JP2005194461A - フッ化ビニリデン系樹脂多孔膜およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜は、膜表面に平均孔径3μm以上の円形または楕円形の微細孔を有し、純水透過速度が30000L/m2/hr/98kPa以上、分画粒子径が1μm以上である。この多孔膜は、フッ化ビニリデン系樹脂と溶剤との熱誘起相分離により形成されてなる。
【選択図】 なし
Description
1.分離精度が高いため、原水水質に左右されず、安定した濾過液が得られ、安全性も高い。
2.砂の入れ替えなど煩雑なメンテナンスが少なく廃棄物も少ない。
3.砂濾過であれば分離精度を改善させるために凝集沈殿処理が必要であるが、膜濾過であれば凝集沈殿処理を省略するか、簡素化することができ、システムの省スぺース化や処理工程の単純化が図れる。
4.膜濾過では濾過液の回収率が高く逆洗に使用する水が少ないため、逆洗による廃液の処理が簡単になる。
フッ化ビニリデン系樹脂としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記することがある)(ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、SOLEF6010)と、溶剤として安息香酸ヘキシル(和光純薬株式会社製、試薬1級)と、無機粒子としてシリカ(株式会社トクヤマ製、ファインシールX−45、平均凝集粒子径4.0〜5.0μm)と、凝集剤としてモノラウリン酸ヘキサグリセリル(日光ケミカルズ株式会社製、Hexaglyn 1−L)とを、重量比で20:80:10:10の割合となるように混合液を調製した。この混合液の組成を表1に示す。
外表面および内表面の少なくとも2ヶ所について電子顕微鏡を用いて写真撮影し、写真の視野範囲内に見える全ての微細孔の長径、短径および内半径を計測し、計測する微細孔数が100個以上になるまで上記操作を行う。その後、外表面および内表面のそれぞれについて、上記計測した孔の長径と短径の比および内半径の平均値を求め、これを孔の長径と短径の比および平均孔径とした。
異なる粒子径を有する少なくとも2種類の粒子の阻止率を測定し、その測定値を元にして下記の近似式(1)において、Rが90となるSの値を求め、これを分画粒子径とした。
R=100/(1−m×exp(−a×log(s))) …(1)
(1)式中、aおよびmは中空糸膜によって定まる定数であって、2種類以上の阻止率の測定値をもとに算出される。ただし、0.1μm径の粒子の阻止率が90%以上の場合の分画粒子径は、<0.1μmと表記される。
有効長が3cmの片端開放型の中空糸膜モジュールを用いて、原水として純水を利用し、濾過圧力が50kPa、温度が25℃の条件で中空糸膜の外側から内側に濾過(外圧濾過)して時間当たりの透水量を測定し、単位膜面積、単位時間、単位圧力当たりの透水量に換算した数値で算出した。
引張試験機(株式会社島津製作所製、オートグラフAGS−100G)を用いて測定した。測定は20℃の水中で実施し、チャック間距離は50mm、引張速度は100mm/分とし、破断時の荷重を膜断面積で割ることで強度を決定した。また伸度は式(2)を用いて決定した。
伸度(%)=(破断時チャック間距離−測定開始時チャック間距離)/測定開始時チャック間距離×100 …(2)
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)と溶剤からなる混合液の滴構造形成温度と結晶化温度を測定することで、熱誘起相分離温度を決定した。滴構造形成温度は、温度コントローラ(Limkam社製、TH−600PM)付きの光学顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE E600POL)を用いて測定した。予め混練しておいた混合液を、混練時の温度で2分間ホールドすることで溶解した後、10℃/分で冷却し、その過程で観察される滴構造形成の温度を測定した。一方、結晶化温度は、DSC(PERKIN ELMER社製、Pyris1)を用いて測定した。予め混練しておいた混合液を、90℃/分で室温から混練温度まで加熱した後に、混練温度で2分間ホールドし、次いで10℃/分で冷却し、その過程で観察される吸熱ピークから結晶化温度を見積もった。なお、両測定とも少なくとも2回以上実施し、その平均値から両温度を決定した。上記測定より得られた滴構造形成温度と結晶化温度の差が±5℃の範囲であれば固−液型熱誘起相分離と判断し、結晶化温度を熱誘起相分離温度とした。一方、滴構造形成温度が結晶化温度よりも5℃以上高ければ液−液型熱誘起相分離と判断し、滴構造形成温度を熱誘起相分離温度とした。
溶剤をTG−DTA(理学電機株式会社製、Thermo Plus TG8120)に10mgセットし、(熱誘起相分離温度+30)℃まで500℃/分で昇温後、(熱誘起相分離温度+30)℃で30秒間ホールドし、この時間内における溶剤のTG(熱重量)の重量減量率を見積もった。
フッ化ビニリデン系樹脂としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、SOLEF6010)と、溶剤として安息香酸ヘキシル(和光純薬株式会社製、試薬1級)、無機粒子としてシリカ1(株式会社トクヤマ製、ファインシールX−45、平均凝集粒子径4.0〜5.0μm)およびシリカ2(株式会社トクヤマ製、ファインシールX−30、平均凝集粒子径2.5〜4.0μm)と、凝集剤としてモノラウリン酸ヘキサグリセリル(日光ケミカルズ株式会社製、Hexaglyn 1−L)との混合物を、PVDF:安息香酸ヘキシル:シリカ1:シリカ2:モノラウリン酸ヘキサグリセリルの重量比が20:60:5:15:20の割合となるように混合液を調製した。この混合液の組成を表1に示す。
実施例2と同じ組成の混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして中空糸膜を得た。この中空糸膜の製造に用いた混合液の組成を表1に、試験結果を表2と表3に示す。
溶剤としてフタル酸ジオクチル(和光純薬株式会社製、試薬1級)およびフタル酸ジブチル(和光純薬株式会社製、試薬1級)の混合物を用い、無機粒子としてシリカ(日本アエロジル株式会社、R−972)を用い、かつ、PVDF:フタル酸ジオクチル:フタル酸ジブチル:シリカ:モノラウリン酸ヘキサグリセリルを、重量比で20:48:12:20:20とした以外は、実施例1と同様にして中空糸膜を得た。この中空糸膜の製造に用いた混合液の組成を表1に、試験結果を表2と表3に示す。
フッ化ビニリデン系樹脂としてフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(以下、PVDF−HFPと略記することがある)(ソルベイアドバンストポリマー株式会社製、SOLEF21216)を用い、溶剤としてサリチル酸プロピル(和光純薬株式会社製、試薬1級)を用い、加熱混練温度を220℃、押出機ヘッド温度を200℃とした以外は、実施例1と同様にして中空糸膜を得た。この中空糸膜の製造に用いた混合液の組成を表1に、試験結果を表2と表3に示す。
フッ化ビニリデン系樹脂としてPVDF(ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製、SOLEF6010)と、溶剤として安息香酸ヘキシル(和光純薬株式会社製、試薬1級)と、無機粒子としてシリカ(株式会社トクヤマ社製、ファインシールX−45、平均凝集粒子径4.0〜5.0μm)とを、重量比で20:80:10の割合となるように混合液を調製した以外は、実施例1と同様にして中空糸膜を得た。この中空糸膜の製造に用いた混合液の組成を表1に、試験結果を表2と表3に示す。試験結果の通り、凝集剤を添加していない場合は孔径がサブミクロンオーダーであり、高い透水性能は得られなかった。
Claims (12)
- 膜表面に、平均孔径が3μm以上の円形または楕円形の微細孔を有し、純水透過速度が30000L/m2/hr/98kPa以上、分画粒子径が1μm以上であることを特徴とするフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- フッ化ビニリデン系樹脂と溶剤との熱誘起相分離により形成されてなることを特徴とする請求項1に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- フッ化ビニリデン系樹脂と溶剤との熱誘起相分離の後、延伸処理されてなることを特徴とする請求項2に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- フッ化ビニリデン系樹脂と、該フッ化ビニリデン系樹脂と特定の温度領域で相容して一相状態となり、かつ温度変化により相分離を起こしうる溶剤と、無機粒子と、無機粒子と親和性を有する凝集剤とを、該フッ化ビニリデン系樹脂と溶剤とが相容する温度で混練させた混合液を調製した後、冷却することで熱誘起相分離と該フッ化ビニリデン系樹脂の析出とを起こさせ、次いで溶剤、無機粒子および凝集剤を抽出させることにより形成されてなる請求項2に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- 溶剤が、(熱誘起相分離温度+30)℃における30秒間での重量減量率が10%以下のものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- 凝集剤が親水基を有する化合物であることを特徴とする請求項4に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- 多孔膜が中空糸膜であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜。
- フッ化ビニリデン系樹脂と、該フッ化ビニリデン系樹脂と特定の温度領域で相容して一相状態となり、かつ温度変化により相分離を起こしうる溶剤と、無機粒子と、無機粒子と親和性を有する凝集剤とを、該フッ化ビニリデン系樹脂と溶剤とが相容する温度で混練させた混合液を調製した後、冷却することで熱誘起相分離と該フッ化ビニリデン系樹脂の析出とを起こさせ、次いで溶剤、無機粒子および凝集剤を抽出させることを特徴とするフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜の製造方法。
- 熱誘起相分離とフッ化ビニリデン系樹脂の析出とを起こさせた後、延伸処理されることを特徴とする請求項8に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜の製造方法。
- 溶剤が、(熱誘起相分離温度+30)℃における30秒間での重量減量率が10%以下のものであることを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜の製造方法。
- 凝集剤が親水基を有する化合物であることを特徴とする請求項8または9に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜の製造方法。
- 多孔膜が中空糸膜であることを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載のフッ化ビニリデン系樹脂多孔膜の製造方法。
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