JP2014208775A

JP2014208775A - 高分子化合物溶液中の不純物除去方法

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Publication number: JP2014208775A
Application number: JP2014050229A
Authority: JP
Inventors: 秀樹松本; Hideki Matsumoto; 美彰永田; Yoshiaki Nagata; 洋一永井; Yoichi Nagai
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: CN104968419A; WO2014157256A1; JP5960183B2; CN104968419B

Abstract

【課題】複数の膜ろ過モジュールを直列に配設したクロスフロー方式の膜ろ過により高分子化合物含有溶液から低分子不純物を除去する方法であって、ろ液中への高分子化合物の流出を効果的に抑制しながらも、高いろ過速度を実現できる方法を提供する。【解決手段】２以上の膜モジュールを直列に配置したクロスフロー方式の膜ろ過により高分子化合物を含有する溶液から低分子不純物を除去する方法であって、下記（Ａ）〜（Ｃ）を満たす方法：（Ａ）溶液中の高分子化合物が単一ピークの分子量分布を持ち、（Ｂ）ろ過膜の分画分子量ＭＷＣＯと、高分子化合物の数平均分子量Ｍｎ及び重量平均分子量Ｍｗとが下記（Ｉ）を満足し、Ｍｗ?（Ｍｗ／Ｍｎ）−３＜ＭＷＣＯ＜Ｍｗ?（Ｍｗ／Ｍｎ）−１・・・（Ｉ）（Ｃ）膜ろ過中、各膜モジュール間のろ過圧の変動係数を１０％以下とする。【選択図】なし

Description

本発明は、高分子化合物を含有する溶液中から膜ろ過により、低分子不純物を除去する方法に関する。より具体的には、複数の膜ろ過モジュールを直列に配設したクロスフロー方式の膜ろ過により、高分子化合物を含有する溶液中の低分子不純物を除去する方法に関する。

単量体を重合させて高分子化合物を得る場合、重合反応後の反応溶液中には、未反応の単量体やオリゴマー、重合反応溶剤、開始剤といった低分子の不純物が存在する。また、高分子化合物を化学反応に付す場合にも、化学反応後の反応溶液中には、未反応の試薬や反応溶剤等の低分子不純物が存在することになる。これらの低分子不純物を除去する手法として、クロスフロー方式の膜ろ過処理が知られている。例えば、特許文献１には、セラミック膜を用いたダイアフィルトレーションにより、重合体溶液中の残存単量体を効率的に除去することが記載されている。

高分子化合物を含有する溶液をクロスフロー方式の膜ろ過処理に付す場合、時間経過に伴って徐々に膜面に難ろ過性のゲル層が生成し、ろ過速度が低下する。ろ過速度の低下を抑えるために、複数の膜モジュールを直列に配設して膜面積を大きくすることが知られている。しかし、膜モジュールの直列配設は圧力損失を増大させるため、各膜モジュールのろ過圧にばらつきが生じてしまう。
この問題を解決するために、特許文献２には、各膜モジュールに背圧弁を設けて各ろ過モジュールのろ過圧を特定のレベルに調節することが記載されている。これにより、各膜モジュールにかかる負荷を一定にすることができ、長期に渡りろ過量を安定させている。

特開平３−６６７０５号公報特開昭５９−１７９１１０号公報

低分子不純物を含有する高分子化合物溶液の膜ろ過処理においては、精製ないし濃縮対象とする高分子化合物のろ液中への流出はできるだけ抑えたい。ろ過膜の分画分子量を小さくすれば、高分子化合物のろ液中への流出をより抑えることができるが、ろ過速度を犠牲にすることとなる。つまり、膜ろ過処理では通常、高分子化合物のろ液中への流出を抑制することと、ろ過速度の低下を抑制することとは、互いにトレードオフの関係にあり、両者を十分に満足できるレベルで両立するのは難しい。例えば、特許文献１に記載の発明では、膜ろ過処理によって重合体の３〜９質量％をロスしており、高分子化合物のろ液中への流出が十分に抑えられているとはいえない。

本発明は、複数の膜ろ過モジュールを直列に配設したクロスフロー方式の膜ろ過により高分子化合物含有溶液から低分子不純物を除去する方法であって、ろ液中への高分子化合物の流出を効果的に抑制しながらも、高いろ過速度を実現できる方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、クロスフロー方式の膜ろ過処理において、高分子化合物の分子量ないし分子量分布とろ過膜の分画分子量とが特定の関係にあるときに、ろ液中への高分子化合物の流出を効果的に抑えることができ、しかも、ろ過速度が低下しにくいことを見い出した。そして、この知見に基づき検討を重ね、複数の膜モジュールを直列配置したクロスフロー方式の膜ろ過を利用し、さらに、各膜モジュールのろ過圧を一定に調節することで、高
いろ過速度において、ろ液中への高分子化合物の流出を効果的に抑制できることを見い出した。
本発明は、これらの知見に基づき検討を重ね、完成されるに至ったものである。

上記の課題は以下の手段により達成された。
＜１＞２以上の膜モジュールを直列に配置したクロスフロー方式の膜ろ過により高分子化合物を含有する溶液から低分子不純物を除去する方法であって、下記（Ａ）〜（Ｃ）を満たす方法：
（Ａ）溶液中の高分子化合物が単一ピークの分子量分布を持ち、
（Ｂ）ろ過膜の分画分子量ＭＷＣＯと、高分子化合物の数平均分子量Ｍｎ及び重量平均分子量Ｍｗとが下記（Ｉ）を満足し、
Ｍｗ×（Ｍｗ／Ｍｎ）^−３＜ＭＷＣＯ＜Ｍｗ×（Ｍｗ／Ｍｎ）^−１・・・（Ｉ）
（Ｃ）膜ろ過中の各膜モジュール間のろ過圧の変動係数を１０％以下とする。
＜２＞溶液中の高分子化合物のＭｗ／Ｍｎが２〜６である、＜１＞に記載の方法。
＜３＞ＭＷＣＯが１５０００以下である、＜１＞又は＜２＞に記載の方法。
＜４＞ろ過膜がセラミック膜である、＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の方法。
＜５＞クロスフロー方式の膜ろ過がダイアフィルトレーションである、＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の方法。

本発明の方法によれば、クロスフロー方式の膜ろ過処理を用いて行う高分子化合物含有溶液中の低分子不純物の除去を、十分に高いろ過速度で、しかも、高分子化合物のろ液中への流出を効果的に抑制しながら行うことができる。

本発明の方法に用いるクロスフロー方式の膜ろ過システムの一態様を示す図面である。

以下、本発明の方法について詳細に説明する。

本発明の方法は、２以上の膜モジュールを直列に配置したクロスフロー方式の膜ろ過処理により高分子化合物含有溶液中の低分子不純物を除去する方法である。本発明の方法を実施することで、低分子不純物はろ過膜（以下、単に「膜」ともいう。）を透過してろ液中に除去される一方で、高分子化合物はろ過されずに溶液中に残る。
本明細書において「低分子不純物」とは、膜ろ過処理に供する高分子化合物含有溶液中に存在する化合物であって、精製ないし濃縮対象とする高分子化合物よりも小さな分子量（分子量分布）を持つ化合物である。低分子不純物として、例えば、重合反応後の反応溶液中に存在しうる未反応の単量体、オリゴマー、重合反応溶剤及び開始剤や、高分子化合物を修飾反応等の化学反応に付した際に、反応溶液中に存在しうる未反応の試薬や反応溶剤が挙げられる。低分子不純物は、通常は分子量１０００以下である。
本明細書において「高分子化合物含有溶液中の低分子不純物の除去」とは、低分子不純物等の除去とともに高分子化合物含有溶液の溶媒を新たな溶媒（原料液の溶媒と同一でも異なっていてもよい）に置換する場合を含む意味に用いる。
本発明の方法において、膜ろ過対象とする高分子化合物含有溶液中の高分子化合物は、単一ピークの分子量分布を持つ。また、当該高分子化合物の数平均分子量（Ｍｎ）ないし重量平均分子量（Ｍｗ）と、ろ過膜の分画分子量（ＭＷＣＯ）とが、後述する特定の関係を満たす。
さらに、本発明の方法では、膜ろ過中において、直列に配設された各膜モジュール間のろ過圧の変動係数が特定値以下となるように調節し、各膜モジュール間のろ過圧のばらつきを抑えている。これにより、各膜モジュールにかかる負荷を均一化してろ液中への高分子化合物の流出を効果的に抑制し、さらには長期に渡りより安定的なろ過を実現することができる。

［クロスフロー方式の膜ろ過］
本発明の方法を適用するのに好適なクロスフロー方式の膜ろ過を表す概略図は図１に示される。以下に図１を参照して本発明の方法をより具体的に説明する。

図１に示されるように、本発明に用いるクロスフロー方式の膜ろ過系では、ｑ個（ｑは２以上の整数であり、好ましくは２〜１５の整数、より好ましくは３〜１２の整数、さらに好ましくは４〜１０の整数）の膜モジュール（Ｍ_１〜Ｍ_ｑ）が直列に配設されている。膜モジュールＭ_１〜Ｍ_ｑは同一性能の膜モジュールであることが好ましい。すなわち、膜モジュールＭ_１〜Ｍ_ｑとして、膜面積、膜材質、ろ過性能が実質的に同一として製造されたものを用いることが好ましい。

貯留タンク１に貯留された、ろ過処理に付す高分子化合物溶液２（以下、「原料液」ともいう。）は、ポンプ３により膜モジュールＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、・・・Ｍ_ｑに順次送られる。各膜モジュールを通過中に、原料液中に含まれる低分子不純物の少なくとも一部が膜を透過してろ液中に除去される。各膜モジュールを通過中に膜を透過したろ液は、ろ液取出管４に流出し、ろ液集液管５に集められて取り除かれる。
ポンプ３としては、原料液に所望の流量ないし圧力を生じさせることができれば特に制限はなく、クロスフロー方式の膜ろ過処理に通常用いられるポンプを採用することができる。

最下流に位置する膜モジュールＭ_ｑを通過した原料液は、貯留タンク１に還流され、必要により再び膜モジュールＭ_１〜Ｍ_ｑに送液されて膜ろ過に付される。原料液中の低分子不純物が所望の濃度に低下するまで、この操作を繰り返し、原料液中に高分子化合物を精製ないし濃縮することができる。
本発明の方法における膜ろ過は、貯留タンク１に溶媒を添加しながら原料液を循環させるダイアフィルトレーションであってもよい。ダイアフィルトレーションとは、原料液の体積あるいは質量を一定に保ったままろ過を行う定容ろ過操作である。ダイアフィルトレーションでは、ろ液の流出速度と同等の速度で溶媒が添加される。例えば、定速送液が可能なポンプ（図示を省略）で図１に記載の貯留タンク１に溶媒が連続的に添加される。

図１中、膜モジュールＭ_ｑの下流に設置されたＶ_０は、原料液の圧力調節弁（バルブ）である。圧力調節弁Ｖ_０を調節することによって、各モジュールに対してろ過処理に必要な圧力を付与することができる。圧力調節弁Ｖ_０によって調節された原料液の圧力は、例えば圧力計Ｐ_０で測定することができる。

図１中、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・Ｐ_ｑは、それぞれ膜モジュールＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、・・・Ｍ_ｑの入り口（貯留タンク側）に設置された圧力計である。圧力計Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・Ｐ_ｑにより、各膜モジュール入り口おける原料液の圧力が測定される。

図１中、Ｐ_１−１、Ｐ_２−１、Ｐ_３−１、・・・Ｐ_ｑ−１は、それぞれ膜モジュールＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、・・・Ｍ_ｑにおいて膜を透過したろ液の圧力を測定する圧力計である。圧力計Ｐ_１−１、Ｐ_２−１、Ｐ_３−１、・・・Ｐ_ｑ−１は、それぞれ膜モジュールＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、・・・Ｍ_ｑと、当該各膜モジュールに接続された各ろ液取出管４との接続部分に設置される。

図１中、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、・・・Ｖ_ｑは、それぞれ膜モジュールＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、・・・Ｍ_ｑにおいて膜を透過したろ液の圧力を調節する弁（バルブ）である。Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、・・・Ｖ_ｑを調節することで、各膜モジュールのろ過圧を調節することができる。

クロスフロー方式の膜ろ過処理においては、送液される原料液には、配管６や膜モジュールＭ_１〜Ｍ_ｑを通過する際に抵抗を受けて圧力損失が生じる。この圧力損失により、圧力計Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・Ｐ_ｑ、Ｐ_０の順に圧力測定値が小さくなる。つまり、各膜モジュールにおいて、ろ過条件が異なってくる。
本発明の方法では、圧力弁Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、・・・Ｖ_ｑを調節することにより、各膜モジュール間のろ過圧の変動係数を一定以下に抑える。ここで、膜モジュールＭ_１のろ過圧は圧力計Ｐ_１の値から圧力計Ｐ_１−１の値を差し引いた値であり、同様に、膜モジュールＭ_２のろ過圧は圧力計Ｐ_２の値から圧力計Ｐ_２−１の値を差し引いた値、膜モジュールＭ_３のろ過圧は圧力計Ｐ_３の値から圧力計Ｐ_３−１の値を差し引いた値、膜モジュールＭ_ｑのろ過圧は圧力計Ｐ_ｑの値から圧力計Ｐ_ｑ−１の値を差し引いた値である。各圧力計Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・Ｐ_ｑが示す各圧力とＰ_０が示す圧力との差分に相当する圧力を、対応するろ液取出管４中のろ液にかけることで、各膜モジュールのろ過圧のばらつきを抑えることができる。ろ液の圧力調整は圧力弁Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、・・・Ｖ_ｑにより行われる。
本発明では、各膜モジュール間におけるろ過圧の変動係数（ＣＶ（％）＝１００×［ｑ個の膜モジュールのろ過圧の標準偏差］／［ｑ個の膜モジュールのろ過圧の平均値］）を１０％以下とする。当該ＣＶ値は好ましくは７％以下であり、より好ましくは５％以下であり、さらに好ましくは４％以下であり、さらに好ましくは３％以下である。また、各膜モジュール間におけるろ過圧の変動係数は通常は１％以上である。

＜高分子化合物含有溶液（原料液）＞
本発明の方法において、高分子化合物は原料液中の溶解している。本発明の方法において原料液中の高分子化合物は、単一ピークの分子量分布を示す。当該高分子化合物の重量平均分子量（Ｍｗ）は１００００〜２０００００であることが好ましく、１００００〜１０００００であることがより好ましく、１００００〜５００００であることがさらに好ましい。また、本発明に用いる高分子化合物のＭｗ／Ｍｎは２〜６であることが好ましく、２〜５であることがより好ましく、２〜４であることがさらに好ましい。原料液中の高分子化合物のＭｗ／Ｍｎが上記範囲内にある場合に、膜ろ過処理の際の高分子化合物のロスをより効果的に低減することができる。

原料液中に含まれる、精製ないし濃縮対象とする高分子化合物の種類に特に制限はない。例示すると、ポリビニルアルコール化合物、ポリビニルピロリドン化合物、ポリエステル化合物、ポリアクリル酸化合物、ポリメタクリル酸化合物、ポリ酢酸ビニル化合物、ポリエチレン化合物、ポリエチレングリコール化合物、ポリスチレン化合物、セルロース化合物、ゼラチン化合物、ポリアクリル酸エステル化合物、ポリメタクリル酸エステル化合物、及び上記例示の高分子化合物の構成成分を構成単位として含む共重合体が挙げられる。なお、本明細書において、「化合物」という語を末尾に付して呼ぶとき、あるいは化合物を特定の名称ないし化学式で示すときには、特に断わりのない限り、化合物そのものに加え、その塩、その錯体、そのイオン、上記化合物に特定の置換基が導入された形態を含む意味に用いる。
上記ポリビニルアルコール化合物としては、例えば、ＰＶＡ−２０３（クラレ社製、Ｍｗ：２１０００）及びその誘導体や、ＰＶＡ−２０５（クラレ社製、Ｍｗ：３５０００）及びその誘導体を挙げることができる。
上記ポリビニルピロリドン化合物としては、例えば、ポリビニルピロリドンＫ１５（東京化成工業社製、Ｍｗ：１００００）及びその誘導体や、ポリビニルピロリドンＫ３０（東京化成工業社製、Ｍｗ：４００００）及びその誘導体を挙げることができる。

本発明において、原料液の溶媒は、精製ないし濃縮対象の高分子化合物が溶解するものであれば特に制限はなく、高分子化合物の親水性が高ければ水、又は水と水溶性有機溶媒との混合溶媒（水、及び水と水溶性有機溶媒との混合溶媒をあわせて、以下「水系溶媒」という）を用いることができ、疎水性が高ければ極性の低い有機溶媒を用いることができる。本発明においては、高分子化合物が水溶性高分子化合物であることが好ましい。また、この場合において、溶媒として水系溶媒を用いることが好ましい。本明細書において「水溶性高分子化合物」とは、水に対する２５℃における溶解度が０．１質量％以上の高分子化合物である。水溶性高分子化合物は、水に対する２５℃における溶解度が０．５質量％以上であることが好ましい。また、「水溶性有機溶媒」とは、水に対する２５℃での溶解度が１０質量％以上の有機溶媒である。水溶性有機溶媒は、水と任意の割合で均一に混合可能な有機溶媒が好ましい。
また、ダイアフィルトレーションの場合に添加する溶媒も、高分子化合物の物性と用途に合わせて適宜に選択される。
原料液中の溶媒又はダイアフィルトレーションの際に添加する溶媒の例として、水、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン等の炭化水素化合物、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル化合物、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の脂肪族ケトン、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、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチル又はモノエチルエーテル、ジブチルブチルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルシクロペンチルエーテル、ジオキサン等のエーテル化合物、アセトニトリル、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミドが挙げられ、これらの混合溶媒であってもよい。

＜膜モジュール＞
本発明の膜モジュールは、耐圧性の観点からモノリス型又はスパイラル型であることが好ましい。また、膜の材質に特に制限はなく、有機膜であってもセラミック膜であってもよいが、耐熱性、耐薬品性の観点からセラミック膜を用いることが好ましい。セラミック膜の材質としては、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニアなどが挙げられる。また、炭化ケイ素や窒化ケイ素からなるセラミック膜を用いることもできる。また、複数の材料で構成される膜を用いてもよい。
膜モジュールの膜面積は幅広い範囲のものを採用することができる。セラミック膜を例にとれば、通常は１本０．２〜０．５ｍ^２程度であり、これをモジュール１つに１００本程度までセットすることが可能である。

＜分画分子量＞
分画分子量（ＭＷＣＯ）とは、阻止率が９０％以上となる最小の分子量として定義され
る。ＭＷＣＯは、一般的にはポリエチレングリコールを基準物質として評価される。測定法は例えば特開２００９−２２６２６８に記載されている。本発明で使用する分離膜の分画分子量はポリエチレングリコールを基準物質として評価したメーカー公称値を採用している。なお、阻止率は下記式で求められる。
阻止率（％）＝１００×｛１−［透過液濃度（質量％）／原料液濃度（質量％）］｝

本発明の方法では、ろ過膜の分画分子量（ＭＷＣＯ）と、高分子化合物のＭｎ及びＭｗとが下記式（Ｉ）を満足する。
Ｍｗ×（Ｍｗ／Ｍｎ）^−３＜ＭＷＣＯ＜Ｍｗ×（Ｍｗ／Ｍｎ）^−１・・・（Ｉ）

式（Ｉ）を満たすＭＷＣＯを採用することで、ろ過速度の低下を抑え、かつ、高分子化合物のろ液中への流出をより抑えることができる。つまり、通常はトレードオフの関係にある２つの特性をより高いレベルで両立させることができる。
ＭＷＣＯは、１５０００以下が好ましく、３０００〜１００００がより好ましく、３０００〜５０００がさらに好ましい。

本発明の方法を実施する温度に特に制限はなく、高分子化合物や溶媒等の物性に応じて適宜に選択することができるが、通常は１０〜９０℃の温度下で行われる。

本発明の方法を実施するろ過圧は、使用する膜モジュールの最高使用圧力以下であれば特に制限は無いが、０．１〜１．０ＭＰａの範囲内として実施することが好ましく、０．３〜０．７ＭＰａとすることが更に好ましい。

また、本発明の方法を実施する際の流速に特に制限はないが、各膜モジュールにおける膜面線速度を０．５〜４ｍ／ｓの範囲内として実施することが好ましい。

以下に実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［測定方法］
＜ろ過速度＞
洗浄倍率３．０倍まで（［ろ液の総質量］／［原料液質量］が３．０倍になるまで）ダイアフィルトレーションを行って、得られたろ液の総質量を、所要時間（ｈ）及びすべての膜モジュールが有する膜の総面積（ｍ^２）で除して得られる、単位時間・単位膜あたりのろ液の量をろ過速度（単位：Ｌ／ｍ^２・ｈ）とした。

＜ろ液中への高分子化合物の流出率＞
ろ液中への高分子化合物の流出率（以下、単に「流出率」ともいう。）は下記式により求めた。

流出率（％）
＝１００×［ろ液中に流出した高分子化合物の総質量］／［原料液に含まれていた高分子化合物の総質量］

（ろ液中に流出した高分子化合物の総質量）
洗浄倍率３．０倍までダイアフィルトレーションを行ったときに流出したろ液の全量をプールした。そのうち１．０ｇを５ｍＬ容積の小型アルミカップに採取し、送風乾燥機で１００℃、１時間乾燥させた。その後、真空乾燥機を用いて６０℃、１時間、４００Ｐａ以下の条件で乾燥させた。残存した固形分の質量を高分子化合物の質量とし、全ろ液中の高分子化合物の質量を算出した。

（原料液に含まれていた高分子化合物の総質量）
後述のとおり、原料液に含まれる高分子化合物の総質量は、原料液４０ｋｇ×１０％＝４ｋｇである。

＜Ｍｎ、Ｍｗ、Ｍｗ／Ｍｎ＞
高分子化合物のＭｎ及びＭｗは、下記のとおり測定した。下記実施例及び比較例で用いたＰＶＡ−２０３の平均分子量は、Ｍｗ：２１０００、Ｍｎ：８８００であり、ＰＶＡ−２０３のＭｗ／Ｍｎは、２．３９であった。下記実施例および比較例で用いたメタクリル酸２―アセトアセトキシエチル（ＡＡＥＭ）−メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）共重合体の平均分子量は、Ｍｗ：１４５０００、Ｍｎ：３１０００であり、Ｍｗ／Ｍｎは４．６８であった。上記ＰＶＡ−２０３及びＡＡＥＭ−ＭＭＡ共重合体はいずれも単一ピークの分子量分布を持つ。
（Ｍｎ、Ｍｗの測定方法）
ＰＶＡ−２０３はゲル透過クロマトグラフ（ＨＬＣ−８２２０ＧＰＣ、東ソー社製）を用いて、下記条件によりＭｎ、Ｍｗを測定した。測定結果はポリエチレングリコール換算の分子量とした。
カラム：ＴＳＫ α−Ｍ（東ソー社製）
溶離液：メタノール／水＝７／３溶液、０．１ｍｏｌ／Ｌ塩化ナトリウムを含む
カラム温度：４０℃
流速：１．０ｍＬ／ｍｉｎ
ＡＡＥＭ−ＭＭＡ共重合体はゲル透過クロマトグラフ（ＨＬＣ−８２２０ＧＰＣ、東ソー社製）を用いて、下記条件によりＭｎ、Ｍｗを測定した。測定結果はポリスチレン換算の分子量とした。
カラム：ＴＳＫｇｅｌＧＭＨＸＬ＋ＴＳＫｇｅｌＧ４０００ＨＸＬ＋ＴＳＫｇｅｌＧ２０００ＨＸＬ（東ソー社製）
溶離液：ＴＨＦ（安定剤含有）
カラム温度：４０℃
流速：１．０ｍＬ／ｍｉｎ

図１に示すクロスフロー方式の膜ろ過処理を行った。膜ろ過処理はダイアフィルトレーションとした（比較例１〜４、実施例１〜５）。詳細を以下に説明する。

［比較例１］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量１０００、膜面積０．３５ｍ^２）を用いた膜モジュール５本（Ｍ_１〜Ｍ_５）を図１に示すように直列に配置した（図１中、ｑ＝５）。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−２０３、クラレ社製）１０質量％、純水４５質量％、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）４５質量％からなる原料液４０ｋｇを用意し、これを貯留タンクに１入れて、８０℃、膜面線速度１．０５ｍ／ｓで送液ポンプ３を用いて循環させ、洗浄倍率３．０倍までダイアフィルトレーションを実施した。ダイアフィルトレーション中に添加する溶媒として純水を用いた。
ダイアフィルトレーション開始時、及びその後６０分毎に圧力計Ｐ_０が０．５±０．０２ＭＰａになるように圧力調節弁Ｖ_０を調整し、同時に圧力調節弁Ｖ_１〜Ｖ_５を調整することで、ダイアフィルトレーション中の各膜モジュールのろ過圧が０．５±０．０２ＭＰａになるようにした。各膜モジュール毎に、上記の各圧力調整時のろ過圧（ダイアフィルトレーション開始時以外は６０分毎の圧力調整直前のろ過圧）の平均値を算出した。この平均値をダイアフィルトレーションにおける各膜モジュール毎のろ過圧とし、この各膜モジュール毎のろ過圧から、各膜モジュール間のろ過圧の変動係数（ＣＶ）を算出した。
結果を表１に示す。

［実施例１］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量１０００、膜面積０．３５ｍ^２）に代えて、ＮＧＫフィルテック社製セラミック膜ＣｅｆｉｌｔＮＦ（分画分子量３０００、膜面積０．３５ｍ^２）を用いた以外は、比較例１と同様にしてダイアフィルトレーションを行った。
結果を表１に示す。

［実施例２］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量１０００、膜面積０．３５ｍ^２）に代えて、ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量５０００、膜面積０．３５ｍ^２）を用いた以外は、比較例１と同様の方法でダイアフィルトレーションを行った。
結果を表１に示す。

［実施例３］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量１０００、膜面積０．３５ｍ^２）に代えて、ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量８０００、膜面積０．３５ｍ^２）を用いた以外は、比較例１と同様にしてダイアフィルトレーションを行った。
結果を表１に示す。

［比較例２］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＦｉｎｅＵＦ（分画分子量１０００、膜面積０．３５ｍ^２）に代えて、ＮＧＫフィルテック社製セラミック膜ＣｅｆｉｌｔＮＦ（分画分子量１００００、膜面積０．３５ｍ^２）を用いた以外は、比較例１と同様の方法でダイアフィルトレーションを行った。
結果を表１に示す。

［実施例４］
実施例１において、膜モジュールの直列配置５本を１０本に代えた以外は、実施例１と同様にしてダイアフィルトレーションを行った。
結果を表１に示す。

［比較例３］
実施例１において、圧力調節弁Ｖ_１〜Ｖ_５の調整（ろ液の圧力調整）を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてダイアフィルトレーションを行った。ろ過開始時点でのろ過圧は、１段目（Ｍ_１）が０．６２ＭＰａであり、３段目（Ｍ_３）が０．５０ＭＰａであり、５段目（Ｍ_５）が０．４２ＭＰａであった。
結果を表１に示す。

［実施例５］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＵＦ（分画分子量１５０００、膜面積０．５ｍ^２）を用いた膜モジュール２本（Ｍ_１〜Ｍ_２）を図１に示すように直列に配置した（図１中、ｑ＝２）。ＡＡＥＭ−ＭＭＡ共重合体１０質量％、トルエン７５質量％、テトラヒドロフラン１５質量％からなる原料液４０ｋｇを用意し、これを貯留タンクに入れて、２５℃、膜面線速度１．０５ｍ／ｓで送液ポンプ３を用いて循環させ、洗浄倍率３．０倍までダイアフィルトレーションを実施した。ダイアフィルトレーション中に添加する溶媒としてトルエンを用いた。
ダイアフィルトレーション開始時、及びその後６０分毎に圧力計Ｐ_０が０．３±０．０２ＭＰａになるように圧力調節弁Ｖ_０を調整し、同時に圧力調節弁Ｖ_１〜Ｖ_２を調整することで、ダイアフィルトレーション中の各膜モジュールのろ過圧が０．３±０．０２ＭＰａになるようにした。各膜モジュール毎に、上記の各圧力調整時のろ過圧（ダイアフィルトレーション開始時以外は６０分毎の圧力調整直前のろ過圧）の平均値を算出した。この平均値をダイアフィルトレーションにおける各膜モジュール毎のろ過圧とし、この各膜モジュール毎のろ過圧から、各膜モジュール間のろ過圧の変動係数（ＣＶ）を算出した。

［比較例４］
ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＵＦ（分画分子量１５０００、膜面積０．５ｍ^２）に代えて、ＴＡＭＩ社製セラミック膜ＩＮＳＩＤＥＣｅＲＡＭＵＦ（分画分子量５００００、膜面積０．５ｍ^２）を用いた以外は、実施例５と同様にしてダイアフィルトレーションを行った。
結果を表１に示す。

比較例１は、ろ過膜のＭＷＣＯを本発明で規定するよりも小さくした例である。比較例１はろ過速度に劣る結果となり、ろ過完了までの所要時間が１６時間と長かった（比較例１）。ここで、上記実施例、比較例においては、洗浄倍率３．０倍までのダイアフィルトレーションを実施しているが、実用化段階においては、高分子化合物をより高度に精製するために、洗浄倍率をさらに上げることが想定される。洗浄倍率を上げた場合、実施例１〜３と比較例１との間で、膜ろ過処理終了までの所要時間の差はさらに顕著になる。
比較例２は、ろ過膜のＭＷＣＯを本発明で規定するよりも大きくした例である。比較例２では、ろ過速度が速まるが、ろ液中への高分子化合物の流出率が高かった。
比較例３は、各膜モジュールのろ過圧を調整しなかった例である。この場合もろ液中への高分子化合物の流出率が高まった。しかも、比較例２と異なりろ過速度も向上しなかった。

これに対し、実施例１〜４では、流出率が２．８質量％以下と低く抑えられ、かつ、ろ過速度も４．５Ｌ／ｍ^２・ｈ以上と良好な結果となった。
上記の結果について以下に詳説する。

実施例１は比較例１に比べてろ過膜のＭＷＣＯを３倍大きくしているにもかかわらず、流出率は比較例１よりも低く抑えられ、しかも、ろ過速度が向上するという意外な結果となった。この理由は定かではないが、１つの要因として膜の細孔内への分子の詰まりが影響していると推定される。すなわち、ＭＷＣＯが１０００の比較例１の場合、膜の細孔が小さいために、ろ過中に細孔を透過する分子が少ないだけでなく、細孔に引っかかる分子も少なく、その結果、膜の細孔内に分子が詰まることによる膜の閉塞は生じにくいものと考えられる。他方、ＭＷＣＯが３０００の実施例１では、ＭＷＣＯが１０００の比較例１に比べて膜の細孔に分子が引っかかりやすく、これが細孔の一部を閉塞して高分子化合物の流失率の低下を引き起こしたと考えられる。さらにこの細孔の閉塞は粗く、低分子である溶媒の透過には影響しにくいものと推定される。上記実施例１と比較例１の結果から、ＭＷＣＯを本発明で規定する下限値以上とすることで、低い流失率と高い濾過速度を、より高度なレベルで両立できることがわかる。

実施例２は比較例１に比べてろ過膜の分画分子量を５倍にまで大きくしているにもかかわらず、流出率は１．８質量％と比較例１からわずかに上昇するに留まり、逆にろ過速度は大きく向上し、ろ過完了までの所要時間は１４．６時間まで短縮した。
実施例３は膜のＭＷＣＯを本発明で規定する上限よりもわずかに小さくした例である。実施例３は比較例１に比べてＭＷＣＯが８倍も大きい。しかし、この実施例３もまた、流失率は２．８質量％と低いレベルに抑えられ、逆にろ過速度は比較例１よりも格段に向上し、ろ過完了までの所要時間は１３．１時間にまで短縮した。
また、上記実施例３は、ろ過膜のＭＷＣＯが実施例３よりも３０００小さい実施例２に比べて流失率が１．５倍程上昇しているに過ぎないが、膜のＭＷＣＯを実施例３より２０００だけ大きくした比較例２では、その流失率が急激に上昇し、実施例３に比べて２．８倍程度にまで増加した。この理由は定かではないが、ろ過膜のＭＷＣＯを本発明で規定するよりも大きくすると、膜の細孔を高分子化合物が透過しやすくなり、細孔に高分子が詰まりにくくなって実効のＭＷＣＯの低下が生じにくくなったためと考えられる。
上記結果から、膜のＭＷＣＯを本発明で規定する上限値以下とすることで、低い流失率と高い濾過速度をより高度なレベルで両立できることがわかる。
また、実施例４の結果から、膜モジュールの直列配設数を増やせば、低い流出率を保ちながら、膜ろ過処理の所要時間を大幅に短縮できることも示された。

実施例５及び比較例４は、高分子化合物としてＡＡＥＭ−ＭＭＡ共重合体を用いた例である。実施例５の結果から、膜のＭＷＣＯを本発明で規定する範囲内とし、且つ、各モジュール間のろ過圧の変動係数を本発明の規定内とすることで、十分なろ過速度を維持しながら流失率を効果的に抑えられることがわかる。

１貯留タンク
２高分子化合物溶液（原料液）
３送液ポンプ
４ろ液取出管
５ろ液集液管
６配管

Claims

２以上の膜モジュールを直列に配置したクロスフロー方式の膜ろ過により高分子化合物を含有する溶液から低分子不純物を除去する方法であって、下記（Ａ）〜（Ｃ）を満たす方法：
（Ａ）溶液中の高分子化合物が単一ピークの分子量分布を持ち、
（Ｂ）ろ過膜の分画分子量ＭＷＣＯと、高分子化合物の数平均分子量Ｍｎ及び重量平均分子量Ｍｗとが下記（Ｉ）を満足し、
Ｍｗ×（Ｍｗ／Ｍｎ）^−３＜ＭＷＣＯ＜Ｍｗ×（Ｍｗ／Ｍｎ）^−１・・・（Ｉ）
（Ｃ）膜ろ過中、各膜モジュール間のろ過圧の変動係数を１０％以下とする。
溶液中の高分子化合物のＭｗ／Ｍｎが２〜６である、請求項１に記載の方法。
ＭＷＣＯが１５０００以下である、請求項１又は２に記載の方法。
ろ過膜がセラミック膜である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
クロスフロー方式の膜ろ過がダイアフィルトレーションである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。