JP2572015B2 - 芳香族ポリスルホン複合半透膜の製造方法 - Google Patents

芳香族ポリスルホン複合半透膜の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、芳香族ポリスルホン複
合半透膜の製造方法に関し、詳しくは、透過性能の安定
性、耐圧強度及び可撓性にすぐれる芳香族ポリスルホン
複合半透膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半透膜は、海水の淡水化、超純水
の製造、医薬や食品工業における精製、濃縮、除菌処
理、工業排水及び生活排水の処理、人工臓器における膜
材料等、極めて多様な分野において広く使用されてお
り、また、これら用途に応じて種々の特性を有する半透
膜が製造されている。しかし、従来、知られている半透
膜は、尚、その用途によっては、透過性能やその他の特
性において満足すべきものではない。例えば、セルロー
スエステルからなる半透膜は、従来、逆浸透膜や人工臓
器材料として用いられているが、耐微生物性や耐薬品
性、耐熱性、耐溶剤性等が劣る。
【0003】このために、特に、耐微生物性、耐熱性及
び耐薬品性にすぐれる半透膜として、例えば、特開昭4
9−23183号公報や特開昭54−16378号公報
に記載されているように、芳香族ポリスルホンからなる
半透膜が提案され、また、一部で既に実用化されてい
る。しかし、一般に、芳香族ポリスルホンは、上記のよ
うなすぐれた特性を有する反面、比較的疎水性であっ
て、水との親和性が小さいために、水性液体の処理にお
いて、本来、水の透過性が低いうえに、溶質が膜面に吸
着されて汚染されやすいので、処理すべき水性液体の性
状によっては、透過性能が経時的に急激に低下すること
がある。
【0004】更に、芳香族ポリスルホンからなる中空糸
膜は、芳香族ポリスルホンが特に脆い性質を有するため
に、内圧強度が低く、用途や使用条件が制限されざるを
得ないという重要な問題を有している。また、例えば、
管状複合半透膜は、通常、不織布のような補強材上に芳
香族ポリスルホン半透膜を製膜して、補強膜とし、これ
を管状に加工することによって製造されるが、この補強
膜は、一般に、可撓性に乏しく、製管に際して、補強膜
に割れが発生することもあり、従来より、可撓性にすぐ
れる芳香族ポリスルホン補強膜が要望されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の芳香
族ポリスルホン半透膜における上述したような問題を解
決するためになされたものであって、特に、透過安定
性、耐圧性及び可撓性が改善された芳香族ポリスルホン
複合半透膜の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による芳香族ポリ
スルホン複合半透膜の製造方法は、芳香族ポリスルホン
からなる多孔質膜に無機アルカリ性化合物を含む水溶性
ポリビニルアルコール系重合体水溶液を塗布又は含浸し
た後、加熱し、乾燥して、上記水溶性ポリビニルアルコ
ール系重合体を水不溶化処理すると共に、上記多孔質膜
の表面及び上記多孔質膜が有する微孔の内表面に水不溶
化処理された上記ポリビニルアルコール系重合体を概ね
均一に付着させることを特徴とする。
【0007】本発明において用いる芳香族ポリスルホン
は、好ましくは、次の一般式(I)又は(II)で表わさ
れる繰返し単位を有する重合体である。 -A-SO2-A-O-(A-Rm-A-X)n- (I) -A-SO2-A-SO2-A-O- (II) (但し、Aはそれぞれ同一又は異なる芳香族基を示し、
Rは2価の有機基を示し、XはO又は SO2を示し、m及
びnはそれぞれ0又は1を示す)。
【0008】例えば、次のいずれかの繰返し単位
【0009】
【化1】
【0010】を有する芳香族ポリスルホンは、入手も容
易であり、本発明において好適に用いることができる。
【0011】本発明による芳香族ポリスルホン複合半透
膜が実用的な透過性能及び強度を有するためには、上記
したような芳香族ポリスルホンは、1.0g/100mlの
ジメチルホルムアミド溶液として、25℃において0.2
〜1.0、好ましくは、0.25〜0.80の還元粘度ηsp
C(以下、還元粘度の測定条件は同じである。)を有す
るのがよい。
【0012】本発明において、基材としての芳香族ポリ
スルホンからなる多孔質膜としては、例えば、膜表面に
厚さ20μm以下の緻密な所謂スキン層と、このスキン
層を一体的に支持する比較的粗な多孔質構造を有すると
共に、粒径0.01μm以上の粒子の透過を実質的に阻止
する性能を有する多孔質膜や、膜の厚さ方向にほぼ均質
であつて、且つ、微孔孔径が実質的に0.01〜2μmの
範囲にある多孔質膜が好適に用いられる。一般にこのよ
うな多孔質膜は20リットル/m2・時・気圧以上の高い
純水透水速度を有する。このような多孔質膜も、通常、
半透膜と称されている。
【0013】また、本発明においては、基材としての上
記芳香族ポリスルホンからなる多孔質膜は、不織布のよ
うな補強材上に製膜されていてもよい。基材としてのこ
のような芳香族ポリスルホン多孔質膜の形状は、本発明
においては、特に制限されるものではないが、本発明に
よれば、中空糸状多孔質膜を用いるとき、特に、耐内圧
性が改善された芳香族ポリスルホン中空糸状半透膜を得
ることができる。基材としての中空糸状多孔質膜として
は、外径500〜4000μm、内径200〜3000
μmのものがよい。また、不織布上に製膜されたシート
状の芳香族ポリスルホン多孔質膜を用いるとき、可撓性
にすぐれた複合半透膜を得ることができる。
【0014】本発明による芳香族ポリスルホン複合半透
膜は、上記のような芳香族ポリスルホン多孔質膜に無機
アルカリ性化合物を含む水溶性ポリビニルアルコール系
重合体水溶液を塗布し、又は含浸した後、加熱し、乾燥
して、上記水溶性ポリビニルアルコール系重合体を水不
溶化処理すると共に、上記多孔質膜の表面及び上記多孔
質膜が有する微孔の内表面に水不溶化処理された上記ポ
リビニルアルコール系重合体を概ね均一に付着させるこ
とによって得ることができる。
【0015】本発明において用いるポリビニルアルコー
ル系重合体は、平均重合度200〜3500、ケン化度
85〜100モル%のポリビニルアルコール、及び単量
体組成の20モル%以下のビニル単量体単位を有する共
重合体を含むものとする。このようなビニル単量体とし
ては、例えば、エチレン、ビニルピロリドン、アクリロ
ニトリル、塩化ビニル等を挙げることができる。
【0016】より詳細には、ポリビニルアルコール0.0
1〜10重量%、好ましくは、0.2〜2重量%と、無機
アルカリ性化合物0.01〜5重量%、好ましくは、0.1
〜1重量%とを含有する水溶液に芳香族ポリスルホン多
孔質膜を0〜80℃の温度で1分乃至数十時間浸漬する
か、又は上記水溶液を芳香族ポリスルホン多孔質膜の表
面に塗布し、このようにして、ポリビニルアルコール系
重合体の水溶液の薄層を多孔質膜表面に形成した後、3
0〜200℃、好ましくは、80〜150℃の温度で加
熱乾燥させることによって、芳香族ポリスルホン多孔質
膜の表面及び微孔内表面に水不溶化処理されたポリビニ
ルアルコール系重合体を概ね均一に付着させることがで
きる。
【0017】この方法において、上記無機アルカリ性化
合物としては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩及び炭
酸水素塩が好ましく用いられ、従つて、具体例として、
例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナト
リウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリ
ウム、炭酸水素ナトリウム等を挙げることができるが、
特に、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムが好ましく
用いられる。
【0018】この後、必要に応じて、この複合半透膜を
熱水に浸漬する等の方法によって、膜を熱処理して、得
られる複合半透膜の微孔孔径を調整することもできる。
上記の処理において、好ましい温度条件は60℃以上、
特に80℃以上であり、5分以上、好ましくは30分以
上浸漬する。
【0019】このようにして得られる芳香族ポリスルホ
ン複合半透膜において、基材である多孔質膜の表面及び
微孔の内表面に付着している水不溶化処理されたポリビ
ニルアルコール系重合体は、その付着量が膜表面と微孔
内表面とで同じである必要はないが、基材である多孔質
膜構造を保持して、透過性能、特に、溶質に対する除去
率が高まる程度であることが好ましい。具体的には、水
不溶化処理されたポリビニルアルコール系重合体の付着
量は、膜厚にもよるが、ポリスルホン多孔質膜に対して
0.01〜20重量%の範囲がよく、特に、0.1〜5重量
%が好ましい。水不溶化ポリビニルアルコール系重合体
の付着量が余りに少ないときは、透過性能及び耐圧性等
が当初の基材としてのポリスルホン多孔質膜と殆ど変わ
らず、他方、20重量%よりも多いときは、通常、半透
膜としての透過性能が劣るようになるからである。
【0020】このような方法によれば、多価アルデヒド
のような架橋剤を用いることなしに、水溶性ポリビニル
アルコール系重合体を水不溶化することができるうえ
に、特に、芳香族ポリスルホン多孔質膜の表面に少量の
水不要化処理ポリビニルアルコール系重合体を概ね均一
に付着させることができ、このようにして、透過安定性
にすぐれると共に、可撓性にすぐれる複合半透膜を得る
ことができる。
【0021】このようにして、本発明によれば、水溶性
ポリビニルアルコール系重合体を加熱して、重合体を水
不溶化処理することによって、芳香族ポリスルホン多孔
質膜の親水性を改善して、その透過安定性を高め得ると
共に、溶質に対する除去率を高めることがでる。特に、
本発明の方法によれば、ポリビニルアルコール系重合体
が架橋によらずして、水不溶化されるためであるとみら
れるが、得られる複合半透膜が可撓性を有する。
【0022】
【発明の効果】本発明の方法に従って得られる芳香族ポ
リスルホン複合半透膜によれば、以上のように、基材と
しての芳香族ポリスルホン多孔質膜がその当初の多孔質
膜構造を保持しつつ、その表面及微孔内表面に水不溶化
処理されたポリビニルアルコール系重合体が概ね均一に
付着してなるので、複合半透膜は孔径0.01〜2μm程
度の微孔を有すると共に、膜表面がポリビニルアルコー
ル系重合体によって親水化されているために、膜面への
溶質の吸着が少なく、その結果、透過安定性が著しく改
善されると共に、微孔の内表面に水不溶化処理されたポ
リビニルアルコール系重合体が付着して、膜を補強して
いるので、膜は機械的強度にすぐれ、特に、中空糸状複
合半透膜の場合に、その耐内圧性が著しく改善される。
【0023】更に、本発明によれば、ポリビニルアルコ
ール系重合体が架橋によらずして、水不溶化されている
ためであるとみられるが、得られる複合半透膜が可撓性
を有する。
【0024】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。また、以下において、部は重量部を意味するものと
する。
【0025】実施例1 前記繰返し単位(III)を有する芳香族ポリスルホン(ユ
ニオン・カーバイド社製「ポリサルホンP−3500」
17部をN−メチル−2−ピロリドン83部に溶解し
た。この溶液をポリエステル不織布上に厚さ150μm
に塗布した後、10℃の水中に浸漬して、不織布を基材
とする芳香族ポリスルホン多孔質膜を得た。
【0026】この不織布を基材とする芳香族ポリスルホ
ン多孔質膜において、そのポリスルホン部分は、断面を
走査型電子顕微鏡で観察した結果、表面にスキン層を有
し、内部に向かうに従って粗な多孔質構造を有する異方
性膜であった。また、この多孔質膜の純水透水速度は2
80リットル/m2・時・気圧であり、平均分子量200
00のポリエチレングリコールに対する除去率は80%
であった。
【0027】次に、表1に示すように、平均重合度24
00、ケン化度88モル%のポリビニルアルコール(P
VA)0.3重量%と所定の無機アルカリ性化合物の所定
量とを含有するポリビニルアルコール水溶液を上記芳香
族ポリスルホン多孔質膜上に厚さ約10μmにて塗布し
た後、120℃の温度にて5分間加熱乾燥して、ポリビ
ニルアルコールを水不溶化させ、この後、水洗して、本
発明による複合半透膜を得た。
【0028】このようにして得られた複合半透膜は、電
子顕微鏡で観察した結果、当初の多孔質構造はそのまま
保持されていると共に、水不溶性ポリビニルアルコール
が膜表面及び微孔内表面に厚さ約0.1μmにてほぼ均一
に付着しており、且つ、その付着量は、乾燥芳香族ポリ
スルホン多孔質膜に対して0.12重量%であることが確
認された。これらの複合半透膜における純水透過速度及
び平均分子量20000のポリエチレングリコールに対
する除去率を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】また、表1に示す本発明膜2を用いて、不
揮発分15%のカチオン系電着塗料を連続的に2kg/cm
2 の圧力にて処理した結果を図1に示すように、本発明
による複合半透膜を用いるとき、透水速度は経時的に高
く保持され、膜の透過安定性が高い。
【0031】比較例1及び2 実施例1において得たポリエステル不織布を基材とする
芳香族ポリスルホン多孔質膜自体(比較例1)、及び実
施例1において無機アルカリ化合物を含まないポリビニ
ルアルコール水溶液にこの多孔質膜を浸漬した以外は、
実施例1と同様にして得た複合半透膜(比較例2)につ
いて、実施例1と同様にして、それぞれ不揮発分15%
のカチオン系電着塗料を連続的に2kg/cm2 の圧力にて
処理した。結果を図1に示すように、これら比較例によ
る膜を用いるとき、透水速度の経時低下が著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明による芳香族ポリスルホン複合半透
膜(実施例1)及び比較例としての膜(比較的1及び
2)をそれぞれ用いて、カチオン系電着塗料を連続処理
したときの透水速度の経時変化を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島津 彰 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日 東電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−86684(JP,A) 特開 昭59−173186(JP,A) 特開 昭54−95982(JP,A) 特開 昭56−129007(JP,A) 特開 昭59−109204(JP,A) 特開 昭57−27102(JP,A) 特開 昭61−209003(JP,A) 特開 昭58−124521(JP,A) 特公 昭42−20468(JP,B1)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】芳香族ポリスルホンからなる多孔質膜に無
    機アルカリ性化合物を含む水溶性ポリビニルアルコール
    系重合体水溶液を塗布又は含浸した後、加熱し、乾燥し
    て、上記水溶性ポリビニルアルコール系重合体を水不溶
    化処理すると共に、上記多孔質膜の表面及び上記多孔質
    膜が有する微孔の内表面に水不溶化処理された上記ポリ
    ビニルアルコール系重合体を概ね均一に付着させること
    を特徴とする芳香族ポリスルホン複合半透膜の製造方
    法。
  2. 【請求項2】水不溶化処理されたポリビニルアルコール
    系重合体の付着量が芳香族ポリスルホンからなる多孔質
    膜に対して20重量%以下である請求項1記載の芳香族
    ポリスルホン複合半透膜の製造方法。
  3. 【請求項3】複合半透膜が中空糸状複合半透膜である請
    求項1記載の芳香族ポリスルホン複合半透膜の製造方
    法。
  4. 【請求項4】芳香族ポリスルホンからなる多孔質膜が不
    織布上に形成されている請求項1記載の芳香族ポリスル
    ホン複合半透膜の製造方法。
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