JP3169404B2 - 高透水性能半透膜の製造方法 - Google Patents

高透水性能半透膜の製造方法

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JP3169404B2 JP30055491A JP30055491A JP3169404B2 JP 3169404 B2 JP3169404 B2 JP 3169404B2 JP 30055491 A JP30055491 A JP 30055491A JP 30055491 A JP30055491 A JP 30055491A JP 3169404 B2 JP3169404 B2 JP 3169404B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半透膜の製造方法に関
し、さらに詳しくは透水性能に優れた半透膜の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より人工膜の素材としては、セルロ
ースアセテート等のセルロース誘導体、ポリアクリロニ
トリル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル系樹脂、ポリア
ミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフッ化ビニリデ
ン系樹脂等多くの高分子が用いられてきた。その中で、
特にポリスルホン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂
は耐熱性、耐薬品性が良好であることから人工膜用素材
として近年特に注目されている。しかしながら、これら
の樹脂は疎水性が非常に強いため湿式製膜法によって得
られる膜は、膜面に緻密な構造が形成されやすく、親水
性を有するセルロース系樹脂から得られる膜と比較して
透水性能が低いといった問題があった。
【0003】そのため、これまでに高い透水性能を有す
る膜を得るために種々の製法が試みられてきた。例えば
樹脂濃度を低くする、膜厚を薄くする、製膜原液
に無機系、有機系膨潤剤を添加する、膜を親水化する
等の方法が試みられている。しかし、、の方法では
透水性能を上げることは可能であるが、その反面機械的
強度が低下するために実用的でなかった。の方法では
無機系膨潤剤として硝酸リチウム、塩化リチウム、硝酸
アンモニウムなど、また有機系膨潤剤としてはエタノー
ル、エチレングリコール類等を添加する方法が試みられ
てきた。しかしながら、一般に膜の後処理工程において
脱溶剤やポリマーの凝固を十分にに行わせる目的で熱水
処理が施されることが多く、そのためポリマーの収縮が
起きてしまい膨潤剤の効果は十分に発揮できていなかっ
た。の方法では、製膜後に疎水性ポリマーの表面に親
水性モノマーをグラフト重合させる方法、あるいは製膜
時に親水性ポリマーをブレンドする方法が用いられてい
る。しかし、いずれの方法も親水性ポリマーが水溶液中
で膨潤し膜の細孔を閉塞してしまうという問題があり、
膜の親水化の点では効果があるものの高透水化の点では
むしろ逆効果であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、上記従来技術の問題点を解消すること、即ち透水性
能に優れる半透膜の製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に鋭意検討した結果、本発明に至った。即ち、本発明
は、基材ポリマーと分解性ポリマーを混和溶解した溶液
を主成分とする製膜原液より製造した半透膜の後処理に
おいて、分解剤を用いて分解性ポリマーの一部または全
部を分解除去することを特徴とする高透水性能半透膜の
製造方法である。
【0006】以下本発明を詳細に記述する。本発明で用
いる基材ポリマーは湿式製膜が可能であり、かつ分解剤
で分解されないものであればよく、そのようなポリマー
としてポリスルホン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹
脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル
系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエ
ーテルイミド系樹脂及び酢酸セルロース系樹脂等が上げ
られるが特に限定されない。
【0007】一方、本発明に用いる分解性ポリマーはタ
ンパク質系ポリマー、ポリエチレングリコール系ポリマ
ー、多糖類、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリア
クリル酸系ポリマー、ポリビニルピロリドン等が挙げら
れるが多種類の基材ポリマーと相溶性を有し、しかも分
解反応が容易であるポリビニルピロリドンが特に好まし
い。
【0008】また本発明に用いる分解剤は基材ポリマー
を分解することなく分解性ポリマーを容易に分解するも
のであればよく、オキソ酸、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩
水溶液、次亜臭素酸、次亜臭素酸塩水溶液、次亜ヨウ素
酸、次亜ヨウ素酸塩水溶液、次亜リン酸、次亜リン酸塩
水溶液等の酸性溶液や水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム水溶液等のアルカリ溶液、またトリプシン、ウレアー
ゼ、セルラーゼ等の酵素類が上げられる。例えば、分解
性ポリマーがポリビニルピロリドンである場合、次亜塩
素酸ナトリウムが特に好ましい。
【0009】また本発明の基材ポリマーと分解性ポリマ
ーの溶解に用いる溶剤は基材ポリマー、分解性ポリマー
を共に溶解するものであり、例えば、基材ポリマーがポ
リスルホン系樹脂、分解性ポリマーがポリビニルピロリ
ドンである場合、ジメチルスルホキシド、N−メチル−
2ピロリドン、ジメチルアセトアミド等である。本発明
の製膜原液におけるポリマーの濃度は製膜可能でかつ分
解性ポリマーを分解除去した後、膜としての機械的強度
を有する範囲であり、10〜30重量%が好ましい。ま
た製膜原液における分解性ポリマーの濃度範囲は、分解
除去により十分な透水性能が得られる濃度でなければな
らず、そのためには全ポリマー重量に対し5%〜50%
が好ましい。また、原液の粘度、溶解状態を制御する目
的で水、アルコール類、グリコール類、塩類等の第4成
分を製膜原液に添加することも可能であり、その種類、
添加量は組み合わせにより随意行えばよい。
【0010】以上の条件により調整した製膜原液を用い
て製膜を行うが、製膜法は特に限定されるものではな
く、従来公知の製膜技術が広く使える。例えば、中空糸
膜を製造する場合、製膜原液を環状ノズルから直接ある
いは、一度気体中に吐出させた後、凝固浴へ導き脱溶剤
することにより得られる。ノズル吐出時の製膜原液の温
度は、紡糸を行いやすい粘度になるように制御し得る。
また、この温度で膜の孔径を制御することも可能であ
る。環状ノズルの芯部に流す物質は空気等の気体、ある
いは基材ポリマーの溶剤または非溶剤またはそれらの混
合物といった液体等が用いられる。これらは得られる膜
の孔径を制御する目的で適宜選ばれる。製膜原液を一度
気体中を走行させる場合気体部分を空中走行させる時
間、即ち空中走行距離や気体部分の雰囲気温度、湿度等
も得られる膜の孔径を制御する目的で適宜選ぶことも可
能である。
【0011】以上述べてきたような製膜方法は、いずれ
も目的とする膜の孔径を達成するために適宜選べばよ
く、このようなことは同業者にとっては容易なことであ
る。製膜後の膜は、まず、水洗し、続いて熱処理、分解
除去処理、さらに水洗の順で処理を行う。水洗後、基材
ポリマーを完全に凝固、固定させる目的で基材ポリマー
のガラス転移点以下の温度で十分に熱処理を行うことが
好ましい。一般に、半透膜は工業用途、特に医薬品精
製、食品製造等に用いられる場合、殺菌の目的で熱水処
理が施される。この時、基材ポリマーが完全に凝固・固
定されていない場合、熱による基材ポリマーの収縮が生
じ、透水性能が大幅に低下する恐れがあるからである。
このような問題を避けるために、例えば基材ポリマーが
ポリスルホン系樹脂の場合90℃の熱水で5分以上処理
すれば十分である。
【0012】しかるべき後、分解性ポリマーを分解除去
するが分解反応は基材ポリマーを変性させることなく分
解性ポリマーの一部または全部を迅速簡便に分解除去す
ることが好ましい。また分解性ポリマーは基材ポリマー
に対し5重量%以下になるように除去されなければなら
ない。分解性ポリマーが5重量%以上残存すると十分な
透水性能が得られないばかりか、膜を長期的に使用する
場合に分解性ポリマーが徐々に分解され膜性能が変化し
てくる恐れがあるからである。このように分解性ポリマ
ーを迅速簡便に分解除去する方法としては、例えば基材
ポリマーがポリスルホン系樹脂、分解性ポリマーがポリ
ビニルピロリドンであれば10〜5000ppmの次亜
塩素酸ナトリウム水溶液で室温で5分以上処理すれば十
分に目的が達成される。
【0013】最後に、分解処理後は分解物を完全に洗い
去る目的で室温で水洗を行う。またさらに重要なこと
は、以上述べてきた本発明の一連の製造方法が連続工程
で行われる点である。分解処理においては、製造工程後
別の工程で実施することもまた連続した工程中で制膜後
直ちに処理することもできるが、一般に事業性を考えた
場合、製造コストの点から製造工程は迅速、簡便に行わ
れることが好ましく、特に各工程が連続的に行われるこ
とが好ましい。
【0014】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものではない。
【0015】
【実施例1】ジメチルアセトアミド(以下DMACと略
記)80.0g、の溶媒にポリビニルピロリドン 5.
0g(ナカライテスク社 K−90:以下PVPと略
記)、ポリスルホン樹脂(AMOCO社 ユーデルP−
3500:以下PSFと略記)15gを加え、60℃で
5時間溶解し静置脱胞後製膜原液とした。
【0016】この製膜原液を注入液に水を用いて、内径
0.64mm、外径1.04mmの環状オリフィスから
なる紡口により紡糸を行い、さらに紡口から15mm下
方に設置した60℃の水浴中を通過させ凝固させた後、
熱水処理槽を5分間、分解処理槽を10分間、水洗槽を
3分間通過させ通常の方法でカセに巻き取り中空糸膜を
得た。
【0017】なお凝固浴槽は室温の水を使用し、熱水処
理槽は90℃の水を使用し、分解処理槽は1000pp
mの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使用し、水洗槽は7
0℃の水を使用した。元素分析により、得られた中空糸
膜のPVP残存量を測定したところ全ポリマー重量に対
し1.2重量%であった。また、この中空糸膜の純水の
透水性能(すなわち、Flux;単位面積、時間、圧力
あたりの膜の透水量)及び各種タンパク質溶液のろ過試
験から求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0018】なおタンパク質の阻止率は、250ppm
タンパク質溶液を液温38℃、圧力1kg/cm2 の条
件でろ過し、その透過液のタンパク質濃度から下式によ
り算出した。 阻止率(%)=100×(1−C1 /C0 ) C1 :透過液のタンパク質濃度 C0 :元液のタンパク質濃度
【0019】
【実施例2】実施例1と同様の製膜原液を注入液に水/
DMAC=1/1の溶液を用いて、実施例1と同様の紡
口により紡糸を行った。また以後の工程も実施例1と同
様の条件で行った。元素分析により、得られた中空糸膜
のPVP残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し
0.8%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能
及び250ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験
から求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0020】
【比較例1】実施例1と同様の製膜原液を注入液に水を
用いて、実施例1と同様の紡口により紡糸を行い、さら
に紡口から15mm下方に設置した凝固浴を通過させた
後、水洗槽に3分間通過させ通常の方法でカセに巻き取
り中空糸膜を得た。なお凝固浴槽は室温の水を使用し、
水洗槽は70℃の水を使用した。
【0021】元素分析により、得られた中空糸膜のPV
P残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し22.
4%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能及び
250ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験から
求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0022】
【比較例2】実施例1と同様の製膜原液を注入液に水/
DMAC=1/1を用いて、実施例1と同様の紡口によ
り紡糸を行い、さらに紡口から15mm下方に設置した
凝固浴を通過させた後、水洗槽に3分間通過させ通常の
方法でカセに巻き取り中空糸膜を得た。なお凝固浴槽は
室温の水を使用し、水洗槽は70℃の水を使用した。
【0023】元素分析により、得られた中空糸膜のPV
P残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し20.
3%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能及び
250ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験から
求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0024】
【実施例3】DMAC 75g にPVP 10.0
g、 PSF 15gを加え、60℃で5時間溶解し静
置脱胞後製膜原液とした。この製膜原液を注入液に水を
用いて、実施例1と同様の方法で紡糸を行った。なお以
後の工程も実施例1と同様である。
【0025】元素分析により、得られた中空糸膜のPV
P残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し3.3
%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能及び2
50ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験から求
めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0026】
【実施例4】実施例3と同様の製膜原液を注入液に水/
DMAC=1/1の溶液を用いて、実施例1と同様の紡
口により紡糸を行った。また以後の工程も実施例1と同
様の条件で行った。元素分析により、得られた中空糸膜
のPVP残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し
2.9%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能
及び250ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験
から求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0027】
【比較例3】実施例3と同様の製膜原液を注入液に水を
用いて、実施例1と同様の紡口により紡糸を行い、さら
に紡口から15mm下方に設置した凝固浴を通過させた
後、水洗槽に3分間通過させ、通常の方法でカセに巻き
取り中空糸膜を得た。なお凝固浴槽は室温の水を使用
し、水洗槽は70℃の水を使用した。
【0028】元素分析により、得られた中空糸膜のPV
P残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し36.
5%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能及び
250ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験から
求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0029】
【比較例4】実施例3と同様の製膜原液を注入液に水/
DMAC=1/1を用いて、実施例1と同様の紡口によ
り紡糸を行い、さらに紡口から15mm下方に設置した
凝固浴を通過させた後、水洗槽に3分間通過させ通常の
方法でカセに巻き取り中空糸膜を得た。なお凝固浴槽は
室温の水を使用し、水洗槽は70℃の水を使用した。
【0030】元素分析により、得られた中空糸膜のPV
P残存量を測定したところ全ポリマー重量に対し34.
2%であった。またこの中空糸膜の純水の透水性能及び
250ppm濃度の各種タンパク質溶液のろ過試験から
求めたタンパク質の阻止率を表1に示した。
【0031】
【表1】
【0032】
【発明の効果】本発明の半透膜の製造方法は迅速、簡便
に高透水性能半透膜を得ることが可能であり、また得ら
れた半透膜は医薬品、食品等の製造工程のみならず広く
一般工業に使用可能な優れた性能を有する膜である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−57727(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 67/00 - 71/82

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材ポリマーと分解性ポリマーを混和溶
    解した溶液を主成分とする製膜原液より製造した半透膜
    の後処理において、分解剤を用いて分解性ポリマーの一
    部または全部を分解除去することを特徴とする高透水半
    透膜の製造方法。
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