離膜、それを用いたガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法。2017130604.tif 000071  式（Ｉ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６は水素原子又は置換基を示す。環Ａｒ１及び環Ａｒ２は互いに異なる芳香環を示す。Ａは単結合又は２価の連結基を示す。Ｒは特定構造の母核を示す。
2017130604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド化合物を含有してなるガス分離層を有するガス分離膜であって、
上記ポリイミド化合物が、下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を含む、ガス分離膜。
【化１】
2017130604.tif 000062
式（Ｉ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。環Ａｒ１及び環Ａｒ２は、それぞれ独立に、芳香環を示す。但し、環Ａｒ１及び環Ａｒ２は互いに異なる骨格の環構造である。
Ａは単結合又は２価の連結基を示す。Ｒは下記式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２８）のいずれかで表される４価の基を示す。ここでＸ１〜Ｘ３は、それぞれ独立に、単結合又は２価の連結基を示し、Ｌは−ＣＨ＝ＣＨ−又は−ＣＨ２−を示し、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示し、＊は式（Ｉ）中のカルボニル基との結合部位を示す。
【化２】
2017130604.tif 000063
【請求項２】
前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位が、下記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位である、請求項１に記載のガス分離膜。
【化３】
2017130604.tif 000064
式（Ｉ−ａ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＲは、それぞれ前記式（Ｉ）中のＲｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＲと同義である。
【請求項３】
前記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位が、下記式（Ｉ−ｂ）で表される繰り返し単位である、請求項２に記載のガス分離膜。
【化４】
2017130604.tif 000065
式（Ｉ−ｂ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６及びＲは、それぞれ前記式（Ｉ−ａ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６及びＲと同義である。Ｒｆ７〜Ｒｆ１２は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。
【請求項４】
前記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位が、下記式（Ｉ−ｃ）で表される繰り返し単位である、請求項２に記載のガス分離膜。
【化５】
2017130604.tif 000066
式（Ｉ−ｃ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６及びＲは、それぞれ前記式（Ｉ―ａ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６及びＲと同義である。Ｒｆ７〜Ｒｆ１０及びＲｆ１３〜Ｒｆ１８は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。
【請求項５】
前記ポリイミド化合物が、さらに下記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び下記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも１種の繰り返し単位を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離膜。
【化６】
2017130604.tif 000067
【化７】
2017130604.tif 000068
式（II−ａ）及び（II−ｂ）中、Ｒは式（Ｉ）におけるＲと同義である。Ｒ４〜Ｒ６は、それぞれ独立に、置換基を示す。ｌ１、ｍ１及びｎ１は、それぞれ独立に、０〜４の整数を示す。Ｘ４は単結合又は二価の連結基を示す。但し、式（II−ｂ）で表される繰り返し単位には、前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位に包含される繰り返し単位は含まれない。
【請求項６】
前記ポリイミド化合物中、前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位と、前記式（II−ａ）で表される繰り返し単位と、前記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位と、の総モル量中の、前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位のモル量の割合が、５０モル％以上１００モル％未満である、請求項５に記載のガス分離膜。
【請求項７】
前記ポリイミド化合物が、前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位及び前記式（II−ａ）で表される繰り返し単位からなるか、前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位及び前記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなるか、又は前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位、前記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び前記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなる、請求項６に記載のガス分離膜。
【請求項８】
前記ポリイミド化合物が、下記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び下記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位のいずれも含まない、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離膜。
【化８】
2017130604.tif 000069
【化９】
2017130604.tif 000070
式（II−ａ）及び（II−ｂ）中、Ｒは式（Ｉ）におけるＲと同義である。Ｒ４〜Ｒ６は、それぞれ独立に、置換基を示す。ｌ１、ｍ１及びｎ１は、それぞれ独立に、０〜４の整数を示す。Ｘ４は単結合又は二価の連結基を示す。但し、式（II−ｂ）で表される繰り返し単位には、前記式（Ｉ）で表される繰り返し単位に包含される繰り返し単位は含まれない。
【請求項９】
前記ポリイミド化合物が、前記式（I）で表される繰り返し単位からなる、請求項８に記載のガス分離膜。
【請求項１０】
前記ポリイミド化合物が架橋構造を形成している、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス分離膜。
【請求項１１】
前記ガス分離膜が、さらにガス透過性の支持層を有し、前記ガス分離層が前記ガス透過性の支持層の上側に備えられたガス分離複合膜である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガス分離膜。
【請求項１２】
前記ガス透過性の支持層が、多孔質層と、不織布層と、を含み、
前記ガス分離層と、前記多孔質層と、前記不織布層とが、この順で設けられている、請求項１１に記載のガス分離膜。
【請求項１３】
二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスの、３０℃、５ＭＰａにおける二酸化炭素の透過速度が２０ＧＰＵ超であり、二酸化炭素とメタンとの透過速度比（ＲＣＯ２／ＲＣＨ４）が１５以上である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガス分離膜。
【請求項１４】
二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスから二酸化炭素を選択的に透過させるために用いられる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のガス分離膜。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のガス分離膜を具備するガス分離モジュール。
【請求項１６】
請求項１５に記載のガス分離モジュールを備えたガス分離装置。
【請求項１７】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のガス分離膜を用いたガス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離膜、ガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子化合物からなる素材には、その素材ごとに特有の気体透過性がある。その性質に基づき、特定の高分子化合物から構成された膜によって、所望の気体成分を選択的に透過させて分離することができる。この気体分離膜の産業上の利用態様として、地球温暖化の問題と関連し、火力発電所、セメントプラント、製鉄所高炉等において、大規模な二酸化炭素発生源から二酸化炭素を分離回収することが検討されている。そして、この膜分離技術は、比較的小さなエネルギーで達成できる環境問題の解決手段として着目されている。一方、天然ガスやバイオガス（生物の排泄物、有機質肥料、生分解性物質、汚水、ゴミ、エネルギー作物などの発酵、嫌気性消化により発生するガス）は主としてメタンと二酸化炭素を含む混合ガスであり、不純物である二酸化炭素等を除去する手段として膜分離方法が検討されている。【０００３】
膜分離方法を用いた天然ガスの精製では、より効率的にガスを分離するために、優れたガス透過性とガス分離選択性とが求められる。これを実現するために種々の膜素材が検討されており、その一環としてポリイミド化合物を用いたガス分離膜の検討が行われてきた。例えば、特許文献１には、フルオレン環を有するカルド型ポリイミドを原料とするカーボン膜にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び／又はアミン化合物を担持させてなるガス分離膜が記載され、このガス分離膜が水分含有雰囲気下でも顕著に優れたガス分離能を示すことが記載されている。【０００４】
実用的なガス分離膜とするためには、ガス分離層を薄層にして十分なガス透過性を確保した上で、さらに高度なガス分離選択性も実現しなければならない。ガス分離層を薄層化する手法としては、ポリイミド化合物等の高分子化合物を相分離法により非対称膜とし、分離に寄与する部分を緻密層あるいはスキン層と呼ばれる薄層にする方法がある。この非対称膜では、緻密層以外の部分を膜の機械的強度を担う支持層として機能させる。
また、上記非対称膜の他に、ガス分離機能を担うガス分離層と機械強度を担う支持層とを別素材とし、ガス透過性の支持層上に、ガス分離能を有するガス分離層を薄層に形成する複合膜の形態も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８２８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ガス透過性とガス分離選択性とは互いにいわゆるトレードオフの関係にある。したがって、ガス分離層に用いるポリイミド化合物の共重合成分を調整することにより、ガス分離層のガス透過性あるいはガス分離選択性のいずれかを改善することはできても、両特性を高いレベルで両立するのは困難とされる。【０００７】
本発明は、高圧条件下の使用においても優れたガス透過性と優れたガス分離選択性との両立を高度なレベルで実現することができ、高速、高選択性のガス分離を可能とするガス分離膜を提供することを課題とする。また、本発明は、上記ガス分離膜を用いたガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、ポリイミド化合物を構成するジアミン成分の構造を、４，４’−（９−フルオレニリデン）ジアニリンのフルオレン環を構成する２つのベンゼン環を互いに異なる骨格の芳香環に置き換えたジアミン化合物由来の構造とし、かかるポリイミド化合物をガス分離膜のガス分離層に用いた場合に、このガス分離膜が優れたガス透過性を示し、且つ、高圧条件下でも優れたガス分離選択性を示すことを見出した。本発明は、これらの知見に基づきさらに検討を重ね完成させるに至ったものである。【０００９】
上記の課題は以下の手段により解決された。
〔１〕
ポリイミド化合物を含有してなるガス分離層を有するガス分離膜であって、
上記ポリイミド化合物が、下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を含む、ガス分離膜。
【化１】
2017130604.tif 000003
式（Ｉ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。環Ａｒ１及び環Ａｒ２は、それぞれ独立に、芳香環を示す。但し、環Ａｒ１及び環Ａｒ２は互いに異なる骨格の環構造である。Ａは単結合又は２価の連結基を示す。Ｒは下記式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２８）のいずれかで表される４価の基を示す。ここでＸ１〜Ｘ３は、それぞれ独立に、単結合又は２価の連結基を示し、Ｌは−ＣＨ＝ＣＨ−又は−ＣＨ２−を示し、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示し、＊は式（Ｉ）中のカルボニル基との結合部位を示す。
【化２】
2017130604.tif 000004
〔２〕
上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位が、下記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位である、〔１〕に記載のガス分離膜。
【化３】
2017130604.tif 000005
式（Ｉ−ａ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＲは、それぞれ上記式（Ｉ）中のＲｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＲと同義である。
〔３〕
上記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位が、下記式（Ｉ−ｂ）で表される繰り返し単位である、〔２〕に記載のガス分離膜。
【化４】
2017130604.tif 000006
式（Ｉ−ｂ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６及びＲは、それぞれ上記式（Ｉ−ａ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６及びＲと同義である。Ｒｆ７〜Ｒｆ１２は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。
〔４〕
上記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位が、下記式（Ｉ−ｃ）で表される繰り返し単位である、〔２〕に記載のガス分離膜。
【化５】
2017130604.tif 000007
式（Ｉ−ｃ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６及びＲは、それぞれ上記式（Ｉ―ａ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６及びＲと同義である。Ｒｆ７〜Ｒｆ１０及びＲｆ１３〜Ｒｆ１８は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。
〔５〕
上記ポリイミド化合物が、さらに下記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び下記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも１種の繰り返し単位を含む、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のガス分離膜。
【化６】
2017130604.tif 000008
【化７】
2017130604.tif 000009
式（II−ａ）及び（II−ｂ）中、Ｒは式（Ｉ）におけるＲと同義である。Ｒ４〜Ｒ６は、それぞれ独立に、置換基を示す。ｌ１、ｍ１及びｎ１は、それぞれ独立に、０〜４の整数を示す。Ｘ４は単結合又は二価の連結基を示す。但し、式（II−ｂ）で表される繰り返し単位には、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位に包含される繰り返し単位は含まれない。
〔６〕
上記ポリイミド化合物中、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位と、の総モル量中の、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位のモル量の割合が、５０モル％以上１００モル％未満である、〔５〕に記載のガス分離膜。
〔７〕
上記ポリイミド化合物が、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位からなるか、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなるか、又は上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなる、〔６〕に記載のガス分離膜。
〔８〕
上記ポリイミド化合物が、下記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び下記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位のいずれも含まない、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のガス分離膜。
【化８】
2017130604.tif 000010
【化９】
2017130604.tif 000011
式（II−ａ）及び（II−ｂ）中、Ｒは式（Ｉ）におけるＲと同義である。Ｒ４〜Ｒ６は、それぞれ独立に、置換基を示す。ｌ１、ｍ１及びｎ１は、それぞれ独立に、０〜４の整数を示す。Ｘ４は単結合又は二価の連結基を示す。但し、式（II−ｂ）で表される繰り返し単位には、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位に包含される繰り返し単位は含まれない。
〔９〕
上記ポリイミド化合物が、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位からなる、〔８〕に記載のガス分離膜。
〔１０〕
上記ポリイミド化合物が架橋構造を形成している、〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載のガス分離膜。
〔１１〕
上記ガス分離膜が、さらにガス透過性の支持層を有し、上記ガス分離層が上記ガス透過性の支持層の上側に備えられたガス分離複合膜である、〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載のガス分離膜。
〔１２〕
上記ガス透過性の支持層が、多孔質層と、不織布層と、を含み、
上記ガス分離層と、上記多孔質層と、上記不織布層とが、この順で設けられている、〔１１〕に記載のガス分離膜。
〔１３〕
二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスの、３０℃、５ＭＰａにおける二酸化炭素の透過速度が２０ＧＰＵ超であり、二酸化炭素とメタンとの透過速度比（ＲＣＯ２／ＲＣＨ４）が１５以上である、〔１〕〜〔１２〕のいずれかに記載のガス分離膜。
〔１４〕
二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスから二酸化炭素を選択的に透過させるために用いられる、〔１〕〜〔１３〕のいずれかに記載のガス分離膜。
〔１５〕
〔１〕〜〔１４〕のいずれかに記載のガス分離膜を具備するガス分離モジュール。
〔１６〕
〔１５〕に記載のガス分離モジュールを備えたガス分離装置。
〔１７〕
〔１〕〜〔１４〕のいずれかに記載のガス分離膜を用いたガス分離方法。【００１０】
本明細書において「〜」で表される数値範囲は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。
本明細書において、特定の符号で表示された置換基や連結基等（以下、置換基等という）が複数あるとき、あるいは複数の置換基等を同時もしくは択一的に規定するときには、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよいことを意味する。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、式中に同一の表示で表された複数の部分構造の繰り返しがある場合は、各部分構造ないし繰り返し単位は同一でも異なっていてもよい。【００１１】
本明細書において化合物ないし基の表示については、化合物ないし基そのもののほか、それらの塩、それらのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。
本明細書において置換・無置換を明記していない置換基（連結基についても同様）については、所望の効果を奏する範囲で、その基に任意の置換基を有していてもよい意味である。これは置換・無置換を明記していない化合物についても同義である。
本明細書において置換基は、特に断らない限り、後記置換基群Ｚをその好ましい範囲とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガス分離膜、ガス分離モジュール、及びガス分離装置は、高圧条件下の使用においても、優れたガス透過性と優れたガス分離選択性との両立を高度なレベルで実現することができ、高速、高選択性のガス分離を可能とする。
本発明のガス分離方法によれば、高圧条件下においても、優れたガス透過性で、且つ、優れたガス分離選択性でガスを分離することができ、高速、高選択性のガス分離が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のガス分離複合膜の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のガス分離複合膜の別の実施形態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
本発明のガス分離膜は、ガス分離層に特定のポリイミド化合物を含む。
【００１５】
［ポリイミド化合物］
本発明に用いるポリイミド化合物は、下記式（Ｉ）で表される繰り返し単位を含む。
【００１６】
【化１０】
2017130604.tif 000012
【００１７】
式（Ｉ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得る置換基としては、後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられ、なかでもアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又はハロゲン原子が好ましく、さらに好ましくはアルキル基である。
Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るアルキル基は、直鎖でも分岐を有してもよく、環状構造でもよい。Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るアルキル基は、その炭素数が１〜２０が好ましく、１〜１０がより好ましく、１〜８がさらに好ましく、１〜６が特に好ましく、１〜４が最も好ましい。このアルキル基の好ましい具体例として、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔ−ブチル、ｓ−ブチル、イソブチル、ｎ−ヘキシルを挙げることができ、エチル又はメチルが好ましく、メチルが特に好ましい。
【００１８】
Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るアルケニル基は、その炭素数が２〜２０が好ましく、２〜８がより好ましく、２〜４がさらに好ましい。Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るアルケニル基の具体例として、ビニル、１−プロペニル、１−ブテニル、イソプロペニルを挙げることができ、なかでもビニル又は１−プロペニルが好ましい。
【００１９】
Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るアルキニル基は、その炭素数が２〜２０が好ましく、２〜８がより好ましく、２〜４がさらに好ましい。Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るアルキニル基の具体例として、１−エチニル、１−プロピニル、１−ブチニルを挙げることができ、なかでも１−エチニル又は１−プロピニルが好ましい。
【００２０】
Ｒｆ１〜Ｒｆ６として採り得るハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子、塩素原子又は臭素原子がより好ましく、フッ素原子又は塩素原子がさらに好ましい。
Ｒｆ１〜Ｒｆ６はより好ましくは、ａ）Ｒｆ１〜Ｒｆ６のすべてが水素原子であるか、又は、ｂ）Ｒｆ１、Ｒｆ２、Ｒｆ４及びＲｆ５の少なくとも１つがアルキル基であり、Ｒｆ１〜Ｒｆ６のうちアルキル基以外の基がすべて水素原子である形態が好ましい。
上記ｂ）の形態においては、Ｒｆ１とＲｆ２の一方又は両方がアルキル基であり、且つ、Ｒｆ４とＲｆ５の一方又は両方がアルキル基であることが好ましく、さらに好ましくは、Ｒｆ１、Ｒｆ２、Ｒｆ４及びＲｆ５のすべてがアルキル基である。
【００２１】
式（Ｉ）において、環Ａｒ１及び環Ａｒ２は、それぞれ独立に、芳香環を示す。但し、環Ａｒ１及び環Ａｒ２は互いに異なる骨格の環構造である。
環Ａｒ１及び環Ａｒ２として採り得る芳香環は、芳香族性を示す環を意味し、芳香族炭化水素環と芳香族ヘテロ環とを含む意味に用いる。環Ａｒ１及び環Ａｒ２として採り得る芳香環は単環であっても縮合環であってもよい。また、かかる芳香環は置換基を有する形態であってもよいし、置換基を有しない形態であってもよい。この置換基としては、後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられる。なかでもこの置換基は極性基又はハロゲン原子が好ましい。極性基については後述する。
ここで、芳香環が有する２つの置換基が連結して環を形成し、縮合芳香族環となった形態（例えば、ベンゼン環が有する２つの置換基が連結して全体としてナフタレン環となった形態）は、芳香環（上記例ではベンゼン環）が置換基を有した形態とみるのではなく、縮合環全体を上記芳香環としてみるものとする。
【００２２】
本発明において「環Ａｒ１及び環Ａｒ２は互いに異なる骨格の環構造である」とは、芳香環の基本骨格が異なることを意味する。なお、「基本骨格」とは、芳香環が置換基を有しない形態である場合には、芳香環全体の構造を意味し、芳香環が置換基を有する形態である場合には、この置換基を水素原子に置き換えた構造を意味する。
したがって、環Ａｒ１及び環Ａｒ２の基本骨格が同じで、この基本骨格に結合する置換基の種類あるいは置換基の結合位置が異なっている場合、並びに、環Ａｒ１及び環Ａｒ２の基本骨格が同じで、一方の基本骨格には置換基が結合しておらず、他方の基本骨格には置換基が結合している形態である場合、かかる両形態は環Ａｒ１及び環Ａｒ２が同じ骨格の環構造であり、本発明で規定する一般式（Ｉ）の繰り返し単位には包含されない。
【００２３】
環Ａｒ１及び環Ａｒ２として採り得る芳香環の基本骨格としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、フェナントレン環、クリセン環、トリフェニレン環、ピレン環、ピセン環、ペリレン環、ヘリセン環、コロネン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、インデン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、インドール環、イソインドール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、プリン環、インダゾール環、ベンゾオキサゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、フタラジン環、フルオレン環を挙げることができる。
環Ａｒ１及び環Ａｒ２として採り得る芳香環の基本骨格の好ましい形態について、具体的な構造式を以下に示すが、本発明はこれらの構造に限定されない。下記構造中、＊は連結部位を示す。
【００２４】
【化１１】
2017130604.tif 000013
【００２５】
本発明に用いるポリイミド化合物を構成する繰り返し単位が、環Ａｒ１及び環Ａｒ２として互いに異なる骨格の環構造を採ることにより、かかるポリイミド化合物をガス分離層に用いた際に、優れたガス分離選択性と優れたガス透過性との両立を高度なレベルで実現することが可能となる。その理由は定かではないが、以下のように推定される。すなわち、環Ａｒ１及び環Ａｒ２として互いに異なる骨格の環構造を採ることによりポリイミド化合物の結晶性が緩和される。その結果、分子間のパッキングがほどよく解れて自由体積分率が大きくなり、透過性が高められると考えられる。一方、この分子間のパッキングの解れはガス分離選択性に大きくは影響せず（すなわち動的分子径の大きな分子についてはその透過性を効果的に抑えることができ）、優れたガス分離選択性とガス透過性との両立が可能になると推定される。
また、ポリイミド化合物が極性基を有する形態である場合には、ガス分離選択性がより向上しうる。その理由は定かではないが、極性基の相互作用によりポリイミド化合物が適度に緻密化してその運動性が低下し、これにより動的分子径の大きな分子の透過性をより効果的に抑えることが一因と考えられる。
【００２６】
式（Ｉ）中、Ａは単結合又は２価の連結基を示し、単結合であることが好ましい。
Ａとして採り得る２価の連結基としては、アルキレン基、酸素原子、又は−ＮＲＫ−（ＲＫは水素原子又は置換基を示す。かかる置換基としては後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられ、なかでもアルキル基又はアリール基が好ましい。）が好ましく、アルキレン基がより好ましい。このアルキレン基は直鎖でも分岐を有してもよい。Ａとして採り得るアルキレン基の炭素数は１〜１０が好ましく、１〜５がより好ましく、１〜３がさらに好ましく、特に好ましくはメチレンである。
【００２７】
式（Ｉ）中、Ｒは下記式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２８）のいずれかで表される構造の基を示す。ここでＸ１〜Ｘ３は単結合又は２価の連結基を示し、Ｌは−ＣＨ＝ＣＨ−又は−ＣＨ２−を示し、Ｒ１及びＲ２は水素原子又は置換基を示し、＊は式（Ｉ）中のカルボニル基との結合部位を示す。Ｒは式（Ｉ−１）、（Ｉ−２）又は（Ｉ−４）で表される基であることが好ましく、（Ｉ−１）又は（Ｉ−４）で表される基であることがより好ましく、（Ｉ−１）で表される基であることが特に好ましい。
【００２８】
【化１２】
2017130604.tif 000014
【００２９】
上記式（Ｉ−１）、（Ｉ−９）及び（Ｉ−１８）中、Ｘ１〜Ｘ３は、それぞれ独立に単結合又は２価の連結基を示す。この２価の連結基としては、−Ｃ（Ｒｘ）２−（Ｒｘは水素原子又は置換基を示す。Ｒｘが置換基の場合、互いに連結して環を形成してもよい）、−Ｏ−、−ＳＯ２−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ−、−ＮＲＹ−（ＲＹは水素原子、アルキル基（好ましくはメチル又はエチル）又はアリール基（好ましくはフェニル））、−Ｃ６Ｈ４−（フェニレン）、又はこれらの組み合わせが好ましい。Ｘ１〜Ｘ３は、単結合又は−Ｃ（Ｒｘ）２−がより好ましい。Ｒｘが置換基を示すとき、その具体例としては、後記置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられ、なかでもアルキル基（好ましい範囲は後記置換基群Ｚに示されたアルキル基と同義である）が好ましく、ハロゲン原子を置換基として有するアルキル基がより好ましく、トリフルオロメチルが特に好ましい。なお、式（Ｉ−１８）は、Ｘ３が、その左側に記載された２つの炭素原子のいずれか一方、及び、その右側に記載された２つの炭素原子のうちいずれか一方と連結していることを意味する。
【００３０】
上記式（Ｉ−４）、（Ｉ−１５）、（Ｉ−１７）、（Ｉ−２０）、（Ｉ−２１）及び（Ｉ−２３）中、Ｌは−ＣＨ＝ＣＨ−又は−ＣＨ２−を示す。
【００３１】
上記式（Ｉ−７）中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。かかる置換基としては、後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられる。Ｒ１及びＲ２は互いに結合して環を形成していてもよい。
Ｒ１、Ｒ２は水素原子又はアルキル基であることが好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基であることがより好ましく、水素原子であることが更に好ましい。
【００３２】
式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２８）中に示された炭素原子はさらに置換基を有していてもよい。この置換基の具体例としては、後記置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられ、なかでもアルキル基又はアリール基が好ましい。
【００３３】
上記一般式（Ｉ）で表される繰り返し単位を含むポリイミド化合物は、架橋剤により架橋された形態であってもよい。例えば、イミド構造を開環させて架橋構造を形成させる目的で、ヘキサメチレンジアミンのような多官能アミンを架橋剤として用いることができる。またアミノプロピルトリメトキシシランでイミド開環した後に、テトラアルコキシシランを用いることで架橋構造を形成させることができる。
また、ポリイミド化合物の繰り返し単位に含まれる官能基と反応可能な基を有する架橋剤により架橋された形態であってもよい。例えば、ポリイミド化合物がカルボキシ基を有する場合には、アミノプロピルトリメトキシシランのようなアミノアルキルアルコキシシランやオルトチタン酸テトライソプロピルのような金属アルコキシドを架橋剤として用いて架橋構造を形成させることができる。
さらに、活性放射線（電子線、プラズマ、コロナ照射等）を用いてベンジルラジカルを発生させ、架橋構造を形成させてもよい。
【００３４】
上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位は、下記式（Ｉ−ａ）で表されることが好ましい。
【００３５】
【化１３】
2017130604.tif 000015
【００３６】
式（Ｉ−ａ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＲは、それぞれ上記式（Ｉ）中のＲｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＲと同義であり、好ましい形態も同じである。
【００３７】
上記式（Ｉ−ａ）で表される繰り返し単位は、下記式（Ｉ−ｂ）又は下記式（Ｉ−ｃ）で表されることが好ましい。
【００３８】
【化１４】
2017130604.tif 000016
【００３９】
【化１５】
2017130604.tif 000017
【００４０】
式（Ｉ−ｂ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６及びＲは、それぞれ上記式（Ｉ−ａ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６及びＲと同義であり、好ましい形態も同じである。
Ｒｆ７〜Ｒｆ１２は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。Ｒｆ７〜Ｒｆ１２として採り得る置換基としては後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられる。
なかでもＲｆ７〜Ｒｆ１２として採り得る置換基は極性基又はハロゲン原子（フッ素原子、臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子）であることが好ましい。本明細書において「極性基」とは、電気的に分極された官能基を意味し、具体的には電気陰性度の大きい酸素、窒素、硫黄などの元素を含む官能基が含まれる。かかる極性基の具体例として、例えばスルファモイル基、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アシルオキシ基、シアノ基、ニトロイル基、及びアルコキシスルホニル基が挙げられ、カルボキシ基、シアノ基、スルファモイル基、又はヒドロキシ基が好ましい。
【００４１】
式（１−ｂ）において、Ｒｆ７〜Ｒｆ１２として採り得るスルファモイル基は、その炭素数が０〜１０が好ましく、０〜５がより好ましく、０〜２がさらに好ましい。
Ｒｆ７〜Ｒｆ１２として採り得るアシルオキシ基は、その炭素数が２〜１０が好ましく、２〜５がより好ましく、２又は３がさらに好ましい。
【００４２】
式（Ｉ−ｂ）において、Ｒｆ７及びＲｆ１０は水素原子であることが好ましい。また、Ｒｆ８、Ｒｆ９、Ｒｆ１１及びＲｆ２は水素原子、ハロゲン原子又は上記極性基であることが好ましい。
【００４３】
式（Ｉ−ｃ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６及びＲは、それぞれ上記式（Ｉ−ａ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６及びＲと同義であり、好ましい形態も同じである。Ｒｆ７〜Ｒｆ１０は、それぞれ上記式（Ｉ−ｂ）におけるＲｆ７〜Ｒｆ１０と同義であり、好ましい形態も同じである。
【００４４】
Ｒｆ１３〜Ｒｆ１８は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を示す。Ｒｆ１３〜Ｒｆ１８として採り得る置換基としては後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられる。なかでもＲｆ１３〜Ｒｆ１８として採り得る置換基は極性基又はハロゲン原子（フッ素原子、臭素原子、塩素原子、又はヨウ素原子）であることが好ましい。かかる極性基としては、例えばスルファモイル基、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アシルオキシ基、シアノ基、ニトロイル基、及びアルコキシスルホニル基が挙げられ、カルボキシ基、シアノ基、スルファモイル基、又はヒドロキシ基が好ましい。
Ｒｆ１３〜Ｒｆ１８として採り得るスルファモイル基及びアシルオキシ基の好ましい形態は、それぞれ上記Ｒｆ７〜Ｒｆ１２として採り得るスルファモイル基及びアシルオキシ基の好ましい形態と同じである。
【００４５】
上記式（Ｉ−ｃ）において、Ｒｆ７及びＲｆ１０は水素原子であることが好ましい。また、Ｒｆ１３〜Ｒｆ１８も水素原子であることが好ましい。Ｒｆ８及びＲｆ９は水素原子、ハロゲン原子又は上記極性基であることが好ましい。
【００４６】
本発明に用いるポリイミド化合物は、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位に加えて、さらに下記式（II−ａ）で表される繰り返し単位又は（II−ｂ）で表される繰り返し単位を含んでもよい。但し、下記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位には、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位に包含される繰り返し単位は含まれない。
【００４７】
【化１６】
2017130604.tif 000018
【００４８】
【化１７】
2017130604.tif 000019
【００４９】
上記式（II−ａ）及び（II−ｂ）中、Ｒは式（Ｉ）中のＲと同義であり、好ましい形態も同じである。Ｒ４〜Ｒ６は、それぞれ独立に、置換基を示す。置換基としては、後述する置換基群Ｚから選ばれる基が挙げられる。
Ｒ４はアルキル基、カルボキシ基、又はハロゲン原子であることが好ましい。Ｒ４の数を示すｌ１は０〜４の整数であり、Ｒ４がアルキル基の場合、ｌ１は１〜４であることが好ましく、２〜４であることがより好ましく、さらに好ましくは３又は４である。Ｒ４がカルボキシ基の場合、ｌ１は１〜２であることが好ましく、より好ましくは１である。Ｒ４がアルキル基である場合、このアルキル基の炭素数は１〜１０であることが好ましく、１〜５であることがより好ましく、１〜３であることがさらに好ましく、特に好ましくはメチル、エチル又はトリフルオロメチルである。
式（II−ａ）において、ジアミン成分（すなわちＲ４を有しうるフェニレン基）のポリイミド化合物に組み込まれるための２つの連結部位は、互いにメタ位又はパラ位に位置することが好ましく、互いにパラ位に位置することがより好ましい。
本発明において、上記式（II−ａ）で表される構造には、上記式（Ｉ）で表される構造は含まれない。
【００５０】
Ｒ５及びＲ６はアルキル基もしくはハロゲン原子を示すか、又は互いに連結してＸ４と共に環を形成する基を示すことが好ましい。また、２つのＲ５が連結して環を形成している形態や、２つのＲ６が連結して環を形成している形態も好ましい。Ｒ５とＲ６が連結した構造に特に制限はなく、単結合、−Ｏ−又は−Ｓ−が好ましい。Ｒ５及びＲ６の数を示すｍ１及びｎ１は０〜４の整数であり、１〜４であることが好ましく、２〜４であることがより好ましく、さらに好ましくは３又は４である。Ｒ５及びＲ６がアルキル基である場合、このアルキル基の炭素数は１〜１０であることが好ましく、１〜５であることがより好ましく、１〜３であることがさらに好ましく、特に好ましくはメチル、エチル又はトリフルオロメチルである。
式（II−ｂ）において、ジアミン成分中の２つのフェニレン基（すなわちＲ５とＲ６を有しうる２つのフェニレン基）のポリイミド化合物に組み込まれるための２つの連結部位は、Ｘ４の連結部位に対しメタ位又はパラ位に位置することが好ましい。
【００５１】
Ｘ４は上記式（Ｉ−１）におけるＸ１と同義であり、好ましい形態も同じである。
【００５２】
本発明に用いるポリイミド化合物は、その構造中、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位との総モル量中に占める、式（Ｉ）で表される繰り返し単位のモル量の割合が５０〜１００モル％であることが好ましく、７０〜１００モル％がより好ましく、８０〜１００モル％がさらに好ましく、９０〜１００モル％が特に好ましい。なお、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位との総モル量中に占める、式（Ｉ）で表される繰り返し単位のモル量の割合が１００モル％であるとは、ポリイミド化合物が、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位と、上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位とのいずれも含まないことを意味する。
【００５３】
本発明に用いるポリイミド化合物は、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位からなるか、又は、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を有する場合には、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位以外の残部が、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位又は上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなることが好ましい。ここで、「上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位又は上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなる」とは、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位からなる態様、上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなる態様、並びに、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなる態様の３つの態様を含む意味である。すなわち、ポリイミド化合物は、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位からなるか、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位からなるか、上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなるか、又は上記式（Ｉ）で表される繰り返し単位、上記式（II−ａ）で表される繰り返し単位及び上記式（II−ｂ）で表される繰り返し単位からなることが好ましい。
【００５４】
置換基群Ｚ：
アルキル基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、ｉｓｏ−プロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−オクチル、ｎ−デシル、ｎ−ヘキサデシル）、シクロアルキル基（好ましくは炭素数３〜３０、より好ましくは炭素数３〜２０、特に好ましくは炭素数３〜１０のシクロアルキル基であり、例えばシクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。）、アルケニル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０のアルケニル基であり、例えばビニル、アリル、２−ブテニル、３−ペンテニルなどが挙げられる。）、アルキニル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０のアルキニル基であり、例えばプロパルギル、３−ペンチニルなどが挙げられる。）、アリール基（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２のアリール基であり、例えばフェニル、ｐ−メチルフェニル、ナフチル、アントラニルなどが挙げられる。）、アミノ基（アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヘテロ環アミノ基を含み、好ましくは炭素数０〜３０、より好ましくは炭素数０〜２０、特に好ましくは炭素数０〜１０のアミノ基であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。）、アルコキシ基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０のアルコキシ基であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、２−エチルヘキシルオキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ基（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２のアリールオキシ基であり、例えばフェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシなどが挙げられる。）、ヘテロ環オキシ基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のヘテロ環オキシ基であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。）、
【００５５】
アシル基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のアシル基であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１２のアルコキシカルボニル基であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。）、アリールオキシカルボニル基（好ましくは炭素数７〜３０、より好ましくは炭素数７〜２０、特に好ましくは炭素数７〜１２のアリールオキシカルボニル基であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。）、アシルオキシ基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０のアシルオキシ基であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。）、アシルアミノ基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０のアシルアミノ基であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。）、
【００５６】
アルコキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１２のアルコキシカルボニルアミノ基であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。）、アリールオキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数７〜３０、より好ましくは炭素数７〜２０、特に好ましくは炭素数７〜１２のアリールオキシカルボニルアミノ基であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。）、スルホニルアミノ基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。）、スルファモイル基（好ましくは炭素数０〜３０、より好ましくは炭素数０〜２０、特に好ましくは炭素数０〜１２のスルファモイル基であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。）、
【００５７】
アルキルチオ基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のアルキルチオ基であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。）、アリールチオ基（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２のアリールチオ基であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。）、ヘテロ環チオ基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のヘテロ環チオ基であり、例えばピリジルチオ、２−ベンズイミゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、２−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。）、
【００５８】
スルホニル基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のスルホニル基であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。）、スルフィニル基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のスルフィニル基であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。）、ウレイド基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のウレイド基であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。）、リン酸アミド基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２のリン酸アミド基であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。）、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子（例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子であり、より好ましくはフッ素原子が挙げられる）、
【００５９】
シアノ基、カルボキシ基、オキソ基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基（好ましくは３〜７員環のヘテロ環基で、芳香族ヘテロ環でも芳香族でないヘテロ環であってもよく、ヘテロ環を構成するヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が挙げられる。炭素数は０〜３０が好ましく、より好ましくは炭素数１〜１２のヘテロ環基であり、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル、アゼピニルなどが挙げられる。）、シリル基（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、特に好ましくは炭素数３〜２４のシリル基であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。）、シリルオキシ基（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、特に好ましくは炭素数３〜２４のシリルオキシ基であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。）などが挙げられる。これらの置換基は、更に上記置換基群Ｚより選択されるいずれか１つ以上の置換基により置換されてもよい。
なお、本発明において、１つの構造部位に複数の置換基があるときには、それらの置換基は互いに連結して環を形成していたり、上記構造部位の一部又は全部と縮環して芳香族環もしくは不飽和複素環を形成していたりしてもよい。
【００６０】
化合物ないし置換基等がアルキル基、アルケニル基等を含むとき、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。またアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。
本明細書において、単に置換基としてしか記載されていないものは、特に断わりのない限りこの置換基群Ｚを参照するものであり、また、各々の基の名称が記載されているだけのとき（例えば、「アルキル基」と記載されているだけのとき）は、この置換基群Ｚの対応する基における好ましい範囲、具体例が適用される。
【００６１】
本発明に用いるポリイミド化合物の分子量は、重量平均分子量として１０，０００〜１０００，０００であることが好ましく、より好ましくは１５，０００〜５００，０００であり、さらに好ましくは２０，０００〜２００，０００である。
【００６２】
本明細書において分子量及び分散度は特に断らない限りＧＰＣ（ゲルろ過クロマトグラフィー）法を用いて測定した値とし、分子量はポリスチレン換算の重量平均分子量とする。ＧＰＣ法に用いるカラムに充填されているゲルは芳香族化合物を繰り返し単位に持つゲルが好ましく、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体からなるゲルが挙げられる。カラムは２〜６本連結させて用いることが好ましい。用いる溶媒は、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、Ｎ−メチルピロリジノン等のアミド系溶媒が挙げられる。測定は、溶媒の流速が０．１〜２ｍＬ／ｍｉｎの範囲で行うことが好ましく、０．５〜１．５ｍＬ／ｍｉｎの範囲で行うことが最も好ましい。この範囲内で測定を行うことで、装置に負荷がかからず、さらに効率的に測定ができる。測定温度は１０〜５０℃で行うことが好ましく、２０〜４０℃で行うことが最も好ましい。なお、使用するカラム及びキャリアは測定対称となる高分子化合物の物性に応じて適宜選定することができる。
【００６３】
〔ポリイミド化合物の合成〕
本発明に用いるポリイミド化合物は、特定構造の２官能酸無水物（テトラカルボン酸二無水物）と特定構造のジアミンとを縮合重合させることで合成することができる。その方法としては一般的な成書（例えば、今井淑夫、横田力男編著、「最新ポリイミド〜基礎と応用〜」、株式会社エヌ・ティー・エス、２０１０年８月２５日、ｐ．３〜４９、など）に記載の手法を適宜参照して実施することができる。
【００６４】
本発明に用いるポリイミド化合物の合成において、一方の原料であるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも１種は、下記式（ＩＶ）で表される。原料とするテトラカルボン酸二無水物のすべてが下記式（ＩＶ）で表されることが好ましい。
【００６５】
【化１８】
2017130604.tif 000020
【００６６】
式（ＩＶ）中、Ｒは上記式（Ｉ）におけるＲと同義である。
【００６７】
本発明に用いうるテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、例えば以下に示すものが挙げられる。
【００６８】
【化１９】
2017130604.tif 000021
【００６９】
【化２０】
2017130604.tif 000022
【００７０】
本発明に用いうるポリイミド化合物の合成において、他方の原料であるジアミン化合物の少なくとも１種は、下記式（Ｖ）で表される。
【００７１】
【化２１】
2017130604.tif 000023
【００７２】
式（Ｖ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＡは、それぞれ上記式（Ｉ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１、環Ａｒ２及びＡと同義であり、好ましい形態も同じである。
【００７３】
上記式（Ｖ）で表されるジアミン化合物は、下記式（Ｖ−ａ）で表されることが好ましい。
【００７４】
【化２２】
2017130604.tif 000024
【００７５】
式（Ｖ−ａ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１及び環Ａｒ２は、それぞれ上記式（Ｉ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ６、環Ａｒ１及び環Ａｒ２と同義であり、好ましい形態も同じである。
【００７６】
上記式（Ｖ−ａ）で表されるジアミン化合物は、下記式（Ｖ−ｂ）又は（Ｖ−ｃ）で表されることが好ましい。
【００７７】
【化２３】
2017130604.tif 000025
【００７８】
【化２４】
2017130604.tif 000026
【００７９】
式（Ｖ−ｂ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ１２は、それぞれ上記式（Ｉ−ｂ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ１２と同義であり、好ましい形態も同じである。
式（Ｖ−ｃ）中、Ｒｆ１〜Ｒｆ１０及びＲｆ１３〜Ｒｆ１８は、それぞれ上記式（Ｉ−ｃ）におけるＲｆ１〜Ｒｆ１０及びＲｆ１３〜Ｒｆ１８と同義であり、好ましい形態も同じである。
【００８０】
式（Ｖ）で表されるジアミン化合物の好ましい具体例としては、例えば下記に示すものが挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。なお、下記具体例中の＊は−ＮＨ２を表す。
【００８１】
【化２５】
2017130604.tif 000027
【００８２】
【化２６】
2017130604.tif 000028
【００８３】
【化２７】
2017130604.tif 000029
【００８４】
【化２８】
2017130604.tif 000030
【００８５】
【化２９】
2017130604.tif 000031
【００８６】
【化３０】
2017130604.tif 000032
【００８７】
【化３１】
2017130604.tif 000033
【００８８】
【化３２】
2017130604.tif 000034
【００８９】
【化３３】
2017130604.tif 000035
【００９０】
【化３４】
2017130604.tif 000036
【００９１】
また、本発明に用いうるポリイミド化合物の合成において、原料とするジアミン化合物として、上記式（Ｖ）で表されるジアミン化合物に加えて、下記式（VII−ａ）又は下記式（VII−ｂ）で表されるジアミン化合物を用いてもよい。
【００９２】
【化３５】
2017130604.tif 000037
【００９３】
式（VII−ａ）中、Ｒ４及びｌ１は、それぞれ上記式（II−ａ）におけるＲ４及びｌ１と同義であり、好ましい形態も同じである。
式（VII−ｂ）中、Ｒ５、Ｒ６、Ｘ４、ｍ１及びｎ１は、それぞれ上記式（II−ｂ）におけるＲ５、Ｒ６、Ｘ４、ｍ１及びｎ１と同義であり、好ましい形態も同じである。但し、式（VII−ｂ）で表されるジアミン化合物は、式（Ｖ）で表されるジアミン化合物ではない。
【００９４】
式（VII−ａ）又は（VII−ｂ）で表されるジアミン化合物として、例えば下記に示すものを用いることができる。
【００９５】
【化３６】
2017130604.tif 000038
【００９６】
【化３７】
2017130604.tif 000039
【００９７】
上記式（IV）で表されるモノマーと、上記式（Ｖ）、（VII−ａ）又は（VII−ｂ）で表されるモノマーは、予めオリゴマー又はプレポリマーとして用いてもよい。本発明に用いるポリイミド化合物は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体のいずれでもよい。
【００９８】
本発明に用いるポリイミド化合物は、上記各原料を溶媒中に混合して、上記のように通常の方法で縮合重合させて得ることができる。
上記溶媒としては、特に限定されず、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系有機溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の脂肪族ケトン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルブチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルシクロペンチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系有機溶剤、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系有機溶剤、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄系有機溶剤などが挙げられる。これらの有機溶剤は反応基質であるテトラカルボン酸二無水物、ジアミン化合物、反応中間体であるポリアミック酸、さらに最終生成物であるポリイミド化合物を溶解させることを可能とする範囲で適切に選択されるものであり、好ましくは、エステル系有機溶剤（好ましくは酢酸ブチル）、脂肪族ケトン（好ましくは、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン）、エーテル系有機溶剤（ジエチレングリコールモノメチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル）、アミド系有機溶剤（好ましくはＮ−メチルピロリドン）、含硫黄系有機溶剤（ジメチルスルホキシド、スルホラン）が好ましい。また、これらは、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００９９】
重合反応温度に特に制限はなく、ポリイミド化合物の合成において通常採用されうる温度を採用することができる。具体的には−４０〜６０℃であることが好ましく、より好ましくは−３０〜５０℃である。
【０１００】
上記の重合反応により生成したポリアミック酸を分子内で脱水閉環反応させることによりイミド化することで、ポリイミド化合物が得られる。脱水閉環させる方法としては、一般的な成書（例えば、今井淑夫、横田力男編著、「最新ポリイミド〜基礎と応用〜」、株式会社エヌ・ティー・エス、２０１０年８月２５日、ｐ．３〜４９、など）に記載の方法を参考とすることができる。例えば、１２０℃〜２００℃に加熱して、副生する水を系外に除去しながら反応させる熱イミド化法や、ピリジンやトリエチルアミン、ＤＢＵのような塩基性触媒共存下で、無水酢酸やジシクロヘキシルカルボジイミド、亜リン酸トリフェニルのような脱水縮合剤を用いるいわゆる化学イミド化等の手法が好適に用いられる。
【０１０１】
本発明において、ポリイミド化合物の重合反応液中のテトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物の総濃度は特に限定されるものではなく、５〜７０質量％が好ましく、５〜５０質量％がより好ましく、さらに好ましくは５〜３０質量％である。
【０１０２】
［ガス分離膜］
〔ガス分離複合膜〕
本発明のガス分離膜の好ましい態様であるガス分離複合膜は、ガス透過性の支持層の上側に、特定のポリイミド化合物を含有してなるガス分離層が形成されている。この複合膜は、多孔質の支持体の少なくとも表面に、上記ポリイミド化合物を含有する塗布液（ドープ）を塗布して上記ガス分離層を形成することにより製造することが好ましい。なお、本明細書において塗布とは浸漬により表面に付着される態様を含む意味である。
図１は、本発明の好ましい実施形態であるガス分離複合膜１０を模式的に示す縦断面図である。１はガス分離層、２は多孔質層からなる支持層である。図２は、本発明の好ましい実施形態であるガス分離複合膜２０を模式的に示す断面図である。この実施形態では、ガス分離層１及び多孔質層２に加え、支持層として不織布層３が追加されている。この実施形態では、ガス透過性の支持層が、ガス分離層１側の多孔質層２、及びその逆側の不織布層３を含み、上記ガス分離層１は上記ガス透過性の支持層の上側に備えられている。すなわち、ガス分離複合膜２０では、ガス分離層１と、多孔質層２と、不織布層３とが、この順に設けられている。
図１及び２は、二酸化炭素とメタンとの混合ガスから二酸化炭素を選択的に透過させることにより、透過ガスを二酸化炭素リッチにした態様を示す。
【０１０３】
本明細書において「支持層上側」とは、支持層とガス分離層との間に他の層が介在してもよい意味である。また、上下の表現については、特に断らない限り、分離対象となるガスが供給される側を「上」とし、分離されたガスが排出される側を「下」とする。
【０１０４】
本発明のガス分離複合膜は、多孔質性の支持体（支持層）の表面ないし内面にガス分離層を形成・配置するようにしてもよく、少なくとも表面に形成して簡便に複合膜とすることができる。多孔質性の支持体の少なくとも表面にガス分離層を形成することで、高分離選択性と高ガス透過性、更には機械的強度を兼ね備えるという利点を有する複合膜とすることができる。分離層の膜厚としては機械的強度、分離選択性を維持しつつ高ガス透過性を付与する条件において可能な限り薄膜であることが好ましい。
【０１０５】
本発明のガス分離複合膜において、ガス分離層の厚さは特に限定されず、０．０１〜５．０μｍであることが好ましく、０．０５〜２．０μｍであることがより好ましい。
【０１０６】
支持層に好ましく適用される多孔質支持体（多孔質層）は、機械的強度及び高気体透過性の付与に合致する目的のものであれば、特に限定されるものではなく、有機、無機どちらの素材であっても構わない。好ましくは有機高分子の多孔質層である。その厚さは好ましくは１〜３０００μｍ、より好ましくは５〜５００μｍであり、さらに好ましくは５〜１５０μｍである。この多孔質層の細孔構造は、通常平均細孔直径が１０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下である。空孔率は好ましくは２０〜９０％であり、より好ましくは３０〜８０％である。
ここで、支持層が「ガス透過性」を有するとは、支持層（支持層のみからなる膜）に対して、４０℃の温度下、ガス供給側の全圧力を５ＭＰａにして二酸化炭素を供給した際に、二酸化炭素の透過速度が１×１０−５ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ（１０ＧＰＵ）以上であることを意味する。さらに、支持層のガス透過性は、４０℃の温度下、ガス供給側の全圧力を５ＭＰａにして二酸化炭素を供給した際に、二酸化炭素透過速度が３×１０−５ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ（３０ＧＰＵ）以上であることが好ましく、１００ＧＰＵ以上であることがより好ましく、２００ＧＰＵ以上であることがさらに好ましい。多孔質層の素材としては、従来公知の高分子、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂等、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等、ポリスチレン、酢酸セルロース、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアラミド等の各種樹脂を挙げることができる。多孔質層の形状としては、平板状、スパイラル状、管状、中空糸状などいずれの形状をとることもできる。
【０１０７】
本発明のガス分離複合膜においては、ガス分離膜を形成する支持層の下部にさらに機械的強度を付与するために支持体が形成されていることが好ましい。このような支持体としては、織布、不織布、ネット等が挙げられ、製膜性及びコスト面から不織布が好適に用いられる。不織布としてはポリエステル、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリアミド等からなる繊維を単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよい。不織布は、例えば、水に均一に分散した主体繊維とバインダー繊維とを円網や長網等で抄造し、ドライヤーで乾燥することにより製造できる。また、毛羽を除去したり機械的性質を向上させたりする等の目的で、不織布を２本のロールに挟んで圧熱加工を施すことも好ましい。
【０１０８】
＜ガス分離複合膜の製造方法＞
本発明のガス分離複合膜の製造方法は、好ましくは、上記ポリイミド化合物を含有する塗布液を支持体上に塗布してガス分離層を形成することを含む製造方法が好ましい。塗布液中のポリイミド化合物の含有量は特に限定されず、０．１〜３０質量％であることが好ましく、０．５〜１０質量％であることがより好ましい。ポリイミド化合物の含有量が低すぎると、多孔質支持体上にガス分離層を形成した際に、塗布液が容易に下層に浸透するためにガス分離に寄与する表層に欠陥が生じる可能性が高くなる。また、ポリイミド化合物の含有量が高すぎると、多孔質支持体上にガス分離層を形成した際に、塗布液が孔内に高濃度に充填され、ガス透過性が低くなる可能性がある。本発明のガス分離膜は、分離層のポリマーの分子量、構造、組成さらには溶液粘度を調整することで適切に製造することができる。
【０１０９】
塗布液の媒体とする有機溶剤としては、特に限定されず、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン等の炭化水素系有機溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系有機溶剤、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等のアルコール系有機溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の脂肪族ケトン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル又は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、トリエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルシクロペンチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系有機溶剤、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。これらの有機溶剤は支持体を浸蝕するなどの悪影響を及ぼさない範囲で適切に選択されるものであり、好ましくは、エステル系有機溶剤（好ましくは酢酸ブチル）、アルコール系有機溶剤（好ましくはメタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール）、脂肪族ケトン（好ましくは、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン）、エーテル系有機溶剤（エチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、メチルシクロペンチルエーテル）が好ましく、さらに好ましくは脂肪族ケトン、アルコール系有機溶剤、エーテル系有機溶剤である。またこれらは、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１１０】
（支持層とガス分離層の間の他の層）
本発明のガス分離複合膜において、支持層とガス分離層との間には他の層が存在していてもよい。他の層の好ましい例として、シロキサン化合物層が挙げられる。シロキサン化合物層を設けることで、支持体最表面の凹凸を平滑化することができ、分離層の薄層化が容易になる。シロキサン化合物層を形成するシロキサン化合物としては、主鎖がポリシロキサンからなるものと、主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造とを有する化合物とが挙げられる。
本明細書において「シロキサン化合物」という場合、特に断りのない限り、オルガノポリシロキサン化合物を意味する。
【０１１１】
−主鎖がポリシロキサンからなるシロキサン化合物−
シロキサン化合物層に用いうる、主鎖がポリシロキサンからなるシロキサン化合物としては、下記式（１）又は（２）で表されるポリオルガノシロキサンの１種又は２種以上が挙げられる。また、これらのポリオルガノシロキサンは架橋反応物を形成していてもよい。この架橋反応物としては、例えば、下記式（１）で表される化合物が、下記式（１）の反応性基ＸＳと反応して連結する基を両末端に有するポリシロキサン化合物により架橋された形態の化合物が挙げられる。
【０１１２】
【化３８】
2017130604.tif 000040
【０１１３】
式（１）中、ＲＳは非反応性基であって、アルキル基（好ましくは炭素数１〜１８、より好ましくは炭素数１〜１２のアルキル基）又はアリール基（好ましくは炭素数６〜１５、より好ましくは炭素数６〜１２のアリール基、さらに好ましくはフェニル）であることが好ましい。
ＸＳは反応性基であって、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、ヒドロキシル基、及び置換アルキル基（好ましくは炭素数１〜１８、より好ましくは炭素数１〜１２のアルキル基）から選ばれる基であることが好ましい。
ＹＳ及びＺＳは上記ＲＳ又はＸＳである。
ｍは１以上の数であり、好ましくは１〜１００，０００である。
ｎは０以上の数であり、好ましくは０〜１００，０００である。
【０１１４】
【化３９】
2017130604.tif 000041
【０１１５】
式（２）中、ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ、ＲＳ、ｍ及びｎは、それぞれ式（１）のＸＳ、ＹＳ、ＺＳ、ＲＳ、ｍ及びｎと同義である。
【０１１６】
上記式（１）及び（２）において、非反応性基ＲＳがアルキル基である場合、このアルキル基の例としては、メチル、エチル、へキシル、オクチル、デシル、及びオクタデシルを挙げることができる。また、非反応性基ＲＳがフルオロアルキル基である場合、このフルオロアルキル基としては、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＦ３、−ＣＨ２ＣＨ２Ｃ６Ｆ１３が挙げられる。
【０１１７】
上記式（１）及び（２）において、反応性基ＸＳが置換アルキル基である場合、このアルキル基の例としては、炭素数１〜１８のヒドロキシアルキル基、炭素数１〜１８のアミノアルキル基、炭素数１〜１８のカルボキシアルキル基、炭素数１〜１８のクロロアルキル基、炭素数１〜１８のグリシドキシアルキル基、グリシジル基、炭素数７〜１６のエポキシシクロへキシルアルキル基、炭素数４〜１８の（１−オキサシクロブタン−３−イル）アルキル基、メタクリロキシアルキル基、及びメルカプトアルキル基が挙げられる。
上記ヒドロキシアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。ヒドロキシアルキル基は、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＯＨが挙げられる。
上記アミノアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。アミノアルキル基は、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２が挙げられる。
上記カルボキシアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。カルボキシアルキル基は、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＨが挙げられる。
上記クロロアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。クロロアルキル基は、例えば、−ＣＨ２Ｃｌが挙げられる。
上記グリシドキシアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。グリシドキシアルキル基は、例えば、３−グリシジルオキシプロピルが挙げられる。
上記炭素数７〜１６のエポキシシクロへキシルアルキル基の炭素数は８〜１２の整数であることが好ましい。
炭素数４〜１８の（１−オキサシクロブタン−３−イル）アルキル基の炭素数は４〜１０の整数であることが好ましい。
上記メタクリロキシアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。メタクリロキシアルキル基は、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−ＯＯＣ−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２が挙げられる。
上記メルカプトアルキル基を構成するアルキル基の炭素数は１〜１０の整数であることが好ましい。メルカプトアルキル基は、例えば、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＳＨが挙げられる。
ｍ及びｎは、化合物の分子量が５，０００〜１，０００，０００になる数であることが好ましい。
【０１１８】
上記式（１）及び（２）において、反応性基含有シロキサン単位（式中、その数がｎで表される構成単位）と反応性基を有さないシロキサン単位（式中、その数がｍで表される構成単位）との分布に特に制限はない。すなわち、式（１）及び（２）中、（Ｓｉ（ＲＳ）（ＲＳ）−Ｏ）単位と（Ｓｉ（ＲＳ）（ＸＳ）−Ｏ）単位とはランダムに分布していてもよい。
【０１１９】
−主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造とを有する化合物−
シロキサン化合物層に用いうる、主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造とを有する化合物としては、例えば、下記式（３）〜（７）で表される化合物が挙げられる。
【０１２０】
【化４０】
2017130604.tif 000042
【０１２１】
式（３）中、ＲＳ、ｍ及びｎは、それぞれ式（１）のＲＳ、ｍ及びｎと同義である。ＲＬは−Ｏ−又は−ＣＨ２−であり、ＲＳ１は水素原子又はメチルである。式（３）の両末端はアミノ基、水酸基、カルボキシ基、トリメチルシリル基、エポキシ基、ビニル基、水素原子、又は置換アルキル基であることが好ましい。
【０１２２】
【化４１】
2017130604.tif 000043
【０１２３】
式（４）中、ｍ及びｎは、それぞれ式（１）におけるｍ及びｎと同義である。
【０１２４】
【化４２】
2017130604.tif 000044
【０１２５】
式（５）中、ｍ及びｎは、それぞれ式（１）におけるｍ及びｎと同義である。
【０１２６】
【化４３】
2017130604.tif 000045
【０１２７】
式（６）中、ｍ及びｎは、それぞれ式（１）におけるｍ及びｎと同義である。式（６）の両末端はアミノ基、水酸基、カルボキシ基、トリメチルシリル基、エポキシ基、ビニル基、水素原子、又は置換アルキル基が結合していることが好ましい。
【０１２８】
【化４４】
2017130604.tif 000046
【０１２９】
式（７）中、ｍ及びｎは、それぞれ式（１）におけるｍ及びｎと同義である。式（７）の両末端はアミノ基、水酸基、カルボキシ基、トリメチルシリル基、エポキシ基、ビニル基、水素原子、又は置換アルキル基が結合していることが好ましい。
【０１３０】
上記式（３）〜（７）において、シロキサン構造単位と非シロキサン構造単位とは、ランダムに分布していてもよい。
【０１３１】
主鎖にシロキサン構造と非シロキサン構造とを有する化合物は、全繰り返し構造単位の合計モル数に対して、シロキサン構造単位を５０モル％以上含有することが好ましく、７０モル％以上含有することがさらに好ましい。
【０１３２】
シロキサン化合物層に用いるシロキサン化合物の重量平均分子量は、薄膜化と耐久性の両立の観点から、５，０００〜１，０００，０００であることが好ましい。重量平均分子量の測定方法は上述したとおりである。
【０１３３】
さらに、シロキサン化合物層を構成するシロキサン化合物の好ましい例を以下に列挙する。
ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリスルホン−ポリヒドロキシスチレン−ポリジメチルシロキサン共重合体、ジメチルシロキサン−メチルビニルシロキサン共重合体、ジメチルシロキサン−ジフェニルシロキサン−メチルビニルシロキサン共重合体、メチル−３，３，３−トリフルオロプロピルシロキサン−メチルビニルシロキサン共重合体、ジメチルシロキサン−メチルフェニルシロキサン−メチルビニルシロキサン共重合体、ジフェニルシロキサン−ジメチルシロキサン共重合体末端ビニル、ポリジメチルシロキサン末端ビニル、ポリジメチルシロキサン末端Ｈ、及びジメチルシロキサン−メチルハイドロシロキサン共重合体から選ばれる１種又は２種以上。なお、これらの化合物には架橋反応物を形成している形態も含まれる。
【０１３４】
本発明のガス分離複合膜において、シロキサン化合物層の厚さは、平滑性及びガス透過性の観点から、０．０１〜５μｍであることが好ましく、０．０５〜１μｍであることがより好ましい。
また、シロキサン化合物層の４０℃、４ＭＰａにおける気体透過率は二酸化炭素透過速度で１００ＧＰＵ以上であることが好ましく、３００ＧＰＵ以上であることがより好ましく、１０００ＧＰＵ以上であることがさらに好ましい。
【０１３５】
〔ガス分離非対称膜〕
本発明のガス分離膜は、非対称膜であってもよい。非対称膜は、ポリイミド化合物を含む溶液を用いて相転換法によって形成することができる。相転換法は、ポリマー溶液を凝固液と接触させて相転換させながら膜を形成する公知の方法であり、本発明ではいわゆる乾湿式法が好適に用いられる。乾湿式法は、膜形状にしたポリマー溶液の表面の溶液を蒸発させて薄い緻密層を形成し、ついで凝固液に浸漬し、その際生じる相分離現象を利用して微細孔を形成して多孔質層を形成させる方法であり、ロブ・スリラージャンらが提案（例えば、米国特許第３，１３３，１３２号明細書）したものである。なお、凝固液はポリマー溶液の溶媒とは相溶し、ポリマーは不溶な溶剤である。
【０１３６】
ガス分離非対称膜において、緻密層あるいはスキン層と呼ばれるガス分離に寄与する表層の厚さは特に限定されず、実用的なガス透過性を付与する観点から、０．０１〜５．０μｍであることが好ましく、０．０５〜１．０μｍであることがより好ましい。一方、緻密層より下部の多孔質層はガス透過性の抵抗を下げると同時に機械強度の付与の役割を担うものであり、その厚さは非対称膜としての自立性が付与される限りにおいては特に限定されず、５〜５００μｍであることが好ましく、５〜２００μｍであることがより好ましく、５〜１００μｍであることがさらに好ましい。
【０１３７】
ガス分離非対称膜は、平膜であってもあるいは中空糸膜であってもよい。非対称中空糸膜は乾湿式紡糸法により製造することができる。乾湿式紡糸法は、紡糸ノズルから吐出して中空糸状の目的形状としたポリマー溶液に、乾湿式法を適用して非対称中空糸膜を製造する方法である。より詳しくは、ポリマー溶液をノズルから中空糸状の目的形状に吐出させ、吐出直後に空気又は窒素ガス雰囲気中を通す。その後、ポリマーを実質的には溶解せず且つポリマー溶液の溶媒とは相溶性を有する凝固液に浸漬して非対称構造を形成する。その後乾燥し、さらに必要に応じて加熱処理して分離膜を製造する方法である。
【０１３８】
ノズルから吐出させるポリイミド化合物を含む溶液の溶液粘度は、吐出温度（例えば１０℃）で２〜１７０００Ｐａ・ｓ、好ましくは１０〜１５００Ｐａ・ｓ、特に好ましくは２０〜１０００Ｐａ・ｓであり、中空糸状などの吐出後の形状を安定に得ることができる。凝固液への浸漬は、一次凝固液に浸漬して中空糸状等の膜の形状が保持出来る程度に凝固させた後、案内ロールに巻き取り、ついで二次凝固液に浸漬して膜全体を十分に凝固させることが好ましい。凝固した膜の乾燥は、凝固液を炭化水素などの溶媒に置換してから行うのが効率的である。乾燥のための加熱処理は、用いたポリイミド化合物の軟化点又は二次転移点よりも低い温度で実施することが好ましい。
【０１３９】
〔ガス分離層の上側の保護層〕
本発明のガス分離膜は、上記ガス分離層に接してシロキサン化合物層が保護層として設けられていてもよい。
上記シロキサン化合物層は、下記数式（Ｉ）で表されるクロロホルム浸漬前後のＳｉ比が０．６〜１．０の範囲内にあることが好ましい。
【０１４０】
数式（Ｉ）
Ｓｉ比＝（クロロホルム浸漬後のＳｉ−ＫαＸ線強度）／（クロロホルム浸漬前のＳｉ−ＫαＸ線強度）
【０１４１】
Ｓｉ比は、シロキサン化合物層をクロロホルム中に、２５℃で１２時間浸漬し、この浸漬前後のシロキサン化合物層表面にＸ線を照射し、そのＳｉ−ＫαＸ線（１．７４ｋｅＶ）のピーク（２θ＝１４４．６ｄｅｇ）の強度を測定することにより算出される。Ｓｉ−ＫαＸ線強度の測定方法は、例えば特開平６−８８７９２号公報に記載されている。クロロホルム中への浸漬により、浸漬前に比べてＳｉ−ＫαＸ線強度が低下する場合、低分子量成分が存在し、これが溶出していることを意味する。したがって、クロロホルム中への浸漬後において、Ｓｉ−ＫαＸ線強度の低下度合が小さい程、シロキサン化合物層を構成するポリマーがより高分子化され、クロロホルム中に溶出しにくくなっていることを意味する。
【０１４２】
シロキサン化合物層のＳｉ比が０．６〜１．０の範囲内であることにより、シロキサン化合物を層中に、高密度且つ均質に存在させることができ、膜欠陥を効果的に防ぎ、ガス分離性能をより高めることができる。また、高圧、高温且つ高湿条件下における使用や、トルエン等の不純物成分によるガス分離層の可塑化をより抑えることが可能となる。
本発明におけるシロキサン化合物層のＳｉ比は、０．７〜１．０が好ましく、０．７５〜１．０がより好ましく、０．８〜１．０がさらに好ましく、０．８５〜１．０が特に好ましい。
【０１４３】
保護層に用いる上記シロキサン化合物層は、シロキサン化合物同士が、＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊、＊−Ｓ−Ｍ−Ｓ−＊、＊−ＮＲａＣ（＝Ｏ）−＊、＊−ＮＲｂＣ（＝Ｏ）ＮＲｂ−＊、＊−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−＊、＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊、＊−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−＊、＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊、＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊、＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊、＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊、＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊、＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊、＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊、＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊、＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊、＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−Ｎ＋（Ｒｄ）３−＊、＊−ＳＯ３−Ｎ＋（Ｒｅ）３−＊及び＊−ＰＯ３−Ｎ＋（Ｒｆ）３−＊から選ばれる連結基を介して連結した構造を有することが好ましい。
式中、Ｍは２〜４価の金属原子を示す。Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、及びＲｆは水素原子又はアルキル基を示す。＊は連結部位を示す。
【０１４４】
上記金属原子Ｍとしては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ガリウム（Ｇａ）、バナジウム（Ｖ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）及びホウ素（Ｂ）から選ばれる金属原子が挙げられ、なかでもＴｉ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ及びＢから選ばれる金属原子が好ましく、Ｔｉ、Ｉｎ、及びＡｌから選ばれる金属原子がより好ましく、Ａｌがさらに好ましい。
【０１４５】
上記Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、及びＲｆとして採り得るアルキル基は、好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１０、さらに好ましくは炭素数１〜７、特に好ましくは炭素数１〜４のアルキル基である。このアルキル基は直鎖でも分岐を有してもよく、直鎖であることがより好ましい。このアルキル基の好ましい具体例として、例えばメチル、エチル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、及び１−エチルペンチルを挙げることができる。
【０１４６】
シロキサン化合物同士が上記連結基を介して連結した構造を有することにより、シロキサン化合物層のＳｉ比を上記好ましい範囲内にまでより高めやすくなる。
【０１４７】
シロキサン化合物同士を、上記連結基を介して連結する反応について以下に説明する。
【０１４８】
＜＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊＞
上記連結基＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊は、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホ基等の−ＯＨを有する基（活性水素含有基）を有するシロキサン化合物と、下記式（Ｂ）で表される金属錯体（架橋剤）との間の配位子交換反応により形成することができる。
【０１４９】
【化４５】
2017130604.tif 000047
【０１５０】
式中、Ｍは上記金属原子Ｍと同義であり、好ましい形態も同じである。ＬＬはアルコキシ基、アリールオキシ基、アセチルアセトナト基、アシルオキシ基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子を示す。ｙは２〜４の整数を示す。
ＬＬとして採りうるアルコキシ基は、その炭素数が１〜１０が好ましく、１〜４がより好ましく、１〜３がさらに好ましい。ＬＬとして採りうるアルコキシ基の具体例としては、例えば、メトキシ、エトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、及びイソプロポキシが挙げられる。
ＬＬとして採りうるアリールオキシ基は、その炭素数が６〜１０が好ましく、６〜８がより好ましく、６〜７がさらに好ましい。ＬＬとして採りうるアリールオキシ基の具体例としては、例えば、フェノキシ、４−メトキシフェノキシ、及びナフトキシを挙げることができる。
ＬＬとして採りうるアシルオキシ基は、その炭素数が、２〜１０が好ましく、２〜６がより好ましく、２〜４がさらに好ましい。ＬＬとして採りうるアシルオキシ基の具体例としては、例えば、アセトキシ、プロパノイルオキシ、ピバロイルオキシ、及びアセチルオキシを挙げることができる。
ＬＬとして採りうるハロゲン原子は特に制限はなく、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。なかでも塩素原子が好ましい。
【０１５１】
上記式（Ｂ）で表される金属錯体は、シロキサン化合物層を形成する際の塗布液に用いる有機溶媒に対して可溶であることが好ましい。より具体的には、２５℃において、テトラヒドロフラン１００ｇに対して上記式（Ｂ）で表される金属錯体の溶解度が０．０１〜１０ｇであることが好ましく、０．１〜１．０ｇであることがより好ましい。上記式（Ｂ）で表される金属錯体が上記有機溶媒に対して可溶であることにより、より均質な金属架橋シロキサン化合物層を形成することができる。
【０１５２】
上記式（Ｂ）で表される金属錯体の好ましい具体例としては、アルミニウムアセチルアセトナト、ガリウムアセチルアセトナト、インジウムアセチルアセトナト、ジルコニウムアセチルアセトナト、コバルトアセチルアセトナト、カルシウムアセチルアセトナト、ニッケルアセチルアセトナト、亜鉛アセチルアセトナト、マグネシウムアセチルアセトナト、塩化第二鉄、酢酸銅（ＩＩ）、アルミニウムイソプロポキシド、チタニウムイソプロポキシド、ホウ酸、及び三フッ化ホウ素・ジエチルエーテル錯体から選ばれる金属錯体が挙げられる。
【０１５３】
上記配位子交換反応の一例を示すと下記の通りである。なお、下記例はシロキサン化合物がヒドロキシ基を有する場合を示すが、シロキサン化合物がカルボキシ基やスルホ基等の活性水素含有基を有する場合にも、同様の配位子交換反応が進行し、＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基が形成される。
【０１５４】
【化４６】
2017130604.tif 000048
【０１５５】
式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示す。すなわちＲＰ−ＯＨはヒドロキシ基を有するシロキサン化合物を示す。
Ｍが４価の金属原子（ｙ＝４）の場合、ＲＰ−ＯＨは１つのＭに対して通常４つまで配位しうる（上記（ａ）の形態）。本発明においては、Ｍが４価の金属原子の場合には、ＲＰ−ＯＨが２つ配位した形態（上記（ｃ）の形態）、３つ配位した形態（上記（ｂ）の形態）、及び４つ配位した形態（上記（ａ）の形態）いずれの形態も、＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
また、上記式には示していないが、上記シロキサン化合物ＲＰ−ＯＨがＲＰ１−（ＯＨ）ｈで表される場合（ＲＰ１はシロキサン化合物残基、ｈは２以上の整数、すなわち１分子中にヒドロキシ基を２つ以上有する形態である場合）、ＲＰ１−（ＯＨ）ｈの１分子中に存在する２つ以上のＯＨが１つのＭに配位していてもよい。この形態も＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
【０１５６】
Ｍが３価の金属原子の場合（ｙ＝３）、ＲＰ−ＯＨは１つのＭに対して通常３つまで配位しうる（上記（ｄ）の形態）。本発明においては、Ｍが３価の金属原子の場合には、ＲＰ−ＯＨが２つ配位した形態（上記（ｅ）の形態）、３つ配位した形態（上記（ｄ）の形態）のいずれの形態も、＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
また、上記式には示していないが、上記シロキサン化合物ＲＰ−ＯＨがＲＰ１−（ＯＨ）ｈで表される場合（ＲＰ１はシロキサン化合物残基、ｈは２以上の整数、すなわち１分子中にヒドロキシ基を２つ以上有する形態である場合）、ＲＰ１−（ＯＨ）ｈの１分子中に存在する２つ以上のＯＨが１つのＭに配位していてもよい。この形態も＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
【０１５７】
Ｍが２価の金属原子の場合（ｙ＝２）、上記（ｆ）の形態が、本発明で規定する＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基を有する形態である。
また、上記式には示していないが、上記シロキサン化合物ＲＰ−ＯＨがＲＰ１−（ＯＨ）ｈで表される場合（ＲＰ１はシロキサン化合物残基、ｈは２以上の整数、すなわち１分子中にヒドロキシ基を２つ以上有する形態である場合）、ＲＰ１−（ＯＨ）ｈの１分子中に存在する２つ以上のＯＨが１つのＭに配位していてもよい。この形態も＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊で表される連結基を有する形態に包含されるものとする。
【０１５８】
＜＊−Ｓ−Ｍ−Ｓ−＊＞
上記連結構造＊−Ｓ−Ｍ−Ｓ−＊は、例えば、チオール基を有するシロキサン化合物と、上記式（Ｂ）で表される金属錯体との間の配位子交換反応により形成することが出来る。この反応は、上述した＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊を形成するための反応においてＲＰ−ＯＨをＲＰ−ＳＨに代えた反応形態である。−ＳＨも活性水素含有基であるため、上記と同様に配位子交換反応を行うことができる。
【０１５９】
＜＊−ＮＲａＣ（＝Ｏ）−＊＞
上記連結基＊−ＮＲａＣ（＝Ｏ）−＊は、例えば、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを、脱水縮合剤（例えばカルボジイミド化合物）の存在下で反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
ＲＰ−ＣＯＯＨ  ＋  ＲＰ−Ｎ（Ｒａ）２
⇒  ＲＰ−Ｃ（＝Ｏ）−ＮＲａ−ＲＰ  ＋  Ｈ２Ｏ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示す。左辺において１つのＮ原子に連結する２つのＲａのうち１つは水素原子であり、残りは水素原子又はアルキル基である。つまり、右辺のＲａは水素原子又はアルキル基である。
また、上記連結基は、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を２つ以上有する化合物とを反応させることで形成することもできる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、カルボキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成させることができる。
【０１６０】
＜＊−ＮＲｂＣ（＝Ｏ）ＮＲｂ−＊＞
上記連結基＊−ＮＲｂＣ（＝Ｏ）ＮＲｂ−＊は、例えば、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのクロロギ酸エステルとを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
２ＲＰ−Ｎ（Ｒｂ）２  ＋  Ｃｌ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−ＲＣｌ
⇒  ＲＰ−ＲｂＮ−Ｃ（＝Ｏ）−ＮＲｂ−ＲＰ  ＋  ＨＣｌ  ＋  ＨＯ−ＲＣｌ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示し、ＲＣｌはクロロギ酸エステルのアルコール残基を示す。左辺において１つのＮ原子に連結する２つのＲｂのうち１つは水素原子であり、残りは水素原子又はアルキル基である。つまり、右辺のＲｂは水素原子又はアルキル基である。
【０１６１】
＜＊−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−＊＞
上記連結基＊−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−＊は、例えば、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのホルムアルデヒドとを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
２ＲＰ−ＯＨ  ＋  Ｈ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｈ
⇒  ＲＰ−Ｏ−ＣＨ（Ｏ−ＲＰ）−Ｈ  ＋  Ｈ２Ｏ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示す。
【０１６２】
＜＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊＞
上記連結基＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊は、例えば、チオール基を有するシロキサン化合物と、ビニル基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
ＲＰ−ＳＨ  ＋  ＲＰ−ＣＨ＝ＣＨ２
⇒  ＲＰ−Ｓ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＲＰ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示す。
なお、チオール基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、ビニル基を２つ以上有する化合物とを反応させた場合にも、上記連結基を形成させることができる。また、ビニル基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、チオール基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
【０１６３】
＜＊−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−＊＞
上記連結基＊−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−＊は、例えば、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのクロロギ酸エステルとを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
２ＲＰ−ＯＨ  ＋  Ｃｌ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−ＲＣｌ
⇒  ＲＰ−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−ＲＰ  ＋  ＨＣｌ  ＋  ＨＯ−ＲＣｌ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示し、ＲＣｌはクロロギ酸エステルのアルコール残基を示す。
【０１６４】
＜＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−Ｎ＋（Ｒｄ）３−＊＞
上記連結基＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−Ｎ＋（Ｒｄ）３−＊は、例えば、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
ＲＰ−ＣＯＯＨ  ＋  ＲＰ−Ｎ（Ｒｄ）２
⇒  ＲＰ−ＣＯ−Ｏ−Ｎ＋Ｈ（Ｒｄ）２−ＲＰ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示す。Ｒｄは水素原子又はアルキル基を示す。
なお、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結構造を形成することができる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、カルボキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
【０１６５】
＜＊−ＳＯ３−Ｎ＋（Ｒｅ）３−＊＞
上記連結基＊−ＳＯ３−Ｎ＋（Ｒｅ）３−＊は、例えば、スルホ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
ＲＰ−ＳＯ３Ｈ  ＋  ＲＰ−Ｎ（Ｒｅ）２
⇒  ＲＰ−ＳＯ２−Ｏ−Ｎ＋Ｈ（Ｒｅ）２−ＲＰ
上記式中、ＲＰはシロキサン化合物残基を示す。Ｒｅは水素原子又はアルキル基を示す。
なお、スルホ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、スルホ基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
【０１６６】
＜＊−ＰＯ３Ｈ−Ｎ＋（Ｒｆ）３−＊＞
上記連結構造＊−ＰＯ３Ｈ−Ｎ＋（Ｒｆ）３−＊は、例えば、ホスホン酸基を有するセルロース樹脂と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることにより形成することができる。この反応は下記式で表すことができる。
ＲＰ−ＰＯ３Ｈ２  ＋  ＲＰ−Ｎ（Ｒｆ）２
⇒  ＲＰ−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）−Ｏ−Ｎ＋Ｈ（Ｒｆ）２−ＲＰ
上記式中、ＲＰはシロキサン残基を示す。Ｒｆは水素原子又はアルキル基を示す。
なお、ホスホン酸基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としてのアミノ基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。また、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、スルホン酸基を２つ以上有する化合物とを反応させることによっても、上記連結基を形成することができる。
【０１６７】
＜＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、カルボキシ基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成することができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、カルボキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させたり、カルボキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
【０１６８】
＜＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成することができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、ヒドロキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させたり、ヒドロキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
【０１６９】
＜＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、チオール基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成することができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、チオール基を２つ以上有する化合物とを反応させたり、チオール基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
【０１７０】
＜＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊は、例えば、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、アミノ基を有するシロキサン化合物とを反応させることで形成することができる。
また、上記連結基は、エポキシ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、アミノ基を２つ以上有する化合物とを反応させたり、アミノ基を有するシロキサン化合物と、架橋剤としての、エポキシ基を２つ以上有する化合物とを反応させたりすることで形成することもできる。
【０１７１】
＜＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊は、上述した＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＣＯ−＊の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
【０１７２】
＜＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊は、上述した＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｏ−＊の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
【０１７３】
＜＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊は、上述した＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｓ−＊の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
【０１７４】
＜＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊は、上述した＊−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＮＲｃ−＊の形成において、エポキシ基をオキセタニル基に代えることで形成することができる。
【０１７５】
＜＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊＞
上記連結基＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊は、例えば、ビニル基（（メタ）アクリロイル基等）を有するシロキサン化合物同士を重合反応させることにより形成することができる。また、ビニル基を有するシロキサン化合物のビニル基と、ヒドロシリル基を有するシロキサン化合物のヒドロシリル基とを反応させることにより形成することもできる。
本発明において、＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊を介して連結した構造には、＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊を介して連結した構造は含まれないものとする。
【０１７６】
シロキサン化合物層は、上記連結構造を１種有してもよいし、２種以上有してもよい。
【０１７７】
保護層である上記シロキサン化合物層中、シロキサン化合物同士の連結構造は、連結構造を形成するための反応性、連結構造の化学的安定性の観点から、上記＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊、＊−Ｓ−Ｍ−Ｓ−＊、＊−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−＊、＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊、＊−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−＊、＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊、及び＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−Ｎ＋（Ｒｄ）３−＊から選ばれる連結基を介した連結構造の１種又は２種以上が好ましく、＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊、＊−Ｓ−Ｍ−Ｓ−＊、＊−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−＊及び＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊、＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊から選ばれる連結基を介した連結構造の１種又は２種以上がより好ましく、＊−Ｏ−Ｍ−Ｏ−＊及び＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊から選ばれる連結基を介した連結構造の１種又は２種がさらに好ましい。
【０１７８】
保護層である上記シロキサン化合物層の原料として用いるシロキサン化合物（上記連結基を介した連結構造が形成される前のシロキサン化合物）は、上記連結構造を与える官能基を有するシロキサン化合物であれば特に制限はない。このシロキサン化合物の好ましい例としては、メタクリレート変性ポリジアルキルシロキサン、メタクリレート変性ポリジアリールシロキサン、メタクリレート変性ポリアルキルアリールシロキサン、チオール変性ポリジアルキルシロキサン、チオール変性ポリジアリールシロキサン、チオール変性ポリアルキルアリールシロキサン、ヒドロキシ変性ポリジアルキルシロキサン、ヒドロキシ変性ポリジアリールシロキサン、ヒドロキシ変性ポリアルキルアリールシロキサン、アミン変性ポリジアルキルシロキサン、アミン変性ポリジアリールシロキサン、アミン変性ポリアルキルアリールシロキサン、ビニル変性ポリジアルキルシロキサン、ビニル変性ポリジアリールシロキサン、ビニル変性ポリアルキルアリールシロキサン、カルボキシ変性ポリジアルキルシロキサン、カルボキシ変性ポリジアリールシロキサン、カルボキシ変性ポリアルキルアリールシロキサン、ヒドロシリル変性ポリジアルキルシロキサン、ヒドロシリル変性ポリジアリールシロキサン、ヒドロシリル変性ポリアルキルアリールシロキサン、エポキシ変性ポリジアルキルシロキサン、エポキシ変性ポリジアリールシロキサン、エポキシ変性ポリアルキルアリールシロキサン、オキセタニル変性ポリジアルキルシロキサン、オキセタニル変性ポリジアリールシロキサン、及びオキセタニル変性ポリアルキルアリールシロキサンから選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。
また、上記例示のポリシロキサン化合物において、各官能基による変性部位は末端でもよく側鎖であってもよい。また、１分子中に２つ以上の変性部位があることが好ましい。また、上記変性により導入された各官能基はさらに置換基を有してもよい。
また、上記「ポリアルキルアリールシロキサン」におけるアルキル基とアリール基との量比に特に制限はない。すなわち、「ポリアルキルアリールシロキサン」はその構造中に、ジアルキルシロキサン構造やジアリールシロキサン構造を有していてもよい。
上記例示のシロキサン化合物において、アルキル基の炭素数は１〜１０が好ましく、１〜５がより好ましく、１〜３がさらに好ましく、メチルが特に好ましい。また、上記例示のシロキサン化合物において、アリール基の炭素数は６〜２０が好ましく、６〜１５がより好ましく、６〜１２がさらに好ましく、フェニルが特に好ましい。
【０１７９】
保護層である上記シロキサン化合物層は、下記（ａ）及び（ｂ）から選ばれる少なくとも１つの構造を有することが好ましい。
（ａ）下記一般式（１ａ）で表される構造と、下記一般式（２ａ）又は（３ａ）で表される構造とを有する構造
【０１８０】
【化４７】
2017130604.tif 000049
【０１８１】
（ｂ）下記一般式（４ａ）で表される構造
【化４８】
2017130604.tif 000050
【０１８２】
式中、ＲＳＬはアルキル基又はアリール基を示す。ＬＡは単結合又は２価の連結基を示す。ＸＡは＊−Ｏ−Ｍ１−Ｏ−＊、＊−Ｓ−Ｍ１−Ｓ−＊、＊−Ｏ−ＣＨ２−Ｏ−＊、＊−Ｓ−ＣＨ２ＣＨ２−＊、＊−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−＊、＊−ＣＨ２ＣＨ２−＊、及び＊−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−Ｎ＋（Ｒｄ）３−＊から選ばれる連結基を示す。Ｍ１は、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ又はＧａを示し、Ｒｄは水素原子又はアルキル基を表す。ａ１及びｂ１は２以上の整数（好ましくは５以上の整数）である。「＊」は連結部位を示す。「＊＊」はシロキサン結合中の連結部位を示す。すなわち、一般式（１ａ）〜（３ａ）において、＊＊の隣がＯ原子の場合、＊＊はＳｉ原子との連結部位を示し、＊＊の隣がＳｉ原子の場合、＊＊はＯ原子と連結部位を示す。
また、一般式（４ａ）の末端構造は、水素原子、メルカプト基、アミノ基、ビニル基、カルボキシ基、オキセタン基、スルホン酸基、及びホスホン酸基から選ばれる基であることが好ましい。
【０１８３】
上記ＲＳＬ及びＲｄがアルキル基の場合、好ましくは炭素数１〜１０、より好ましくは炭素数１〜５、さらに好ましくは炭素数１〜３のアルキル基であり、メチルであることが特に好ましい。
上記ＲＳＬがアリール基の場合、その炭素数は６〜２０が好ましく、６〜１５がより好ましく、６〜１２がさらに好ましく、特に好ましくはフェニルである。
【０１８４】
上記ＬＡが２価の連結基の場合、アルキレン基（好ましくは炭素数１〜１０、より好ましくは炭素数１〜５のアルキレン基）、アリーレン基（好ましくは炭素数６〜２０、より好ましくは炭素数６〜１５のアリーレン基、さらに好ましくはフェニレン）又は−Ｓｉ（ＲＳＬ）２−Ｏ−が好ましい（ＲＳＬは一般式（２ａ）のＲＳＬと同義であり、好ましい形態も同じである。−Ｓｉ（ＲＳＬ）２−Ｏ−中の「Ｏ」が、上記一般式に示されたＳｉと連結する）。
【０１８５】
上記（ａ）の構造は、上記一般式（１ａ）〜（３ａ）のいずれかで表される構造の他に、下記式（５ａ）で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
【０１８６】
【化４９】
2017130604.tif 000051
【０１８７】
上記式（５ａ）で表される繰り返し単位は、シロキサン化合物層中において、上記式（５ａ）で表される繰り返し単位同士が互いにシロキサン結合で連結した構造をとって存在することも好ましい。
【０１８８】
本発明におけるシロキサン化合物層中、上記式（５ａ）で表される繰り返し単位の含有率は、０．０１〜０．５５であることが好ましく、０．０３〜０．４０であることがより好ましく、さらに好ましくは０．０５〜０．２５である。
式（５ａ）で表される繰り返し単位の含有率は、２．５ｃｍ四方に切り出したシロキサン化合物層を測定用試料とし、この測定用試料をＸ線光電子分光法（装置：Ｕｌｖａｃ−ＰＨＩ社製ＱｕａｎｔｒａＳＸＭ）により、Ｘ線源：Ａｌ−Ｋα線（１４９０ｅＶ、２５Ｗ、１００ｕｍφ）、測定領域：３００μｍ×３００μｍ、Ｐａｓｓ  Ｅｎｅｒｇｙ  ５５ｅＶ、  Ｓｔｅｐ  ０．０５ｅＶの条件で、Ｓｉ２ｐ（９８〜１０４ｅＶ付近）を測定し、Ｔ成分（１０３ｅＶ）とＱ成分（１０４ｅＶ）のピークを分離・定量し、比較することで求められる。すなわち、式（５ａ）で表される繰り返し単位（Ｑ成分）のＳｉ−Ｏ結合エネルギーピークの蛍光Ｘ線強度［ＳＡ］と、式（５ａ）で表される繰り返し単位以外の構造（Ｔ成分）のＳｉ−Ｏ結合エネルギーピークの強度の合計［ＳＴ］に基づき［ＳＡ］／（［ＳＡ］＋［ＳＴ］）を算出し、式（５ａ）で表される繰り返し単位の含有率とする。
【０１８９】
本発明において、シロキサン化合物層の厚さは１０〜３０００ｎｍであることが好ましく、１００〜１５００ｎｍであることがより好ましい。
【０１９０】
〔ガス分離膜の用途と特性〕
本発明のガス分離膜（複合膜及び非対称膜）は、ガス分離回収法、ガス分離精製法として好適に用いることができる。例えば、水素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、酸素、窒素、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、メタン及びエタンなどの炭化水素、プロピレンなどの不飽和炭化水素、テトラフルオロエタンなどのパーフルオロ化合物などのガスを含有する気体混合物から特定の気体を効率よく分離し得るガス分離膜とすることができる。特に二酸化炭素及び炭化水素（メタン）を含む気体混合物から二酸化炭素を選択分離するガス分離膜とすることが好ましい。
【０１９１】
とりわけ、分離処理されるガスが二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスである場合においては、３０℃、５ＭＰａにおける二酸化炭素の透過速度が２０ＧＰＵ超であることが好ましく、３０ＧＰＵ超であることがより好ましく、３５〜５００ＧＰＵであることがさらに好ましく、５８〜５００ＧＰＵであることが特に好ましい。二酸化炭素とメタンとの透過速度比（ＲＣＯ２／ＲＣＨ４）は１５以上であることが好ましく、２０以上であることがより好ましい。ＲＣＯ２は二酸化炭素の透過速度、ＲＣＨ４はメタンの透過速度を示す。
なお、１ＧＰＵは１×１０−６ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇである。
【０１９２】
〔その他の成分等〕
本発明のガス分離膜のガス分離層には、膜物性を調整するため、各種高分子化合物を添加することもできる。高分子化合物としては、アクリル系重合体、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、シェラック、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、ワックス類、その他の天然樹脂等が使用できる。また、これらは２種以上併用してもよい。
また、液物性調整のためにノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤や、有機フルオロ化合物などを添加することもできる。
【０１９３】
界面活性剤の具体例としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、高級脂肪酸塩、高級脂肪酸エステルのスルホン酸塩、高級アルコールエーテルの硫酸エステル塩、高級アルコールエーテルのスルホン酸塩、高級アルキルスルホンアミドのアルキルカルボン酸塩、アルキルリン酸塩などのアニオン界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物、グリセリンのエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどの非イオン性界面活性剤、また、この他にもアルキルベタインやアミドベタインなどの両性界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッソ系界面活性剤などを含めて、従来公知である界面活性剤及びその誘導体から適宜選ぶことができる。
【０１９４】
また、高分子分散剤を含んでいてもよく、この高分子分散剤として、具体的にはポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリルアミド等が挙げられ、中でもポリビニルピロリドンを用いることが好ましい。
【０１９５】
本発明のガス分離膜を形成する条件に特に制限はなく、温度は−３０〜１００℃が好ましく、−１０〜８０℃がより好ましく、５〜５０℃が特に好ましい。
【０１９６】
本発明においては、膜の形成時に空気や酸素などの気体を共存させてもよく、不活性ガス雰囲気下であることが望ましい。
本発明のガス分離膜において、ガス分離層中のポリイミド化合物の含有量は、所望のガス分離性能が得られれば特に制限はない。ガス分離性能をより向上させる観点から、ガス分離層中のポリイミド化合物の含有量は、２０質量％以上であることが好ましく、４０質量％以上であることがより好ましく、６０質量％以上であることがさらに好ましく、７０質量％以上であることが特に好ましい。また、ガス分離層中のポリイミド化合物の含有量は、１００質量％であってもよく、通常は９９質量％以下である。
【０１９７】
〔ガス混合物の分離方法〕
本発明のガス分離方法は、本発明のガス分離膜を用いて２成分以上の混合ガスから特定のガスを分離する方法である。本発明のガス分離方法では、二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスから二酸化炭素を選択的に透過させることを含む方法であることが好ましい。ガス分離の際の圧力は０．５〜１０ＭＰａであることが好ましく、１〜１０ＭＰａであることがより好ましく、２〜７ＭＰａであることがさらに好ましい。また、ガス分離温度は、−３０〜９０℃であることが好ましく、１５〜７０℃であることがさらに好ましい。二酸化炭素とメタンとを含む混合ガスにおいて、二酸化炭素とメタンの混合比に特に制限はなく、二酸化炭素：メタン＝１：９９〜９９：１（体積比）であることが好ましく、二酸化炭素：メタン＝５：９５〜９０：１０であることがより好ましい。
【０１９８】
［ガス分離モジュール・ガス分離装置］
本発明のガス分離膜を用いてガス分離モジュールを調製することができる。モジュールの例としては、スパイラル型、中空糸型、プリーツ型、管状型、プレートアンドフレーム型などが挙げられる。
また、本発明のガス分離複合膜又はガス分離モジュールを用いて、ガスを分離回収又は分離精製させるための手段を有する気体分離装置を得ることができる。本発明のガス分離複合膜は、例えば、特開２００７−２９７６０５号公報に記載のような吸収液と併用した膜・吸収ハイブリッド法としての気体分離回収装置に適用してもよい。
【実施例】
【０１９９】
以下に実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。【０２００】
［合成例］
＜ポリイミド（Ｐ−０１）の合成＞【０２０１】
【化５０】
2017130604.tif 000052
【０２０２】
（中間体１−１の合成）
５，６−ジメトキシ−１−インダノン（東京化成工業社製）（２１．０ｇ）、o−フタルアルデヒド（東京化成工業社製）（１４．６ｇ）、メタノール（１０５ｍＬ）を５００ｍＬフラスコに入れた。４０〜４５℃で２時間反応させた後に、水酸化カリウム（和光純薬工業社製）（１８．４ｇ）のメタノール溶液（１２６ｍＬ）を加え、５５℃で６時間攪拌した。冷却後、析出した結晶をろ別し、メタノール洗浄を行うことで中間体１−１（１５ｇ）を得た。【０２０３】
（中間体１−２の合成）
中間体１−１（２９．０ｇ）、２，６−ジメチルアニリン（和光純薬工業社製）（６０．６ｇ）、３−メルカプトプロピオン酸（和光純薬工業社製）（４２４．６ｍｇ）、トルエン（２００ｍＬ）を１Ｌフラスコに入れた。室温下、メタンスルホン酸（和光純薬工業社製）（９６．１ｇ）を慎重に滴下した後、１２０℃で３時間反応させた。冷却後、反応溶液を水（５００ｍＬ）とＮａＨＣＯ３（１２６ｇ）とをいれたビーカーに注ぎ、次いで、酢酸エチル（８００ｍＬ）を加えた。有機層を分液し減圧濃縮し、得られた固体をヘキサンで洗浄することで黄色固体（４８．１ｇ）を得た。カラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝５０／５０（ｖ／ｖ））で精製することで中間体１−２（１４．３ｇ）を得た。【０２０４】
（ジアミン１の合成）
中間体１−２（１３．０ｇ）、塩化メチレン（和光純薬工業社製）（７０ｍＬ）を５００ｍＬフラスコに入れた。氷浴下において三臭化ホウ素の塩化メチレン溶液（和光純薬工業社製）（１．０Ｍ、８５ｍＬ）を滴下し室温で４時間攪拌した。
反応溶液をＮａＨＣＯ３水溶液に注ぎ、次いで、酢酸エチルを加え、有機層を回収し飽和食塩水で洗浄した。減圧留去により黒色固体を回収し、カラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝５０／５０（ｖ／ｖ））により精製することでジアミン１（２．３ｇ）を得た。【０２０５】
（ポリイミド（Ｐ−０１）の合成）
Ｎ−メチルピロリドン（和光純薬工業社製）（２３．１ｇ）、ジアミン１（３．００ｇ）、６ＦＤＡ（４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物）（東京化成工業社製）（３．０４ｇ）、３，５−ジアミノ安息香酸（東京化成工業社製）（０．１０４ｇ）を５００ｍＬフラスコに入れた。次いで、トルエン（和光純薬工業社製）（８．４ｇ）を加えた後、１８０℃まで加熱し、６時間反応させた。冷却後、テトラヒドロフラン（和光純薬工業社製）で希釈した後、メタノール（和光純薬工業社製）を加えてポリマーを固体として得た。同様の再沈殿を２回繰り返した後、４０℃で乾燥し、ポリイミド（Ｐ−０１）（５．３１ｇ）を得た。なお、上記反応スキーム中、ポリイミド（Ｐ−０１）を構成する繰り返し単位の数はモル比を示す。【０２０６】
＜ポリイミド（Ｐ−０２）の合成＞【０２０７】
【化５１】
2017130604.tif 000053
【０２０８】
（中間体２の合成）
特許第５２４９７８１号公報段落＜０１１６＞を参照し、中間体２を合成した。【０２０９】
（ジアミン２の合成）
中間体２（１０ｇ）、２，６−ジメチルアニリン（和光純薬工業社製）（２５ｍＬ）、炭酸ジメチル（２５ｍＬ）を５００ｍＬ三口フラスコに入れた。メタンスルホン酸（和光純薬工業社製）（５０ｍＬ）の炭酸ジメチル溶液（５０ｍＬ）を慎重に加え、発熱に注意しながら昇温し、１２０℃で６時間攪拌した。冷却した後、反応溶液を炭酸カリウム溶液に注いだ後、精製してジアミン２（５ｇ）を得た。【０２１０】
（ポリイミド（Ｐ−０２）の合成）
Ｎ−メチルピロリドン（和光純薬工業社製）（１８．６ｇ）、ジアミン２（２．５０ｇ）、６ＦＤＡ（東京化成工業社製）（２．４３ｇ）を５００ｍＬフラスコに入れた。次いで、トルエン（和光純薬工業社製）（６．８ｇ）を加えた後、１８０℃まで加熱し、６時間反応させた。冷却後、テトラヒドロフラン（和光純薬工業社製）で希釈した後、メタノール（和光純薬工業社製）を加えてポリマーを固体として得た。同様の再沈殿を２回繰り返した後、４０℃で乾燥し、ポリイミド（Ｐ−０２）（２．２ｇ）を得た。【０２１１】
＜ポリイミド（Ｐ−０３）の合成＞
（ジアミン３の合成）
上記の中間体１−１の合成において、出発物質の５，６−ジメトキシ−１−インダノン（東京化成工業社製）に代えて１−インダノンを用い、上記ジアミン１の合成と同様にして下記ジアミン３を合成した。【０２１２】
【化５２】
2017130604.tif 000054
【０２１３】
（ポリイミド（Ｐ−０３）の合成）
上記ポリイミド（Ｐ−０１）の合成において、ジアミン１をジアミン３に代えた以外は、上記ポリイミド（Ｐ−０１）の合成と同様にしてポリイミド（Ｐ−０３）を合成した。【０２１４】
【化５３】
2017130604.tif 000055
【０２１５】
＜比較ポリイミド（Ｃ−０１）＞
上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成において、ジアミン２に代えて、４，４‘−（９−フルオレニリデン）ジアニリンを用いた以外は、上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成と同様にして比較ポリイミド（Ｃ−０１）を合成した。【０２１６】
【化５４】
2017130604.tif 000056
【０２１７】
＜比較ポリイミド（Ｃ−０２）＞
上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成において、ジアミン２に代えて、４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９，９−ジイル）ビス（２，６−ジメチルアニリン）を用いた以外は、上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成と同様にして比較ポリイミド（Ｃ−０２）を合成した。【０２１８】
【化５５】
2017130604.tif 000057
【０２１９】
＜比較ポリイミド（Ｃ−０３）＞
上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成において、ジアミン２に代えて、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン−４−カルボン酸メチルエステルを用いた以外は、上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成と同様にして比較ポリイミド（Ｃ−０３）を合成した。【０２２０】
【化５６】
2017130604.tif 000058
【０２２１】
＜ポリイミド（Ｃ−０４）の合成＞
（ジアミン４の合成）
中国特許出願第１０４０４５６３８号明細書に記載の方法に従って下記ジアミン４を合成した。【０２２２】
【化５７】
2017130604.tif 000059
【０２２３】
（比較ポリイミド（Ｃ−０４）の合成）
上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成において、ジアミン２に代えて、ジアミン４を用いた以外は、上記ポリイミド（Ｐ−０２）の合成と同様にして比較ポリイミド（Ｃ−０４）を合成した。【０２２４】
【化５８】
2017130604.tif 000060
【０２２５】
［実施例１］  ガス分離複合膜の作製
＜平滑層付ＰＡＮ多孔質層の作製＞
（ジアルキルシロキサン基を有する放射線硬化性ポリマーの調製）
１５０ｍＬの３口フラスコにＵＶ９３００（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ社製）３９ｇ、Ｘ−２２−１６２Ｃ（信越化学工業社製）１０ｇ、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン）０．００７ｇを加え、ｎ−ヘプタン５０ｇに溶解させた。これを９５℃で１６８時間維持させて、ポリ（シロキサン）基を有する放射線硬化性ポリマー溶液（２５℃で粘度２２．８ｍＰａ・ｓ）を得た。【０２２６】
（重合性の放射線硬化性組成物の調製）
上記放射線硬化性ポリマー溶液５ｇを２０℃まで冷却し、ｎ−ヘプタン９５ｇで希釈した。得られた溶液に、光重合開始剤であるＵＶ９３８０Ｃ（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ社製）０．５ｇ及びオルガチックスＴＡ−１０（マツモトファインケミカル社製）０．１ｇを添加し、重合性の放射線硬化性組成物を調製した。【０２２７】
（重合性の放射線硬化性組成物の多孔質支持体への塗布、平滑層の形成）
ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）多孔質層（不織布上にポリアクリロニトリル多孔質層が存在、不織布を含め、膜厚は約１８０μｍ）を支持体として上記の重合性の放射線硬化性組成物をスピンコートした後、ＵＶ強度２４ｋＷ／ｍ、処理時間１０秒のＵＶ処理条件でＵＶ処理（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍ社製、Ｌｉｇｈｔ  Ｈａｍｍｅｒ  １０、Ｄ−バルブ）を行った後、乾燥させた。このようにして、多孔質支持体上にジアルキルシロキサン基を有する厚み１μｍの平滑層を形成した。【０２２８】
＜ガス分離複合膜の作製＞
図２に示すガス分離複合膜を作製した（図２には平滑層は図示していない）。
３０ｍＬ褐色バイアル瓶に、ポリイミド（Ｐ−０１）を０．０８ｇ、テトラヒドロフラン７．９２ｇを混合して３０分攪拌した後、上記平滑層を付与したＰＡＮ多孔質層上にスピンコートしてガス分離層を形成し、ガス分離複合膜を得た。ポリイミド（Ｐ−０１）層の厚さは約１００ｎｍであり、ＰＡＮ多孔質層の厚さは不織布を含めて約１８０μｍであった。
なお、これらのポリアクリロニトリル多孔質層の分画分子量は１００，０００以下のものを使用した。また、この多孔質層の４０℃、５ＭＰａにおける二酸化炭素の透過性は、２５０００ＧＰＵであった。【０２２９】
［実施例２］  ガス分離複合膜の作製（架橋構造有）
上記実施例１における＜ガス分離複合膜の作製＞において、ポリイミド（Ｐ−０１）を０．０８ｇとテトラヒドロフラン７．９２ｇとの混合時に、さらに架橋剤としてヘキサメチレンジアミン（東京化成工業製）（８ｍｇ）を加えたこと以外は、実施例１と同様にしてガス分離複合膜を作製した。【０２３０】
［実施例３］  ガス分離複合膜の作製（保護層有）
上記実施例１で作成した複合膜のガス分離層表面に対し、下記手順で保護層を設けた。
すなわち、ビニルＱレジン（Ｇｅｌｅｓｔ製、製品番号ＶＱＭ−１３５）（１０ｇ）、ヒドロシリルＰＤＭＳ（Ｇｅｌｅｓｔ製、製品番号ＨＭＳ−３０１）（１ｇ）、Ｋａｒｓｔｅｄｔ触媒（Ａｌｄｒｉｃｈ製、製品番号４７９５２７）（５ｍｇ）、ヘプタン（９０ｇ）を混合して得た混合液を、実施例１で作製したガス分離複合膜のガス分離層表面にスピンコートし、８０℃で５時間乾燥して硬化させた。こうしてガス分離層上に、厚さ５００ｎｍのシロキサン化合物層を有するガス分離複合膜を得た。【０２３１】
［実施例４］  ガス分離複合膜の作製（架橋構造有、保護層有）
上記実施例２のガス分離複合膜の作製と同様にしてＰＡＮ多孔質層上に架橋構造を有するガス分離層を形成し、次いで、実施例３と同様にして、ガス分離層上に厚さ５００ｎｍのシロキサン化合物層からなる保護層を設け、ガス分離複合膜を得た。【０２３２】
［実施例５］  ガス分離複合膜の作製
上記実施例１において、ポリイミド（Ｐ−０１）をポリイミド（Ｐ−０２）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例５のガス分離複合膜を作製した。【０２３３】
［実施例６］  ガス分離複合膜の作製
上記実施例１において、ポリイミド（Ｐ−０１）をポリイミド（Ｐ−０３）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例６のガス分離複合膜を作製した。【０２３４】
［比較例１〜４］  ガス分離複合膜の作製
上記実施例１において、ポリイミド（Ｐ−０１）を比較ポリマー（Ｃ−０１）〜（Ｃ−０４）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１〜４のガス分離複合膜を作製した。【０２３５】
［試験例１］  ガス分離膜のＣＯ２透過速度及びガス分離選択性の評価−１
上記各実施例及び比較例のガス分離膜（ガス分離複合膜）を用いて、ガス分離性能を以下のように評価した。
ガス分離膜を多孔質支持体（支持層）ごと直径５ｃｍに切り取り、透過試験サンプルを作製した。ＧＴＲテック株式会社製ガス透過率測定装置を用い、二酸化炭素（ＣＯ２）：メタン（ＣＨ４）が６：９４（体積比）の混合ガスをガス供給側の全圧力が５ＭＰａ（ＣＯ２の分圧：０．３ＭＰａ）、流量５００ｍＬ／ｍｉｎ、３０℃となるように調整し供給した。透過してきたガスをガスクロマトグラフィーにより分析した。膜のガス透過性は、ガス透過率（Ｐｅｒｍｅａｎｃｅ）としてガス透過速度を算出することにより比較した。ガス透過率（ガス透過速度）の単位はＧＰＵ（ジーピーユー）単位〔１ＧＰＵ＝１×１０−６ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ〕で表した。ガス分離選択性は、この膜のＣＨ４の透過速度ＲＣＨ４に対するＣＯ２の透過速度ＲＣＯ２の比率（ＲＣＯ２／ＲＣＨ４）として計算した。【０２３６】
上記の各試験例の結果を下記表１に示す。【０２３７】
【表１】
2017130604.tif 000061
【０２３８】
上記表１に示される通り、一般式（Ｉ）における環Ａｒ１と環Ａｒ２が同じ骨格の環構造であるポリイミド化合物を用いたガス分離膜は、ＣＯ２透過速度に劣る結果となった（比較例１〜４）。
これに対し、一般式（Ｉ）における環Ａｒ１と環Ａｒ２が互いに異なる骨格の環構造を採るポリイミド化合物を用いたガス分離膜は、上記各比較例に比べてガス透過速度が大きく向上し、さらにガス分離選択性においても優れた性能を示した（実施例１〜６）。すなわち、本発明で規定するポリイミド化合物をガス分離層として有するガス分離膜を用いることにより、高圧条件下の使用においても、優れたガス透過性と優れたガス分離選択性の両立を高度なレベルで実現することができ、高速、高選択性のガス分離が可能となることがわかる。【０２３９】
以上の結果から、本発明のガス分離膜を用いると、優れた気体分離方法、ガス分離モジュール、このガス分離モジュールを備えたガス分離装置を提供できることが分かる。
【符号の説明】
【０２４０】
１  ガス分離層
２  多孔質層
３  不織布層
１０、２０  ガス分離複合膜 
【図１】
2017130604.tif 000072
【図２】
2017130604.tif 000073
【国際調査報告】
2017130604.tif 000074
2017130604.tif 000075
2017130604.tif 000076
2017130604.tif 000077