JP3092864B2 - Separation membrane and separation method - Google Patents

Separation membrane and separation method

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JP3092864B2
JP3092864B2 JP03133517A JP13351791A JP3092864B2 JP 3092864 B2 JP3092864 B2 JP 3092864B2 JP 03133517 A JP03133517 A JP 03133517A JP 13351791 A JP13351791 A JP 13351791A JP 3092864 B2 JP3092864 B2 JP 3092864B2
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液−液混合物、液−気混
合物、気−気混合物の分離膜及び分離方法に関し、特に
アクリル共重合体と溶解性の大きな液体(又は蒸気)
を、アクリル共重合体と溶解性の小さな液体(又は蒸
気)から分離するのに好適に使用できる分離膜、及びそ
の分離膜を用いた分離方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separation membrane and a separation method for a liquid-liquid mixture, a liquid-gas mixture, and a gas-gas mixture, and more particularly to a liquid (or vapor) having high solubility with an acrylic copolymer.
And a separation method using the separation membrane, which can be suitably used to separate from the acrylic copolymer and a liquid (or vapor) having low solubility.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】細孔を
有する膜を用いて種々の混合物を分離する膜分離法は、
近年益々さかんになり、その技術は様々な分野で応用さ
れつつある。また膜分離法における分離対象物も固体−
液体混合物のみならず、液体−液体、気体−気体、気体
−液体混合物と広い範囲にわたり、種々の混合物に対す
る分離膜及び分離技術の開発に関心が集まっている。
2. Description of the Related Art A membrane separation method for separating various mixtures using a membrane having pores is disclosed in US Pat.
In recent years, it has become increasingly popular, and its technology is being applied in various fields. The object to be separated in the membrane separation method is also a solid-
There is an interest in the development of separation membranes and separation techniques for a wide variety of mixtures, not only liquid mixtures, but also liquid-liquid, gas-gas and gas-liquid mixtures.

【0003】膜分離法による有機溶媒等の分離も注目さ
れている分野の一つであり、従来簡単な方法では分離で
きなかった混合物(例えば、沸点が近接していて蒸留に
よる分離が困難な混合物、共沸混合物、熱に弱い物質を
含む混合物等)を分離又は濃縮する方法として研究され
ている。有機溶媒の混合物の膜分離法にはパーベイパレ
ーション法、逆浸透法、及びエバポミエーション法(蒸
気透過法)が好適である。
[0003] Separation of organic solvents and the like by a membrane separation method is also one of the fields of interest, and is a mixture which cannot be separated by a conventional simple method (for example, a mixture having a boiling point close to and difficult to separate by distillation). , Azeotropes, mixtures containing heat-sensitive substances, etc.). The pervaporation method, the reverse osmosis method, and the evaporation method (vapor permeation method) are suitable for the membrane separation method of the mixture of the organic solvents.

【0004】ところでパーベイパレーション法、逆浸透
法やエバポミエーション法を含めた膜分離法における分
離の精度、及び効率は、膜自体の性能に依存するので、
分離選択性に優れた膜を開発することが重要である。
[0004] Incidentally, the accuracy and efficiency of the separation in the membrane separation method including the pervaporation method, the reverse osmosis method and the evaporation method depend on the performance of the membrane itself.
It is important to develop a membrane with excellent separation selectivity.

【0005】優れた分離膜とするには、基本的に、分離
する化合物との親和性を選択的に高める必要がある。し
かしながら、分離膜全体を目的成分に親和性のある材質
とすれば、分離膜が膨潤してしまい、可塑化効果により
高い分離選択性が得られなくなる。また分離膜の機械的
強度や耐久性の低下の問題も起きる。
In order to obtain an excellent separation membrane, basically, it is necessary to selectively increase the affinity with the compound to be separated. However, if the entire separation membrane is made of a material having an affinity for the target component, the separation membrane swells, and high separation selectivity cannot be obtained due to the plasticizing effect. In addition, there is a problem that the mechanical strength and durability of the separation membrane are reduced.

【0006】そこで、有機溶媒中で膨潤しない材料から
なる微多孔膜を基材として用い、この膜の細孔を実質的
にポリマーで埋めた構造の複合膜からなる分離膜の開発
が行われている。ここで細孔を埋めるポリマーは、分離
対象物に良好な親和性を有するものであり、膜全体とし
ては膨潤を抑制しつつ、特定成分のみをポリマーで埋め
た細孔を通して分離する。
Accordingly, a separation membrane comprising a composite membrane having a structure in which the pores of the membrane are substantially filled with a polymer using a microporous membrane made of a material that does not swell in an organic solvent has been developed. I have. Here, the polymer that fills the pores has a good affinity for the object to be separated, and suppresses swelling of the entire membrane while separating only specific components through the pores filled with the polymer.

【0007】この種の分離膜として、本出願人は先に、
ポリエチレン微多孔膜にアクリル系モノマーをプラズマ
重合し、細孔をアクリルグラフト重合体により実質的に
充満した分離膜について特許出願をした(特願平1-2344
88号)。この分離膜は、たとえばベンゼン/シクロヘキ
サン混合物からベンゼンを高い選択性をもって良好に分
離することができる。
As a separation membrane of this type, the present applicant has previously described
A patent application was filed for a separation membrane in which an acrylic monomer was plasma-polymerized on a polyethylene microporous membrane and the pores were substantially filled with an acrylic graft polymer (Japanese Patent Application No. 1-2344).
No. 88). This separation membrane can satisfactorily separate benzene from a benzene / cyclohexane mixture, for example, with high selectivity.

【0008】しかしながら、上記の分離膜では、細孔内
を充満するものが単独モノマーのグラフト重合体のた
め、分離できる液体の組み合わせに限界があり、グラフ
ト重合体との溶解性が類似した液体同士の混合物に対し
て良好な分離を行うことは難しい。従って、種々の液体
混合物の分離に幅広く用いることができるような、溶解
性の制御可能な分離膜の開発が望まれていた。
However, in the above-mentioned separation membrane, since the one that fills the pores is a graft polymer of a single monomer, there is a limit in the combination of liquids that can be separated, and liquids having similar solubility with the graft polymer are limited. It is difficult to perform good separation on the mixture of Accordingly, there has been a demand for the development of a separation membrane whose solubility can be controlled so that it can be widely used for separating various liquid mixtures.

【0009】したがって本発明の目的は、種々の液体又
は蒸気混合物に対して、高い選択性をもって分離を行う
ことができる分離膜を提供することである。また、本発
明のもう1つの目的は、種々の液体又は蒸気混合物に対
して、高い選択性で目的の液体又は蒸気を分離すること
ができる方法を提供することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a separation membrane capable of performing separation with high selectivity on various liquid or vapor mixtures. Another object of the present invention is to provide a method capable of separating a target liquid or vapor with high selectivity for various liquid or vapor mixtures.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、ポリエチレンの微多孔膜を用い、
この膜の表面に溶解性の異なる複数種のモノマーを用い
たプラズマグラフト重合を行うことにより、細孔をグラ
フト共重合体で実質的に満たした分離膜とし、かつモノ
マーの配合割合を分離すべき液体の種類に応じて調整す
れば、グラフト共重合体に溶解性を有する有機溶媒を選
択的に透過分離することができることを発見し、本発明
を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies in view of the above object, the present inventor has used a microporous polyethylene membrane,
By performing plasma graft polymerization using multiple types of monomers with different solubility on the surface of this membrane, a separation membrane whose pores are substantially filled with the graft copolymer should be separated, and the compounding ratio of the monomer should be separated The present inventors have found that an organic solvent having solubility in a graft copolymer can be selectively permeated and separated if adjusted according to the type of liquid, and the present invention has been completed.

【0011】すなわち、所望の混合液体又は蒸気を選択
的に分離できる本発明の分離用膜は、ポリエチレン微多
孔膜上に、溶解性が異なる複数種のモノマーを用いてプ
ラズマグラフト重合を行い、前記微多孔膜の細孔を、生
成したグラフト共重合体により実質的に満たしてなるも
ので、前記モノマーの配合割合は、混合液体中の分離す
べき液体又は蒸気が、生成したグラフト共重合体に対し
て良溶媒となるとともに、その他のものが貧溶媒となる
ように選定されていることを特徴とする。
That is, the separation membrane of the present invention which can selectively separate a desired mixed liquid or vapor is obtained by performing plasma graft polymerization on a polyethylene microporous membrane using a plurality of types of monomers having different solubilities. The pores of the microporous membrane are substantially filled with the produced graft copolymer, and the compounding ratio of the monomer is such that the liquid or vapor to be separated in the mixed liquid is mixed with the produced graft copolymer. On the other hand, it is characterized in that it is selected so that it becomes a good solvent and the others become poor solvents.

【0012】また、パーベイパレーション法、逆浸透法
又はエバポミエーション法により、混合液体又は蒸気か
ら特定の液体又は蒸気を選択的に分離する本発明の方法
は、ポリエチレン微多孔膜に、溶解性が異なる複数種の
モノマーを用いたプラズマグラフト重合を行うことによ
り前記微多孔膜の細孔をグラフト共重合体により実質的
に満たしてなる分離用膜を用い、その際、前記モノマー
の配合割合を、混合液体又は蒸気中の特定の液体又は蒸
気が、生成したグラフト共重合体に対して良溶媒となる
とともに、その他のものが貧溶媒となるように選定する
ことを特徴とする。
Further, the method of the present invention for selectively separating a specific liquid or vapor from a mixed liquid or vapor by a pervaporation method, a reverse osmosis method or an evaporation method, comprises dissolving a specific liquid or vapor in a polyethylene microporous membrane. A separation membrane in which pores of the microporous membrane are substantially filled with a graft copolymer by performing plasma graft polymerization using a plurality of types of monomers having different properties, and at that time, the mixing ratio of the monomer Is selected so that a specific liquid or vapor in the mixed liquid or vapor becomes a good solvent for the produced graft copolymer, and the others become poor solvents.

【0013】以下本発明を詳細に説明する。まず本発明
の混合液体又は蒸気分離用膜(以下簡単のために分離膜
と呼ぶ)について説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the mixed liquid or vapor separation membrane (hereinafter, referred to as a separation membrane for simplicity) of the present invention will be described.

【0014】本発明の分離膜はポリエチレン微多孔膜を
基材とする。ポリエチレン微多孔膜としては、超高分子
量ポリエチレン、高密度ポリエチレンからなるものを用
いることができるが、強度の観点から超高分子量ポリエ
チレンからなるものを用いるのがよい。
The separation membrane of the present invention is based on a microporous polyethylene membrane. As the polyethylene microporous membrane, those made of ultrahigh molecular weight polyethylene and high density polyethylene can be used, but those made of ultrahigh molecular weight polyethylene are preferably used from the viewpoint of strength.

【0015】ポリエチレン微多孔膜の空孔率は好ましく
は30〜95%、より好ましくは50〜90%の範囲である。空
孔率が30%未満では分離目的物の透過性が不十分でな
り、一方95%を超えると膜の機械的強度が小さくなり実
用性に劣る。
The porosity of the microporous polyethylene membrane is preferably in the range of 30 to 95%, more preferably 50 to 90%. If the porosity is less than 30%, the permeability of the object to be separated becomes insufficient, while if it exceeds 95%, the mechanical strength of the membrane becomes small and the practicability is poor.

【0016】また、平均孔径は0.005 〜1μmの範囲内
にあるのがよい。平均孔径が0.005μm未満であると、
分離の目的物の透過性が不十分となり、また平均孔径が
1μmを超えると分離性能が低下する。
The average pore size is preferably in the range of 0.005 to 1 μm. When the average pore size is less than 0.005 μm,
If the target substance for separation becomes insufficient in permeability, and if the average pore size exceeds 1 μm, the separation performance is reduced.

【0017】さらに、破断強度は 200kg/cm2 以上とす
るのがよい。破断強度を 200kg/cm2 以上とすること
で、アクリルグラフト共重合体に溶媒が溶解した際の膨
潤に対する耐変形性が十分となる。
Further, the breaking strength is preferably 200 kg / cm 2 or more. By setting the breaking strength to 200 kg / cm 2 or more, deformation resistance against swelling when the solvent is dissolved in the acrylic graft copolymer becomes sufficient.

【0018】なお、ポリエチレン微多孔膜の厚さは好ま
しくは 0.1〜50μm、より好ましくは 0.2〜25μmであ
る。厚さが 0.1μm未満では膜の機械的強度が小さく、
実用に供することが難しい。一方50μmを超える場合
は、厚すぎて透過性能を低下させ、好ましくない。
The thickness of the microporous polyethylene membrane is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 0.2 to 25 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the mechanical strength of the film is small,
Difficult to put into practical use. On the other hand, if it exceeds 50 μm, the thickness is too large and the transmission performance is reduced, which is not preferable.

【0019】超高分子量ポリエチレンは、エチレンの単
独重合体またはエチレンと10モル%以下のα−オレフィ
ンとの共重合体からなる結晶性の線状超高分子量ポリエ
チレンであり、その分子量は、重量平均分子量が5×10
5以上、好ましくは1×106 〜1×107 である。超高分
子量ポリエチレンの重量平均分子量は得られる分離膜の
機械的強度に影響する。重量平均分子量が5×105 未満
では極薄で高強度の分離膜が得られない。一方、重量平
均分子量の上限は特に限定されないが、重量平均分子量
が1×107 を超えると延伸加工による薄膜化が難しいの
で好ましくない。
Ultra-high molecular weight polyethylene is a crystalline linear ultra-high molecular weight polyethylene comprising a homopolymer of ethylene or a copolymer of ethylene and 10 mol% or less of α-olefin. 5 × 10 molecular weight
It is 5 or more, preferably 1 × 10 6 to 1 × 10 7 . The weight average molecular weight of the ultra high molecular weight polyethylene affects the mechanical strength of the obtained separation membrane. If the weight average molecular weight is less than 5 × 10 5 , a very thin and high strength separation membrane cannot be obtained. On the other hand, the upper limit of the weight average molecular weight is not particularly limited. However, if the weight average molecular weight exceeds 1 × 10 7 , it is not preferable because it is difficult to form a thin film by stretching.

【0020】超高分子量ポリエチレン微多孔膜の場合、
超高分子量ポリエチレンに、他の比較的低分子量のポリ
エチレンを配合したものを用いることができる。この場
合、重量平均分子量が7×105 以上の超高分子量ポリエ
チレンを1重量%以上含有し、重量平均分子量/数平均
分子量が10〜300 のポリエチレン組成物からなるものが
好ましい。
In the case of a microporous ultrahigh molecular weight polyethylene membrane,
A material obtained by blending another relatively low molecular weight polyethylene with the ultrahigh molecular weight polyethylene can be used. In this case, a polyethylene composition containing 1% by weight or more of an ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 7 × 10 5 or more and a weight average molecular weight / number average molecular weight of 10 to 300 is preferable.

【0021】上記ポリエチレン組成物の重量平均分子量
/数平均分子量は、10〜300 、好ましくは12〜 250であ
る。重量平均分子量/数平均分子量が10未満では、平均
分子鎖長が大きく、溶解時の分子鎖同士の絡み合い密度
が高くなるため、高濃度溶液の調製が困難である。また
300 を超えると、延伸時に低分子量成分の破断が起こり
膜全体の強度が低下する。
The weight average molecular weight / number average molecular weight of the polyethylene composition is from 10 to 300, preferably from 12 to 250. When the weight-average molecular weight / number-average molecular weight is less than 10, the average molecular chain length is large and the entanglement density of the molecular chains upon dissolution becomes high, so that it is difficult to prepare a high-concentration solution. Also
If it exceeds 300, low molecular weight components are broken at the time of stretching, and the strength of the whole film decreases.

【0022】なお、重量平均分子量/数平均分子量は、
分子量分布の尺度として用いられるものであり、この分
子量の比が大きくなるほど分子量分布の幅は拡大する。
すなわち重量平均分子量の異なるポリエチレンからなる
組成物においては、組成物の分子量の比が大きいほど、
配合するポリエチレンの重量平均分子量の差が大きく、
また小さいほど重量平均分子量の差が小さいことを示し
ている。
The weight-average molecular weight / number-average molecular weight is:
It is used as a measure of the molecular weight distribution, and the width of the molecular weight distribution increases as the ratio of the molecular weights increases.
That is, in a composition composed of polyethylene having different weight average molecular weights, as the ratio of the molecular weights of the composition is larger,
The difference in weight average molecular weight of polyethylene to be compounded is large,
The smaller the weight average molecular weight, the smaller the difference.

【0023】この超高分子量ポリエチレンのポリエチレ
ン組成物中における含有量は、ポリエチレン組成物全体
を100 重量%として、1重量%以上である。超高分子量
ポリエチレンの含有量が1重量%未満では、延伸性の向
上に寄与する超高分子量ポリエチレンの分子鎖の絡み合
いがほとんど形成されず、高強度の微多孔膜を得ること
ができない。一方、上限は特に限定的ではないが、90重
量%を超えると、目的とするポリエチレン溶液の高濃度
化の達成が困難となる。
The content of the ultrahigh molecular weight polyethylene in the polyethylene composition is 1% by weight or more, based on 100% by weight of the whole polyethylene composition. When the content of the ultrahigh molecular weight polyethylene is less than 1% by weight, the entanglement of the molecular chain of the ultrahigh molecular weight polyethylene which contributes to the improvement of the stretchability is hardly formed, and a high strength microporous membrane cannot be obtained. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but if it exceeds 90% by weight, it will be difficult to achieve the desired high concentration of the polyethylene solution.

【0024】またポリエチレン組成物中の超高分子量ポ
リエチレン以外のポリエチレンは、重量平均分子量が、
7×105 未満のものであるが、分子量の下限としては1
×104 以上のものが好ましい。重量平均分子量が1×10
4 未満のポリエチレンを用いると、延伸時に破断が起こ
りやすく、目的の微多孔膜が得られないので好ましくな
い。特に重量平均分子量が1×105 以上7×105 未満の
ポリエチレンを超高分子量ポリエチレンに配合するのが
好ましい。
The polyethylene other than the ultrahigh molecular weight polyethylene in the polyethylene composition has a weight average molecular weight of:
It is less than 7 × 10 5 , but the lower limit of the molecular weight is 1
× 10 4 or more is preferred. Weight average molecular weight is 1 × 10
Use of a polyethylene having a molecular weight of less than 4 is not preferred because breakage easily occurs during stretching and a desired microporous film cannot be obtained. In particular, it is preferable to blend a polyethylene having a weight average molecular weight of 1 × 10 5 or more and less than 7 × 10 5 with the ultrahigh molecular weight polyethylene.

【0025】このようなポリエチレンとしては、前述の
超高分子量ポリエチレンと同種のものが挙げられるが、
特に高密度ポリエチレンが好ましい。
Examples of such polyethylene include those of the same type as the ultrahigh molecular weight polyethylene described above.
Particularly, high-density polyethylene is preferable.

【0026】なお、上記したポリエチレン微多孔膜に
は、必要に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、
アンチブロッキング剤、顔料、染料、無機充填剤などの
各種添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で添加す
ることができる。
The above-mentioned microporous polyethylene membrane may contain an antioxidant, an ultraviolet absorber, a lubricant,
Various additives such as an anti-blocking agent, a pigment, a dye, and an inorganic filler can be added as long as the object of the present invention is not impaired.

【0027】ここで、超高分子量ポリエチレン微多孔膜
の製造方法について説明する。まず超高分子量ポリエチ
レン単独からなる微多孔膜の場合は、例えば特開昭60-2
42035 号に記載の方法で製造することができる。
Here, a method for producing a microporous ultrahigh molecular weight polyethylene membrane will be described. First, in the case of a microporous membrane consisting of ultra-high molecular weight polyethylene alone, for example, see JP-A-60-2
It can be produced by the method described in 42035.

【0028】次に、超高分子量ポリエチレンに比較的低
分子量のポリエチレンを配合してなるポリエチレン組成
物からなる微多孔膜の場合、以下の方法により製造する
ことができる。
Next, in the case of a microporous membrane made of a polyethylene composition obtained by blending ultra-high molecular weight polyethylene with relatively low molecular weight polyethylene, it can be produced by the following method.

【0029】まず、上述のポリエチレン組成物を溶媒に
加熱溶解することにより、高濃度溶液を調製する。この
溶媒としては、ポリエチレン組成物を十分に溶解できる
ものであれば特に限定されず、上記特開昭60-242035 号
に記載のものと同じでよい。加熱溶解は、ポリエチレン
組成物が溶媒中で完全に溶解する温度で攪拌しながら行
う。その温度は使用する重合体及び溶媒により異なる
が、140 〜250 ℃の範囲が好ましい。また、ポリエチレ
ン組成物溶液の濃度は、10〜50重量%、好ましくは10〜
40重量%である。
First, a high concentration solution is prepared by heating and dissolving the above polyethylene composition in a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can sufficiently dissolve the polyethylene composition, and may be the same as that described in JP-A-60-242035. The heating dissolution is carried out with stirring at a temperature at which the polyethylene composition completely dissolves in the solvent. The temperature varies depending on the polymer and solvent used, but is preferably in the range of 140 to 250 ° C. Further, the concentration of the polyethylene composition solution is 10 to 50% by weight, preferably 10 to 50% by weight.
40% by weight.

【0030】次にこのポリエチレン組成物の加熱溶液を
ダイスから押し出して成形する。ダイスは、通常長方形
の口金形状をしたシートダイスが用いられるが、2重円
筒状の中空系ダイス、インフレーションダイス等も用い
ることができる。シートダイスを用いた場合のダイスギ
ャップは通常0.1 〜5mmであり、押出し成形時には140
〜250 ℃に加熱される。この際押し出し速度は、通常20
〜30cm/分乃至2〜3m/分である。
Next, the heated solution of the polyethylene composition is extruded from a die and molded. As the die, a sheet die having a rectangular base shape is usually used, but a double cylindrical hollow die, an inflation die and the like can also be used. When a sheet die is used, the die gap is usually 0.1 to 5 mm.
Heated to ~ 250 ° C. At this time, the extrusion speed is usually 20
3030 cm / min to 2-3 m / min.

【0031】このようにしてダイスから押し出された溶
液は、冷却することによりゲル状物に成形される。冷却
は少なくともゲル化温度以下までは50℃/ 分以上の速度
で行うのが好ましい。
The solution thus extruded from the die is formed into a gel by cooling. Cooling is preferably performed at a rate of 50 ° C./min or more at least up to the gelation temperature.

【0032】次に、このゲル状成形物を延伸する。延伸
は、ゲル状成形物を加熱し、上記と同様に、通常のテン
ター法、ロール法、インフレーション法、圧延法もしく
はこれらの方法の組合せによって所定の倍率で行う。2
軸延伸が好ましく、縦横同時延伸または逐次延伸のいず
れでもよいが、特に同時2軸延伸が好ましい。
Next, this gel-like molded product is stretched. The stretching is performed by heating the gel-like molded product and at a predetermined magnification by a usual tenter method, a roll method, an inflation method, a rolling method or a combination of these methods, as described above. 2
Axial stretching is preferred, and either longitudinal or transverse simultaneous stretching or sequential stretching may be used, but simultaneous biaxial stretching is particularly preferred.

【0033】延伸温度は、ポリエチレン組成物の融点+
10℃以下、好ましくは結晶分散温度から結晶融点未満の
範囲である。例えば、90〜140℃、より好ましくは、100
〜130 ℃の範囲である。
The stretching temperature is the melting point of the polyethylene composition +
It is 10 ° C. or less, preferably in the range from the crystal dispersion temperature to less than the crystal melting point. For example, 90 to 140 ° C., more preferably 100
In the range of ~ 130 ° C.

【0034】本発明の分離膜では、上述したポリエチレ
ン微多孔膜の少なくとも細孔内表面に、複数種のモノマ
ーからなるグラフト共重合体が形成されており、このグ
ラフト共重合体が実質的に細孔を満たした構造を有す
る。モノマーのグラフト重合は、後述するようにプラズ
マグラフト重合法により行なう。
In the separation membrane of the present invention, a graft copolymer comprising a plurality of monomers is formed on at least the inner surface of the pores of the above-mentioned microporous polyethylene membrane, and the graft copolymer is substantially fine. It has a structure filled with holes. The graft polymerization of the monomer is performed by a plasma graft polymerization method as described later.

【0035】グラフト共重合体を形成するために、混合
液体中の各液体成分に対して溶解性の異なる(後述する
溶解度パラメータ又はχパラメータの異なる)複数種の
モノマーを用いるが、実用的には二種類のモノマーを用
いればよい。
In order to form a graft copolymer, a plurality of types of monomers having different solubilities (different in solubility parameter or χ parameter to be described later) with respect to each liquid component in the mixed liquid are used. Two types of monomers may be used.

【0036】モノマーとしては、アクリル酸、アクリル
酸メチルグリシジルアクリレート、アクリル酸エチル、
アクリル酸ブチル、メチルメタクリレート、2−ジメチ
ルアミノエチルメタクリレート、2−ジエチルアミノエ
チルメタクリレート、2−ジメチルアミノエチルアクリ
レート、2−ジエチルアミノエチルアクリレート、2−
ビニルピリジン、スチレン、アクリロニトリル、アクリ
ルアミド等が挙げられ、この中から二種類、又はそれ以
上選択して用いることができる。あるいは、上記したモ
ノマーと、アクリルアミン、アリルアルコール、ジアリ
ルアミン、ジアリルマレート、アリルグリシジルエーテ
ル、ビニルアセテート、N−ビニル−2−ピロリドン、
エチルビニルエーテル、メチルビニルケトン、ジビニル
ベンゼン、2−ヒドロキシエチルアクリレート、エチレ
ングリコールジメタクリレート、2−ヒドロキシエチル
メタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレー
ト、無水マレイン酸等とを組み合わせて用いることがで
きる。
As the monomers, acrylic acid, methyl glycidyl acrylate, ethyl acrylate,
Butyl acrylate, methyl methacrylate, 2-dimethylaminoethyl methacrylate, 2-diethylaminoethyl methacrylate, 2-dimethylaminoethyl acrylate, 2-diethylaminoethyl acrylate, 2-
Examples thereof include vinylpyridine, styrene, acrylonitrile, acrylamide, and the like, and two or more of them can be used. Alternatively, the above monomers and acrylamine, allyl alcohol, diallylamine, diallyl maleate, allyl glycidyl ether, vinyl acetate, N-vinyl-2-pyrrolidone,
Ethyl vinyl ether, methyl vinyl ketone, divinylbenzene, 2-hydroxyethyl acrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, maleic anhydride, and the like can be used in combination.

【0037】上記したモノマーから二種類のアクリル系
モノマーを選択して用いる場合、(a) アクリル酸、メタ
クリル酸、又はこれらのエステルからなるモノマー種
と、(b) アクリルアミド又はその誘導体からなるモノマ
ー種を用いることができる。この場合、(a) モノマーは
アセトン、ベンゼンなどの溶解性が高く、(b) モノマー
は水などの溶解性が高いものである。特に(a) 種として
はアクリル酸エステル、より好ましくはアクリル酸メチ
ルを用い、(b) 種としてはアクリルアミドを用いる。
When two kinds of acrylic monomers are selected from the above-mentioned monomers and used, (a) a monomer species composed of acrylic acid, methacrylic acid or esters thereof, and (b) a monomer species composed of acrylamide or a derivative thereof Can be used. In this case, (a) the monomer has high solubility such as acetone and benzene, and (b) the monomer has high solubility such as water. In particular, an acrylate ester, more preferably methyl acrylate, is used as the (a) species, and acrylamide is used as the (b) species.

【0038】上記した(a) と(b) の二種類のアクリル系
モノマーは、分離対象物によりその配合量(グラフト共
重合体中の(a) 種と(b) 種モノマーの比率)を適宜選択
する。具体的には、以下に述べる溶解性を表す溶解度パ
ラメータの一つであるハンセンパラメータを考慮に入れ
て、(a) 種と(b) 種の配合割合を決定するのがよい。
The above-mentioned two types of acrylic monomers (a) and (b) may be used in appropriate amounts (ratio of the (a) type and (b) type monomers in the graft copolymer) depending on the substance to be separated. select. Specifically, it is preferable to determine the mixing ratio of the (a) species and the (b) species in consideration of the Hansen parameter, which is one of the solubility parameters representing the solubility described below.

【0039】溶解性は、溶解度パラメータ又はχパラメ
ータで表すことができる。溶解度パラメータを無極性相
互作用による効果δd と、分極力による効果δp と、水
素結合による効果δh との三つの成分に分けて三次元的
に表したパラメータをハンセンパラメータという。ま
た、χパラメータは、高分子と溶媒間の相互作用パラメ
ータであり、相互作用エントロピー効果と混合熱効果の
和として与えられる。
The solubility can be represented by a solubility parameter or a χ parameter. A parameter expressed three-dimensionally by dividing the solubility parameter into three components, an effect δ d due to nonpolar interaction, an effect δ p due to a polarization force, and an effect δ h due to a hydrogen bond, is called a Hansen parameter. The χ parameter is an interaction parameter between the polymer and the solvent, and is given as the sum of the interaction entropy effect and the mixing heat effect.

【0040】ハンセンパラメータについては、多くの溶
媒についてその値が調べられている(C.M.Hansen,e
t al.,"Encyclopedia of Chemical Technology",N.Y.,
p.889,1971 )。また、ある特定のポリマーに対して溶
解性の高い溶媒(良溶媒)及び貧溶媒のハンセンパラメ
ータを、δd 、δp 、δh のなす三次元空間座標にプロ
ットすると、良溶媒のハンセンパラメータ(δd
δp 、δh )は、ある大きさの球内に位置することが経
験的にわかる。ここで、あるポリマー1と溶媒2を考え
た場合、三次元空間座標上における両者の距離rは、下
記式により求められるΔの平方根である。 Δ=(δd2−δd12 +(δp2−δp12 +(δh2−δh12 (ここでδd1、δp1、δh1はポリマー1のハンセンパラ
メータ、δd2、δp2、δh2は溶媒2のハンセンパラメー
タである)。なお、ポリマー1のハンセンパラメータ
は、上述の通り経験的に求められるものである。この距
離rが一定の値よりも小さい場合、このポリマーに対し
て良溶媒とみなすことができる。そこで、ある特定のポ
リマーに対して、種々の溶媒のハンセンパラメータをプ
ロットし、かつ、それぞれが良溶媒か貧溶媒かの区別を
すると、良溶媒により囲まれる領域がほぼ球形をなすこ
とがわかる。すなわち、この仮想的な球(中心(δd1
δp1、δh1)で半径r)の内部にそのハンセンパラメー
タが入る溶媒はポリマーに対して高い溶解性を有し、こ
の球外にハンセンパラメータがくる溶媒はポリマーに対
してそれほど良好な溶解性を示さないことになる。な
お、良溶媒と貧溶媒の区別をするために、収着試験によ
り得られる値S(膨潤時の膜の単位体積中に占める液
(溶媒)体積の割合)を用いることができる。
As for the Hansen parameter, its value has been examined for many solvents (CM Hansen, e).
t al., "Encyclopedia of Chemical Technology", NY,
p.889,1971). When the Hansen parameters of a solvent (good solvent) and a poor solvent that are highly soluble in a specific polymer are plotted on three-dimensional spatial coordinates formed by δ d , δ p , and δ h , the Hansen parameter of a good solvent ( δ d ,
It can be seen empirically that δ p , δ h ) is located within a sphere of a certain size. Here, when a certain polymer 1 and a solvent 2 are considered, a distance r between the two on a three-dimensional space coordinate is a square root of Δ obtained by the following equation. Δ = (δ d2 −δ d1 ) 2 + (δ p2 −δ p1 ) 2 + (δ h2 −δ h1 ) 2 (where δ d1 , δ p1 , δ h1 are the Hansen parameters of polymer 1, δ d2 , δ p2 and δh2 are Hansen parameters of the solvent 2). The Hansen parameters of the polymer 1 are empirically determined as described above. If this distance r is smaller than a certain value, it can be regarded as a good solvent for this polymer. Therefore, when the Hansen parameters of various solvents are plotted for a specific polymer, and a distinction is made between a good solvent and a poor solvent, it can be seen that the region surrounded by the good solvent is substantially spherical. In other words, this virtual sphere (center (δ d1 ,
Solvents whose Hansen parameters fall within the radius r) at δ p1 , δ h1 ) have high solubility for polymers, and solvents with Hansen parameters outside the sphere have good solubility for polymers. Will not be shown. In order to distinguish a good solvent from a poor solvent, a value S (a ratio of a liquid (solvent) volume to a unit volume of a film when swollen) obtained by a sorption test can be used.

【0041】異なるハンセンパラメータを有するモノマ
ーを複数種組み合わせて共重合すると、得られる共重合
体のハンセンパラメータは、配合したモノマーの割合に
応じて変化する。本発明では、グラフト共重合体を形成
する複数のモノマーの配合量を、分離対象物(有機溶媒
等の液体)のハンセンパラメータに合わせて調節する。
以下に、(a) アクリル酸メチルと(b) アクリルアミドの
二種類のアクリル系モノマーを用いる場合を例にとり、
アクリルグラフト共重合体の種々の溶媒に対する親和性
について説明する。なお、ハンセンパラメータのうち、
δd は多くの溶媒に対して変化量が小さいので、δp
δh の二次元座標により説明する。
When a plurality of types of monomers having different Hansen parameters are combined and copolymerized, the Hansen parameters of the obtained copolymer change according to the proportion of the blended monomers. In the present invention, the blending amounts of the plurality of monomers forming the graft copolymer are adjusted in accordance with the Hansen parameters of the separation target (liquid such as an organic solvent).
Below, taking the case of using two kinds of acrylic monomers of (a) methyl acrylate and (b) acrylamide as an example,
The affinity of the acrylic graft copolymer for various solvents will be described. In the Hansen parameters,
Since δ d changes little for many solvents, δ p ,
It is described by two-dimensional coordinates of [delta] h.

【0042】ポリアクリル酸メチルに固有なパラメータ
(円1の中心の座標に対応)は、図1に示す座標δp
δh において横軸近く(9,5)に存在する。これに対
して、ポリアクリルアミド(親水性で、ほとんどの有機
溶媒には溶解しない)のハンセンパラメータをプロット
してなる円3は水の近くに位置する。また、アクリル酸
メチルとアクリルアミドを配合してなる共重合体のハン
センパラメータがなす円2は、円1と円3の間に位置す
る。
Parameters unique to polymethyl acrylate (corresponding to the coordinates of the center of circle 1) are represented by coordinates δ p
It exists on the horizontal axis near (9,5) at [delta] h. In contrast, a circle 3 plotting the Hansen parameters of polyacrylamide (hydrophilic and insoluble in most organic solvents) is located near water. Further, the circle 2 defined by the Hansen parameter of the copolymer obtained by blending methyl acrylate and acrylamide is located between the circles 1 and 3.

【0043】たとえば、分離膜としてポリアクリル酸メ
チル(ホモポリマー)を細孔に有するもの(図1の円1
に対応)を用いた場合は、円1の内部にハンセンパラメ
ータを有する溶媒(例えばアセトン)と、円1の外部に
ハンセンパラメータを有する溶媒(例えばメタノール)
との混合物からアセトンを分離することはできるが、ア
セトンと、円1の内部にハンセンパラメータを有するも
う一つの溶媒(例えばベンゼン)との混合物からアセト
ンを分離することは困難である。
For example, a separation membrane having polymethyl acrylate (homopolymer) in pores (circle 1 in FIG. 1)
Is used, a solvent having a Hansen parameter inside the circle 1 (for example, acetone) and a solvent having a Hansen parameter outside the circle 1 (for example, methanol)
Can be separated from a mixture of acetone and acetone, but it is difficult to separate acetone from a mixture of acetone and another solvent having a Hansen parameter inside circle 1 (eg, benzene).

【0044】一方、分離膜としてポリアクリルアミド
(ホモポリマー)を細孔に有するもの(図1の円3に対
応)を用いた場合、例えば水とメタノールとの分離は可
能であるが、円3の内部に共にハンセンパラメータを有
する二種の溶媒を分離することは困難である。
On the other hand, when a separator having polyacrylamide (homopolymer) in the pores (corresponding to circle 3 in FIG. 1) is used as the separation membrane, for example, separation of water and methanol is possible. It is difficult to separate two solvents having both Hansen parameters inside.

【0045】そこで、本発明では、混合溶媒中の各溶媒
のハンセンパラメータを考慮し、分離対象の溶媒の有す
るハンセンパラメータのみが図1に示す円(球)内に入
るように、アクリル酸メチルとアクリルアミドとの配合
割合を設定して、アクリルグラフト共重合体を形成す
る。たとえばメタノールとイソプロピルアルコールとを
分離しようとすると、共重合体がなす円が円2よりやや
上方にいくように、アクリル酸メチルとアクリルアミド
の配合割合を変える。
Therefore, in the present invention, methyl acrylate and methyl acrylate are mixed so that only the Hansen parameters of the solvent to be separated fall within the circle (sphere) shown in FIG. 1 in consideration of the Hansen parameters of each solvent in the mixed solvent. An acrylic graft copolymer is formed by setting the mixing ratio with acrylamide. For example, when trying to separate methanol and isopropyl alcohol, the mixing ratio of methyl acrylate and acrylamide is changed so that the circle formed by the copolymer is slightly above circle 2.

【0046】図1からわかるように、グラフト共重合体
がアクリル酸メチルを多く含む場合(円1に近い部
分)、分離膜はアセトンなどの分離に適しているが、グ
ラフト共重合体がアクリルアミドを多く含むようになる
につれて、アルコール等の溶媒を選択的に分離するのに
適するようになる。さらにアクリルアミドが多くなる
と、水との分離性が良好となる。このようにグラフト共
重合体中のアクリルアミドの割合を変えることにより、
分離しえる溶媒の組み合わせが変化する。
As can be seen from FIG. 1, when the graft copolymer contains a large amount of methyl acrylate (the portion near circle 1), the separation membrane is suitable for separating acetone or the like, but the graft copolymer is made of acrylamide. As more is included, it becomes more suitable for selectively separating solvents such as alcohols. Further, when the amount of acrylamide increases, the separation property from water becomes better. Thus, by changing the ratio of acrylamide in the graft copolymer,
The combination of solvents that can be separated changes.

【0047】上述のアクリル酸メチルとアクリルアミド
の二種類のアクリル系モノマーを例に説明したように、
分離対象物に合うようにグラフト共重合体を形成すれ
ば、種々の液体混合物に対して良好な分離を行うことが
できるようになる。ここで分離膜は、微細孔を充満して
いるグラフト共重合体に溶解性のある液体のみを選択的
に透過させるが、膜全体としてみるとその膨潤は抑えら
れ、膜の変形もなく、膜強度の低下は生じない。
As described above with reference to the above-mentioned two types of acrylic monomers of methyl acrylate and acrylamide,
If the graft copolymer is formed so as to match the object to be separated, good separation can be performed for various liquid mixtures. Here, the separation membrane selectively permeates only a liquid that is soluble in the graft copolymer filling the micropores, but the swelling is suppressed as a whole membrane, the membrane is not deformed, and the membrane is not deformed. No reduction in strength occurs.

【0048】本発明では、上述の通り微多孔膜の細孔内
表面にグラフト共重合体を形成させるが、これにはプラ
ズマグラフト重合法を用いる。プラズマグラフト重合法
では、超高分子量ポリエチレン製微多孔膜にプラズマを
照射して、ラジカルを生成させた後に、複数種のモノマ
ーを微多孔膜に接触させグラフト重合する。
In the present invention, the graft copolymer is formed on the inner surface of the pores of the microporous membrane as described above, and a plasma graft polymerization method is used for this. In the plasma graft polymerization method, a microporous ultra-high molecular weight polyethylene membrane is irradiated with plasma to generate radicals, and then a plurality of monomers are brought into contact with the microporous membrane to perform graft polymerization.

【0049】プラズマグラフト重合としては、気相重合
法及び液相重合法があるが、モノマーをグラフト重合さ
せるには液相重合法が好ましい。なお、この液相重合法
では、複数種のアクリル系モノマーの混合液を同時に、
あるいは各々順次に接触させることにより実施すること
ができる。
As the plasma graft polymerization, there are a gas phase polymerization method and a liquid phase polymerization method, and the liquid phase polymerization method is preferable for graft polymerization of a monomer. In this liquid-phase polymerization method, a mixture of a plurality of types of acrylic monomers is simultaneously prepared.
Alternatively, it can be carried out by sequentially contacting each of them.

【0050】グラフト重合されるモノマーでなく、基材
となる微多孔膜にラジカルを生成してグラフト重合する
ことにより、細孔内表面にまでモノマーをグラフト重合
することができる。またその際生成したホモポリマーは
溶媒により洗い流すのがよい。なお超高分子量ポリエチ
レン微多孔膜の細孔内表面以外の表面にもグラフト共重
合体が生成されるが、極力少なくすることが望ましい。
By generating radicals in the microporous film serving as the base material and performing graft polymerization instead of the monomers to be graft-polymerized, the monomers can be graft-polymerized to the inner surfaces of the pores. The homopolymer formed at that time is preferably washed away with a solvent. Although the graft copolymer is formed on the surface other than the inner surface of the pores of the ultrahigh molecular weight polyethylene microporous membrane, it is desirable to minimize the graft copolymer.

【0051】図2は、ポリエチレン微多孔膜4にモノマ
ーをプラズマグラフト重合して、本発明の分離膜とする
工程を概念的に示す部分断面斜視図である。(a) に示す
ように、ポリエチレン微多孔膜4は、膜を貫通する細孔
5を多数有している。この微多孔膜にプラズマグラフト
重合を行い、複数のモノマーをその表面にグラフト重合
させる。図2においては、(b) に示すようにグラフト共
重合した共重合体6は、微多孔膜の膜表面部のみなら
ず、細孔内表面にも形成され、細孔がグラフト共重合体
6により実質的に充填された膜の一態様を示している。
なお、この図ではグラフト重合体3が微多孔膜4の両面
に形成されているが、本発明はこれに限らず、ポリエチ
レン微多孔膜4の片面及び細孔内の一部分にまでグラフ
ト共重合体6形成されていてもよい。
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view conceptually showing a process of forming a separation membrane of the present invention by subjecting a monomer to the microporous polyethylene membrane 4 by plasma graft polymerization. As shown in (a), the microporous polyethylene membrane 4 has many pores 5 penetrating the membrane. Plasma graft polymerization is performed on the microporous film, and a plurality of monomers are graft-polymerized on the surface. In FIG. 2, the copolymer 6 graft-copolymerized as shown in FIG. 2 (b) is formed not only on the surface of the microporous membrane but also on the inner surface of the pores. 1 shows one embodiment of a membrane substantially filled with.
In this figure, the graft polymer 3 is formed on both sides of the microporous membrane 4, but the present invention is not limited to this, and the graft copolymer 3 extends to one side of the polyethylene microporous membrane 4 and part of the pores. 6 may be formed.

【0052】なおプラズマグラフト重合の過程で副生さ
れたホモポリマーは、トルエン等の溶剤を用いて完全に
洗い流し、グラフト重合体のみをポリエチレン微多孔膜
の表面上(細孔内表面及び膜表面)に残す。
The homopolymer by-produced in the course of the plasma graft polymerization is completely washed away using a solvent such as toluene, and only the graft polymer is removed on the surface of the polyethylene microporous membrane (inner pore surface and membrane surface). Leave.

【0053】プラズマグラフト重合は、具体的には以下
の工程からなる。
The plasma graft polymerization specifically includes the following steps.

【0054】(a) 10-2〜10mbarの圧力となるアルゴン、
ヘリウム、窒素、空気等のガスの存在下で、通常周波数
10〜30MHz 、出力1〜1000Wで、1〜1000秒のプラズマ
処理を、微多孔膜に対して行う。
(A) argon at a pressure of 10 -2 to 10 mbar,
Normal frequency in the presence of gas such as helium, nitrogen, air
A plasma treatment is performed on the microporous film at 10 to 30 MHz and output of 1 to 1000 W for 1 to 1000 seconds.

【0055】(b) プラズマ処理を施した微多孔膜を、複
数のモノマーを必要に応じ、無機又は有機溶媒(ただし
用いるモノマーのそれぞれの濃度は上述のハンセンパラ
メータを考慮して適宜決定する)に溶解又はけん濁させ
た溶液中、特に水溶液中に浸漬し、窒素ガス、アルゴン
ガス等をバブリングしながら、モノマーの組み合わせに
より20〜100 ℃で、1分〜数日間グラフト重合反応を行
う。
(B) The plasma-processed microporous membrane is converted into an inorganic or organic solvent (a concentration of each of the monomers to be used is appropriately determined in consideration of the above-mentioned Hansen parameters) by using a plurality of monomers as necessary. The graft polymerization reaction is carried out at 20 to 100 ° C. for 1 minute to several days depending on the combination of monomers while immersing in a dissolved or suspended solution, particularly in an aqueous solution, and bubbling nitrogen gas, argon gas, etc., depending on the combination of monomers.

【0056】(c) 得られた微多孔膜をトルエン、キシレ
ン等で1時間程度洗浄し、乾燥させる。
(C) The obtained microporous membrane is washed with toluene, xylene, etc. for about one hour and dried.

【0057】以上に示したプラズマグラフト重合法によ
り、微多孔膜の細孔をグラフト共重合体で実質的に閉塞
した目的の分離膜を得ることができる。プラズマグラフ
ト重合はポリエチレン微多孔膜の表面部だけで起こるの
で、膜基材を劣化させることはない。またグラフト共重
合体は化学的に膜基材に結合しているため、経時変化を
起こすこともない。
By the above-described plasma graft polymerization method, it is possible to obtain a target separation membrane in which the pores of the microporous membrane are substantially closed with the graft copolymer. Since plasma graft polymerization occurs only on the surface of the microporous polyethylene membrane, it does not degrade the membrane substrate. Further, since the graft copolymer is chemically bonded to the film substrate, it does not change with time.

【0058】本発明の分離膜では、膜基材であるポリエ
チレン微多孔膜の細孔を、グラフト共重合体が実質的に
充満していることが必要である。細孔を充満したグラフ
ト共重合体が液体混合物の特定の成分を選択的に取り込
み、それを膜の反対側まで透過させる。ポリエチレン微
多孔膜の空孔率が高いので、細孔内のグラフト共重合体
を透過する(分離される)物質の量も多くなり、効率の
よい分離をすることができる。またポリエチレン微多孔
膜によりグラフト共重合体の膨潤が抑えられるので、膜
全体としての強度が低下することもない。
In the separation membrane of the present invention, it is necessary that the graft copolymer substantially fills the pores of the polyethylene microporous membrane as the membrane base material. The pore-filled graft copolymer selectively takes up certain components of the liquid mixture and permeates them to the other side of the membrane. Since the porosity of the polyethylene microporous membrane is high, the amount of the substance permeating (separating) through the graft copolymer in the pores increases, and efficient separation can be performed. In addition, since the swelling of the graft copolymer is suppressed by the polyethylene microporous membrane, the strength of the entire membrane does not decrease.

【0059】次に、上述した本発明の分離膜を用いた分
離方法について説明する。
Next, a separation method using the above-described separation membrane of the present invention will be described.

【0060】本発明の方法では、これまでに詳述した本
発明の分離膜を用いて、パーベイパレーション法、逆浸
透法あるいはエバポミエーション法により有機溶媒混合
物の分離を行う。本発明の方法におけるパーベイパレー
ション法、逆浸透法あるいはエバポミエーション法は、
本発明の分離膜を用いること以外は基本的には公知のパ
ーベイパレーション、逆浸透法あるいはエバポミエーシ
ョン法と同様であり、本発明の分離膜を隔てて1次側に
分離対象となる混合液体又は蒸気を供給し、2次側を低
圧側とし、混合液体の一成分を気体あるいは液体として
2次側に取り出す。
In the method of the present invention, an organic solvent mixture is separated by a pervaporation method, a reverse osmosis method or an evaporation method using the separation membrane of the present invention described so far. The pervaporation method, the reverse osmosis method or the evaporation method in the method of the present invention includes:
Except for using the separation membrane of the present invention, it is basically the same as the known pervaporation, reverse osmosis method or evaporation method, and is separated on the primary side through the separation membrane of the present invention. The mixed liquid or vapor is supplied, the secondary side is set to the low pressure side, and one component of the mixed liquid is taken out to the secondary side as gas or liquid.

【0061】本発明の分離方法での適用温度範囲は、通
常0〜120 ℃、好ましくは10〜100℃とする。120 ℃を
超える温度ではポリエチレン微多孔膜の耐熱性が不十分
となって膜形状の保持に問題が生じ、また0℃未満で
は、分離対象物にもよるが、一般には単位膜面積、膜厚
及び時間当たりの透過量が少くなって好ましくない。
The application temperature range in the separation method of the present invention is usually 0 to 120 ° C., preferably 10 to 100 ° C. If the temperature exceeds 120 ° C, the heat resistance of the microporous polyethylene membrane becomes insufficient, causing problems in maintaining the membrane shape. If the temperature is lower than 0 ° C, depending on the separation target, the unit membrane area and film thickness are generally large. In addition, the amount of permeation per unit time decreases, which is not preferable.

【0062】また本発明の分離方法に適用できる圧力範
囲は、200 kg/cm2 以下、好ましくは100 kg/cm2 以下
である。200 kg/cm2 を超える圧力ではポリエチレン微
多孔膜の形状保持が困難となる。
The pressure range applicable to the separation method of the present invention is 200 kg / cm 2 or less, preferably 100 kg / cm 2 or less. At a pressure exceeding 200 kg / cm 2 , it becomes difficult to maintain the shape of the microporous polyethylene membrane.

【0063】本発明の方法で分離できる液体混合物とし
ては、水、脂肪族アルコール、アセトン等のケトン類、
脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水
素、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素、シクロヘキサ
ノール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフルフラー
ル等の1種又は2種以上の混合物等が挙げられる。
The liquid mixture that can be separated by the method of the present invention includes water, aliphatic alcohols, ketones such as acetone, and the like.
Examples thereof include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride, and one or a mixture of two or more of cyclohexanol, tetrahydrofuran, and tetrahydrofurfural.

【0064】[0064]

【実施例】本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following specific examples.

【0065】実施例1 重量平均分子量2×106 、膜厚5μm、空孔率70%、
平均孔径0.02μm、破断強度700kg/cm2 の超高分子
量ポリエチレン微多孔膜(東燃化学(株)製:分画分子
量20万)に、プラズマ発生装置(サムコ(株)製)を
用いてプラズマを照射した。このときのプラズマ処理の
条件を表1に示す。
Example 1 Weight average molecular weight 2 × 10 6 , film thickness 5 μm, porosity 70%,
Plasma is applied to a microporous ultrahigh molecular weight polyethylene membrane (manufactured by Tonen Chemical Co., Ltd .: molecular weight cut off: 200,000) having an average pore size of 0.02 μm and a breaking strength of 700 kg / cm 2 using a plasma generator (manufactured by Samco Corporation) Irradiated. Table 1 shows the conditions of the plasma treatment at this time.

【0066】 [0066]

【0067】次に、プラズマ処理を施した超高分子量ポ
リエチレン微多孔膜を、種々の比率のアクリル酸メチル
とアクリルアミドとの混合モノマーの水溶液(混合モノ
マーの濃度5重量%)に混合割合により5〜60分間浸
漬した。なお浸漬時の水溶液の温度を30℃とした。
Next, the plasma treated ultra-high molecular weight polyethylene microporous membrane was mixed with various ratios of aqueous solutions of mixed monomers of methyl acrylate and acrylamide (concentration of the mixed monomers of 5% by weight) at a mixing ratio of 5 to 5%. Dipped for 60 minutes. The temperature of the aqueous solution during immersion was 30 ° C.

【0068】浸漬後、超高分子量ポリエチレン微多孔膜
をトルエン中で1昼夜洗浄し、室温で乾燥した。乾燥後
に膜の重量を測定し、初期の膜重量からの変化によりグ
ラフト重合量を測定し、重合量が約2mg/cm2 で一定に
なるようにした。
After immersion, the ultrahigh molecular weight polyethylene microporous membrane was washed in toluene for one day and dried at room temperature. After drying, the weight of the film was measured, and the amount of graft polymerization was measured based on the change from the initial film weight, so that the polymerization amount was kept constant at about 2 mg / cm 2 .

【0069】得られた膜はいずれも反応後透明となり、
基材中の孔はグラフト共重合体で埋められていることが
確認された。また、得られた共重合膜を透過型及び全反
射型のフーリエ変換型IR法により分析し、膜全体の組
成と表面組成との比較の結果、アクリル酸メチルとアク
リルアミドが膜孔内で共重合していることを確認した。
さらに、グラフト共重合体の組成を元素分析により評価
した。
Each of the obtained films became transparent after the reaction,
It was confirmed that the pores in the substrate were filled with the graft copolymer. In addition, the obtained copolymer film was analyzed by a transmission type and a total reflection type Fourier transform type IR method, and as a result of comparing the composition of the entire film and the surface composition, methyl acrylate and acrylamide were copolymerized in the pores of the film. I confirmed that.
Further, the composition of the graft copolymer was evaluated by elemental analysis.

【0070】この分離膜を用いて、メタノール、イソプ
ロパノール、アセトン、ベンゼン、四塩化炭素の五種類
の溶媒について収着試験を行った。この試験では、25
℃の各有機溶媒に20時間以上浸漬し、膨潤した膜の重
量と、浸漬前の乾燥重量との比較により、収着重量比
(液体の重量(g)/膜重量(g))を求めた。結果を
図3に示す。
Using this separation membrane, a sorption test was conducted on five kinds of solvents, methanol, isopropanol, acetone, benzene and carbon tetrachloride. In this test, 25
The sorption weight ratio (weight of liquid (g) / weight of film (g)) was determined by comparing the weight of the film swollen by immersion in each organic solvent at 20 ° C. for 20 hours or more and the dry weight before immersion. . The results are shown in FIG.

【0071】なお、参考のために、上記の微多孔膜を用
い、その膜の細孔にポリアクリルアミドホモポリマーを
配置した分離膜及びポリアクリル酸メチルホモポリマー
を配置した分離膜を作製した。
For reference, a separation membrane in which a polyacrylamide homopolymer was disposed in the pores of the above-described microporous membrane and a separation membrane in which a polymethyl acrylate homopolymer was disposed were prepared.

【0072】この二種の分離膜について、上記の方法と
同様にして各溶媒に対する収着試験を行った。結果を図
3に合わせて示す。
The two types of separation membranes were subjected to sorption tests for each solvent in the same manner as described above. The results are shown in FIG.

【0073】図3からわかるように、グラフト共重合体
中のポリアクリルアミド成分が多くなるに従い、ベンゼ
ン、四塩化炭素、アセトンの溶解性は減少する。また、
メタノール、イソプロパノールの溶解性は、ポリアクリ
ルアミド成分が40重量%付近で極大値を示した。これ
は、先に示した図1から得られる予測と一致している。
As can be seen from FIG. 3, as the polyacrylamide component in the graft copolymer increases, the solubility of benzene, carbon tetrachloride and acetone decreases. Also,
The solubility of methanol and isopropanol showed maximum values when the polyacrylamide component was around 40% by weight. This is consistent with the prediction obtained from FIG. 1 shown above.

【0074】実施例2 実施例1と同様にして種々の組成のアクリル酸メチルと
アクリルアミドとをグラフト共重合した複数の分離膜を
作製した。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a plurality of separation membranes were prepared by graft copolymerization of methyl acrylate and acrylamide having various compositions.

【0075】この膜を用いて、メタノール及びアセトン
単成分によるパーベイパレーション透過実験を行った。
なお、透過液(メタノール及びアセトン)の温度は25
℃とした。結果を図4に示す。
Using this membrane, a pervaporation permeation experiment was performed with a single component of methanol and acetone.
The temperature of the permeate (methanol and acetone) was 25
° C. FIG. 4 shows the results.

【0076】参考のために、ポリアクリル酸メチルホモ
ポリマーにより細孔を閉塞した分離膜を用いて、上記の
方法と同様にしてメタノール及びアセトン単成分による
パーベイパレーション透過実験を行った。結果を図4に
合わせて示す。
For reference, a pervaporation permeation experiment was carried out using methanol and acetone as a single component in the same manner as described above, using a separation membrane whose pores were closed by a polymethyl acrylate homopolymer. The results are shown in FIG.

【0077】図1から予測できたように、アクリルグラ
フト共重合体中のポリアクリルアミド成分が増加するに
従い、アセトンの透過流束は減少した。また、メタノー
ルはポリアクリルアミド成分が40重量%付近で極大値
を示した。
As can be expected from FIG. 1, the permeation flux of acetone decreased as the polyacrylamide component in the acrylic graft copolymer increased. Also, methanol showed a maximum value when the polyacrylamide component was around 40% by weight.

【0078】以上からわかるように、本発明では、分離
膜のグラフト共重合体の組成を変えることで幅広い液体
混合物の分離に対応することができる。
As can be seen from the above, the present invention can cope with the separation of a wide range of liquid mixtures by changing the composition of the graft copolymer of the separation membrane.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明の分離膜は、基材としてポリエチ
レン微多孔膜を用いており、有機溶媒中に対して良好な
耐膨潤性を有する。特にポリエチレンとして超高分子量
ポリエチレンを用いた場合、分離膜は機械的強度及び耐
久性に優れる。また、再現性の良好な分離を行うことが
できる。
The separation membrane of the present invention uses a microporous polyethylene membrane as a base material and has good swelling resistance in an organic solvent. In particular, when ultra-high molecular weight polyethylene is used as the polyethylene, the separation membrane has excellent mechanical strength and durability. Further, separation with good reproducibility can be performed.

【0080】本発明の分離膜において、アクリルグラフ
ト共重合体は、微多孔膜の細孔内を実質的に閉塞してい
るので、パーベイパレーション法、逆浸透法、あるいは
エバポミエーション法を用いることにより、共重合体と
親和性のある液体を高い選択性をもって分離することが
できる。
In the separation membrane of the present invention, since the acrylic graft copolymer substantially blocks the pores of the microporous membrane, the pervaporation method, the reverse osmosis method, or the evaporation method is used. By using this, a liquid having an affinity for the copolymer can be separated with high selectivity.

【0081】本発明の方法では、混合液体中の成分のハ
ンセンパラメータを考慮して共重合体の組成と分離対象
物との親和性を予測することにより、共重合体の組成を
所望に設定することができ、確実で選択性のよい分離が
できる。
In the method of the present invention, the composition of the copolymer is set as desired by estimating the affinity between the composition of the copolymer and the substance to be separated in consideration of the Hansen parameters of the components in the mixed liquid. And a reliable and selective separation can be achieved.

【0082】本発明による分離膜は、有機溶媒等の液体
混合物のパーベイパレーション法、逆浸透法、あるいは
エバポミエーション法による分離に好適に用いらる。
The separation membrane according to the present invention is suitably used for separation of a liquid mixture such as an organic solvent by a pervaporation method, a reverse osmosis method, or an evaporation method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】各種溶媒と共重合体との親和性の尺度を、ハン
センパラメータにより示すグラフであり、共重合体中の
成分の変化と溶媒との親和性の変化の状況を示してい
る。
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing a measure of the affinity between various solvents and a copolymer using Hansen parameters, showing a change in components in the copolymer and a change in affinity with a solvent.

【図2】ポリエチレン微多孔膜にモノマーをプラズマグ
ラフト共重合する工程を概念的に示す部分断面斜視図で
あり、(a) はポリエチレン微多孔膜を示し、(b) はグラ
フト共重合体を有するポリエチレン微多孔膜を示す。
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view conceptually showing a step of plasma graft copolymerizing a monomer onto a polyethylene microporous membrane, wherein (a) shows a polyethylene microporous membrane and (b) has a graft copolymer. 1 shows a microporous polyethylene membrane.

【図3】実施例1における溶媒の収着試験の結果を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing the results of a solvent sorption test in Example 1.

【図4】実施例2における溶媒の透過試験の結果を示す
グラフである。
FIG. 4 is a graph showing the results of a solvent permeation test in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4・・・ポリエチレン微多孔膜 5・・・細孔 6・・・グラフト共重合体 4: Microporous polyethylene membrane 5: Pores 6: Graft copolymer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−98632(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 71/78 B01D 61/02 B01D 61/36 B01D 71/26 B01D 71/40 ────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-3-98632 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B01D 71/78 B01D 61/02 B01D 61 / 36 B01D 71/26 B01D 71/40

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ポリエチレン微多孔膜上において、溶解
性が異なる複数種のモノマーを用いてプラズマグラフト
重合を行い、前記微多孔膜の細孔を、生成したグラフト
共重合体により実質的に満たしてなり、前記モノマーの
配合割合は、混合液体中の分離すべき液体又は蒸気が、
生成したグラフト共重合体に対して良溶媒となるととも
に、その他のものが貧溶媒となるように選定されている
ことを特徴とする混合液体又は蒸気分離用膜。
1. A method for performing plasma graft polymerization on a polyethylene microporous membrane using a plurality of types of monomers having different solubilities, wherein pores of the microporous membrane are substantially filled with a produced graft copolymer. The mixture ratio of the monomer is such that the liquid or vapor to be separated in the mixed liquid is
A mixed liquid or vapor separation membrane characterized in that it is selected so as to be a good solvent for the produced graft copolymer and to be a poor solvent for the others.
【請求項2】 請求項1に記載の分離用膜において、前
記溶解性が溶解度パラメータ又はχパラメータで表され
ることを特徴とする混合液体又は蒸気分離用膜。
2. The separation membrane according to claim 1, wherein the solubility is represented by a solubility parameter or a χ parameter.
【請求項3】 請求項2に記載の分離用膜において、前
記溶解度パラメータがハンセンパラメータで表されるこ
とを特徴とする混合液体又は蒸気分離用膜。
3. The separation membrane according to claim 2, wherein the solubility parameter is represented by a Hansen parameter.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の分離
用膜において、前記グラフト共重合体が、(a) アクリル
酸、メタクリル酸又はそれらのエステル、及び(b) アク
リルアミド又はその誘導体の二種類のアクリル系モノマ
ーのグラフト共重合体であることを特徴とする混合液体
又は蒸気分離用膜。
4. The separation membrane according to claim 1, wherein the graft copolymer comprises (a) acrylic acid, methacrylic acid or an ester thereof, and (b) acrylamide or a derivative thereof. A mixed liquid or vapor separation membrane, which is a graft copolymer of two kinds of acrylic monomers.
【請求項5】 請求項4に記載の分離用膜において、前
記アクリル系モノマーの(a) 種がアクリル酸メチルであ
り、(b) 種がアクリルアミドであることを特徴とする混
合液体又は蒸気分離用膜。
5. The separation membrane according to claim 4, wherein the (a) species of the acrylic monomer is methyl acrylate, and the (b) species is acrylamide. Membrane.
【請求項6】 パーベイパレーション法、逆浸透法、又
はエバポミエーション法により、混合液体又は蒸気から
特定の液体又は蒸気を選択的に分離する方法において、
ポリエチレン微多孔膜に、溶解性が異なる複数種のモノ
マーを用いたプラズマグラフト重合を行うことにより前
記微多孔膜の細孔をグラフト共重合体により実質的に満
たしてなる分離用膜を用い、その際、前記モノマーの配
合割合を、混合液体又は蒸気中の特定の液体又は蒸気
が、生成したグラフト共重合体に対して良溶媒となると
ともに、その他のものが貧溶媒となるように選定するこ
とを特徴とする液体又は蒸気混合物の分離方法。
6. A method for selectively separating a specific liquid or vapor from a mixed liquid or vapor by a pervaporation method, a reverse osmosis method, or an evaporation method,
A polyethylene microporous membrane, using a separation membrane that substantially fills the pores of the microporous membrane with a graft copolymer by performing plasma graft polymerization using a plurality of types of monomers having different solubility, At this time, the compounding ratio of the monomers is selected so that the specific liquid or vapor in the mixed liquid or vapor becomes a good solvent for the produced graft copolymer, and the others become poor solvents. A method for separating a liquid or vapor mixture.
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