JP2796637B2 - 複合半透膜及びその製造方法 - Google Patents

複合半透膜及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液状混合物中の成分を選択的に透過分離する
ための複合半透膜に関し、詳しくは、アルキルイミノビ
スアルキルアミン単位を主たる多官能アミン成分とする
ポリアミドからなる超薄膜が微多孔性支持膜上に支持さ
れてなる複合半透膜及びその製造方法に関する。
かかる本発明による複合半透膜は、例えば、かん水、
海水等の脱塩による淡水化や、半導体の製造に必要とさ
れる超純水の製造等に好適に用いることができる。
従来の技術 従来、工業的に用いられている半透膜としては、例え
ば、酢酸セルロースからなる非対称構造を有するロブ型
のものが知られている。しかし、このような酢酸セルロ
ースからなる半透膜は、耐加水分解性、耐微生物性、耐
薬品性等において劣り、更に、耐圧性や耐久性も十分で
ないので、高浸透性を有する装置とすることが困難であ
つて、用途が自ずから限定されざるを得ない。
そこで、酢酸セルロースからなる非対称半透膜の上記
したような欠点を解消すべく、近年、種々の重合体から
なる非対称半透膜、例えば、芳香族ポリアミド(米国特
許第3,567,632号)、架橋ポリアミド酸(特開昭56−376
9号公報)、ポリベンズイミダゾール(特開昭58−92403
号公報)等からなる半透膜が提案されている。このよう
な重合体からなる半透膜は、前記酢酸セルロースからな
る非対称半透膜の有する欠点の一部を解消し得るもの
の、選択分離性や透過能では尚、劣つている。
そこで、非対称半透膜とは構造の異なる半透膜とし
て、微多孔性支持膜上に実質的に選択分離性を有する活
性な超薄膜を形成してなる複合半透膜が、例えば、米国
特許第3,744,642号明細書や第4,039,440号明細書、第4,
259,183号明細書、特開昭55−147106号、特開昭58−243
03号公報、特開昭63−197501号公報等に記載されている
ように、近年、種々開発されている。これらの多くは、
高い透水性を得るために、超薄膜がポリアミドやポリ尿
素からなり、一般に、分子内に2以上のアミノ基を有す
る多官能アミン化合物の水溶液とこれらアミノ基と反応
し得る官能基を分子内に2以上有する多官能性化合物の
炭化水素溶液と微多孔性支持膜上で界面反応させて、支
持膜上にポリアミドやポリ尿素等からなる超薄膜を形成
することによつて得られる。
発明が解決しようとする課題 本発明は、アルキルイミノビスアルキルアミン及び/
又はイミノビスアルキルアミンを主たる多官能アミン成
分とするポリアミドからなる超薄膜を備え、低圧操作に
よつて高い透水性と脱塩性能とを併せ有する新規な複合
半透膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、超薄膜とこれを支持する微多孔性支持膜と
からなる複合半透膜において、上記超薄膜が一般式
(I) (式中、R1及びR2は炭素数1〜4のアルキレン基を示
し、R3は炭素数1〜4のアルキル基を示す。) で表わされるアルキルイミノビスアルキルアミン単位及
び/又は一般式(II) で表わされるイミノビスアルキルアミン単位をを主たる
多官能アミン成分とし、酸成分として一般式(III) (式中、R4は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を示
し、環Aは、ベンゼン環又はシクロヘキサン環を示
す。) で表わされる多官能カルボン酸成分を主たる酸成分とす
るポリアミドからなることを特徴とする。
本発明において、上記超薄膜は、上記アルキルイミノ
ビスアルキルアミン単位及び/又はイミノビスアルキル
アミン単位を主たる多官能アミン成分とし、上記多官能
カルボン酸成分を主たる酸成分として、これらを界面重
縮合反応させることによつて形成されたポリアミド、好
ましくは、架橋ポリアミドからなり、実質的に分離性能
を有する層である。その膜厚は、得られる複合半透膜の
用途や要求特性によつて適宜に選ばれるが、通常、10〜
1000nmの範囲である。膜厚が余りに薄いときは、膜欠陥
が生じやすく、他方、余りに厚いときは、透水速度が低
下する。特に、膜厚は、20〜300nmの範囲であることが
好ましい。
尚、前記式(II)で表わされるイミノビスアルキルア
ミン単位は三官能であつてもよく、この場合、これ自体
も架橋ポリアミドの形成に寄与する。
上記超薄膜を支持する微多孔性支持膜は、実質的に分
離機能をもたず、超薄膜を支持し得るものであれば、特
に,限定されるものではなく、例えば、酢酸セルロー
ス、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエス
テルスルホン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、
ポリアクリロニトリル等、種々のものを例示することが
できるが、特に、ポリスルホンからなる微多孔性支持膜
が好ましく用いられる。
かかる複合半透膜は、本発明に従つて、好ましくは、
多官能アミンとして一般式(V) で表わされるアルキルイミノビスアルキルアミン及び/
又は一般式(VI) で表わされるイミノビスアルキルアミンを含有する水溶
液を微多孔性支持膜上に塗布し、次いで、酸ハライドと
して一般式(VII) (式中、R4は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を示
し、Xは塩素、臭素、ヨウ素又はフツ素を示し、環A
は、ベンゼン環又はシクロヘキサン環を示す。) で表わされる多官能酸ハライドを含有する水非混和性有
機溶剤溶液を塗布し、水溶液との界面にて重縮合を行な
つて、支持膜上にポリアミドからなる超薄膜を生成させ
ることによつて得ることができる。
本発明においては、前記一般式(V)で表わされるア
ルキルイミノビスアルキルアミンとして、例えば、メチ
ルイミノビスプロピルアミン、エチルイミノビスプロピ
ルアミン、メチルイミノビスエチルアミン等が好ましく
用いられる。
また、前記一般式(VI)で表わされるイミノビスアル
キルアミンとしては、例えば、イミノビスメチルアミ
ン、イミノビスプロピルアミン等を挙げることができ
る。このような二官能又は三官能アミンを用いることに
よつて、架橋ポリアミドからなる超薄膜を支持膜上に形
成させることができる。
更に、本発明によれば、必要に応じて、多官能アミン
として、上記のようなアルキルイミノビスアルキルアミ
ンやイミノビスアルキルアミンと共に、ピペラジンや1,
3−ビス(4−ピペラジル)プロパン等のようなピペラ
ジン誘導体、ピペリジン誘導体ピラゾリン誘導体、ピラ
ジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピリジン誘導体等の脂
環式又は複素環多官能アミン化合物を用いることができ
る。また、フエニレンジアミンのような芳香族多官能ア
ミンも用いることができる。
前記一般式(VII)で表わされる多官能カルボン酸ハ
ライドとしては、例えば、テレフタル酸ハライド、イソ
フタル酸ハライド、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸
ハライド、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸ハライド
等のジハライドが好ましく用いられる。なかでも、テレ
フタル酸クロライドやイソフタル酸ジクロライドが好ま
しく用いられる。
更に、本発明においては、上記ジカルボン酸ジハライ
ドと共に、前記一般式(VIII)で表わされる多官能酸ハ
ライドが好ましく用いられる。かかる多官能酸ハライド
としては、例えば、トリメシン酸ハライドや1,3,5−シ
クロヘキサントリカルボン酸ハライド等が好ましく用い
られる。特に、トリメシン酸クロライドが好ましく用い
られる。アミン成分として三官能アミンを用いる場合と
同様に、酸成分としてこのような多官能酸ハライドを用
いることによつても、架橋ポリアミドからなる超薄膜を
支持膜上に形成させることができる。
前述したように、本発明による複合半透膜は、多官能
アミンを含有する水溶液を微多孔性支持膜上に塗布し、
次いで、多官能酸ハライドを含有する水非混和性有機溶
剤溶液を塗布し、水溶液との界面にて重縮合を行なつ
て、支持膜上に(好ましくは架橋)ポリアミドを生成さ
せ、必要に応じて、加熱処理を行なうことによつて得る
ことができる。
多官能アミンを含有する水溶液は、製膜を容易にし、
或いは得られる複合半透膜の性能を向上させるために、
更に、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロ
リドン、ポリアクリル酸等の水溶性重合体や、ソルビト
ール、グリセリン、グリコール類等のような多価アルコ
ールを含有していてもよい。また、ドデシル硫酸ナトリ
ウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面
活性剤を含有していてよい。これら界面活性剤は、多官
能アミンを含有する水溶液の微多孔性支持膜への濡れ性
を改善するのに効果がある。更に、上記界面での重縮合
反応を促進するために、界面反応にて生成するハロゲン
化水素を除去し得る水酸化ナトリウムやリン酸三ナトリ
ウムを用い、或いは触媒として、第4級アンモニウム
塩、アシル化触媒、相間移動触媒等を用いることも有益
である。
多官能酸ハライドを含有する水非混和性有機溶媒溶液
を調製するための有機溶剤としては、用いる酸ハライド
をよく溶解し、他方、用いる微多孔性支持膜を溶解しな
い有機溶剤であればよく、例えば、n−ヘキサン、シク
ロヘキサン等の炭化水素溶剤、トリクロロトリフルオロ
エタン等のハロゲン化炭化水素が用いられるが、特に、
n−ヘキサンが好ましく用いられる。
多官能アミンを含有する水溶液及び多官能酸ハライド
を含有する有機溶剤溶液において、各官能アミン及び多
官能酸ハライドの濃度は、特に、限定されるものではな
いが、多官能アミンは、通常、0.1〜10重量%、好まし
くは、0.5〜5重量%の範囲であり、多官能酸ハライド
は、0.01〜5重量%、好ましくは0.05〜1重量%の範囲
である。
支持膜上に多官能アミンを含有する水溶液を塗布し、
次いで、その上に多官能酸ハライドを含有する有機溶剤
溶液を塗布する際、任意の手段を採用することができる
が、特に、アプリケータ等を用いるコーテイング法が好
ましく採用される。コーテイング法においては、一般
に、コーテイングした後、過剰の液体が除去される。こ
のような液切りとしては、通常、例えば、ワイパーやエ
アドクター等による液切りが採用される。勿論、膜面を
鉛直に支持して、過剰の液体を自然落下させてもよい。
このようにして、支持膜上に多官能アミンを含有する
水溶液を塗布し、次いで、その上に多官能酸ハライドを
含有する有機溶剤溶液を塗布すれば、多官能アミンと多
官能酸ハライドとは、支持膜上で室温にて容易に界面重
縮合反応するが、必要に応じて、反応を促進させ、或い
は溶剤を除去し、或いは形成される超薄膜の支持膜から
の剥離を防止するために、50〜150℃に加熱してもよ
い。
このようにして得られる複合半透膜は、そのままで用
いることができるが、本発明によれば、得られた複合半
透膜を保護膜にて被覆してもよい。このような保護層
は、得られた複合半透膜を乾燥させた後、例えば、ポリ
ビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリビニルメ
チルエーテル等のような重合体の0.5〜10重量%の水溶
液を塗布し、50〜150℃に加熱乾燥することによつて、
複合半透膜上に形成させることができる。
発明の効果 本発明による複合半透膜は、アルキルイミノビスアル
キルアミン及び/又はイミノビスアルキルアミン単位を
主たる多官能アミン成分とするポリアミドからなる超薄
膜が微多孔性支持膜上に形成されてなり、液体混合物中
の成分を選択的に透過分離するために好適に用いること
ができる。特に、本発明による複合半透膜は、低圧下で
の操作において、高い透水性能と高い脱塩性を有し、例
えば、かん水、海水等の脱塩による淡水化や、半導体の
製造に必要とされる超純水の製造等に好適に用いること
ができる。
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。
尚、微多孔性支持膜としては、日東電工(株)製ポリ
スルホン製限外濾過膜NTU−3250を用いた。得られた複
合半透膜の性能は、複合半透膜に操作圧力15kg/cm2、温
度25℃にて塩化ナトリウム1500ppmを含有する水溶液を1
5時間処理した後、透水速度及び塩化ナトリウム除去率
を測定した。塩化ナトリウム除去率は、通常の導電度測
定によつた。
実施例1 メチルイミノビスプロピルアミン2.0重量%、ドデシ
ル硫酸ナトリウム0.3重量%、リン酸三ナトリウム0.5重
量%、水酸化ナトリウム0.1重量%を含む水溶液を微多
孔性支持膜上に塗布し、室温で1分間放置した後、その
上にイソフタル酸クロライド0.5重量%を含むn−ヘキ
サン溶液を塗布し、120℃で5分間、熱風加熱して、複
合半透膜を得た。その性能を第1表に示す。
実施例2 イソフタル酸クロライドに代えて、テレフタル酸クロ
ライドを用いた以外は、実施例1と同様にして複合半透
膜を得た。その性能を第1表に示す。
実施例3 イソフタル酸クロライドに代えて、トリメシン酸クロ
ライドとテレフタル酸クロライドの混合物(重量比2/
3)を用いた以外は、実施例1と同様にして複合半透膜
を得た。その性能を第1表に示す。
実施例4 メチルイミノビスプロピルアミンに代えて、イミノビ
スプロピルアミンを用いると共に、イソフタル酸クロラ
イドに代えて、トリメシン酸クロライドとテレフタル酸
クロライドの混合物(重量比2/3)を用いた以外は、実
施例1と同様にして複合半透膜を得た。その性能を第1
表に示す。
実施例5 多官能アミンとしてm−フエニレンジアミン0.5重量
%とメチルイミノビスプロピルアミン1.5重量%を含有
する水溶液を用いると共に、イソフタル酸クロライドに
代えて、トリメシン酸クロライドとテレフタル酸クロラ
イドの混合物(重量比2/3)を用いた以外は、実施例1
と同様にして複合半透膜を得た。その性能を第1表に示
す。
実施例6 メチルイミノビスプロピルアミン1.2重量%、イミノ
ビスプロピルアミン0.8重量%、リン酸三ナトリウム0.5
重量%及び水酸化ナトリウム0.1重量%を含む水溶液を
微多孔性支持膜上に塗布し、室温で1分間放置した後、
その上にイソフタル酸クロライド0.5重量%を含むn−
ヘキサン溶液を塗布し、120℃で5分間、熱風加熱し
て、複合半透膜を得た。その性能を第1表に示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超薄膜とこれを支持する微多孔性支持膜と
    からなる複合半透膜において、上記超薄膜が一般式
    (I) (式中、R1及びR2は、炭素数1〜4のアルキレン基を示
    し、R3は炭素数1〜4のアルキル基を示す。) で表わされるアルキルイミノビスアルキルアミン単位及
    び/又は一般式(II) で表わされるイミノビスアルキルアミン単位を主たる多
    官能アミン成分とし、酸成分として一般式(III) (式中、R4は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を示
    し、環Aは、ベンゼン環又はシクロヘキサン環を示
    す。) で表わされる多官能カルボン酸成分を主たる酸成分とす
    るポリアミドからなることを特徴とする複合半透膜。
  2. 【請求項2】酸成分が一般式(IV) (式中、R5は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を示
    し、環Bは、ベンゼン環又はシクロヘキサン環を示
    す。) で表わされる多官能カルボン酸成分を含むことを特徴と
    する請求項第1項記載の複合半透膜。
  3. 【請求項3】超薄膜とこれを支持する微多孔性支持膜と
    からなる複合半透膜の製造方法において、多官能アミン
    として一般式(V) で表わされるアルキルイミノビスアルキルアミン及び/
    又は一般式(VI) で表わされるイミノビスアルキルアミンを含有する水溶
    液を微多孔性支持膜上に塗布し、次いで、酸ハライドと
    して一般式(VII) (式中、R4は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を示
    し、Xは塩素、臭素、ヨウ素又はフツ素を示し、環A
    は、ベンゼン環又はシクロヘキサン環を示す。) で表わされる多官能酸ハライドを含有する水非混和性有
    機溶剤溶液を塗布し、水溶液との界面にて重縮合を行な
    つて、支持膜上にポリアミドからなる超薄膜を生成させ
    ることを特徴とする複合半透膜の製造方法。
  4. 【請求項4】酸成分が一般式(VIII) (式中、R5は、水素又は炭素数1〜4のアルキル基を示
    し、環Bは、ベンゼン環又はシクロヘキサン環を示
    す。) で表わされる多官能カルボン酸成分を含むことを特徴と
    する請求項第3項記載の複合半透膜の製造方法。
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