JPH0153631B2 - - Google Patents
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- JPH0153631B2 JPH0153631B2 JP18267784A JP18267784A JPH0153631B2 JP H0153631 B2 JPH0153631 B2 JP H0153631B2 JP 18267784 A JP18267784 A JP 18267784A JP 18267784 A JP18267784 A JP 18267784A JP H0153631 B2 JPH0153631 B2 JP H0153631B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- monomer
- porous sheet
- membrane
- separation
- Prior art date
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、パーベーパレーシヨン法の分離膜と
して優れた性能を有する複合膜の新規な製造方法
に関する。
〔技術の背景〕
有機液体混合物あるいは有機化合物の溶液(以
下、これらを総称して液体混合物という)から液
体成分を分離するための有効な分離法としてパー
ベーパレーシヨン法が知られている。パーベーパ
レーシヨン法は、分離膜によつて区画された一方
の室(処理液室)に液体混合物を供給し、他方の
室(透過蒸気室)を真空または減圧にして液体混
合物から特定の液体成分を透過蒸気室に気化状態
で取り出す方法である。
上記パーベーパレーシヨン法を用いる分離膜と
して、セルロース系高分子膜、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリアクリルニトリル、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリスチ
レン、ポリエステル、ポリアミド、ポリテトラフ
ルオロエチレン、あるいはこれらの共重合体の膜
状物、あるいは、さらにこれを紫外線等で表面処
理した膜、高分子鎖にスルホン酸基、カルボン酸
基などのイオン交換基を導入した膜などが知られ
ている。これらの分離膜は、パーベーパレーシヨ
ン法において、液体成分の透過速度を表わす透過
係数(Q)はある程度の値を示すものの実用上不
充分であり、透過性能の向上が望まれていた。
〔従来の技術〕
従来、パーベーパレーシヨン法に用いる分離膜
の透過性能を向上させる方法として、分離性能を
有する薄膜を多孔性の支持体に支持させて、これ
を分離膜として使用する方法が提案されている。
すなわち、分離性能を有する薄膜を支持体に融
着する方法、該薄膜を支持体に接着する方法、
該薄膜を形成するモノマーの液状物を支持体上
に層状に付着させた後、重合する方法等がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の方法は融着時、熱によ
る支持体の溶融により孔が閉塞され易く得られる
複合膜の分離性能は低下する傾向にある。また、
の方法においても、接着層が介在するため、得
られる複合膜の分離性能が低下する傾向にある。
これらの方法に対しての方法は分離性能を向上
させる方法として有力であるが、その製作につい
て充分な研究が成されておらず、従来法で得られ
る複合膜は、薄膜と支持体との密着が充分でな
く、使用時あるいは取扱い時の温度変化等により
薄膜にひび割れやしわが生じるという問題を有す
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は、前記の方法において、得られ
る複合膜の分離性能を低下させることなく、薄膜
と支持体との密着性を向上させるべく研究を重ね
た。その結果、特定の孔径を有する多孔性シート
を支持体として用い、これに特定の粘度に調整さ
れたモノマーの液状物を支持せしめて重合するこ
とにより、薄膜が支持体に良好な密着性で支持さ
れ、使用時、あるいは取扱い時によるしわ、ひび
割れの発生が全くなく、しかも、パーベーパレー
シヨン法において優れた分離性能を有する複合膜
が得られることを見い出し、本発明を完成した。
本発明は、20℃における粘度が100〜900センチ
ポアズ(以下、CPと略記する)のモノマーの液
状物を、0.1〜10μの孔径を有する孔を全孔の70℃
以上の割合で有し、かつ該モノマーの液状物によ
つて膨潤しない多孔性シートの表面に層状に支持
せしめた後、該モノマーを重合することを特徴と
する複合膜の製造方法である。
なお、本発明において、粘度は単一円筒回転粘
度計によつて測定した値をいい、孔径及び特定の
孔径を有する孔の割合は水銀ポロシメーターを用
いて測定した値をいう。
本発明において、支持体として用いる多孔性シ
ートは、0.1〜10μの孔径を有する孔を全孔の70%
以上、好ましくは80%以上有することが必要であ
る。すなわち、上記孔径の範囲より小さい孔は、
後述するモノマーの液状物を塗布、流延等の手段
によりシート表面に支持せしめた際、該液状物の
粘度を低下させても孔中への浸入が困難であり、
該孔中にモノマーの液状物が浸入することにより
生じるアンカー効果による薄膜の密着性の向上効
果が発揮されない。また、前記孔径の範囲より大
きい孔は、モノマーの液状物の粘度を上げても該
液状物の孔中に深く浸入してしまい、形成される
薄膜の膜厚を実質的に増大させる結果、透過速度
の低下を招く。従つて本発明にあつては、支持体
として用いる多孔性シートの前記範囲内の孔径を
有する孔の割合を前記した範囲内に制御すること
によつて後述するモノマーの液状物の粘度との関
係により、薄膜を、膜厚の実質的な増加を伴なわ
ずに、優れた密着性で多孔性シートの表面に支持
することができる。
なお、本発明において「シート」は、厚みに関
して特に厳密な意味を持つものではなく「フイル
ム」をも包含するものである。
多孔性シートは、前記孔径の孔を有し、モノマ
ーの液状物によつて膨潤しない材質によつて構成
されるものであればよく、上記条件を満足する公
知の多孔性シートが特に制限なく使用される。例
えば、前記条件を満足する合成樹脂、セラミツク
ス、金属等の多孔性シートが、有機質、無機質に
かかわりなく使用される。中でも、合成樹脂製多
孔性シートが好適である。かかる合成樹脂として
は、ポリオレフイン系樹脂、ポリスルホン系樹
脂、フツ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ビニル
系樹脂、セルロース等が挙げられる。また、多孔
性シートの製造法については、公知の一般的な製
造法、例えば延伸法、焼結法、相分離漫、混合抽
出法などが適用できる。特に望ましい合成樹脂多
孔性シートとしては、ポリエチレンやポリプロピ
レン等のオレフイン系樹脂のペレットあるいは粉
末と無機粉体、例えば炭酸カルシウムやシリカ等
や異種ポリマー粉体とを混合溶融し、押出し法や
カレンダーロール法によりシート状に成型加工
後、一軸方向もしくは二軸方向に延伸処理を与え
ることにより、異種固体間に空隙を生ぜしめて、
上記条件に適合する多孔化したシートが挙げられ
る。なお、上記多孔性シートを延伸処理後、更に
酸や有機溶媒等により無機粉体や異種ポリマーを
抽出処理した多孔性シートも含まれるものであ
る。
また、前記セラミツクス製多孔性シートとして
は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、
酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の無機粉末
を単独あるいは数種混合し、更に結合剤等を添加
し、焼結成型、プレス成型等にシート状にしたも
のが一般に使用される。更に、金属製多孔性シー
トとしては、ニツケル、酸化鉄、ステンレス等の
粉末やこれら金属塩の粉末を加圧焼結法や熱分解
法によつて得られたものが一般に使用される。
上記多孔性シートは、後述するモノマーの液状
物との密着性を更に向上するため、40ダイン/cm
以上、好ましくは45〜55ダイン/cmの表面ぬれ指
数を有するものが好ましい。例えば、ポリオレフ
イン樹脂を材質とする前記多孔性シートの場合、
表面をコロナ放電処理等の手段により処理して表
面ぬれ指数を上記範囲に調整すればよい。また、
均質な薄膜を形成させるため、多孔性シートの表
面は平滑である程好ましい。更に、多孔性シート
は、その表面に支持される薄膜における液体成分
の透過をできるだけ妨げない空孔率を有すること
が好ましい。一般には、50%以上、好ましくは70
〜90%の空孔率を有する多孔性シートが好適であ
る。
本発明に用いるモノマーの液状物は、これを重
合することによつて形成される膜が、パーベーパ
レーシヨン法において液体成分を分離し得るもの
が一般に使用される。特にイオン交換基を有する
か、あるいはイオン交換基を導入可能な官能基を
有するモノマーの液状物を用いることが薄膜化に
よる透過係数の向上効果が顕著であり好ましい。
例えば、スチレン、スチレン−ジビニルベンゼ
ン、スチレン−ジビニルベンゼンにバインダーと
してポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリブタジエン、ポリ四弗化エチレン等を
添加したもの、スチレン−ジビニルベンゼン−ビ
ニルピリジン、スチレン−ジビニルベンゼン−ビ
ニルピリジンにバインダーとしてポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリブタジエ
ン、ポリ四弗化エチレン等を添加したもの、スチ
レン−クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼ
ン、スチレン−クロロメチルスチレン−ジビニル
ベンゼンにバインダーとしてポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリブタジエン、
ポリ四弗化エチレン等を加えたモノマー液状物が
使用できる。これらモノマー液状物に、場合によ
つては適当な可塑剤及び重合融媒を加えて、多孔
性シート上にこれら液状モノマーを分離膜が形成
されるよう所定の厚みに塗布し加熱重合等の公知
の方法により重合せしめて分離膜を形成する。ま
た、後処理により、分離膜を陽イオン交換基や陰
イオン交換基の交換基を付与すると、さらに分離
性質の向上が期待できる。例えば、スチレン−ジ
ビニルベンゼン、ポリ塩化ビニル粉末、可塑剤、
重合触媒からなるモノマー液状物をポリプロピレ
ン製多孔性シート上に塗布し、重合せしめた後、
濃硫酸でスルホン化し、カチオン交換基を付与す
る方法、スチレン−ジビニルベンゼン、ポリ塩化
ビニル粉末、可塑剤、2メチル5ビニルピリジ
ン、重合融媒からなるモノマー液状物をポリプロ
ピレン製多孔性シート上に塗布し重合せしめ、沃
化メチル液で四級化し、アニオン交換基を付与す
る方法等がある。
上記モノマーの液状物のうち、架橋剤を一成分
として有するものは、多孔性シート上に形成され
る薄膜が、耐熱性、寸法安定性、長期間の使用強
度等に優れ、その使用上極めて好適である。かか
る架橋剤の使用割合は、モノマー全体に対して2
〜40重量%、好ましくは5〜30重量%が一般的で
ある。
本発明において、上述した多孔性シートの表面
に支持させるモノマーの液状物は、20℃における
粘度が100〜900CP、好ましくは200〜800CP範囲
内にあるものを使用する。かかるモノマーの液状
物の粘度が上記範囲より低いと、前記多孔性シー
ト表面に支持されたモノマーの液状物が孔の中に
深く浸入し、該モノマーの液状物を重合して形成
される薄膜の厚みを実質的に厚くする結果を招く
ため、薄膜化による液体成分の透過速度の向上効
果はほとんど発揮されない。また、モノマー液状
物の粘度が前記範囲より高いと、多孔性シートの
表面にモノマーの液状物を均一に支持せしめるこ
とが困難となるばかりでなく、孔径に分布を有す
る多孔性シートを用いる場合、0.1μ以下の孔径を
有する孔へのモノマーの液状物の侵入が困難とな
り該モノマーの重合によるアンカー効果が充分発
揮されない。
モノマーの液状物の粘度を前記範囲内に調整す
る方法は特に制限されない。例えば、モノマーの
液状物が液状モノマーに熱可塑性樹脂を混合した
ペースト状物である場合、該熱可塑性樹脂の添加
量を増減することにより、あるいは可塑剤の添加
量を加減することにより、その粘度を調節するこ
とができる。また液状モノマー単独で使用する場
合、液状モノマーを一部重合することにより、そ
の粘度を調節することができる。
本発明において、モノマーの液状物を多孔性シ
ートの表面に層状に支持させる方法は特に制限さ
れない。一般にはモノマーの液状物をローラー、
ハケ等によつて塗布する方法、多孔性シートを水
平面に置き、必要に応じて周囲に枠を設けて、モ
ノマーの液状物を流延する方法等が採用される。
上記モノマーの液状物の層の厚みは、あまり薄く
すると分離性能が低下するため、5μ以上、好ま
しくは10μ以上とすることが望ましい。また、逆
に厚くすると薄膜化することにより透過速度の向
上効果が低下するので、厚みの上限は100μ、好
ましくは80μとするのが好ましい。
モノマーの液状物は、公知の重合方法により重
合させることにより、多孔性シート上に薄膜を形
成し、本発明の複合膜が得られる。
〔発明の効果〕
以上の説明より理解される如く、本発明の方法
によつて得られる複合膜は、多孔性シートと薄膜
との密着性に優れており、薄膜のしわ、ひび割れ
等の発生を効果的に防止できると共に、多孔性シ
ートの孔の空洞部が薄膜を構成する重合体により
充填されている深さが浅いため、薄膜化によつて
発揮される膜の分離特性の向上効果が極めて高
い。例えば、本発明の複合膜をパーベーパレーシ
ヨン法の分離膜として使用することにより、優れ
た透過特性を発揮する。この場合、複合膜は、薄
膜を処理液室側に向けて設けるのが一般的であ
る。また、この場合の操作条件は特に限定されな
いが、液体混合物を供給する混合液室側の圧力
は、1〜10気圧の範囲がよく、好ましくは大気圧
かその近傍の圧力がよい。一方透過気体室側の圧
力は、大気圧以下がよく、好ましくは100mmHg柱
以下の真空が好ましい。すなわち、パーベーパレ
ーシヨン法においては透過気体室側での膜面で、
膜を透過してきた液体成分を蒸発させ、蒸気の状
態で取出すことが必要であるので、透過気体室側
の圧力は、膜を透過する物質の蒸気圧よりできる
だけ低い圧力に維持することが好ましい。上記処
理液室での液体混合物の温度は、特に限定されな
いが、透過係数からみると高い温度が好ましい。
しかし、高温すぎると、膜に亀裂が入つたり、耐
久性が悪くなるので、一般的には10〜100℃、望
ましくは30〜80℃の範囲がよい。
本発明の複合膜を用いたパーベーパレーシヨン
法は、少なくとも一成分が極性溶媒であり、かつ
膜に対して悪影響を及ぼさない液体混合物に対し
て好ましく適用される。2成分よりなる液体混合
物を例示すれば、メタノール/水、エタノール/
水、i−またはn−プロパノール/水、メチルエ
チルケトン/水、ジオキサン/水、メタノール/
アセトン、ベンゼン/n−ヘキサンなどの共沸混
合物や沸点近接混合物などの液体混合物が挙げら
れる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施態様を実施例によつて更に
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例において、剥離試験は
下記の方法によつて行つた。
剥離試験;試験片の表面に位置する薄膜を1cm2
角内に2mm間隔で碁盤目状にカツトし、その表
面にニチバン株式会社製セロハン粘着テープを
貼り、これを剥がした時、薄膜の残存割合を面
積比x/100で示した。
実施例 1
4ビニルピリジン70部、スチレン20部及びジビ
ニルベンゼン10部(純度50%)にポリ塩化ビニル
微粉末を第1表に示す割で添加し、更にベンゾイ
ルパーオキサイド2部を添加してなる第1表に示
す粘度を有するペースト状液状物を調整した。次
に、炭酸カルシウムを高充填したポリプロピレン
製のシートを二軸延伸法により多孔化し、さらに
表面をコロナ放電処理した多孔性シートを用意し
た。このシートは厚さ120μ、空孔率70%、孔径
分布0.3〜3μ、平均孔径0.8μ、表面ぬれ指数
47dyne/cmである。次に、先のペースト状液状
物を該多孔性シート上にロールにて均一に塗布
し、モノマーが揮散せぬようテトロンフイルムに
包み、2枚の鉄板間で締付、80℃のオートクレー
ブ中で4時間重合を行つた。重合終了後、得られ
た高分子シートをヨウ化メチル:メタノール=
1:1からなる4級化液中で常温で20時間浸漬し
アニオン交換基の付与を行つた。ついで、水/ア
セトン=1/2(vol%)の混合液中で20時間浸漬
処理後、水洗を行い複合膜を得た。該複合膜を電
子顕微鏡等で観察すると、ポリプロピレン製多孔
性シート上に高分子分離膜が第1表に示す厚みで
形成された。
この複合膜の薄膜部分のアニオン交換容量は
1.7〜2.2meq/g・乾燥重量であつた。
次に該複合膜を用い、パーベーパレーシヨン法
で水とi−プロパノール混合液(水/i−プロパ
ノール=10/90重量比)の分離を行つた。混合液
側は、液温55℃、大気圧下で、蒸気透過側圧力5
mmHgで、得られた分離性能は第1表に示すとお
りであつた。
また、剥離試験の結果を第1表に併せて示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a novel method for producing a composite membrane having excellent performance as a separation membrane for pervaporation. [Technical Background] A pervaporation method is known as an effective separation method for separating liquid components from an organic liquid mixture or a solution of an organic compound (hereinafter collectively referred to as a liquid mixture). In the pervaporation method, a liquid mixture is supplied to one chamber (processed liquid chamber) divided by a separation membrane, and the other chamber (permeated vapor chamber) is evacuated or depressurized to extract a specific liquid from the liquid mixture. This method takes out the components in a vaporized state into a permeation vapor chamber. Separation membranes used in the above pervaporation method include cellulose polymer membranes, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polystyrene, polyester, polyamide, polytetrafluoroethylene, or copolymers of these. Membranes, membranes whose surfaces are further treated with ultraviolet rays, etc., and membranes whose polymer chains have ion exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups are known. Although these separation membranes exhibit a certain degree of permeability coefficient (Q) representing the permeation rate of liquid components in the pervaporation method, it is insufficient for practical use, and improvement in permeation performance has been desired. [Prior Art] Conventionally, as a method for improving the permeation performance of a separation membrane used in the pervaporation method, there has been a method in which a thin membrane with separation performance is supported on a porous support and used as a separation membrane. Proposed.
That is, a method of fusing a thin film having separation performance to a support, a method of adhering the thin film to a support,
There is a method in which a liquid monomer forming the thin film is deposited in a layer on a support and then polymerized. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the above method, the pores tend to be clogged due to melting of the support due to heat during fusion, and the separation performance of the resulting composite membrane tends to deteriorate. Also,
Even in the above method, the separation performance of the resulting composite membrane tends to deteriorate due to the presence of an adhesive layer.
Methods for these methods are effective as methods for improving separation performance, but sufficient research has not been conducted on their production, and composite membranes obtained by conventional methods have poor adhesion between the thin membrane and the support. However, there is a problem in that the thin film cracks and wrinkles occur due to temperature changes during use or handling. [Means for Solving the Problems] The present inventors have conducted repeated research to improve the adhesion between the thin membrane and the support in the above method without reducing the separation performance of the resulting composite membrane. . As a result, by using a porous sheet with a specific pore size as a support, supporting a liquid monomer with a specific viscosity, and polymerizing it, the thin film is supported with good adhesion to the support. The present invention has been completed based on the discovery that a composite membrane can be obtained that does not wrinkle or crack at all during use or handling and has excellent separation performance in pervaporation methods. In the present invention, a monomer liquid having a viscosity of 100 to 900 centipoise (hereinafter abbreviated as CP) at 20°C is prepared by forming pores with a pore diameter of 0.1 to 10μ at 70°C.
The method for producing a composite membrane is characterized in that the monomer is polymerized after being supported in a layered manner on the surface of a porous sheet having the above ratio and not being swollen by the liquid substance of the monomer. In the present invention, viscosity refers to a value measured using a single cylinder rotational viscometer, and pore diameter and percentage of pores having a specific pore size refer to values measured using a mercury porosimeter. In the present invention, the porous sheet used as a support has 70% of all pores with a pore diameter of 0.1 to 10μ.
It is necessary to have the above, preferably 80% or more. In other words, pores smaller than the above pore diameter range are
When a liquid monomer described below is supported on the sheet surface by means such as coating or casting, it is difficult for the liquid to penetrate into the pores even if the viscosity of the liquid is lowered.
The effect of improving the adhesion of the thin film due to the anchor effect caused by the infiltration of the liquid monomer into the pores is not exhibited. In addition, if the pores are larger than the above-mentioned pore diameter range, even if the viscosity of the monomer liquid is increased, the liquid will penetrate deeply into the pores, substantially increasing the thickness of the formed thin film. This causes a decrease in speed. Therefore, in the present invention, the relationship between the viscosity of the monomer liquid and the viscosity of the monomer liquid described later can be improved by controlling the proportion of pores having a pore diameter within the above range in the porous sheet used as the support within the above range. Accordingly, the thin film can be supported on the surface of the porous sheet with excellent adhesion without substantially increasing the film thickness. Incidentally, in the present invention, the term "sheet" does not have a particularly strict meaning in terms of thickness, and also includes "film." The porous sheet may be any material as long as it has pores with the above-mentioned pore diameter and is not swollen by the liquid monomer, and any known porous sheet that satisfies the above conditions may be used without particular restriction. be done. For example, any porous sheet made of synthetic resin, ceramic, metal, etc. that satisfies the above conditions may be used, regardless of whether it is organic or inorganic. Among these, a porous sheet made of synthetic resin is suitable. Examples of such synthetic resins include polyolefin resins, polysulfone resins, fluorine resins, polystyrene resins, vinyl resins, and cellulose. Further, as for the method of manufacturing the porous sheet, known general manufacturing methods such as a stretching method, a sintering method, a phase separation method, a mixed extraction method, etc. can be applied. Particularly desirable synthetic resin porous sheets are prepared by mixing and melting pellets or powder of olefinic resin such as polyethylene or polypropylene with inorganic powder such as calcium carbonate or silica, or different polymer powder, and then extruding or calendering. After forming the sheet into a sheet, it is stretched uniaxially or biaxially to create voids between different solids,
Examples include porous sheets that meet the above conditions. It should be noted that the above-mentioned porous sheet also includes a porous sheet obtained by stretching the porous sheet and then extracting an inorganic powder or a different type of polymer using an acid, an organic solvent, or the like. In addition, the ceramic porous sheet includes silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide,
In general, inorganic powders such as calcium oxide and magnesium oxide are used singly or as a mixture of several types, and a binder is added to form a sheet for sintering molding, press molding, etc. Furthermore, as the metal porous sheet, those obtained by pressure sintering or thermal decomposition of powders of nickel, iron oxide, stainless steel, etc. or powders of these metal salts are generally used. The above-mentioned porous sheet has a 40 dyne/cm
As mentioned above, those having a surface wettability index of preferably 45 to 55 dynes/cm are preferred. For example, in the case of the porous sheet made of polyolefin resin,
The surface may be treated by means such as corona discharge treatment to adjust the surface wettability index to the above range. Also,
In order to form a homogeneous thin film, it is preferable that the surface of the porous sheet be as smooth as possible. Furthermore, the porous sheet preferably has a porosity that does not impede permeation of liquid components through the thin film supported on its surface as much as possible. Generally more than 50%, preferably 70%
Porous sheets with porosity of ~90% are preferred. The monomer liquid used in the present invention is generally one in which a membrane formed by polymerizing the monomer can separate liquid components in a pervaporation method. In particular, it is preferable to use a liquid monomer having an ion exchange group or a functional group into which an ion exchange group can be introduced, since the effect of improving the permeability coefficient by forming a thin film is remarkable.
For example, styrene, styrene-divinylbenzene, styrene-divinylbenzene to which polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polybutadiene, polytetrafluoroethylene, etc. are added as a binder, styrene-divinylbenzene-vinylpyridine, styrene-divinylbenzene- Polyethylene as a binder to vinylpyridine,
Polypropylene, polyvinyl chloride, polybutadiene, polytetrafluoroethylene, etc. added, styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene, styrene-chloromethylstyrene-divinylbenzene as a binder, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polybutadiene,
A monomer liquid containing polytetrafluoroethylene or the like can be used. A suitable plasticizer and a polymerization melting medium may be added to these monomer liquids, and these liquid monomers are coated on a porous sheet to a predetermined thickness so as to form a separation membrane, and then subjected to known methods such as heating polymerization. A separation membrane is formed by polymerization using the method described in the following. Furthermore, if the separation membrane is provided with an exchange group such as a cation exchange group or an anion exchange group through post-treatment, further improvement in separation properties can be expected. For example, styrene-divinylbenzene, polyvinyl chloride powder, plasticizer,
After applying a monomer liquid consisting of a polymerization catalyst onto a porous polypropylene sheet and polymerizing it,
Method of imparting cation exchange groups by sulfonation with concentrated sulfuric acid, applying a monomer liquid consisting of styrene-divinylbenzene, polyvinyl chloride powder, plasticizer, 2-methyl-5-vinyl pyridine, and polymerization medium onto a porous polypropylene sheet. There are methods such as polymerization, quaternization with a methyl iodide solution, and imparting an anion exchange group. Among the liquid monomers mentioned above, those containing a crosslinking agent as one component are extremely suitable for use because the thin film formed on the porous sheet has excellent heat resistance, dimensional stability, and long-term strength. It is. The ratio of such crosslinking agent used is 2% to the total monomer.
~40% by weight, preferably 5-30% by weight is typical. In the present invention, the liquid monomer supported on the surface of the porous sheet has a viscosity of 100 to 900 CP, preferably 200 to 800 CP at 20°C. If the viscosity of the monomer liquid is lower than the above range, the monomer liquid supported on the surface of the porous sheet will penetrate deeply into the pores, resulting in a thin film formed by polymerizing the monomer liquid. Since this results in a substantial increase in thickness, the effect of improving the permeation rate of liquid components by thinning the film is hardly exhibited. In addition, if the viscosity of the monomer liquid is higher than the above range, it will not only be difficult to uniformly support the monomer liquid on the surface of the porous sheet, but also when using a porous sheet with a distribution of pore sizes, It becomes difficult for the liquid monomer to penetrate into the pores having a pore size of 0.1 μm or less, and the anchoring effect due to the polymerization of the monomer is not sufficiently exerted. The method for adjusting the viscosity of the monomer liquid within the above range is not particularly limited. For example, if the monomer liquid is a paste-like material in which a thermoplastic resin is mixed with the liquid monomer, the viscosity can be changed by increasing or decreasing the amount of the thermoplastic resin added or by adjusting the amount of the plasticizer added. can be adjusted. Furthermore, when a liquid monomer is used alone, its viscosity can be adjusted by partially polymerizing the liquid monomer. In the present invention, there are no particular limitations on the method of supporting the liquid monomer in a layered manner on the surface of the porous sheet. Generally, the monomer liquid is rolled,
A method of applying with a brush or the like, a method of placing a porous sheet on a horizontal surface, providing a frame around it as necessary, and casting a liquid monomer, etc. are employed.
The thickness of the layer of the liquid monomer is desirably 5 μm or more, preferably 10 μm or more, because if it is made too thin, the separation performance will deteriorate. On the other hand, if the thickness is increased, the effect of improving the permeation rate decreases due to the thin film, so the upper limit of the thickness is preferably 100μ, preferably 80μ. The liquid monomer is polymerized by a known polymerization method to form a thin film on the porous sheet, thereby obtaining the composite membrane of the present invention. [Effects of the Invention] As understood from the above explanation, the composite membrane obtained by the method of the present invention has excellent adhesion between the porous sheet and the thin film, and prevents the occurrence of wrinkles, cracks, etc. in the thin film. This can be effectively prevented, and because the hollow parts of the pores of the porous sheet are filled with the polymer constituting the thin film at a shallow depth, the effect of improving the separation properties of the membrane achieved by making the film thinner is extremely effective. expensive. For example, when the composite membrane of the present invention is used as a separation membrane in a pervaporation method, it exhibits excellent permeation characteristics. In this case, the composite membrane is generally provided with a thin membrane facing toward the processing liquid chamber. Further, although the operating conditions in this case are not particularly limited, the pressure on the mixed liquid chamber side for supplying the liquid mixture is preferably in the range of 1 to 10 atmospheres, preferably at or near atmospheric pressure. On the other hand, the pressure on the side of the permeation gas chamber is preferably at most atmospheric pressure, preferably a vacuum of 100 mmHg or less. In other words, in the pervaporation method, at the membrane surface on the permeate gas chamber side,
Since it is necessary to evaporate the liquid component that has permeated the membrane and take it out in vapor form, it is preferable to maintain the pressure on the permeate gas chamber side as low as possible than the vapor pressure of the substance that permeates the membrane. The temperature of the liquid mixture in the processing liquid chamber is not particularly limited, but a high temperature is preferable in terms of the permeability coefficient.
However, if the temperature is too high, the film may crack or its durability may deteriorate, so the temperature is generally 10 to 100°C, preferably 30 to 80°C. The pervaporation method using the composite membrane of the present invention is preferably applied to a liquid mixture in which at least one component is a polar solvent and does not have an adverse effect on the membrane. Examples of liquid mixtures consisting of two components include methanol/water, ethanol/
Water, i- or n-propanol/water, methyl ethyl ketone/water, dioxane/water, methanol/
Examples include liquid mixtures such as azeotropic mixtures such as acetone and benzene/n-hexane, and mixtures with close boiling points. [Examples] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In addition, in the Examples and Comparative Examples, the peel test was conducted by the following method. Peeling test: 1 cm 2 of the thin film located on the surface of the test piece
A checkerboard pattern was cut at 2 mm intervals within each corner, a cellophane adhesive tape manufactured by Nichiban Co., Ltd. was applied to the surface of the cut, and when this was removed, the remaining percentage of the thin film was expressed as an area ratio x/100. Example 1 Fine polyvinyl chloride powder was added to 70 parts of 4-vinylpyridine, 20 parts of styrene, and 10 parts of divinylbenzene (purity 50%) in the proportions shown in Table 1, and 2 parts of benzoyl peroxide was further added. A pasty liquid having a viscosity shown in Table 1 was prepared. Next, a porous sheet was prepared in which a polypropylene sheet highly filled with calcium carbonate was made porous by biaxial stretching and the surface was subjected to corona discharge treatment. This sheet has a thickness of 120μ, a porosity of 70%, a pore size distribution of 0.3-3μ, an average pore diameter of 0.8μ, and a surface wetting index.
It is 47dyne/cm. Next, the above-mentioned paste-like liquid material was applied uniformly onto the porous sheet using a roll, wrapped in Tetron film to prevent the monomer from volatilizing, tightened between two iron plates, and placed in an autoclave at 80°C. Polymerization was carried out for 4 hours. After the polymerization is complete, the obtained polymer sheet is mixed with methyl iodide:methanol=
Anion exchange groups were added by immersing the sample in a 1:1 quaternization solution at room temperature for 20 hours. Subsequently, the composite membrane was obtained by immersion treatment in a mixed solution of water/acetone=1/2 (vol%) for 20 hours, followed by washing with water. When the composite membrane was observed using an electron microscope or the like, a polymer separation membrane was formed on the polypropylene porous sheet with the thickness shown in Table 1. The anion exchange capacity of the thin film part of this composite membrane is
The dry weight was 1.7 to 2.2 meq/g. Next, using the composite membrane, water and an i-propanol mixed solution (water/i-propanol = 10/90 weight ratio) were separated by a pervaporation method. The mixed liquid side has a liquid temperature of 55°C and atmospheric pressure, and a vapor permeation side pressure of 5.
The separation performance obtained at mmHg was as shown in Table 1. The results of the peel test are also shown in Table 1.
【表】
* No.1、5及び6は比較例を示す。
実施例 2
多孔性シートとして延伸附で多孔化した厚さ
70μ、空孔率85%、孔径分布0.2〜8μ、平均孔径2μ
のポリエチレン製のシートを用い、またペースト
状液状物は実施例1のNo.2と同じものを用い、実
施例1と同様にして高分子分離膜部厚さ50μの複
合膜を製作した。該複合膜を用いて実施例1と同
様に水とi−プロパノール混合液の分離を行つ
た。分離性能は、透過液量830g/m2・時間、分
離係数は94であつた。また、剥離試験の結果は
100/100であつた。
実施例 3
多孔性シートとして珪藻土と結合材を混合して
圧縮成型焼結して作つた。厚さ3mm、空孔率65
%、孔径分布0.4〜10μ、平均孔径1.5μのセラミツ
クスシートを用い、実施例1のNo.2と同様のペー
スト状液状物製膜法で、高分子分離膜部35μの複
合膜を製作した。該複合膜を用いて、実施例1と
同様に水とi−プロパノール混合液の分離を行つ
た。分離性能は、透過液量740g/m2・時間、分
離係数80であつた。また、剥離試験の結果は92/
100であつた。
実施例 4
2メチル5ビニルピリジン100部、スチレン40
部、ジビニルベンゼン10部、ジオクチルフタレー
ト20部、ポリ塩化ビニル微粉末90部、ベンゾイル
パーオキサイド4部からなる粘度600センチポイ
ズのペースト状液状物を調整した。多孔性シート
として実施例1に用いたポリプロピレン製多孔シ
ートを用い、実施例1と同様に製膜し、高分子分
離膜部の厚さ70μの複合膜を製作した。該複合膜
の交換容量は1.02meq/g・乾燥重量であつた。
この膜を用い、水とメタノール混合液(水/メタ
ノール=20/80、重量比)をパーベーパレーシヨ
ン法により、混合液温50℃、大気圧下で、蒸気透
過側圧力5mmHgで分離を行つた。分離性能は、
透過液量1320g/m2・時間、分離係数35であつ
た。また、剥離試験の結果は100/100であつた。
比較例
多孔性シートとして、炭酸カルシウムを高充填
したポリプロピレン製のシートを高倍率で二軸延
伸後、更に酸処理して炭酸カルシウムを抽出して
得たものを使用した。この多孔性シートは、厚さ
120μ、空孔率79%、孔径分布3〜17μ(10μ以上の
細孔45%)、平均孔径12μ、表面ぬれ指数
36dyne/cmであつた。上記多孔性シートを用い
実施例1のNo.2と同様な方法により複合膜を得
た。得られた複合膜を用いて、実施例1と同様に
水とi−プロパノール混合液の分離を行つた。分
離性能は、透過液量297g/m2・時間、分離係数
111であつた。また、剥離試験の結果は80/100で
あつた。[Table] *Nos. 1, 5 and 6 show comparative examples.
Example 2 Thickness made porous by stretching as a porous sheet
70μ, porosity 85%, pore size distribution 0.2~8μ, average pore size 2μ
A composite membrane with a polymer separation membrane part thickness of 50 μm was produced in the same manner as in Example 1, using a polyethylene sheet of No. 2 and using the same paste-like liquid material as No. 2 of Example 1. The composite membrane was used to separate a water and i-propanol mixture in the same manner as in Example 1. The separation performance was as follows: permeate amount: 830 g/m 2 ·hr, separation coefficient: 94. In addition, the results of the peel test are
It was 100/100. Example 3 A porous sheet was made by mixing diatomaceous earth and a binder, compression molding and sintering. Thickness 3mm, porosity 65
%, a pore size distribution of 0.4 to 10 μm, and an average pore size of 1.5 μm, a composite membrane with a polymer separation membrane portion of 35 μm was fabricated using the same pasty liquid film forming method as No. 2 of Example 1. Using the composite membrane, water and i-propanol mixture were separated in the same manner as in Example 1. The separation performance was as follows: permeate amount: 740 g/m 2 ·hr, separation coefficient: 80. In addition, the peel test results were 92/
It was 100. Example 4 100 parts of 2-methyl-5-vinylpyridine, 40 parts of styrene
A paste-like liquid having a viscosity of 600 centipoise was prepared, which consisted of 10 parts of divinylbenzene, 20 parts of dioctyl phthalate, 90 parts of polyvinyl chloride fine powder, and 4 parts of benzoyl peroxide. Using the polypropylene porous sheet used in Example 1 as the porous sheet, a membrane was formed in the same manner as in Example 1 to produce a composite membrane with a thickness of 70 μm in the polymer separation membrane portion. The exchange capacity of the composite membrane was 1.02 meq/g dry weight.
Using this membrane, a mixture of water and methanol (water/methanol = 20/80, weight ratio) was separated using the pervaporation method at a temperature of 50°C, atmospheric pressure, and a pressure of 5 mmHg on the vapor permeation side. Ivy. The separation performance is
The amount of permeate was 1320 g/m 2 ·hr, and the separation coefficient was 35. The peel test result was 100/100. Comparative Example A porous sheet obtained by biaxially stretching a polypropylene sheet highly filled with calcium carbonate at a high magnification, and then subjecting it to acid treatment to extract calcium carbonate was used. This porous sheet has a thickness of
120μ, porosity 79%, pore size distribution 3-17μ (45% of pores larger than 10μ), average pore size 12μ, surface wettability index
It was 36dyne/cm. A composite membrane was obtained using the above porous sheet in the same manner as No. 2 of Example 1. Using the obtained composite membrane, water and i-propanol mixed liquid were separated in the same manner as in Example 1. Separation performance is permeated liquid volume 297g/m 2・hour, separation coefficient
It was 111. The peel test result was 80/100.
Claims (1)
モノマーの液状物を、0.1〜10μの孔径を有する孔
を全孔の70%以上の割合で有し、かつ該モノマー
の液状物によつて膨潤しない多孔性シートの表面
に層状に支持せしめた後、該モノマーを重合する
ことを特徴とする複合膜の製造方法。 2 多孔性シートが、50%以上の空孔率を有する
特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 多孔性シートが、40ダイン/cm以上の表面ぬ
れ指数を有する特許請求の範囲第1項記載の方
法。 4 モノマーの液状物によつて形成される層の厚
みが5〜100μである特許請求の範囲第1項記載
の方法。 5 モノマーの液状物が、液状モノマーに熱可塑
性樹脂を混合したペースト状物である特許請求の
範囲第1項記載の方法。 6 モノマーの液状物が、イオン交換基を有する
か、あるいはイオン交換基を導入可能なモノマー
の液状物である特許請求の範囲第1項記載の方
法。[Scope of Claims] 1. A liquid product of a monomer having a viscosity of 100 to 900 centipoise at 20°C, which has pores with a pore diameter of 0.1 to 10 μ at a ratio of 70% or more of the total pores, and a liquid product of the monomer. 1. A method for producing a composite membrane, which comprises supporting the monomer in a layered manner on the surface of a porous sheet that does not swell with water, and then polymerizing the monomer. 2. The method according to claim 1, wherein the porous sheet has a porosity of 50% or more. 3. The method according to claim 1, wherein the porous sheet has a surface wettability index of 40 dynes/cm or more. 4. The method according to claim 1, wherein the layer formed by the liquid monomer has a thickness of 5 to 100 microns. 5. The method according to claim 1, wherein the liquid monomer is a paste mixture of a liquid monomer and a thermoplastic resin. 6. The method according to claim 1, wherein the liquid monomer has an ion exchange group or is a liquid monomer into which an ion exchange group can be introduced.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18267784A JPS6161840A (en) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | Manufacture of composite film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18267784A JPS6161840A (en) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | Manufacture of composite film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6161840A JPS6161840A (en) | 1986-03-29 |
| JPH0153631B2 true JPH0153631B2 (en) | 1989-11-15 |
Family
ID=16122499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18267784A Granted JPS6161840A (en) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | Manufacture of composite film |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6161840A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07132194A (en) * | 1994-05-20 | 1995-05-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Load operation control device |
| JP4992019B2 (en) * | 2007-08-10 | 2012-08-08 | 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 | Method for producing acid and alkali |
-
1984
- 1984-09-03 JP JP18267784A patent/JPS6161840A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6161840A (en) | 1986-03-29 |
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