JP2005516764A - ヘイラー膜 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、限外濾過および精密濾過に用いるヘイラー(Halar、エチレンクロロトリフルオロエチレン共重合体またはポリ(エチレンクロロトリフルオロエチレン))および関連する膜に関しており、より詳細には、中空繊維(または中空ファイバー)形態の膜およびそのような膜を製造する方法に関する。
以下で説明される事項は、オーストラリアでは周知の事項として認識されていない。
第1要旨によれば、本発明では、毒性溶媒を使用することなく又は安全性に乏しいもしくは安全性が証明されていない溶媒を使用することなく製造される多孔質高分子限外濾過膜または多孔質高分子精密濾過膜であって、ヘイラーを含む多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜が提供される。
R4は、H,OH,COR5,OCOR5,メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルもしくは他のアルキル、または、メトキシ,エトキシ,プロポキシ,ブトキシ,ペントキシ,ヘキソキシもしくは他のアルコシキであり、また
R5は、メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルまたは他のアルキル
である。
好ましくは、R1=R2=R3=エチルであり、R4=Hである。
(a)ヘイラー、ならびに該ヘイラーに対して潜溶剤である第1成分およびヘイラーに対して非溶媒である第2成分(必要に応じて用いられる)を初期にて含む溶媒系を含んで成る混合物を加熱する工程であって、高い温度においてヘイラーを溶媒系に溶解させて光学的に透明な溶液を得る工程、
(b)溶液を急冷し、それによって、非平衡な液−液相分離を生じさせ、界面積が大きい共連続構造(または2つの連続的なマトリックス)の形態で混ざり合っている、ポリマーの多い連続相とポリマーの少ない連続相とを形成する工程、
(c)ポリマーの多い相が固化するまで冷却を継続する工程;および
(d)固体のポリマー材料からポリマーの少ない相を除去する工程
を含んで成る方法が提供される。
R4は、H,OH,COR5,OCOR5,メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルもしくは他のアルキル、または、メトキシ,エトキシ,プロポキシ,ブトキシ,ペントキシ,ヘキソキシもしくは他のアルコシキであり、また
R5は、メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルまたは他のアルキル
である。
好ましくは、R1=R2=R3=エチルであり、R4=Hである。
好ましくは、孔調整剤は、環境に優しい溶媒である。
ヘイラーを含むポリマー組成物から膜を形成する工程を含んだ方法が提供される。
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
当該ブレンドを中空繊維形状にすること、
当該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること、
当該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、また
膜から溶媒を除去すること
を含んで成る方法が提供される。
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
当該ブレンドを中空繊維形状にすること、
当該ブレンドの外側表面とコーティング流体とを接触させること、
当該ブレンドの内側ルーメン流体とルーメン形成流体とを接触させること、
当該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、また
膜から溶媒を取り出す(または抽出する)こと
を含んで成る方法が提供される。
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
当該ブレンドに孔形成剤を加えて懸濁させること、
当該ブレンドを中空繊維形状にすること、
当該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること、
当該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、また
膜から溶媒を取り出すこと
を含んで成る方法が提供される。
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
当該ブレンドに孔形成剤を加えて懸濁させること、
当該ブレンドを中空繊維形状にすること、
当該ブレンドの外側表面とコーティング流体とを接触させること、
当該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること、
当該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、また
膜から溶媒を取り出すこと
を含んで成る方法が提供される。
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
当該ブレンドに浸出可能な孔形成剤を加えて懸濁させること、
当該ブレンドを中空繊維形状にすること、
当該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること、
当該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、
当該膜から溶媒を取り出すこと、また
当該膜から前記浸出可能な孔形成剤を浸出させること
を含んで成る方法が提供される。
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
当該ブレンドに浸出可能な孔形成剤を加えて懸濁させること、
当該ブレンドを中空繊維形状にすること、
当該ブレンドの外側表面とコーティング流体とを接触させること、
当該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること、
当該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、
当該膜から溶媒を取り出すこと、また
当該膜から前記浸出可能な孔形成剤を浸出させること
を含んで成る方法が提供される。
好ましくは、孔形成剤は、例えばシリカ等の浸出可能な孔形成剤であり、好ましくは5重量%の苛性アルカリ溶液によってドープから浸出される。
浸出剤に耐性を有するヘイラー膜ドープを調製すること;
浸出可能な孔形成剤をドープ内に入れること;
膜を形成(またはキャスト)すること;また
前記浸出剤を用いることによって、前記膜から前記浸出可能な孔形成剤を浸出させること
を含んで成る方法が提供される。
R4は、H,OH,COR5,OCOR5,メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルもしくは他のアルキル、または、メトキシ,エトキシ,プロポキシ,ブトキシ,ペントキシ,ヘキソキシもしくは他のアルコシキであり、また
R5は、メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルまたは他のアルキル
である。
好ましくは、R1=R2=R3=エチルであり、R4=Hである。
TIPSプロセスは、PCT国際特許出願第AU94/00198号(国際公開(WO)第94/17204号)および豪州特許第653528号により詳細に記載されており、それらの内容は引用することにより本明細書に組み込まれている。本発明の膜を製造するのに用いられる現在の方法については、本明細書では簡単に説明する。
温度が制御される熱電対を有するガラス製反応ベッセルに、約160gの溶媒(GTAまたはシトロフレックス2)を入れた。連続的に攪拌して、溶媒を230℃にまで加熱し、約40gのヘイラー901LCをベッセルに加えた。ポリマーは迅速に溶解した。溶解後、10〜15分間混合した後、ポリマー溶液のサンプルをフラスコから、120℃に予熱されたガラスプレートに移した。ドープをガラス・バー付きのプレート(120℃に予熱されていた)に迅速に広げた。バーは、その端部の周囲に接着テープが巻き付けられており、それによって、ドープを延ばす際に一様な高さ(プレート上方の高さ)にされるので、一様な厚さのシートが得られた。キャストされた膜を迅速に冷却して固化させ、フラットな膜シートを得た。得られたフラットな膜シートは、エタノールで洗浄して空気中で乾燥させた。
ヘイラー中空繊維膜のサンプルは、本明細書で開示された方法で製造した。サンプルは、0.3ml/minのコーティング流速にて、21%の濃度でヘイラー901LCを含むドープから製造した。コーティング、溶媒およびルーメンは、全てGTAであった。急冷は、15℃で水を用いて行った。
長さが約10cmの繊維(3つまたは4つの繊維)を、ループ状に形成して、端部を切断してエポキシ接着剤で封止した。このように注封された繊維を通るようにして148kdの分子量のデキストランを濾過した。フィードおよび濾液濃度は、HPLCを用いて測定し、繊維によって保持されたデキストランの割合(%)を計算した。その結果、デキストランの約25%が保持されたことが判った。
同様な方法で、長さが約10cmの繊維(3つまたは4つの繊維)を、ループ状に形成して、端部を切断してエポキシ接着剤で封止した。このように注封された繊維を通るように、約30000ユニット/mlのフィード濃度にてMS2型ウィルスの溶液を濾過した。ウィルスの保持率は、計算により4.30と決定された。典型的には、4よりも大きい値のウィルスの減少を有する膜が、限外膜であるとされている。
デキストランに対して使用されたのと同じバッチおよびウィルス保持率の試験から、繊維の透過性を決定した。「ポロメーター」で3つまたは4つのループ状の注封された繊維(10cm)を用いて透過性を調べた。ポロメーターによって、繊維の外側から内側を通って繊維端部から出るように、100kPaの圧力で水を濾過することができた。10mlの水を通すのに要する時間を記録し、透過性(L/m2・時間)を計算するのに用いた。本試験では、300(L/m2・時間)と決定された。
Claims (68)
- ヘイラーを含んでおり、毒性溶媒を用いずに製造される多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 中空繊維またはフラットシートの形態を有する、請求項1に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 大きい孔が存在する面および小さい孔が存在する面を規定する断面的に非対称な孔サイズ分布を有する、請求項1に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 膜が0.01μm〜20μmの孔サイズを有する、請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 熱誘起相分離によって製造される、請求項1〜4のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- ヘイラーと相溶性を有する1種類以上の材料を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 膜の化学的挙動を変えるような物質を含む、請求項6に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 膜の親水性/疎水性バランスを変えるような変性剤を含む、請求項6または7に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 疎水性である、請求項8に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 親水性である、請求項8に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜であって、以下の式Iまたは式IIに基づく化合物を1種類以上含む溶液から製造され、
R4は、H,OH,COR5,OCOR5,メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルもしくは他のアルキル、または、メトキシ,エトキシ,プロポキシ,ブトキシ,ペントキシ,ヘキソキシもしくは他のアルコシキであり、また
R5は、メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルまたは他のアルキル
である、多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。 - R1=R2=R3=エチルであり、R4=Hである、請求項11に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 式Iの化合物は、クエン酸エチルエステルである、請求項12に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 式Iの化合物は、グリセロールトリアセテートである、請求項12に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 式Iまたは式IIの化合物は、ポリマー溶媒および/またはコーティング剤として用いられる、請求項11〜14のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- ヘイラーから製造されており、浸出可能な物質を含んでいる、多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 浸出可能な物質がシリカである、請求項16に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 浸出可能な物質が、最終ポリマーの10〜50重量%の量で存在する、請求項16または17に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 浸出可能な物質が、最終ポリマーの30重量%の量で存在する、請求項16〜18のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- シリカは疎水性シリカである、請求項17〜19のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- シリカは疎水性ヒュームドシリカである、請求項20に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- シリカはアエロジルR972(商標)である、請求項21に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- シリカは親水性シリカである、請求項17〜19のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- シリカは、親水性ヒュームドシリカである、請求項23に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- シリカはアエロジルR200(商標)である、請求項24に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- ヘイラーから製造されており、シリカを含む多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜であって、そのような多孔質高分子ヘイラー膜が、以下の式Iまたは式IIの化合物を1種類以上含むコーティング剤から成るコーティングを有しており、
R4は、H,OH,COR5,OCOR5,メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルもしくは他のアルキル、または、メトキシ,エトキシ,プロポキシ,ブトキシ,ペントキシ,ヘキソキシもしくは他のアルコシキであり、また
R5は、メチル,エチル,プロピル,ブチル,ペンチル,ヘキシルまたは他のアルキル
である、多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。 - R1=R2=R3=エチルであり、R4=Hである、請求項26に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 式Iまたは式IIの化合物は、環境に優しい孔調整剤である、請求項26または27に記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 式Iの化合物はクエン酸エチルエステルである、請求項26〜28のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 式IIの化合物は、グリセロールトリアセテートである、請求項26〜28のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 高い透過性を有する、請求項1〜30のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 好ましい巨視的な保全性を有する、請求項1〜31のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 一様な壁厚さを有する、請求項1〜32のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 高い機械的強度を有する、請求項1〜33のいずれかに記載の多孔質高分子限外濾過または精密濾過膜。
- 多孔質高分子限外濾過または精密濾過材料を製造する方法であって、
(a)ヘイラー、ならびに該ヘイラーに対して潜溶剤である第1成分およびヘイラーに対して非溶媒である第2成分(必要に応じて用いられる)を初期にて含む溶媒系を含んで成る混合物を加熱する工程であって、高い温度でヘイラーを溶媒系に溶解させて光学的に透明な溶液を得る工程、
(b)溶液を急冷し、それによって、非平衡な液−液相分離を生じさせ、界面積が大きい共連続構造の形態で混ざり合っている、ポリマーの多い連続相とポリマーの少ない連続相とを形成する工程、
(c)ポリマーの多い相が固化するまで冷却を継続する工程;および
(d)固体のポリマー材料からポリマーの少ない相を除去する工程
を含んで成る方法。 - 毒性溶媒を使用せずに、ヘイラーを含むポリマー組成物から膜を形成する工程を含む、精密濾過または限外濾過膜を製造する方法。
- 中空繊維ヘイラー限外濾過または精密濾過膜を製造する方法であって、
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること、
該ブレンドを中空繊維形状にすること、
該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること、
該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること、また
膜から溶媒を除去すること
を含んで成る方法。 - 孔調整剤を加えることを更に含む、請求項36または37に記載の方法。
- 孔調整剤は、環境に優しい溶媒である、請求項38に記載の方法。
- 孔調整剤はグリセロールトリアセテートである、請求項38または39に記載の方法。
- 孔調整剤はクエン酸エチルエステルである、請求項38または39に記載の方法。
- ヘイラーは、ブレンド中に14〜25%の量で存在する、請求項37〜41のいずれかに記載の方法。
- ヘイラーは、ブレンド中に16〜23%の量で存在する、請求項37〜42のいずれかに記載の方法。
- ルーメン形成流体はジゴールである、請求項38〜43のいずれかに記載の方法。
- プロセスは、200℃よりも高い状態で実施される、請求項38〜44のいずれかに記載の方法。
- プロセスは、220℃よりも高い状態で実施される、請求項38〜45のいずれかに記載の方法。
- 中空繊維ヘイラー限外濾過または精密濾過膜を製造する方法であって、
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること;
該ブレンドを中空繊維形状にすること;
該ブレンドの外側表面とコーティング流体とを接触させること;
該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること;
該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること;また
膜から溶媒を取り出すこと
を含んで成る方法。 - コーティング流体は、グリセロールトリアセテート、クエン酸エチルエステルおよびジゴールから1つ以上選択されるものである、請求項47に記載の方法。
- 高分子中空繊維限外濾過または精密濾過膜を製造する方法であって、
浸出剤に耐性を有するヘイラー膜ドープを調製する工程;
浸出可能な孔形成剤をドープ内に入れる工程;
膜を形成する工程;また
該浸出剤を用いることによって、該膜から該浸出可能な孔形成剤を浸出させる工程
を含む方法。 - 浸出可能な孔形成剤は、1ミクロンよりも小さい平均粒子サイズを有する無機固体である、請求項49に記載の方法。
- 浸出可能な孔形成剤は、浸出可能なシリカである、請求項49または50に記載の方法。
- シリカが約3〜9%で存在する、請求項49〜51のいずれかに記載の方法。
- 浸出剤は苛性アルカリ溶液である、請求項1〜52のいずれかに記載の方法。
- 中空繊維ヘイラー限外濾過または精密濾過膜を製造する方法であって、
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること;
該ブレンドに孔形成剤を加えること;
該ブレンドを中空繊維形状にすること;
該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること;
該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること;また
該膜から溶媒を取り出すこと;
を含んで成る方法。 - 中空繊維ヘイラー限外濾過または精密濾過膜を製造する方法であって、
ヘイラーと相溶性溶媒とのブレンドを形成すること;
該ブレンドに孔形成剤を加えること;
該ブレンドを中空繊維形状にすること;
該ブレンドの外側表面とコーティング流体とを接触させること;
該ブレンドの内側ルーメン表面とルーメン形成流体とを接触させること;
該ブレンドにおいて熱誘起相分離を実施し、中空繊維膜を形成すること;また
該膜から溶媒を取り出すこと;
を含んで成る方法。 - 孔形成剤は浸出可能な孔形成剤である、請求項54または55に記載の方法。
- 孔形成剤はシリカである、請求項54または55に記載の方法。
- 前記膜から前記浸出可能な孔形成剤を浸出させる工程を更に含む、請求項54〜57のいずれかに記載の方法。
- 孔形成剤は、浸出可能な孔形成剤である、請求項54〜58のいずれかに記載の方法。
- 孔形成剤は、浸出可能なシリカであって、苛性アルカリ溶液によってドープから浸出される、請求項54〜59のいずれかに記載の方法。
- ジゴールが非溶媒として用いられ、独立して水が急冷流体として用いられる、請求項54〜60のいずれかに記載の方法。
- 請求項36〜61のいずれかに記載の方法によって製造された多孔質高分子ヘイラー限外濾過または精密濾過膜。
- 中空繊維限外濾過または精密濾過膜を製造するためのヘイラーの使用。
- 環境に優しい溶媒および環境に優しい溶媒の混合物から製造される、微多孔質ヘイラー膜。
- 膜はフラットシートまたは中空繊維膜である、請求項64に記載の微多孔質ヘイラー膜。
- R1=R2=R3=エチルであり、R4=Hである、請求項66に記載の微多孔質ヘイラー膜。
- 環境に優しい溶媒は、クエン酸エチルエステル(シトロフレックス(商標)−2)またはグリセロールトリアセテートである、請求項66または67に記載の微多孔質ヘイラー膜。
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