JP2021020145A - Separation membrane and method of manufacturing the same - Google Patents

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皓一 高田
Koichi Takada
皓一 高田
弘希 栄村
Hiroki Sakaemura
弘希 栄村
花川 正行
Masayuki Hanakawa
正行 花川
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Abstract

To provide a separation membrane capable of achieving high membrane strength and permeation performance in addition to excellent separation performance.SOLUTION: A separation membrane of the present invention is composed predominantly of polyarylene sulfide, and includes a hydrophilic macromolecule as an accessory component. The mass ratio of the hydrophilic macromolecule to the polyarylene sulfide, which is obtained by IR measurement, is in the range of 0.01-0.20.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、分離膜および分離膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a separation membrane and a method for producing the separation membrane.

分離膜は、海水や下廃水から濁質やイオン等を除去して工業用水や飲料水を製造するための水処理用途をはじめ、幅広い分野で活用されているが、近年の技術の進歩に伴い、耐熱性、耐圧性および耐薬品性といった、膜強度の一層の向上が要求される状況にある。 Separation membranes are used in a wide range of fields, including water treatment applications for producing industrial water and drinking water by removing turbidity and ions from seawater and sewage wastewater, but with recent technological advances. , Heat resistance, pressure resistance and chemical resistance are required to be further improved in film strength.

成形性を維持しながらも、膜強度が極めて優れる分離膜として、ポリアリーレンスルフィドをその成分とする分離膜が知られている(特許文献1〜6)。例えば、特許文献6においては、熱誘起相分離により作製したポリアリーレンスルフィドの限外ろ過膜を延伸し、膜強度を向上させる方法が記載されている。 As a separation membrane having extremely excellent membrane strength while maintaining moldability, a separation membrane containing polyarylene sulfide as a component thereof is known (Patent Documents 1 to 6). For example, Patent Document 6 describes a method of stretching an ultrafiltration membrane of polyarylene sulfide produced by heat-induced phase separation to improve the membrane strength.

特開昭60−248202号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-248202 Public Relations 特開2014−189747号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-189747 特開昭58−67733号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-67733 Public Relations 特開2010−254943号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-254943 国際公開第2015/141540号International Publication No. 2015/141540 特開平7−500527号広報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-500527 Public Relations

しかしながら、ポリアリーレンスルフィドを成分とする従来の分離膜では、必要十分な膜強度を達成可能ではあるものの、その孔径の微細化が実現できておらず、ナノろ過膜レベルの分離性能が得られない。そのため、優れた分離性能と、高い透過性能、および高い膜強度を合わせ持つ分離膜が得られていない。特許文献6に記載の方法においては、ポリアリーレンスルフィドと溶媒がすでに相分離した不均一な状態であり、ポリアリーレンスルフィドの配向を高めるような延伸を行うことができない。また、延伸により透過性能に大きな変化がないことが言及されているが、延伸と分離性能およびポリマーの配向の関係について示していない。 However, although the conventional separation membrane containing polyarylene sulfide as a component can achieve the necessary and sufficient film strength, the pore size cannot be miniaturized and the separation performance at the nanofiltration membrane level cannot be obtained. .. Therefore, a separation film having excellent separation performance, high permeation performance, and high film strength has not been obtained. In the method described in Patent Document 6, the polyarylene sulfide and the solvent are already in a non-uniform state of phase separation, and stretching that enhances the orientation of the polyarylene sulfide cannot be performed. In addition, although it is mentioned that there is no significant change in permeation performance due to stretching, the relationship between stretching and separation performance and polymer orientation is not shown.

そこで本発明は、ナノろ過膜レベルの優れた分離性能を有しながら、高い膜強度を示し、さらには顕著な透過性能をも併せ持つ、分離膜およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a separation membrane and a method for producing the same, which have excellent separation performance at the nanofiltration membrane level, exhibit high membrane strength, and also have remarkable permeation performance.

ポリアリーレンスルフィドを主成分とし、副成分として親水性高分子を含み、前記ポリアリーレンスルフィドに対する、前記親水性高分子の比率が0.01〜0.20の範囲内である、分離膜を提供する。 Provided is a separation membrane containing polyarylene sulfide as a main component and a hydrophilic polymer as an auxiliary component, and the ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide is in the range of 0.01 to 0.20. ..

本発明によれば、優れた分離性能に加えて、高い膜強度および透過性能が実現可能な、分離膜を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a separation film capable of achieving high film strength and permeation performance in addition to excellent separation performance.

(分離膜の組成)
本発明の分離膜は、ポリフェニレンスルフィド(以下、「PPS」)をはじめとするポリアリーレンスルフィド(以下、「PAS」)を主成分とすることを必要とする。
(Composition of separation membrane)
The separation membrane of the present invention needs to contain polyphenylene sulfide (hereinafter, "PAS") and other polyarylene sulfides (hereinafter, "PAS") as main components.

ここで「PASを主成分とする」とは、分離膜の全成分中において、質量的に最も多く含有される成分がPASであることをいう。 Here, "containing PAS as a main component" means that PAS is the component contained most in mass among all the components of the separation membrane.

本発明の分離膜が含有するPASの重量平均分子量(Mw)は、成形性を考慮しつつ、膜強度等の機械特性を高めるため、1万〜20万であることが好ましく、3万〜20万であることがより好ましく、8万〜20万であることがさらに好ましい。なおPASの重量平均分子量(Mw)は、サイズ排除クロマトグラフィーの一種であるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」)により、ポリスチレン換算で算出することができる。 The weight average molecular weight (Mw) of PAS contained in the separation membrane of the present invention is preferably 10,000 to 200,000 in order to enhance mechanical properties such as film strength while considering moldability, and is preferably 30,000 to 20. It is more preferably 10,000, and even more preferably 80,000 to 200,000. The weight average molecular weight (Mw) of PAS can be calculated in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (hereinafter, “GPC”), which is a type of size exclusion chromatography.

分離膜が含有する樹脂全体に占めるPASの割合は、耐熱性、耐圧性および耐薬品性等を高めるため、70〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましく、90〜100質量%がさらに好ましい。 The ratio of PAS to the entire resin contained in the separation membrane is preferably 70 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, and 90 to 100% by mass in order to enhance heat resistance, pressure resistance, chemical resistance, and the like. Is even more preferable.

本発明の分離膜は、副成分として、親水性高分子を含有する。ここで「親水性高分子」とは、親水基を有する高分子であって、かつ、その高分子からなる皮膜と水との接触角が、60°以下となるようなものをいう。ここで「親水基」とは、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、ピロリドン基またはアミド基をいう。親水性高分子としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリル酸メチル、ポリ脂肪酸酸ビニル、ポリビニルピロリドン、セルロースエステル、セルロースエーテル、ポリエチレンオキシドもしくはポリプロピレンオキシドまたはそれらの共重合体等が挙げられるが、ポリアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、セルロースエステル、セルロースエーテルまたは脂肪酸ビニルとビニルピロリドンとの共重合体が好ましい。ポリアミドとしては、例えば、ナイロン6またはナイロン11等が挙げられる。セルロースエステルとしては、例えば、セルロースアセテート、セルロースプロピオネートもしくはセルロースブチレート等のセルロースエステル、セルロースアセテートプロピオネートまたはセルロースアセテートブチレート等が挙げられる。 The separation membrane of the present invention contains a hydrophilic polymer as a subcomponent. Here, the "hydrophilic polymer" refers to a polymer having a hydrophilic group, and the contact angle between the film made of the polymer and water is 60 ° or less. Here, the "hydrophilic group" refers to a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group, a pyrrolidone group or an amide group. Examples of the hydrophilic polymer include polyester, polyamide, methyl polyacrylate, vinyl polyfatty acid acid, polyvinylpyrrolidone, cellulose ester, cellulose ether, polyethylene oxide or polypropylene oxide, or a copolymer thereof. Polyamide , Polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, cellulose ester, cellulose ether or a copolymer of fatty acid vinyl and vinylpyrrolidone is preferred. Examples of the polyamide include nylon 6 and nylon 11. Examples of the cellulose ester include cellulose esters such as cellulose acetate, cellulose propionate or cellulose butyrate, cellulose acetate propionate or cellulose acetate butyrate.

GPC測定により算出される副成分の重量平均分子量(Mw)は、5000〜8万であることが好ましい。重量平均分子量(Mw)が5000以上であることで、後述する浸漬工程での溶出が抑制され、かつ、分離膜の膜強度が十分なものとなる。一方で、重量平均分子量(Mw)が8万以下であることで、溶融粘度が過度に高くならず、安定した溶融製膜が可能となる。 The weight average molecular weight (Mw) of the subcomponent calculated by GPC measurement is preferably 5000 to 80,000. When the weight average molecular weight (Mw) is 5000 or more, elution in the dipping step described later is suppressed, and the membrane strength of the separation membrane becomes sufficient. On the other hand, when the weight average molecular weight (Mw) is 80,000 or less, the melt viscosity does not become excessively high, and stable melt film formation becomes possible.

本発明の分離膜は、高い膜強度と高い透水性を両立するために、主成分であるポリアリーレンスルフィドに対する副成分である親水性高分子の質量比率が、0.01〜0.20の範囲内である。主成分に対する副成分の比率は、IR測定で求めることができる。主成分に対する副成分の比率は、0.03〜0.15が好ましく、0.05〜0.15がより好ましい。 In the separation membrane of the present invention, in order to achieve both high membrane strength and high water permeability, the mass ratio of the hydrophilic polymer as a sub-component to the main component polyarylene sulfide is in the range of 0.01 to 0.20. Is inside. The ratio of the sub-component to the main component can be determined by IR measurement. The ratio of the sub-component to the main component is preferably 0.03 to 0.15, more preferably 0.05 to 0.15.

(分離膜の性能および構造)
本発明の分離膜は、2価イオン阻止率が5%以上であるこが好ましいが、分離性能を高めるため、2価イオン阻止率が10%以上であることがより好ましく、20%以上であることがさらに好ましく、35%以上であることがよりさらに好ましい。
(Performance and structure of separation membrane)
The separation membrane of the present invention preferably has a divalent ion blocking rate of 5% or more, but in order to enhance separation performance, the divalent ion blocking rate is more preferably 10% or more, and it is 20% or more. Is even more preferable, and 35% or more is even more preferable.

ここで「2価イオン阻止率」とは、10質量%のイソプロピルアルコール水溶液に1時間浸漬して親水化した分離膜に、濃度2,000ppmの硫酸マグネシウム水溶液を供給水として温度25℃、操作圧力0.75MPaで供給してろ過処理したときの、硫酸マグネシウム阻止率をいう。
なお分離膜の膜厚は、液体窒素で凍結した分離膜をカミソリまたはミクロトーム等で割断した分離膜の断面Zを、走査型電子顕微鏡で撮影し、無作為に選択した10箇所の膜厚を測定し、その平均値として算出することができる。分離膜の膜厚は、膜強度と透過性能とを両立させるため、2〜70μmであることが好ましく、10〜60μmであることがより好ましく、15〜50μmであることがさらに好ましい。
Here, the "divalent ion blocking rate" refers to a separation membrane that has been hydrophilized by immersing it in a 10 mass% isopropyl alcohol aqueous solution for 1 hour, using a magnesium sulfate aqueous solution having a concentration of 2,000 ppm as feed water at a temperature of 25 ° C. and an operating pressure. It refers to the magnesium sulfate inhibition rate when supplied at 0.75 MPa and filtered.
As for the film thickness of the separation membrane, the cross section Z of the separation membrane obtained by cutting the separation membrane frozen in liquid nitrogen with a razor or a microtome was photographed with a scanning electron microscope, and the film thickness at 10 randomly selected locations was measured. Then, it can be calculated as the average value. The film thickness of the separation film is preferably 2 to 70 μm, more preferably 10 to 60 μm, and further preferably 15 to 50 μm in order to achieve both film strength and permeation performance.

本発明の分離膜は、膜強度および分離性能と、透過性能とを両立させるため、空隙率が5〜45%であることが好ましく、10〜40%であることがより好ましく、15%〜30%であることがさらに好ましい。 The separation membrane of the present invention preferably has a porosity of 5 to 45%, more preferably 10 to 40%, and more preferably 15% to 30%, in order to achieve both membrane strength and separation performance and permeation performance. It is more preferably%.

空隙率εは、25℃の条件下で8時間真空乾燥した、分離膜の密度をρ(g/cm)、分離膜が含有する樹脂の密度をρ(g/cm)としたとき、下記の式(2)により算出することができる。 For the porosity ε, the density of the separation membrane was ρ 1 (g / cm 3 ) and the density of the resin contained in the separation membrane was ρ 2 (g / cm 3 ) after vacuum drying for 8 hours under the condition of 25 ° C. Then, it can be calculated by the following formula (2).

ε(%)=(1−ρ/ρ)×100 ・・・式(2)
より具体的には、例えば分離膜の形状が中空糸、すなわち分離膜が中空糸膜である場合には、中空糸膜の密度ρは、中空糸膜の長さL(m)を測定後、25℃の条件下で8時間真空乾燥した中空糸膜の質量M(g)を測定し、さらに中空糸膜の外径をD(μm)、内径をD(μm)としたとき、下記の式(3)により算出することができる。
ε (%) = (1-ρ 1 / ρ 2 ) × 100 ・ ・ ・ Equation (2)
More specifically, for example, when the shape of the separation membrane is a hollow fiber, that is, the separation membrane is a hollow fiber membrane, the density ρ 1 of the hollow fiber membrane is determined after measuring the length L (m) of the hollow fiber membrane. When the mass M (g) of the hollow fiber membrane dried in vacuum for 8 hours under the condition of 25 ° C. was measured, and the outer diameter of the hollow fiber membrane was D 1 (μm) and the inner diameter was D 2 (μm). It can be calculated by the following formula (3).

ρ(g/cm)=M/[π×{(D/2)−(D/2)}×L]×10 ・・・式(3)

なお中空糸膜の外径Dおよび内径Dは、前記の断面Zを走査型電子顕微鏡で撮影し、無作為に選択した10箇所の外径および内径を測定し、それぞれの平均値として算出することができる。また中空率は、算出した中空糸膜の外径D(μm)および内径D(μm)の値から、下記の式(4)により算出することができる。
ρ 1 (g / cm 3) = M / [π × {(D 1/2) 2 - (D 2/2) 2} × L] × 10 6 ··· formula (3)

The outer diameter D 1 and inner diameter D 2 of the hollow fiber membrane are calculated by photographing the cross section Z with a scanning electron microscope, measuring the outer diameter and inner diameter of 10 randomly selected points, and calculating the average value of each. can do. The hollow ratio can be calculated by the following formula (4) from the calculated values of the outer diameter D 1 (μm) and the inner diameter D 2 (μm) of the hollow fiber membrane.

中空率(%)=(D /D )×100 ・・・式(4)
本発明の分離膜の形状は特に限定されないが、中空糸形状の分離膜(以下、「中空糸膜」)または、平面形状の膜(以下、「平膜」)が好ましく採用される。このなかでも、中空糸膜は効率良くモジュールに充填することが可能であり、モジュールの単位体積当たりの有効膜面積を大きくとることができるためより好ましい。
Hollow ratio (%) = (D 2 2 / D 1 2) × 100 ··· Equation (4)
The shape of the separation membrane of the present invention is not particularly limited, but a hollow fiber-shaped separation membrane (hereinafter, “hollow fiber membrane”) or a flat membrane (hereinafter, “flat membrane”) is preferably adopted. Among these, the hollow fiber membrane is more preferable because it can be efficiently filled in the module and the effective film area per unit volume of the module can be increased.

中空糸膜の外径Dは、中空糸膜をモジュールに充填した際の有効膜面積と、膜強度とを高めるため、20〜200μmであることが好ましく、40〜150μmであることがより好ましい。また中空率は、中空部を流れる流体の圧力損失と、座屈圧との関係から、3〜70%であることが好ましく、10〜70%であることがより好ましい。 The outer diameter D 1 of the hollow fiber membrane is preferably 20 to 200 μm, more preferably 40 to 150 μm in order to increase the effective film area and the film strength when the hollow fiber membrane is filled in the module. .. The hollow ratio is preferably 3 to 70%, more preferably 10 to 70%, from the relationship between the pressure loss of the fluid flowing through the hollow portion and the buckling pressure.

本発明の分離膜は、厚み方向の断面を顕微IRで測定して得られる、厚み方向中央部における前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率をC、前記断面の一方の表面部における前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率をS、前記断面の他方の表面部における前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率をSとしたとき、 C/S または C/Sの値が、0.80〜1.20の範囲内ここで、前記C/S及び前記C/Sのいずれもが0.8〜1.2であることが好ましい。また、C/SおよびC/Sの値は、0.85〜1.15の範囲内であることがより好ましく、0.90〜1.10の範囲内であることがさらに好ましい。 In the separation membrane of the present invention, the mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide in the central portion in the thickness direction is C, which is obtained by measuring the cross section in the thickness direction by micro IR, and the mass ratio of the hydrophilic polymer is C, and one surface portion of the cross section. When the mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide is S 1 , and the mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide on the other surface portion of the cross section is S 2 , C / S 1 or The value of C / S 2 is in the range of 0.80 to 1.20. Here, it is preferable that both C / S 1 and C / S 2 are 0.8 to 1.2. Further, the values of C / S 1 and C / S 2 are more preferably in the range of 0.85 to 1.15, and further preferably in the range of 0.99 to 1.10.

本発明の分離膜は、透過性能と分離性能とを両立させるため、曲路率が5〜500であることが好ましく、十分な透過性能を維持しつつ分離性能をより高めるため、20〜250であることがより好ましく、40〜100であることがさらに好ましく、40〜60が特に好ましい。曲路率は、分離膜内の流路の直線性を示す物性値である。透過性の観点からは、曲路率の値は小さいほど好ましいが、理論上の下限値は1.0となる。 The separation membrane of the present invention preferably has a bending ratio of 5 to 500 in order to achieve both permeation performance and separation performance, and is 20 to 250 in order to further enhance the separation performance while maintaining sufficient permeation performance. It is more preferably present, more preferably 40 to 100, and particularly preferably 40 to 60. The curvature ratio is a physical characteristic value indicating the linearity of the flow path in the separation membrane. From the viewpoint of transparency, the smaller the value of the curve ratio is, the more preferable it is, but the theoretical lower limit is 1.0.

分離膜の曲路率は、分離膜の孔の空隙(m)をD、空隙率(%)をε、透過係数(m)をkとしたとき、下記の式(5)により算出することができる。 The curvature ratio of the separation membrane is calculated by the following formula (5), where D is the porosity (m) of the pores of the separation membrane, ε is the porosity (%), and k is the transmission coefficient (m 2 ). Can be done.

曲路率(−)=(D/4)×√(ε/100/2k) ・・・式(5)
kは、分離膜の形状が平膜の場合、下記の式(6)により算出することができる。またkは、分離膜が中空糸膜の場合、下記の式(7)により算出することができる。
Curve rate (-) = (D / 4) x √ (ε/100 / 2k) ・ ・ ・ Equation (5)
When the shape of the separation membrane is a flat membrane, k can be calculated by the following formula (6). Further, k can be calculated by the following formula (7) when the separation membrane is a hollow fiber membrane.

k(m)=Q×μ×x/(P×A) ・・・式(6)
k(m)=(Q×μ×ln(D/D))/(2π×L×P) ・・・式(7)
ここで、Qは水の膜透過流量(m/s)、μは水の粘度(Pa・s)、xは膜厚(m)、P(Pa)は印加圧力、Aは膜面積(m)、Dは中空糸膜の外径(μm)、Dは中空糸膜の内径(μm)、Lは中空糸膜の長さ(m)、である。
k (m 2 ) = Q × μ × x / (P × A) ・ ・ ・ Equation (6)
k (m 2 ) = (Q × μ × ln (D 1 / D 2 )) / (2π × L × P) ・ ・ ・ Equation (7)
Here, Q is the membrane permeation flow rate of water (m 3 / s), μ is the viscosity of water (Pa · s), x is the film thickness (m), P (Pa) is the applied pressure, and A is the membrane area (m). 2 ), D 1 is the outer diameter of the hollow fiber membrane (μm), D 2 is the inner diameter of the hollow fiber membrane (μm), and L is the length of the hollow fiber membrane (m).

本発明の分離膜は、破断強度とイオン阻止性能を高めるため、配向度が1.04以上であることが好ましく、1.10以上であることがより好ましく、1.50以上であることがより好ましく、2.00以上であることがさらに好ましく、3.00以上であることが特に好ましい。本発明の分離膜において、ポリアリーレンスルフィド鎖が配向した密な構造をとることにより分子レベルの微細な構造を形成し、イオンを阻止可能な高い分離性能を発現したと推定している。配向度は、レーザーラマンの測定結果に基づき算出することができる。 The separation membrane of the present invention preferably has an orientation degree of 1.04 or more, more preferably 1.10 or more, and more preferably 1.50 or more in order to enhance breaking strength and ion blocking performance. It is preferably 2.00 or more, more preferably 3.00 or more, and particularly preferably 3.00 or more. It is presumed that in the separation membrane of the present invention, a fine structure at the molecular level was formed by adopting a dense structure in which polyarylene sulfide chains were oriented, and high separation performance capable of blocking ions was exhibited. The degree of orientation can be calculated based on the measurement result of laser Raman.

本発明の分離膜は、良好な膜強度を発現するために、20MPa以上の引張強度を有することが好ましい。引張強度は30MPa以上であることがより好ましく、60MPa以上であることがさらに好ましい。引張強度は高い方が好ましいが、実用上の上限は500MPaである。なお破断強度は、分離膜が中空糸膜の場合、温度20℃、湿度65%の条件下において、試料長50mm、引張速度100mm/分の条件で分離膜の長軸方向の引張試験を5回繰り返し、引張強度平均値を破断強度(引張強度)(MPa)として算出することができる。また分離膜が平膜の場合、温度20℃、湿度65%の条件下において、試料長50mm、試料幅10mm、引張速度100mm/分の条件で分離膜の長さ方向の引張試験を5回繰り返し、引張強度平均値を破断強度(MPa)として算出することができる。なお引張試験に用いる引張試験機としては、例えば、テンシロン UCT−100(オリエンテック社製)が挙げられる。 The separation membrane of the present invention preferably has a tensile strength of 20 MPa or more in order to exhibit good membrane strength. The tensile strength is more preferably 30 MPa or more, and even more preferably 60 MPa or more. Higher tensile strength is preferable, but the practical upper limit is 500 MPa. When the separation film is a hollow thread film, the breaking strength is obtained by performing a tensile test in the long axis direction of the separation film 5 times under the conditions of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65% under the conditions of a sample length of 50 mm and a tensile speed of 100 mm / min. Repeatedly, the average value of tensile strength can be calculated as breaking strength (tensile strength) (MPa). When the separation membrane is a flat membrane, the tensile test in the length direction of the separation membrane is repeated 5 times under the conditions of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65% under the conditions of a sample length of 50 mm, a sample width of 10 mm, and a tensile speed of 100 mm / min. , The average value of tensile strength can be calculated as breaking strength (MPa). Examples of the tensile tester used for the tensile test include Tencilon UCT-100 (manufactured by Orientec).

本発明の分離膜は、50kPa、25℃における膜透過流束が、1.0×10−3/m/日/MPa以上であることが好ましく、1.3×10−3/m/日/MPa以上であることがより好ましく、1.5×10−3/m/日/MPa以上であることがさらに好ましい。その算出方法については、実施例にて詳細に説明する。 The separation membrane of the present invention preferably has a membrane permeation flux of 1.0 × 10 -3 m 3 / m 2 / day / MPa or more at 50 kPa and 25 ° C., preferably 1.3 × 10 -3 m 3 / m 2 / day, more preferably at / MPa or more, further preferably 1.5 × 10 -3 m 3 / m 2 / day / MPa or more. The calculation method will be described in detail in Examples.

(分離膜の製造方法)
本発明の分離膜の製造方法は、(1)PASと、可塑剤と、親水性高分子とを溶融混練して、樹脂組成物を調製する、樹脂組成物調製工程と、(2)前記樹脂組成物を吐出口金から吐出して、20以上のドラフト比で樹脂成形物を成形する、成形工程と、(3)前記樹脂成形物を溶媒に浸漬させて分離膜を得る、浸漬工程と、を備える。
上記分離膜の製造方法は、樹脂成形体の配向度を高めるために、(2)の工程の後に、前記樹脂成形物を延伸する延伸工程を含むことが好ましい。
(Manufacturing method of separation membrane)
The method for producing a separation film of the present invention comprises (1) a resin composition preparation step of melt-kneading PAS, a plasticizer, and a hydrophilic polymer to prepare a resin composition, and (2) the resin. A molding step of discharging the composition from a discharge port to form a resin molded product at a draft ratio of 20 or more, and (3) a dipping step of immersing the resin molded product in a solvent to obtain a separation film. To be equipped.
The method for producing the separation membrane preferably includes a stretching step of stretching the resin molded product after the step (2) in order to increase the degree of orientation of the resin molded product.

また別態様の本発明の分離膜の製造方法は、(1)PASと、可塑剤と、親水性高分子とを溶融混練して、樹脂組成物を調製する、樹脂組成物調製工程と、(2)前記樹脂組成物を吐出口金から吐出して、樹脂成形物を成形する、成形工程と、(3)前記樹脂成形物を延伸する、延伸工程と、(4)前記樹脂成形物を溶媒に浸漬させて分離膜を得る、浸漬工程と、を備える。 Another method for producing the separation film of the present invention is (1) a resin composition preparation step of melt-kneading PAS, a plastic agent, and a hydrophilic polymer to prepare a resin composition, and (1) 2) A molding step of discharging the resin composition from a discharge port to form a resin molded product, (3) a stretching step of stretching the resin molded product, and (4) using the resin molded product as a solvent. It is provided with a dipping step of obtaining a separation film by dipping in.

本発明の分離膜の製造方法が供える樹脂組成物調製工程において、PASと、可塑剤と、親水性高分子とを溶融混練する方法としては、例えば、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサーまたは単軸もしくは二軸押出機等の混合機を用いる方法が挙げられるが、可塑剤や親水性高分子等の分散性を高めるため、二軸押出機が好ましく、揮発物を除去可能である、ベント孔付きの二軸押出機がより好ましい。 In the resin composition preparation step provided by the method for producing a separation membrane of the present invention, as a method for melt-kneading PAS, a plasticizer, and a hydrophilic polymer, for example, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, or a single shaft or two. A method using a mixer such as a shaft extruder can be mentioned, but a twin-screw extruder is preferable in order to improve the dispersibility of the plasticizer, the hydrophilic polymer, etc., and the two with vent holes can remove volatile substances. A shaft extruder is more preferred.

樹脂組成物調製工程において調製される樹脂組成物に占めるPASの割合は、得られる分離膜の膜強度および分離性能と、透過性能とを両立させるため、55〜90質量%が好ましく、60〜80質量%がより好ましい。 The ratio of PAS to the resin composition prepared in the resin composition preparation step is preferably 55 to 90% by mass, preferably 60 to 80%, in order to achieve both the membrane strength and separation performance of the obtained separation membrane and the permeation performance. More preferably by mass.

また樹脂組成物調製工程において調製される樹脂組成物に占める可塑剤の割合は、得られる分離膜の膜強度および分離性能と、透過性能とを両立させるため、5〜40質量%含有が好ましく、20〜40質量%がより好ましい。
樹脂組成物調製工程において調製される樹脂組成物に占める親水性ポリマーの割合は、得られる分離膜の膜強度および分離性能と、透過性能とを両立させるため、5〜30質量%含有が好ましく、10〜20質量%がより好ましい。
The proportion of the plasticizer in the resin composition prepared in the resin composition preparation step is preferably 5 to 40% by mass in order to achieve both the membrane strength and separation performance of the obtained separation membrane and the permeation performance. More preferably, it is 20 to 40% by mass.
The proportion of the hydrophilic polymer in the resin composition prepared in the resin composition preparation step is preferably 5 to 30% by mass in order to achieve both the membrane strength and separation performance of the obtained separation membrane and the permeation performance. More preferably, 10 to 20% by mass.

樹脂組成物調製工程に供される「可塑剤」とは、PASを熱可塑化する化合物をいい、好ましくは、ハンセン溶解度パラメータが15.0〜48.0MPa1/2の範囲にある、PASを熱可塑化する化合物をいう。PASとの均一な樹脂組成物を得るために、可塑剤は、ハンセン溶解度パラメータが18.0〜38.0MPa1/2の範囲であることが好ましい。ハンセン溶解度パラメータは、チャールズハンセンらによって開発されたソフト「Hansen Solubility Parameter in Practice」に収められている値を用いた。前記のソフト中にも記載がない可塑剤やポリマーの3次元ハンセン溶解度パラメータは、前記のソフトを用いたハンセン球法により算出することができる。 The "plasticizer" used in the resin composition preparation step refers to a compound that thermally plasticizes PAS, preferably a PAS having a Hansen solubility parameter in the range of 15.0 to 48.0 MPa 1/2. A compound that is thermoplastic. In order to obtain a uniform resin composition with PAS, the plasticizer preferably has a Hansen solubility parameter in the range of 18.0 to 38.0 MPa 1/2 . For the Hansen solubility parameter, the value contained in the software "Hansen Solubility Parameter in Practice" developed by Charles Hansen et al. Was used. The three-dimensional Hansen solubility parameter of a plasticizer or polymer which is not described in the above software can be calculated by the Hansen sphere method using the above software.

可塑剤としては、例えば、環状PPSオリゴマー、線状PPSオリゴマー、芳香族ポリエステル、芳香族ポリエステルオリゴマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニルエーテル、ポリスルホン、ベンゾフェノン、ジフェニルエーテル、ジフェニルスルフォン、ジフェニルスルフィド、4,4’−ジブロモビフェニル、1−フェニルナフタレン、2,5−ジフェニル−1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ジフェニルオキサゾール、トリフェニルメタノール、N,N−ジフェニルホルムアミド、ベンジル、アントラセン、4−ベンゾイルビフェニル、ジベンゾイルメタン、2−ビフェニルカルボン酸、ジベンゾチオフェン、ペンタクロロフエノール、1−ベンジル−2−ピロリジオン、9−フルオレノン、2−ベンゾイルナフタレン、1−ブロモナフタレン、1,3−ジフェノキシベンゼン、フルオレン、1−フェニル−2−ピロリジノン、1−メトキシナフタレン、1−エトキシナフタレン、1,3−ジフェニルアセトン、1,4−ジベンゾイルプタン、フェナントレン、4−ベンゾイルビフェニル、1,1−ジフェニルアセトン、0,0’−ビフェノール、2,6−ジフェニルフェノール、トリフェニレン、2−フェニルフェノール、チアントレン、3−フェノキシベンジルアルコール、4−フェニルフェノール、9,10−ジクロロアントラセン、トリフェニルメタン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジブロモベンゾフェノン、9,10−ジフェニルアントラセン、フルオランテン、ジフェニルフタレート、ジフェニルカルボネート、2,6−ジメトキシナフタレン、2,7−ジメトキシナフタレン、4−ブロモジフェニルエーテル、ピレン、9,9’−ビ−フルオレン、4,4’−イソプロピルリデン−ジフェノール、イプシロン−カプロラクタム、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、ジフェニルイソフタレート、ジフェニルーターフタレート、1−クロロナフタレンまたはN−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」)が挙げられるが、分子量が小さく事後的な溶解が容易であるため、環状PPSオリゴマー、線状PPSオリゴマー、ベンゾフェノン、ジフェニルイソフタレート、ジフェニルーターフタレート、ジフェニルスルフォンまたはジフェニルスルフィドが好ましく、末端官能基の影響が無い環状PPSオリゴマーがより好ましい。PASと基本構造が同じである環状PPSオリゴマーを可塑剤として用いることで、樹脂組成物および樹脂成型物は、均一に相溶した状態となり、高い値のドラフト比条件で巻取りおよび延伸を行うことができる。 Examples of the plasticizer include cyclic PPS oligomers, linear PPS oligomers, aromatic polyesters, aromatic polyester oligomers, vinylidene fluoride, polyphenyl ethers, polysulfones, benzophenones, diphenyl ethers, diphenyl sulfone, diphenyl sulfides, 4,4'-. Dibromobiphenyl, 1-phenylnaphthalene, 2,5-diphenyl-1,3,4-oxadiazole, 2,5-diphenyloxazole, triphenylmethanol, N, N-diphenylformamide, benzyl, anthracene, 4-benzoylbiphenyl , Dibenzoylmethane, 2-biphenylcarboxylic acid, dibenzothiophene, pentachlorophenyl, 1-benzyl-2-pyrrolidione, 9-fluorenone, 2-benzoylnaphthalene, 1-bromonaphthalene, 1,3-diphenoxybenzene, fluorene, 1-Phenyl-2-pyrrolidinone, 1-methoxynaphthalene, 1-ethoxynaphthalene, 1,3-diphenylacetone, 1,4-dibenzoylptan, phenanthrene, 4-benzoylbiphenyl, 1,1-diphenylacetone, 0,0 '-Biphenol, 2,6-diphenylphenol, triphenylene, 2-phenylphenol, thiantrene, 3-phenoxybenzyl alcohol, 4-phenylphenol, 9,10-dichloroanthracene, triphenylmethane, 4,4'-dimethoxybenzophenone, 4,4'-difluorobenzophenone, 4,4'-dichlorobenzophenone, 4,4'-dibromobenzophenone, 9,10-diphenylanthracene, fluorantene, diphenylphthalate, diphenylcarbonate, 2,6-dimethoxynaphthalene, 2,7 -Dimethoxynaphthalene, 4-bromodiphenyl ether, pyrene, 9,9'-bi-fluorene, 4,4'-isopropyllidene-diphenol, epsilon-caprolactam, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, diphenylisophthalate, diphenylutater Phthalate, 1-chloronaphthalene or N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, "NMP") can be mentioned, but cyclic PPS oligomers, linear PPS oligomers, benzophenones, because of their low molecular weight and easy subsequent dissolution. Preferably diphenylisophthalate, diphenyl-terphthalate, diphenylsulphon or diphenylsulfide, unaffected by terminal functional groups Cyclic PPS oligomers are more preferred. By using a cyclic PPS oligomer having the same basic structure as PAS as a plasticizer, the resin composition and the resin molded product are in a uniformly compatible state, and winding and stretching are performed under high draft ratio conditions. Can be done.

樹脂組成物調製工程で調製される樹脂組成物は、PASや可塑剤および親水性高分子以外の添加剤を含有しても構わない。 The resin composition prepared in the resin composition preparation step may contain additives other than PAS, a plasticizer, and a hydrophilic polymer.

そのような添加剤としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィン、ポリビニル化合物、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレートもしくはポリエーテルスルホン等の樹脂、酸化防止剤、有機滑剤、結晶核剤、有機粒子、無機粒子、末端封鎖剤、鎖延長剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、着色防止剤、艶消し剤、抗菌剤、制電剤、消臭剤、難燃剤、耐候剤、帯電防止剤、抗酸化剤、イオン交換剤、消泡剤、着色顔料、蛍光増白剤または染料が挙げられる。 Such additives include, for example, resins such as polyacrylonitrile, polyolefins, polyvinyl compounds, polycarbonates, poly (meth) acrylates or polyether sulfones, antioxidants, organic lubricants, crystal nucleating agents, organic particles, inorganic particles, etc. End-blocking agents, chain extenders, UV absorbers, infrared absorbers, color inhibitors, matting agents, antibacterial agents, antistatic agents, deodorants, flame retardants, weatherproofing agents, antistatic agents, antioxidants, ions Examples include exchanges, defoaming agents, color pigments, optical brighteners or dyes.

樹脂組成物調製工程で調製された樹脂組成物は、一旦ペレット化し、それを再度溶融してから成形工程に供しても構わないし、ペレット化せずに直接成形工程に供しても構わない。 The resin composition prepared in the resin composition preparation step may be pelletized once, melted again, and then subjected to a molding step, or may be directly subjected to a molding step without being pelletized.

本発明の分離膜の製造方法が備える成形工程において、例えば、吐出口金として中央部に気体の流路を配した二重環状ノズルを用いることで、中空糸膜となり得る中空状の樹脂成形物、すなわち中空糸を成形することができる。樹脂組成物は吐出口金から空気中に吐出されても構わないし、樹脂成形物は冷却装置により冷却されることで成形されても構わない。 In the molding process provided in the method for producing a separation membrane of the present invention, for example, a hollow resin molded product that can be a hollow fiber membrane by using a double annular nozzle having a gas flow path in the center as a discharge port. That is, the hollow fiber can be formed. The resin composition may be discharged into the air from the discharge port, or the resin molded product may be molded by being cooled by a cooling device.

樹脂成形物は、巻取装置により巻き取られても構わない。この場合、巻取装置による巻取速度/吐出口金からの吐出速度で示されるドラフト比の値は、得られる分離膜の配向度を高めるため、20以上である必要があるが、糸切れなく紡糸を行うために1,000以下であることが好ましく、50〜900であることがより好ましい。なお得られる分離膜の配向度を高める観点からも、樹脂組成物調製工程において調製される樹脂組成物に占めるPASの割合は、55〜90質量%が好ましく、60〜80質量%がより好ましい。 The resin molded product may be wound by a winding device. In this case, the value of the draft ratio indicated by the winding speed by the winding device / the discharge speed from the discharge port must be 20 or more in order to increase the degree of orientation of the obtained separation membrane, but without thread breakage. It is preferably 1,000 or less, and more preferably 50 to 900 for spinning. From the viewpoint of increasing the degree of orientation of the obtained separation membrane, the proportion of PAS in the resin composition prepared in the resin composition preparation step is preferably 55 to 90% by mass, more preferably 60 to 80% by mass.

本発明の分離膜の製造方法として、樹脂組成物調製工程の後に、樹脂成形物を延伸する延伸工程を含むことが好ましい。成形工程において形成された樹脂成形物を延伸することで、得られる分離膜の配向度を高めることができる。樹脂成形物は、一旦巻取装置により巻き取り、それを再度巻き出してから延伸工程に供しても構わないし、直接延伸工程に供しても構わない。 The method for producing the separation membrane of the present invention preferably includes a stretching step of stretching the resin molded product after the resin composition preparation step. By stretching the resin molded product formed in the molding step, the degree of orientation of the obtained separation membrane can be increased. The resin molded product may be wound once by a winding device, unwound again, and then subjected to a stretching step, or may be directly subjected to a stretching step.

本発明の分離膜の製造方法が備えることがある、延伸工程における延伸の方法としては、例えば、樹脂成形物を加熱ロール上で搬送しながら加熱し、加熱ロール間の周速差を用いて延伸する方法、または、乾熱オーブンもしくは温溶媒中を搬送して加熱し、加熱ロール間の周速差を用いて延伸する方法が挙げられる。延伸は1段で行っても構わないし、2段以上の多段で行っても構わない。 As a method of stretching in the stretching step, which may be provided in the method for producing a separation membrane of the present invention, for example, a resin molded product is heated while being conveyed on a heating roll, and stretched using the difference in peripheral speed between the heating rolls. Or a method of transporting and heating in a dry heat oven or a warm solvent, and stretching using the difference in peripheral speed between the heating rolls. Stretching may be performed in one stage or in multiple stages of two or more stages.

樹脂成形物を延伸する温度は、樹脂成形物の配向度を高めるために40〜120℃が好ましく、60〜110℃がより好ましく、80〜110℃がさらに好ましく、85〜95℃が特に好ましい。また延伸倍率(多段での延伸を実施する際は、合計の延伸倍率)は、1.2〜5.0倍が好ましく、1.4〜4.5倍がより好ましく、1.6〜4.0倍がさらに好ましい。また、樹脂成形物の配向度を高めるために、延伸速度は、20cm/分以上が好ましく、200cm/分以上がさらに好ましく、4000cm/分以上が特に好ましい。 The temperature at which the resin molded product is stretched is preferably 40 to 120 ° C., more preferably 60 to 110 ° C., further preferably 80 to 110 ° C., and particularly preferably 85 to 95 ° C. in order to increase the degree of orientation of the resin molded product. Further, the draw ratio (when performing multi-stage stretching, the total draw ratio) is preferably 1.2 to 5.0 times, more preferably 1.4 to 4.5 times, and 1.6 to 4. 0 times is more preferable. Further, in order to increase the degree of orientation of the resin molded product, the stretching speed is preferably 20 cm / min or more, more preferably 200 cm / min or more, and particularly preferably 4000 cm / min or more.

本発明の分離膜の製造方法が備える浸漬工程で用いる溶媒は、可塑剤を溶解する溶媒であれば特に限定されないが、PASを溶解し難く可塑剤を溶解し易い溶媒(以下、溶媒Xと呼ぶことがある)が好ましく、NMP、テトラヒドロフラン、1−クロロナフタレン、クロロホルム、パラキシレン、ベンゼン、ジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドがより好ましい。浸漬工程は、前記溶媒Xに、前記樹脂成形物を浸漬させる工程である。前記浸漬工程においては、前記溶媒Xが、1質量%以上の上記副成分を含有することが好ましい。前記溶媒Xが、1質量%以上の副成分を含有することで、浸漬工程における副成分の溶出が抑制され、副成分を前記樹脂成形物に適度に残留させることができる。なお、溶媒Xが過剰量の副成分を含有すると、浸漬工程を経た樹脂成形物の膜強度が低下するため、前記副成分の含有割合は、10質量%未満であることが好ましい。記溶媒X中の副成分の含有量は、5〜8質量%がより好ましい。 The solvent used in the dipping step included in the method for producing a separation film of the present invention is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the plastic agent, but it is difficult to dissolve PAS and easily dissolves the plastic agent (hereinafter, referred to as solvent X). May be preferable), and NMP, tetrahydrofuran, 1-chloronaphthalene, chloroform, paraxylene, benzene, dimethylformamide or dimethylacetamide are more preferable. The dipping step is a step of immersing the resin molded product in the solvent X. In the dipping step, it is preferable that the solvent X contains 1% by mass or more of the subcomponent. When the solvent X contains 1% by mass or more of the sub-component, the elution of the sub-component in the dipping step is suppressed, and the sub-component can be appropriately left in the resin molded product. If the solvent X contains an excessive amount of the sub-component, the film strength of the resin molded product that has undergone the dipping step decreases. Therefore, the content ratio of the sub-component is preferably less than 10% by mass. The content of the sub-component in the solvent X is more preferably 5 to 8% by mass.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited thereto.

[測定方法および評価方法]
(1)PASの重量平均分子量(Mw)測定
GPCの測定条件は以下のとおりとした。
装置 : SSC−7100(センシュー科学製)
カラム名 : GPC3506(センシュー科学製)
溶離液 : 1−クロロナフタレン
検出器 : 示差屈折率検出器
カラム温度 : 210℃
プレ恒温槽温度 : 250℃
ポンプ恒温槽温度 : 50℃
検出器温度 : 210℃
流量 : 1.0mL/分
試料注入量 : 300μL(サンプル濃度:約0.2質量%)
標準物質 : ポリスチレン(PSS製;ps8124,ps12034,ps18074,ps23025)
(2)空隙の平均孔径
液体窒素で凍結した分離膜をカミソリで割断する。割断した分離膜の断面Zを原子間力顕微鏡(Bruker AXS社製Dimension FastScan)で観察した。中空糸膜の場合、分離膜の外表面の3箇所から、分離膜の膜厚方向に順に、等間隔に5分割した各領域1〜5をそれぞれ設定する。平膜の場合は、一方の表面の3箇所から分離膜の膜厚方向に順に、等間隔に5分割した各領域1〜5をそれぞれ設定する。各領域1〜5のそれぞれにおいて、各領域の中心に一辺が200nmの正方形の領域を観察した。この顕微鏡画像中に含まれるすべての空隙の孔径dを算出し、そのn個の値d〜dの算術平均を、分離膜の空隙の平均孔径Dとした。
(3)分離膜、樹脂成形体の配向度
25℃の条件下で8時間真空乾燥した分離膜をサンプルとし、近赤外ラマン分光装置を用いて、サンプルの長手方向(MD)と、長手方向に対して垂直な方向(平膜の幅方向または中空糸膜の径方向)(TD)とについて、ラマンスペクトルの1,080cm−1付近のバンド(スルフィド結合(―Ph―S―Ph―))、および、745cm−1付近のバンド(フェニル環面外変角振動)の強度をそれぞれ測定した。
[Measurement method and evaluation method]
(1) Measurement of weight average molecular weight (Mw) of PAS The measurement conditions of GPC were as follows.
Equipment: SSC-7100 (manufactured by Senshu Kagaku)
Column name: GPC3506 (manufactured by Senshu Kagaku)
Eluent: 1-Chloronaphthalene detector: Differential refractive index detector Column temperature: 210 ° C
Pre-constant temperature bath temperature: 250 ° C
Pump constant temperature bath temperature: 50 ° C
Detector temperature: 210 ° C
Flow rate: 1.0 mL / min Sample injection amount: 300 μL (sample concentration: about 0.2% by mass)
Standard substance: Polystyrene (manufactured by PSS; ps8124, ps12034, ps18074, ps23025)
(2) Average pore size of voids The separation membrane frozen in liquid nitrogen is cut with a razor. The cross section Z of the split separation membrane was observed with an atomic force microscope (Dimenceion FastScan manufactured by Bruker AXS). In the case of a hollow fiber membrane, each region 1 to 5 divided into five at equal intervals is set in order from three locations on the outer surface of the separation membrane in the film thickness direction of the separation membrane. In the case of a flat film, each region 1 to 5 divided into five at equal intervals is set in order from three locations on one surface in the film thickness direction of the separation film. In each of the regions 1 to 5, a square region having a side of 200 nm was observed at the center of each region. The pore diameters d of all the voids contained in this microscopic image were calculated, and the arithmetic mean of the n values d 1 to d n was taken as the average pore diameter D of the voids of the separation membrane.
(3) Separation Membrane, Degree of Orientation of Resin Molded Body Using a separation membrane that has been vacuum-dried for 8 hours under the condition of 25 ° C. as a sample, the longitudinal direction (MD) and longitudinal direction of the sample are used using a near-infrared Raman spectrometer. With respect to the direction perpendicular to (the width direction of the flat membrane or the radial direction of the hollow fiber membrane) (TD), the band near 1,080 cm -1 of the Raman spectrum (sulfide bond (-Ph-S-Ph-)). , And the intensity of the band (phenyl ring surface extra-angle vibration) near 745 cm -1 was measured.

分離膜の配向度DOは、1,080cm−1付近のバンドの強度をそれぞれIP−MD、IP−TDとし、745cm−1付近のバンドの強度それぞれをIE−MD、IE−TDとしたとき、下記の式(8)により算出することができる。 Regarding the degree of orientation DO of the separation membrane, the intensities of the bands near 1,080 cm -1 are IP -MD and IP -TD , respectively, and the intensities of the bands around 745 cm -1 are IE-MD and IE-TD , respectively. Then, it can be calculated by the following formula (8).

DO(−)=(IP−MD/IE−MD)/(IP−TD/IE−TD) ・・・式(8)
具体的な測定条件は以下のとおりとした。
DO (-) = ( IP-MD / IE-MD ) / ( IP-TD / IE-TD ) ... Equation (8)
The specific measurement conditions are as follows.

装置:近赤外ラマン分光装置(Photon Design)
条件:測定モード;顕微ラマン
対物レンズ;×20
ビーム径;5μm
クロススリット:500μm
光源;YAGレーザー/1,064nm
レーザーパワー;1W
回折格子;Single 300gr/mm
スリット;100μm
検出器;InGaAs(日本ローパー製)
(4)分離膜の膜透過流束
10質量%のイソプロピルアルコール水溶液に1時間浸漬して親水化した分離膜に、濃度2,000ppmの硫酸マグネシウム水溶液を供給水として温度25℃、操作圧力0.75MPaで供給してろ過処理し、分離膜の面積および得られた透過水量に基づいて、下記の式(9)により膜透過流束を算出した。
Equipment: Near-infrared Raman spectrometer (Photoon Design)
Conditions: Measurement mode; Microscopic Raman objective lens; × 20
Beam diameter; 5 μm
Cross slit: 500 μm
Light source: YAG laser / 1,064 nm
Laser power; 1W
Diffraction grating; Single 300gr / mm
Slit; 100 μm
Detector; InGaAs (manufactured by Nippon Roper)
(4) Membrane Permeation Flow of Separation Membrane The separation membrane was hydrophilized by immersing it in a 10% by mass isopropyl alcohol aqueous solution for 1 hour, and the temperature was 25 ° C. and the operating pressure was 0. The membrane was supplied at 75 MPa and filtered, and the membrane permeation flux was calculated by the following formula (9) based on the area of the separation membrane and the amount of permeated water obtained.

膜透過流束(m/m/日/MPa)=1日当たりの透過水量/膜面積/0.75 ・・・式(9)
なお分離膜が中空糸膜である場合には、中空糸膜を充填した小型モジュールを作製して前記のろ過処理をした。
Membrane permeation flux (m 3 / m 2 / day / MPa) = permeated water volume per day / membrane area / 0.75 ... Equation (9)
When the separation membrane was a hollow fiber membrane, a small module filled with the hollow fiber membrane was prepared and subjected to the above filtration treatment.

より具体的には、外径基準の膜面積が0.1mになるように中空糸膜を束ねてプラスチック製パイプに挿入し、中空糸膜束の端部とパイプとの間隙を熱硬化性樹脂で封止した後、両端部を切断することで小型モジュールを得た。 More specifically, the hollow fiber membranes are bundled and inserted into a plastic pipe so that the membrane area based on the outer diameter is 0.1 m 2 , and the gap between the end of the hollow fiber membrane bundle and the pipe is thermosetting. After sealing with resin, both ends were cut to obtain a small module.

(5)分離膜の2価イオン阻止率
膜透過流束の評価における供給水および透過水中の電気伝導度を電気伝導率計で測定し、下記の式(10)により2価イオン阻止率を算出した。
(5) Divalent ion blocking rate of separation membrane The electrical conductivity of supplied water and permeated water in the evaluation of membrane permeation flux is measured with an electric conductivity meter, and the divalent ion blocking rate is calculated by the following formula (10). did.

2価イオン阻止率(%)=100×{1−(透過水の電気伝導度/供給水の電気伝導度)} ・・・式(10)
(6)ポリアリーレンスルフィドに対する親水性高分子の質量比率
主成分であるポリアリーレンスルフィドと副成分である親水性高分子とを、混合比を変更して混合した標準サンプルを数種類用意し、それぞれについてIR測定を行い、得られたスペクトルにおけるポリアリーレンスルフィドと親水性高分子とをそれぞれ代表するピーク強度比についての検量線を作成した。その後、分離膜についてもIR測定を行い、作成した検量線に基づいて、分離膜の主成分に対する副成分の比率を求めた。
Divalent ion blocking rate (%) = 100 × {1- (electrical conductivity of permeated water / electrical conductivity of supplied water)} ・ ・ ・ Equation (10)
(6) Mass ratio of hydrophilic polymer to polyarylene sulfide We prepared several types of standard samples in which polyarylene sulfide, which is the main component, and hydrophilic polymer, which is a sub-component, were mixed at different mixing ratios. IR measurement was performed, and a calibration line was prepared for the peak intensity ratio representing each of the polyarylene sulfide and the hydrophilic polymer in the obtained spectrum. After that, IR measurement was also performed on the separation membrane, and the ratio of the sub-component to the main component of the separation membrane was determined based on the prepared calibration curve.

(7)顕微IRによるポリアリーレンスルフィドに対する親水性高分子の質量比率
分離膜を液体窒素で凍結した後、分離膜の厚み方向の断面が露出するように、応力を加えることにより(適宜カミソリまたはミクロトーム等を用いて)割断した。露出した分離膜の断面を、顕微IRにより、両表面から2μm〜5μmの範囲、および、両表面からの距離が等しくなる位置を中心に3μmの範囲で測定し、厚み方向中央部におけるポリアリーレンスルフィドに対する親水性高分子の質量比率C、一方の表面部におけるポリアリーレンスルフィドに対する親水性高分子の質量比率S、他方の表面部におけるポリアリーレンスルフィドに対する親水性高分子の質量比率をSおよびの値を、(6)で作成した検量線に基づき求めた。
(7) Mass ratio of hydrophilic polymer to polyarylene sulfide by micro IR After freezing the separation membrane with liquid nitrogen, stress is applied so that the cross section of the separation membrane in the thickness direction is exposed (as appropriate, razor or microtome). And so on). The cross section of the exposed separation membrane is measured by micro IR in the range of 2 μm to 5 μm from both surfaces and in the range of 3 μm centered on the position where the distances from both surfaces are equal, and the polyarylene sulfide in the central portion in the thickness direction. Mass ratio of hydrophilic polymer to C, mass ratio of hydrophilic polymer to polyarylene sulfide on one surface S 1 , mass ratio of hydrophilic polymer to polyarylene sulfide on the other surface is S 2 and The value was obtained based on the calibration line prepared in (6).

(8)分離膜の空隙率
分離膜の空隙率εは、25℃の条件下で8時間真空乾燥した、分離膜の密度をρ、分離膜が含有する樹脂の密度をρとしたとき、下記の式(2)により算出した。
(8) Porosity of the separation membrane The porosity ε of the separation membrane is when the density of the separation membrane is ρ 1 and the density of the resin contained in the separation membrane is ρ 2 after vacuum drying for 8 hours under the condition of 25 ° C. , Calculated by the following formula (2).

ε(%)=(1−ρ/ρ) ×100 ・・・式(2)
分離膜の形状が中空糸、すなわち分離膜が中空糸膜である場合には、中空糸膜の密度ρは、中空糸膜の長さLを測定後、25℃の条件下で8時間真空乾燥した中空糸膜の質量Mを測定し、さらに中空糸膜の外径をD、内径をDとし、下記の式(3)により算出した。
ε (%) = (1-ρ 1 / ρ 2 ) × 100 ・ ・ ・ Equation (2)
When the shape of the separation membrane is a hollow fiber, that is, the separation membrane is a hollow fiber membrane, the density ρ 1 of the hollow fiber membrane is vacuumed for 8 hours under the condition of 25 ° C. after measuring the length L of the hollow fiber membrane. The mass M of the dried hollow fiber membrane was measured, and the outer diameter of the hollow fiber membrane was D 1 and the inner diameter was D 2, and the calculation was performed by the following formula (3).

ρ(g/cm)=M/[π×{(D/2)−(D/2)}×L] ・・・式(3)
なお中空糸膜の外径Dおよび内径Dは、上記の断面Zを走査型電子顕微鏡で撮影し、無作為に選択した10箇所の外径および内径を測定し、それぞれの平均値として算出した。また中空率は、算出した中空糸膜の外径Dおよび内径Dの値から、下記の式(4)により算出した。
ρ 1 (g / cm 3) = M / [π × {(D 1/2) 2 - (D 2/2) 2} × L] ··· formula (3)
The outer diameter D 1 and inner diameter D 2 of the hollow fiber membrane are calculated by photographing the cross section Z with a scanning electron microscope, measuring the outer diameter and inner diameter of 10 randomly selected points, and calculating the average value of each. did. The hollow ratio was calculated by the following formula (4) from the calculated values of the outer diameter D 1 and the inner diameter D 2 of the hollow fiber membrane.

中空率(%)=(D /D )×100 ・・・式(4)
(9)分離膜の曲路率
分離膜の曲路率は、分離膜の孔の空隙(m)をD、空隙率(%)をε、透過係数(m)をkとし、下記の式(5)により算出した。
Hollow ratio (%) = (D 2 2 / D 1 2) × 100 ··· Equation (4)
(9) Porosity of Separation Membrane The porosity of the separation membrane is calculated by the following formula, where D is the void (m) in the pores of the separation membrane, ε is the porosity (%), and k is the permeability coefficient (m 2 ). Calculated according to (5).

曲路率(−)=(D/4)×√(ε/100/2k) ・・・式(5)
kは、分離膜の形状が平膜の場合、下記の式(6)により算出した。またkは、分離膜が中空糸膜の場合、下記の式(7)により算出した。
Curve rate (-) = (D / 4) x √ (ε/100 / 2k) ・ ・ ・ Equation (5)
k was calculated by the following formula (6) when the shape of the separation membrane was a flat membrane. Further, k was calculated by the following formula (7) when the separation membrane was a hollow fiber membrane.

k(m)=Q×μ×x/(P×A) ・・・式(6)
k(m)=(Q×μ×ln(D/D))/(2π×L×P) ・・・式(7)
ここで、Qは水の膜透過流量(m/s)、μは水の粘度(Pa・s)、xは膜厚(m)、P(Pa)は印加圧力、Aは膜面積(m)、Dは中空糸膜の外径(μm)、Dは中空糸膜の内径(μm)、Lは中空糸膜の長さ(m)、である。
k (m 2 ) = Q × μ × x / (P × A) ・ ・ ・ Equation (6)
k (m 2 ) = (Q × μ × ln (D 1 / D 2 )) / (2π × L × P) ・ ・ ・ Equation (7)
Here, Q is the membrane permeation flow rate of water (m 3 / s), μ is the viscosity of water (Pa · s), x is the film thickness (m), P (Pa) is the applied pressure, and A is the membrane area (m). 2 ), D 1 is the outer diameter of the hollow fiber membrane (μm), D 2 is the inner diameter of the hollow fiber membrane (μm), and L is the length of the hollow fiber membrane (m).

(10)破断強度
破断強度は、分離膜が中空糸膜の場合、温度20℃、湿度65%の条件下において、試料長50mm、引張速度100mm/分の条件で分離膜の長軸方向の引張試験を5回繰り返し、引張強度平均値を破断強度(引張強度)(MPa)として算出した。また分離膜が平膜の場合、温度20℃、湿度65%の条件下において、試料長50mm、試料幅10mm、引張速度100mm/分の条件で分離膜の長さ方向の引張試験を5回繰り返し、引張強度平均値を破断強度(MPa)として算出した。なお引張試験に用いる引張試験機としては、テンシロン UCT−100(オリエンテック社製)を使用した。
(10) Breaking strength When the separating film is a hollow thread film, the breaking strength is the tensile strength in the long axis direction of the separating film under the conditions of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65% under the conditions of a sample length of 50 mm and a tensile speed of 100 mm / min. The test was repeated 5 times, and the average tensile strength was calculated as the breaking strength (tensile strength) (MPa). When the separation membrane is a flat membrane, the tensile test in the length direction of the separation membrane is repeated 5 times under the conditions of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 65% under the conditions of a sample length of 50 mm, a sample width of 10 mm, and a tensile speed of 100 mm / min. , The average value of tensile strength was calculated as breaking strength (MPa). As the tensile tester used for the tensile test, Tensilon UCT-100 (manufactured by Orientec Co., Ltd.) was used.

[環状PPSオリゴマー混合物の調製]
撹拌機付きの70Lオートクレーブに、8.27kgの47.5質量%水硫化ナトリウム水溶液(70.0モル)、2.96kgの96質量%水酸化ナトリウム水溶液(71.0モル)、11.44kgのNMP(116.0モル)、1.72kgの酢酸ナトリウム(21.0モル)、および、10.5kgのイオン交換水を仕込み、常圧で窒素ガスを通じながら約240℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、精留塔を介して14.8kgの水および280gのNMPを留出させた後、オートクレーブを160℃に冷却した。なお、この脱液操作の間に、仕込んだイオウ成分1モル当たり0.02モルの硫化水素が系外に飛散した。
[Preparation of cyclic PPS oligomer mixture]
8.27 kg of 47.5 mass% sodium hydrosulfide aqueous solution (70.0 mol), 2.96 kg of 96 mass% sodium hydroxide aqueous solution (71.0 mol), 11.44 kg in a 70 L autoclave with a stirrer. NMP (116.0 mol), 1.72 kg of sodium acetate (21.0 mol), and 10.5 kg of ion-exchanged water were charged, and gradually heated to about 240 ° C. over about 3 hours while passing nitrogen gas at normal pressure. After distilling 14.8 kg of water and 280 g of NMP through the rectification tower, the autoclave was cooled to 160 ° C. During this liquid removal operation, 0.02 mol of hydrogen sulfide was scattered outside the system per 1 mol of the charged sulfur component.

次に、オートクレーブに10.3kgのp−ジクロロベンゼン(70.3モル)および9.00kgのNMP(91.0モル)を加え、オートクレーブを窒素ガス下に密封した。内容物を240rpmで撹拌しながら、0.6℃/分の速度で270℃まで昇温し、この温度で140分間保持した。その後、1.26kgの水(70.0モル)を15分かけて圧入しながら250℃まで1.3℃/分の速度で冷却し、さらに220℃まで0.4℃/分の速度で冷却してから、室温近傍まで急冷し、スラリー<1>を得た。このスラリー<1>を20.0kgのNMPで希釈し、スラリー<2>を得た。80℃に加熱した10kgのスラリー<2>をふるい(80mesh、目開き0.175mm)で濾別し、メッシュオン成分としてスラリーを含んだ顆粒状PPS樹脂を得た。また、濾液成分として7.5kgのスラリー<3>を得た。 Next, 10.3 kg of p-dichlorobenzene (70.3 mol) and 9.00 kg of NMP (91.0 mol) were added to the autoclave, and the autoclave was sealed under nitrogen gas. The contents were heated to 270 ° C. at a rate of 0.6 ° C./min with stirring at 240 rpm and held at this temperature for 140 minutes. Then, 1.26 kg of water (70.0 mol) was press-fitted over 15 minutes to cool to 250 ° C. at a rate of 1.3 ° C./min, and further cooled to 220 ° C. at a rate of 0.4 ° C./min. Then, the mixture was rapidly cooled to near room temperature to obtain a slurry <1>. This slurry <1> was diluted with 20.0 kg of NMP to obtain a slurry <2>. A 10 kg slurry <2> heated to 80 ° C. was filtered off by a sieve (80 mesh, opening 0.175 mm) to obtain a granular PPS resin containing the slurry as a mesh-on component. Moreover, 7.5 kg of slurry <3> was obtained as a filtrate component.

得られたスラリー<3>の1,000gをロータリーエバポレーターに仕込み、窒素ガスで置換してから、減圧下100〜150℃で1.5時間処理した後に、真空乾燥機で150℃、1時間処理して固形物を得た。この固形物に、1,200g(スラリー<3>の1.2倍量)のイオン交換水を加えた後、70℃で30分間撹拌して、再スラリー化した。このスラリーを目開き10〜16μmのガラスフィルターで吸引濾過した。得られた白色ケークに1,200gのイオン交換水を加えて70℃で30分間撹拌して再スラリー化し、同様に吸引濾過後、70℃で5時間真空乾燥して、11.0gのPPS混合物<1>を得た。このPPS混合物<1>のGPC測定を行った結果、数平均分子量(Mn)は5,200、重量平均分子量(Mw)は28,900であり、クロマトグラムを解析した結果、分子量5,000以下の成分の質量分率は39%、分子量2,500以下の成分の質量分率は32%であった。PPS混合物<1>を5g分取し、溶剤として120gのクロロホルムを用いて、浴温約80℃でソックスレー抽出法により3時間、PPS混合物<1>と溶剤とを接触させ、抽出液スラリーを得た。得られた抽出液スラリーは、室温で一部固形状成分を含むスラリー状であった。 1,000 g of the obtained slurry <3> was charged into a rotary evaporator, replaced with nitrogen gas, treated at 100 to 150 ° C. under reduced pressure for 1.5 hours, and then treated with a vacuum dryer at 150 ° C. for 1 hour. To obtain a solid substance. After adding 1,200 g (1.2 times the amount of slurry <3>) of ion-exchanged water to this solid, the mixture was stirred at 70 ° C. for 30 minutes to reslurry. This slurry was suction-filtered with a glass filter having an opening of 10 to 16 μm. To the obtained white cake, 1,200 g of ion-exchanged water was added, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 30 minutes to reslurry. Similarly, suction filtration was performed, and then vacuum dried at 70 ° C. for 5 hours to obtain 11.0 g of a PPS mixture. <1> was obtained. As a result of GPC measurement of this PPS mixture <1>, the number average molecular weight (Mn) was 5,200 and the weight average molecular weight (Mw) was 28,900. As a result of chromatogram analysis, the molecular weight was 5,000 or less. The mass fraction of the components of was 39%, and the mass fraction of the components having a molecular weight of 2,500 or less was 32%. 5 g of the PPS mixture <1> is taken, 120 g of chloroform is used as a solvent, and the PPS mixture <1> is brought into contact with the solvent for 3 hours at a bath temperature of about 80 ° C. by the Soxhlet extraction method to obtain an extract slurry. It was. The obtained extract slurry was in the form of a slurry containing some solid components at room temperature.

この抽出液スラリーからエバポレーターを用いてクロロホルムを留去した後、真空乾燥機にて70℃で3時間処理して、2.1gの固形物(PPS混合物<1>に対し、収率42%)を得た。このようにして得られた固形物についての赤外分光分析(装置:島津社製のFTIR−8100A)、高速液体クロマトグラフィー(装置:島津社製のLC−10;カラム:C18;検出器:フォトダイオードアレイ)により成分分割された成分のマススペクトル分析(装置:日立製のM−1200H)およびMALDI−TOF−MSによる分子量情報より、この固形物は繰り返し単位数4〜12の環状PPSオリゴマーを主成分とする混合物であることが分かった。 Chloroform was distilled off from this extract slurry using an evaporator, and then treated in a vacuum dryer at 70 ° C. for 3 hours to produce 2.1 g of a solid (yield 42% with respect to PPS mixture <1>). Got Infrared spectroscopic analysis (device: FTIR-8100A manufactured by Shimadzu Corporation) and high performance liquid chromatography (device: LC-10 manufactured by Shimadzu Corporation; column: C18; detector: photodiode) on the solid matter thus obtained. Based on mass spectrum analysis of the components divided by (diode array) (device: M-1200H manufactured by Hitachi) and molecular weight information by MALDI-TOF-MS, this solid substance is mainly composed of cyclic PPS oligomers having 4 to 12 repeating units. It turned out to be a mixture as an ingredient.

(実施例1)
市販のPPS(東レ製“トレリナ(登録商標)E1380”;ρは1.34(g/cm))60.0質量%と、環状PPSオリゴマー30.0質量%と、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量9000)10.0質量%とを二軸押出機にて300℃で溶融混練し、均質化した後にペレット化して、溶融紡糸用の樹脂組成物を得た。
(Example 1)
Commercially available PPS (Toray's "Trelina (registered trademark) E1380"; ρ 2 is 1.34 (g / cm 3 )) 60.0% by mass, cyclic PPS oligomer 30.0% by mass, and polyvinylpyrrolidone (weight average) A molecular weight of 9000) 10.0% by mass was melt-kneaded at 300 ° C. using a twin-screw extruder, homogenized and then pelletized to obtain a resin composition for melt spinning.

乾燥させた樹脂組成物を二軸押出機に供給し300℃で溶融混練した後に、紡糸温度300℃の溶融紡糸パックへ導入して、吐出量30g/分の条件で、口金孔(弧状のスリット部が3個配置されて1個の吐出孔を形成するタイプ、吐出孔半径0.86mm、スリット間ピッチ0.10mm、スリット巾0.12mm)を12ホール有した吐出口金より下方に吐出した。この吐出により成形された中空糸を、吐出口金の下面から冷却装置(チムニー)上端までの距離Lが30mmとなるように冷却装置(長さ1m)へ導き、25℃、風速1.5m/秒の冷却風によって冷却し、油剤を付与して収束させた後、ドラフト比が58.0となるようにワインダーで巻き取った。この中空糸を、ポリビニルピロリドン8質量%を含むNMP溶液(25℃)に12時間浸漬し、環状PPSオリゴマーを溶解除去した。得られた分離膜の物性を表2に示した。 The dried resin composition is supplied to a twin-screw extruder, melt-kneaded at 300 ° C., introduced into a melt-spinning pack having a spinning temperature of 300 ° C., and has a mouthpiece hole (arc-shaped slit) under a discharge rate of 30 g / min. A type in which three parts are arranged to form one discharge hole, a discharge hole radius of 0.86 mm, a slit pitch of 0.10 mm, and a slit width of 0.12 mm) are discharged below the discharge port having 12 holes. .. The hollow thread formed by this discharge is guided to the cooling device (length 1 m) so that the distance L from the lower surface of the discharge port to the upper end of the cooling device (chimney) is 30 mm, and is 25 ° C. and the wind speed is 1.5 m / It was cooled by a second cooling air, oiled and converged, and then wound with a winder so that the draft ratio was 58.0. The hollow fiber was immersed in an NMP solution (25 ° C.) containing 8% by mass of polyvinylpyrrolidone for 12 hours to dissolve and remove the cyclic PPS oligomer. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 2.

(実施例2〜3)
製造条件をそれぞれ表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、分離膜を得た。得られた分離膜の物性を、表2に示した。
(実施例4)
市販のPPS(東レ製“トレリナ(登録商標)E1380”;ρは1.34(g/cm))60.0質量%と、環状PPSオリゴマー30.0質量%と、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量9000)10.0質量%とを二軸押出機にて300℃で溶融混練し、均質化した後にペレット化して、溶融紡糸用の樹脂組成物を得た。
(Examples 2 to 3)
A separation membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the production conditions were changed as shown in Table 1. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 2.
(Example 4)
Commercially available PPS (Toray's "Trelina (registered trademark) E1380"; ρ 2 is 1.34 (g / cm 3 )) 60.0% by mass, cyclic PPS oligomer 30.0% by mass, and polyvinylpyrrolidone (weight average) A molecular weight of 9000) 10.0% by mass was melt-kneaded at 300 ° C. using a twin-screw extruder, homogenized and then pelletized to obtain a resin composition for melt spinning.

乾燥させた樹脂組成物を二軸押出機に供給し300℃で溶融混練した後に、紡糸温度300℃の溶融紡糸パックへ導入して、吐出量30g/分の条件で、口金孔(弧状のスリット部が3個配置されて1個の吐出孔を形成するタイプ、吐出孔半径0.86mm、スリット間ピッチ0.10mm、スリット巾0.12mm)を12ホール有した吐出口金より下方に吐出した。この吐出により成形された中空糸を、吐出口金の下面から冷却装置(チムニー)上端までの距離Lが30mmとなるように冷却装置(長さ1m)へ導き、25℃、風速1.5m/秒の冷却風によって冷却し、油剤を付与して収束させた後、ドラフト比が58.0となるようにワインダーで巻き取った。この中空糸を、温度85.0℃、倍率2.0倍、延伸速度300.0cm/分の条件下で延伸した後、25℃のNMPに12時間浸漬し、環状PPSオリゴマーを溶解除去した。得られた分離膜の物性を表2に示した。
(実施例5)
製造条件をそれぞれ表1のように変更した以外は、実施例4と同様にして、分離膜を得た。得られた分離膜の物性を、表2に示した。
The dried resin composition is supplied to a twin-screw extruder, melt-kneaded at 300 ° C., introduced into a melt-spinning pack having a spinning temperature of 300 ° C., and has a mouthpiece hole (arc-shaped slit) under a discharge rate of 30 g / min. A type in which three parts are arranged to form one discharge hole, a discharge hole radius of 0.86 mm, a slit pitch of 0.10 mm, and a slit width of 0.12 mm) are discharged below the discharge port having 12 holes. .. The hollow thread formed by this discharge is guided to the cooling device (length 1 m) so that the distance L from the lower surface of the discharge port to the upper end of the cooling device (chimney) is 30 mm, and is 25 ° C. and the wind speed is 1.5 m / It was cooled by a second cooling air, oiled and converged, and then wound with a winder so that the draft ratio was 58.0. The hollow yarn was stretched under the conditions of a temperature of 85.0 ° C., a magnification of 2.0 times, and a stretching speed of 300.0 cm / min, and then immersed in NMP at 25 ° C. for 12 hours to dissolve and remove the cyclic PPS oligomer. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 2.
(Example 5)
A separation membrane was obtained in the same manner as in Example 4 except that the production conditions were changed as shown in Table 1. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 2.

Figure 2021020145
Figure 2021020145

Figure 2021020145
Figure 2021020145

(比較例1)
市販のPPS(東レ製“トレリナ(登録商標)E1380”)60.0質量%と、環状PPSオリゴマー40.0質量%とを二軸押出機にて300℃で溶融混練し、均質化した後にペレット化して、溶融紡糸用の樹脂組成物を得た。
(Comparative Example 1)
60.0% by mass of commercially available PPS (Toray's "Trelina (registered trademark) E1380") and 40.0% by mass of cyclic PPS oligomer are melt-kneaded at 300 ° C. using a twin-screw extruder, homogenized, and then pelletized. A resin composition for melt spinning was obtained.

乾燥させた樹脂組成物を二軸押出機に供給し300℃で溶融混練した後に、紡糸温度300℃の溶融紡糸パックへ導入して、吐出量30g/分の条件で、口金孔(弧状のスリット部が3個配置されて1個の吐出孔を形成するタイプ、吐出孔半径0.86mm、スリット間ピッチ0.10mm、スリット巾0.12mm)を12ホール有した吐出口金より下方に吐出した。この吐出により成形された中空糸を、吐出口金の下面から冷却装置上端までの距離Lが30mmとなるように冷却装置(長さ1m)へ導き、25℃、風速1.5m/秒の冷却風によって冷却し、油剤を付与して収束させた後、ドラフト比が14.0となるようにワインダーで巻き取った。この中空糸を、25℃のNMPに12時間浸漬し、環状PPSオリゴマーを溶解除去した。得られた分離膜の物性を表4に示した。 The dried resin composition is supplied to a twin-screw extruder, melt-kneaded at 300 ° C., introduced into a melt-spinning pack having a spinning temperature of 300 ° C., and has a mouthpiece hole (arc-shaped slit) under a discharge rate of 30 g / min. A type in which three parts are arranged to form one discharge hole, a discharge hole radius of 0.86 mm, a slit pitch of 0.10 mm, and a slit width of 0.12 mm) are discharged below the discharge port having 12 holes. .. The hollow thread formed by this discharge is guided to a cooling device (length 1 m) so that the distance L from the lower surface of the discharge port to the upper end of the cooling device is 30 mm, and is cooled at 25 ° C. and a wind speed of 1.5 m / sec. After cooling by wind, applying an oil agent and converging, the film was wound with a winder so that the draft ratio was 14.0. The hollow fiber was immersed in NMP at 25 ° C. for 12 hours to dissolve and remove the cyclic PPS oligomer. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 4.

(比較例2)
市販のPPS(東レ製“トレリナ(登録商標)E1380”)100.0質量%を二軸押出機に供給し310℃で溶融混練した後に、紡糸温度310℃とした溶融紡糸パックへ導入して、吐出量30g/分の条件で、口金孔(弧状のスリット部が3個配置されて1個の吐出孔を形成するタイプ、吐出孔半径0.86mm、スリット間ピッチ0.10mm、スリット巾0.12mm)を12ホール有した吐出口金より下方に吐出した。この吐出により成形された中空糸を、吐出口金の下面から冷却装置上端までの距離Lが30mmとなるように冷却装置(長さ1m)へ導き、25℃、風速1.5m/秒の冷却風によって冷却し、油剤を付与して収束させた後、ドラフト比が58.0となるようにワインダーで巻き取った。得られた分離膜の物性を表4に示した。圧力0.75MPaでは、透水性を示さなかった。
(Comparative Example 2)
100.0% by mass of commercially available PPS (Toray's "Trelina (registered trademark) E1380") was supplied to a twin-screw extruder, melt-kneaded at 310 ° C., and then introduced into a melt-spun pack having a spinning temperature of 310 ° C. Under the condition of a discharge rate of 30 g / min, a mouthpiece hole (a type in which three arc-shaped slits are arranged to form one discharge hole, a discharge hole radius of 0.86 mm, a slit-to-slit pitch of 0.10 mm, and a slit width of 0. 12 mm) was discharged below the discharge port having 12 holes. The hollow thread formed by this discharge is guided to a cooling device (length 1 m) so that the distance L from the lower surface of the discharge port to the upper end of the cooling device is 30 mm, and is cooled at 25 ° C. and a wind speed of 1.5 m / sec. After cooling by wind, applying an oil agent and converging, the film was wound with a winder so that the draft ratio was 58.0. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 4. At a pressure of 0.75 MPa, no water permeability was exhibited.

(比較例3)
市販のPPS(東レ製;“トレリナ(登録商標)E2088”)50.0質量%と、環状式PPSオリゴマー50.0質量%とを二軸溶融混練機に供し、300℃で溶融製膜を実施した。ドラム温度を60℃とし、巻き取り速度を調整することで、膜厚30μmのPPSポリマー/環状PPSオリゴマー混合物フィルムを作製した。得られたフィルムを直径5cmの円形状に切り出し、100℃のNMP100mLに12時間浸漬し、環状PPSオリゴマーを溶解除去した。NMP20mLで洗浄し、続いてイオン交換水で3回洗浄を繰り返した後、100℃で3時間真空乾燥してPPS分離膜を作製した。空隙率は50%、破断強度が48MPaであった。圧力0.75MPaでは、膜破れが起こり、分離性能を評価することができなかった。
(Comparative Example 3)
50.0% by mass of commercially available PPS (manufactured by Toray Industries, Inc .; "Trelina (registered trademark) E2088") and 50.0% by mass of cyclic PPS oligomer were applied to a twin-screw melt kneader, and melt forming was performed at 300 ° C. did. By setting the drum temperature to 60 ° C. and adjusting the winding speed, a PPS polymer / cyclic PPS oligomer mixture film having a thickness of 30 μm was prepared. The obtained film was cut into a circular shape having a diameter of 5 cm and immersed in 100 mL of NMP at 100 ° C. for 12 hours to dissolve and remove the cyclic PPS oligomer. After washing with 20 mL of NMP and then repeating washing with ion-exchanged water three times, vacuum drying was performed at 100 ° C. for 3 hours to prepare a PPS separation membrane. The porosity was 50% and the breaking strength was 48 MPa. At a pressure of 0.75 MPa, film tear occurred and the separation performance could not be evaluated.

(比較例4〜5)
樹脂組成物の組成、製造条件をそれぞれ表3のように変更した以外は、実施例1と同様にして、分離膜を得た。得られた分離膜の物性を、表4に示した。
(Comparative Examples 4 to 5)
A separation membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition and production conditions of the resin composition were changed as shown in Table 3. The physical characteristics of the obtained separation membrane are shown in Table 4.

実施例1〜5の分離膜は、いずれも2価イオン阻止率5%以上を示し、破断強度は20MPa以上を示し、膜透過流束は1.0×10−3以上を示し、優れた分離性能と、高い膜強度と、高い透過性能とを有していた。実施例4および実施例5の分離膜は、実施例1〜3の分離膜よりも除去性能が向上しており、同じPPS質量比率の樹脂組成物において、配向度が高い方が2価イオン阻止率が高くなる結果となった。また、配向度は、延伸倍率および延伸速度が高いほど大きい。配向度が高いことで、分離膜中の分子鎖が並んだ密な構造を形成していることで高い分離性能を発揮していると推定している。比較例1の分離膜は、高い透水性を示したものの、2価イオン阻止率が5%に満たなかった。比較例2の分離膜は、透水性を発現せず、2価イオン阻止率の評価自体ができなかった。比較例3は、圧力0.75MPaで膜破れが起こり、2価イオン阻止率の評価自体ができなかった。比較例4は高い2価イオン阻止率を示したものの、透水性能が1.0×10−3に満たなかった。比較例5は破断強度が20MPaに満たなかった。 The separation membranes of Examples 1 to 5 all showed a divalent ion blocking rate of 5% or more, a breaking strength of 20 MPa or more, and a membrane permeation flux of 1.0 × 10 -3 or more, and excellent separation. It had high performance, high film strength, and high permeation performance. The separation membranes of Examples 4 and 5 have improved removal performance than the separation membranes of Examples 1 to 3, and in the resin composition having the same PPS mass ratio, the higher the degree of orientation, the more divalent ions are blocked. The result was a high rate. Further, the degree of orientation increases as the stretching ratio and stretching speed increase. It is presumed that the high degree of orientation forms a dense structure in which the molecular chains in the separation membrane are lined up, thereby exhibiting high separation performance. Although the separation membrane of Comparative Example 1 showed high water permeability, the divalent ion blocking rate was less than 5%. The separation membrane of Comparative Example 2 did not exhibit water permeability, and the evaluation of the divalent ion inhibition rate itself could not be performed. In Comparative Example 3, the film was torn at a pressure of 0.75 MPa, and the divalent ion blocking rate itself could not be evaluated. Although Comparative Example 4 showed a high divalent ion blocking rate, the water permeability was less than 1.0 × 10 -3 . In Comparative Example 5, the breaking strength was less than 20 MPa.

Figure 2021020145
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本発明の分離膜は、有機溶媒を含む液状混合物の選択分離、有機溶媒または強酸性もしくは強塩基性溶液の濃縮・精製、工業用超純水の製造、排水処理あるいは有価物の回収等に用いることができる。 The separation membrane of the present invention is used for selective separation of a liquid mixture containing an organic solvent, concentration / purification of an organic solvent or a strong acid or strong basic solution, production of industrial ultrapure water, wastewater treatment, recovery of valuable resources, etc. be able to.

Claims (10)

ポリアリーレンスルフィドを主成分とし、
副成分として親水性高分子を含み、
IR測定により得られる前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率が0.01〜0.20の範囲内である、
分離膜。
Mainly composed of polyarylene sulfide
Contains hydrophilic polymer as an accessory component
The mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide obtained by IR measurement is in the range of 0.01 to 0.20.
Separation membrane.
2価イオン阻止率が5%以上である、請求項1に記載の分離膜。 The separation membrane according to claim 1, wherein the divalent ion blocking rate is 5% or more. 空隙率の値が5〜45%の範囲内である、請求項1または2に記載の分離膜。 The separation membrane according to claim 1 or 2, wherein the value of the porosity is in the range of 5 to 45%. 分離膜の厚み方向の断面を顕微IRで測定して得られる、
厚み方向中央部における前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率をC、
前記断面の一方の表面部における前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率をS、前記断面の他方の表面部における前記ポリアリーレンスルフィドに対する前記親水性高分子の質量比率をSとしたとき、
C/S または C/Sの値が、0.80〜1.20の範囲内である、請求項1〜3のいずれか一項記載の分離膜。
Obtained by measuring the cross section of the separation membrane in the thickness direction with micro IR.
The mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide in the central portion in the thickness direction is C.
The mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide on one surface portion of the cross section is S 1 , and the mass ratio of the hydrophilic polymer to the polyarylene sulfide on the other surface portion of the cross section is S 2 . When you do
The separation membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the value of C / S 1 or C / S 2 is in the range of 0.80 to 1.20.
曲路率が5〜500である、請求項1〜4のいずれか一項記載の分離膜。 The separation membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the bending ratio is 5 to 500. 配向度が1.04以上である、請求項1〜5のいずれか一項記載の分離膜。 The separation membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the degree of orientation is 1.04 or more. 配向度が1.55以上である、請求項1〜6のいずれか一項記載の分離膜。 The separation membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the degree of orientation is 1.55 or more. 前記副成分がポリビニルピロリドンである、請求項1〜7のいずれか一項記載の分離膜。 The separation membrane according to any one of claims 1 to 7, wherein the subcomponent is polyvinylpyrrolidone. (1)ポリアリーレンスルフィドと、親水性高分子と、可塑剤と、を溶融混練して、樹脂組成物を調製する、樹脂組成物調製工程と、
(2)前記樹脂組成物を吐出口金から吐出して、20以上のドラフト比で樹脂成形物を成形する、成形工程と、
(3)前記樹脂成形物を溶媒に浸漬させて分離膜を得る、浸漬工程と、を備える、分離膜の製造方法。
(1) A resin composition preparation step of preparing a resin composition by melt-kneading a polyarylene sulfide, a hydrophilic polymer, and a plasticizer.
(2) A molding step in which the resin composition is discharged from a discharge port to mold a resin molded product at a draft ratio of 20 or more.
(3) A method for producing a separation membrane, comprising a dipping step of immersing the resin molded product in a solvent to obtain a separation membrane.
前記(2)の工程の後に、前記樹脂成形物を延伸する延伸工程を含む、請求項9に記載の分離膜の製造方法。 The method for producing a separation membrane according to claim 9, further comprising a stretching step of stretching the resin molded product after the step (2).
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