JPS6238205A - 分離用半透膜 - Google Patents

分離用半透膜

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JPS6238205A JP60177069A JP17706985A JPS6238205A JP S6238205 A JPS6238205 A JP S6238205A JP 60177069 A JP60177069 A JP 60177069A JP 17706985 A JP17706985 A JP 17706985A JP S6238205 A JPS6238205 A JP S6238205A
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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】 (技術の背景) 本発明は新規な構造を有する非対称分離用半透膜に関す
るものである。近年、半透膜を用いた分離技術である逆
浸透法や限外−過法は各種の分野において実用化されて
おり、その多様な用途に夫々適する素材から作られた半
透膜が上布されている。特に限外−過法に用いられる半
透膜の材料としてよく知られているものにポリアクリロ
ニトリル系、セルロース系、ポリスルホン系などがある
。
これらの膜素材の中で芳香族ポリスルホン系の膜は機械
的強度が大きく、耐熱性、耐薬品性が優れているものと
して注目されてさている。
(従来技術およびその欠点) しかしながら芳香族ポリスルホン系樹脂は親水性が低く
、水に濡れにくい素材であるために、これを素材とした
分離用半透膜は親水性素材から成る分離用半透膜に比べ
て著しく透水速度が低く、f過動率が悪い。
そこでこれ筐で芳香族ポリスルホンの分離膜の透水性能
を向上させるべく種々の試みがなされて来た。
たとえば特開昭58−104940では分子量10万以
上のポリビニルピロリドンを含有するポリスルホン系分
離膜とその製造方法がある。しかしながら10万以上の
分子量を有する親水性ポリマーを製膜用溶液(ドープと
呼ぶ)に添加するこの方法においては、ドープのポリマ
ー密度を増大させることになり、このようなドープから
製膜されたポリスルホン系分離膜は添加された親水性高
分子が膜全体中にそのまま残存しており、その後の使用
においても除去されないため著しく緻密す構造となって
透水速度はかえって低下してし1つ。
一方、オリゴマー程度の分子量を有するポリエチレング
リコールをポリスルホン溶液に添加してドープとして用
いる方法が特開昭54−26283に開示されている。
しかしながらこの方法では製膜の凝固浴として水を用い
ており、オリゴマー程度のポリエチレングリコールでは
膜中に残存することなくすべて水中に溶出してし1い、
実質的にポリスルホン膜の親水性は高められず、著しい
透水速度の向上は望めない。
筐たジャーナルオプアプライドボリマーサイエンス20
巻(1976) 2377〜2394には分子!1万〜
4万のポリビニルピロリドンを親水性高分子として製膜
用ドープ中に多量に含有させて中空繊維膜の可紡性の改
良を企図した報告がなされているが、この場合は膜表面
には緻密層ができず、本発明のような非対称構造にはt
らない。
(本発明の構成) 本発明者らは上記のよつな問題を解消してr過動率がよ
く、しかも透水速度の大きい疎水性高分子物質を主体と
する非対称構造を有する分離用生膜について鋭意検討し
た結果、分離用半透膜の膜厚方向において、緻密層側の
膜表面から5μm以内に親水性高分子が存在し、かつ5
μmから裏面1ではこれが存在しないような新規な構造
を有する非対称分離膜を発明した。
すなわち本発明は「表面が緻密層、裏面が多孔層である
非対称構造を有する疎水性高分子物質を主体とする分離
用半透膜であって、緻密層側だけが該疎水性高分子物質
と不溶化処理された親水性高分子物質との混合物からな
ることを特徴とする分離用半透膜。」である。
本発明でい9疎水性高分子としては下記式(1ン〜(r
l)の構造を有する芳香族ポリスルホン系高分子が代表
的なものである。
+0+5O7−・・・(1) CR2 (x)0−@=S o、−@)−0−・・−([1)本
発明に用いられる不溶化処理される水溶性高分子として
はポリビニルピロリドンが代表的なものであり、ビニル
ピロリドンを重合して得られる水溶性高分子で、平均分
子量が7万以下、1万以上のものが最適である。平均分
子量が7万を越えると、m1述したごとく膜のポリマー
密度が大きくなりすぎて透水速度はかえって低下してし
貰う。
また7万以下の平均分子量でもオリゴマー程度の、すな
わち数千のオーダーの分子量では水溶性が高すぎて、製
膜過程における水中への浸漬でほとんど完全に抽出され
てしまい、膜の親水化および透水性能は改善されない。
次に本発明の一実施態様として疎水性高分子が芳香族ポ
リスルホンであり、親水性高分子が不溶化処理されたポ
リビニルピロリドンである事例について詳細に説明する
。
本発明の分離用半透膜の前駆体膜を製造するためのドー
プ組成としては、ドープの総重量に対し不溶化処理てれ
てないポリビニルピロリドンが3重嘱チ以下含有されて
いることが望ましい。3重7%を越えると膜構造の破壊
が認められるよりになり不都合である。
″ffcff間に用いるドープ中の不溶化処理されてな
い親水性ポリマーと疎水性ポリマーをあわせた総ポリマ
ー重量をドープの総i&量に対して10〜30重責チに
なるように極性有機溶剤に溶解させることが1筐しい。
極性有機溶剤としては、例えばN、N−ジメチルアセト
アミド、N、N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−
2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、
2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホルアミド等を例示
することができるが、特にこれらに限定されるものでは
ない。またこのような極性有機溶剤に、疎水性ポリマー
あるいは不溶化処理されてない親水ポリマーのどちらか
一方の非溶剤を添加したり、あるいは電解質などを添加
したジすることもできる。
以上説明してきたドープから本発明の非対称分離用半透
膜の前駆体膜を製膜するにあたっては、従来から用いら
れている非対称分離用半透膜の製造方法を採用すること
ができる。
シート状あるいは管状に分離膜を形成させるには、シー
ト状あるいは管状の適当な支持体(7’(とえはガラス
板あるいは管、不織布、布など)上にドープを淳さ数十
ミクロン−数百ミクロンの範囲で適当な方法により流延
し、しかる後に凝固剤浴に浸漬してゾル−ゲル相変換に
よる非対称膜を製造する。また公知方法でドープを中空
糸状成形ノズルを経て紡糸することにより、非対称の中
空糸状膜の製造が可能である。
製膜に用いられる凝固剤としては芳香族ポリスルホンの
非溶剤であり、極性有機溶剤と混ざりやすい、例えば水
、食塩や界面活性剤などの電解質の水浴液、極性有機溶
剤の希薄水溶液あるいは芳香族ポリスルホンの非浴剤又
はその水浴液などが例示されるが、特に一般的には水が
用いられる。
以上述べて来た製膜法によって得られた非対称膜は、そ
の−!までも分離用半透膜として使用可能であり、また
膜構造も本発明の分離用半透膜の基本構造、すなわち表
面緻冨層のみが疎水性高分子と親水性高分子の混合物か
ら成る非対称構造となっでいる。しかしながらこの膜で
は本質的に親水性高分子が不溶化されてい11い為、高
温の熱水あるいは溶剤による洗浄にさらしたり、長期間
の水処理に使用した場合膜中の親水性高分子が徐々に溶
出して親水性が低下し、C過性能も低下するという不都
合を生じる。
そこで不発明の分離用半透膜とする為には上記の前駆体
膜を、膜中の親水性高分子が不溶化する条件で不溶化処
理する必要がある。
不溶化処理としては、ポリビニルピロリドンを用いた場
合には前駆体膜を強塩基や過硫酸塩の水溶液に浸漬して
90〜100℃で加熱するなど、公知のポリビニルピロ
リドンの不溶化処理条件でm]駆体膜を処理する方法が
挙げられるが、その他の架橋剤や放射線照射等の方法を
用いてもよい。
(本発明による効果) このようにして製造された本発明の分離用半透膜は、膜
表面側が極度に親水化されており、かつこの親水性が熱
水洗浄や長期間の水処理によってもほとんど低下するこ
となく、従って初期の高透水性が損われないという特徴
を有する。しかも芳香族ポリスルホ/の特徴である優れ
た耐熱性、耐薬品性は維持されているので、従来の親水
性高分子ペースの分離用半透膜、例えばセルロースアセ
テートからなる分離用半透膜が耐えられなかりたような
過酷な条件下の膜分離操作に有効に使用することかでき
る。
次に実施例によυ本発明を具体的に説明するが、純水透
水係数(Lp)+Lpの経時低下率い、および卵白アル
ブミンの排除率(Ro)はそれぞれ(但しf過10分後
のLp値をLo、7時間後のLp値を特徴とする特許 で定義されたものである。
実施例1 (1)式の芳香族ポリスルホン(商品名Vlctrex
300pICI社製)18重量部と平均分子IL4万の
ポリビニルピロリドン(以下PvPと略すAldrtc
h社製)2重量部を2−ピロリドンを主とする混合溶剤
80重量部に溶解した。このドープの粘度は25℃で1
4000センチボイズであった。これをポリエステル不
織布上に厚み150μm で流延し、室温雰囲気中で2
0秒間放置後、10℃の水中に浸漬して非対称膜を得た
。得られた不織布で補強された非対称膜をさらに90℃
熱水に15分間浸漬し完全に脱溶剤した。この膜のLo
は4.5?!7ml・日・+に9/i、その低下率βは
4.2チであった。
また烏は100%であった。また元素分析から求めた膜
0)PVP 含有率は7.2%(N含有率で0.91%
)であった。
この前躯体膜を5重量部の過硫酸アンモニウムを含む水
溶液中に浸漬し90℃に30分間加熱した。
得られた分離用非対称膜のL(1,は5.5めr・日・
kgムその低下率βは3.1%であった。また馬は94
%であった。元素分析から求めた膜のN含有率は0.9
0チであった。
実施例2 実施例1の分離用非対称膜を60重量部のアセトンを含
む水溶液中に室温で5日間浸漬した。取シ出した膜のN
含有率を元素分析で求めると0.85チであり、膜中の
PvPの不溶化はほとんど完全であることがわかった。
また膜性能もほとんど変わらなかった。
比較例1 実施例1の前駆体膜を実施例2と同様に処理したところ
、膜中のN含有率は0.07%に低下しており、膜性能
も著しく劣化していた。
比較例2 pvpを添加せず混合溶剤を82重量部とする以外は実
施例1と同様の方法で製膜し、その後過硫酸アンモニウ
ム水溶液で実施例1と同様の処理を行った。得られた膜
のLll、は4. s 7?!”/ぜ・日・kg/li
、%は100%であったが、低下率βは27%であり、
透水速度の経時低下が著しい。この膜のN含有率は0.
06%であった。
実施例3 支持体に表面が平滑なガラス板を用いる以外は実施例1
と同様の方法で前駆体膜を製膜した。この補強材のない
非対称膜を実施例1と同様に不溶化処理した。この膜を
充分乾燥し、膜表面の全反射赤外吸収(ATR−IRと
略す)スペクトルを測定したところ第1図が得られた。
不溶化したPvPに由来するカルボニル基の吸収が17
00cm−1に認められる。ところが同じ膜の裏面のA
TR−IRスペクトルを測定してみると第2図のよりに
カルボニル基の吸収が全く認められない。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例3において作製された本発明の分離用非
対称半透膜の表面のATR−IRスペクトルである。 第2図は間膜の裏面のATR−IRスペクトルである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面が緻密層、裏面が多孔層である非対称構造を
    有する疎水性高分子物質を主体とする分離用半透膜であ
    って、緻密層側だけが該疎水性高分子物質と不溶化処理
    された親水性高分子物質との混合物から成ることを特徴
    とする分離用半透膜。
  2. (2)疎水性高分子が構造式( I )、(II)又は(II
    I)のいずれか1つのくり返し単位を有する芳香族ポリ
    スルホンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の分離用半透膜。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(II) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(III)
  3. (3)親水性高分子が平均分子量7万以下のポリビニル
    ピロリドンを不溶化処理したものであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の分離用半透膜。
  4. (4)製膜用溶液として、溶液の総重量に対し0.5重
    量%以上3重量%以下の不溶化処理されていない親水性
    高分子を含む高分子溶液を用いて湿式製膜した後、この
    膜(前駆体膜と称す)を該親水性高分子が不溶化する条
    件下で処理して該親水性高分子を不溶化した特許請求の
    範囲第1項記載の分離用半透膜。
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