JPS6099308A - Permselective membrane based on polybenzimidazolone having pendant sulphonic acid group - Google Patents
Permselective membrane based on polybenzimidazolone having pendant sulphonic acid groupInfo
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Abstract
Description
本発明は、逆浸透膜用として優れた実用性を有する改良
されたポリベンツイミタゾロン糸屑合体、その製法及び
それから得られる選択透過膜に関するものである。
本発明者等は先に下記式(1m)で表わされるベンツイ
ミダゾロン環を主鎖に櫓する新規徂合体の合成方法を見
出しく例えば%願昭49−60964号)、更にそれが
優れた選択透過性を有する逆浸透膜用として使用出来る
事を見出している(例えば特願昭49−110427号
)。
1但し、式中A「は芳香族基、NとNとは芳香11族基
においてオルト位に位置している。 j該ポリベンツイ
ミダゾaン膜は、従来この分野において用いられてきた
セルロースアセテート膜や芳香族ポリアミド膜に比して
少くとも同等の水透過性を持つばかりでな(、各種無機
塩。
有機物の排除能は非* VC*れThe present invention relates to an improved polybenzimitazolone thread waste combination having excellent practicality for use in reverse osmosis membranes, a method for producing the same, and a permselective membrane obtained therefrom. The present inventors have previously found a method for synthesizing a new conglomerate in which a benzimidazolone ring represented by the following formula (1m) is attached to the main chain (e.g., % Application No. 49-60964), and furthermore, it is an excellent choice. It has been discovered that it can be used as a permeable reverse osmosis membrane (for example, Japanese Patent Application No. 110427/1983). 1 However, in the formula, A' is an aromatic group, and N and N are located at ortho positions in the aromatic Group 11 group. It not only has at least the same water permeability as membranes and aromatic polyamide membranes (and various inorganic salts), but also has the ability to exclude organic matter.
【おり、さらに耐熱、
耐酸、耐アルカリ性及びある種の酸化剤に対する安定性
がより優れている事が確認されており、従来の如きカン
水の脱塩、超純水の製造の如き限られた用途のみでな(
、各種メッキ等の金属表面処理における洗浄水のりa−
スト化処理や、ジュース、煮だし什等の濃縮処理等、加
熱、アルカリ又は酸化剤による戚菌処理の必要な各種食
品処理等の/4種工業の〕aセスに実用的に使用1・出
来る事を見出した。
しかし、用途によっては、多少排除能を@牲にしても旨
透水波を得たい場合が多い。、したがって、前記の如き
高い耐薬品性を維持しつつ、高透水量を達成することが
Aまれていた。
本発明者らは、かかる性能を具備するポリベンツイミダ
シロンを傅べ(鋭意検討の結果、ペンダントスルホン酸
基を有する芳香族ジアミンを原料単量体として用いるか
、或いはポリベンツイミダシロンを主としてなる重合体
をスルホン化処理することにより、ある特定の割付でペ
ンダントスルホン酸基を有するポリベンツイミダシロン
が容易に得られる事、及びかかる1合体の膜は上記の目
的に合致しうる事を見出し得て、本発明に到達したもの
である。
即ち、本発明は、下記式(1)
で表わされる繰返し単位〔但し、mの全平均値は0.0
5〜2の範囲の値であり、各単位中のAr、及びAr、
はそれぞれ上記条件を満足する2種以上の異なる基であ
ってもよい。〕を全繰返し単位の少(とも50モルチ含
有するペンダントスルホン酸基を有する、固有粘度0.
1以上のポリベンツイミダシロンより主としてなる選択
透過膜である。
本発明の式(1)におけるAr、の好適な例としては、
それを形成する基本的骨格として;下記式〔イ)、(−
)の化合物の基本骨格(以下、A)tと略す。)があげ
られる。
〔イ〕 0 (ベンゼン)
〔a〕 ■ (ナフタレン)
更に上iir: A Itを下記式〔)〜〕〜〔チ」の
如く、2個以上結合した場合も、好適に使用しうる。
〔ハ) A R−A R
〔二J A It −A R−A R
〔ホ)AR−Q−AR
〔へ) AH−q−AR−Q
〔チ)AH−Q−AR
−AR
式中、〔ホ〕、〔へ〕が好ましい。
但し、上記式〔・・〕〜〔チ) icお(・て、−(−
としては−so、−、−8−、−o−、−c−、炭素原
子数1〜3のフルキレン基、オキサジアゾール基、ヒタ
ントイン基、〕くラノくン醒結合、イミド結合、トリア
ゾール結合等の少くとも一樟h: ll*ましい。
上記の芳香族基ARは、低級アルキル基、低級アルコキ
シ基、ノ・aゲン原子等の不γ古性置換基を有していて
もよ〜・。又、 Arcに関しても、Ar、 と同様な
化合物を好適な例としてあげることができる。
Ar、の具体的な好適例としては、
1
Ar、の具体的な好適例としては
m=1〜4の場合としては
等をあげる事が出来、
m = 00場合としては
*brt3゜
−o−O−o−8q−o−o−
等をあげる事が出来る。
これらは、mの平均がO,(15から2、特に好ましく
は0.1から1.5になる範囲でla以上を適当に選ぶ
事が出来る。
本発明に関わるポリベンツイミタゾaンにおいて式(1
)で表わされる繰返単位は少なくとも50モルチ以上、
好ましくは7oモル条以上、更に好ましくは90モル係
以上である手がAましい。
他の構成単位としては、F記式(V)で表わされる如き
、ベンツイミタゾロンを生成せしめる前の前駆体単位を
あげる事が出来る。
■ ■
又、Yが−NH,の場合、該−NHlに対して、スルホ
ニルクロライド等を反応せしめて、フェニルスルホンア
ミド基或はメタンスルホンアミド基としておく事も出来
る。
かかるスルホンアミド基の導入は、透水′kkt!/増
加せしめる効果がある場合がおる。
上記前駆体単位以外の構成単位としては、前記芳香族ジ
アミン類(ill)の一部を脂肪族ジアミン(例えばヘ
キサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等)、
脂環族ジアミン(例えばピペラジン、4.4−ジシクa
ヘキシルメタンジアミン等)で置ぎかえて得ら才する(
1)、 (V)に対応した構成単位;又、芳香族ジアミ
ン〔1旧の一部ヲアミノフェノール類(例えばm−アミ
ンフェノール、p−7ミノフエ/−ル等)及び/又はビ
スフェノール類(例えはヒスフェノールA。
ビスフェノールS、レゾルシノール等」で置キかえて得
られる下hi”=式〔■〕
で表わされるアリーンンエーテル構成単位」Vlに更に
、他の構成単位としては、前記式(■〕なるニドa/J
C+化合物の一部を、ジカルホン醒・・ノイド(例えば
イン7タル酸りaライド、テレフタル酸りa2イド、セ
パチン酸クロライド等)で置きかえて得られるアミド構
成単位〔鴇〕、ジスルホン酸ハライド(例えばm−7二
二レンジスルホン酸クロライド、4.4−ジフェニルジ
スルホン酸りaライド等)で置きかえ℃得られるスルホ
ンアミド構成単位〔1創、トリカルボン酸モノ無水物モ
ノハライド(例えば4−クロロホルミルフタル酸無水物
)で置きかえて得られるアミドイミド或いは1ミド酸構
成単位〔■〕、テトラカルボン酸ジ無水物(例えばビロ
メ’J )酸ジ無水物)等によって置きかえて得られる
アミド酸又はイミド構成単位LXJ ; Jlfあげる
事が出来る。
これらは溶解性、R水性等を!4節する目的で適宜共重
合して用いる事が出来る。
本発明Kかかわるペンダントスルホン酸基を有するポリ
ベンツイミダゾロンは%U、5.9/lo。
−N−メチルピロリドンS液中、30℃で測定した固有
粘度が少なくとも0.1以上、好ましくは0.4以上、
更に好ましくは鬼)、6以上のものである。
かかる重合体の製造法としては前記式(IIJで表わさ
れる芳香族ニドIff /)O化合物の少な(とも一種
と、 All紀式(,111)で表わされる芳香M(ジ
アミンの少なくとも一種とを、更に必要に応じて前記し
た如き共重合成分を適宜加えて、不活性極性溶媒及び酸
受容体の存在ト−に一般に加熱ト反応せしめる事により
一ト記式(XI)で表わされるポリニトロイミン〔刈〕
を得る事から開始される。
〔但し、式中ArI+ Ar、及びmは前記に同じ。〕
不活性溶媒としては、ジメチルスルホキシド。
N−メチルビクリトン、 N、N−ジメチルアセト′r
ミド等のいわゆる非プロトン系極性溶媒が好ましい。酸
受容体としては上記非プロトン系極性溶媒を兼ねさせる
事も出来るが、別に躬5加する方が好ましく、かかる受
容体としては°rルカリ土類或はアルカリ金属の炭酸塩
* jl(炭酸塩が特に好ましく、具体例としては炭酸
ソーダ、炭酸カリ、炭歳リチウム、炭酸カルシウム等・
をあげる事が出来る。反応条件は一般に反応温度7()
〜21)QC,好ましくは1011〜l 80 ”G。
反応時間0.5〜3()時間、好ましくは4〜20時間
である。かくして得られたポリニドaイミ、ン(Xl)
は、更Vこニトロ基を還元する争によって下記式〔■〕
で表わされるポリアミノイミンに転化せしめる。
〔但し、式中Ar、 、 Ar、及びmは@記に同じ。
〕かかる還元を前記他性溶媒中にゑ合体を溶解して均−
系で行なう方法と水、メタノール5.テトラヒドロフラ
ン等の媒体中で懸濁ドに行なう方法をあげる事が出来る
。還元法としては、ノ・イド−サルファイド、塩化スス
、*化ソーダ等の化学還元剤を用いる方法、パラジウム
−炭素等を用いての接触水添による方法等をあげること
ができる。
更に、該ポリアミノイミン(■)K対(2、トd己式〔
■〕で表わされる活性炭酸誘導体を反応せしめ〔■〕の
種類によってはアミノ基をウレタン基や尿素基を経由し
てペンツイミタゾロンV(転化する事によって得られる
。
かかる活性炭酸誘導体〔■」は
關
x’−c−x’ ・・・・・・・・・〔■〕′又は
0C=N−鳥 ・・・・・・・・・【λntJ’で表わ
される縦酸酵尋体又はイソンアノ、レート化合−であり
、上式〔■〕中のx’、x′の/’% elゲン原子と
しては塩素原子が好適であり、またR1としズはエチル
、フェニル、クレジル、ピリジル等、電及び■(、が結
合したものとしてペングチレン、エチレン、イミタゾー
ル残基等、及びR4としてはエチレン等が好適である。
また上式[Xl旧中のR3としてはフェニル等が好適で
ある。
かかる化合物の具体例としては、ホスゲン。
エチルクロロホーメート、フェニルク口りホーメート、
ジフェニルカーボネート、工千しンヵーボイート、N、
N−ジメチルクatyカーノーメート、o−エチル−N
、N’−ジメチルカーバメート。
N−りa口ホルミルピベリジン、N−フェニルー O−
’フェニルウレタン+ 尿X、−yエニルイソシアネー
ト、カルボニルジイミタゾリド等を例示することができ
る。
前記化合物の使用崖は、化学m論的にはm記式CXI)
で表わされるアミノイミン構造に対して等モル量であれ
ばよいが、それより多くてもまたアミノイミン構造のす
べてをベンツィミタゾロンに転化せしめる必要のない場
合には等モ゛ル黛より少なくても艮い。
前記化合物と7ミノイミン構造を旬する重合体との反応
は、一方の反応成分がjll、 Q体でおることを留意
しつつ実施する必要がある。IILって、該重合体を溶
解又は少な(ともほう調し5る媒体の共存下に反応な行
なうことが好ま(、い。また前記化合物それ自身が溶媒
として作用1−る場合も、好適に反応を進行せしめるこ
とができる。
かかる溶媒としては、N−メチルビaリドン。
ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホルアミド等
の如きアミド糸溶媒、或はジメチルスルホキシド、テト
ラメチレンスルホン等の如きスルホキシド又はスルホン
系溶媒が好ましい。
また、場合によってはクレゾール、蟻1v!Sの如き有
機酸性溶媒も使用小米る。
反応は、辰#誘導体又はインシアネート化合物の反応性
によって異なるが、一般に0−フェニレンジアミン類と
炭111M導体又はインシアネート化合物との反応によ
る公知のベンンイミタゾロン形成反応の条件に準じてず
テなわ第1る。
かかる反応を一般式で表現すると次の如くになる。
1
(II) 十X’ −C−X’ (Xm)’→(1)
〔■) 十QC;N Rs (■〕“
→(1)
一般に、第1級アミノ基は第2級アミノ基(イミノ基)
よりも反応性が^い(特にC8が芳香族核炭素原子の場
合)。しかして第1級アミノ基とx’、x’のうちの反
応性の高い側とが、先ず反応して構造〔v〕の結合を形
成し、次いで該構造(Vlがベンツィミタゾクン結合(
1)VL閉環する。
従って、第1級アミノ基と第2級アミノ承り反応性が大
きく異なる場合及び、又はx’、x’の反応性が大きく
異なる場合には、反応条件を過当に選ぶことによって構
造EV)の結合を有する中間重合体で安定に取り出すこ
とができる。
また、構造〔■〕′、〔■〕′の結合を有する中間重合
体をフィルム等に成形した俊、加熱等によって構造(1
)に転化せしめる等の方法をとることも出来る。
前記構造(V)’、 (V)’の結合を有する中間重合
体を安定にとりだし得る縦酸誘尋体及びインシアネート
化合物としては、エチルクロロポーメート、フェニルク
Qc1ホーメート、N−クロljホルミルジメチルアミ
ン等の如きクロaホルキル誘導体及びイソシアネート及
びフェニルワレタンの如き安定化インシアネートatを
あげる7μが出来る。これらの化合物は、一般に1oo
c以下、好ましくは50℃以トの温度で第】級I′ミノ
基と反応して(V)’、 (V)’結合な有する中間重
合体を得ることができる。該中間重合体を50゛C以上
、好ましくは100℃〜300℃lC加熱することによ
ってポリベンツイミダシロンに転化せしめることが出来
る。
勿論、上記クロロホルミル線導体ウィンシアネート及び
安定化イソシアネート類を用いる場合も、ホスゲン、尿
素、ジフェニルカーボネート等の如きx、x’の反応性
の等しい化合物を用いる場合と同様に、構造(v)’、
(V)’を有する中間重合体をとりだすこともなく一
挙にポリベンツイミダシロンに転化せしめてポリベンツ
イミダシロンh1として取り出すことができる。
x、x’の少な(とも−万がハaゲン原子である炭酸誘
導体を用いる場合は、反応によってハロゲン化水素が副
生し、該ハUゲ/化水素がアミノ基と造塩してアミ、)
基の反応性を阻害するので、酸受容体の共存下Vこ反応
を行なうのが好ましい。
かかる酸受容体としては、アルカリ金属又はアルカリ土
類金属の水酸化物、炭酸塩、重炭酸。
塩等の如き無機酸受容体、三級アミンの如き有機酸受容
体等を挙げることができる。また、前述した反応溶媒の
うちの7ミド系溶媒及びスルホキシド系溶媒は酸受容能
を有しておQ、酸受容剤の役目なも兼ねさせることがで
きる。
本発明において、反応の進行は重合体の赤外吸収スペク
トル或はNMRスペクトルを測定することによって追跡
出来る。かくして得らiまたポリベンツイミダシロン類
は、一般にN−メチルビOリドン、ジメチルスルホキシ
ド等&′Lvs 1?+であり、それらはフィルム、繊
維等に成型する事が出来る。
本発明により得られるポリベンツイミダシロン類は高融
点で耐熱性は良好であり、耐熱性樹脂として使用する事
が出来るが、改良された親水性を利用する事によって特
に逆浸透用等の分離膜として好適に利用する事も出来る
。さらに原票結合としての反応性をある程度保、持しC
おり、またスルホン酸基な有しているため、6棟の反応
を行う事の出来る機能性ポリマーとし、て利用する事が
出来る。
なお、本発明に係わるペンダントスルホン酸基を有する
ポリベンツイミダシロンの他の製法として当初、重合に
用いるジアミンとして、スルホン酸基の代りにスルホキ
シド、或はスルホン酸エステルを有するジアミンを用い
て、それ以後適当な段階で加水分解する事によりペンダ
ントスルホン酸基を有するポリベンツイミダシロンを得
る方法をとる事も出来る。
更に、他のペンダントスルホン酸基を有するポリベンツ
イミダシロンの製法として、一旦、スルホ/酸基をペン
ダントに有しないポリベンツイミダシロンな合成した後
、好ましくは小活性溶剤の存在”Fでクロルスルホン1
フ1.発煙硫酸等のスルホン化剤によって必要景のスル
ホン酸基を導入する方法も取る事が出来る。即し、m=
0に該当するポリベンツイミダシロンを前述した如きの
方法で一旦合成した後、スルホン化する方法である。か
かるスルホン化剤としてはりaルスルホン酸1発煙硫市
が好適ec誉げら°れる。その際、発煙硫酸としては2
〜3Uffiid%、好適には5〜20%fLJ1の3
酸化イオウを含む発煙4iIt酸を用いるのが有利であ
る。本力法e仁よるスルホン化の際、用いられる不活注
陪媒は、クロルスルホン酸2発煙硫酸に対して人員的に
不出性である溶剤であれば艮い。かD・る浴剤としては
四塩化炭素、塩化メチレン、臭化メチレン、りe+cy
ホルム、ジクaルエタン、トリフルオロエタン等のハロ
ゲン化炭化水素糸が好適に用いられる。一般的に硫酸に
よるスルホン化の場合には無溶剤で行われ、りaルスル
ポン醒によるスルホン化の場合には、無溶剤又は反応を
制御する意味で不活性浴剤で行われる。
硫酸を用いる場合には、上述した如く、浴剤を兼ねて使
用する為に通當ポリペ/ンイミタ/クン重合体に対し過
剰に用いられる。又、クロルスルホン酸を用いる場合は
、ポリベンツイミダシロン重合体に対し1点葉%〜50
倍の範囲、好適tこは3重1kqb〜20倍の範囲が好
適e(用いられる。一般にポリベンツイミダゾ【1)は
」:述した如き、クロルスルボン酸な溶解せしめる様は
ハロゲン化炭化水素系には溶解しない事が多く、通常は
ポリベンツィミタゾクンをF/l、濁させながら激しい
攪拌下に反応する。その為、反応温度は−10’C〜I
50 ’に、好ましくは一り℃〜120 ”cの範囲
である事が望ましい。反応時間は要求されるスルホン化
度及び反応試剤の濃度等に依存するが、一般的に5分か
ら20時間、好適には10分〜15時間の範囲が用いら
れる。
これらの方法により得られたスルホン酸基をペンタ′ン
トに有するポリベンンイ!ダシaノ重合体の構造及びス
ルホン化度は赤外吸収スペクトル、核磁気共鳴スペクト
ル、元素分析9滴疋等の方法により確認する事が出来る
。
特に膜として用いる時には本発明者等による別出願発明
にしめず如く、上記原票結合としての反応性、ペンダン
トスルホン酸基の反応性を利用して、製膜時或は製膜後
、架橋剤との反応によって架橋せしめ、圧密性、耐薬品
性等の改良された膜とする事も出来る。
次に本発明に関わる該ポリマーを用いた選択透過性及び
その製法について述べる。
本発明において膜用使用する重合体はそれ自体フィルム
形成能を有している事が好ましく、その固有粘度は一般
に(1,4以上、好まし、(は0.6以上のものが好適
に用いられる。
しかしながら、前記した如く製膜時、架橋剤を共存せし
める事によって、架橋しなから1!8!膜せしめる場合
はその限りではt【い。
本発明の選択性透過膜は通常有機f14媒を主とする溶
液から#!膜する事によって得られる。
かかる有機溶媒としてはポリマーVC不活性で、実質的
に溶解しうるものであればよい。−4−7(わち、常温
ではもちろん加熱状態でも浴解し均−状にせしめるよう
なものが好ましいカー、若干の不均一部分を残すような
ものでも艮い。また必要ならば塩化リチウム、塩化カル
シウム等の無機塩の添加により溶解性を増大せしめるこ
とも出来る。
本発明の選択性透過膜を得るために、製膜の際に好まし
く使用し得る溶媒の好適なりlllとしては、N−メチ
ルピロリドン、N−メチル力ソロラクタム、 N、N−
ジメチルアセトアミド、へ千すメチルボスホルアミド、
テトラメチレン沃素等のいわ呟るアミド系溶媒;ジメチ
ルスルホギシト等のスルホキシド系溶媒等をあげること
ができる。またこれらの溶媒を使用して重合体浴液f/
調整する際に適尚な稀釈剤を加えて、餅屑性、乾燥性、
凝固性等を調部することができる。
なお、酌述した該重合体の層端において重合体が均一浴
液として得られる場合には、それ?装幀用の原液として
そのまま使用することができる。
本発明の選択性透過膜は使用形態に応じて、平板又は管
状等のフィルム状或いは中空糸等り各種の形態に賦戯さ
れる。
フィルム状として使用する場合には、例えば多孔質平板
や′ぎ状の基材と本発明の重合体からなる薄膜とを一体
化して使用する方法を採用することができる。このよう
な薄膜は通常0.06μ以上IOβ以下の膜厚を有し−
Cいるものが使用される。薄膜の製膜方法や多孔質基体
との接層、或いは一体化方法は従来公知の技術を使用す
ることができる。
例えば、膜用の原液をベルト或いは平板状の支持体上に
所望の厚みに流延し、乾燥等の手段により溶剤を除去せ
し、めた後に、支持体より剥離し、得られた薄膜を必要
ならば接着剤等の方法により多孔質材と一体化する方法
が用いられる。又、多孔質基材との一体化のための他の
方法としては、例えばロールコート、スソレイ。
浸漬等により、原液を直接基材上にコートする方法も採
用し得る。このような薄膜を製造−するため0.5重量
悌以上、特に好ましくは1!11虐%以上、lO重i悌
以下の重合体を甘む原液を使用するのが有利である。叉
、乾燥温間は溶媒の捕鯨によっても異なるが、通線5o
〜25 fl ’Cが好ましく用いられる。
フィルム状として使用し得る他の形態としては、前記L
oeb等による酢酸セルローズ膜と同様の非対称構造、
即ち5す(、らみつな上皮層と厚(比較的多孔質の下層
の二m構造を何する膜h”−ある。
このような非対称構造を得るためには、例えば湿式膜e
こおいては膜面の一方のみを、凝固液と接触せしめてそ
の側から凝固をせしめる方法;乾式製膜においては、同
様に膜面の一方の側から溶媒を蒸発せしめ、まだ一部の
溶媒等が残存する部分固化膜な浸出液中に浸漬【、て、
残存する溶媒等を抽出除去せしめる方法等によれば良い
。
その際、無機塩、有機塩、あるいは他の有機化合物であ
って平均的な大きさ及び揮散速度が用いた有機溶媒と異
なる分子量5 (10以下の物質な製膜用原液中VC添
加しておき、抽出の際に除去する事によって選択透過性
を大巾に向上せしめることができる。か1j・る効果的
な添加剤としては、例えば塩化リチウム、臭11Sリチ
ウム。
塩化カルシウム、硝酸リチウム等の無機塩類、或いはホ
ルムアミド等の有機物をあげることができる。添加剤の
重合体に対する割合はホ七体のaI類および使用静媒に
よって異なるが、一般に5〜60憲1t%が好ま[、い
。
部分固化膜は製膜用原液を平板又(よ管状の支持体上に
所望の厚さに流延し、片開かト)のf+lL分畿固1こ
より得られる。乾式法による6■を固の場合の好適な成
膜温度は溶′媒の独類、流延p!さ。
乾燥時間風速等によっても異lxるか、一般VC40〜
200℃、好ましくは60〜s 5o Cの範囲が過当
である。部分固化膜には、重合体に対して200〜25
重量係の溶媒および冷加剤が残存し−〔いることが好ま
しい。
かくして得られた部分固化膜は、それを浸出液中に浸漬
し、該膜中に残存している溶媒J6よび添加剤の大部分
を除去することによって目的とする選択性透過膜を得る
ことができる。
その際使用される浸出液としては、前記有機溶媒および
添加剤に対して相m性のある液体V(して、かつ重合体
に対しては溶解性蝮持た−4、化学的にも不活性である
という条件k 74足する必要がある。その具体例−と
しては、水、メタノール、エタノール或いはそれらの混
合物等をあげることができるが、水が最も好適である。
浸出温度としては、一般に一20℃〜50℃の範囲が用
いられる。なお、あまり高温で、浸出操作を行なうと浸
出速度は早くなるが、失透その他の°不均質部分が発生
し、膜の性能を着るしく損じることがあるから注意を要
する。
浸出時間は一般に溶媒及び添加塩等の部分固化膜中の残
存物が大部分、浸出されるのに光分な時間をかけること
が好ましい。浸出終了後の膜は水中に含水状態のまま貯
蔵するのが好ましい。なお、上記残存物の大部分が浸出
された後、膜を50〜95℃の熱水で短時間処理するこ
とによって塩排除率等の性能を更に向上せしめるこ杷が
できる場合がある。
か(して得られた非対称構造の選択性透過膜の膜厚は一
般に1()〜500μ、好ましくは4()〜2rO1)
μの範囲で用いられる。
使用膜形憇の他の例とし−〔、中空糸をあげることがで
きる。この場合には、中壁の紡糸口く禮を用いて、前記
の原液を押し出等σ〕力伍1tよt)、湿式、乾式或い
は両者の併用尋υシ公知O)方法によって製膜すること
ができる。又、そ&J場合ゲを径20〜150μ、肉厚
5〜40μ、孔$0.1〜0.6の範囲が一般に用いら
れる。
か(して得られたペンタントスルホン#1Mを有スルポ
リペンンイミダゾロンより主として1する選択透過膜は
、それのない対応するホリヘンツイミタゾロン選択透過
膜の有する優れた向1薬品性を保持しなうtらも、親水
性の増大fL’よって水運過量が大巾に改良されており
、より低圧°C水透過量の確保が出来るため、元来のも
υ)よI)も経済的な運転が可能であり、前述した如き
広い用途に好適に用いる事が出来る。
以下実施例をあげて本発明を更に詳細に説明するが、実
施例は説明のためのものであってそれに限定されるもの
でない。
なお実施例中固有粘度は、11.5 j// 111
am/重合体磯度0N−メチルピロリドン(以下NMP
と+%i”)8Mにおい゛〔,30′Cにて測定した値
である。 ′
又、逆&a実gは、4 t+ ky / oA 、 1
% NaC6水溶液を用いて行った値でル1す、イオ
″ン交挨尚量ハボl) −v −f O,lN NaO
HfjL濱後、0.1NH(Jで滴定により得た愼であ
る。
実施例1
4.4′−ジクaルー3. :s+−ジニトaジフェニ
ルスルホン37.7:(部、4.4’−ジ−7ミノジフ
エニルエーテル18.02部、2.2’−ベンジジンジ
スルホン酸3.44部及び無水炭酸ソータ21.2部を
ジメチルスルホキシド2 s (1mに俗解させ、1
(10℃にて20時間加熱攪拌を続けた。反応後、大過
剰の水に反応f#嵌を加え、橙赤色ポリマー51.0部
を得た。このポリマーσ)固有粘度は0.43であった
。
該ポリマーをメクノール11)0郁と水15鴫)部の混
合耐媒に@濁させ、ソジウムI−イトロサルフアイト7
5部な加え、75′Cにて2時間用を県攪拌な林げニド
cff基の蔵元を行った。反ルC)l>r後、大鎗の水
に加え、無機塩を充分浴)Iイ芒七だ後、1過水洗し、
乾燥後固有粘度+1.7517J灰白色ポリマー40部
を得た。こσ)ポリマーをN−メチルピロリドン200
部にf&+解させ、炭酸ソータ23部を加えこれしクロ
ル駅酸ニーf−ノb30部を滴下し、約4時間攪拌し、
た咬、大過剰]の水に反応溶液を加え褐色のポリマー5
0@Sを得た。このポリマーの固有粘g kA、 11
、 li :4 テ1−. ツた。このポリマーの元
素分析値及び7/I(夕L Ilk II!スペクトル
より次式で示されろポ1ノエーテルイミンスルホンであ
る事を確認した。
〔但し、−CL)OEtは−COOC,鳥に表わす。〕
この重合体50tfllをN−メチルビ、 1ノド/4
5()部に溶解させ、160℃((て加熱(達拌?3時
間M!Amし、冷却後大過剰の水に加え、441h。
ポリマー42部を得た。こりポリマーυ)L、4;I有
粘度は0.62であった。
元素分析値はC:48.+12%、H二2.32%。
H: 29.97918. 8 : 5.87係であり
、次式で示されるポリベンツイミダシロンと考えた場合
の計算値C:47,96係、If:2,48俤、N:3
11.124. S : 5,91係と良く一致した。
このポリマーのN−メチルビCリドン溶液から祷られた
フィルムの赤外吸収スペクトルには、2 5 0 0〜
3 7 0 (l cm−’ 、 1 0 8 0 c
m−’ 、 1 0 2 0 tx−’ l’こスルポ
ン酸基に基ずく吸収が観測さ第1た。イオン交換当前は
0,32ミlJ当i#、/11であった。
この様にして得られた京合体15s、塩化リチウム4.
5部、N−メチルピロリドン85部からなる成膜川原液
をilJ整した。該原液を開口50()μのドクターブ
レードによりガラス板上に流延し、14 (1’Cで9
分間乾燥した後、直ちに大値のイオン交換水中に24時
間授潰し、膜中の残留物な除去し非対称膜な得た。
この膜を逆浸透実験に供(、た所、透過水獄291/’
rrt−hr、脱塩率96.7qbな得た。
実施912
4.4′−ジクaルー:嘔、3′−ジニトロジフェニル
スルホン37.73部、/1,4’−ジ−ミノジフエニ
ルエーテルl 6,02 部、2.2′−ベンジジンン
スルホンl!l!6.89部及び災酸すチウA、I1.
76都1kN−メチルピロリドン200部に加え、14
0℃Vこで16時間加熱攪拌を続ける。反〕1)終r懐
、大過剰の水に反応物を加え、橙赤色ボリーン−(53
部)を回収した。このポリマーレノ固有粘度は0.41
であった。このポリマー50部を実施例1と−まった(
同様の方法で還元反応し、次いでりaル炭酸エチルによ
るウレタン1し反応を行った後、加熱により49部の褐
色ポリマーケ得た。この重合体の元素分析値は、C:
5111.53チ、 H: 3,17%、 N:10.
lJ2’l S : 8.43憾であり、次式で示され
るポリベンツイミタゾロンと考えた場合の計算値、C:
59,44%、)l:3.08 %、N : 10.
67 %、8 : 8.54%と良く一致した。
又、こり重合体のイオン父換当薙は0.772ミリ当前
/yであった。この値は計算値、0.761ミリ当量/
lの値に良い一致な示した。
又、赤外吸収スペクトルは1020儒−’、 1080
α−1にスルポンに基に基ずく吸収がやや強(観測され
た。この重合体曾実施例1と同様の方法で成膜し逆浸透
実験に供した所、透水j#451/m’−hr、脱塩率
93,7 qbであった。
実施例3
494′−ジクロル−3937−ジニトaジフェニル7
− ルyh ン37.735 e 4 +4’−ジアミ
ノジフェニルエーテル13.02部、2.2’−ベンジ
ジンジスルホ71112.05部を用いる以外はまった
〈実施例2ど”同様に重合反応、還元反応、ランタン化
反応。
閉環反応な付い、次式に示される共事曾ホリベンツイミ
タゾクンを得た。
得られた重合体の元素分析値は、この様な組成と考えた
計算値に良い一致を示した。
この重合体のイオン交換当市は1,295jlJ当虐/
Iとなり、計算値1,280 ミリ当t/vに良い一致
を示した。
この重合体を実施例1と同様に成膜し、逆浸透実験に供
した所透水Ji 53 lit・hr、脱塩率93.5
係であった。
実施例4
4.4′−ジクロル−3,3′−ジニトaジフェニルス
ルホン37.73%(i、4.4’−ジアミノジフェニ
ルエーテル13.02g11. 315−ジアミノペン
センスルホン[’iZ6.59部及び炭1m ’)チウ
ム11.76郡をN−メチルビミリ1フ200部に溶解
させ実施例2と同僚に重縮合反応、還元反応及びりaル
炭醒エチルを用いる高分子反応を行った後加熱閉環処理
し、入代に示す様なポリベンツィミタゾロン共重合体を
得た。
この重合体の固有粘度は0.47であり、元素分析値C
: 63.11 %、 J(: 3,37%、・N :
3.04%、S : 9.43%トなり、計N li
t C: 63,75%。
H: 3,27%、N:3.31%、S:9.61%と
良好な一致を示した。
この重合体を実施例1と同様に成膜し、非対称膜を得た
。この膜の逆浸透実験によ、る性能は、透水41551
/ rrt−hr 、脱塩率は94.1%であった。
実施例5
10重量係のりaルスルホン酸をきむジク〔Jルータフ
150mを水冷下に倣しくイ4拌する。
この溶液に非常に細く粉砕したド記の構造式を有するポ
リベンツイミタゾロン(以下P Is l Lと略す)
(固有粘度0.73 ) 10.83部を少(21つ加
える。
添加と同時に、PBILは淡黄色より黒色IL、変色し
た。水浴上で約2時間攪拌を続けた俊、J、2−ジクミ
ルエタンをデカンテーションでP不き、更に新鮮な1,
2−ジクミルエタン2 g o gで洗浄しデカンテー
ション後、2oo=uリメタノールで洗浄を2回くりか
えす。その後、N−メチルピロリドン1()0部に溶解
せしめ、少殖の不溶部をl1=l別した後、大量の水に
加え又ポリマーを丹沈回収した。このポリマーの固有粘
度は0.98であった。このポリマーのイオン父換当電
は11.697 ミIJ当量/gであり、これはm−0
,366のポリベンツイミダシロンに該当するものと確
認された。この重合体の元素分析+:aはc : 6+
1.21%、 H: 3.279b、 N : 7,8
5%。
S : 8.29 qりであり、m = 0 、37と
考えた61譜。
1直 C: 59.35 %、H:3,07 φ 、N
ニア、99乞s : 8.35%に良好な一致を示した
。
この左合体を用いて実施例1と同様Vこして非対称膜を
成膜し、逆浸透実験を行った所、透水t 49.21/
rr’hr 、脱塩率94,31%の値を示した。又、
200時間の連続運転を行ったが、透水量は461部w
’hrとなり良好な圧密性を示す事が確認された。
実施例6
固有粘度0.73のPHIL 10.o部を1−f−L
/7クロリド150部にa濁させる。氷冷ド激しく攪拌
を行いながら10f[誓係のりaルスルホン酸を有する
ジクロルエタン150部を簡卜する。
水冷下に撹拌な4時間行った後、懸濁する重合体をカラ
スフィルターでd5遇し、メチレンクロリドで洗浄した
後、メタノールで洗浄し90都のN−メチルピロリドン
に溶解させ、大過剰の水に加えることにより、重合体の
沈澱を得た。
この重合体の固有粘度は0.63であり、イオン交換当
量は0.579ミリ当t/ythつた。この値はm=(
1,3に相当するポリベンツイミダシロンと確認された
。この左合体を実施例1と同様に成膜し逆浸透実験に供
した所、透水量451/rrt・hr、脱塩率95.2
%を示し、約20()時間の連続運転で透水量は411
/rK・klrとなり、良好な耐圧密性を示す事が認め
られた。
実施例7
4.4′−ジクロル−3,3′−ジニトロジフェニルス
ルホン37.73部、4.4’−ジアミノジフェニルエ
ーテル20.03部、炭酸ソーダ21.2部をジメチル
スルホキシド250部に溶解させ、実施例1と同様の重
合反応を行い、橙赤−色ポリマー50部を得た。
このポリマーの固有粘度は0 、8 :4であった。
このポリマーを実施例1と同様に・〜イドロサルファイ
トによる還元反応を行った後、得られた還元重合体40
部をN−メチルピロリドン400部に溶解させ、炭散ソ
ーダ42.4部を加えたのち氷冷FKまずメタンスルホ
ン酸りaリド2.28部を加え1時間攪拌を継続した僕
、ククル炭酸エチル29部を加えた。丈に2時間攪拌を
続けた後160℃に浴温を上昇させ、同温度で2時間攪
拌した後冷却後、大過剰の水に加えてポリマーを回収す
る。この左合体の固有粘度は0.93であり、NMRス
ペクトルのメチル基と全ベンゼン環との強度比より次式
の構造を有するポリベンツイミダシロンである事を確認
した。
この重合体な実施例6と同様にスルホン化成’L5を行
って得られたポリマーは固有粘度Q、99゜イオン交換
当量0,565ミlJ当N/jlであり、これはmが0
.30に相当するgが倫gさJまた。
この重合体を実施例1と同様に非対称膜7つ(り逆浸透
実験を行った所、透水1t56.(JJ/m’・hr、
脱塩率94,29&の性能を示した。
マ+、+9.゛[In addition, heat resistant,
It has been confirmed that it has better acid resistance, alkali resistance, and stability against certain oxidizing agents, so it can be used only in limited applications such as the conventional desalination of can water and the production of ultrapure water.
, cleaning water paste in metal surface treatments such as various plating a-
Practical use in industrial processes such as industrial processing, concentration processing of juices, broth, etc., and various food processing that requires heating, alkaline or oxidizing agent treatment, etc. I found out something. However, depending on the application, there are many cases where it is desired to obtain effective water permeation waves even if the rejection ability is sacrificed to some extent. Therefore, it has been difficult to achieve high water permeability while maintaining high chemical resistance as described above. The present inventors have developed polybenzimidasilon with such performance (as a result of intensive studies, we have found that either an aromatic diamine having a pendant sulfonic acid group is used as a raw material monomer, or polybenzimidacylon is used as a raw material monomer). By sulfonating the main polymer, polybenzimidacylon having pendant sulfonic acid groups in a certain specific allocation can be easily obtained, and such a monomer membrane can meet the above objectives. The present invention was achieved by discovering the repeating unit represented by the following formula (1) [However, the total average value of m is 0.0
A value in the range of 5 to 2, Ar in each unit, and Ar,
may be two or more different groups each satisfying the above conditions. ] with a pendant sulfonic acid group containing a small number of total repeating units (both 50 moles), an intrinsic viscosity of 0.
This is a selectively permeable membrane mainly composed of one or more polybenzimidacylons. As a preferable example of Ar in formula (1) of the present invention,
As the basic skeleton that forms it; the following formula [A], (-
) The basic skeleton of the compound (hereinafter abbreviated as A)t. ) can be given. [a] 0 (benzene) [a] (naphthalene) Further, the above iir: A It can also be suitably used when two or more of them are combined as in the following formulas [) to] to [ch]. [C) A R-A R [2J A It -A R-A R [E) AR-Q-AR [F] AH-q-AR-Q [H] AH-Q-AR -AR In the formula, [E] and [E] are preferred. However, the above formula [...] ~ [chi] ic o(・te, -(-
Examples include -so, -, -8-, -o-, -c-, a fullylene group having 1 to 3 carbon atoms, an oxadiazole group, a hytantoin group, a lanokun bond, an imide bond, a triazole bond. etc. at least one camphor: ll*desirable. The above-mentioned aromatic group AR may have an amorphous substituent such as a lower alkyl group, a lower alkoxy group, or an a-gen atom. Also, with regard to Arc, compounds similar to Ar can be cited as suitable examples. As a specific preferred example of Ar, 1 As a specific preferred example of Ar, when m = 1 to 4, etc. can be given, and when m = 00, *brt3゜-o- O-o-8q-o-o- etc. can be mentioned. These can be suitably selected to be la or more in the range where the average of m is O, (15 to 2, particularly preferably 0.1 to 1.5. In the polybenzimitazone a related to the present invention, the formula (1
) is at least 50 moles or more,
Preferably it is 70 molar or more, more preferably 90 molar or more. Other structural units include precursor units before benzimitazolone is produced, such as represented by the F-formula (V). (2) In addition, when Y is -NH, the -NH1 can be reacted with sulfonyl chloride or the like to form a phenylsulfonamide group or a methanesulfonamide group. Introduction of such a sulfonamide group results in water permeability 'kkt! /In some cases, it may have the effect of increasing As structural units other than the above precursor units, a part of the aromatic diamines (ill) may be aliphatic diamines (for example, hexamethylene diamine, dodecamethylene diamine, etc.),
Alicyclic diamines (e.g. piperazine, 4,4-disyc a
(hexylmethanediamine, etc.).
1), structural units corresponding to (V); Also, aromatic diamines [1) aminophenols (e.g. m-aminephenol, p-7 minophelate, etc.) and/or bisphenols (e.g. is hisphenol A. Bisphenol S, resorcinol, etc." is substituted with the lower hi" = formula [■]. ] Naru Nido a/J
An amide structural unit obtained by replacing a part of the C+ compound with a dicarphonyl a-noide (e.g., in7tal acid a-ride, terephthalic acid a2-ide, cepatic acid chloride, etc.), disulfonic acid halide (e.g. The sulfonamide structural unit obtained at °C is replaced with tricarboxylic acid monoanhydride monohalide (e.g., 4-chloroformylphthalic acid). Amide-imide or 1-amic acid structural unit [■] obtained by replacing with anhydride), amidic acid or imide structural unit LXJ obtained by replacing with tetracarboxylic dianhydride (e.g. bilome'J acid dianhydride), etc.; I can give Jlf. These are soluble, R water-based, etc.! It can be appropriately copolymerized and used for the purpose of making four sections. The polybenzimidazolone with pendant sulfonic acid groups according to the invention K has a %U of 5.9/lo. -Intrinsic viscosity measured at 30°C in N-methylpyrrolidone S liquid is at least 0.1 or more, preferably 0.4 or more,
More preferably, it is 6 or more. As a method for producing such a polymer, at least one of the aromatic nido If / Furthermore, if necessary, the above-mentioned copolymerization components are added as appropriate, and the polynitroimine represented by the formula (XI) is prepared by reacting with an inert polar solvent and an acid acceptor by heating. Hari]
It starts by obtaining the. [However, in the formula, ArI+ Ar and m are the same as above. ]
Dimethyl sulfoxide is used as an inert solvent. N-methyl vicritone, N,N-dimethylaceto'r
So-called aprotic polar solvents such as Mido are preferred. Although it is possible to use the above aprotic polar solvent as the acid acceptor, it is preferable to use it separately.As such acceptor, alkaline earth or alkali metal carbonate are particularly preferred, and specific examples include soda carbonate, potassium carbonate, charcoal lithium, calcium carbonate, etc.
I can give you. The reaction conditions are generally a reaction temperature of 7 ()
~21) QC, preferably 1011~180''G. Reaction time 0.5~3() hours, preferably 4~20 hours.The polynide aimine (Xl) thus obtained
The following formula [■] can be obtained by reducing the nitro group.
It is converted into a polyaminoimine represented by [However, in the formula, Ar, , Ar, and m are the same as @. ] Such reduction is carried out by dissolving the polymer in the above-mentioned heterogeneous solvent and homogenizing it.
System method, water, methanol 5. An example of this method is suspension in a medium such as tetrahydrofuran. Examples of the reduction method include a method using a chemical reducing agent such as hydrogen sulfide, soot chloride, and sodium chloride, and a method using catalytic hydrogenation using palladium-carbon or the like. Furthermore, the polyaminoimine (■) K pair (2,
Depending on the type of active carbonate derivative [■], the amino group can be converted to penzimitazolone V (via a urethane group or urea group).Such an activated carbonate derivative [■] is 關x'-c-x' ...... [■]' or 0C=N-bird ...... , a rate compound, and /'% of x' and and () are preferably bonded to pengtylene, ethylene, imitazole residues, etc., and R4 is preferably ethylene, etc. Also, phenyl, etc. is suitable as R3 in the above formula [Xl]. Examples include phosgene, ethyl chloroformate, phenylchloroformate,
Diphenyl carbonate, engineered carbonate, N,
N-dimethylcarnomate, o-ethyl-N
, N'-dimethylcarbamate. N-ri-a-formylpiveridine, N-phenyl O-
Examples include phenyl urethane + urine X, -y enyl isocyanate, and carbonyl diimitazolide. The chemical formula for using the compound is chemically represented by the formula CXI)
The amount may be equimolar to the aminoimine structure represented by, but it may be more than that, or less than equimolar if it is not necessary to convert all of the aminoimine structure to benzimitazolone. Costume. The reaction between the above-mentioned compound and a polymer having a 7-mininoimine structure must be carried out keeping in mind that one of the reaction components is in the Jll, Q form. IIL is preferably carried out in the presence of a medium that dissolves or moderates the polymer.Also, when the compound itself acts as a solvent, it is also preferable to carry out the reaction. The reaction can proceed. Such solvents include N-methyl biaridone, amide thread solvents such as dimethylacetamide, hexamethylphosphoramide, etc., or sulfoxide or sulfone solvents such as dimethyl sulfoxide, tetramethylene sulfone, etc. In some cases, organic acidic solvents such as cresol and 1v!S may also be used.The reaction varies depending on the reactivity of the cinnabar derivative or incyanate compound, but in general, 0-phenylenediamines and charcoal 111M are used. First, it does not follow the conditions of the known bennimitazolone formation reaction by reaction with a conductor or incyanate compound. Such a reaction can be expressed in the general formula as follows: 1 (II) 1X'-C-X'(Xm)'→(1) [■) 10QC;NRs (■]" → (1) Generally, a primary amino group is a secondary amino group (imino group)
(especially when C8 is an aromatic nuclear carbon atom). Therefore, the primary amino group and the more reactive side of x' and
1) VL ring closure. Therefore, if the reactivity of the primary amino group and the secondary amino group differ greatly, and/or if the reactivity of x' and It can be stably extracted using an intermediate polymer having the following properties. In addition, the structure (1
) can also be used. Examples of vertical acid derivatives and incyanate compounds from which intermediate polymers having bonds of structures (V)' and (V)' can be stably extracted include ethyl chloropomate, phenyl Qc1 formate, and N-chloro lj formyl dimethyl. 7μ, including chloraphorkyl derivatives such as amines and isocyanates, and stabilized incyanates such as phenylwallethane, etc. are produced. These compounds are generally 1oo
(V)', (V)' bond-containing intermediate polymer can be obtained by reacting with the primary I' mino group at a temperature of 50° C. or less, preferably 50° C. or less. The intermediate polymer can be converted to polybenzimidasilon by heating at 50°C or higher, preferably from 100°C to 300°C. Of course, when using the above-mentioned chloroformyl wire conductor wincyanate and stabilized isocyanates, the same structure (v)' as when using compounds having the same reactivity of x and x' such as phosgene, urea, diphenyl carbonate, etc. ,
Without taking out the intermediate polymer having (V)', it can be converted into polybenzimidacylon all at once and taken out as polybenzimidacylon h1. When using a carbonic acid derivative with a small number of x and ,)
Since this inhibits the reactivity of the group, it is preferable to carry out this reaction in the presence of an acid acceptor. Such acid acceptors include alkali metal or alkaline earth metal hydroxides, carbonates, bicarbonates. Examples include inorganic acid acceptors such as salts and organic acid acceptors such as tertiary amines. Further, among the reaction solvents mentioned above, the 7-mide solvent and the sulfoxide solvent have an acid-accepting ability and can also serve as an acid-accepting agent. In the present invention, the progress of the reaction can be monitored by measuring the infrared absorption spectrum or NMR spectrum of the polymer. The polybenzimidacylones thus obtained are generally N-methyl biolidone, dimethyl sulfoxide, etc. &'Lvs 1? +, and they can be formed into films, fibers, etc. The polybenzimidacylones obtained by the present invention have a high melting point and good heat resistance, and can be used as heat-resistant resins. It can also be suitably used as a membrane. Furthermore, it maintains a certain degree of reactivity as an original document bond.C
Since it also has a sulfonic acid group, it can be used as a functional polymer that can perform six reactions. In addition, as another method for producing polybenzimidacylon having pendant sulfonic acid groups according to the present invention, initially, as the diamine used for polymerization, a diamine having a sulfoxide or a sulfonic acid ester is used instead of a sulfonic acid group. It is also possible to obtain polybenzimidacylon having pendant sulfonic acid groups by subsequent hydrolysis at an appropriate stage. Furthermore, as a method for producing polybenzimidacylon having other pendant sulfonic acid groups, once polybenzimidacylon having no pendant sulfo/acid groups has been synthesized, preferably in the presence of a small active solvent "F". Chlorsulfone 1
F1. It is also possible to introduce the desired sulfonic acid group using a sulfonating agent such as fuming sulfuric acid. Therefore, m=
In this method, polybenzimidacylon corresponding to No. 0 is once synthesized by the method described above, and then sulfonated. As such a sulfonating agent, alkali sulfonic acid oleum is preferred. At that time, as fuming sulfuric acid, 2
~3Uffid%, preferably 5-20% fLJ1 of 3
It is advantageous to use a fuming 4iIt acid containing sulfur oxide. In the sulfonation by this method, the inert solvent used may be any solvent that does not react with chlorosulfonic acid and fuming sulfuric acid. The bath additives include carbon tetrachloride, methylene chloride, methylene bromide, and lye+cy.
Halogenated hydrocarbon threads such as form, dichloroethane, and trifluoroethane are preferably used. Generally, sulfonation with sulfuric acid is carried out without a solvent, and sulfonation with real sulfonate is carried out without a solvent or with an inert bath agent in order to control the reaction. When sulfuric acid is used, it is generally used in excess relative to the polypene/nimita/kun polymer, since it also serves as a bath agent, as described above. In addition, when using chlorsulfonic acid, the amount is 1% to 50% based on the polybenzimidacylon polymer.
The range of 1 kqb to 20 times is preferable. Generally, polybenzimidazo [1] is dissolved in chlorosulfonic acid as described above. Polybenzimitazocune is often not dissolved, and usually reacts with vigorous stirring while making polybenzimitazocune cloudy. Therefore, the reaction temperature is -10'C~I
The reaction time is preferably in the range of 50'C to 120'C.The reaction time depends on the required degree of sulfonation and the concentration of the reaction reagent, but is generally 5 minutes to 20 hours, preferably The period of time is from 10 minutes to 15 hours.The structure and degree of sulfonation of the polybenny!-dacinopolymers having pentanant sulfonic acid groups obtained by these methods are determined by infrared absorption spectra and nuclear magnetism. This can be confirmed by methods such as resonance spectroscopy and elemental analysis.Particularly when used as a membrane, the reactivity as the original bond and the reaction of the pendant sulfonic acid groups can be confirmed as described in the separately filed invention by the present inventors. Taking advantage of this property, it is also possible to crosslink the film by reaction with a crosslinking agent during or after film formation, resulting in a film with improved compaction properties, chemical resistance, etc.Next, the polymer related to the present invention The permselectivity using the membrane and its production method will be described below.The polymer used for the membrane in the present invention preferably has film-forming ability itself, and its intrinsic viscosity is generally (1.4 or more, preferably, (A value of 0.6 or more is preferably used.) However, as mentioned above, when a crosslinking agent is present during film formation to form a 1!8! film without crosslinking, this is not the case. The selectively permeable membrane of the present invention is usually obtained by #! membrane from a solution mainly containing an organic F14 medium.The organic solvent may be any organic solvent as long as it is inactive and can substantially dissolve the polymer VC. -4-7 (In other words, it is preferable to use a material that can be dissolved in a bath at room temperature as well as in a heated state to form a homogeneous shape, but a material that leaves some uneven areas is also acceptable.Also, if necessary, lithium chloride, The solubility can also be increased by adding an inorganic salt such as calcium chloride. In order to obtain the selectively permeable membrane of the present invention, suitable solvents that can be preferably used during membrane formation include N-methyl Pyrrolidone, N-methylsololactam, N,N-
dimethylacetamide, hexmethylbosphoramide,
Examples include amide-based solvents such as tetramethylene iodine; sulfoxide-based solvents such as dimethylsulfogycete; Also, using these solvents, polymer bath liquid f/
When adjusting, add an appropriate diluent to improve the properties of rice cake, dryness,
Coagulability etc. can be investigated. In addition, if the polymer is obtained as a uniform bath liquid at the layer end of the polymer mentioned above, It can be used as is as a stock solution for book binding. The selectively permeable membrane of the present invention may be formed into various forms, such as a flat plate or a tubular film, or a hollow fiber, depending on the form of use. When used in the form of a film, a method can be adopted in which, for example, a porous flat plate or a ridge-shaped base material and a thin film made of the polymer of the present invention are integrated. Such a thin film usually has a thickness of 0.06μ or more and IOβ or less.
C is used. Conventionally known techniques can be used for forming the thin film and for contacting or integrating the thin film with the porous substrate. For example, a stock solution for a membrane is cast onto a belt or a flat support to a desired thickness, the solvent is removed by drying or other means, and the resulting thin film is peeled off from the support. If necessary, a method of integrating with the porous material using an adhesive or the like may be used. Further, other methods for integration with the porous substrate include roll coating and coating. A method of directly coating the base material with the stock solution by dipping or the like may also be adopted. For the production of such thin films, it is advantageous to use stock solutions containing at least 0.5% by weight of the polymer, particularly preferably at least 1.11% by weight and not more than 10% by weight. However, the drying temperature varies depending on the whaling solvent, but the drying time is 5 o
~25 fl'C is preferably used. Other forms that can be used as a film include the above-mentioned L
Asymmetric structure similar to cellulose acetate membrane by oeb etc.
That is, there is a membrane with a smooth epithelial layer and a relatively porous lower layer with a 2m structure. To obtain such an asymmetric structure, for example, a wet membrane e
In this method, only one side of the membrane surface is brought into contact with the coagulation liquid to cause coagulation from that side; in dry membrane formation, the solvent is similarly evaporated from one side of the membrane surface, and some of the solvent remains. Immerse the partially solidified film in leachate with residual
Any method that extracts and removes the remaining solvent etc. may be used. In this case, inorganic salts, organic salts, or other organic compounds with a molecular weight of 5 (10 or less) that has an average size and volatilization rate different from those of the organic solvent used should be added to the film-forming stock solution. By removing it during extraction, the permselectivity can be greatly improved. Examples of effective additives include lithium chloride and odour-11S lithium. Inorganic materials such as calcium chloride and lithium nitrate. Examples include salts and organic substances such as formamide.The ratio of the additive to the polymer varies depending on the aI group of the heptamer and the static medium used, but is generally preferably 5 to 60% by weight.Partial solidification The membrane can be obtained by hardening the film-forming stock solution on a flat plate (cast to the desired thickness on a tubular support and opened on one side) for 1 hour. The suitable film forming temperature is the unique solvent and casting temperature.It may vary depending on the drying time and wind speed, etc., or the general VC40~
A range of 200° C., preferably 60 to s 5o C is reasonable. Partially solidified membranes contain 200 to 25
Preferably, a weight-related solvent and cooling agent remain. The partially solidified membrane thus obtained can be immersed in a leachate to remove most of the solvent J6 and additives remaining in the membrane, thereby obtaining the desired selectively permeable membrane. . The leachate used in this case is a liquid V that is compatible with the organic solvent and additives (and has a soluble level of -4 and is chemically inert with respect to the polymer). It is necessary to add k 74. Specific examples thereof include water, methanol, ethanol, or a mixture thereof, but water is the most suitable. The leaching temperature is generally -20 The temperature range is from ℃ to 50℃.If the leaching operation is performed at too high a temperature, the leaching rate will increase, but devitrification and other non-uniform areas may occur, which may seriously impair the performance of the membrane. In general, it is preferable for the leaching time to take about 10 minutes for most of the remaining substances in the partially solidified membrane, such as the solvent and added salt, to be leached out.After leaching, the membrane is hydrated in water. It is preferable to store the membrane as it is.After most of the above-mentioned residues have been leached out, the membrane can be treated with hot water at 50 to 95°C for a short period of time to further improve performance such as salt rejection rate. (The thickness of the selectively permeable membrane with an asymmetric structure obtained by this method is generally 1() to 500μ, preferably 4() to 2rO1).
Used in the μ range. Another example of the membrane type used is hollow fiber. In this case, the above-mentioned stock solution is extruded using a spinneret in the inner wall, and a film is formed by a known method such as a wet method, a dry method, or a combination of both methods. be able to. Further, in the case of SO&J, a diameter of 20 to 150μ, a wall thickness of 5 to 40μ, and a hole size of $0.1 to $0.6 are generally used. The selectively permeable membrane containing pentantosulfone #1M as a main component over the sulfur-polypenne imidazolone has superior chemical properties of the corresponding polypenneimidazolone selectively permeable membrane without pentantosulfone #1M. However, the water transport rate has been greatly improved due to the increased hydrophilicity fL', and it is possible to secure a lower pressure °C water permeation rate, making the original model υ) and I) more economical. This allows easy operation and can be suitably used in a wide range of applications as mentioned above. The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the Examples are for illustration only and are not intended to be limiting. In addition, the intrinsic viscosity in the examples is 11.5 j// 111
am/polymer roughness 0N-methylpyrrolidone (hereinafter NMP
+%i") 8M, measured at 30'C.' Also, the inverse &a actual g is 4t+ky/oA, 1
% NaC6 aqueous solution.
This is the amount obtained by titration with 0.1NH (J) after HfjL concentration. 18.02 parts of di-7minodiphenyl ether, 3.44 parts of 2.2'-benzidine disulfonic acid, and 21.2 parts of anhydrous carbonic acid sorter were mixed with 2 s of dimethyl sulfoxide (roughly translated to 1 m, 1
(Heating and stirring were continued at 10°C for 20 hours. After the reaction, reaction f# was added to a large excess of water to obtain 51.0 parts of an orange-red polymer. The intrinsic viscosity of this polymer σ) was 0.43. there were. The polymer was suspended in a mixed medium of 11)0 parts of Meknol and 15) parts of water, and sodium I-itrosulfite 7.
5 parts were added and stirred for 2 hours at 75'C. C) After l>r, add to the large spear of water and thoroughly bathe with inorganic salt) After washing with water for 1 time,
40 parts of a gray-white polymer with an intrinsic viscosity of +1.7517 J after drying was obtained. σ) Polymer with N-methylpyrrolidone 200%
23 parts of carbonic acid sorter was added thereto, and 30 parts of chlorine acid salt was added dropwise, and the mixture was stirred for about 4 hours.
The reaction solution was added to the water containing a large amount of water to form a brown polymer 5.
I got 0@S. The intrinsic viscosity of this polymer g kA, 11
, li :4 Te1-. Tsuta. Based on the elemental analysis value and 7/I(YIlk II!) spectrum of this polymer, it was confirmed that it is polyether imine sulfone as shown by the following formula. [However, -CL) OEt is -COOC, bird represent. ]
50tfl of this polymer was converted into N-methylbi, 1/4
5 () parts, heated at 160°C ((stirred) for 3 hours, cooled and then added to a large excess of water for 441 hours. 42 parts of polymer was obtained. Polymer υ) L, 4 ; I viscosity was 0.62. Elemental analysis values were C: 48.+12%, H2: 2.32%. H: 29.97918. 8: 5.87, expressed by the following formula. Calculated values when considering polybenzimidacylon C: 47,96 units, If: 2,48 units, N: 3
11.124. S: There was good agreement with Sections 5 and 91. The infrared absorption spectrum of a film prepared from a solution of this polymer in N-methyl bichloride contains 2500~
370 (l cm-', 1080 c
m-', 1020 tx-'l' The first absorption based on sulfonic acid groups was observed. Before ion exchange, it was 0.32 milJ/i#, /11. Kyo combination 15s obtained in this way, lithium chloride 4.
A film-forming stock solution consisting of 5 parts of N-methylpyrrolidone and 85 parts of N-methylpyrrolidone was subjected to ilJ treatment. The stock solution was cast onto a glass plate using a doctor blade with an aperture of 50 ()μ, and heated at 14 (1'C, 9
After drying for a minute, the membrane was immediately immersed in ion-exchanged water for 24 hours to remove any residue in the membrane and obtain an asymmetric membrane. This membrane was subjected to a reverse osmosis experiment.
rrt-hr and desalination rate of 96.7 qb was obtained. Work 912 4.4'-Diquaru: 37.73 parts of 3'-dinitrodiphenyl sulfone, 6,02 parts of 1,4'-di-minodiphenyl ether, 2.2'-benzidine sulfone l! l! 6.89 parts and disaster acid suchiu A, I1.
In addition to 200 parts of 76 1kN-methylpyrrolidone, 14
Continue heating and stirring at 0°C for 16 hours. [Reaction] 1) At the end of the experiment, add the reactant to a large excess of water to form an orange-red borine (53
part) was collected. The intrinsic viscosity of this polymer is 0.41
Met. 50 parts of this polymer was mixed with Example 1 (
A reduction reaction was carried out in the same manner, followed by a urethane reaction using ethyl alkyl carbonate, and then heating to obtain 49 parts of a brown polymer. The elemental analysis value of this polymer is C:
5111.53chi, H: 3.17%, N: 10.
lJ2'l S: 8.43, calculated value when considering polybenzimitazolone shown by the following formula, C:
59.44%, )l: 3.08%, N: 10.
67%, 8:8.54%, which showed good agreement. In addition, the ion concentration of the stiff polymer was 0.772 mm/y. This value is a calculated value, 0.761 milliequivalent/
Good agreement was shown for the value of l. In addition, the infrared absorption spectrum is 1020 F-', 1080
Slightly strong absorption based on sulpon was observed in α-1. When this polymer was formed into a film in the same manner as in Example 1 and subjected to a reverse osmosis experiment, water permeability j#451/m'- hr, desalination rate was 93.7 qb. Example 3 494'-dichloro-3937-dinito a diphenyl 7
Polymerization reaction, reduction reaction, Lanthanization reaction. After a ring-closing reaction, the following formula was obtained: The ion exchange rate of this polymer was 1,295 JlJ/
I, showing good agreement with the calculated value of 1,280 mm/t/v. This polymer was formed into a film in the same manner as in Example 1, and subjected to a reverse osmosis experiment. The water permeability Ji was 53 liter/hr and the salt removal rate was 93.5.
He was in charge. Example 4 4.4'-dichloro-3,3'-dinito a diphenyl sulfone 37.73% (i, 4,4'-diaminodiphenyl ether 13.02 g 11.315-diaminopencensulfone ['iZ 6.59 parts and 1m of charcoal) 11.76 parts of lithium was dissolved in 200 parts of 1m of N-methyl birydium, and the polycondensation reaction, reduction reaction, and polymer reaction using carbonized ethyl were carried out in accordance with Example 2, followed by heating and ring-closing. After treatment, a polybenzimitazolone copolymer as shown in the figure was obtained. The intrinsic viscosity of this polymer is 0.47, and the elemental analysis value C
: 63.11%, J(: 3,37%, ・N:
3.04%, S: 9.43%, total Nli
tC: 63.75%. Good agreement was shown with H: 3.27%, N: 3.31%, and S: 9.61%. This polymer was formed into a film in the same manner as in Example 1 to obtain an asymmetric film. According to reverse osmosis experiments, this membrane has a water permeability of 41551
/rrt-hr, and the desalination rate was 94.1%. Example 5 Stir 10 parts by weight of glue and sulfonic acid using a 150 m thick J-rutaf while cooling with water. Polybenzimitazolone (hereinafter abbreviated as P Is l L) having the structural formula of
(Intrinsic viscosity 0.73) Add 10.83 parts (21 parts). At the same time as the addition, PBIL changed color from pale yellow to black IL. By decantation, you can get even fresher 1,
After washing with 2 g of 2-dicumyl ethane and decantation, the washing was repeated twice with 2oo=u methanol. Thereafter, the polymer was dissolved in 10 parts of N-methylpyrrolidone, and the small amount of insoluble portion was separated by 11=l, then added to a large amount of water, and the polymer was recovered by sedimentation. The intrinsic viscosity of this polymer was 0.98. The ionic father exchange potential of this polymer is 11.697 miIJ equivalent/g, which is m-0
, 366 polybenzimidacylon. Elemental analysis of this polymer +: a is c: 6+
1.21%, H: 3.279b, N: 7,8
5%. S: 8.29 qri, 61 staves considering m = 0, 37. 1st shift C: 59.35%, H: 3,07φ, N
Near, 99%: showed good agreement at 8.35%. Using this left combination, an asymmetric membrane was formed by V straining in the same manner as in Example 1, and a reverse osmosis experiment was conducted.
rr'hr, the salt removal rate was 94.31%. or,
After 200 hours of continuous operation, the water permeation rate was 461 parts.
'hr, and it was confirmed that good compaction performance was exhibited. Example 6 PHIL with intrinsic viscosity 0.73 10. o part 1-f-L
/7 Add a turbidity to 150 parts of chloride. 150 parts of dichloroethane containing 10 f[alpha]sulfonic acid is dissolved under vigorous stirring under ice cooling. After stirring for 4 hours under water cooling, the suspended polymer was filtered through a glass filter, washed with methylene chloride, washed with methanol, dissolved in 90% of N-methylpyrrolidone, and dissolved in a large excess of water. A precipitate of the polymer was obtained by adding to the solution. The intrinsic viscosity of this polymer was 0.63, and the ion exchange equivalent was 0.579 mm/yth. This value is m=(
It was confirmed to be polybenzimidacylon corresponding to 1,3. This left coalescence was formed into a film in the same manner as in Example 1 and subjected to a reverse osmosis experiment.
%, and the amount of water permeation is 411 after approximately 20 () hours of continuous operation.
/rK·klr, and it was recognized that good consolidation resistance was exhibited. Example 7 37.73 parts of 4.4'-dichloro-3,3'-dinitrodiphenyl sulfone, 20.03 parts of 4.4'-diaminodiphenyl ether, and 21.2 parts of sodium carbonate were dissolved in 250 parts of dimethyl sulfoxide, A polymerization reaction similar to that in Example 1 was carried out to obtain 50 parts of an orange-red polymer. The intrinsic viscosity of this polymer was 0.8:4. This polymer was subjected to a reduction reaction with idrosulfite in the same manner as in Example 1, and the obtained reduced polymer 40
1 part was dissolved in 400 parts of N-methylpyrrolidone, 42.4 parts of charcoal soda was added, and ice-cooled FK was added.First, 2.28 parts of methanesulfonic acid arid was added and stirring was continued for 1 hour. Added 29 parts. After stirring continuously for 2 hours, the bath temperature was raised to 160° C., and after stirring at the same temperature for 2 hours and cooling, the polymer was recovered by adding a large excess of water. The intrinsic viscosity of this left coalescence was 0.93, and it was confirmed from the intensity ratio of methyl groups and all benzene rings in the NMR spectrum that it was polybenzimidacylon having the structure of the following formula. The polymer obtained by sulfonation L5 in the same manner as in Example 6 has an intrinsic viscosity Q of 99° and an ion exchange equivalent of 0,565 milJ/N/jl, which means that m is 0.
.. The g equivalent to 30 is Lung G and J. When this polymer was subjected to reverse osmosis experiments using seven asymmetric membranes (as in Example 1), water permeability was 1 t56.(JJ/m'・hr,
It showed a performance of desalination rate of 94.29&. Ma+, +9.゛
Claims (1)
05〜2の範囲の値であり、各単位中のAr、及びAr
、はそれぞれ上記東件を満足する2種以上の異なる基で
あってもよい。〕を全繰返し単位の少(とも50モル%
官有するペンタントスルホン酸基を有するポリベンツイ
ミタゾUンより主としてなる選択透過膜。[Claims] A repeating unit represented by the following formula CI) (however, the total average value of m is +1,
Values range from 05 to 2, Ar in each unit, and Ar
, may be two or more different groups each satisfying the above condition. ] of the total repeating units (both 50 mol%
A selectively permeable membrane mainly composed of polybenzimitazo U having pentantosulfonic acid groups.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP20412384A JPS6099308A (en) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | Permselective membrane based on polybenzimidazolone having pendant sulphonic acid group |
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| JP20412384A JPS6099308A (en) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | Permselective membrane based on polybenzimidazolone having pendant sulphonic acid group |
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| JP6094377A Division JPS6021612B2 (en) | 1977-05-27 | 1977-05-27 | Polybenzimidazolone having pendant sulfonic acid group and method for producing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6099308A true JPS6099308A (en) | 1985-06-03 |
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| JP20412384A Pending JPS6099308A (en) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | Permselective membrane based on polybenzimidazolone having pendant sulphonic acid group |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6099308A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50756A (en) * | 1973-05-02 | 1975-01-07 | ||
| JPS5045786A (en) * | 1973-08-27 | 1975-04-24 | ||
| JPS5137879A (en) * | 1974-09-27 | 1976-03-30 | Teijin Ltd | SENTAKUSEITOKAMAKU |
-
1984
- 1984-10-01 JP JP20412384A patent/JPS6099308A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50756A (en) * | 1973-05-02 | 1975-01-07 | ||
| JPS5045786A (en) * | 1973-08-27 | 1975-04-24 | ||
| JPS5137879A (en) * | 1974-09-27 | 1976-03-30 | Teijin Ltd | SENTAKUSEITOKAMAKU |
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