JP2020002279A - 膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物、膜シール材、中空糸膜モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
また、MDI系ポリイソシアネートとポリオールとの硬化物が、中空糸膜等の膜を固定、封止する膜シール材に広く用いられている。
さらに、カルボジイミド変性MDIを多く含むポリイソシアネートを使用したポリウレタン樹脂は、外観が濁りやすいという問題がある。
本発明の他の実施形態は、該膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物の硬化物を含む膜シール材を提供することに向けられている。
本発明のさらに他の実施形態は、該膜シール材により封止されている中空糸膜モジュールを提供することに向けられている。
前記ポリイソシアネート成分(A)が、ジフェニルメタンジイソシアネートの一部が式(1)で示される少なくとも1種の化合物によりカルボジイミド変性された、カルボジイミド変性ポリイソシアネート(a−1)を含み、
前記式(1)で示される化合物の含有量は、前記ポリイソシアネート成分(A)中、0.05質量%以上3質量%以下であることを特徴とする、膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物:
本発明のさらに他の実施形態にかかる中空糸膜モジュールは、上記膜シール材により封止されている。
本発明の他の実施形態によれば、該膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物の硬化物を含む膜シール材を提供することができる。
本発明のさらに他の実施形態は、該膜シール材により封止されている中空糸膜モジュールを提供することができる。
[膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物]
本発明の一実施形態にかかる膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物は、ポリイソシアネート成分(A)と、ポリオール成分(B)と、からなるポリウレタン樹脂形成性組成物であって、
前記ポリイソシアネート成分(A)が、ジフェニルメタンジイソシアネートの一部が式(1)で示される少なくとも1種の化合物によりカルボジイミド変性された、カルボジイミド変性ポリイソシアネート(a−1)を含み、
前記式(1)で示される化合物の含有量は、前記ポリイソシアネート成分(A)中、0.05質量%以上3質量%以下であることを特徴とする、膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物:
ポリイソシアネート成分(A)は、ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIともいう。)の一部が式(1)で示される少なくとも1種の化合物によりカルボジイミド変性された、カルボジイミド変性ポリイソシアネート(a−1)を含む。
カルボジイミド変性ポリイソシアネート(a−1)としては、例えばつぎの(I)〜(III)が挙げられる。
(I):MDIの一部が式(1)で示される少なくとも1種の化合物によりカルボジイミド変性されたもの
(II):(I)が後述するポリオール(a−2)で変性されたプレポリマー
(III):(I)と、(II)と、の混合物
また、2,4’−MDIが0.5質量%以上80質量%以下、4,4’−MDIが20質量%以上90.5質量%以下、2,2’−MDIが0質量%以上10質量%以下であることが好ましい。この範囲内であると、低温でのモノマー析出抑制と反応性とのバランスが良好となる。
また、ポリイソシアネート成分(A)の粘度が許容できる範囲で、MDIと、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートとを併用することができる。
式(1)で示される化合物の含有量は、0.1質量%以上2.0質量%以下であることがより好ましい。この範囲内であると、反応の進行がより良好となると共に、抽出量がさらに低減される。
ポリイソシアネート成分(A)を構成する他のポリイソシアネート成分としては、例えば、MDIをポリオール(a−2)で変性したもの、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートをポリオール(a−2)で変性したもの等が挙げられる。
ポリオール成分(B)としては、例えば、アミノ基を含有しないポリオール(b−1)、アミノ基含有ポリオール(b−2)が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
ヒマシ油系ポリオールとしては、例えば、トリメチロールプロパン変性ヒマシ油、ポリプロピレングリコール変性ヒマシ油、部分脱水ヒマシ油および重合ヒマシ油が挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロース、水添ビスフェノールA等の炭素数2〜24のポリオール、およびこれらのポリオールの1種又は2種以上の混合物を出発物質としたアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。
これらアミノ基を含有しないポリオール(b−1)の中では、ヒマシ油、トリメチロールプロパン変性ヒマシ油、部分脱水ヒマシ油、重合ヒマシ油が好ましい。これらをポリオール成分(B)が含有すると、耐熱性および耐水性がさらに良好になる。
これらアミノ基含有ポリオール(b−2)の中では、炭素数4〜24のモノアルキルアミンもしくはエチレンジアミンを出発物質としたアルキレンオキシド付加物、またはこれらの混合物が好ましい。これらをポリオール成分(B)が含有すると、反応性と、溶出性とがさらに良好になる。
本発明の一実施形態にかかる膜シール材は、上述した膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物の硬化物を含む。すなわち、上述した膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物は、硬化させて膜シール材として用いることができる。このとき、膜シール材は、当該膜シール材の一方の側から他方の側を目視可能な程度に透明であることが好ましい。特に医療用、工業用分離装置を構成する中空糸膜モジュール用の膜シール材においては、異物の混入を確認するために目視において濁りがないことが要求される。
図1は本発明の一実施形態にかかる中空糸膜モジュールの構成の一例を示す概念図である。
図1に示す中空糸膜モジュール100は、ハウジング11を備え、その内部に複数の中空糸膜13が充填されている。例えば、透析器として用いられる中空糸膜モジュールの場合、数千〜数万本の中空糸膜が充填されている。
ハウジング11は円筒状の形状を有する。ハウジング11内部の両端(図1中の左右両端)には膜シール材19がそれぞれ設けられている。膜シール材19は、中空糸膜13同士の隙間、および、中空糸膜13とハウジング11の内壁との間の隙間を埋めて封止するとともに、複数本の中空糸膜13を結束する。
MDI1;ミリオネートMT(MDI、東ソー社製、アイソマー1.0質量%)
CAT1;トリメチルフォスフェート(東京化成工業社製)
CAT2;トリエチルフォスフェート(東京化成工業社製)
CAT3;トリブチルフォスフェート(東京化成工業社製)
CAT4;3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシド(東京化成工業社製)
POLY1;ヒマシ油(伊藤製油社製 商品名 ヒマシ油LAV)
アミン1;N,N,N’,N’−テトラキス(イソプロパノール)エチレンジアミン(ADEKA社製 商品名 EDP−300)
1リットル容の四口フラスコにMDI1を所定量加え、窒素気流下で攪拌しながら所定の温度まで昇温し、窒素を停止後、CAT1を所定量加えた。この温度で反応を進行させ、イソシアネート含有量が30.0質量%に到達した時点で加熱を停止し、氷浴で45℃まで急冷した。冷却後、窒素通気を再開し、45℃で24時間維持し、カルボジイミド変性MDI(a−1−1)を得た。得られたカルボジイミド変性MDI(a−1−1)の組成および性状を表1に示す。
表1に示す組成および反応温度に変更した以外は合成例1に示す方法と同様にして、カルボジイミド変性MDI(a−1−2)〜(a−1−6)を得た。得られたカルボジイミド変性MDI(a−1−2)〜(a−1−6)の組成および性状を表1に示す。
1リットル容の四口フラスコにMDI1を所定量加え、窒素気流下で攪拌しながら80℃まで昇温し、CAT4を所定量加えた。この温度で反応を進行させ、イソシアネート含有量が29.5質量%に到達した時点で塩化ベンゾイル(東京化成工業社製)0.1gを添加し、反応を停止した。反応停止後、45℃まで冷却し、45℃で24時間維持し、カルボジイミド変性MDI(a−1−7)を得た。得られたカルボジイミド変性MDI(a−1−7)の組成および性状を表1に示す。
1リットル容の四口フラスコにMDI1を所定量加え、窒素気流下攪拌しながら80℃まで昇温し、CAT4を所定量加えたところ、内容物が数分で発泡固化し、目的とするカルボジイミド変性MDIは得られなかった。
1リットル容の四口フラスコにMDI1を所定量加え、窒素気流下で攪拌しながら所定の温度まで昇温し、窒素を停止後、CAT1を所定量加えた。この温度で反応を進行させたが、反応の進行が極端に遅く、時間がかかりすぎて合成が充分にできなかった。
1リットル容の四口フラスコにカルボジイミド変性MDI(a−1−1)〜(a−1−7)をそれぞれ所定量加え、窒素気流下攪拌しながら40℃まで昇温し、ウレタン化の反応熱により内温が75℃以上にならないよう注意しながらPOLY1を所定量加えた。発熱が収まった後に内温を70℃に温調し、70℃で3時間維持し、イソシアネート成分(A−1)〜(A−7)を得た。得られたイソシアネート成分(A−1)〜(A−7)の組成および性状を表2に示す。
1リットル容の四口フラスコにPOLY1を800g、アミン1を200g加え、窒素気流下攪拌しながら50℃に調整し、1時間維持し、ポリオール成分(B−1)を得た。得られたポリオール成分(B−1)の水酸基価は281KOHmg/gであった。
イソシアネート成分とポリオール成分とを表3に示す割合で配合し、得られたポリウレタン樹脂の性能を評価した。結果を表3に示す。
<外観、成型収縮率>
イソシアネート成分、ポリオール成分それぞれを25℃に調整し、500mlポリカップにイソシアネート成分、次いでポリオール成分を所定量すばやく計量し投入する。スパチュラで30秒間混合し、50mmHgで60秒間真空脱泡を行う。脱泡後、混合液をガラス板の上に置いた内径65mm厚み12mmのステンレスリングの中に流し込み、45℃で48時間養生後、硬化物である樹脂を取り出し外観を確認する。
さらに25℃で24時間養生し、成型収縮率を下式により求める。
成型収縮率(%)=(リング内径−樹脂外径)/リング内径×100
クリア:上記硬化物の厚み方向から見て、樹脂内部の濁りが確認できない状態
濁り :上記硬化物の厚み方向から見て、樹脂内部の濁りが容易に確認できる状態
イソシアネー成分、ポリオール成分それぞれを25℃に調整し、500mlポリカップにイソシアネート成分、次いでポリオール成分を所定量すばやく計量し投入する。スパチュラで30秒間混合し、50mmHgで60秒間真空脱泡を行う。脱泡後、混合液を離型紙上に展開し、厚さ約1mmのシート状とする。45℃で48時間養生後、10mm角にカットする。500mlサンプル瓶にカットしたサンプル20gとメタノール200gとを入れ密栓し、25℃で24時間振盪する。振盪後濾過し、抽出液を300mlナスフラスコに回収し蒸発乾固させ、下式によりメタノール抽出率を求める。
メタノール抽出率(%)={蒸発乾固後のナスフラスコ質量(g)−ナスフラスコ空質量(g)}/サンプル質量(g)×100
13 中空糸膜
15 第1の流体入口
17 第1の流体出口
19 膜シール材
100 中空糸膜モジュール
Claims (3)
- ポリイソシアネート成分(A)と、ポリオール成分(B)と、からなるポリウレタン樹脂形成性組成物であって、
前記ポリイソシアネート成分(A)が、ジフェニルメタンジイソシアネートの一部が式(1)で示される少なくとも1種の化合物によりカルボジイミド変性された、カルボジイミド変性ポリイソシアネート(a−1)を含み、
前記式(1)で示される化合物の含有量は、前記ポリイソシアネート成分(A)中、0.05質量%以上3質量%以下であることを特徴とする、膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物:
式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリールアルキル基、アリール基およびオキシアルキル基からなる群より選択されるいずれか1つの基である。 - 請求項1に記載の膜シール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物の硬化物を含む膜シール材。
- 請求項2に記載の膜シール材により封止されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
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| JP2015142908A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-08-06 | 三洋化成工業株式会社 | 浄水器に用いられる膜モジュールのシール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物 |
| JP2017006874A (ja) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 三洋化成工業株式会社 | 血液処理器に用いられる膜モジュールのシール材用ポリウレタン樹脂形成性組成物 |
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