JP2001252540A5

JP2001252540A5 - 逆浸透複合膜の製造方法

Info

Publication number: JP2001252540A5
Application number: JP2000067413A
Authority: JP
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2007-04-19

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】平均空隙率が１５〜６０％の範囲内にあり、かつ、平均孔径が０.５〜３０μｍの範囲内にある多孔質基材上に、ポリスルホンを１２〜２０重量％の範囲内で含有する、温度が２０〜３５℃の範囲内にある有機溶媒溶液を相対湿度が４８〜６０％の雰囲気下で塗布したのち水中に浸漬して支持膜を形成し、ついで、この支持膜上に分離機能層を形成することを特徴とする逆浸透複合膜の製造方法。
【請求項２】支持膜状に分離機能層を形成することにより製造される逆浸透複合膜が、多孔質基材と、連通孔を有する支持膜と、分離機能層とをこの順に積層して成り、多孔質基材の平均空隙率をＤｂ（％），多孔質基材の平均孔径をｄｂ（μｍ），支持膜の平均空隙率をＤｓ（％），支持膜の平均孔径をｄｓ（μｍ）としたとき、Ｄｓ，ｄｓ，Ｄｂおよびｄｂが次式（１）〜（４）を同時に満足する逆浸透複合膜であることを特徴とする請求項１に記載の逆浸透複合膜の製造方法。
１５≦Ｄｂ≦６０ …（１）
０.５≦ｄｂ≦３０ …（２）
４０≦Ｄｓ≦９０ …（３）
０.１≦ｄｓ≦０.６ …（４）

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば海水の淡水化装置に組み込まれる逆浸透複合膜の製造方法に関し、更に詳しくは、装置の高圧運転下にあっても、逆浸透分離性能の低下が起こりづらく、また支持膜や基材の圧密化に基づく透過水量の低下も起こりづらいように支持膜構造が設計されている逆浸透複合膜の製造方法に関する。

そして、前記した設計思想に基づいて製膜されていた従来の支持膜の場合、膜面２Ｂ_１近傍や膜内部の連通孔２ｂの孔径を大きくするように設計されているので、膜の骨格部分の強度は低くなっていて当該連通孔２ｂはつぶれやすい状態になっている。そのため、圧密化が起こりやすく、透過水の流通経路が閉塞されやすく、造水性能の低下が顕著に発現するようになる。
このような問題の発生を抑制するために、支持膜２Ｂにおける連通孔２ｂの孔径を小さくすると、確かに膜の骨格部分の強度が向上して圧密化を抑制することは可能であるが、他方では、支持膜２ｂにおける透過水の透過抵抗が大きくなって透水性能の低下という問題が派生してくる。

このような問題の発生を抑制するためには、基材２Ａとして高強度の材料を用いればよいのであるが、そのような材料は、一般に密度も高いので通液性に劣り、そのため透水性能の低下が余儀なくされる。
本発明は、運転圧力を高めたときの逆浸透複合膜における上記した問題を解決し、高圧運転下においても、支持膜や基材の圧密化が起こりにくく、適正な水質の透過水を、透過水量の低下を招くことなく増水することができる逆浸透複合膜の製造方法の提供を目的とする。

そこで、本発明者らは、支持膜と基材の強度特性に影響を与えるパラメータとして後述する平均空隙率と平均孔径を創出し、このパラメータが異なる各種の逆浸透複合膜につき、その透水性能と脱塩性能を調べたところ、上記パラメータが後述する値（１）〜（４）を満たす支持膜と基材から成る逆浸透複合膜は、高圧運転下においても、高い透水性能と高い脱塩性能を発揮するとの事実を見出した。そして、この逆浸透複合膜を得るためには、本発明で特定した下記の製造方法が効果的であることを見出した。

すなわち、逆浸透複合膜は、多孔質基材と、連通孔を有する支持膜と、分離機能層とをこの順に積層して成り、多孔質基材の平均空隙率をＤｂ（％），多孔質基材の平均孔径をｄｂ（μｍ），支持膜の平均空隙率をＤｓ（％），支持膜の平均孔径をｄｓ(μｍ)としたとき、Ｄｓ，ｄｓ，Ｄｂおよびｄｂが次式（１）〜（４）：
１５≦Ｄｂ≦６０ …（１）
０.５≦ｄｂ≦３０ …（２）
４０≦Ｄｓ≦９０ …（３）
０.１≦ｄｓ≦０.６ …（４）
を同時に満足するものである。
上記したような逆浸透複合膜を製造することができる本発明方法は、平均空隙率が１５〜６０％の範囲内にあり、かつ、平均孔径が０．５〜３０μｍの範囲内にある多孔質基材上に、ポリスルホンを１２〜２０重量％の範囲内で含有する、温度が２０〜３５℃の範囲内にある有機溶媒溶液を相対湿度が４８〜６０％の雰囲気下で塗布したのち水中に浸漬して支持膜を形成し、ついで、この支持膜上に分離膜を形成することを特徴とする。

【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明方法で製造された逆浸透複合膜は、図１で示したように、基材２Ａの上に、連通孔２ｂが分布する支持膜２Ｂと、分離機能層２Ｃとがこの順序で製膜されている。
そして、本発明の逆浸透複合膜においては、支持膜２Ｂの平均空隙率をＤｓ（％）、支持膜内に分布している連通孔２ｂの平均孔径をｄｓ（μｍ）とし、また、この支持膜２Ｂの下に位置する基材２Ａの平均空隙率をＤｂ（％）、基材２Ａ内に存在する繊維間の隙間（空隙）の平均孔径をｄｂ（μｍ）としたとき、Ｄｓは、４０〜９０％、好ましくは６０〜８０％、ｄｓは、０.１〜０.６μｍ、好ましくは０.１５〜０.４μｍ、Ｄｂは１５〜６０％、好ましくは２０〜４０％、そしてｄｂは０.５〜３０μｍ、好ましくは１.０〜２０μｍの値を同時に満足している。

次に、上記した逆浸透複合膜を製造するための製造方法について述べる。
基材として、平均空隙率が１５〜６０％の範囲内にあり、かつ、平均孔径が０．５〜３０μｍの範囲内にある多孔質基材を用いる。
まず、所定の寸法，形状に裁断した基材の片面に、支持膜の構成材料となる高分子材料を有機溶媒溶液に溶解して成る樹脂液を所定の厚みで塗布し、ついで、この溶媒を揮散せしめて支持膜を形成する。
例えば、高分子材料としてポリスルホンを用いる場合は、その所定量をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解せしめて所定濃度のポリスルホン樹脂液を調製する。ついで、この樹脂液を基材上に所定の厚みで塗布したのち、直ちに水中に浸漬する。これにより、水と接触する表面部分などは、溶媒のＤＭＦが迅速に揮散するとともに、ポリスルホンの凝固が急速に進行し、ＤＭＦの存在した部分を核とする微細な連通孔が生成する。また、上記の表面部分から基材側へ向かう内部においては、ＤＭＦの揮散とポリスルホンの凝固は表面に比べて緩慢に進行するので、ＤＭＦが凝集して大きな核を形成しやすく、したがって、生成する連通孔が大径化する。勿論、上記の核生成の条件は、膜表面からの距離によって徐々に変化するので、明確な境界のない、滑らかな孔径分布を有する支持膜が形成されることになる。本発明においては、上記の工程において、有機溶媒溶液の濃度や温度，分布を行う際の相対湿度を制御することにより、平均空隙率や平均孔径が前述の範囲内にある支持膜を得ることができる。

また、樹脂濃度については、同じくポリスルホンを用いる場合、１２〜２０重量％の範囲内にある樹脂液を用いるとよい。１２重量％を下回ると連通孔の孔径が大きくなる傾向があり、また、２０重量％を超えると連通孔の孔径が小さくなる傾向があり、いずれにしても、所定の平均空隙率や平均孔径を得にくくなる。
さらに、樹脂液を基材に塗布する際の雰囲気の相対湿度も支持膜の平均空隙率や平均孔径に影響を与えるため、この相対湿度が４８〜６０％の雰囲気下で塗布を行うとよい。６０％を超えると、樹脂液の凝固が急速に進むため平均孔径が小さくなりやすい。

【００５７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明方法で製造した逆浸透複合膜は、基材と支持膜の平均空隙率と平均孔径を最適化することにより、高圧運転下においても、圧密化や変形が起こりづらく設計されており、もって水質低下を招くことなく高い透水性能が実現されている。

【図２】
本発明方法で製造した逆浸透複合膜を含むスパイラル型逆浸透膜エレメントの１例を示す部分切欠斜視図である。

【図４】
本発明方法で製造した逆浸透複合膜を含む膜モジュールを示す概略図である。