JP2866970B2 - 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、アルキルアミノピ
ペリジン単位を主たるジ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63−197
501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を微多
孔性支持膜上で界面反応させて、支持膜上のポリアミド
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。
例えば、特開昭63−197501号公報によれば、ピペラジ
ン誘導体をジアミン成分とする架橋ポリアミドからなる
超薄膜を微多孔性支持膜上に形成してなる複合半透膜が
提案されている。
発明が解決しようとする課題 本発明は、上述したピペラジン誘導体を用いる複合半
透膜とは異なり、ピペリジン誘導体を用いて、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は、炭素数1〜4のアルキレン基を示す。) で表わされるアミノアルキルピペリジン単位を主たるジ
アミン成分とし、一般式(II) (式中、R2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り、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15時間処
理した後に測定した透水速度が2.1〜4.5t/m2・日であ
り、塩除去率が60〜75%である膜性能を有することを特
徴とする。
本発明において、上記超薄膜は、上記アミノアルキル
ピペリジン単位を主たるジアミン成分とし、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、酸成分として三官能カルボン酸成分を併用し
て形成される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。
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、
ジアミンとして一般式(IV) (式中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基を示す。) で表わされるアミノアルキルピペリジンを含有する水溶
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(V) (式中、R2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(IV)で表わされるア
ミノアルキルピペリジンとして、例えば、2−アミノメ
チルピペリジン、2−アミノエチルピペリジン、2−ア
ミノプロピルピペリジン、3−アミノメチルピペリジ
ン、3−アミノエチルピペリジン、4−アミノエチルピ
ペリジン、4−アミノプロピルピペリジン等が好ましく
用いられる。
本発明によれば、ジアミンとして、上記のようなアミ
ノアルキルピペリジンと共に、ピペラジンや1,3−ビス
(4−ピペリジル)プロパン等のようなピペラジン誘導
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(V)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、架橋剤として、前記一般式(VI)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。このような架橋剤を用いることに
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。
前述したように、本発明による複合半透膜は、ジアミ
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(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。
ジ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、ジアミ
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剤溶液
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。
ジ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、ジ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、通
常、0.1〜10重量%、好ましくは、0.5〜5重量%の範囲
である。
支持膜上にジ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、支持膜上にジ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、ジ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
透膜を保護膜にして被覆してもよい。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、アミノアルキルピペリジ
ン単位を主たるジ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、通常の電導度測
定によつた。
実施例1 2−アミノメチルピペリジン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)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 2−アミノメチルピペリジンに代えて、4−アミノメ
チルピペリジンを用いた以外は、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 ジアミンとしてピペラジン0.5重量%と2−アミノメ
チルピペリジン1.5重量%を含有する水溶液を用いた以
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 71/58 B01D 69/12

Claims (6)

    (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は、炭素数1〜4のアルキレン基を示す。) で表わされるアミノアルキルピペリジン単位を主たるジ
    アミン成分とし、一般式(II) (式中、R2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り、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15時間処
    理した後に測定した透水速度が21〜4.5t/m2・日であ
    り、塩除去率が60〜75%である膜性能を有することを特
    徴とする複合半透膜。
  2. 【請求項2】酸成分が一般式(III) (式中、R3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】ジアミン成分がピペラジン誘導体を含むこ
    とを特徴とする請求項第1項記載の複合半透膜。
  4. 【請求項4】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、ジアミンとし
    て一般式(IV) (式中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基を示す。) で表わされるアミノアルキルピペリジンを含有する水溶
    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(V) (式中、R2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、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15時間処理
    した後に測定した透水速度が2.1〜4.5t/m2・日であり、
    塩除去率が60〜75%である膜性能を有する複合半透膜の
    製造方法。
  5. 【請求項5】酸ハライドが一般式(VI) (式中、R3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酸ハライドを含むことを特徴とする
    請求項第4項記載の複合半透膜の製造方法。
  6. 【請求項6】ジアミンがピペラジン誘導体を含むことを
    特徴とする請求項第4項記載の複合半透膜の製造方法。
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