JP2016107231A - 分離膜 - Google Patents

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Abstract

【課題】高温及び紫外線で処理せず、フッ素系材料を用いずに、親水性を示し、耐久性に優れる、分離膜を得る。【解決手段】基体と、該基体の表面に位置する被膜と、を有し、前記基体の開口径が、0.1μm以上200μm以下であり、前記被膜は、非フッ素系親水材料を含む、分離膜。【選択図】なし

Description

本発明は、分離膜に関する。
河川及び海への油流出事故による海洋汚染、石油資源の採掘現場での処理水及び工場から排出される廃油による環境汚染、並びに日常生活の中での台所から排出される食用油による汚染が問題となっている。
従来、これらの油で汚染された水を処理する方法として、例えば、特許文献1は、親水性且つ非親油性高分子からなる多孔質膜を燃料タンクの底に設置する方法を開示し、また、特許文献2は、親水化処理した極細繊維からなるシートを充填したフィルターを利用する方法を開示し、さらに、特許文献3は、微細孔を有する疎水性多孔質膜をフィルターに用いる方法を開示し、またさらに、特許文献4は、撥水性樹脂繊維と無機繊維とを含有する織布をフィルターに用いる方法を開示し、さらにまた、特許文献5は、2種類の無機粒子を併用する技術を開示している。
特開昭61−216701号公報 特開平04−313312号公報 特開2000−312802号公報 特開2007−181819号公報 特開2010−155177号広報
しかしながら、特許文献1〜5に記載の多孔質膜及びフィルターでは、高温での焼き付け処理又は紫外線での処理が必要であるため、適用できる基体が限定されている点、分離性能が不十分な点、及び資源として制約があるフッ素成分を用いる点、の少なくとも1つの点で問題があった。
そこで、本発明は、高温及び紫外線で処理せず、フッ素系材料を用いずに、親水性を示し、耐久性に優れる、分離膜を得ることを目的とする。
本発明者らは、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、基体と基体の表面に位置する被膜とを有し、該基体の開口径が特定の範囲内であり、該被膜が特定の材料を含む、分離膜が、親水性を示し、耐久性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]基体と、該基体の表面に位置する被膜と、を有し、
前記基体の開口径が、0.1μm以上200μm以下であり、
前記被膜は、非フッ素系親水材料を含む、分離膜。
[2]前記分離膜の開口径が、20μm以上120μm以下である、[1]に記載の分離膜。
[3]前記非フッ素系親水材料は、アクリルエマルジョン粒子、スチレンエマルジョン粒子、アクリルスチレンエマルジョン粒子、アクリルシリコンエマルジョン粒子、シリコンエマルジョン粒子、及びウレタン樹脂エマルジョン粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の非フッ素系親水材料である、[1]又は[2]に記載の分離膜。
[4]前記被膜は、加水分解性珪素化合物の縮合物をさらに含む、[1]〜[3]のいずれか1に記載の分離膜。
[5]前記加水分解性珪素化合物の縮合物の重量平均分子量が、8000以上500000未満である、[1]〜[4]のいずれか1に記載の分離膜。
[6]前記被膜は、金属酸化物微粒子をさらに含む、[1]〜[5]のいずれか1に記載の分離膜。
[7]油水分離に用いられる、[1]〜[6]のいずれか1に記載の分離膜。
本発明の分離膜によれば、高温及び紫外線で処理せず、フッ素系材料を用いずに、親水性を示し、優れた耐久性を得られる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の実施形態に制限するものではない。本発明は、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、本明細書において「(メタ)アクリロイル基」、「(メタ)アクリル」、及び「(メタ)アクリレート」とは、アクリロイル基及びそれに対応するメタクリロイル基の両方を、アクリル及びそれに対応するメタクリルの両方を、及びアクリレート及びそれに対応するメタクリレートの両方を意味する。
〔分離膜〕
本実施形態の分離膜は、基体と、該基体の表面に位置する被膜と、を有する。また、当該基体の開口径は、0.1μm以上200μm以下である。さらに、当該被膜は、非フッ素系親水材料を含む。
分離膜の開口径は、20μm以上120μm以下であることが好ましく、40μm以上110μm以下であることがより好ましく、60μm以上110μm以下であることがさらに好ましい。開口径が20μm以上であることで、分離速度の低下を抑制する傾向にあり、開口径が120μm以上であることで、分離性能の低下を抑制する傾向にある。また、開口径がこのような範囲にある分離膜を得るためには、基体の開口径に応じて基体表面への被覆率を制御すればよい。また、分離膜の開口径は、後述する実施例に記載の方法によって測定される。
〔基体(A)〕
本実施形態の分離膜は、基体(A)を有する。基体(A)の材料としては、石油、灯油、軽油等の油で膨潤や溶解しない材料であれば特に限定されず、具体的には、ガラス、金属;ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、PTFE等の熱可塑性樹脂;ポリ乳酸樹脂、ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリカプロラクト樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリブチレンアジペートテレフタレート樹脂、ポリブチレンサクシネートテレフタレート樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ケイ素樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
基体の形態は、使用目的及び処理対象となる油の種類に応じて適宜変更できるため特に限定されないが、具体的には、樹脂からなる繊維状材料から構成される織物、編物、不織布等を含む繊維構造体が挙げられる。また、種々の形状及びサイズ等についても、使用目的に合ったものとすることができる。
本実施形態の基体の開口径は、油と水の分離性能の観点から、0.1μm以上200μm以下であり、20μm以上120μm以下が好ましく、50μm以上100μm以下がより好ましく、60μm以上80μm以下がさらに好ましい。開口径が0.1μm以上であることで、分離速度を高く維持でき、開口径が200μm以下であることで、油と水の分離性能を良好にできる。開口径がこのような範囲にある基体を得るためには、繊維状の基体を平織りや綾織りで得る方法や、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、ニードルパンチ法、水流結合法で繊維を結合する方式、シートに削孔して穴をあける方法などが挙げられる。また、基体の開口径は、後述する実施例に記載の方法によって測定される。
〔被膜〕
本実施形態の分離膜は被膜を有する。被膜は、基材表面に形成した後に、20℃以上200℃以下の温度で養生することにより得られる。当該温度は、40℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上90℃以下がより好ましい。温度が200℃以下であることで、基体(A)の劣化が抑制され、生産工程的にもエネルギーロスが小さい傾向にある。また、温度が20℃以上であることで、被膜形成の為の生産性が維持され、耐久性等の性能発現にバラツキが生じにくい傾向にある。
上述した方法により作製される被膜は、25℃における表面の水接触角が、30度以下であることが好ましく、20度以下であることがより好ましく、10度以下であることがさらに好ましい。25℃における表面の水接触角が30度以下であることで、塗膜の親水性が優れたものとなる傾向にある。表面の水接触角がこのような範囲にある被膜を得るためには、被膜の含水率を高めればよい。また、表面の水接触角は、後述する実施例に記載の方法によって測定される。
上述した方法により作製される被膜は、ヘキサデカン接触角が、25度以上であることが好ましく、40度以上であることがより好ましく、50度以上であることがさらに好ましい。ヘキサデカン接触角が25度以上であることで、分離膜の撥油性が優れたものとなる傾向にある。ヘキサデカン接触角がこのような範囲にある被膜を得るためには、ヘキサデカンに不溶な素材で被膜の含水率を高めればよい。また、ヘキサデカン接触角は、後述する実施例に記載の方法によって測定される。
<非フッ素系親水材料(B)>
本実施形態の被膜は、非フッ素系親水材料を含む。非フッ素系親水材料(B)(以下、単に「成分(B)」という場合がある。)とは、フッ素原子を含まない、親水性官能基を有するエマルジョン樹脂粒子である。具体的には、不飽和結合を有する(メタ)アクリロイル基を有する化合物又はビニル基を有する化合物を、ラジカル、カチオン、若しくはアニオンの介在によって重合することにより得られる、(メタ)アクリルエマルジョン樹脂粒子及びビニルエマルジョン樹脂粒子、並びにイソシアネート基とポリオールとの重付加反応によって、ウレタン結合を分子内に有する、ウレタンエマルジョン樹脂粒子が挙げられる。これらの中でも、非フッ素系親水材料(B)は、アクリルエマルジョン粒子、スチレンエマルジョン粒子、アクリルスチレンエマルジョン粒子、アクリルシリコンエマルジョン粒子、シリコンエマルジョン粒子、及びウレタンエマルジョン粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の非フッ素系親水材料が好ましい。また、非フッ素系親水材料(B)は、後述する加水分解性珪素化合物(b1)及びビニル化合物(b2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を重合して得られる非フッ素系親水材料であることもより好ましい。
成分(B)成分としては、上述したもの以外にも、アニオン型ポリウレタン粒子として、第一工業製薬社製商品名「スーパーフレックス126」、「スーパーフレックス130」、「スーパーフレックス150」、「スーパーフレックス170」、「スーパーフレックス210」、「スーパーフレックス300」、「スーパーフレックス420」、「スーパーフレックス460」、「スーパーフレックス470」、「スーパーフレックス740」、「スーパーフレックス800」、「スーパーフレックス860」、DMS社製商品名「NeoRez R−9660」、「NeoRez R−972」、「NeoRez R−9637」、「NeoRez R−9679」、「NeoRez R−989」、「NeoRez R−2150」、「NeoRez R−966」、「NeoRez R−967」、「NeoRez R−9603」、「NeoRez R−940」、「NeoRez R−9403」、三洋化成社製商品名「ユーコートUX−485」、「ユーコートUWS−145」、「パーマリンUA−368T」、「パーマリンUA−200」、「ユープレンUXA307」、DSM社製商品名「NeoRez R−600」、「NeoRez R−650」、「NeoRez R−9617」、「NeoRez R−9621」、「NeoRez R−9330」;非イオン型ポリウレタン粒子として、第一工業製薬社製商品名「スーパーフレックス500M」、「「スーパーフレックスE2000」、「「スーパーフレックスE4800」;カチオン型ポリウレタン粒子として、第一工業製薬社製商品名「スーパーフレックス620」、「スーパーフレックス650」が挙げられる。
成分(B)の数平均粒子径は、分離膜の耐久性向上の観点から、水分散状態において、10nm以上800nm以下であることが好ましく、10nm以上150nm以下であることがより好ましく、10nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。数平均粒子径がこのような範囲にある成分(B)を得るためには、粒子径の揃ったシード粒子を使っての重合や、ノニオン界面活性剤と水に溶解しない溶媒を用いて相転移させてから溶媒を除去して粒子を作製する方法、高圧ホモジナイザーの回転数と時間を調整して強制的に粒子を作製する方法などがある。なお、成分(B)の数平均粒子径は、後述の実施例に記載の方法で測定する。
<加水分解性珪素化合物(b1)>
加水分解性を有し、珪素原子を含む加水分解性珪素化合物(b1)としては、下記式(1)で表される加水分解性珪素含有化合物(h1)、下記式(2)で表される加水分解性珪素含有化合物(h2)、及び下記式(3)で表される加水分解性珪素含有化合物(h3)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。
1 nSiX4-n ・・・(1)
(式(1)中、R1は水素原子、ハロゲン基、ヒドロキシ基、メルカプト基、アミノ基、(メタ)アクリロイル基、又はエポキシ基を有していてもよい、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基から選択されるいずれかを示す。Xは、加水分解性基を示し、nは0〜3の整数である。)
3Si−R2 n−SiX3 ・・・(2)
(式(2)中、Xは加水分解性基を示し、R2は炭素数1〜6のアルキレン基又はフェニレン基を示す。nは0又は1である。)
上記式(1)及び上記式(2)における加水分解性基は、加水分解により水酸基が生じる基であれば特に限定されず、具体的には、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、アミノ基、フェノキシ基、オキシム基が挙げられる。
3−(O−Si(OR32n−OR3 ・・・(3)
(式(3)中、R3は、炭素数1〜6のアルキル基を示す。nは2〜8の整数である。)
加水分解性珪素含有化合物(h1)及び(h2)として、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトラ(i−プロポキシ)シラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン、テトラ(i−ブトキシ)シラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメトキシシラン、ジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリフェノキシシリル)メタン、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリフェノキシシリル)エタン、1,3−ビス(トリメトキシシリル)プロパン、1,3−ビス(トリエトキシシリル)プロパン、1,3−ビス(トリフェノキシシリル)プロパン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラキス(トリクロロアセトキシ)シラン、テトラキス(トリフルオロアセトキシ)シラン、トリアセトキシシラン、トリス(トリクロロアセトキシ)シラン、トリス(トリフルオロアセトキシ)シラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリス(トリクロロアセトキシ)シラン、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、テトラフルオロシラン、トリクロロシラン、トリブロモシラン、トリフルオロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリブロモシラン、メチルトリフルオロシラン、テトラキス(メチルエチルケトキシム)シラン、トリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、フェニルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、ビス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルビス(メチルエチルケトキシム)シラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ビス(ジメチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジエチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルシラン、ビス(ジエチルアミノ)メチルシランが挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
加水分解性珪素含有化合物(h3)として、具体的には、テトラメトキシシランの部分加水分解縮合物(例えば、多摩化学工業社製の商品名「Mシリケート51」、コルコート社製の商品名「MSI51」、三菱化学社製の商品名「MS51」、「MS56」)、テトラエトキシシランの部分加水分解縮合物(例えば、多摩化学工業社製の商品名「シリケート35」、「シリケート45」、コルコート社製の商品名「ESI40」、「ESI48」)、テトラメトキシシランとテトラエトキシシランとの共部分加水分解縮合物(多摩化学工業社製の商品名「FR−3」、コルコート社製の商品名「EMSi48」)が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<ビニル化合物(b2)>
ビニル化合物(b2)(以下、単に「成分(b2)」という場合もある。)は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エーテル基、アミド基、エポキシ基、及びスルホン酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を有するビニル化合物である。成分(b2)は、これらの官能基を有することにより、分離膜の親水性をより高められる傾向にある。
水酸基を有するビニル化合物(b2)としては、具体的には、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル等の水酸基含有ビニルエーテル類;2−ヒドロキシエチルアリルエーテル等の水酸基含有アリルエーテル類;ポリエチレングリコール等のポリエーテルポリオールと、(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸とから得られるポリオキシアルキレングリコールのモノエステル類;上述した各種の水酸基含有の化合物類とε−カプロラクトン等のラクトン類との付加物;グリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有不飽和単量体と酢酸等の酸類との付加物;(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸類とオランダ国シェル社製の商品名「カーデュラ E」等のα−オレフィンのエポキサイド以外のモノエポキシ化合物との付加物が挙げられる。
カルボキシル基を有するビニル化合物(b2)として、具体的には、(メタ)アクリル酸、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸類;イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノ−n−ブチル、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノ−n−ブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノ−n−ブチル等の不飽和ジカルボン酸類と飽和1価アルコール類とのモノエステル類(ハーフエステル類);アジピン酸モノビニル、コハク酸モノビニル等の飽和ジカルボン酸のモノビニルエステル類;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸等の飽和ポリカルボン酸の無水物類と上述の水酸基を有するビニル系化合物(b2)類との付加反応生成物;これらとラクトン類とを付加反応して得られる化合物類が挙げられる。
アミノ基を有するビニル化合物(b2)として、具体的には、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジ−n−プロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、3−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、4−ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレート、N−[2−(メタ)アクリロイルオキシ]エチルモルホリン等の3級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステル類;ビニルピリジン、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルキノリン等の3級アミノ基を有する芳香族ビニル系化合物類;N−(2−ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジエチルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−ジ−n−プロピルアミノ)エチル(メタ)アクリルアミド、N−(3−ジメチルアミノ)プロピル(メタ)アクリルアミド、N−(4−ジメチルアミノ)ブチル(メタ)アクリルアミド、N−[2−(メタ)アクリルアミド]エチルモルホリン等の3級アミノ基を有する(メタ)アクリルアミド類;N−(2−ジメチルアミノ)エチルクロトン酸アミド、N−(2−ジエチルアミノ)エチルクロトン酸アミド、N−(2−ジ−n−プロピルアミノ)エチルクロトン酸アミド、N−(3−ジメチルアミノ)プロピルクロトン酸アミド、N−(4−ジメチルアミノ)ブチルクロトン酸アミド等の3級アミノ基を有するクロトン酸アミド類;2−ジメチルアミノエチルビニルエーテル、2−ジエチルアミノエチルビニルエーテル、3−ジメチルアミノプロピルビニルエーテル、4−ジメチルアミノブチルビニルエーテル等の3級アミノ基を有するビニルエーテル類が挙げられる。
エーテル基を有するビニル化合物(b2)として、具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体等のポリエーテル鎖を側鎖に有するビニルエーテル類、アリルエーテル類、及び(メタ)アクリル酸エステル類が挙げられる。ここで、上記の化合物が有するポリオキシエチレン鎖は、オキシエチレン単位の数として、2以上30以下が好ましい。オキシエチレン単位の数が2以上であることで、分離膜の柔軟性が維持される傾向があり、オキシエチレン単位の数が30以下であることで、分離膜が軟らかくなりすぎず、耐ブロッキング性により優れる傾向にある。
エーテル基を有するビニル化合物(b2)は、市販品として、日本油脂社製、商品名「ブレンマーPE−90」、「PE−200」、「PE−350」、「PME−100」、「PME−200」、「PME−400」、「AE−350」、日本乳化剤社製、商品名「MA−30」、「MA−50」、「MA−100」、「MA−150」、「RA−1120」、「RA−2614」、「RMA−564」、「RMA−568」、「RMA−1114」、「MPG130−MA」が挙げられる。
アミド基を有するビニル化合物(b2)として、具体的には、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N−アルキレン置換(メタ)アクリルアミドが挙げられる。より具体的には、N−メチルアクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、N−メチル−N−エチルアクリルアミド、N−メチル−N−エチルメタクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−メチル−N−n−プロピルアクリルアミド、N−メチル−N−イソプロピルアクリルアミド、N−アクリロイルピロリジン、N−メタクリロイルピロリジン、N−アクリロイルピペリジン、N−メタクリロイルピペリジン、N−アクリロイルヘキサヒドロアゼピン、N−アクリロイルモルホリン、N−メタクリロイルモルホリン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスメタクリルアミド、N−ビニルアセトアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドが挙げられる。
エポキシ基を有するビニル化合物(b2)として、具体的には、グリシジル基を有するビニル化合物が挙げられる。グリシジル基を有するビニル化合物としては、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、アリルジメチルグリシジルエーテルが挙げられる。
エポキシ基を有するビニル化合物の使用量は、全ビニル化合物(b2)(100質量%)に対して、0.01質量%以上50質量%以下が好ましく、0.05質量%以上20質量%以下がより好ましい。
スルホン酸基を有するビニル化合物(b2)として、具体的には、ビニルスルホン酸を挙げる事ができる。
成分(b2)は、分離膜の親水性をより高める観点から、1級アミド基、2級アミド基、3級アミド基、及びこれらを2種以上有するビニル化合物であることが好ましい。成分(b2)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<加水分解性珪素化合物(C)>
本実施形態の被膜は、加水分解性珪素化合物(C)(以下、単に「成分(C)」という場合もある。)の縮合物をさらに含むことが好ましい。成分(C)の縮合物を含むことで、分離膜の親水性と耐久性が向上する傾向にある。なお、縮合物とは、成分(C)が所定の条件下で脱水反応を起こし、縮合したものをいう。
成分(C)は、下記式(4)で表される加水分解性珪素含有化合物(c1)、下記式(5)で表される加水分解性珪素含有化合物(c2)、及び下記式(6)で表される加水分解性珪素含有化合物(c3)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である。
1nSiX4−n ・・・(4)
(式(4)中、R1は水素原子、ハロゲン基、ヒドロキシ基、メルカプト基、アミノ基、(メタ)アクリロイル基又はエポキシ基を有していてもよい、炭素数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基若しくはアリール基を示す。Xは、加水分解性基を示し、nは0〜3の整数である。)
3Si−R2 n−SiX3 ・・・(5)
(式(5)中、Xは加水分解性基を示し、R2は炭素数1〜6のアルキレン基又はフェニレン基を示す。nは0又は1である。)
上記式(4)及び上記式(5)における加水分解性基は、加水分解により水酸基が生じる基であれば特に限定されず、具体的には、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシルオキシ基、アミノ基、フェノキシ基、オキシム基が挙げられる。
3−(O−Si(OR32n−OR3 ・・・(6)
(式(6)中、R3は炭素数1〜6のアルキル基を示す。nは2〜8の整数である。)
加水分解性珪素含有化合物(c1)及び(c2)として、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトラ(i−プロポキシ)シラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン、テトラ(i−ブトキシ)シラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−tert−ブトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメトキシシラン、ジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリフェノキシシリル)メタン、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリフェノキシシリル)エタン、1,3−ビス(トリメトキシシリル)プロパン、1,3−ビス(トリエトキシシリル)プロパン、1,3−ビス(トリフェノキシシリル)プロパン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、テトラアセトキシシラン、テトラキス(トリクロロアセトキシ)シラン、テトラキス(トリフルオロアセトキシ)シラン、トリアセトキシシラン、トリス(トリクロロアセトキシ)シラン、トリス(トリフルオロアセトキシ)シラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリス(トリクロロアセトキシ)シラン、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、テトラフルオロシラン、トリクロロシラン、トリブロモシラン、トリフルオロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリブロモシラン、メチルトリフルオロシラン、テトラキス(メチルエチルケトキシム)シラン、トリス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、フェニルトリス(メチルエチルケトキシム)シラン、ビス(メチルエチルケトキシム)シラン、メチルビス(メチルエチルケトキシム)シラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ビス(ジメチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジエチルアミノ)ジメチルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルシラン、ビス(ジエチルアミノ)メチルシランが挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
加水分解性珪素含有化合物(c3)として、具体的には、テトラメトキシシランの部分加水分解縮合物(例えば、多摩化学工業社製の商品名「Mシリケート51」、コルコート社製の商品名「MSI51」、三菱化学社製の「MS51」、「MS56」)、テトエトキシシランの部分加水分解縮合物(例えば、多摩化学工業社製の商品名「シリケート35」、「シリケート45」、コルコート社製の商品名「ESI40」、「ESI48」)、テトラメトキシシランとテトラエトキシシランとの共部分加水分解縮合物(例えば、多摩化学工業社製の商品名「FR−3」、コルコート社製の商品名「EMSi48」)が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
その他にも、加水分解性珪素含有化合物(c3)として、信越化学社製の商品名「KBE−402」、「KBM−803」、「KBM−802」、「KBE−403」、「KBM−303」、「KBM−1403」、「KBM−9659」、「KBM−585」、「KBM−846」、「KBM−9007」、「KP−64」、「KP−851」、「KR−220L」、「KR−242A」、「KR−251」、「KC−89」、「KR−500」、「KR−400」、「KR−255」、「KR−271」、「KR−282」、「KR−300」、「KR−311」、「KR−212」、「KR−213」、「KR−9218」などの各種シランカップリング剤も挙げられる。
加水分解性珪素含有化合物(C)の縮合物の重量平均分子量は、ポリスチレン換算で、5000以上500000未満が好ましく、8000以上500000以下がより好ましく、8000以上85000以下がさらに好ましく、8000以上80000以下がよりさらに好ましく、10000以上50000以下がさらにより好ましい。重量平均分子量が5000以上であることで、被膜の親水性が維持される傾向にあり、重量平均分子量が500000未満であることで、被膜の耐久性が維持されることに起因して、剥離しにくくなる傾向にある。重量平均分子量の測定方法としては、東ソー社製 HLC−8220GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)を用いて、カラムはTSKgel superAWM−H、溶離液はDMF(LiBr 5mmol/L、試料量50μl(1mg/ml)、検出器はRIの測定条件により、ポリスチレン換算の分子量として測定する。
(金属酸化物粒子(D))
本実施形態の被膜は、金属酸化物粒子(D)(以下、単に「成分(D)」という場合もある。)をさらに含むことが好ましい。
(D)成分の数平均粒子径(一次粒子と二次粒子との混合物であってもよく、一次粒子及び二次粒子のいずれか一方のみであってもよい。)は、1nm以上400nm以下が好ましく、1nm以上100nm以下がより好ましく、3nm以上80nm以下がさらに好ましく、5nm以上50nm以下がよりさらに好ましい。成分(D)の数平均粒子径をこのような範囲とすることで、分離膜の親水性と撥油性の両立に寄与し得る傾向にある。
成分(D)を構成する材料である金属酸化物は、特に限定されず、公知のものを用いることもできるが、上述した成分(B)との相互作用の観点から、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化アンチモン、酸化チタン、シリカ被覆酸化チタン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化鉛、酸化鉄、珪酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、及び酸化セリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物が好ましい。これらの金属酸化物の中でも、多くの表面水酸基を有することと強度向上との観点から、二酸化珪素(シリカ)、酸化アルミニウム(アルミナ、γ―アルミナ)、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、及びそれらの複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物がより好ましい。
成分(D)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
成分(D)は、粉体、分散液、ゾルの存在形態であることが好ましい。ここでいう「分散液」及び「ゾル」とは、成分(D)が、水、親水性有機溶媒、又はそれらの混合溶媒中に0.01質量%以上80質量%以下の濃度、好ましくは0.1質量%以上50質量%以下の濃度で、一次粒子又は二次粒子の少なくとも一方として分散された状態を意味する。
上記の成分(D)の中で、水を分散媒体とする酸性のコロイダルシリカ、水を分散媒体とする塩基性のコロイダルシリカ、水溶性溶剤を分散媒体とするコロイダルシリカが、成分(B)との配合安定性の観点から好ましい。
水を分散媒体とする酸性のコロイダルシリカとして、日産化学工業社製の商品名「スノーテックス(登録商標)−O」、「スノーテックス−OS」、「スノーテックス−OL」、「ライトスター(登録商標)」、ADEKA社製の商品名「アデライト(登録商標)AT−20Q」、クラリアントジャパン社製の商品名「クレボゾール(登録商標)20H12」、「クレボゾール30CAL25」、Nalco社製の商品名「NALCO1115」が挙げられる。
水を分散媒体とする塩基性のコロイダルシリカとして、具体的には、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン又はアミンの添加で安定化したシリカが挙げられる。市販品としては、日産化学工業社製の商品名「スノーテックス−20」、「スノーテックス−30」、「スノーテックス−C」、「スノーテックス−C30」、「スノーテックス−CM40」、「スノーテックス−N」、「スノーテックス−N30」、「スノーテックス−K」、「スノーテックス−XL」、「スノーテックス−YL」、「スノーテックス−ZL」、「スノーテックスPS−M」、「スノーテックスPS−L」、ADEKA社製の商品名「アデライトAT−20」、「アデライトAT−30」、「アデライトAT−20N」、「アデライトAT−30N」、「アデライトAT−20A」、「アデライトAT−30A」、「アデライトAT−40」、「アデライトAT−50」、クラリアントジャパン社製の商品名「クレボゾール30R9」、「クレボゾール30R50」、「クレボゾール50R50」、デュポン社製の商品名「ルドックス(登録商標)HS−40」、「ルドックスHS−30」、「ルドックスLS」、「ルドックスSM−30」が挙げられる。
水溶性溶剤を分散媒体とするコロイダルシリカとして、具体的には、日産化学工業社製の「MA−ST−M」(数平均粒子径が20nm〜25nmのメタノール分散タイプ)、「IPA−ST」(数平均粒子径が10nm〜15nmのイソプロピルアルコール分散タイプ)、「EG−ST」(数平均粒子径が10nm〜15nmのエチレングリコール分散タイプ)、「EG−ST−ZL」(数平均粒子径が70nm〜100nmのエチレングリコール分散タイプ)、「NPC−ST」(数平均粒子径が10nm〜15nmのエチレングリコールモノプロピルエーテール分散タイプ)が挙げられる。
上述した各種のコロイダルシリカは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述した成分(B)に対する成分(D)の質量比((D)/(B))は、親水性と強度の観点から、50/100以上10000/100以下が好ましく、110/100以上1000/100以下がより好ましく、150/100以上300/100以下がさらに好ましい。質量比をこのような範囲とすることで、得られる分離膜の親水性、撥油性、強度が向上する傾向にある。
成分(D)成分に対する上述した成分(C)の質量比((C)/(D))は、1/100以上1000/100以下が好ましく、10/100以上200/100以下がより好ましく、40/100以上120/100以下がさらに好ましい。質量比が1/100以上であることで、得られる分離膜は、流水中でも親水性撥油性を維持できることに起因して、耐エロージョン性が向上する傾向にある。
〔用途〕
本実施形態の分離膜は、油水分離に用いられることが好ましく、工場排水、家庭排水、資源掘時の排水等に対する油水分離に用いられることがより好ましい。なお、油水分離とは、油が混入した水から、油を分離することである。
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて本実施形態をより詳細に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。後述する合成例、実施例、及び比較例における、各種物性及び評価は下記の方法で測定した。なお、本実施例及び比較例において、特に断りがない限り、「%」及び「部」は質量基準である。
(物性1)水中での数平均粒子径(nm)
重合体エマルジョン粒子の試料を、試料中の固形分含有量が、0.1質量%以上20質量%以下となるように精製水を加えて希釈し、湿式粒度分析計(日機装社製、商品名「マイクロトラックUPA−9230」)を用いて測定した。
(物性2)重量平均分子量
加水分解性珪素化合物の加水分解縮合物の試料を、東ソー社製 HLC−8220GPC(カラム:TSKgel superAWM−H、溶離液:DMF(LiBr 5mmol/L、試料量 50μl(1mg/mL)、検出器:RI、ポリスチレン換算分子量)を用いて測定した。
(物性3)水接触角(度)
厚み100μmのPETフィルム上にコーティング組成物を塗布し、室温の大気開放系の環境下で24時間乾燥させた。その後、塗布した表面に脱イオン水の水滴を乗せ、23℃で10秒間放置した後、接触角測定装置(協和界面科学社製 DM−501型接触角計)を用いて測定した。
(物性4)ヘキサデカン接触角(度)
厚み100μmのPETフィルム上にコーティング組成物を塗布し、室温の大気開放系の環境下で24時間乾燥させた。その後、塗布した表面に水滴を1滴垂らし、その上からヘキサデカン(和光純薬社製 試薬特級)の液滴を乗せ、23℃で10秒間放置した後、接触角測定装置(協和界面科学製 DM−501型接触角計)を用いて測定した。
(物性5)開口径
基体と分離膜の開口径は、基体又は分離膜の試料に対して、マイクロスコープ(キーエンス社製 VHX−2000)で、試料表面の開口部を無作為に10個選び出し、その開口部の最も長い径をそれぞれ計測し、それらの平均値から求めた。または、バブルポイント法で、上記と同様に計測して求めてもよい。
(評価1)分離性能
ヘキサデカンと精製水の混合物から、分離膜を介して精製水を回収し、その精製水の濾過状態と分離状態を目視で観察し、以下の基準で判定した。
◎:濾過の目詰まりが無く、回収された精製水中にヘキサデカンの分離成分が無い
○:濾過は遅いが、回収された精製水中にヘキサデカンの分離成分が無い
△:回収された精製水中にヘキサデカン相が分離している
×:分離できずに全て分離膜を通過する。
(試験1)耐久性試験
スガ試験機社製 商品名「キセノンウエザーメーターX75」で、所定のサイクル(65℃50%RH、60w/m2で112分、次に水噴霧18分)を繰り返し、計1000時間試験した。
〔合成例1〕重合体エマルジョン粒子(B−1)の合成
還流冷却器、滴下槽、温度計及び撹拌装置を有する反応器に、イオン交換水1600g、ドデシルベンゼンスルホン酸4gを投入した後、撹拌下で温度を80℃に加温した。これに、ジメチルジメトキシシラン185g、フェニルトリメトキシシラン117gの混合液を反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて滴下し、その後、反応容器中の温度が80℃の状態で約1時間撹拌した。次に、アクリル酸ブチル150g、テトラエトキシシラン30g、フェニルトリメトキシシラン145g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.3gの混合液とジエチルアクリルアミド165g、アクリル酸3g、反応性乳化剤(ADEKA社製、商品名「アデカリアソープSR−1025」、固形分25質量%水溶液)13g、過硫酸アンモニウムの2質量%水溶液40g、イオン交換水1900gの混合液とを、反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて同時に滴下した。さらに、熱養生として、反応容器中の温度を80℃の状態とし約4時間撹拌を行った。その後、室温まで冷却し、400メッシュの金網で濾過し、固形分14質量%、数平均粒子径131nmの重合体エマルジョン粒子(B−1)を得た。
〔合成例2〕重合体エマルジョン粒子(B−2)の合成
還流冷却器、滴下槽、温度計及び撹拌装置を有する反応器に、イオン交換水1600g、ドデシルベンゼンスルホン酸4gを投入した後、撹拌下で温度を80℃に加温した。これに、ジメチルジメトキシシラン185g、フェニルトリメトキシシラン117gの混合液を反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて滴下し、その後、反応容器中の温度が80℃の状態で約1時間撹拌した。次に、アクリル酸ブチル150g、テトラエトキシシラン30g、フェニルトリメトキシシラン145g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.3gの混合液とアクリル酸ブチル153g、アクリル酸15g、反応性乳化剤(ADEKA社製、商品名「アデカリアソープSR−1025」、固形分25質量%水溶液)13g、過硫酸アンモニウムの2質量%水溶液40g、イオン交換水1900gの混合液とを、反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて同時に滴下した。さらに、熱養生として、反応容器中の温度を80℃の状態とし約4時間撹拌を行った。その後、室温まで冷却し、400メッシュの金網で濾過し、固形分14質量%、数平均粒子径100nmの重合体エマルジョン粒子(B−2)を得た。
〔合成例3〕重合体エマルジョン粒子(B−3)の合成
還流冷却器、滴下槽、温度計及び撹拌装置を有する反応器に、イオン交換水1600g、ドデシルベンゼンスルホン酸4gを投入した後、撹拌下で温度を80℃に加温した。これに、ジメチルジメトキシシラン185g、フェニルトリメトキシシラン117gの混合液を反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて滴下し、その後、反応容器中の温度が80℃の状態で約1時間撹拌した。次に、アクリル酸ブチル150g、テトラエトキシシラン30g、フェニルトリメトキシシラン145g、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.3gの混合液とアクリル酸ブチル168g、反応性乳化剤(ADEKA社製、商品名「アデカリアソープSR−1025」、固形分25質量%水溶液)13g、過硫酸アンモニウムの2質量%水溶液40g、イオン交換水1900gの混合液とを、反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて同時に滴下した。さらに、熱養生として、反応容器中の温度を80℃の状態とし約4時間撹拌を行った。その後、室温まで冷却し、400メッシュの金網で濾過し、固形分14質量%、数平均粒子径180nmの重合体エマルジョン粒子(B−3)を得た。
〔合成例4〕重合体エマルジョン粒子(B−4)の合成
還流冷却器、滴下槽、温度計及び撹拌装置を有する反応容器に、水212部及びADEKA社製、商品名「アデカリアソープSE1025N」の25%水溶液1部を投入し、反応容器内を80℃とした。次に、アクリル酸2部、ダイアセトンアクリルアミド2部、メタクリル酸メチル51部、アクリル酸ブチル5部、2-ヒドロキシメタクリル酸エチル1部を混合し、該モノマー混合液に、ADEKA社製、商品名「アデカリアソープSE1025N」の25%水溶液10部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液10部の混合液をホモジナイザーによりプレ乳化液とし、滴下槽より反応容器中へ2時間かけて添加した。添加中及び添加が終了してからさらに1時間、反応容器中の温度を80℃に保った。この段階でのエマルジョンの数平均粒子径は10nmであった。引き続き、過硫酸アンモニウムの2%水溶液10部、N−イソプロピルアクリルアミド105部とメタクリル酸2−ヒドロキシエチル35部と水600部の混合液を滴下槽より該反応容器内に添加し始め、2.5時間かけて添加を終了させた。添加中及び添加終了後1時間、反応容器内液温を80℃に保った後、50℃まで冷却し、エタノールの60%水溶液780部を徐々に該反応容器内に添加した。エタノール水溶液の添加終了後室温まで冷却することによって固形分11.2質量%、数平均粒子径が100nmの重合体エマルジョン粒子(B−4)を得た。
〔合成例5〕重合体エマルジョン粒子(B−5)の合成
還流冷却器、滴下槽、温度計及び撹拌装置を有する反応容器に、水212部及びADEKA社製、商品名「アデカリアソープSE1025N」の25%水溶液1部を投入し、反応容器内を80℃とした。次に、アクリル酸2部、ダイアセトンアクリルアミド2部、メタクリル酸メチル51部、アクリル酸ブチル5部、2-ヒドロキシメタクリル酸エチル1部を混合し、該モノマー混合液に、ADEKA社製、商品名「アデカリアソープSE1025N」の25%水溶液10部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液10部の混合液をホモジナイザーによりプレ乳化液とし、滴下槽より反応容器中へ2時間かけて添加した。添加中及び添加が終了してからさらに1時間、反応容器中の温度を80℃に保った。この段階でのエマルジョンの数平均粒径は10nmであった。引き続き、アクリル酸ブチル150部、テトラエトキシシラン30部、フェニルトリメトキシシラン145部、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.3部の混合液とジエチルアクリルアミド165部、アクリル酸3部、反応性乳化剤(ADEKA社製、商品名「アデカリアソープSR−1025」、固形分25質量%水溶液)13部、過硫酸アンモニウムの2質量%水溶液40部、イオン交換水1900部の混合液とを、反応容器中の温度を80℃に保った状態で約2時間かけて同時に滴下した。さらに、熱養生として、反応容器中の温度を80℃の状態とし約4時間撹拌を行った。その後、室温まで冷却し、400メッシュの金網で濾過し、イオン交換水で調整して固形分10質量%、数平均粒子径90nmの重合体エマルジョン粒子(B−5)を得た。
〔実施例1〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラエトキシシラン(信越化学工業社製)をSiO2換算濃度で16質量%となるように、1mol/L硝酸水溶液をテトラエトキシシランの20倍モルとなるように、2−プロパノールに添加した。これを、30℃で48時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。次に、合成例1で合成した重合体エマルジョン粒子(B−1)と、金属酸化物(D)として平均粒子径5nmの水分散コロイダルシリカ(日産化学工業社製、商品名「スノーテックスOXS(表中、「ST−OXS」と記載する)」、固形分10質量%)と、縮合物(C‘)とを、表1に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように20%エタノール水で調整してからコーティング組成物(1)を得た。なお、表1中の「D/B/C’比率」とは、組成比(コーティング組成物の固形分換算で計算した各成分の質量比率と同様)として、金属酸化物(D)の質量と重合体エマルジョン粒子(B−1)〜(B−7)の質量と加水分解性珪素化合物の縮合物(C’)の質量とを比率で表したものである。なお、(C’)は、加水分解性珪素化合物(C)の加水分解縮合物とする。(C’)の分子量測定を行ったところ、重量平均分子量39500であった。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm、表中「SUS #200」と示す。)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(1)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(1)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬社製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し(方法1)、1分間ヘキサデカンが分離膜を通過しないことを目視で確認した。次に、精製水2ccを計量して、ヘキサデカン相の上から滴下する。その際に、分離膜を通して精製水が回収でき、回収された液体中に相分離が発生しなかったことからヘキサデカンが分離膜を通過しなかったことを確認し、分離性能を評価した。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例2〕
SUSメッシュ(#100、開口径200μm、表中「SUS #100」と示す。)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(1)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(1)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は180μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例3〕
SUSメッシュ(#400、開口径50μm、表中「SUS #400」と示す。)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(1)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(1)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は25μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例4〕
不織布(ポリエステル/ナイロン製、目付85g/m2、厚み0.5mm、最大開口径60μm、表中「不織布−1」と示す。)をコーティング組成物(1)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物の乾燥被膜重量は1g/m2で、開口径は50μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、ヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し、次に、精製水2ccを計量して、ヘキサデカン相の上から滴下した(方法2)。その際に、分離膜を通して精製水が回収でき、回収された液体中に相分離が発生しなかったことからヘキサデカンが分離膜を通過しなかったことを確認し、分離性能を評価した。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔比較例1〕
不織布(ポリエステル/ナイロン製、目付85g/m2、厚み0.5mm、最大開口径60μm)のみを分離膜として、セパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、ヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し、次に、精製水2ccを計量して、ヘキサデカン相の上から滴下した(方法2)が、精製水が分離膜を通過しなかったことを確認し、分離性能を評価した。この結果を表3に示す。
〔実施例5〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラメトキシシランオリゴマー(三菱化学社製、商品名「MS56」)をSiO2換算濃度で16質量%となるように、1mol/L硝酸水溶液を「テトラメトキシシランオリゴマーMS56」の20倍モルとなるように、2−プロパノールに添加した。これを、30℃で48時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。次に、重合体エマルジョン粒子(B−6)(アクリルエマルジョン、固形分32%、pH8.0、酸価39、ガラス転移温度74℃、最低成膜温度10℃)と、縮合物(C‘)とを、表1に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように20%エタノール水で調整してコーティング組成物(2)を得た。(C’)の分子量測定を行ったところ、重量平均分子量42500であった。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(2)に5秒間浸漬する。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(2)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし。精製水で分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例6〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラエトキシシラン(信越化学工業社製)をSiO2換算濃度で16質量%となるように、1mol/L硝酸水溶液をテトラエトキシシランの20倍モルの水となるように、2−プロパノールに添加した。これを、60℃で96時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。合成例1で合成した重合体エマルジョン粒子(B−1)と、金属酸化物(D)として平均粒子径5nmの水分散コロイダルシリカ(商品名「スノーテックスOXS(表中、「ST−OXS」と記載する)」、日産化学工業(株)製、固形分10質量%)と、縮合物(C‘)とを、表1に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように20%エタノール水で調整してコーティング組成物(3)を得た。(C’)の分子量測定を行ったところ、重量平均分子量500000であった。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(3)に5秒間浸漬する。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(3)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5ccを計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例7〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラエトキシシラン(信越化学工業社製)をSiO2換算濃度で16質量%となるように、0.1mol/L硝酸水溶液をテトラエトキシシランの4倍モルの水となるように、2−プロパノールに添加した。これを、25℃で24時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。合成例1で合成した重合体エマルジョン粒子(B−1)と、金属酸化物(D)として平均粒子径5nmの水分散コロイダルシリカ(日産化学工業社製、商品名「スノーテックスOXS(表中、「ST−OXS」と記載する)」、固形分10質量%)と、縮合物(C‘)とを、表1に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように80%エタノール水で調整してコーティング組成物(4)を得た。(C’)の分子量測定を行ったところ、重量平均分子量9900であった。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(4)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(4)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5ccを計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例8〕
合成例2で合成した重合体エマルジョン粒子(B−2)を固形分6%となるように20%エタノール水で調整してコーティング組成物(5)を得た。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(5)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(5)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5ccを計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表1に示す。
〔実施例9〜実施例15〕
コーティング組成物の組成の種類及び組成比を表1、2に記載の比率とした以外は、実施例1と同様の方法でコーティング組成物を作製し(コーティング組成物(6)〜(12))、実施例1と同様に評価した。それらの結果を表1、2に示す。
〔実施例16〕
不織布を変更(ポリエステル/ナイロン製、目付100g/m2、厚み0.4mm、最大開口径50μm、表中「不織布−2」と示す。)した以外は、実施例3と同様の方法でコーティング組成物を作製し(コーティング組成物(13))て、実施例3と同様に評価した。それらの結果を表2に示す。
〔実施例17〕
不織布を(ポリエステル/ナイロン製、目付250g/m2、厚み3.1mm、最大開口径110μm、表中「不織布−3」と示す。)変更した以外は実施例3と同様の方法でコーティング組成物を作製し(コーティング組成物(14))て、実施例3と同様に評価した。それらの結果を表2に示す。
〔実施例18〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラメトキシシランオリゴマー(三菱化学社製、商品名「MS56」)をSiO2換算濃度で16質量%となるように、1mol/L硝酸水溶液をテトラメトキシシランオリゴマーの20倍モルのとなるように、2−プロパノールに添加した。これを、30℃で48時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。次に、重合体エマルジョン粒子(B−6)(固形分32%、pH8.0、酸価39、ガラス転移温度74℃、最低成膜温度10℃)に上記縮合物(C‘)を加え、(B−6)の周囲に(C’)のシェル層を形成した。引き続き球状の金属酸化物(D)として平均粒子径4nmの水分散コロイダルシリカ(NalcoCompany社製、商品名「NALCO1115」、固形分16.5質量%)を、表2に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように20%エタノール水で調整してコーティング組成物(15)を得た。(C’)の分子量測定を行ったところ、重量平均分子量42500であった。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(15)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング液の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5ccを計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表2に示す。
〔実施例19〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラメトキシシランオリゴマー(三菱化学社製、商品名「MS56」)をSiO2換算濃度が16質量%となるように、1mol/L硝酸水溶液をテトラメトキシシランオリゴマーの20倍モルとなるように、2−プロパノールに添加した。これを、30℃で48時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。次に、重合体エマルジョン粒子(B−7)(第一工業製薬社製、商品名「スーパーフレックス126」)に20%エタノール水を加えて固形分を10%に調整し、上記縮合物(C‘)を加え、(B−7)の周囲に(C’)のシェル層を形成した。引き続き球状の金属酸化物(D)として平均粒子径4nmの水分散コロイダルシリカ(NalcoCompany社製、商品名「NALCO1115」、固形分16.5質量%)を、表2に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように20%エタノール水で調整してコーティング組成物(16)を得た。(C’)の分子量測定を行ったところ、重量平均分子量42500であった。
SUSメッシュ(#200、開口径100μm)をアセトンと水で洗浄した後で、コーティング組成物(16)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング組成物(16)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、精製水で分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し(方法1)、分離性能を評価した。その結果を表1に示す。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表2に示す。
〔比較例2〕
不織布(ポリエステル/ナイロン製、目付85g/m2、厚み0.5mm、最大開口径60μm)を10cm×10cmに切り出したものを、予め窒素ガスを飽和させたアクリル酸20質量%、蒸留水76.7質量%、ベンゾフェノン0.2質量%、硫酸第1鉄0.1質量%、及びノニオン系界面活性剤3.0質量%よりなる溶液中に、室温下で、10分間浸漬した。浸漬後の不織布から過剰の溶液を除去した後、低圧水銀ランプを用いて5分間の紫外線照射することにより、グラフト化された分離膜を得た。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5cc計量して分離膜上に滴下し(方法1)、1分間ヘキサデンカンが分離膜を通過しなかったことを目視で確認した。次に、精製水2ccを計量して、ヘキサデカン相の上から滴下した。その際に、分離膜を通して精製水が回収でき、回収された液体中に相分離が発生しなかったことからヘキサデカンが分離膜を通過しなかったことを確認し、分離性能を評価した。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表3に示す。
〔比較例3〕
加水分解性珪素化合物(C)としてのテトラエトキシシラン(信越化学工業社製)をSiO2換算濃度で16質量%となるように、1mol/L硝酸水溶液をテトラエトキシシランの20倍モルの水となるように、2−プロパノールに添加した。これを、30℃で48時間反応を行って縮合物(C‘)を得た。金属酸化物(D)として数平均粒子径10nmのシリカ被覆酸化チタンヒドロゾル(石原産業(株)社製、商品名「TSK−5」、固形分30%)を表3に記載の固形分質量比となるよう混合し、固形分6%となるように20%エタノール水で調整してからコーティング組成物(18)を得た。(C’)の分子量は重量平均分子量39500であった。
不織布(ポリエステル/ナイロン製、目付85g/m2、厚み0.5mm、最大開口径60μm)をコーティング組成物(18)に5秒間浸漬する。引き揚げた後に室温下で乾燥して分離膜を得た。その時のコーティング液の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は80μmであった。さらに、UVライト(フナコシ社製、商品名「UVL−56 Handheld UV Lamp」、消費電力:6w、紫外線出力:0.16Amps、照射する紫外光の波長:365nm)を10cmの距離から3時間照射して親水化した分離膜を得た。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5ccを計量して分離膜上に滴下し(方法1)、1分間ヘキサデンカンが分離膜を通過しないことを目視で確認した。次に、精製水2ccを計量して、ヘキサデカン相の上から滴下した。その際に、分離膜を通して精製水が回収でき、回収された液体中に相分離が発生しなかったことからヘキサデカンが分離膜を通過しなかったことを確認し、分離性能を評価した。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を上記と同様に評価した。それらの結果を表3に示す。
〔比較例4〕
金属酸化物(D)としてγ―アルミナ(大明化学工業株式会社製、商品名「TM−300」)と、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、商品名「KBM−503」)で表面変性された酸化ジルコニウム粒子(日本電工社製、商品名「PCS」)のメタノール分散液を、超音波ホモジナイザーにて作製した。平均体積平均粒子径が40nmとなるように分散し、全固形分に対するγ―アルミナの固形分比率が70質量%となるように配合し、次に、加水分解性珪素化合物(C)としてテトラエトキシシラン(信越化学工業社製)を全固形分に対して3質量%加え、最後に全固形分が5質量%になるようにメタノールを加えてコーティング組成物(19)を調整した。
不織布(ポリエステル/ナイロン製、目付85g/m2、厚み0.5mm、最大開口径60μm)をコーティング組成物(19)に5秒間浸漬した。引き揚げた後に室温下で乾燥した。その時のコーティング組成物(19)の乾燥被膜質量は1g/m2で、開口径は90μmであった。次に、200kVの加速電圧で電子線を5Mrad照射して分離膜を得た。得られた分離膜をセパレート型の濾過装置の金属濾過板の上にセットし、分離膜を精製水で僅かに湿らせた後、次にヘキサデカン(和光純薬製 試薬特級)を5ccを計量して分離膜上に滴下し(方法1)、1分間ヘキサデンカンが分離膜を通過しないことを目視で確認した。次に、精製水2ccを計量して、ヘキサデカン相の上から滴下した。その際に、分離膜を通して精製水が回収でき、回収された液体中に相分離が発生しなかったことからヘキサデカンが分離膜を通過しなかったことを確認し、分離性能を評価した。さらに、分離膜に対して耐久性試験(試験1)を実施し、得られた分離膜の分離性能を同様に評価した。それらの結果を表3に示す。
〔比較例5〕
基体をSUSメッシュ(#50、開口径400μm、表中「SUS #50」と示す。)に変更した以外は実施例1と同様にして分離膜を得た。また、実施例1と同様に、分離性能を評価し、耐久性試験を実施した後の分離性能も評価した。それらの結果を表3に示す。
Figure 2016107231
Figure 2016107231
Figure 2016107231
表1〜3に示すように、各実施例の分離膜は、親水性及び撥油性を有し、耐久性に優れ、高温処理又はUV処理が不要であることが分かった。
本発明に係る分離膜は、工場排水、家庭排水、資源掘時の排水等の油水分離処理材等として利用することができる可能性を有している。

Claims (7)

  1. 基体と、該基体の表面に位置する被膜と、を有し、
    前記基体の開口径が、0.1μm以上200μm以下であり、
    前記被膜は、非フッ素系親水材料を含む、分離膜。
  2. 前記分離膜の開口径が、20μm以上120μm以下である、請求項1に記載の分離膜。
  3. 前記非フッ素系親水材料は、アクリルエマルジョン粒子、スチレンエマルジョン粒子、アクリルスチレンエマルジョン粒子、アクリルシリコンエマルジョン粒子、シリコンエマルジョン粒子、及びウレタン樹脂エマルジョン粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の非フッ素系親水材料である、請求項1又は2に記載の分離膜。
  4. 前記被膜は、加水分解性珪素化合物の縮合物をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の分離膜。
  5. 前記加水分解性珪素化合物の縮合物の重量平均分子量が、8000以上500000未満である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の分離膜。
  6. 前記被膜は、金属酸化物微粒子をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の分離膜。
  7. 油水分離に用いられる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の分離膜。
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