JPS62216604A - 複合半透膜 - Google Patents

複合半透膜

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Publication number
JPS62216604A
JPS62216604A JP61059266A JP5926686A JPS62216604A JP S62216604 A JPS62216604 A JP S62216604A JP 61059266 A JP61059266 A JP 61059266A JP 5926686 A JP5926686 A JP 5926686A JP S62216604 A JPS62216604 A JP S62216604A
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JP
Japan
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membrane
water
composite membrane
protective layer
composite
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Pending
Application number
JP61059266A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Inoue
哲男 井上
Tadahiro Uemura
忠廣 植村
Masaru Kurihara
優 栗原
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1216Three or more layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液状混合物の成分を選択透過分離するための
半透膜に関するもの・であり、特に、海水ヤカン水を脱
塩して淡水化することができ、また染色廃水や、電着法
お1廃水等の公害発生原因である汚水等から、その中に
含まれる汚染あるいは有効物質を選択的に除去または回
収し、さらには半導体の製造や、医療用の超純水の製造
について用″いることのできる、半透性複合逆浸透膜に
関するものである。
(従来技術) 従来、工業的に利用されている半透膜には、酢酸セルロ
ーズからつくった非対称膜として、例えば米国特許第3
,133,132号及び同第3゜133.137号等に
記載されたロブ型の膜がある。しかし、この膜は、耐加
水分解性、耐微生物性、耐薬品性などに問題があり、特
に透過性を向上しようとする耐圧性、耐久性を兼ね備え
た膜が製造できず、一部使用されているが広範囲の用途
に実用化されるに至っていない。これらの酢酸セルロー
ズ非対称膜の欠点をなくした新しい索材に対する研究は
米国、日本を中心に盛んに行なわれているが、芳香族ポ
リアミド、ポリアミドヒドラジド(米国特許第3,56
7.632@) 、ポリアミド!(特公昭50−121
168号)、架(命ポリアミド酸(特公昭52−152
879号)、ポリイミダゾピロロン、ポリスルホンアミ
ド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズイミダシロン
、ポリアリーレンオキシドなど、その一部の欠点を改良
する素材は得られているものの、選択分離性おるいは透
過性等の面では酢酸セルローズ膜より劣っている。
一方、ロブ型とは型を異にする半透膜として多孔性支持
体上に実質的に膜性能を司どる活性層を被覆した複合膜
が開発されている。複合膜においては、活性層と多孔性
支持体を各々の用途に最適な素材を選ぶことが可能とな
り、製膜技術の自由度が増す。また常時湿潤状態で保存
しなければならないロブ型膜とは異なり屹燥状態での保
存が可能であるなどの利点がある。
すでに、その一部は、PA−300,FT−30、PE
C−1000,UTC−20,UTC−40、NF−4
0,NF−70などの商品名で、企業化されている。
これらの複合膜には、水溶性アミノ基含有有機手合体、
あるいは芳香族ジアミン、脂肪族ジアミン等の多官能ア
ミン中間体、あるいは、これらの混合物を多官能酸り[
]ライドまたは多官能イソシアネート等で界面栗]n手
合させて多孔・1(1支持股上に活性層を形成させたポ
リアミド、ポリウレア系の膜と、その他の硫酸によって
しツマ−を架橋重合させたポリニーデル系、必るいはポ
リフルフリルアルコール系の膜の2種類がある。
前者のポリアミド系、ポリウレア系の膜についての貝体
例としては、特開昭4’1133282号公報、同52
−40486号公報、特公昭55−49524号公報、
1?I聞昭55i32602号公報、同5514710
6号公報、同58−24303月公報、同57−271
02号公報、米国特許3,744,642号、同4,2
59゜183号、特公昭59−27202号公報、特開
昭56−40403号公報などがある。
しかしこれらの複合膜は、活性層の厚みが、百〜数千オ
ングストロームであることにより、実際に、逆浸透操作
に供する場合には、高圧下での膜変形により、性能が経
時的に低下するのが一般的である。特に平膜状の複合膜
の場合には、スパイラル、又は、プレートアンドフレー
ム型のエレメントとして使用するにあたり、エレメント
%N時の作業中に表面活性層が傷つき、膜本来の脱塩性
能に対して、エレメントの脱塩性能が低下する現象がし
ばしば発生し、ざらには、エレメントに使用される原水
側流路材(一般にはプラスチックス製ネットが使用され
る。)と活性層に摩擦が生じ、活性層が傷つき、長期間
の運転時に安定な脱塩性能を維持できないという欠点を
有していた。
この現象を防止するために、種々の保護膜が提案され、
特に前記ポリエーテル系の複合膜については、優れた効
果を有するものが、特開昭56−15801公報に開示
され、実用化に至っている。しかしながら、その他の複
合膜、特に前記ポリアミド系あるいはポリウレア系に対
しては、効果的な保護膜は現在に至るまで提案されてい
ないのが現状である。
すなわち従来提案されている保護膜は、水溶性ポリマー
あるいは、水溶性ポリマーを単に架橋化したちのであり
、架橋化されていないものは、逆浸透運転中に水に溶け
て流失し、また架橋化されているものでも、活性層から
はがれ、原水流路材に付着しエレメント圧jlの原因と
なるという欠点を有していた。
〔本発明の目的〕
本発明者らは、前記ポリアミド系、あるいはポリウレア
系の複合膜について、経時的な性能低下性に脱塩性能の
低下を押えるべく、鋭意検討を重ねた結果、前記複合膜
に対して、下記の特性を満足する保護膜を醗けると、良
好な結果が得られることを見出し本発明に到達した。
(1)  保護膜を没けることにより、膜性能の低下、
特に、水分透過速度の低下が著しくないこと。
(2)  保護膜自身が、水に実質的に不溶であること
(3)  保護膜が、活性層と親和性を右し、使用中に
はがれないこと。
(4)  高価な試薬や、特殊な技術を使わず、筒中に
再現性ある結果が得られること。
【発明の構成〕
本発明の上記目的は、以下の如く構成にJ:り達成され
る。即ち、 下式を主な繰り返し単位とする水不溶性架橋重合体を保
護層として有する複合半透膜。
−fCR2−CR2+ CHり   R1 (ただし、式中R1,R2は水素および01〜C6の置
換もしくは非置換のアルキル基から選ばれる。) 本発明において、保護層を形成し、活性層と親和性を有
する水不溶性架橋重合体は、その前駆体として水あるい
は水/低級アルコール混合溶媒に溶解性のある、特に好
ましくは水溶性の下式を主な繰り返し単位とする重合体
から導入される。
”’TCH2−CR2+ ゞ、 CH>   R1 (ただし、式中R1,R2は水素およびC1〜C6のア
ルキル基から選ばれる。〉 上記条件にかなう重合体としては、N置換のアクリルア
ミド、メタクリルアミド等のアクリルアミド系モノマー
の単独重合体または他のビニル系モノマーとの共重合体
から選ぶことができる。
上記アクリルアミド系モノマーの代表例としては、ジメ
チルアクリルアミド、メチルアクリルアミド、ヒドロキ
シメチルメチルアクリルアミド、メトキシメヂルメヂル
アクリルアミド、ジメチルアクリルアミドなどが挙げら
れ、他の重合体上ツマ−としては、特に限定れるものは
ないが、前駆体としての重合体が好ましくは、水溶性で
あることを考えると、メチルビニルニーデル、酢酸ビニ
ル、ビニルピロリドン、無水マレイン酸、アクリル酸な
どの親水性モノマーが好ましい。
このうち等4に好ましいのは、ジメチルアクリルアミド
の単独または共重合体でおる。
このような前駆体である水または水/低級アルコール混
合溶媒に可溶な重合体は、以下の方法で水不溶性架橋重
合体に変換される。また、複合膜上で不溶化せしめると
、実質上膜性能を司どる活性層(超;;、1llIIC
々+i、t)>と親和性を有するようになる。
すなわら、1)u駆体とラジカル発生剤、特に好ましく
は各種過硫M塩とともに加熱すると架橋が生じ、J:/
、、複合膜の活性層と一部が反応し共有結合を生じ、水
不溶性でかつ活性層と親和性を有する保護層を形成する
と考えられる。この反応についてはすでにtl、L、N
eedlesらによってジャーナル オブ ポリマー 
サイエンス、Δ3 3543ベージ(1965)に詳細
な研究がなされている。これによると側鎖のメチル基は
過H塩存在下で下式のようにメチルラジカルを生じ、他
のアミド性ブロー・ンと反応して架橋が生じるとされて
いる。
C−N−CI(2−O8Or+  5O4THr QHz     H このような反応により、前記前駆体重合体は、それ自身
架橋し水不溶性に変換されると同時に、複合膜の活性層
がポリアミド系、あるいはポリウレア系である場合には
、その活性層の表面のアミド性プロトンとも反応し、共
有結合を生ずると考えられる。本発明の保護層がポリア
ミド系おるいはポリウレア系の複合膜に対して特に有効
であるのは、この共有結合のため活性層と親和性を有し
剥がれにくいものと考えられる。
このようにして水に不溶化された保護層は、単にポリビ
ニルアルコールなどを不溶化にした保護膜と異なり、活
性層との親和性に富み、複合半透膜を実際に使用゛して
いる場合にも、活性層から剥離することがない。
また、保護層を付与することにより、脱塩率、水透過性
が損われることもない。
以下その具体的方法について述べる。
ポリアミド系、あるいはポリウレア系の複合膜の装造は
、従来公知の方法によって、容易に(qることができる
。その代表例としては、多孔性ポリスルホン支持膜を用
い、メタフェニレンジアミン、エヂレンジアミン、ピペ
ラジン、ポリエヂレンイミン、アミン変性エピクロルヒ
ドリン等の反応性アミノ基を有するモノマーおよび/ま
たはポリマーの水溶液を前記多孔性ポリスルホン支持膜
の少なくとも片面に塗布し、しかる俊、トリメシン酸り
日ライド、イソフタル酸クロライド、テレフタル酸クロ
ライド、トリレンジイソシアネー1〜、塩化シアヌル等
の多官vriクロライド、または多官能イソシアネート
、またはこれらの混合物のヘキサンあるいはトリクロロ
1〜リフルオロエタンの溶液を塗布することにより、多
孔性ポリスルホン支持膜上で界面重縮合を行なわせ薄膜
を形成させ、この薄膜が活性層となり、脱塩性能を有す
る複合膜を得ることができる。また場合によってはざら
に熱処理を行なって、未反応アミノ基含有ポリマーを架
橋して中間層を形成させることもめる。
このようにして得られた複合膜に、水または水/低扱ア
ル]−ルに可溶な1)1j駆体の重合体とラジカル発生
剤を含む溶液を塗装11シ、架橋して保護層とし、最終
的に複合逆浸透膜を得るのであるが、保護膜の被覆方法
は、特に限定されるべきものではない。一般に用いられ
る塗装の方法を用いるのが筒中でしかも■現性ある方法
として用いられ特に保護膜の厚みが均一になるようにす
れば問題はない。このような方法の一例として、ハケ刷
り法、雲霧法、浸漬法、転写法等が挙げられ、一般的な
バーコーク−による]−ティング法が最″し簡便な方法
として推奨される。
前記保護膜層に使用される前駆体の重合体は、水または
水/低綴アル]−ルに可溶なため、簡便には水または水
/低板アルコールに溶解して塗装5りるが、膜性能に悪
影響を及ばざない溶媒に溶解してもさしつかえない。
用いる低級アルコールとしては、メタノール、エタノー
ル、プロパツール、ブタノール、エチレンクロルヒドリ
ンなどが、一般的であり、支持膜が、ポリスルホン多孔
性膜の場合には、ギ酸、ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭
化水素等も使用可能である。また、低濃度のアセI〜ン
、テトラビトロフラン、アセトニトリルなどと、水との
混合も用いることもできる。しかしながら、水溶液を用
いるのが、もっとも一般的と言える。
前記有機重合体を保護膜として塗装liする場合の厚み
は、得られる保護膜の皮膜の強度、水分透過性を考慮し
て決定されるが、一般には、0.01〜1μm好ましく
は0.03〜0.1μm程度の厚みにする。このような
厚みに制御するため、塗rliする溶液の有機重合体濃
度、塗布厚みは任意に選ばれる。一般的に用いられる有
機重合体の濃度は0.1〜1101f%、塗装1厚みは
5〜50cc/Tr12程度である。
実施例1 ポリスルホン(Udel−P−3500>からなろ微多
孔性支持股上に、ボリエヂレンイミン1重量%を含有す
る水溶液を均一に塗装[した後、イソフタル酸クロライ
ド0.5重量%をS有するn−ヘキサン溶液に25℃の
温度で1分間浸漬した。膜面に(1?:iしたn−ヘキ
サンを揮散させた後、110℃で10分間加熱処理を行
なった。さらにポリジメチルアクリルアミド1車m%、
過硫酸すl〜ツリウム虫量  。
%を含む水溶液を塗布し、窄温で過剰の溶液を除去した
のら、100℃で5分間乾燥した。
17られた複合膜を、圧力30kg/cJ、温P225
℃供給液1500 DpmNaC,Qの条件下で、逆浸
透試験を行なったところ、24時間後の透水量は0゜9
8m’/Tn2・日、塩排除率は98.4%であった。
また逆浸透試験後、複合膜の表面をFTIRで測定した
結果、ポリジメヂルアクリルアミトが残存していること
が判明した。
比較例1 実施例1において、保護膜を塗装[シない膜の逆浸透性
能は、透水ω1.13mす)2・[1、塩排除率は98
.2%でめった。
実施例2、比較例2 実施例1および比較例1で1!?、られたそれぞれの複
合膜の活性芒側に、ポリエヂレン製ネット(dupon
t社”A ”Ve x a r” )を乗せ、80kq
 / atの圧力でプレスした。プレスした後の逆浸透
性能は第1表のようでおった。
第1表 比較例3 実施例1において、ポリジメヂルアクリルアミドの代り
に、ポリビニルアルコールの1重量%水溶液を塗布し、
100℃で5分間乾燥したところ逆浸透性能は、透水但
1.02m’/m2・日、塩排除率98,2%でおった
。また逆浸透試験後、複合膜の表面をFTIRで測定し
た結果、ポリビニルアルコールは検出されなかった。
実施例3、比較例4 実施例1と比較例3で1q、られた複合膜を各々、流水
中に24時間浸漬した後、湿潤状態でポリエブレン製ネ
ットを30kq10yfでプレスした。これらの膜の逆
浸透性能は第2表のようでおった。
第2表 〔発明の効果〕 本発明の複合逆浸透膜は、従来のものに比べて保護膜を
設Cプることによる膜性能の低下が少なく、使用中には
がれず、簡q1に製造できることがわかった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 下式を主な繰り返し単位とする水不溶性架橋重合体を保
    護層として有する複合半透膜。 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ただし、式中R_1、R_2は水素およびC_1〜C
    _6の置換もしくは非置換のアルキル基から選ばれる。 )
JP61059266A 1986-03-19 1986-03-19 複合半透膜 Pending JPS62216604A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1190195A (ja) * 1997-06-10 1999-04-06 Crosswinds Inc 改善された酸および塩基安定性を有する半透膜の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1190195A (ja) * 1997-06-10 1999-04-06 Crosswinds Inc 改善された酸および塩基安定性を有する半透膜の製造方法

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