JP5724180B2 - 分離膜支持体およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布からなる、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜および逆浸透膜等の分離膜を支持するための分離膜支持体とその製造方法に関するものである。また、本発明は、その分離膜支持体を用いた分離膜および流体分離素子に関するものである。
近年の水処理には、多くの場合において膜技術が適用されている。例えば、浄水場での水処理には、精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられており、海水の淡水化には、逆浸透膜が用いられている。また、半導体製造用水、ボイラー用水、医療用水およびラボ用純水等の処理には、逆浸透膜やナノろ過膜が用いられている。さらに、下廃水の処理には、精密ろ過膜や限外ろ過膜を用いた膜分離活性汚泥法も適用されている。
これらの分離膜は、その形状から平膜と中空糸膜に大別される。これらの分離膜のうち、主に合成重合体から形成される平膜は、分離機能を有する膜単体では機械的強度に劣るため、一般に不織布や織布等の支持体と一体化して使用されることが多い。
一般に、分離機能を有する膜と支持体は、不織布や織布等の支持体上に、分離機能を有する膜の原料となる高分子重合体の溶液を流延して固着させる方法により一体化される。また、逆浸透膜等の半透膜においては、不織布や織布等の支持体上に高分子重合体の溶液を流延し支持層を形成させた後に、その支持層上に半透膜を形成させる方法等により一体化される。
したがって、支持体となる不織布や織布等には、高分子重合体の溶液を流延した際にそれが過浸透により裏抜けしたり、膜物質が剥離したり、さらには支持体の毛羽立ち等により膜の不均一化やピンホール等の欠点が生じたりすることがないような、優れた製膜性が要求される。
また、高圧下で使用されることが多い逆浸透膜等の半透膜の場合は、特に、支持体には高い機械的強度と高い寸法安定性が要求される。
従来、このような分離膜支持体として、太い繊維を使用した目開きおよび表面粗度の大きな表面層と、細い繊維を使用した目開きが小で緻密な構造を有する裏面層との二重構造を基本とした多層構造体の不織布からなる分離膜支持体が提案されている(特許文献1参照。)。また、半透膜形成用重合体溶液を流延し膜形成を行うための不織布からなる半透膜支持体において、その不織布が、通気度が5〜50cc/cm/secの低密度層と、通気度が0.1cc/cm/sec以上で5cc/cm/sec未満の高密度層とを積層一体化した二層構造の不織布であり、全体としての通気度が0.1cc/cm/sec〜4.5cc/cm/secの半透膜支持体が提案されている(特許文献2参照。)。
しかしながら、これらの膜支持体は、いずれも連続フィラメントでなく短繊維で構成された不織布からなるために、毛羽立ちにより膜の不均一化や欠点を発生させる恐れがある。さらに、これらの文献には、不織布の強度についてなんらの提案もなく、また強度について詳しい記載がないため、膜支持体として十分な機械的強度と寸法安定性が得られないという問題があった。
また別に、このような分離膜支持体として、5%伸長時の縦方向(MD)と横方向(CD)の裂断長の平均値が4.0km以上であり、且つ通気度が0.2〜10.0cc/cm・秒の不織布からなる半透膜支持体が提案されている(特許文献3参照。)。しかしながら、この半透膜支持体は、連続フィラメントで構成されたものでなく、抄紙法によって製造された短繊維で構成された不織布からなるものである。そのため、必要とする高い機械的強度の半透膜支持体を得るためには、溶融紡糸した後に糸条を温水浴中で延伸し、引き続いて緊張熱処理および/または弛緩熱処理などによって、不織布を構成する繊維の複屈折を極めて大きくし、また熱収縮応力を特定の範囲にするなど、多くの複雑な工程を必要とする。したがって、この提案の半透膜支持体は、製造上コスト高になり、さらに短繊維で構成された不織布からなるため、毛羽立ちにより膜の不均一化や欠点が発生する恐れがあるという問題があった。
日本特公平4−21526号公報 日本特公平5−35009号公報 日本特許第3153487号公報
そこで本発明の目的は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布からなり、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜および逆浸透膜等の分離膜を支持する際に優れた製膜性および機械的強度を有する分離膜支持体およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の分離膜支持体を用いた分離膜および流体分離素子を提供することにある。
本発明は、かかる課題を解決するために、次の手段を採用するものである。
すなわち、本発明の分離膜支持体は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布からなるものである。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布は長繊維からなる不織布が2〜5層積層されてなる積層長繊維不織布である。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の積層長繊維不織布の少なくとも1層はスパンボンド不織布である。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布は、実質的にスパンボンド不織布のみからなるものである。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の横方向への引張強力は50N/5cm以上であり、且つ引張強力縦横比は2.7以下である。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の引張強力は80〜900N/5cmであり、引張伸度は15〜50%であり、かつ次式で算出される強伸度積は120〜1300N/5cmである。
・強伸度積[N/5cm]=引張強力[N/5cm]×(1+引張伸度[%]/100)
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の縦方向および横方向の5%伸長時応力はいずれも50N/5cm以上である
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の5%伸長時応力の縦横比は2.7以下である。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の熱可塑性連続フィラメントは、融点の異なる重合体からなり、高融点重合体の周りに、該高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントである。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の透過光輝度変動係数は1.0〜6.0%である。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の充填密度は0.4〜0.8であり、通気量は0.2〜30.0cc/cm/secであり、さらに低荷重時(加圧子直径16mm、荷重2kPa)に対する高荷重時(加圧子直径16mm、荷重200kPa)の厚さ変化量は0.00〜0.03mmである。
本発明の分離膜支持体の好ましい態様によれば、前記の長繊維不織布の表面平均粗さは2〜9μmである。
本発明においては、前記の分離膜支持体の表面上に、分離機能を有する膜を形成して分離膜とすることができる。また、その分離膜を構成要素として含む流体分離素子とすることができる。
また、本発明の分離膜支持体の製造方法は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布またはその積層体を、少なくとも一方のロールがその熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度に保たれた、上下1対のフラットロール間で熱圧着し一体化する工程をふくむ方法である。
また、本発明の分離膜支持体の製造方法の好ましい態様によれば、高温側のフラットロールの温度を前記の熱可塑性連続フィラメントの表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度とし、かつ、低温側のフラットロールの温度を前記の高温側のフラットロールの温度よりも40〜120℃低い温度として、フラットロール間に温度差を設け熱圧着する方法である。
また、本発明の分離膜支持体の製造方法は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布を、その熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも120〜20℃低い温度で、上下1対のフラットロール間で、または1本のフラットロールと繊維ウエブの捕集に用いられる捕集コンベア間で予備熱圧着した後に、該予備圧着した不織布を複数層重ね合わせ、当該積層体を、少なくとも一方のロールが該熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度に保たれた、上下1対のフラットロール間で熱圧着し一体化する方法である。
本発明の前記の分離膜支持体の製造方法の好ましい態様によれば、前記の1対のフラットロールは上下ともに金属製ロールである。
本発明の前記の分離膜支持体の製造方法の好ましい態様によれば、前記の1対のフラットロールの一方は金属製ロールで、が弾性ロールである。
本発明により、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布からなり、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜および逆浸透膜等の分離膜を支持する際に優れた製膜性および機械的強度を有する分離膜支持体を得ることが可能となる。
また、本発明によれば、熱可塑性連続フィラメントで構成され、微少領域の目付均一性に優れた長繊維不織布からなる分離膜支持体を得ることが可能となる。
また、本発明によれば、熱可塑性連続フィラメントで構成され、縦横強度差が小さい長繊維不織布を用いることから、高い逆浸透圧が掛かる場合においても透過液流路材窪みへの落ち込みが少なく、安定して透過液を通水することにより高い造水量を確保することができる分離膜支持体が得られる。
さらに本発明によれば、分離膜を製膜する際に横方向への湾曲や工程張力による変形を抑制して、均一に膜を形成することができる分離膜支持体が得られる。
本発明の分離膜支持体は、その表面上に分離機能を有する膜を形成させるための分離膜支持体である。
本発明の分離膜支持体は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布からなることが重要である。本発明者らは、短繊維からなる不織布を用いた際にしばしば起こる高分子重合体溶液の流延時の不均一化や、膜欠点の原因について検討した結果、短繊維からなる不織布を構成する繊維の毛羽立ちが一因であることをつきとめた。そして、長繊維からなる不織布を用いることにより、これらの問題を解決できることをつきとめた。すなわち、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布を用いることにより、短繊維からなる不織布を用いた際に起こる、繊維の毛羽立ちによって生じる高分子重合体溶液の流延時の不均一化や、膜欠点を抑制することができる。
さらに、本発明の分離膜支持体は、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布であるため、短繊維からなる不織布、特に繊維長の短い抄紙不織布に比べて機械的強度が高い。そのため、分離膜支持体のなかでも、特に使用時に高い圧力がかけられる半透膜支持体として優れた耐久性を発現することができる。
本発明の分離膜支持体を構成する不織布は、スパンボンド法によって製造されたスパンボンド不織布や、メルトブロー法によって製造されたメルトブロー不織布等、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布である。長繊維不織布は、その上に分離膜を形成した際に、製膜性が良好であり耐久性に優れた分離膜を得ることができるものであり、機械的強度と寸法安定性により優れることからスパンボンド不織布であることが好ましい。
また、本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、単層でもよいが、後述するように、より均一性に優れた分離膜支持体を得ることができることから、複数の長繊維不織布層からなる積層体(積層長繊維不織布という。)とすることも好ましい形態である。積層長繊維不織布は、例えば、2層のスパンボンド不織布の層間に1層のメルトブロー不織布を配した3層構造の積層体等、少なくとも1層はスパンボンド不織布からなることが好ましい。また、積層長繊維不織布は、2層のスパンボンド不織布からなる積層体等、実質的にスパンボンド不織布のみからなることが好ましい態様である。
長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントは、単一成分からなる熱可塑性連続フィラメントでもよく、または複数成分からなる複合型熱可塑性連続フィラメントでもかまわない。本発明の分離膜支持体においては、融点の異なる2以上の重合体を用い、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した、複合型熱可塑性連続フィラメント(複合型フィラメントという。)で構成された長繊維不織布からなることが好ましい態様である。
高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配することにより、熱圧着により長繊維不織布を形成し分離膜支持体として使用した際、長繊維不織布を構成する複合型フィラメント同士が強固に接着する。そのため、繊維の毛羽立ちによる高分子重合体溶液の流延時の不均一化や、膜欠点を抑制することができる。また、このような複合型フィラメントを用いることにより、長繊維不織布を構成する複合型フィラメント同士が強固に接着することに加え、融点の異なる複数種の繊維を混じた混繊型の不織布に比べて、その接着点の数も多くなる。そのため、複合型フィラメントを用いることは、分離膜支持体のなかでも、特に使用時に高い圧力がかけられる半透膜支持体として用いた際の寸法安定性と耐久性の向上につながる。
本発明で用いられる複合型フィラメントにおいては、高融点重合体と低融点重合体の融点差が10℃以上であれば、所望の熱接着性を得ることができる。また、融点差を140℃以下にすることにより、熱圧着時に熱圧着ロールに低融点重合体成分が融着し生産性が低下することを抑制することができる。高融点重合体と低融点重合体の融点差のより好ましい範囲は20〜120℃であり、融点差のさらに好ましい範囲は30〜100℃である。
また、複合型フィラメントで構成された長繊維不織布からなる場合の高融点重合体の融点は、本発明の分離膜支持体上に分離膜を形成した際に製膜性が良好であり耐久性に優れる分離膜を得ることができるという観点から、160〜320℃の範囲であることが好ましい。高融点重合体の融点が160℃以上であれば、長繊維不織布を形成し分離膜支持体として使用した際、分離膜または流体分離素子製造時に熱が加わる工程を通過したとしても形態安定性に優れている。また、高融点重合体の融点が320℃以下であれば、長繊維不織布製造時に溶融するための熱エネルギーを多大に消費し生産性が低下することを抑制することができる。高融点重合体の融点のより好ましい範囲は170〜300℃であり、融点のさらに好ましい範囲は180〜280℃である。
複合型フィラメントにおける低融点重合体の占める割合は、分離膜支持体に適した長繊維不織布を得るという観点から、10〜70wt%であることが好ましい。より好ましい低融点重合体の割合は、15〜60wt%であり、更に好ましい割合は20〜50wt%である。低融点重合体の占める割合が10wt%以上であれば、所望の熱接着性を得ることができる。また、その割合が70wt%以下であれば、熱圧着時に熱圧着ロールに低融点重合体成分が融着し生産性が低下することを抑制することができる。
複合型フィラメントの複合形態については、分離膜支持体に適した長繊維不織布を得るという観点から、例えば、同心芯鞘型、偏心芯鞘型および海島型等の形態が挙げられる。さらに、その複合型フィラメントの断面形状としては、円形断面、扁平断面、多角形断面、多葉断面および中空断面等の形状が挙げられる。中でも熱圧着により、フィラメント同士を強固に接着させることができ、さらには得られる分離膜支持体の厚さを低減し、流体分離素子とした際のユニットあたりの分離膜面積を増大させられることから、複合形態については同心芯鞘型のものを用いることが好ましく、そしてフィラメント形状としては円形断面や扁平断面のものを用いることが好ましい。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、前述のように、複数の長繊維不織布層からなる積層長繊維不織布とすることが好ましい形態である。このように、積層体とすることにより、より均一性に優れた分離膜支持体を得ることができ、また積層界面を形成することにより高分子重合体の溶液を流延した際の過浸透による裏抜けを防ぎ、優れた製膜性を得ることができる。積層長繊維不織布の積層数は、2〜5層であることが好ましい。積層数が2層以上であれば、単層時に比べて地合いが向上し、十分な均一性が得られる。また、積層数が5層以下であれば、積層時にシワが入ることを抑制し、そして層間の剥離を抑制することができる。
積層長繊維不織布の一体化の方法としては、熱による圧着、接着剤を用いた圧着および機械的交絡、さらにはこれらの組合せによる方法などが挙げられる。なかでも、得られる分離膜支持体の厚さを低減し、流体分離素子とした際のユニットあたりの分離膜面積を増大させられることから、一対のフラットロールなどを用いた熱による圧着が好ましい手段である。また、熱による圧着と接着剤を用いた圧着の組合せも好ましく用いることができ、その接着剤としては、積層する長繊維不織布の融点より低い融点の樹脂からなる粉末、繊維および不織布などが挙げられる。
本発明の分離膜支持体は、特に逆浸透膜等の分離膜支持体として使用される場合には、高圧に耐え得る高い剛性と強靭性を有することが好ましい。ここで好ましい剛性とは、高い逆浸透圧で変形しないための剛性のことである。また、強靭性とは、圧力変動など瞬間的にかかる力で破損しないための強靭性のことである。これらの剛性と強靭性の両方の特性を得るために、分離膜支持体を構成する長繊維不織布の引張強力と引張伸度のバランスに注目した。本発明者らは、鋭意検討の結果、引張強力と引張伸度の一方のみを高くしても、分離膜支持体として適した剛性と強靭性は向上しないことから、分離膜支持体の引張強力および引張伸度の両方とも高めること、すなわち強伸度積を高めることにより、剛性および強靭性の両方が向上することを見出した。ここで、強伸度積とは、次式で算出される値である。
・強伸度積[N/5cm]=引張強力[N/5cm]×(1+引張伸度[%]/100)
次に、引張強力、引張伸度および強伸度積について詳述する。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布の引張強力は、80〜900N/5cmであることが好ましい。引張強力は、より好ましくは90〜850N/5cmであり、更に好ましくは100〜700N/5cmである。
また、長繊維不織布の引張伸度は、15〜50%であることが好ましい。引張伸度は、より好ましくは18〜45%であり、更に好ましくは20〜40%である。
そして、長繊維不織布の強伸度積は120〜1300N/5cmであることが好ましく、強伸度積はより好ましくは170〜1100N/5cmであり、更に好ましくは220〜900N/5cmである。
透過液流路材の溝方向と直交する方向の分離膜支持体の引張強力および引張伸度が高ければ、分離膜に垂直に圧力を加えたとき、分離膜が透過液流路材に落ち込んで生じる分離膜にかかる応力に対する剛性が向上する。しかしながら、引張強力が高過ぎると、風合いが硬くなり垂直方向の圧力に対する強靭性が低下してしまう。また、逆に引張伸度が高過ぎると、分離膜支持体の透過液流路材への落ち込み量が増し、更に残留歪みが残るなどの問題が発生する。したがって、引張強力と引張伸度のバランスを考慮すると、上記のように、引張強力が80〜900N/5cmで、かつ引張伸度が15〜50%で、そして強伸度積が120〜1300N/5cmであることが好ましい。このように、引張強力と引張伸度のバランスをとることにより、分離膜支持体として使用した際にかかる圧力による変形と破損が少なく、分離膜の透過液流路材への落ち込み量が少なくなり、膜性能や処理能力を維持しやすくなる。
本発明で用いられる長繊維不織布の引張強力と引張伸度は、後記の実施例の(3)に記載の方法により測定することができる。
本発明の分離膜支持体を構成する、引張強力が80〜900N/5cmで、引張伸度が15〜50%で、かつ強伸度積が120〜1300N/5cmの長繊維不織布を得るには、好ましくは次のような手段が挙げられる。
(a)実質的にスパンボンド不織布のみからなる長繊維不織布を用いる。
(b)長繊維不織布が複数の不織布層からなる積層体である場合は、少なくとも1層にスパンボンド不織布を用いる。
(c)長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いる。
(d)紡糸速度が4000m/分以上で製造されたスパンボンド不織布を用いる。
(e)熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布またはその積層体を、少なくとも一方のロールがその熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも120〜20℃低い温度で保たれた、上下1対のフラットロールまたは1本のフラットロールとウエブの捕集に用いる捕集コンベア間で予備熱圧着し、連続工程で、あるいは表面側および/または裏面側に高密度層を形成させた仮接着状態の不織布を巻き取った後に、その予備熱圧着した仮接着状態の不織布を複数層重ね合わせ、当該積層体を、少なくとも一方のロールが熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度に保たれた、上下1対のフラットロールにより熱圧着し一体化し製造された積層長繊維不織布を用いる。
本発明において、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの原料としては、分離膜支持体に適した長繊維不織布を得ることができる重合体が用いられる。そのような原料としては、例えば、ポリエステル系重合体、ポリアミド系重合体、ポリオレフィン系重合体、およびこれらの混合物や共重合体等が挙げられる。原料は、より機械的強度、耐熱性、耐水性および耐薬品性等の耐久性に優れた分離膜支持体を得ることができることから、ポリエステル系重合体であることが好ましい。
本発明で用いられるポリエステル系重合体とは、酸成分とアルコール成分からなるポリエステルである。酸性分としては、テレフタル酸、イソフタル酸およびフタル酸などの芳香族カルボン酸、アジピン酸やセバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸およびシクロヘキサンカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸等を用いることができる。また、アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびポリエチレングリコール等を用いることができる。
ポリエステル系重合体の例としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂およびポリブチレンサクシネート樹脂等が挙げられ、また、これらの樹脂の共重合体も挙げられる。
また、本発明では、既述のように、融点の異なる重合体からなり、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した、複合型フィラメントを用いることができる。このような複合型フィラメントとする場合の高融点重合体および低融点重合体の組み合わせ(高融点重合体/低融点重合体)としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂/ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂/ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂/ポリ乳酸樹脂およびポリエチレンテレフタレート樹脂/共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂等の組み合わせが挙げられる。また、共重合ポリエチレンテレフタレート樹脂の共重合成分としては、イソフタル酸等が好ましく用いられる。
さらに、用済み後に分離膜支持体を廃棄する際、廃棄が容易であり環境負荷が小さいことから、生分解性樹脂も熱可塑性連続フィラメントの原料として好ましく用いられる。本発明で用いられる生分解性樹脂の例としては、ポリ乳酸樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエチレンサクシネート樹脂、ポリグリコール酸樹脂およびポリヒドロキシブチレート系樹脂等が挙げられる。なかでも、石油資源を枯渇させない植物由来の樹脂であり、力学特性や耐熱性も比較的高く、製造コストの低い生分解性樹脂として近年脚光を浴びている、でんぷんの発酵で得られる乳酸を原料としたポリ乳酸樹脂は、長繊維不織布を構成する繊維の原料として好ましく用いられる。本発明で好ましく用いられるポリ乳酸樹脂としては、ポリ(D−乳酸)、ポリ(L−乳酸)、D−乳酸とL−乳酸の共重合体およびこれらのブレンド体が挙げられる。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布には、本発明の効果を損なわない範囲で、結晶核剤、艶消し剤、滑剤、顔料、防カビ剤、抗菌剤、難燃剤および親水剤等を配合しまたは添加してもよい。特に、酸化チタン等の金属酸化物は、長繊維不織布の熱圧着成形の際、熱伝導性を増すことにより長繊維不織布の接着性を向上させる効果がある。また、エチレンビスステアリン酸アミド等の脂肪族ビスアミドおよび/またはアルキル置換型の脂肪族モノアミドは、熱圧着ロールと長繊維不織布間の離型性を増すことにより、接着安定性を向上させる効果がある。これら各種の添加剤は、熱可塑性連続フィラメント中に含有存在させてもよいし、その表面に存在させてもよい。
本発明の分離膜支持体は、透過光輝度変動係数が1.0〜6.0%である長繊維不織布からなることが好ましい。長繊維不織布の透過光輝度変動係数は、より好ましくは1.0〜5.0%であり、さらに好ましくは1.0〜4.0%である。長繊維不織布の透過光輝度変動係数が1.0%以上であれば、分離膜支持体上に分離膜を形成する際に、高分子重合体溶液の流延時の浸透不足による膜剥離等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。一方、透過光輝度変動係数が6.0%以下であれば、それを分離膜支持体として使用した場合、微小領域の目付が均一である。そのため、高分子重合体溶液の流延時の過浸透を抑制することにより裏抜けがより少なくなり、分離膜支持体として好適に使用できるものとなる。
本発明において、長繊維不織布の透過光輝度変動係数とは、微少領域における繊維量をその透過光の輝度として数値化し、その標準偏差から求めた変動係数を意味するものであり、後記の実施例の(5)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、透過光輝度変動係数が1.0〜6.0%である長繊維不織布を得るには、積層一体化されてなる積層不織布とすることが好ましい。長繊維不織布の積層数としては、2〜5層であることが好ましい。積層数が2層以上であれば、単層時に比べて地合いが向上し、十分な均一性が得られる。また、積層数が5層以下であれば、積層時にシワが入ることを抑制し、そして層間の剥離を抑制することができる。
また、本発明の分離膜支持体を構成する、透過光輝度変動係数が1.0〜6.0%である長繊維不織布を得るには、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径を、3〜17μmとすることも好ましい態様である。熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径が、3μm以上であれば、長繊維不織布製造時に紡糸性が低下することが少なく、また分離膜支持体の通気性を維持できるため高分子重合体溶液の流延時の膜剥離等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。一方、熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径が、17μm以下であれば、均一性に優れた長繊維不織布および分離膜支持体を得ることができ、また分離膜支持体を高密度化できるため高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、横方向への引張強力が50〜900N/5cmであり、かつ引張強力縦横比が1.0〜2.7であることが好ましい。また、横方向への引張強力が70〜900N/5cmであり、かつ引張強力縦横比が1.0〜2.5であることがより好ましい態様であり、横方向への引張強力が90〜900N/5cmであり、かつ引張強力縦横比が1.0〜2.3であることがさらに好ましい態様である。
長繊維不織布は、一般的に不織布製造時の進行方向、すなわち縦方向への引張強力が横方向への引張強力に比べて大きくなる傾向がある。一方、逆浸透膜等の分離膜は、透過液流路材の溝方向と分離膜支持体の横方向が直交するように重ねて使用されることが多いため、分離膜支持体を構成する長繊維不織布の横方向への引張強力が50N/5cm以上であり、かつ引張強力縦横比が2.7以下であれば、いずれの方向に力が加わろうともそれに耐え、特に高い逆浸透圧などがかかった際にも分離膜の溝への落ち込みを抑制することができる。一方、横方向への引張強力が900N/cm以下であれば、引張強力が高すぎることにより風合いが硬くなることを抑制することができ、また、引張強力縦横比が1.0以上であれば、長繊維不織布の生産性が著しく低下することを防ぐことができる。
本発明において、長繊維不織布の横方向への引張強力および引張強力縦横比は、後記の実施例の(3)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、横方向への引張強力が50〜900N/5cmであり、かつ引張強力縦横比が1.0〜2.7の長繊維不織布を得るには、実質的にスパンボンド不織布のみからなる長繊維不織布とするか、長繊維不織布が複数の不織布層からなる積層体である場合は、少なくとも1層にスパンボンド不織布を用いることが好ましい。また、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いることも、横方向への引張強力が50〜900N/5cmであり、かつ引張強力縦横比が1.0〜2.7の長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、充填密度が0.4〜0.8であることが好ましい。充填密度は、より好ましくは0.5〜0.8であり、さらに好ましくは0.6〜0.8である。充填密度が0.4以上であれば、長繊維不織布内部の空隙が少なく、分離膜支持体として使用した際に外部からの圧力で変形や損傷しにくくなる。一方、充填密度が0.8以下であれば、長繊維不織布の透水性や通気性を確保することができ、分離膜支持体としての圧力損失が高くなりすぎることがない。
本発明において、長繊維不織布の充填密度は、後記の実施例の(8)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、充填密度が0.4〜0.8である長繊維不織布を得るには、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いることが好ましい。また、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径を、3〜17μmとすることや、スパンボンド法等で得られた長繊維不織布を、熱圧着によりシート状に一体化することも、充填密度が0.4〜0.8である長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、通気量が0.2〜30.0cc/cm/secであることが好ましい。通気量は、より好ましくは0.3〜20.0cc/cm/secであり、さらに好ましくは0.4〜10.0cc/cm/secである。通気量が0.2cc/cm/sec以上であれば、分離膜支持体としての圧力損失が高くなりすぎることがない。一方、通気量が30.0cc/cm/sec以下であれば、長繊維不織布の緻密さを維持することができ、分離膜が形成しやすくなる。
本発明において、長繊維不織布の通気量は、後記の実施例の(9)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、通気量が0.2〜30.0cc/cm/secである長繊維不織布を得るには、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径を、3〜17μmとすることが好ましい。また、長繊維不織布の目付を、20〜150g/mとすることや、スパンボンド法等で得られた長繊維不織布を、熱圧着によりシート状に一体化することも、通気量が0.2〜30.0cc/cm/secである長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量が0.00〜0.03mmであることが好ましい。厚さ変化量は、より好ましくは0.00〜0.02mmであり、さらに好ましく、0.00〜0.01mmである。ここで、低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量とは、直径16mmの加圧子で低荷重(荷重2kPa)をかけた際の厚さと、同じ加圧子で高荷重(荷重200kPa)をかけた際の厚さとの差をいう。特に、逆浸透膜等の分離膜の支持体は、高い逆浸透圧がかかるため、高圧に耐え得る高い剛性を有することが好ましい。ここで、好ましい剛性とは、分離膜面に垂直に加わる力に耐え、変形しないための剛性のことである。低荷重時と高荷重時との厚さ変化量が小さければ所望の剛性と言うことができ、分離膜支持体として好適である。
長繊維不織布の低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量が0.03mm以下であれば、分離膜支持体として使用した際にかかる圧力、特に部分的にかかる圧力による変形が少なく、膜性能や処理能力を維持することができる。
本発明において、長繊維不織布の低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量は、後記の実施例の(10)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量が0.00〜0.03mmである長繊維不織布を得るには、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いることが好ましい。また、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径を、3〜17μmとすることや、スパンボンド法等で得られた長繊維不織布を、熱圧着によりシート状に一体化することも、低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量が0.00〜0.03mmである長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布の表面平均粗さは、2〜9μmであることが好ましい。表面平均粗さは、より好ましくは2〜8μmであり、さらに好ましくは2〜7μmである。長繊維不織布の表面平均粗さが2μm以上であれば、不織布表面が極端に緻密化されて分離膜支持体として使用した際に圧力損失の上昇や、支持体上での分離膜剥離が起こることが少ない。また、長繊維不織布の表面平均粗さが9μm以下であれば、分離膜支持体として使用した際に支持体上の分離膜形成が困難となることが少ない。
本発明において、長繊維不織布の表面粗さは、後記の実施例の(11)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、表面平均粗さが2〜9μmである長繊維不織布を得るには、上下1対のフラットロールにより長繊維不織布を熱圧着し、一体化することが好ましい。また、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いることや、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径を、3〜17μmとすることも、表面平均粗さが2〜9μmである長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、縦方向および横方向の5%伸長時応力がいずれも50〜500N/5cmであることが好ましい。5%伸長時応力は、より好ましくはいずれも70〜500N/5cmであり、さらに好ましくはいずれも90〜500N/5cmである。長繊維不織布の縦方向および横方向の5%伸長時応力がいずれも50N/5cm以上であれば、縦方向および横方向のいずれの方向にかかる力に対しても変形しにくいことを意味し、分離膜支持体として用いた際に、いずれの方向に力が加わろうともそれに耐え、特に高い逆浸透圧などがかかった際にも分離膜の溝への落ち込みを抑制することができる。また、長繊維不織布の縦方向および横方向の5%伸長時応力がいずれも500N/5cm以下であれば、長繊維不織布の生産性やコストが著しく悪化することがなく、さらにシートが硬すぎて取扱いが困難になることが少ない。
本発明において、長繊維不織布の5%伸長時応力は、後記の実施例の(12)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、縦方向および横方向の5%伸長時応力がいずれも50〜500N/5cmである長繊維不織布を得るには、実質的にスパンボンド不織布のみからなる長繊維不織布とするか、長繊維不織布が複数の不織布層からなる積層体である場合は、少なくとも1層にスパンボンド不織布を用いることが好ましい。また、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いることも、縦方向および横方向の5%伸長時応力がいずれも50〜500N/5cmである長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、5%伸長時応力の縦横比が1.0〜2.7であることが好ましい。その縦横比は、より好ましくは1.0〜2.5であり、さらに好ましくは1.0〜2.3である。5%伸長時応力の縦横比が1.0以上であれば、長繊維不織布の生産性が著しく低下することを防ぐことができる。また、5%伸長時応力の縦横比が2.7以下であれば、いずれの方向に力が加わろうともそれに耐え、特に高い逆浸透圧などがかかった際にも分離膜の溝への落ち込みを抑制することができる。
本発明において、長繊維不織布の5%伸長時応力の縦横比は、後記の実施例の(12)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する、5%伸長時応力の縦横比が1.0〜2.7である長繊維不織布を得るには、実質的にスパンボンド不織布のみからなる長繊維不織布とするか、長繊維不織布が複数の不織布層からなる積層体である場合は、少なくとも1層にスパンボンド不織布を用いることが好ましい。また、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントとして、高融点重合体の周りに、その高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントを用いることも、5%伸長時応力の縦横比が1.0〜2.7である長繊維不織布を得るために好ましい態様である。
本発明において、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径は、3〜17μmであることが好ましい。その平均繊維径は、より好ましくは5〜15μmであり、さらに好ましくは7〜14μmである。熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径が3μm以上であれば、長繊維不織布製造時に紡糸性が低下することが少なく、また分離膜支持体の通気性を維持できるため高分子重合体溶液の流延時の膜剥離等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。一方、熱可塑性連続フィラメントの平均繊維径が17μm以下であれば、均一性に優れた長繊維不織布および分離膜支持体を得ることができ、また分離膜支持体を高密度化できるため高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。
本発明において、熱可塑性フィラメントの平均繊維径は、後記の実施例の(13)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布の目付は、20〜150g/mであることが好ましい。その目付は、より好ましくは30〜120g/mであり、さらに好ましくは40〜90g/mである。長繊維不織布の目付が20g/m以上であれば、高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく良好な製膜性を得ることができ、機械的強度と耐久性に優れた分離膜を得ることができる。一方、長繊維不織布の目付が150g/m以下であれば、分離膜の厚さを低減し、流体分離素子ユニットあたりの分離膜面積を増大させることができる。
本発明において、長繊維不織布の目付は、後記の実施例の(6)に記載の方法により測定したものをいう。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布の厚さは、0.03〜0.20mmであることが好ましい。その厚さは、より好ましくは0.04〜0.16mmであり、さらに好ましくは0.05〜0.12mmである。長繊維不織布の厚さが0.03mm以上であれば、高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく良好な製膜性を得ることができ、機械的強度と耐久性に優れた分離膜を得ることができる。一方、長繊維不織布の厚さが0.20mm以下であれば、分離膜の厚さを低減し、流体分離素子ユニットあたりの分離膜面積を増大させることができる。
本発明において、長繊維不織布の厚さは、後記の実施例の(7)A.に記載の方法により測定したものをいう。
次に、本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布の製造方法について、説明する。
長繊維不織布は、支持体上に分離膜を形成した際に製膜性が良好であり耐久性に優れる分離膜を得ることができるものであり、スパンボンド法やメルトブロー法等により好ましく製造することができる。
スパンボンド法は、溶融した熱可塑性重合体をノズルから押し出し、これを高速吸引ガスにより吸引延伸して紡糸した後、移動コンベア上に繊維を捕集して繊維ウエブとし、さらに連続的に熱圧着、絡合等を施すことにより一体化してシート状の長繊維不織布となす方法である。スパンボンド法の場合、構成する繊維をより高度に配向結晶化させるため、紡糸速度は2000m/分以上であることが好ましい。紡糸速度は、より好ましくは3000m/分以上であり、さらに好ましくは4000m/分以上である。熱可塑性連続フィラメントを芯鞘型等の複合形態する場合は、通常の複合方法を採用することができる。
メルトブロー法は、溶融した熱可塑性重合体に加熱高速ガス流体を吹き当てることにより、その熱可塑性重合体を引き伸ばして極細繊維化し、捕集してシート状の長繊維不織布となす方法である。
さらに、分離膜を形成した際に製膜性が良好であり、機械的強度と耐久性に優れる分離膜を得るために、毛羽立ちを抑制する点で、スパンボンド法等で得られた長繊維不織布を、熱圧着によりシート状に一体化することが好ましい。その一手段として、上下1対のフラットロールにより長繊維不織布を熱圧着し、一体化する方法が挙げられる。このフラットロールとは、ロールの表面に凹凸のない金属製ロールや弾性ロールのことであり、金属製ロールと金属製ロールを対にしたり、金属製ロールと弾性ロールを対にしたりして用いることができる。特に、長繊維不織布の表面の繊維の融着を抑え、形態を保持することにより、分離膜支持体として使用した際に分離膜の剥離を抑制する投錨効果を得られることから、長繊維不織布を加熱した金属製ロールと非加熱の弾性ロールにより熱圧着する方式が好ましく用いられる。
弾性ロールとは、金属製ロールと比較して弾性を有する材質からなるロールのことである。弾性ロールの材質としては、ペーパー、コットンおよびアラミドペーパー等のいわゆるペーパーロールや、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂および硬質ゴム等の樹脂製ロール等が挙げられる。
加熱したフラットロールの温度は、長繊維不織布を構成する熱可塑性フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低いことが好ましく、さらには60〜30℃低いことが好ましい。また、融点の異なる重合体からなり、高融点重合体の周りにその高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントの場合は、フラットロールの温度は、その低融点重合体の融点よりも80〜20℃低いことが好ましく、さらには60〜30℃低いことが好ましい。
さらに、上下のフラットロール間に温度差を設け、高温側のフラットロールの温度を、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度とし、かつ、低温側のフラットロールの温度を高温側のフラットロールの温度よりも40〜120℃低い温度とすることが好ましい。低温側のフラットロールと高温側のフラットロールの温度差が40℃以上であれば、長繊維不織布の表面に極端な高密度部分が生じることを抑制でき、高分子重合体溶液の流延時の浸透不足による膜剥離等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。一方、低温側のフラットロールと高温側のフラットロールの温度差が120℃以下であれば、積層長繊維不織布の層間剥離を抑制でき、また、高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく良好な製膜性を得ることができる。高温側のフラットロールの温度は、長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの表面を構成する重合体の融点より60〜30℃低い温度とすることがより好ましい態様である。また、低温側のフラットロールの温度は、高温側のフラットロールの温度よりも60〜100℃低い温度とすることがより好ましい態様である。
また、フラットロールの線圧は、20〜500kg/cmであることが好ましい。その線圧は、より好ましくは50〜500kg/cmであり、さらに好ましくは100〜500kg/cmである。フラットロールの線圧が20kg/cm以上であれば、積層長繊維不織布の層間剥離を抑制でき、また、高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく良好な製膜性を得ることができる。一方、フラットロールの線圧が500kg/cm以下であれば、長繊維不織布の表面に極端な高密度部分が生じることを抑制でき、高分子重合体溶液の流延時の浸透不足による膜剥離等が少なく、良好な製膜性を得ることができる。
また、1対のフラットロールのみで長繊維不織布を熱圧着するのではなく、より精密に長繊維不織布の特性をコントロールするために、2段階接着方式を採用することもできる。すなわち、長繊維不織布を1対のフラットロール間で、または1本のフラットロールと繊維ウエブの捕集に用いられる捕集コンベア間で予備熱圧着して、仮接着状態の長繊維不織布を得た後に、連続工程で、あるいは仮接着状態の長繊維不織布を巻き取った後に、さらにそれをもう1度フラットロール間で熱圧着するような2段階接着方式も好ましく用いることができる。2段階接着方式での1段階目の予備熱圧着においては、2段階目の熱圧着時に長繊維不織布をより高密度化できることから、その仮接着の状態の長繊維不織布の充填密度を0.1〜0.3とすることが好ましい。その際の1段階目の予備熱圧着に用いられるフラットロールの温度は、長繊維不織布を構成する繊維の融点よりも120〜20℃低く、線圧は5〜70kg/cmであることが好ましい。
また、積層長繊維不織布の場合も、積層界面に高密度層を形成することにより、高分子重合体溶液の流延時の過浸透等が少なく良好な製膜性を得ることができる。このことから、熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布を、上下1対のフラットロール間で、または1本のフラットロールと繊維ウエブの捕集に用いられる捕集コンベア間で予備熱圧着し、連続工程で、あるいは表面側および/または裏面側に高密度層を形成させた仮接着状態の長繊維不織布を巻き取った後に、予備熱圧着した仮接着状態の不織布を複数層重ね合わせ、さらにその積層体をもう一度、上下1対のフラットロール間で熱圧着し一体化する方法も好ましく用いることができる。
ここで、予備熱圧着で仮接着状態の長繊維不織布を得る際のフラットロールの温度は、熱可塑性連続フィラメントの融点よりも120〜20℃低いことが好ましく、さらには100〜40℃低いことが好ましい。フラットロールの温度と熱可塑性連続フィラメントの融点の差が120℃以下であれば、長繊維不織布の表面側および/または裏面側に高密度層を形成させることができる。また、その差が20℃以上であれば、長繊維不織布の表面側および/または裏面側の融着が過度に進み、一体化が困難になることがない。
また、予備熱圧着で仮接着状態の長繊維不織布を得る際の線圧は、5〜70kg/cmであることが好ましく、さらには10〜60kg/cmであることが好ましい。
本発明の分離膜支持体を構成する長繊維不織布は、既述のように、単一層からなる長繊維不織布であっても良いが、より均一性に優れた分離膜支持体を得ることができることから、複数の長繊維不織布層からなる積層体も好ましい形態である。積層体として、例えば、2層のスパンボンド不織布からなる積層体の製造方法としては、前記した2段階接着方式により、1対のフラットロール間で予備熱圧着して得られた仮接着状態のスパンボンド不織布を2層重ね合わせた後、それを再度フラットロール間で熱圧着する方法が好ましく用いられる。
また、2層のスパンボンド不織布の層間に、メルトブロー不織布を配した3層構造の積層体の製造方法としては、前記した2段階接着方式により、1対のフラットロール間で予備熱圧着して得られた仮接着状態のスパンボンド不織布2層の間に、別ラインで製造したメルトブロー不織布を挟むように重ね合わせた後、それを再度フラットロール間で熱圧着する方法が用いられる。
また、3層構造の積層体の別の製造方法としては、一連の捕集コンベア上部に配されたスパンボンド用ノズル、メルトブロー用ノズルおよびスパンボンド用ノズルからそれぞれ押し出され、繊維化された繊維ウエブを順に捕集、積層し、熱圧着する方法を用いることができる。
さらに、3層構造の積層体の別の製造方法としては、一連の捕集コンベア上部に配されたスパンボンド用ノズル、メルトブロー用ノズルおよびスパンボンド用ノズルからそれぞれ押し出され、繊維化された繊維ウエブを順に捕集、積層し、得られた積層繊維ウエブを、捕集コンベア上に設置されたフラットロールと該コンベア間で予備熱圧着し、連続工程で、あるいは仮接着状態のシートを製造し巻き取った後に、それを再度1対のフラットロール間で熱圧着する方法も好ましく用いることができる。
メルトブロー法による長繊維不織布は、溶融した熱可塑性重合体に加熱高速ガス流体を吹き当てることにより、その熱可塑性重合体を引き伸ばして極細繊維化し、捕集してシートとすることにより製造することができる。
本発明の分離膜とは、上記の分離膜支持体の上に、分離機能を有する膜を形成してなる分離膜である。そのような分離膜の例として、精密ろ過膜、限外ろ過膜や、ナノろ過膜および逆浸透膜等の半透膜が挙げられる。分離膜の製造方法としては、上記の分離膜支持体の少なくとも片方の表面上に、高分子重合体溶液を流延して分離機能を有する膜を形成させ分離膜とする方法が好ましく用いられる。また、分離膜が半透膜の場合は、分離機能を有する膜を支持層と半透膜層を含む複合膜とし、この複合膜を分離膜支持体の少なくとも片方の表面上に積層することも好ましい形態である。この場合、支持層は分離機能を有していなくてもかまわない。
分離膜支持体に流延する高分子重合体溶液は、膜となった際に分離機能を有するものであり、例えば、ポリスルホンやポリエーテルスルホンのようなポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデンおよび酢酸セルロースなどの溶液が好ましく用いられる。なかでも特に、化学的、機械的および熱的な安定性の点で、ポリスルホンとポリアリールエーテルスルホンの溶液が好ましく用いられる。溶媒は、膜形成物質に応じて、適宜選定することができる。また、分離膜が支持層と半透膜層を含む複合膜の場合の半透膜として、多官能酸ハロゲン化物と多官能アミンとの重縮合などによって得られる架橋ポリアミド膜などが好ましく用いられる。
本発明の流体分離素子とは、取り扱いを容易にするため、上記の分離膜を筐体に納めた流体分離素子である。その形態としては、平膜のプレートフレーム型、プリーツ型およびスパイラル型等のものが挙げられ、なかでも特に、分離膜が透過液流路材と供給液流路材と共に集水管の周りにスパイラル状に巻き付けられた、スパイラル型のものが好ましく用いられる。そして、複数の流体分離素子を直列あるいは並列に接続して、分離膜ユニットとすることができる。
次に、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。前記した分離膜支持体、その分離膜支持体を構成する長繊維不織布、およびその長繊維不織布を構成する熱可塑性連続フィラメントの各特性値、および下記実施例における各特性値は、次の方法で測定したものである。
(1)樹脂の融点(℃)
パーキンエルマ社製示差走査型熱量計DSC−2型を用い、昇温速度20℃/分の条件で測定し、得られた融解吸熱曲線において極値を与える温度を樹脂の融点とした。また、示差走査型熱量計において融解吸熱曲線が極値を示さない樹脂については、ホットプレート上で加熱し、顕微鏡観察により樹脂が完全に溶融した温度を樹脂の融点とした。
(2)樹脂の固有粘度IV
ポリエチレンテレフタレート樹脂の固有粘度IVは、次の方法で測定した。
オルソクロロフェノール100mlに対し試料8gを溶解し、温度25℃においてオストワルド粘度計を用いて相対粘度ηを、下記式により求めた。
・η=η/η=(t×d)/(t×d
η:ポリマー溶液の粘度
η:オルソクロロフェノールの粘度
t:溶液の落下時間(秒)
d:溶液の密度(g/cm
:オルソクロロフェノールの落下時間(秒)
:オルソクロロフェノールの密度(g/cm
次いで、上記で得られた相対粘度ηから、下記式により樹脂の固有粘度IVを算出した。
・IV=0.0242η+0.2634
(3)長繊維不織布の引張強力(N/5cm)と引張伸度(%)
JIS L 1906(2000年版)の5.3.1に基づいて、5cm×30cmの長繊維不織布サンプルについて、つかみ間隔が20cmで、引張速度10cm/minの条件で、縦方向および横方向それぞれ5点について強力と伸度を測定し、破断したときの強力と伸度を読み取り、少数点以下第一位を四捨五入した値を縦方向(MD)と横方向(CD)の引張強力と引張伸度とした。また、引張強力の縦横比は、縦方向の引張強力を横方向の引張強力で除し、小数点以下第二位を四捨五入した値とした。
(4)長繊維不織布の強伸度積(N/5cm)
前記の(3)で測定した縦方向(MD)と横方向(CD)の引張強力と引張伸度から、次式で強伸度積を算出し、小数点以下第一位を四捨五入した値をそれぞれ縦方向(MD)と横方向(CD)の強伸度積とした。
・強伸度積[N/5cm]=引張強力[N/5cm]×(1+引張伸度[%] /100)
(5)長繊維不織布の透過光輝度変動係数(%)
10cm×10cmの長繊維不織布試料を3個採取して、各試料を黒色画用紙が背景となるように重ね合わせ、スキャナ(EPSON社製GT−X750)にセットし、1200dpiの解像度でイメージスキャナにより読み込む。さらに、読み込んだ画像ファイルを、画像処理ソフト(AT−Image Ver.3.2)により、輝度平均値を数値化し、その標準偏差から透過光輝度変動係数を求め、小数点以下第二位を四捨五入した。
(6)長繊維不織布の目付(g/m
30cm×50cmの長繊維不織布試料を3個採取して、各試料の重量をそれぞれ測定し、得られた値の平均値を単位面積当たりに換算して目付を求め、小数点以下第一位を四捨五入した。
(7)長繊維不織布の厚さ(mm)
A.通常荷重時
JIS L 1906(2000年版)の5.1に基づいて、直径10mmの加圧子を使用し、荷重10kPaで長繊維不織布の幅方向1mあたり等間隔に10点を0.01mm単位で厚さを測定し、その平均値の小数点以下第三位を四捨五入した。
B.低荷重時
直径16mmの加圧子を使用し、荷重2kPaで、30cm×50cmの長繊維不織布において、任意の15点について0.01mm単位で厚さを測定し、その平均値の小数点以下第三位を四捨五入した。
C.高荷重時
直径16mmの加圧子を使用し、荷重200kPaで、30cm×50cmの長繊維不織布において、任意の15点について0.01mm単位で厚さを測定し、その平均値の小数点以下第三位を四捨五入した。
(8)長繊維不織布の充填密度
上記の(6)と(7)A.でそれぞれ求めた目付(g/m)と通常荷重時の厚さ(mm)、およびポリマー(樹脂)密度から、下記式を用いて充填密度を算出し、小数点以下第二位を四捨五入した。
・充填密度=目付(g/m)÷厚さ(mm)÷10÷ポリマー密度(g/cm
(9)長繊維不織布の通気量(cc/cm/sec)
JIS L 1906(2000年版)の4.8(1)フラジール形法に基づいて、気圧計の圧力が125Paで、30cm×50cmの長繊維不織布において、任意の45点について通気量を測定した。ただし、その平均値は、小数点以下第二位を四捨五入した。
(10)長繊維不織布の低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量(mm)
上記の(7)B.で求めた低荷重時の厚さ(mm)から、上記の(7)C.で求めた高荷重時の厚さ(mm)を差し引いた値を、低荷重時に対する高荷重時の厚さ変化量とした。
(11)長繊維不織布の表面平均粗さRa(μm)
JIS B 0601(1994年版)の3.1に記載の定義に基づき、表面平均粗さRa(算術平均粗さ)を求めた。測定は、株式会社小坂研究所製のサーフコーダSE−40Cを用いて、カットオフ値が2.5mmで、評価長さが12.5mmで、送り速さが0.5mm/sの条件で、30cm×50cmの長繊維不織布の、不織布長さ方向を評価長さ方向とした場合(タテ)、および不織布幅方向を評価長さ方向とした場合(ヨコ)について、それぞれ表裏各10点、合計40点の測定を行い、その平均値を有効数字一桁となるよう四捨五入した値を表面平均粗さRa(μm)とした。
(12)長繊維不織布の5%伸長時応力(N/5cm)
JIS L 1906(2000年版)の5.3.1に基づいて、5cm×30cmの長繊維不織布サンプルについて、つかみ間隔が20cmで、引張速度が10cm/minの条件で、縦方向および横方向それぞれ5点について強伸度を測定し、得られた強伸度曲線から5%伸長時の強力を読み取り、少数点以下第1位を四捨五入した値を縦方向(MD)と横方向(CD)の5%伸長時応力とした。また、引張強力縦横比は、縦方向の引張強力を横方向の引張強力で除し、小数点以下第二位を四捨五入した値とした。
(13)繊維径(μm)
長繊維不織布からランダムに小片サンプル10個を採取し、走査型電子顕微鏡で500〜3000倍の写真を撮影し、各サンプルから10本ずつ、計100本の繊維の直径を測定し、それらの平均値を、小数点以下第一位を四捨五入して求めた。
(14)製膜時キャスト液裏抜け性
[海水淡水化用逆浸透膜]
各分離膜支持体に、ポリスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ社製の“Udel”(登録商標)−P3500)の15重量%ジメチルホルムアミド溶液(キャスト液)を50μmの厚みで、室温(20℃)でキャストし、ただちに純水中に室温(20℃)で浸漬して、5分間放置することによってポリスルホン製の分離膜を作製した。
次に、作製した逆浸透膜の裏面を目視で観察し、キャスト液の裏抜け性について以下の5段階で評価し、評価点が4点以上のものを合格とした。
5点:キャスト液の裏抜けが全く見られない。
4点:わずかにキャスト液の裏抜けが見られる(面積比率5%未満)。
3点:キャスト液の裏抜けが見られる(面積比率5〜50%)。
2点:大部分でキャスト液の裏抜けが見られる(面積比率51〜80%)。
1点:ほぼ全面でキャスト液の裏抜けが見られる。
(15)分離膜落ち込み量(μm)
メッシュ状織物からなる供給液流路材、上記の海水淡水化用逆浸透膜、耐圧シート、および下記の透過液流路材を用い、有効膜面積40mのスパイラル型の流体分離素子(エレメント)を作製した。
[透過液流路材]
溝幅が200μmで、溝深さが150μmで、溝密度が40本/インチで、そして厚さが200μmのポリエステル製シングルトリコットを用いた。
次に、作製した流体分離素子について、逆浸透圧が7MPaで、海水塩分濃度が3wt%で、運転温度が40℃の各条件で耐久性試験を実施し、1000時間運転後に流体分離素子を解体し、分離膜の透過液流路材への落ち込み量を測定した。落ち込み量は、1つの流体分離素子における任意の3点の分離膜断面について、走査型電子顕微鏡で500〜3000倍の写真を撮影し測定し(単位:μm)、それらの平均値の小数点以下第一位を四捨五入して求めた。分離膜支持体と透過液流路材の重ね合わせる方向は、透過液流路材の溝方向に対し、分離膜支持体の不織布長さ方向(不織布方向タテ)が直交する場合、不織布幅方向(不織布方向ヨコ)が直交する場合それぞれについて試験を実施した。
参考例1
水分率50ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.65で、融点が260℃であり、酸化チタンを0.3wt%含むポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と、水分率50ppm以下に乾燥した固有粘度IVが0.66で、イソフタル酸共重合率が10モル%で、融点が230℃であり、酸化チタンを0.2wt%含む共重合ポリエステル樹脂(b)を、用意した。
上記のポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4300m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に、繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が190℃で、線圧が60kg/cmで熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が80g/mで、厚さが0.11mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表1に示す。
(実施例2)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が190℃で、線圧が60kg/cmで熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が10μmで、目付が80g/mで、厚さが0.10mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表1に示す。
参考例3
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=85:15の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4300m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が190℃で、線圧が60kg/cmで熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が50g/mで、厚さが0.08mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表1に示す。
(実施例4)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が140℃で、線圧が60kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が10μmで、目付が70g/mで、厚さが0.25mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を、上側がスチール製で、下側がウレタン系樹脂製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチールロールのみを表面温度170℃に加熱し、樹脂ロールを表面温度100℃に安定させたところで、線圧170kg/cmでさらに熱圧着し、目付70g/mで、厚さ0.10mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表1に示す。
Figure 0005724180
(実施例5)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が140℃で、線圧が60kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が10μmで、目付が75g/mで、厚さが0.38mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を、上下共にスチール製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールの表面温度を170℃に、下側のスチール製フラットロールの表面温度を90℃に加熱し、線圧が170kg/cmで熱圧着し、目付が75g/mで、厚さが0.10mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表2に示す。
(実施例6)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が140℃で、線圧が60kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が10μmで、目付が35g/mで、厚さが0.15mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を2枚重ね合わせ、それを、上側がスチール製で、下側がウレタン系樹脂製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールのみを温度170℃に加熱し、樹脂製フラットロールを表面温度100℃に安定させたところで、線圧が170kg/cmでさらに熱圧着し、目付が70g/mで、厚さが0.10mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表2に示す。
(実施例7)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が140℃で、線圧が60kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が10μmで、目付が35g/mで、厚さが0.15mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を2枚重ね合わせ、それを、上下共にスチール製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールの表面温度を170℃に、下側のスチール製フラットロールの表面温度を80℃に加熱し、線圧が170kg/cmで熱圧着し、目付が70g/mで、厚さが0.10mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表2に示す。
(実施例8)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が130℃で、線圧が40kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が10μmで、目付が30g/mで、厚さが0.13mmのスパンボンド不織布を製造した。
また、上記製造方法においてライン速度のみを変更し、単繊維繊度が10μmで、目付が40g/mで、厚さが0.17mmのスパンボンド不織布を製造した。
上記のようにして得られたスパンボンド不織布のそれぞれ1枚ずつを、目付が30g/mのスパンボンド不織布が上側で、目付が40g/mのスパンボンド不織布が下側になるように2枚に重ね合わせ、これを、上側がスチール製で、下側がウレタン系樹脂製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールのみを表面温度180℃に加熱し、下側の樹脂製フラットロールを表面温度80℃に安定させたところで、線圧が170kg/cmで熱圧着し、目付が70g/mで、厚さが0.10mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表2に示す。
Figure 0005724180
参考例9
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と、水分率50ppm以下に乾燥した共重合成分としてイソフタル酸を10モル%含有し、融点が211℃であるポリブチレンテレフタレート樹脂(c)を、それぞれ別々に295℃と260℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリブチレンテレフタレート樹脂(c)を鞘成分として、口金温度が295℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が130℃で、線圧が50kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が30g/mで、厚さが0.13mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を2枚重ね合わせ、それを、上側がスチール製で、下側がウレタン系樹脂製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチールロールのみを温度160℃に加熱し、樹脂製ロールを表面温度90℃に安定させたところで、線圧が170kg/cmでさらに熱圧着し、目付が60g/mで、厚さが0.09mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表3に示す。
参考例10
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を、295℃の温度で溶融し、口金温度が300℃で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4000m/分で紡糸して円形断面の連続フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が230℃で、線圧が70kg/cmで熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が14μmで、目付が90g/mで、厚さが0.15mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表3に示す。
参考例11
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を、口金温度が300℃で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して円形断面の連続フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が230℃で、線圧が60kg/cmで熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が12μmで、目付が60g/mで、厚さが0.09mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表3に示す。
参考例12
重量平均分子量が15万でQ値(Mw/Mn)が1.51、融点が168℃であるポリ(L−乳酸)樹脂(d)を、230℃の温度で溶融し、口金温度が235℃で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4300m/分で紡糸して円形断面の連続フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が150℃で、線圧が60kg/cmの条件で熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が90g/mで、厚さが0.12mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表3に示す。
Figure 0005724180
参考例13
参考例12で用いたポリ(L−乳酸)樹脂(d)を、230℃の温度で溶融し、口金温度が235℃で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4300m/分で紡糸して円形断面の連続フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が110℃で、線圧が30kg/cmの条件で予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が40g/mで、厚さが0.16mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を2枚重ね合わせ、それを、上側がスチール製で、下側が樹脂製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールのみを表面温度150℃に加熱し、樹脂製フラットロールの表面温度を60℃に安定させたところで、線圧が150kg/cmで熱圧着し、目付が80g/mで、厚さが0.11mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表4に示す。
(実施例14)
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブとして捕集した。捕集された繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が140℃で、線圧が40kg/cmで予備熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が20g/mで、厚さが0.10mmのスパンボンド不織布を製造した。
得られたスパンボンド不織布を5枚重ね合わせ、それを、上側がスチール製で、下側が樹脂製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールを表面温度170℃に加熱し、樹脂製フラットロールを表面温度50℃に安定させたところで、線圧が180kg/cmでさらに熱圧着し、目付が100g/mで、厚さが0.13mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表4に示す。
参考例15
参考例1で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(a)と共重合ポリエステル樹脂(b)を、それぞれ別々に295℃と280℃の温度で溶融し、ポリエチレンテレフタレート樹脂(a)を芯成分とし、共重合ポリエステル樹脂(b)を鞘成分として、口金温度が300℃で、芯:鞘=80:20の重量比率で細孔から紡出した後、エジェクターにより紡糸速度4500m/分で紡糸して、円形断面の同心芯鞘型フィラメントとし、それを移動するネットコンベアー上に繊維ウエブAとして捕集した。捕集された繊維ウエブAをネットコンベアーにより搬送し、さらにその上から、繊維ウエブAと全く同じように繊維ウエブBを紡糸し、繊維ウエブAの上に捕集した。捕集されたA、Bの2層からなる繊維ウエブを、上下1対のスチール製フラットロール間に挟持し、各フラットロール表面温度が190℃で、線圧が60kg/cmで熱圧着し、連続フィラメントの繊維径が11μmで、目付が80g/mで、厚さが0.11mmのスパンボンド不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表4に示す。
(比較例1)
繊維径が10μmで、長さが10mmの延伸ポリエチレンテレフタレート短繊維と、繊維径が13μmで、長さが10mmの延伸ポリエチレンテレフタレート短繊維と、繊維径が11μmで、長さが5mmの未延伸ポリエチレンテレフタレート短繊維を、水中においてそれぞれ20:40:40の重量比率で混合した後、十分に分散し、繊維濃度0.05%の水性スラリーを調整した。これを円網抄紙機に送り、抄造後に温度120℃のヤンキードライヤーで乾燥して巻き取って、抄造ウエブを製造した。上記で得られた抄造ウエブを、上側がスチール製で、下側がコットン製の1対のフラットロール間に挟持し、上側のスチール製フラットロールのみを温度150℃に加熱し、コットン製フラットロールを表面温度80℃に安定させたところで、線圧が150kg/cmで熱圧着し、目付が80g/mで、厚さが0.11mmの抄紙不織布を製造し、分離膜支持体を得た。結果を、表4に示す。
Figure 0005724180
得られた分離膜支持体の特性は、上記の表1〜表4に示したとおりである。
実施例2、実施例4乃至8、実施例14、参考例1、参考例3、参考例9乃至13および参考例15で得られた分離膜支持体をガラス板上に固定し、その上にポリスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ社製の“Udel”(登録商標)−P3500)の15重量%ジメチルホルムアミド溶液(キャスト液)を50μmの厚みで、室温(20℃)でキャストし、ただちに純水中に室温(20℃)で浸漬して5分間放置することによって、ポリスルホン製の分離膜を形成した。
実施例2、実施例4乃至8、実施例14、参考例1、参考例3、参考例9乃至13および参考例15の分離膜支持体を用いた分離膜は、いずれも、製膜時キャスト液裏抜け性は4点以上であった。また、いずれの分離膜も、剥離と膜の不均一化およびピンホール欠点等はなく、製膜性は良好であった。また、実施例2、実施例4乃至8、実施例14、参考例1、参考例3、参考例9乃至13および参考例15の分離膜支持体は、分離膜落込み量がいずれも50μm以下であり、耐久性に優れたものであった。
一方、比較例1で得られた分離膜支持体についても、実施例2、実施例4乃至8、実施例14、参考例1、参考例3、参考例9乃至13および参考例15で得られた分離膜支持体と同様にして、ポリスルホン製の分離膜を形成した。比較例1の分離膜支持体を用いた分離膜は、製膜時キャスト液裏抜け性は4点以上であったが、分離膜表面から分離膜支持体繊維が飛び出した状態となる膜欠点が見られた。また、比較例1の分離膜支持体は、不織布横方向の分離膜落込み量が53μmと大きく、耐久性に劣るものであった。

Claims (17)

  1. 平均繊維径が3〜17μmである熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布からなる分離膜支持体であって、
    熱可塑性連続フィラメントが、融点の異なる重合体からなり、高融点重合体の周りに、該高融点重合体の融点よりも10〜140℃低い融点を有する低融点重合体を配した複合型フィラメントであり、
    高融点重合体の融点が240℃〜320℃であり、低融点重合体の融点が230℃〜310℃であり、かつ
    次式で算出される長繊維不織布の縦方向および横方向の強伸度積が何れも220〜900N/5cmである分離膜支持体。
    ・強伸度積[N/5cm]=引張強力[N/5cm]×(1+引張伸度[%]/100)
  2. 長繊維不織布が、長繊維からなる不織布が2〜5層積層された積層長繊維不織布である請求項1記載の分離膜支持体。
  3. 積層長繊維不織布の少なくとも1層がスパンボンド不織布である請求項2記載の分離膜支持体。
  4. 長繊維不織布が実質的にスパンボンド不織布のみからなる請求項1〜3のいずれかに記載の分離膜支持体。
  5. 長繊維不織布の横方向への引張強力が50N/5cm以上であり、且つ引張強力縦横比が2.7以下である請求項1〜4のいずれかに記載の分離膜支持体。
  6. 長繊維不織布の引張強力が80〜900N/5cmであり、引張伸度が15〜50%である請求項1〜5のいずれかに記載の分離膜支持体
  7. 長繊維不織布の縦方向および横方向の5%伸長時応力がいずれも50N/5cm以上である請求項1〜6のいずれかに記載の分離膜支持体。
  8. 長繊維不織布の5%伸長時応力の縦横比が2.7以下である請求項1〜7のいずれかに記載の分離膜支持体。
  9. 長繊維不織布の透過光輝度変動係数が1.0〜6.0%である請求項1〜のいずれかに記載の分離膜支持体。
  10. 長繊維不織布の充填密度が0.4〜0.8であり、通気量が0.2〜30.0cc/cm/secであり、さらに低荷重時(加圧子直径16mm、荷重2kPa)に対する高荷重時(加圧子直径16mm、荷重200kPa)の厚さ変化量が0.00〜0.03mmである請求項1〜のいずれかに記載の分離膜支持体。
  11. 長繊維不織布の表面平均粗さが2〜9μmである請求項1〜10のいずれかに記載の分離膜支持体。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の分離膜支持体の表面上に、分離機能を有する膜を形成してなる分離膜。
  13. 請求項12に記載の分離膜を構成要素として含む流体分離素子。
  14. 熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布またはその積層体を上下1対のフラットロール間で熱圧着し一体化する工程を含む分離膜支持体の製造方法であって、
    高温側のフラットロールの温度を該熱可塑性連続フィラメントの表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度とし、かつ、低温側のフラットロールの温度を高温側のフラットロールの温度よりも40〜120℃低い温度として、フラットロール間に温度差を設け熱圧着する分離膜支持体の製造方法。
  15. 熱可塑性連続フィラメントで構成された長繊維不織布を、該熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも120〜20℃低い温度で、上下1対のフラットロール間で、または1本のフラットロールと繊維ウエブの捕集に用いられる捕集コンベア間で予備熱圧着した後に、該予備接着した不織布を複数層重ね合わせ、当該積層体を、少なくとも一方のロールが該熱可塑性連続フィラメントの少なくとも表面を構成する重合体の融点よりも80〜20℃低い温度に保たれた、上下1対のフラットロール間で熱圧着し一体化する請求項14に記載の分離膜支持体の製造方法。
  16. 1対のフラットロールが上下ともに金属製ロールである請求項14または15に記載の分離膜支持体の製造方法。
  17. 1対のフラットロールの一方が金属製ロールであり、他方が弾性ロールである請求項14または15に記載の分離膜支持体の製造方法。
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