JP5875769B2 - 半透膜支持体、水処理用半透膜、および半透膜支持体の製造方法 - Google Patents
半透膜支持体、水処理用半透膜、および半透膜支持体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
G=V/ω…(1)
半透膜支持体1は、主体繊維として合成繊維を主成分とする。半透膜支持体1の製造に用いる合成繊維としては、一般に不織布の製造に用いられるものを使用することができる。具体的には、半透膜支持体1の主成分としては、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維などの合成繊維を用いることができる。特に、半透膜支持体1の主成分としては、ポリエステル繊維を用いることが好ましい。ポリエステル繊維を主成分とすることにより、耐水性が高く、高い引裂強度を有する半透膜支持体1を得ることができる。この合成繊維の繊維長は抄紙可能であれば特に限定されないが、例えば、繊維長3〜10mm程度であることが好ましい。
半透膜支持体1の原料としては、上記2種類の主体繊維だけでなく、該主体繊維どうしを接着させるためのバインダー繊維をさらに用いることができる。バインダー繊維としては、一般に不織布の製造に用いられるものを使用することができる。例えば、バインダー繊維としては、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維などであってバインダー機能を有するものを用いることができる。この中でも、バインダー繊維としては、ポリエステル繊維を用いることが好ましい。バインダー繊維としてポリエステル繊維を用いることによって、接着強度に優れ、高い引裂強度を有する半透膜支持体1を得ることができる。このバインダー繊維の繊維長は抄紙可能であれば特に限定されないが、例えば、繊維長3〜15mm程度であることが好ましい。
上記の主体繊維およびバインダー繊維を水中に分散させるための分散剤としては特に限定されず、従来一般に用いる分散剤を使用することが可能である。例えば、変性ポリエステル系分散剤、非イオン系界面活性剤、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性イオン界面活性剤などを使用することができる。特に、変性ポリエステル系の分散剤を半透膜支持体1の製造時に用いると、良好な分散性を得ることができる。すなわち、主体繊維およびバインダー繊維を均一に分散させることができるため、半透膜支持体1の地合いのムラを低減し、高い引張弾性率、引裂強度を得ることができる。
次いで、半透膜支持体1の製造方法について説明する。図2は、半透膜支持体1の製造工程のイメージ図である。図2に示すように、半透膜支持体1の製造工程は、傾斜短網抄紙機31、円網抄紙機32、抄き合わせ工程33、加熱加圧工程34を備える。
傾斜短網抄紙機31は、上述第1層11を抄紙する。傾斜短網抄紙機31は、第1層11を抄紙するための短網ワイヤー311を備える。傾斜短網抄紙機31は、短網ワイヤー311の傾斜角等を変更することによって抄紙した紙の繊維配向性を任意に調整可能であるという特性を有するため、第1層11の繊維配向性を容易且つ任意に調整することができる。また、円網抄紙機32は、上述第2層12を抄紙する。円網抄紙機32は、抄紙した紙の繊維を流れ方向にそろえて配向させる特性を有する。このように、第1層11および第2層12は、異なる方式の抄紙機によって、各々異なる繊維配向性を有するように抄造される。
半透膜支持体1を構成する第1層11および第2層12の繊維配向性は、各層を抄造する抄紙機を従来周知の方法で調整することによって調整することができる。
G=V/ω …(1)
本発明における繊維配向比とは、パルプ繊維の並び方を数値化したものである。なお、繊維配向比は、例えば株式会社東洋精機製作所製の光学式配向性試験機(FOT)によって測定することができる。具体的には、波長が685nmのレーザー光をサンプル台上に固定した紙表面に対して一定の角度で照射し、サンプル台を1度ごと回転させて360度回転させたときの反射強度を測定し、反射強度の最大値と最小値との比率を繊維配向比としている。つまり数値が大きければ繊維が流れ方向に沿って配向しており、数値が小さければ繊維が巾方向に沿っても配向していることを意味する。
上記のようにして抄造された繊維配向性の異なる第1層11および第2層12は、各々湿潤状態のまま抄き合わせ工程33に搬入され、当該工程において抄き合わせられる。通常、不織布を積層する方法としては、2種の方法がある。第1の方法は、第1層11と第2層12を個別に抄造し乾燥させた後、貼り合わせて加熱加圧処理を行う方法である。第2の方法は、湿式抄紙後の第1層11および第2層12を湿紙状態のまま積層して1枚のシートとして抄き合わせた後に乾燥および加熱加圧処理を行う方法である。ここで、第1の方法を用いた場合、第1層11と第2層12との間に緻密層が形成され易い。そのため、製膜時において半透膜支持体1への膜液の浸透を阻害したり、通液性が低下したりするおそれがある。一方、第2の方法を用いた場合、第1層11と第2層12との間に緻密層が形成され難い。そのため、製膜時において半透膜支持体1への膜液の浸透が阻害されることなく、良好な通液性を得ることができる。このため本発明では、第2の方法、すなわち、湿潤状態で第1層11と第2層12とを積層し、1枚のシートとする方法を用いることが好ましい。
上述抄き合わせ工程33において抄き合わされた第1層11および第2層12は、加熱加圧工程34において加熱加圧処理される。加熱加圧工程34では従来周知の任意の加熱加圧処理装置によって、加熱加圧処理実行されるものとして良い。例えば、金属ロールと金属ロールの組み合わせのカレンダー装置や金属ロールと弾性ロールの組み合わせのカレンダー装置などを加熱加圧工程34において使用することが出来る。また、加熱加圧処理装置は、加熱加圧ユニットが1組でも2組以上設置されているものでも使用することが出来る。
上述のごとく、異なる抄紙機を用いて第1層11および第2層12を形成することで、表裏面で繊維配向性が異なる半透膜支持体1を製造することが可能である。これに加え、第1層11および第2層12の米坪を特定割合にすることで、引張弾性率および引裂強度の流れ方向に対する巾方向の比を特定範囲にすることができる。具体的には、第1層11の第2層12に対する米坪比は、1.0〜6.5とすることが好ましく、1.0〜2.0とすることがより好ましい。第1層11および第2層12の米坪を上述の範囲内とすることで、半透膜支持体1の引張弾性率の流れ方向に対する巾方向の比を30〜80%、好ましくは35〜75%とすることができる。すなわち、巾方向の引張弾性率、引裂強度に優れた半透膜支持体1を得ることができる。
上述した方法により製造した半透膜支持体1は、次の通り、特に従来にない引張弾性率、引張弾性率比(巾/流れ)を有するとともに、以下に示す引裂強度、通気度、および平滑度などを有する。したがって、本発明に係る半透膜支持体1は、高圧環境下においても半透膜にへこみを生じず、連続的な半透膜の製造に耐えることができる。また、本発明に係る半透膜支持体1は、製膜時における塗工液の浸透性、および半透膜支持体1と半透膜層2との接着性について、従来品より優れた性能を発揮する。
引張弾性率とは、JIS P 8113に準拠して求めた引張弾性率を言う。引張弾性率は、被検体の伸び変化量に対する荷重変化量の割合である。本発明者らによると、引張強度や、引裂強度、あるいは伸びなどの指標だけでは、高圧下における半透膜支持体1の強度を十分に評価することができないことが判明した。そして、発明者らの試行錯誤の末、引張弾性率が高圧下における半透膜支持体1の強度を評価するに際し適した指標であることが明らかとなった。
引張弾性率比は、流れ方向の引張弾性率に対する巾方向の引張弾性率の大きさを示す値である。半透膜支持体1の引張弾性率比(巾/流れ)は、30〜80%であることが好ましく、35〜75%であることがより好ましい。半透膜支持体1の引張弾性率比が30%未満である場合、流れ方向の引張弾性率を向上させることが可能だが、一方で巾方向の引張弾性率が低下してしまうため、高圧環境下での使用に耐えられない。また、半透膜支持体1の引張弾性率比が80%以上である場合、半透膜支持体1が巾方向に裂け易くなり、製膜時やエレメント加工時に断紙が発生し易くなるため好ましくない。
半透膜支持体1を引き裂くために必要な荷重量を示す。本発明に示す引裂強度は、JIS P 8116に準拠して測定した引裂強度を言う。支持体の巾方向の引裂強度が1,100mN以上であることが好ましく、1,300mN以上であることがより好ましい。巾方向の引裂強度が1,100mN以下であると巾方向に裂け易くなり、製膜時やエレメント加工時に裂けが発生し、断紙などのトラブルが発生し易くなる。
通気度は、半透膜支持体1への気体の通過性を示す値である。本発明においては膜液の浸透性を評価する手段として、通気度を用いる。本発明に示す通気度は、JIS L 1096に準拠して測定された値を言う。すなわち、通気度の数値が大きいほど、半透膜支持体1の通気性(膜液の浸透性)が高いことが示される。半透膜支持体1の通気度は、0.1〜1.0cc/cm2/秒、さらには0.2〜0.8cc/cm2/秒であることが好ましい。このような通気度特性を有する半透膜支持体1は、膜液の浸透性が良好で、且つ裏抜けが発生し難く、水処理用半透膜100の製造に好適である。
平滑度は、半透膜支持体1の表面のなめらかさを示す値である。本発明においては半透膜支持体1に対する半透膜層2の接着性を評価する手段として平滑度を用いる。なお、本発明における平滑度は、JIS P 8119に準拠して測定される値を言う。すなわち、平滑度の数値が小さいほど、半透膜支持体1表面の凹凸が少ないことが示される。半透膜支持体1の第1層11側の面の平滑度は、15〜35秒、さらには20〜30秒であることが好ましい。半透膜支持体1の第1層11側の面がこのような平滑度を有する場合、半透膜層2の接着性が良好となり、半透膜層2が半透膜支持体1から剥離し難くなる。
実施例1においては、原料として、繊度が1.6デシテックスであり繊維長が5mmのポリエステル短繊維(ユニチカ株式会社製 ユニチカエステルN801)(主体繊維としての合成繊維α)24%、繊度が0.6デシテックスで繊維長が5mmのポリエステル短繊維(ユニチカ株式会社製 ユニチカエステル521)(主体繊維としての合成繊維β)39%、繊度が1.2デシテックスで繊維長が5mmのポリエステル未延伸短繊維(ユニチカ株式会社製 84V)(バインダー繊維)37%、および有効成分が変性ポリエステルである分散剤A(竹本油脂株式会社製 MDP−048)を上記主体繊維およびバインダー繊維の合計100質量%に対して、固形分換算で180ppmとなるよう投入した。次いで、上記原料をパルパーにて分散処理した。次いで、短網米坪が41g/m2となるよう傾斜短網抄紙機31を、円網米坪が30g/m2となるよう円網抄紙機32を各々調整し、分散処理された上記原料を用いて湿潤状態の半透膜支持体1の作製を実施した。次いで、得られた湿潤状態の半透膜支持体1を金属ロールと弾性ロールの組み合わせで加熱加圧ユニットが1組のカレンダー装置を使用し加熱加圧処理した。当該加熱加圧処理では、先ず、金属ロールの温度200℃、圧力150kg/cm、速度6m/分とした条件で、金属ロールに接する面が第2層12側、第1層11側の順となるよう両面加工を行った。その後、同様のカレンダー装置にて、金属ロールの温度225℃、圧力150kg/cm、速度6m/分とした条件で、金属ロールに接する面が第1層11側となるよう加工を実施した。
分散剤を有効成分がポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルである分散剤B(丸菱油化工業株式会社製 バルーM−20)に変更し、それ以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
分散剤の濃度を表1に記載した通りに変更し、それ以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
原料の繊度、配合比を表1に記載した通りに変更し、それ以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
原料の主体繊維を合成繊維αまたは合成繊維βのみに変更し、それ以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
<実施例19〜23>
傾斜短網抄紙機の傾斜角、抄造速度を表1に記載した通りに変更し、それ以外は実施例1と同様の条件で半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
第1層11および第2層12の米坪を各々表1に記載した通りに変更し、それ以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
傾斜短網抄紙機31の傾斜角、第1層11および第2層12の米坪を各々表1に記載した通りに変更し、それ以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
円網抄紙機32は使用せず、傾斜短網抄紙機31のみを使用した以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
傾斜短網抄紙機31は使用せず、円網抄紙機32のみを使用した以外は実施例1と同様に半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
傾斜短網抄紙機の傾斜角、抄造速度を表1に記載した通りに変更し、それ以外は実施例1と同様の条件で半透膜支持体1および水処理用半透膜100の制作を実施した。
上述の各実施例で得られた半透膜支持体について、以下の評価を行った。なお、以下の評価の結果は、表3および表4において示す。
1)繊維配向角比
東洋精機製作所製光学式配向性試験機にて繊維配向比を測定し、繊維配向比を記載した。
2)引張弾性率
日本工業規格(JIS P 8113)に準拠して測定した。
3)引裂強度
日本工業規格(JIS P 8116)に準拠して測定した。
4)平滑度
日本工業規格(JIS P 8119)に準拠して測定した。
6)通気度
日本工業規格(JIS L 1096)に準拠し、フラジール型通気度試験機を用いて、差圧が127Paとなるように測定した。
8)結束繊維
各実施例に係る抄造後原紙について、30m2の検紙を実施し、6mm2以上の大きさの結束繊維(所謂、ダマ)の発生数を数えた。具体的には、原紙の1m2当たりにおいて6mm2以上の結束繊維の発生数が、0.1個未満であった場合は○を、0.1以上0.5個未満であった場合は△を、0.5個以上であった場合は×を各々表中に示す。
11 第1層
12 第2層
2 半透膜層
31 傾斜短網抄紙機
311 短網ワイヤー
32 円網抄紙機
33 抄き合わせ工程
34 加熱加圧工程
100 水処理用半透膜
Claims (5)
- 合成繊維を主成分とし、湿式抄紙後、加熱加圧処理された半透膜支持体であって、
前記半透膜支持体は、繊維配向性の異なる第1層と第2層とが少なくとも積層されて成り、
前記第1層面の繊維配向比は、1.0以上6.0以下であり、
前記第2層面の繊維配向比は、1.0以上12.0以下であり、
前記第1層面の繊維配向比より前記第2層面の繊維配向比が高く、
前記半透膜支持体の巾方向の引張弾性率は、900MPa以上であり、
前記半透膜支持体の流れ方向の引張弾性率は、1,600MPa以上であり、
前記半透膜支持体の引張弾性率比(巾方向の引張弾性率/流れ方向の引張弾性率)は、30%以上80%以下であることを特徴とする半透膜支持体。 - 前記合成繊維として、平均単繊維繊度1.0デシテックス以上のポリエステル主体繊維、および平均単繊維繊度1.0デシテックス未満のポリエステル主体繊維の2種類以上の異なる繊度のポリエステル主体繊維を少なくとも前記主成分として含有することを特徴とする、請求項1に記載の半透膜支持体。
- 請求項1または2に記載の半透膜支持体と、
前記半透膜支持体表面に形成された薄膜層とから成る水処理用半透膜。 - 半透膜支持体の製造方法であって、
繊維配向比が1.0以上6.0以下である第1層を湿紙として抄紙する第1抄紙工程と、
繊維配向比が1.0以上12.0以下であって、前記第1層面の繊維配向比よりも繊維配向比が高い第2層を湿紙として抄紙する第2抄紙工程と、
前記第1抄紙工程から送出された前記第1層と、前記第2抄紙工程から送出された第2層とを、各々湿潤状態のまま抄き合わせて積層させた後、加熱加圧処理を施すことにより前記半透膜支持体を形成する積層工程とを備え、
前記半透膜支持体の巾方向の引張弾性率は、900MPa以上であり、
前記半透膜支持体の流れ方向の引張弾性率は、1,600MPa以上であり、
前記半透膜支持体の引張弾性率比(巾方向の引張弾性率/流れ方向の引張弾性率)は、30%以上80%以下であることを特徴とする、半透膜支持体の製造方法。 - 前記第1抄紙工程は、傾斜短網抄紙機によって前記第1層を抄紙し、
前記第2抄紙工程は、円網抄紙機によって前記第2層を抄紙し、
前記傾斜短網抄紙機の抄造速度は20m/分以上、且つ60m/分未満であり、
前記傾斜短網抄紙機が備える短網の傾斜角は5°以上、且つ20°以下であり、
前記傾斜短網抄紙機は、前記抄造速度をV(m/分)とし、前記傾斜角をω(度)とした場合に式(1)により得られるパラメータGの値が1.0以上、且つ5.0以下である条件のもとで前記第1層を抄紙することを特徴とする、請求項4に記載の半透膜支持体の製造方法。
G=V/ω …(1)
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