JP2014151241A - Composite semipermeable membrane and production method of the same - Google Patents

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Harutoki Shimura
晴季 志村
Yoshie Marutani
由恵 丸谷
Takao Sasaki
崇夫 佐々木
Masahiro Kimura
将弘 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite semipermeable membrane having high water permeability without reducing separability and a production method of the same.SOLUTION: In a composite semipermeable membrane comprising: a base material; a porous support layer made on the base material; and a separation functional layer being made on the porous support layer and having a pleat structure including a convex part and a concave part and being continuously repeated, n, n, n, n, nand nin n-nsatisfy equation (1): (n+n+n)/(n+n+n)≥1.05 (1) when the number of the convex part per the length of 2.0 μm in the 12 direction of the separation functional layer is n, n, n-n, nand nin descending order.

Description

本発明は、液状混合物の選択的分離に有用な複合半透膜及びその製造方法に関する。本発明によって得られる複合半透膜は、かん水や海水の淡水化に好適に用いることができる。   The present invention relates to a composite semipermeable membrane useful for selective separation of a liquid mixture and a method for producing the same. The composite semipermeable membrane obtained by the present invention can be suitably used for brine or seawater desalination.

混合物の分離に関して、溶媒(例えば水)に溶解した物質(例えば塩類)を除くための技術には様々なものがあるが、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして膜分離法の利用が拡大している。膜分離法に使用される膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられている。   Regarding the separation of mixtures, there are various techniques for removing substances (eg, salts) dissolved in a solvent (eg, water), but in recent years, the use of membrane separation methods has expanded as a process for saving energy and resources. doing. Membranes used in membrane separation methods include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes. These membranes can be used for beverages such as seawater, brine, and water containing harmful substances. It is used to obtain water, to manufacture industrial ultrapure water, to treat wastewater, to recover valuable materials.

現在市販されている逆浸透膜およびナノろ過膜の大部分は複合半透膜であり、支持膜上にゲル層とポリマーを架橋した活性層を有するものと、支持膜上でモノマーを重縮合した活性層を有するものとの2種類がある。なかでも、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を支持膜上に被覆して得られる複合半透膜は、透水性や溶質除去性の高い分離膜として広く用いられている。   Most of the reverse osmosis membranes and nanofiltration membranes currently on the market are composite semipermeable membranes, which have an active layer in which a gel layer and a polymer are cross-linked on a support membrane, and monomers are polycondensed on the support membrane. There are two types, one with an active layer. In particular, a composite semipermeable membrane obtained by coating a support membrane with a separation functional layer made of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide has water permeability and solute removal properties. Widely used as a high separation membrane.

また、複合半透膜の性能に影響を及ぼす因子として、分離機能層表面に形成されるひだ構造が挙げられる。膜性能とひだ構造の関係については、ひだの高さを伸長させることによって実質的な表面積を大きくし、透水性を向上することが提案されている(特許文献1,2,3)。   A factor that affects the performance of the composite semipermeable membrane is a pleat structure formed on the surface of the separation functional layer. Regarding the relationship between the membrane performance and the pleat structure, it has been proposed to increase the substantial surface area by extending the height of the pleats and improve the water permeability (Patent Documents 1, 2, and 3).

特開平9−19630号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-19630 特開平9−85068号公報JP-A-9-85068 特開2001−179061号公報JP 2001-179061 A

しかしながら、複合半透膜の透水性と塩除去率などの分離能はトレードオフの関係にあるため、より高い透水性が求められる一方で、分離能を低下することなく透水性を向上することは困難であり、従来の技術ではその要求を充分に満たせないことがあるため、改善の余地があった。
そこで、本発明は分離能を低下することなく、高い透水性能を実現することができる複合半透膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
However, since the separation performance such as the water permeability and salt removal rate of the composite semipermeable membrane is in a trade-off relationship, while higher water permeability is required, it is possible to improve the water permeability without reducing the separation performance. This is difficult, and there is room for improvement because the conventional technology may not sufficiently satisfy the requirement.
Then, an object of this invention is to provide the composite semipermeable membrane which can implement | achieve high water-permeable performance, and its manufacturing method, without reducing separability.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成<1>〜<4>を有する。
<1> 基材と、前記基材上に設けられる多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層と、を備える複合半透膜であって、
前記分離機能層上で無作為に選択した場所を中心に直径3cmの円を作図し、
前記円の中心を通り、かつ前記円を24等分する12方向の線分を引き、
前記12方向の線分のうち1方向の線分に沿って、水平方向における長さ2.0μmの区分を1箇所選択し、
前記区分の前記ひだ構造の凹凸を電子顕微鏡を用いて観察して、前記区分の10点平均面粗さを測定し、
前記区分あたりの、前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の個数を求め、
さらに、前記12方向のうち他の11方向についても同様に各区分あたりの凸部の個数を各々求め、
前記12方向における各凸部の個数を大きい順にn,n,n…n10,n11およびn12としたとき、
前記n〜n12のうちn,n,n,n10,n11およびn12が次の式(1)を満たすことを特徴とする複合半透膜。
(n+n+n)/(n10+n11+n12)≧1.05 …(1)
<2> 前記n,n,n,n10,n11およびn12が次の式(2)を満たすことを特徴とする前記<1>記載の複合半透膜。
1.10≦(n+n+n)/(n10+n11+n12)≦3.00 …(2)
<3> 前記基材が、主成分としてポリエステルを含有する長繊維不織布であることを特徴とする、前記<1>または<2>に記載の複合半透膜。
<4> 基材と、前記基材上に設けられる多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層と、を備える膜を一軸延伸する工程を包含する、前記<1>〜<3>のいずれか1に記載の複合半透膜の製造方法。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configurations <1> to <4>.
<1> Separation functional layer having a pleat structure on the surface, including a base material, a porous support layer provided on the base material, and a pleated structure provided on the porous support layer and including continuously repeated convex portions and concave portions A composite semipermeable membrane comprising:
Draw a circle with a diameter of 3 cm around a randomly selected location on the separation functional layer,
Draw a line segment in 12 directions that passes through the center of the circle and divides the circle into 24 equal parts,
A section having a length of 2.0 μm in the horizontal direction is selected along one line segment among the 12 direction line segments, and
Observe the unevenness of the pleated structure of the section using an electron microscope, measure the 10-point average surface roughness of the section,
Obtain the number of protrusions having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness per section,
Further, similarly for the other 11 directions among the 12 directions, respectively, the number of convex portions per each section is obtained,
When the number of convex portions in the 12 directions is n 1 , n 2 , n 3 ... N 10 , n 11 and n 12 in the descending order,
Composite semipermeable membrane n 1, n 2, n 3 , n 10, n 11 and n 12 of said n 1 ~n 12 is characterized by satisfying the following equation (1).
(N 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≧ 1.05 (1)
<2> The composite semipermeable membrane according to <1>, wherein n 1 , n 2 , n 3 , n 10 , n 11, and n 12 satisfy the following formula (2):
1.10 ≦ (n 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≦ 3.00 (2)
<3> The composite semipermeable membrane according to <1> or <2>, wherein the base material is a long-fiber nonwoven fabric containing polyester as a main component.
<4> Separation functional layer on the surface having a pleat structure including a base, a porous support layer provided on the base, and a convex part and a concave part provided on the porous support layer and continuously repeated A method for producing a composite semipermeable membrane according to any one of the above <1> to <3>, comprising a step of uniaxially stretching a membrane comprising:

本発明によって、分離能を維持したまま高い透水性を有する複合半透膜が実現され、該複合半透膜をろ過膜にした場合に、淡水化や超純水の製造等における省エネルギー化が可能となる。   According to the present invention, a composite semipermeable membrane having high water permeability while maintaining the separation performance is realized. When the composite semipermeable membrane is used as a filtration membrane, energy saving can be achieved in desalination or ultrapure water production. It becomes.

図1は、分離機能層上において、12方向における凸部の個数の測定箇所の例を模式的に示す図面である。FIG. 1 is a drawing schematically showing an example of measurement locations of the number of convex portions in 12 directions on a separation functional layer. 図2は、分離機能層における区分の10点平均面粗さの測定方法を模式的に示す図面である。FIG. 2 is a drawing schematically showing a method for measuring the 10-point average surface roughness of sections in the separation functional layer. 図3は、分離機能層の延伸前後における凸部の構造変化を模式的に示す図面である。FIG. 3 is a drawing schematically showing the structural change of the protrusions before and after stretching of the separation functional layer.

1.複合半透膜
本発明に係る複合半透膜は、基材と前記基材上に形成された多孔性支持層とを含む支持膜と、前記多孔性支持層上に形成されて凸部と凹部が連続的に繰り返されるひだ構造を表面に有する分離機能層とを備える。
前記分離機能層は実質的に分離性能を有するものであり、前記支持膜は実質的にイオン等の分離性能を有さず、前記分離機能層に強度を与えることができる。
1. Composite semipermeable membrane The composite semipermeable membrane according to the present invention includes a support film including a base material and a porous support layer formed on the base material, and a convex portion and a concave portion formed on the porous support layer. And a separation functional layer having a pleated structure that is continuously repeated on the surface.
The separation functional layer has substantially separation performance, and the support membrane does not substantially have separation performance of ions or the like, and can give strength to the separation functional layer.

(1−1)分離機能層
本発明者らは、分離機能層表面の凸部の構造に着目し、鋭意検討を行った。その結果、従来の複合半透膜では、分離機能層形成後の凸部に、図3左に示すような隣接した凸部との接触部が存在することを見出した。前記接触部では、水と分離機能層とが接触しないために逆浸透膜としては有効に機能せず、分離機能層の表面のすべてを有効に使い切れていない。そこで本発明では、この複合半透膜を一軸延伸などにより、一方向における分離機能層の凸部(ひだ)の接触する箇所を低減し、有効膜面積を拡大することにより(図3右)、分離能を維持したまま、高い透水性を実現できることを見出した。
(1-1) Separation functional layer The inventors of the present invention focused on the structure of the convex portion on the surface of the separation functional layer and conducted intensive studies. As a result, it has been found that in the conventional composite semipermeable membrane, there is a contact portion with the adjacent convex portion as shown in the left of FIG. 3 in the convex portion after the separation functional layer is formed. In the contact portion, water and the separation functional layer do not come into contact with each other, so that it does not function effectively as a reverse osmosis membrane, and the entire surface of the separation functional layer is not used up effectively. Therefore, in the present invention, the composite semipermeable membrane is uniaxially stretched or the like to reduce the contact area of the projections (folds) of the separation functional layer in one direction, and to enlarge the effective membrane area (right in FIG. 3), It has been found that high water permeability can be achieved while maintaining the separation ability.

本発明に係る複合半透膜は、分離機能層表面における2.0μmあたりの凸部の個数(以下、単に「線密度」と称する場合もある。)が異方性を有し、例えば一軸延伸をした場合に、延伸方向の凸部の線密度が、延伸と垂直方向の線密度と比べて小さいという特徴を有する。線密度の異方性について、以下に詳述する。   The composite semipermeable membrane according to the present invention has anisotropy in the number of convex portions per 2.0 μm on the surface of the separation functional layer (hereinafter sometimes simply referred to as “linear density”), for example, uniaxial stretching In this case, the linear density of the protrusions in the stretching direction is smaller than the linear density in the direction perpendicular to the stretching. The anisotropy of the linear density will be described in detail below.

本発明における分離機能層は特定構造の凸部を有する。すなわち、前記凸部において、下記手順(a)〜(h)に従って12方向の線密度n〜n12の値を求めた際に、n〜n12が式(1)を満たすことを特徴とする。
(n+n+n)/(n10+n11+n12)≧1.05 …(1)
[線密度n〜n12の値の求め方]
(a)分離機能層上で無作為に選択した場所を中心に直径3cmの円を作図する。
(b)前記円の中心を通り、かつ前記円を24等分する12本の線分を引く。
(c)前記12方向の線分のうち1方向の線分に沿って、水平方向における長さ2.0μmの区分を1箇所選択する。
(d)前記区分の前記ひだ構造の凹凸を電子顕微鏡で観察する。
(e)前記観察により、前記区分の10点平均面粗さを測定する。
(f)前記区分あたりの、前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の個数の値を求める。
(g)さらに、前記12方向のうち他の11方向についても同様に前記(c)〜(f)の手順を繰返し、各区分あたりの凸部の個数の値を各々求める。
(h)前記12方向における各個数を大きい順にn,n,n…n10,n11およびn12とする。
本明細書では、(n+n+n)/(n10+n11+n12)を、線密度の異方性と称する。
The separation functional layer in the present invention has a convex portion having a specific structure. That is, in the convex portion, when the values of the linear densities n 1 to n 12 in 12 directions are obtained according to the following procedures (a) to (h), n 1 to n 12 satisfy the formula (1). And
(N 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≧ 1.05 (1)
[How to obtain values of linear densities n 1 to n 12 ]
(A) A circle having a diameter of 3 cm is drawn around a randomly selected place on the separation functional layer.
(B) Draw 12 line segments that pass through the center of the circle and divide the circle into 24 equal parts.
(C) A section having a length of 2.0 μm in the horizontal direction is selected along one line segment among the 12 line segments.
(D) The unevenness of the pleated structure in the section is observed with an electron microscope.
(E) The 10-point average surface roughness of the section is measured by the observation.
(F) A value of the number of convex portions having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness per section is obtained.
(G) Further, the above procedures (c) to (f) are similarly repeated in the other 11 directions among the 12 directions, and the values of the number of convex portions per each division are obtained.
(H) The numbers in the 12 directions are set to n 1 , n 2 , n 3 ... N 10 , n 11, and n 12 in descending order.
In this specification, (n 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) is referred to as anisotropy of linear density.

線密度の求め方を以下に示す。
図1に示したように、分離機能層上で無作為に選択した場所を中心に作図した直径3cmの円を24等分すると、円の半径を通る12本の線分は、15°の等間隔で並ぶ。12方向の線分のうち1つの線分を選択し、選択された線分上で任意の一箇所を選定する。
選定した箇所の表面形状を、前記選択した線分方向に沿って2.0μmの範囲で観察し、後述する方法を用いて、分離機能層表面の、選択した線分方向における線密度を算出することができる。
The method for obtaining the linear density is shown below.
As shown in FIG. 1, when a circle with a diameter of 3 cm drawn around a randomly selected place on the separation functional layer is divided into 24 equal parts, 12 line segments passing through the radius of the circle are equal to 15 degrees. Line up at intervals. One line segment is selected from the 12 direction line segments, and one arbitrary position is selected on the selected line segment.
The surface shape of the selected portion is observed in the range of 2.0 μm along the selected line segment direction, and the line density in the selected line segment direction on the surface of the separation functional layer is calculated using the method described later. be able to.

本発明における分離機能層の12方向の線密度は、10点平均面粗さの5分の1以上の高さの凸部を用いて算出する。ここで、10点平均面粗さとは次のような算出方法で得られる値である。
電子顕微鏡により、膜面に垂直な方向の断面を観察する。観察する断面の大きさは、膜表面の水平方向の長さが2.0μm以上であれば、深さ(膜面に垂直な方向)は特に限定されない。断面画像により、凸部と凹部が連続的に繰り返されるひだ構造(曲線)を表面に有する、分離機能層の表面形状1が観察される(図2)。この曲線について、ISO4287:1997に基づき定義される粗さ曲線を求める。そして、上記粗さ曲線の平均線の方向に2.0μmの幅を一区分として断面画像を抜き取る(図2)。
なお、平均線とは、ISO4287:1997に基づき定義される直線であり、測定長さにおいて、平均線と粗さ曲線とで囲まれる領域の面積の合計が平均線の上下で等しくなるように描かれる直線であり、水平方向に対して平行になる。
The linear density in the 12 directions of the separation functional layer in the present invention is calculated using a convex portion having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness. Here, the 10-point average surface roughness is a value obtained by the following calculation method.
A cross section perpendicular to the film surface is observed with an electron microscope. The depth of the cross section to be observed (the direction perpendicular to the film surface) is not particularly limited as long as the horizontal length of the film surface is 2.0 μm or more. From the cross-sectional image, a surface shape 1 of the separation functional layer having a pleated structure (curve) in which convex portions and concave portions are continuously repeated is observed on the surface (FIG. 2). About this curve, the roughness curve defined based on ISO4287: 1997 is calculated | required. Then, a cross-sectional image is extracted with a width of 2.0 μm as one section in the direction of the average line of the roughness curve (FIG. 2).
The average line is a straight line defined based on ISO 4287: 1997, and is drawn so that the total area of the region surrounded by the average line and the roughness curve is equal above and below the average line in the measurement length. Straight line that is parallel to the horizontal direction.

抜き取った幅2.0μmの区分の断面画像において、上記平均線を基準線2として、分離機能層における凸部(H)の高さと、凹部(D)の深さをそれぞれ測定する。最も高い凸部(H1)から徐々に高さが低くなって5番目の高さ(H5)までの5つの凸部の高さH1〜H5の絶対値についての平均値と、最も深い凹部(D1)から徐々に深さが浅くなって5番目の深さ(D5)までの5つの凹部の深さD1〜D5の絶対値についての平均値を算出し、得られた2つの平均値の絶対値の和を算出する。こうして得られた和の値が、10点平均面粗さである。   In the extracted cross-sectional image of the section having a width of 2.0 μm, the height of the convex portion (H) and the depth of the concave portion (D) in the separation functional layer are measured using the average line as the reference line 2. The average value of the absolute values of the heights H1 to H5 of the five convex portions from the highest convex portion (H1) to the fifth height (H5) gradually decreasing, and the deepest concave portion (D1 ) To the fifth depth (D5), the average value of the absolute values of the depths D1 to D5 of the five recesses is calculated and the absolute value of the two average values obtained is calculated. The sum of is calculated. The sum value thus obtained is the 10-point average surface roughness.

分離機能層の凸部の高さおよび凹部の深さは、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)等の電子顕微鏡を用いて分析できる。例えば、複合半透膜サンプルを、エポキシ樹脂で包埋後、四酸化オスミウムまたは四酸化ルテニウム、好ましくは四酸化オスミウムによる染色処理を行い、さらにガラスナイフまたはダイヤモンドナイフにより面出し加工および100nm以下の超薄切片を作製し、50〜200kVの加速電圧で透過型電子顕微鏡を用いて観察する。透過型電子顕微鏡は、日立製、H7100FAなどの電子顕微鏡を使用できる。
観察倍率は5,000〜100,000倍が好ましく、分離機能層の凸部の高さおよび凹部の深さを求めるには20,000〜100,000倍が好ましい。分離機能層の凸部の高さおよび凹部の深さを求めるには得られた電子顕微鏡写真から観察倍率を考慮してスケールなどで直接測定することができる。
The height of the convex portion and the depth of the concave portion of the separation functional layer can be analyzed using an electron microscope such as a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). For example, after embedding a composite semipermeable membrane sample with an epoxy resin, the composite semipermeable membrane sample is dyed with osmium tetroxide or ruthenium tetroxide, preferably osmium tetroxide. Thin sections are prepared and observed using a transmission electron microscope at an acceleration voltage of 50 to 200 kV. As the transmission electron microscope, an electron microscope such as Hitachi, H7100FA can be used.
The observation magnification is preferably 5,000 to 100,000 times, and preferably 20,000 to 100,000 times for obtaining the height of the convex portion and the depth of the concave portion of the separation functional layer. In order to obtain the height of the convex portion and the depth of the concave portion of the separation functional layer, it can be directly measured with a scale or the like in consideration of the observation magnification from the obtained electron micrograph.

複合半透膜について、上記で求めた10点平均面粗さの5分の1以上である凸部の個数を計数することで、単位長さあたりの凸部の個数、すなわち、凸部の線密度を求めることができる。ここで、各断面は、上記粗さ曲線の平均線の方向において、前記単位長さとは2.0μmの幅を有するので、10点平均面粗さの5分の1以上である凸部がt個あった場合に、線密度は(t個/2.0μm)となる。   For the composite semipermeable membrane, by counting the number of convex portions that are 1/5 or more of the 10-point average surface roughness obtained above, the number of convex portions per unit length, that is, the line of the convex portion The density can be determined. Here, since each cross section has a width of 2.0 μm in the direction of the average line of the roughness curve, the convex portion that is 1/5 or more of the 10-point average surface roughness is t. In the case where there are pieces, the linear density becomes (t pieces / 2.0 μm).

残りの11方向の線分についても上記と同様に、電子顕微鏡観察、10点平均面粗さの測定等を行うことで、各々の線密度を算出することができる。
得られた分離機能層の12方向における各線密度を、大きい順からn,n,n…n10,n11およびn12とした場合、n,n,n,n10,n11およびn12は次の式(1)を満たすことが好ましい。
(n+n+n)/(n10+n11+n12)≧1.05 …(1)
For the remaining 11-direction line segments, similarly to the above, each line density can be calculated by performing observation with an electron microscope, measurement of 10-point average surface roughness, and the like.
When each linear density in 12 directions of the obtained separation functional layer is n 1 , n 2 , n 3 ... N 10 , n 11 and n 12 in descending order, n 1 , n 2 , n 3 , n 10 , n 11 and n 12 preferably satisfy the following formula (1).
(N 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≧ 1.05 (1)

式(1)で示したように、線密度の異方性((n+n+n)/(n10+n11+n12))は1.05以上であることが好ましい。また、下記式(2)で示すように、線密度の異方性は1.10以上3.00以下であることがより好ましい。
1.10≦(n+n+n)/(n10+n11+n12)≦3.00 …(2)
As shown in the formula (1), the anisotropy of the linear density ((n 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 )) is preferably 1.05 or more. Moreover, as shown by the following formula (2), the linear density anisotropy is more preferably 1.10 or more and 3.00 or less.
1.10 ≦ (n 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≦ 3.00 (2)

線密度の異方性が1.05以上であることで、当該分離機能層を含む複合半透膜は、高い分離能を維持しつつ、透水性向上の効果が発現する。また、線密度の異方性が3.00以下であることにより、透水性を確保するために必要な機能層の比表面積を確保することができる。   When the anisotropy of the linear density is 1.05 or more, the composite semipermeable membrane including the separation functional layer exhibits the effect of improving water permeability while maintaining high separation ability. Moreover, the specific surface area of a functional layer required in order to ensure water permeability can be ensured because the anisotropy of linear density is 3.00 or less.

線密度n〜n12の各々の値は、水平方向2.0μmあたり10〜100個の凸部が存在することが好ましく、15〜80個がより好ましい。線密度が10個/2.0μm以上であることで、最低限必要な透水性を有する複合半透膜が得られる。また線密度が100個/2.0μm以下であることで、凸部の成長が十分に起こり、所望の透水性を備えた複合半透膜を容易に得ることができる。ここでの凸部の個数は、前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部を計上するものとする。 Each value of linear density n 1 ~n 12 is preferably present is 10 to 100 protrusions per horizontal 2.0 .mu.m, 15 to 80 pieces is preferable. When the linear density is 10 pieces / 2.0 μm or more, a composite semipermeable membrane having a minimum required water permeability can be obtained. Further, when the linear density is 100 pieces / 2.0 μm or less, the growth of the convex portions occurs sufficiently, and a composite semipermeable membrane having a desired water permeability can be easily obtained. Here, the number of convex portions includes the convex portions having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness.

線密度の大きい上位3(n〜n)方向の線分は、隣り合っていても離れて存在していてもよい。また、線密度の小さい上位3(n10〜n12)方向の線分も、隣り合っていても離れて存在していてもよい。
複合半透膜の高い透過性と高い分離能の併存の点から、線密度の大きい上位3方向の線分は隣り合っていることが好ましい。また同様の理由により、線密度の小さい上位3方向の線分は隣り合っていることが好ましい。
The line segments in the upper 3 (n 1 to n 3 ) direction with the higher line density may be adjacent or separated. In addition, the line segments in the upper 3 (n 10 to n 12 ) direction with the smaller line density may be adjacent to each other or separated from each other.
From the viewpoint of the coexistence of the high permeability and high separation ability of the composite semipermeable membrane, it is preferable that the line segments in the upper three directions having a high linear density are adjacent to each other. For the same reason, it is preferable that the line segments in the upper three directions having a smaller line density are adjacent to each other.

本発明における分離機能層の凸部の平均線2からの高さは、好ましくは70nm以上、より好ましくは90nm以上である。また、分離機能層の凸部の平均線2からの高さは、好ましくは1000nm以下であり、より好ましくは800nm以下である。凸部の高さが70nm以上であることで、十分な透水性を備えた複合半透膜を容易に得ることができる。また、凸部の高さが1000nm以下であることにより、複合半透膜を高圧で運転して使用する際にも凸部形状が潰れることなく、安定した膜性能を得ることができる。   The height from the average line 2 of the convex portion of the separation functional layer in the present invention is preferably 70 nm or more, more preferably 90 nm or more. Moreover, the height from the average line 2 of the convex part of the separation functional layer is preferably 1000 nm or less, and more preferably 800 nm or less. When the height of the convex portion is 70 nm or more, a composite semipermeable membrane having sufficient water permeability can be easily obtained. Moreover, when the height of the convex portion is 1000 nm or less, stable membrane performance can be obtained without collapsing the convex portion shape even when the composite semipermeable membrane is operated at a high pressure.

分離機能層は、複合半透膜において混合物中の溶質の分離を担う層である。分離機能層の組成および厚さ等の構成は、複合半透膜の使用目的に合わせて設定されるが、十分な分離性能および透過水量を得るために、分離機能層の厚さは、通常0.01〜1μmの範囲内が好ましく、0.1〜0.5μmの範囲内がより好ましい。   The separation functional layer is a layer responsible for separating solutes in the mixture in the composite semipermeable membrane. The composition such as the composition and thickness of the separation functional layer is set according to the purpose of use of the composite semipermeable membrane, but the thickness of the separation functional layer is usually 0 in order to obtain sufficient separation performance and permeated water amount. The range of 0.01 to 1 μm is preferable, and the range of 0.1 to 0.5 μm is more preferable.

分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有してもよい。分離機能層を構成する前記ポリアミドは、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合により得ることができる。ここで、多官能アミンまたは多官能酸ハロゲン化物の少なくとも一方が3官能以上の化合物を含んでいることが好ましい。
なお、本明細書において、「XがYを主成分として含有する」とは、YがXの50質量%以上を占めることを意味し、Xが実質的にYのみを含有する構成も含むものとする。
The separation functional layer may contain polyamide as a main component. The polyamide constituting the separation functional layer can be obtained by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. Here, it is preferable that at least one of the polyfunctional amine or the polyfunctional acid halide contains a trifunctional or higher functional compound.
In this specification, “X contains Y as a main component” means that Y occupies 50% by mass or more of X, and includes a configuration in which X substantially contains only Y. .

ポリアミドを得るために用いる多官能アミンとは、一分子中に少なくとも1つの第一級アミノ基を有し、さらに少なくとも1個の第一級アミノ基および/または第二級アミノ基を有するアミンをいう。   The polyfunctional amine used to obtain the polyamide is an amine having at least one primary amino group in one molecule and further having at least one primary amino group and / or secondary amino group. Say.

例えば、多官能アミンとして、2個のアミノ基がオルト位やメタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したフェニレンジアミン、キシリレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸、3−アミノベンジルアミン、4−アミノベンジルアミンなどの芳香族多官能アミン;エチレンジアミン、プロピレンジアミンなどの脂肪族アミン;1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4−アミノピペリジン、4−アミノエチルピペラジンなどの脂環式多官能アミン等を挙げることができる。
中でも、膜の選択分離性や透過性、耐熱性を考慮すると、多官能アミンは、一分子中に2〜4個の第一級アミノ基および/または第二級アミノ基を有する芳香族多官能アミンであることが好ましい。このような多官能芳香族アミンとしては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼンが好適に用いられる。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさから、m−フェニレンジアミン(以下、m−PDAと称することがある。)を用いることが好ましい。
For example, as a polyfunctional amine, phenylenediamine, xylylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene in which two amino groups are bonded to a benzene ring in any of the ortho-position, meta-position, and para-position, Aromatic polyfunctional amines such as 1,2,4-triaminobenzene, 3,5-diaminobenzoic acid, 3-aminobenzylamine and 4-aminobenzylamine; aliphatic amines such as ethylenediamine and propylenediamine; -An alicyclic polyfunctional amine such as diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 4-aminopiperidine, 4-aminoethylpiperazine and the like can be mentioned.
Among them, considering the selective separation property, permeability, and heat resistance of the membrane, the polyfunctional amine is an aromatic polyfunctional having 2 to 4 primary amino groups and / or secondary amino groups in one molecule. An amine is preferred. As such a polyfunctional aromatic amine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, and 1,3,5-triaminobenzene are preferably used. Among these, m-phenylenediamine (hereinafter sometimes referred to as m-PDA) is preferably used from the standpoint of availability and ease of handling.

これらの多官能アミンは、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。2種以上を同時に用いる場合、上記アミン同士を組み合わせてもよく、上記アミンと一分子中に少なくとも2個の第二級アミノ基を有するアミンを組み合わせてもよい。一分子中に少なくとも2個の第二級アミノ基を有するアミンとしては、例えば、ピペラジン、1,3−ビスピペリジルプロパン等を挙げることができる。   These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more. When using 2 or more types simultaneously, the said amines may be combined and the said amine and the amine which has at least 2 secondary amino group in 1 molecule may be combined. Examples of the amine having at least two secondary amino groups in one molecule include piperazine and 1,3-bispiperidylpropane.

ポリアミドを得るために用いる多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に少なくとも2個のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物をいう。
例えば、3官能酸ハロゲン化物としては、トリメシン酸クロリド、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸トリクロリド、1,2,4−シクロブタントリカルボン酸トリクロリドなどを挙げることができる。
2官能酸ハロゲン化物としては、ビフェニルジカルボン酸ジクロリド、アゾベンゼンジカルボン酸ジクロリド、テレフタル酸クロリド、イソフタル酸クロリド、ナフタレンジカルボン酸クロリドなどの芳香族2官能酸ハロゲン化物;アジポイルクロリド、セバコイルクロリドなどの脂肪族2官能酸ハロゲン化物;シクロペンタンジカルボン酸ジクロリド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド、テトラヒドロフランジカルボン酸ジクロリドなどの脂環式2官能酸ハロゲン化物を挙げることができる。
多官能アミンとの反応性を考慮すると、多官能酸ハロゲン化物は多官能酸塩化物であることが好ましい。また、膜の選択分離性、耐熱性を考慮すると、多官能酸塩化物は一分子中に2〜4個の塩化カルボニル基を有する多官能芳香族酸塩化物であることがより好ましい。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさの観点から、トリメシン酸クロリドが好ましい。これらの多官能酸ハロゲン化物は、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。
The polyfunctional acid halide used for obtaining the polyamide refers to an acid halide having at least two carbonyl halide groups in one molecule.
For example, examples of the trifunctional acid halide include trimesic acid chloride, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid trichloride, 1,2,4-cyclobutanetricarboxylic acid trichloride, and the like.
Examples of the bifunctional acid halide include aromatic bifunctional acid halides such as biphenyl dicarboxylic acid dichloride, azobenzene dicarboxylic acid dichloride, terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, and naphthalene dicarboxylic acid chloride; adipoyl chloride, sebacoyl chloride, and the like. Aliphatic bifunctional acid halides; cycloaliphatic difunctional acid halides such as cyclopentane dicarboxylic acid dichloride, cyclohexane dicarboxylic acid dichloride, and tetrahydrofuran dicarboxylic acid dichloride can be exemplified.
In consideration of the reactivity with the polyfunctional amine, the polyfunctional acid halide is preferably a polyfunctional acid chloride. In view of selective separation of the membrane and heat resistance, the polyfunctional acid chloride is more preferably a polyfunctional aromatic acid chloride having 2 to 4 carbonyl chloride groups in one molecule. Of these, trimesic acid chloride is preferable from the viewpoint of availability and ease of handling. These polyfunctional acid halides may be used alone or in combination of two or more.

(1−2)支持膜
本発明における支持膜は、基材と、前記基材上に設けられる多孔性支持層とを備えるものであり、実質的にイオン等の分離性能を有さず、分離機能層に強度を与えることができる。
支持膜の厚さは、複合半透膜の強度および複合半透膜を膜エレメントにしたときの充填密度に影響を与える。十分な機械的強度および充填密度を得るためには、支持膜の厚さは、30〜300μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは50〜250μmの範囲内である。
なお、本書において、特に付記しない限り、各層または膜の厚さとは、それぞれ平均値を意味する。ここで平均値とは相加平均値である。すなわち、各層または膜の厚さは、各層または膜の断面を観察した際に、層または膜の厚さ方向に直交する方向(層または膜の面方向、水平方向)に20μm間隔で測定した20点の厚さの平均値を算出することで求められる。
(1-2) Support Membrane The support membrane in the present invention comprises a base material and a porous support layer provided on the base material, has substantially no separation performance such as ions, and is separated. Strength can be imparted to the functional layer.
The thickness of the support membrane affects the strength of the composite semipermeable membrane and the packing density when the composite semipermeable membrane is used as a membrane element. In order to obtain sufficient mechanical strength and packing density, the thickness of the support membrane is preferably in the range of 30 to 300 μm, more preferably in the range of 50 to 250 μm.
In this document, unless otherwise specified, the thickness of each layer or film means an average value. Here, the average value is an arithmetic average value. That is, the thickness of each layer or film was measured at intervals of 20 μm in a direction orthogonal to the thickness direction of the layer or film (the surface direction of the layer or film, the horizontal direction) when a cross section of each layer or film was observed. It is obtained by calculating the average value of the thickness of the points.

[多孔性支持層]
多孔性支持層は、下記素材を主成分として含有することが好ましい。多孔性支持層の素材としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニルポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンオキシドなどのホモポリマーまたはこれらのコポリマーを単独であるいはブレンドして使用することができる。
ここでセルロース系ポリマーとしては酢酸セルロース、硝酸セルロースなどが使用され、ビニルポリマーとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが使用される。
[Porous support layer]
The porous support layer preferably contains the following materials as main components. As the material of the porous support layer, polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulosic polymer, vinyl polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polyphenylene oxide, or a homopolymer or a copolymer thereof alone or Can be blended and used.
Here, cellulose acetate, cellulose nitrate and the like are used as the cellulose polymer, and polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile and the like are used as the vinyl polymer.

中でもポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホンなどのホモポリマーまたはこれらのコポリマーが好ましい。
より好ましくは酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、またはポリフェニレンスルホンが挙げられる。
これらの素材の中では化学的、機械的、および熱的に安定性が高く、さらに成型が容易であることからポリスルホンが特に好ましく使用できる。
具体的には、多孔性支持層の主成分となる素材として、次の化学式に示す繰り返し単位を有するポリスルホンは、孔径の制御が容易であり、寸法安定性が高いため好ましい。
Among them, a homopolymer such as polysulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, or a copolymer thereof is preferable.
More preferred is cellulose acetate, polysulfone, polyphenylene sulfide sulfone, or polyphenylene sulfone.
Among these materials, polysulfone is particularly preferably used because of its high chemical, mechanical and thermal stability and easy molding.
Specifically, a polysulfone having a repeating unit represented by the following chemical formula as the main component of the porous support layer is preferable because the pore diameter can be easily controlled and the dimensional stability is high.

Figure 2014151241
Figure 2014151241

ポリスルホンは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)でN−メチルピロリドンを展開溶媒に、ポリスチレンを標準物質として測定した場合の質量平均分子量(Mw)が、好ましくは10000〜200000、より好ましくは15000〜100000の範囲内にあるものである。
Mwが10000以上であることで、多孔質支持層として、好ましい機械的強度および耐熱性を得ることができる。また、Mwが200000以下であることで、溶液の粘度が適切な範囲となり、良好な成型性を実現することができる。
The polysulfone preferably has a mass average molecular weight (Mw) of 10000 to 200000, more preferably 15000 to 100,000 when measured by gel permeation chromatography (GPC) using N-methylpyrrolidone as a developing solvent and polystyrene as a standard substance. Is within the range of
When Mw is 10,000 or more, preferable mechanical strength and heat resistance can be obtained as the porous support layer. Moreover, when Mw is 200000 or less, the viscosity of the solution falls within an appropriate range, and good moldability can be realized.

多孔性支持層は、例えば、上記ポリスルホンを溶解させたN,N−ジメチルホルムアミド(以下、DMFという)溶液を、基材上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、得ることができる。この方法によって得られた多孔性支持層は、表面に直径1〜30nmの微細な孔を多数有するものとなる。   The porous support layer is formed by, for example, casting an N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) solution in which the polysulfone is dissolved to a certain thickness on a substrate, and wet coagulating it in water. Can be obtained. The porous support layer obtained by this method has many fine pores having a diameter of 1 to 30 nm on the surface.

多孔性支持層がポリスルホンを含有する場合、50質量%以上であることが好ましい。
多孔性支持層の主成分である高分子の他に、適宜添加剤を含有してもよい。
また、多孔性支持層の厚さは、10〜200μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは20〜100μmの範囲内である。
When the porous support layer contains polysulfone, the content is preferably 50% by mass or more.
In addition to the polymer that is the main component of the porous support layer, an additive may be appropriately contained.
Moreover, it is preferable that the thickness of a porous support layer exists in the range of 10-200 micrometers, More preferably, it exists in the range of 20-100 micrometers.

また、多孔性支持層は、多層構造を有していてもよい。多孔性支持層が多層構造である場合、複数存在する層を構成する主成分やその他成分は、層ごとに異なっていてもよい。   The porous support layer may have a multilayer structure. When the porous support layer has a multilayer structure, the main components and other components constituting the plurality of layers may be different for each layer.

[基材]
本発明における支持膜を構成する基材としては、例えば、ポリエステル系重合体、ポリアミド系重合体、ポリオレフィン系重合体、あるいはこれらの混合物や共重合体等が主成分として挙げられる。なかでも、機械的強度、耐熱性、耐水性等により優れた支持膜を得られることから、ポリエステル系重合体であることが好ましい。
[Base material]
As a base material which comprises the support film in this invention, a polyester-type polymer, a polyamide-type polymer, a polyolefin-type polymer, or these mixtures, a copolymer, etc. are mentioned as a main component, for example. Among these, a polyester polymer is preferable because a superior support film can be obtained due to mechanical strength, heat resistance, water resistance, and the like.

ポリエステル系重合体とは、酸成分とアルコール成分からなるポリエステルである。
酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸およびフタル酸などの芳香族カルボン酸;アジピン酸やセバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸;およびシクロヘキサンカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸などを用いることができる。
また、アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびポリエチレングリコールなどを用いることができる。
The polyester polymer is a polyester composed of an acid component and an alcohol component.
Examples of the acid component include aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, and phthalic acid; aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid and sebacic acid; and alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanecarboxylic acid.
Further, as the alcohol component, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, or the like can be used.

なお、「主成分としてポリエステルを含有する」と「主成分としてポリエステル系重合体を含有する」とは同義である。ポリエステル系重合体を構成する酸成分とアルコール成分の割合は、通常用いられる範囲であれば、特に限定されない。   “Containing polyester as a main component” and “containing a polyester polymer as a main component” are synonymous. The ratio of the acid component and the alcohol component constituting the polyester polymer is not particularly limited as long as it is a range that is usually used.

ポリエステル系重合体の例としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂およびポリブチレンサクシネート樹脂等が挙げられ、またこれらの樹脂の共重合体も挙げられる。
好ましくはポリエチレンテレフタレートのホモポリマーまたはこれらのコポリマーである。
Examples of the polyester polymer include polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polytrimethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polylactic acid resin, and polybutylene succinate resin. Examples include coalescence.
A homopolymer of polyethylene terephthalate or a copolymer thereof is preferable.

本発明における基材は、前記重合体等からなる布帛状のものである。該基材に用いられる布帛には、強度、流体透過性の点で前記重合体等が繊維状のものを用いることが好ましい。
布帛としては、長繊維不織布及び短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。
The base material in the present invention is a cloth-like material made of the polymer or the like. As the fabric used for the base material, it is preferable to use a fibrous polymer in terms of strength and fluid permeability.
As the fabric, either a long fiber nonwoven fabric or a short fiber nonwoven fabric can be preferably used.

特に、基材として長繊維不織布を用いた場合、多孔性支持層を構成する高分子重合体の溶液を流延した際の浸透性に優れ、多孔性支持層が剥離すること、基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、及びピンホール等の欠点が生じることを抑制できる。そのため、基材は特に、長繊維不織布からなることが好ましい。中でも、該長繊維不織布は、熱可塑性連続フィラメントより構成されるものがより好ましい。
以上より、本発明における基材は、主成分としてポリエステルを含有する長繊維不織布であることが好ましい。
In particular, when a long-fiber non-woven fabric is used as the base material, it has excellent permeability when cast a solution of a polymer that constitutes the porous support layer, and the porous support layer peels off. It can suppress that a film | membrane becomes non-uniform | heterogenous by etc. and defects, such as a pinhole, arise. Therefore, it is particularly preferable that the substrate is made of a long fiber nonwoven fabric. Among these, the long-fiber nonwoven fabric is more preferably composed of thermoplastic continuous filaments.
As mentioned above, it is preferable that the base material in this invention is a long fiber nonwoven fabric which contains polyester as a main component.

長繊維不織布および短繊維不織布は、成形性、強度の点で、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、多孔性支持層側の表層の繊維よりも縦配向していることが好ましい。すなわち、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維の繊維配向度が、多孔性支持層側の表層における繊維の繊維配向度よりも小さいことを意味する。
上記構造をとることで複合半透膜の強度を保つことができ、膜破れ等を防ぐ高い効果が実現されるので好ましい。
In the long-fiber nonwoven fabric and the short-fiber nonwoven fabric, in terms of moldability and strength, it is preferable that the fibers in the surface layer on the side opposite to the porous support layer are longitudinally oriented than the fibers in the surface layer on the porous support layer side. . That is, it means that the fiber orientation degree of the fiber in the surface layer opposite to the porous support layer is smaller than the fiber orientation degree of the fiber in the surface layer on the porous support layer side.
The above structure is preferable because the strength of the composite semipermeable membrane can be maintained and a high effect of preventing membrane breakage and the like can be realized.

より具体的には、前記長繊維不織布のおよび短繊維不織布、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度は、0°〜25°であることが好ましい。また、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と、多孔性支持層側の表層における繊維配向度との配向度差が10°〜90°であることが好ましい。   More specifically, the fiber orientation degree of the long-fiber nonwoven fabric, the short-fiber nonwoven fabric, and the surface layer opposite to the porous support layer is preferably 0 ° to 25 °. Moreover, it is preferable that the orientation degree difference between the fiber orientation degree in the surface layer opposite to the porous support layer and the fiber orientation degree in the surface layer on the porous support layer side is 10 ° to 90 °.

本明細書において「繊維配向度」とは、基材が不織布である場合の、該繊維の向きを示す指標である。具体的には、繊維配向度とは、連続製膜を行う際の製膜方向、つまり不織布基材の長手方向と、不織布基材を構成する繊維の長手方向とがなす角度の平均値である。すなわち、繊維の長手方向が製膜方向と平行であれば、繊維配向度は0°である。また、繊維の長手方向が製膜方向に直角、すなわち不織布基材の幅方向に平行であれば、その繊維の配向度は90°である。よって、繊維配向度が0°に近いほど縦配向であり、90°に近いほど横配向であることを示す。   In the present specification, the “degree of fiber orientation” is an index indicating the direction of the fiber when the substrate is a nonwoven fabric. Specifically, the fiber orientation degree is an average value of angles formed by the film forming direction in continuous film formation, that is, the longitudinal direction of the nonwoven fabric substrate and the longitudinal direction of the fibers constituting the nonwoven fabric substrate. . That is, if the longitudinal direction of the fiber is parallel to the film forming direction, the fiber orientation degree is 0 °. If the longitudinal direction of the fiber is perpendicular to the film forming direction, that is, parallel to the width direction of the nonwoven fabric substrate, the degree of orientation of the fiber is 90 °. Accordingly, the closer to 0 ° the fiber orientation, the longer the orientation, and the closer to 90 °, the lateral orientation.

繊維配向度は以下のように測定する。
まず、不織布からランダムに小片サンプル10個を採取する。次に、そのサンプルの表面を走査型電子顕微鏡で100〜1000倍の倍率で撮影する。撮影像の中で、各サンプルあたり繊維を10本選び、不織布の長手方向(縦方向、または製膜方向とも言う。)を0°としたときの、前記繊維が前記長手方向となす角度を測定する。
つまり不織布1サンプルあたり計100本の繊維について、角度を測定する。こうして測定された100本の繊維についての角度の平均値を算出する。得られた角度の平均値の小数点以下第一位を四捨五入して得られる値が、繊維配向度として定義される。
The fiber orientation degree is measured as follows.
First, 10 small piece samples are randomly collected from the nonwoven fabric. Next, the surface of the sample is photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 100 to 1000 times. In the photographed image, 10 fibers were selected for each sample, and the angle between the fibers and the longitudinal direction was measured when the longitudinal direction of the nonwoven fabric (also referred to as the longitudinal direction or film forming direction) was 0 °. To do.
That is, the angle is measured for a total of 100 fibers per nonwoven fabric sample. The average value of the angles for 100 fibers thus measured is calculated. A value obtained by rounding off the first decimal place of the average value of the obtained angles is defined as the fiber orientation degree.

基材の厚さは10〜250μmの範囲内にあることが機械的強度及び充填密度の点から好ましく、より好ましくは20〜200μmの範囲内である。   The thickness of the substrate is preferably in the range of 10 to 250 μm from the viewpoint of mechanical strength and packing density, and more preferably in the range of 20 to 200 μm.

2.複合半透膜の製造方法
次に、本発明に係る複合半透膜の製造方法について説明する。製造方法は、支持膜の形成工程および分離機能層の形成工程、および線密度に異方性を与える工程を含む。
2. Next, a method for producing a composite semipermeable membrane according to the present invention will be described. The manufacturing method includes a supporting film forming step, a separating functional layer forming step, and a step of imparting anisotropy to the linear density.

(2−1)支持膜の形成工程
支持膜の形成工程は、重合体等を用いて基材を得る工程、及び該基材上に多孔性支持層を設ける工程を含む。具体的には、当業者間で公知の方法を用いて支持膜を形成すればよく、特に限定されない。
該基材上に多孔性支持層を設ける工程には、基材に多孔性支持層を構成する高分子溶液を塗布する工程、前記基材に前記高分子溶液を含浸させる工程、および前記高分子溶液を含浸した前記基材を、高分子の良溶媒と比較して前記高分子の溶解度が小さい溶液(以下、単に「非溶媒」と称する。)の凝固浴に浸漬させることで前記高分子を凝固させ、高分子の三次元網目構造を形成させる工程を含んでもよい。該三次元網目構造の高分子層が多孔性支持層である。
(2-1) Support film forming step The support film forming step includes a step of obtaining a base material using a polymer or the like, and a step of providing a porous support layer on the base material. Specifically, the support film may be formed using a method known among those skilled in the art, and is not particularly limited.
In the step of providing a porous support layer on the substrate, a step of applying a polymer solution constituting the porous support layer to the substrate, a step of impregnating the polymer solution into the substrate, and the polymer The base material impregnated with the solution is immersed in a coagulation bath of a solution (hereinafter, simply referred to as “non-solvent”) in which the solubility of the polymer is smaller than that of a good polymer solvent. A step of solidifying and forming a three-dimensional network structure of the polymer may be included. The polymer layer having the three-dimensional network structure is a porous support layer.

また、支持膜の形成工程は、多孔性支持層の成分である高分子を、その高分子の良溶媒に溶解して高分子溶液を調製する工程を、さらに含んでいてもよい。良溶媒は、高分子の種類や高分子量によって、適宜適切なものを選択して用いる。
前記高分子溶液の基材への含浸工程を制御することで、所定の構造をもつ支持膜を得ることができる。高分子溶液の基材への含浸を制御するためには、例えば、基材上に高分子溶液を塗布した後、非溶媒による凝固浴に浸漬させるまでの時間を制御する方法、或いは高分子溶液の温度または濃度を制御することにより高分子溶液の粘度を調製する方法等が挙げられ、これらの方法を組み合わせて用いることも可能である。
In addition, the step of forming the support film may further include a step of preparing a polymer solution by dissolving a polymer that is a component of the porous support layer in a good solvent for the polymer. As the good solvent, an appropriate one is appropriately selected and used depending on the type of polymer and the high molecular weight.
By controlling the step of impregnating the base material with the polymer solution, a support membrane having a predetermined structure can be obtained. In order to control the impregnation of the polymer solution into the base material, for example, a method of controlling the time until the polymer solution is immersed on the coagulation bath with a non-solvent after applying the polymer solution on the base material, or the polymer solution Examples include a method of adjusting the viscosity or the concentration of the polymer solution by controlling the temperature or concentration of these, and these methods can be used in combination.

基材上に多孔性支持層の成分である高分子溶液を塗布した後、凝固浴に浸漬させるまでの時間は、通常0.1〜5秒間の範囲であることが好ましい。凝固浴に浸漬するまでの時間がこの範囲であれば、高分子溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。なお、凝固浴に浸漬するまでの時間の好ましい範囲は、用いる高分子溶液の粘度などによって適宜調製することができる。   After applying the polymer solution which is a component of the porous support layer on the substrate, it is usually preferable that the time until it is immersed in the coagulation bath is in the range of 0.1 to 5 seconds. If the time until dipping in the coagulation bath is within this range, the polymer solution is sufficiently impregnated between the fibers of the base material and then solidified. In addition, the preferable range of time until it immerses in a coagulation bath can be suitably adjusted with the viscosity etc. of the polymer solution to be used.

高分子溶液中の固形分濃度は、好ましくは12質量%以上35質量%以下であり、より好ましくは13質量%以上30質量%以下である。固形分濃度が12質量%以上であることで、得られた多孔性支持層中の孔同士が連結している連通孔が比較的小さく形成されるので、所望の孔径の多孔性支持層が得られやすい。また固形分濃度が35質量%以下であることで、分離機能層形成時のモノマー供給速度が小さくなりすぎない程度に、多孔性支持層の表面細孔径が調整される。よって、分離機能層形成時に、適切な高さを持つ凸部が形成される。
なお、以上に述べた「固形分濃度」は、「高分子濃度」に置き換えることができる。すなわち、多孔性支持層を形成する高分子化合物がポリスルホンである場合、以上に述べた「固形分濃度」は、「ポリスルホン濃度」に置き換えることができる。
The solid content concentration in the polymer solution is preferably 12% by mass to 35% by mass, and more preferably 13% by mass to 30% by mass. When the solid content concentration is 12% by mass or more, the communication holes in which the pores in the obtained porous support layer are connected to each other are formed relatively small, so that a porous support layer having a desired pore diameter is obtained. It is easy to be done. Further, when the solid content concentration is 35% by mass or less, the surface pore diameter of the porous support layer is adjusted so that the monomer supply rate at the time of forming the separation functional layer does not become too small. Therefore, a convex portion having an appropriate height is formed when the separation functional layer is formed.
The “solid content concentration” described above can be replaced with “polymer concentration”. That is, when the polymer compound forming the porous support layer is polysulfone, the above-mentioned “solid content concentration” can be replaced with “polysulfone concentration”.

基材への高分子溶液塗布時の高分子溶液の温度は、例えば該高分子がポリスルホンであれば、通常10〜60℃の範囲内が好ましい。この範囲内であれば、高分子溶液が析出することなく、高分子化合物を含む有機溶媒溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。その結果、アンカー効果により多孔性支持層が基材に強固に接合し、本発明における支持膜を得ることができる。なお、高分子溶液の温度範囲は、用いる高分子溶液の粘度などによって適宜調整すればよい。
なお、高分子溶液を構成する溶媒は、高分子の良溶媒であれば一種の溶媒でも、複数の溶媒の混合溶媒でも良い。製造する支持膜の強度特性、高分子溶液の基材への含浸を勘案して、適宜、より様々な条件で高分子溶液を調製することができる。
The temperature of the polymer solution at the time of applying the polymer solution to the substrate is usually preferably in the range of 10 to 60 ° C. if the polymer is polysulfone, for example. Within this range, the polymer solution does not precipitate, and the organic solvent solution containing the polymer compound is sufficiently impregnated between the fibers of the base material and then solidified. As a result, the porous support layer is firmly bonded to the substrate by the anchor effect, and the support film in the present invention can be obtained. The temperature range of the polymer solution may be adjusted as appropriate depending on the viscosity of the polymer solution used.
The solvent constituting the polymer solution may be a single solvent or a mixed solvent of a plurality of solvents as long as it is a good polymer solvent. In consideration of the strength characteristics of the support membrane to be produced and the impregnation of the polymer solution into the substrate, the polymer solution can be appropriately prepared under various conditions.

良溶媒とは、多孔性支持層を形成する高分子に対して溶解度の高い溶媒を意味する。本発明で用いられる良溶媒としては、高分子の種類によって異なるものの、例えばN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPという);テトラヒドロフラン;ジメチルスルホキシド;テトラメチル尿素、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド;アセトン、メチルエチルケトン等の低級アルキルケトン;リン酸トリメチル、γ−ブチロラクトン等のエステルおよびラクトン;並びにこれらの混合溶媒が挙げられる。   The good solvent means a solvent having high solubility with respect to the polymer forming the porous support layer. The good solvent used in the present invention varies depending on the type of polymer. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP); tetrahydrofuran; dimethyl sulfoxide; amides such as tetramethylurea, dimethylacetamide, and dimethylformamide Lower alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; esters and lactones such as trimethyl phosphate and γ-butyrolactone; and mixed solvents thereof.

前記凝固浴に用いられる前記高分子の非溶媒としては、通常水が使われるが、高分子を溶解しないもの/ほとんど溶解しないものであればよい。高分子の種類によって異なるものの、例えば水、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、トリクロルエチレン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、低分子量のポリエチレングリコール等の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族アルコール、またはこれらの混合溶媒などが挙げられる。   As the non-solvent for the polymer used in the coagulation bath, water is usually used, but any solvent that does not dissolve or hardly dissolve the polymer may be used. Depending on the type of polymer, for example, water, hexane, pentane, benzene, toluene, methanol, ethanol, trichloroethylene, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, pentanediol, hexanediol, low molecular weight Examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as polyethylene glycol, aromatic hydrocarbons, aliphatic alcohols, or mixed solvents thereof.

また、凝固浴の温度は、−20℃〜100℃が好ましい。さらに好ましくは10〜30℃である。温度が100℃以下であることで、熱運動による凝固浴面の振動の大きさが抑えられ、多孔性支持層の膜表面を平滑に形成することができる。また、温度が−20℃以上であることで、凝固速度を比較的速く保つことができ、良好な製膜性が実現される。   Further, the temperature of the coagulation bath is preferably -20 ° C to 100 ° C. More preferably, it is 10-30 degreeC. When the temperature is 100 ° C. or lower, the magnitude of vibration of the coagulation bath surface due to thermal motion is suppressed, and the membrane surface of the porous support layer can be formed smoothly. Further, when the temperature is −20 ° C. or higher, the solidification rate can be kept relatively high, and good film forming properties are realized.

次に、上記条件下で得られた支持膜を、膜中に残存する製膜溶媒を除去するために熱水洗浄する。このときの熱水の温度は50〜100℃が好ましく、さらに好ましくは60〜95℃である。この範囲より高いと、支持膜の収縮度が大きくなり、透水性が低下する。逆に、前記範囲よりも低いと残存する溶媒の除去効果が小さい。   Next, the support membrane obtained under the above conditions is washed with hot water in order to remove the membrane-forming solvent remaining in the membrane. The temperature of the hot water at this time is preferably 50 to 100 ° C, more preferably 60 to 95 ° C. If it is higher than this range, the degree of shrinkage of the support membrane will increase and the water permeability will decrease. On the other hand, if it is lower than the above range, the effect of removing the remaining solvent is small.

また、上記高分子溶液は、支持膜の孔径、空孔率、親水性、弾性率などを調節するための添加剤を適宜含有してもよい。孔径および空孔率を調節するための添加剤としては、水;アルコール類;ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその塩;塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸リチウム等の無機塩;ホルムアルデヒド、ホルムアミド等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
親水性や弾性率を調節するための添加剤としては、種々の界面活性剤が挙げられる。
Further, the polymer solution may appropriately contain additives for adjusting the pore diameter, porosity, hydrophilicity, elastic modulus and the like of the support membrane. Additives for adjusting the pore size and porosity include water; alcohols; water-soluble polymers such as polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyacrylic acid or salts thereof; lithium chloride, sodium chloride, calcium chloride Inorganic salts such as lithium nitrate; formaldehyde, formamide and the like are exemplified, but not limited thereto.
Examples of additives for adjusting hydrophilicity and elastic modulus include various surfactants.

(2−2)分離機能層の形成
次に、複合半透膜を構成する分離機能層の形成工程の一例として、ポリアミドを主成分とする層(つまりポリアミド分離機能層)の形成を挙げて説明する。
ポリアミド分離機能層の形成工程は、前述の多官能アミンを含有する水溶液と、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液とを用い、支持膜の表面で界面重縮合を行うことにより、ポリアミド骨格を形成する工程を含む。前記有機溶媒溶液と水とは非混和性である。
(2-2) Formation of Separation Function Layer Next, as an example of the formation process of the separation function layer constituting the composite semipermeable membrane, description will be given by forming a layer containing polyamide as a main component (that is, a polyamide separation function layer). To do.
The step of forming the polyamide separation functional layer is carried out by performing interfacial polycondensation on the surface of the support film using the aqueous solution containing the polyfunctional amine and the organic solvent solution containing the polyfunctional acid halide, thereby forming a polyamide skeleton. Forming a step. The organic solvent solution and water are immiscible.

多官能アミン水溶液における多官能アミンの濃度は、0.1質量%以上20質量%以下の範囲内であることが好ましく、0.5質量%以上15質量%以下の範囲内であることがより好ましい。この範囲であると、十分な透水性と溶質の除去性能を得ることができる。
多官能アミン水溶液は、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との反応を妨害しないものであれば、界面活性剤や有機溶媒、アルカリ性化合物、酸化防止剤などを含んでいてもよい。界面活性剤には、支持膜表面の濡れ性を向上させ、アミン水溶液と非極性溶媒との間の界面張力を減少させる効果がある。有機溶媒は、界面重縮合反応の触媒として働くことがあるので、有機溶媒の添加により界面重縮合反応を効率よく行える場合がある。
The concentration of the polyfunctional amine in the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 0.1% by mass to 20% by mass, and more preferably in the range of 0.5% by mass to 15% by mass. . Within this range, sufficient water permeability and solute removal performance can be obtained.
The polyfunctional amine aqueous solution may contain a surfactant, an organic solvent, an alkaline compound, an antioxidant, or the like as long as it does not interfere with the reaction between the polyfunctional amine and the polyfunctional acid halide. The surfactant has the effect of improving the wettability of the support membrane surface and reducing the interfacial tension between the aqueous amine solution and the nonpolar solvent. Since the organic solvent may act as a catalyst for the interfacial polycondensation reaction, the interfacial polycondensation reaction may be efficiently performed by adding the organic solvent.

界面重縮合を支持膜上で行うために、まず、上述の多官能アミン水溶液を支持膜に接触させる。接触は、支持膜面上に均一にかつ連続的に行うことが好ましい。
具体的には、多官能アミン水溶液を支持膜にコーティングする方法や支持膜を多官能アミン水溶液に浸漬する方法を挙げることができる。支持膜と多官能アミン水溶液との接触時間は、5秒以上10分以下の範囲内であることが好ましく、10秒以上3分以下の範囲内であるとさらに好ましい。
In order to perform the interfacial polycondensation on the support membrane, first, the polyfunctional amine aqueous solution is brought into contact with the support membrane. The contact is preferably performed uniformly and continuously on the support membrane surface.
Specifically, a method of coating a support membrane with a polyfunctional amine aqueous solution and a method of immersing the support membrane in a polyfunctional amine aqueous solution can be exemplified. The contact time between the support membrane and the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 5 seconds to 10 minutes, and more preferably in the range of 10 seconds to 3 minutes.

多官能アミン水溶液を支持膜に接触させた後は、膜上に液滴が残らないように十分に液切りする。液滴が残存していた部分は、複合半透膜形成後に欠点となることがあり、この欠点は複合半透膜の塩およびホウ素除去性能を低下させる。以上より、十分に液切りすることで、欠点の発生を抑制することができる。
液切りの方法としては、例えば、特開平2−78428号公報に記載されているように、多官能アミン水溶液接触後の支持膜を垂直方向に把持して過剰の水溶液を自然流下させる方法や、エアーノズルから窒素などの気流を吹き付け、強制的に液切りする方法などが挙げられる。また、液切り後、膜面を乾燥させて水溶液の水分を一部除去することもできる。
After bringing the polyfunctional amine aqueous solution into contact with the support membrane, the solution is sufficiently drained so that no droplets remain on the membrane. The portion where the droplets remain may become a defect after the formation of the composite semipermeable membrane, and this defect reduces the salt and boron removal performance of the composite semipermeable membrane. As mentioned above, generation | occurrence | production of a fault can be suppressed by fully draining liquid.
As a method for draining, for example, as described in JP-A-2-78428, a method of allowing the excess aqueous solution to flow down naturally by holding the support film after contacting the polyfunctional amine aqueous solution in the vertical direction, For example, a method of forcibly draining air by blowing an air current such as nitrogen from an air nozzle can be used. In addition, after draining, the membrane surface can be dried to partially remove water from the aqueous solution.

次いで、多官能アミン水溶液を接触し、十分に液切りした後の支持膜に、多官能酸ハロゲン化物を含む水と非混和性の有機溶媒溶液を接触させ、界面重縮合により架橋ポリアミド分離機能層を形成させる。   Next, a polyfunctional amine aqueous solution is brought into contact with the support membrane, which has been sufficiently drained, and then a water-immiscible organic solvent solution containing the polyfunctional acid halide is brought into contact therewith, and a crosslinked polyamide separation functional layer is obtained by interfacial polycondensation. To form.

水と非混和性の有機溶媒溶液中の多官能酸ハロゲン化物濃度は、0.01質量%以上10質量%以下の範囲内であると好ましく、0.02質量%以上2.0質量%以下の範囲内であるとさらに好ましい。多官能酸ハロゲン化物濃度が0.01質量%以上であることで十分な反応速度が得られ、また、10質量%以下であることで副反応の発生を抑制することができる。さらに、界面重縮合促進のために、この有機溶媒溶液にDMFのようなアシル化触媒を含有させてもよい。   The polyfunctional acid halide concentration in the water-immiscible organic solvent solution is preferably in the range of 0.01% by mass to 10% by mass, and is 0.02% by mass to 2.0% by mass. More preferably within the range. When the polyfunctional acid halide concentration is 0.01% by mass or more, a sufficient reaction rate is obtained, and when it is 10% by mass or less, the occurrence of side reactions can be suppressed. Furthermore, in order to promote interfacial polycondensation, an acylation catalyst such as DMF may be contained in the organic solvent solution.

水と非混和性の有機溶媒は、多官能酸ハロゲン化物を溶解し、支持膜を破壊しないものが望ましく、多官能アミン化合物および多官能酸ハロゲン化物に対して不活性であるものであればよい。非混和性の有機溶媒の好ましい例として、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどの炭化水素化合物が挙げられる。
多官能酸ハロゲン化物を含む有機溶媒溶液を支持膜へ接触させる方法は、多官能アミン水溶液を支持膜へ被覆する方法と同様に行うことができる。
The water-immiscible organic solvent is preferably one that dissolves the polyfunctional acid halide and does not destroy the support membrane, and may be any one that is inert to the polyfunctional amine compound and polyfunctional acid halide. . Preferable examples of the immiscible organic solvent include hydrocarbon compounds such as hexane, heptane, octane, nonane and decane.
The method of bringing the organic solvent solution containing the polyfunctional acid halide into contact with the support membrane can be performed in the same manner as the method of coating the support membrane with the polyfunctional amine aqueous solution.

本発明の界面重縮合工程においては、支持膜上を架橋ポリアミド薄膜で十分に覆い、かつ、接触させた多官能酸ハロゲン化物を含む水と非混和性の有機溶媒溶液を支持膜上に残存させておくことが肝要である。このため、界面重縮合を実施する時間は、0.1秒以上3分以下が好ましく、0.1秒以上1分以下であるとより好ましい。
界面重縮合を実施する時間が0.1秒以上3分以下であることで、支持膜上を架橋ポリアミド薄膜で十分に覆うことができ、かつ多官能酸ハロゲン化物を含む有機溶媒溶液を支持膜上に保持することができる。
In the interfacial polycondensation step of the present invention, the support membrane is sufficiently covered with a crosslinked polyamide thin film, and a water-immiscible organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide in contact with the support membrane is left on the support membrane. It is important to keep it. For this reason, the time for performing the interfacial polycondensation is preferably from 0.1 second to 3 minutes, and more preferably from 0.1 second to 1 minute.
When the interfacial polycondensation time is 0.1 seconds or more and 3 minutes or less, the support membrane can be sufficiently covered with a crosslinked polyamide thin film, and an organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide is supported on the support membrane. Can be held on.

界面重縮合によって支持膜上にポリアミド分離機能層を形成した後は、余剰の溶媒を液切りする。液切りの方法としては、例えば、膜を垂直方向に把持して過剰の有機溶媒を自然流下して除去する方法を用いることができる。この場合、垂直方向に把持する時間としては、1分以上5分以下であることが好ましく、1分以上3分以下であるとより好ましい。短すぎると分離機能層が完全に形成せず、長すぎると有機溶媒が過乾燥となってポリアミド分離機能層に欠損部が発生し、膜性能が低下する。   After the polyamide separation functional layer is formed on the support membrane by interfacial polycondensation, excess solvent is drained. As a liquid draining method, for example, a method of removing the excess organic solvent by flowing down naturally by holding the film in the vertical direction can be used. In this case, the time for gripping in the vertical direction is preferably 1 minute or more and 5 minutes or less, and more preferably 1 minute or more and 3 minutes or less. If it is too short, the separation functional layer will not be completely formed, and if it is too long, the organic solvent will be overdried and a defective part will occur in the polyamide separation functional layer, resulting in poor membrane performance.

続いて、上記のようにして得た複合半透膜を、ポリアミド分離機能層表面の凹凸(ひだ構造)の線密度に異方性を持たせる。具体的には、得られた膜を少なくとも一方向に延伸する方法が好ましく用いられ、一軸延伸する方法が特に好ましく用いられる。延伸形式としては、長手方向に縦延伸する方法、幅方向に横延伸を行う方法などが例示される。ただし、不織布基材の繊維配向方向に対して垂直方向な方向への延伸を行うほうが、延伸後の収縮を抑制できるため好ましい。   Subsequently, the composite semipermeable membrane obtained as described above is provided with anisotropy in the linear density of the unevenness (folded structure) on the surface of the polyamide separation functional layer. Specifically, a method of stretching the obtained film in at least one direction is preferably used, and a method of uniaxial stretching is particularly preferably used. Examples of the stretching method include a method of longitudinally stretching in the longitudinal direction and a method of performing lateral stretching in the width direction. However, it is preferable to perform stretching in a direction perpendicular to the fiber orientation direction of the nonwoven fabric substrate because shrinkage after stretching can be suppressed.

また、複数方向に延伸(多軸延伸)しても、各方向によって引張り強さを変えることにより、前記線密度に異方性を持たせることができる。
延伸温度は、好ましくは室温から120℃の範囲、より好ましくは室温から90℃の範囲である。延伸温度が120℃を越える場合、分離機能層の水和構造変化やポリスルホン多孔質層の構造変化が起こり、膜の透水性が低下する。延伸は大気中で行っても、水などの溶媒中で行ってもよい。また、加熱を行う前に、複合半透膜に対する保湿処理を行っても良い。上記の線密度の異方性を得るためには、延伸倍率は1.05倍以上であることが好ましく、1.15倍以上4.00倍以下であることがより好ましい。
Moreover, even if it extends | stretches in multiple directions (multiaxial stretching), anisotropy can be given to the said linear density by changing tensile strength by each direction.
The stretching temperature is preferably in the range of room temperature to 120 ° C, more preferably in the range of room temperature to 90 ° C. When the stretching temperature exceeds 120 ° C., the hydration structure change of the separation functional layer and the structure change of the polysulfone porous layer occur, and the water permeability of the membrane decreases. Stretching may be performed in the air or in a solvent such as water. Moreover, you may perform the moisture retention process with respect to a composite semipermeable membrane before heating. In order to obtain the linear density anisotropy, the draw ratio is preferably 1.05 times or more, more preferably 1.15 times or more and 4.00 times or less.

3.複合半透膜の利用
このようにして製造される複合半透膜は、例えば、プラスチックネットなどの原水流路材と、トリコットなどの透過水流路材と、必要に応じて耐圧性を高めるためのフィルムと共に、多数の孔を穿設した筒状の集水管の周りに巻回され、スパイラル型の複合半透膜エレメントを形成することができる。さらに、このエレメントは、直列または並列に接続されて圧力容器に収納されることで、複合半透膜モジュールを構成することもできる。
また、上記の複合半透膜や複合半透膜エレメント、複合半透膜モジュールは、それらに原水を供給するポンプや、その原水を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。
3. Use of the composite semipermeable membrane The composite semipermeable membrane manufactured in this way is, for example, a raw water channel material such as a plastic net, a permeate channel material such as a tricot, and, if necessary, to increase pressure resistance. A spiral composite semipermeable membrane element can be formed by being wound around a cylindrical water collecting tube having a large number of holes, together with the film. Further, this element can be connected in series or in parallel and housed in a pressure vessel to constitute a composite semipermeable membrane module.
In addition, the composite semipermeable membrane, the composite semipermeable membrane element, and the composite semipermeable membrane module described above are combined with a pump that supplies raw water to them, a device that pretreats the raw water, and the like to constitute a fluid separation device. Can do. By using this separation device, raw water can be separated into permeated water such as drinking water and concentrated water that has not permeated through the membrane, and water suitable for the purpose can be obtained.

流体分離装置の操作圧力は高い方が溶質除去性は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、複合半透膜の耐久性を考慮すると、複合半透膜に被処理水を透過する際の操作圧力は、1.0MPa以上、10MPa以下が好ましい。なお、操作圧力とはいわゆる膜間圧力差(trans membrane pressure)である。
供給水温度は、高くなると溶質除去性が低下するが、低くなるにしたがい膜透過流束も減少するので、5℃以上、45℃以下が好ましい。また、供給水pHは、高くなると海水などの高塩濃度の供給水の場合、マグネシウムなどのスケール(難溶性物質の沈殿)が発生する恐れがあり、また、高pH運転による膜の劣化も懸念されるため、中性領域での運転が好ましい。
The higher the operating pressure of the fluid separator, the better the solute removal, but the energy required for operation also increases, and considering the durability of the composite semipermeable membrane, water to be treated is added to the composite semipermeable membrane. The operating pressure at the time of permeation is preferably 1.0 MPa or more and 10 MPa or less. The operating pressure is a so-called transmembrane pressure.
As the feed water temperature increases, the solute removability decreases, but as it decreases, the membrane permeation flux also decreases. In addition, when the feed water pH becomes high, scales such as magnesium (precipitation of poorly soluble substances) may occur in the case of feed water with a high salt concentration such as seawater, and there is a concern about membrane deterioration due to high pH operation. Therefore, operation in a neutral region is preferable.

複合半透膜によって処理される原水としては、海水、かん水、排水等の500mg/L〜100g/LのTDS(Total Dissolved Solids:総溶解固形分)を含有する液状混合物が挙げられる。一般に、TDSは総溶解固形分量を指し、「質量÷体積」で表されるか、1リットルの重量を1kgと見なして「重量比」で表される。
なお、定義によれば、0.45μmのフィルターで濾過した溶液を39.5〜40.5℃の温度で蒸発させ残留物の重さからTDSを算出できるが、より簡便には実用塩分から換算する。
Examples of raw water to be treated by the composite semipermeable membrane include liquid mixtures containing TDS (Total Dissolved Solids) of 500 mg / L to 100 g / L such as seawater, brine, and drainage. Generally, TDS refers to the total amount of dissolved solids and is expressed as “mass ÷ volume”, or expressed as “weight ratio” by regarding 1 liter as 1 kg.
According to the definition, the TDS can be calculated from the weight of the residue by evaporating the solution filtered through a 0.45 μm filter at a temperature of 39.5 to 40.5 ° C. To do.

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、様々な変形や修正が可能である。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Various changes and modifications can be made without departing from the technical scope of the present invention.

<複合半透膜の作成>
以下の実施例では、ポリスルホンとしてソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製ポリスルホンUDEL p−3500を用いた。
(実施例1)
ポリスルホンとDMF溶液を混合し、90℃で2時間攪拌することにより、ポリスルホンが16質量%溶解したDMF溶液(高分子溶液)を調製した。調製した高分子溶液は室温まで冷却し、押出機に供給して高精度濾過した。その後、濾過した高分子溶液をポリエチレンテレフタレート繊維からなる長繊維不織布(糸径:1デシテックス、厚さ:約90μm、通気度:1.3cc/cm/sec)上に160μmの厚さでキャストし、直ちに25℃の純水中に浸漬して5分間洗浄することによって支持膜を得た。
得られた支持膜を、m−PDAの4.0質量%水溶液中に2分間浸漬した後、膜面が鉛直になるようにゆっくりと引き上げた。エアーノズルから窒素を吹き付けることで余分なm−PDA水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド0.12質量%を含む25℃のn−デカン溶液を膜表面が完全に濡れるように塗布した。1分間静置した後、膜から余分なn−デカン溶液を除去するために膜面を1分間鉛直に保持して液切りした。その後、45℃の水で2分間洗浄することで、支持膜上に分離機能層を設けられた膜を得た。
得られた膜を、45℃の水中において一軸延伸装置を用いて、長繊維不織布の繊維配向方向と垂直の方向に、2分間かけて1.30倍に延伸し(延伸倍率1.30倍)、そのまま2分間静置することで、実施例1における複合半透膜Aを得た。
<Creation of composite semipermeable membrane>
In the following examples, polysulfone UDEL p-3500 manufactured by Solvay Advanced Polymers Co., Ltd. was used as the polysulfone.
Example 1
Polysulfone and DMF solution were mixed and stirred at 90 ° C. for 2 hours to prepare a DMF solution (polymer solution) in which 16% by mass of polysulfone was dissolved. The prepared polymer solution was cooled to room temperature, supplied to an extruder, and filtered with high precision. Thereafter, the filtered polymer solution was cast at a thickness of 160 μm on a long-fiber nonwoven fabric made of polyethylene terephthalate fibers (thread diameter: 1 dtex, thickness: about 90 μm, air permeability: 1.3 cc / cm 2 / sec). Immediately, it was immersed in pure water at 25 ° C. and washed for 5 minutes to obtain a support membrane.
The obtained support membrane was immersed in a 4.0% by mass aqueous solution of m-PDA for 2 minutes, and then slowly pulled up so that the membrane surface was vertical. After removing excess m-PDA aqueous solution by blowing nitrogen from an air nozzle, an n-decane solution containing 0.12% by mass of trimesic acid chloride was applied so that the film surface was completely wetted. After leaving still for 1 minute, in order to remove excess n-decane solution from the membrane, the membrane surface was held vertically for 1 minute and drained. Thereafter, the membrane was washed with water at 45 ° C. for 2 minutes to obtain a membrane provided with a separation functional layer on the support membrane.
The obtained film was stretched by 1.30 times over 2 minutes in a direction perpendicular to the fiber orientation direction of the long-fiber nonwoven fabric in a water at 45 ° C. using a uniaxial stretching device (stretching ratio: 1.30 times). And the composite semipermeable membrane A in Example 1 was obtained by leaving still as it is for 2 minutes.

(実施例2)
延伸倍率を1.15倍とした以外は実施例1と同様にして、実施例2における複合半透膜Bを得た。
(実施例3)
延伸を行う水の温度を25℃とした以外は実施例1と同様にして、実施例3における複合半透膜Cを得た。
(実施例4)
延伸を行う水の温度を25℃とし、延伸倍率を1.15倍とした以外は実施例1と同様にして、実施例4における複合半透膜Dを得た。
(Example 2)
A composite semipermeable membrane B in Example 2 was obtained in the same manner as Example 1 except that the draw ratio was 1.15 times.
Example 3
A composite semipermeable membrane C in Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of water for stretching was 25 ° C.
Example 4
A composite semipermeable membrane D in Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of water for stretching was 25 ° C. and the stretching ratio was 1.15 times.

(比較例1)
45℃の水中において一軸延伸装置に膜を装着するものの延伸は行わず、そのまま4分間静置すること以外は実施例1と同様にして、比較例1における複合半透膜Eを得た。
(比較例2)
25℃の水中において一軸延伸装置に膜を装着するものの延伸は行わず、そのまま4分間静置すること以外は実施例1と同様にして、比較例2における複合半透膜Fを得た。
(Comparative Example 1)
A composite semipermeable membrane E in Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the membrane was attached to a uniaxial stretching apparatus in water at 45 ° C., but not stretched and left to stand for 4 minutes.
(Comparative Example 2)
A composite semipermeable membrane F in Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the membrane was attached to a uniaxial stretching apparatus in water at 25 ° C., but not stretched and left to stand for 4 minutes.

<凸部の線密度、凸部の平均高さおよび分離機能層の厚さの標準偏差の測定>
複合半透膜A〜Fの試料から上述した方法で得た各12箇所の断面について、それぞれエポキシ樹脂で包埋し、断面観察を容易にするため四酸化オスミウムで染色した。これをウルトラミクロトームで切断し超薄切片を作製した。
得られた超薄切片について、透過型電子顕微鏡を用いて断面写真を撮影した。観察時の加速電圧は100kVであり、観察倍率は20,000倍であった。得られた断面写真について、支持膜の膜面方向の幅2.0μmの距離における、分離機能層の凸部の高さをスケールで計測しながら凸部の個数を測定し、上述した方法に従って10点平均面粗さを算出した。この10点平均面粗さに基づいて、10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の数を数え、分離機能層の凸部の線密度を求めた。
<Measurement of linear deviation of convex portions, average height of convex portions and standard deviation of thickness of separation functional layer>
Each of the 12 cross sections obtained from the samples of the composite semipermeable membranes A to F by the above-described method was embedded with an epoxy resin, and stained with osmium tetroxide for easy cross-sectional observation. This was cut with an ultramicrotome to prepare an ultrathin section.
A cross-sectional photograph of the obtained ultrathin slice was taken using a transmission electron microscope. The acceleration voltage at the time of observation was 100 kV, and the observation magnification was 20,000 times. With respect to the obtained cross-sectional photograph, the number of convex portions was measured while measuring the height of the convex portions of the separation functional layer with a scale at a distance of 2.0 μm in width in the film surface direction of the support membrane. The point average surface roughness was calculated. Based on this 10-point average surface roughness, the number of protrusions having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness was counted, and the linear density of the protrusions of the separation functional layer was determined.

複合半透膜A〜Fのそれぞれについて、n〜n12の値を求め、線密度の異方性(n+n+n)/(n10+n11+n12)を算出した。
複合半透膜を延伸する際の水温、延伸倍率、線密度、および線密度の異方性を後述する表1に示す。
For each of the composite semipermeable membranes A to F, the values of n 1 to n 12 were obtained, and the anisotropy of the linear density (n 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) was calculated.
The water temperature, stretching ratio, linear density, and linear density anisotropy when the composite semipermeable membrane is stretched are shown in Table 1 described later.

<塩除去率>
NaClの濃度が3.5質量%、温度が25℃、pHが6.5の海水(供給水)を、5.5MPaの操作圧力で複合半透膜に供給し、24時間に渡って水処理操作を行った後に、5.5MPaの操作圧力で透過水を得た。供給水と得られた透過水のイオン伝導度をそれぞれ測定し、該イオン伝導度を用いて塩濃度を算出し、下記式(3)に従って塩除去率(TDS除去率)を求めた。
塩除去率(%)=100×{1−(透過水中の塩濃度/供給水中の塩濃度)} …(3)
<Salt removal rate>
Seawater (feed water) having a NaCl concentration of 3.5% by mass, a temperature of 25 ° C., and a pH of 6.5 is supplied to the composite semipermeable membrane at an operating pressure of 5.5 MPa and treated for 24 hours. After the operation, permeated water was obtained at an operating pressure of 5.5 MPa. The ionic conductivity of the feed water and the obtained permeated water was measured, the salt concentration was calculated using the ionic conductivity, and the salt removal rate (TDS removal rate) was determined according to the following formula (3).
Salt removal rate (%) = 100 × {1− (salt concentration in permeated water / salt concentration in supply water)} (3)

なお、イオン伝導度は東亜電波工業株式会社製電気伝導度計により測定した。既知濃度のNaCl水溶液についてイオン伝導度測定を行って検量線を作成し、これを用いて上記で測定されたイオン伝導度の値から塩濃度を算出した。   The ion conductivity was measured with an electric conductivity meter manufactured by Toa Radio Industry Co., Ltd. A calibration curve was prepared by measuring ionic conductivity of a NaCl aqueous solution having a known concentration, and using this, the salt concentration was calculated from the value of ionic conductivity measured above.

<膜透過流束>
24時間の上記水処理操作により得られた透過水量について、膜面の見かけ面積1平方メートルあたり、1日あたりの透水量(立方メートル)でもって膜透過流束(m/m/日)として表した。
塩除去率および膜透過流束の結果も併せて表1に示す。
<Membrane permeation flux>
The permeated water amount obtained by the above water treatment operation for 24 hours is expressed as a membrane permeation flux (m 3 / m 2 / day) with a water permeation amount (cubic meter) per day per square meter of the apparent surface area of the membrane surface. did.
The results of salt removal rate and membrane permeation flux are also shown in Table 1.

Figure 2014151241
Figure 2014151241

表1に示すように、本発明の実施例1〜4によって、分離能(TDS除去率)を低下することなく、透水性に優れた複合半透膜が得られることが分かる。   As shown in Table 1, according to Examples 1 to 4 of the present invention, it is understood that a composite semipermeable membrane excellent in water permeability can be obtained without reducing the separation ability (TDS removal rate).

本発明の複合半透膜は、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。   The composite semipermeable membrane of the present invention can be suitably used for brine or seawater desalination.

1 分離機能層
2 基準線
H1、H2、H3、H4、H5 分離機能層のひだ構造における凸部の高さ
D1、D2、D3、D4、D5 分離機能層のひだ構造における凹部の深さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation functional layer 2 Reference line H1, H2, H3, H4, H5 Height of convex part in pleat structure of separation functional layer D1, D2, D3, D4, D5 Depth of concave part in pleat structure of separation functional layer

Claims (4)

基材と、
前記基材上に設けられる多孔性支持層と、
前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層と、を備える複合半透膜であって、
前記分離機能層上で無作為に選択した場所を中心に直径3cmの円を作図し、
前記円の中心を通り、かつ前記円を24等分する12方向の線分を引き、
前記12方向の線分のうち1方向の線分に沿って、水平方向における長さ2.0μmの区分を1箇所選択し、
前記区分の前記ひだ構造の凹凸を電子顕微鏡を用いて観察して、前記区分の10点平均面粗さを測定し、
前記区分あたりの、前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の個数を求め、
さらに、前記12方向のうち他の11方向についても同様に各区分あたりの凸部の個数を各々求め、
前記12方向における各凸部の個数を大きい順にn,n,n…n10,n11およびn12としたとき、
前記n〜n12のうちn,n,n,n10,n11およびn12が次の式(1)を満たすことを特徴とする複合半透膜。
(n+n+n)/(n10+n11+n12)≧1.05 …(1)
A substrate;
A porous support layer provided on the substrate;
A separation semi-permeable membrane provided on the porous support layer and having a pleated structure including convex and concave portions that are continuously repeated on the surface;
Draw a circle with a diameter of 3 cm around a randomly selected location on the separation functional layer,
Draw a line segment in 12 directions that passes through the center of the circle and divides the circle into 24 equal parts,
A section having a length of 2.0 μm in the horizontal direction is selected along one line segment among the 12 direction line segments, and
Observe the unevenness of the pleated structure of the section using an electron microscope, measure the 10-point average surface roughness of the section,
Obtain the number of protrusions having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness per section,
Further, similarly for the other 11 directions among the 12 directions, respectively, the number of convex portions per each section is obtained,
When the number of convex portions in the 12 directions is n 1 , n 2 , n 3 ... N 10 , n 11 and n 12 in the descending order,
Composite semipermeable membrane n 1, n 2, n 3 , n 10, n 11 and n 12 of said n 1 ~n 12 is characterized by satisfying the following equation (1).
(N 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≧ 1.05 (1)
前記n,n,n,n10,n11およびn12が次の式(2)を満たすことを特徴とする請求項1記載の複合半透膜。
1.10≦(n+n+n)/(n10+n11+n12)≦3.00 …(2)
2. The composite semipermeable membrane according to claim 1 , wherein the n 1 , n 2 , n 3 , n 10 , n 11, and n 12 satisfy the following formula (2).
1.10 ≦ (n 1 + n 2 + n 3 ) / (n 10 + n 11 + n 12 ) ≦ 3.00 (2)
前記基材が、主成分としてポリエステルを含有する長繊維不織布であることを特徴とする、請求項1または2に記載の複合半透膜。   The composite semipermeable membrane according to claim 1 or 2, wherein the base material is a long fiber nonwoven fabric containing polyester as a main component. 基材と、
前記基材上に設けられる多孔性支持層と、
前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層と、
を備える膜を一軸延伸する工程を包含する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合半透膜の製造方法。
A substrate;
A porous support layer provided on the substrate;
A separation functional layer provided on the porous support layer and having a pleat structure including convex and concave portions that are continuously repeated on the surface;
The manufacturing method of the composite semipermeable membrane of any one of Claims 1-3 including the process of extending | stretching a film | membrane provided with uniaxially.
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