JP6508194B2 - Composite separation membrane - Google Patents

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Description

本発明は、液体処理膜、特にナノろ過膜、逆浸透膜および正浸透膜として優れた分離特性と透水性を有し、かつ塩素耐性およびアルカリ耐性に優れた長寿命な複合分離膜およびその製造方法に関する。   The present invention is a liquid separation membrane, particularly a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, and a long-life composite separation membrane having excellent permeability and permeability as a reverse osmosis membrane, and excellent in chlorine resistance and alkali resistance, and its production On the way.

ナノろ過、逆浸透、正浸透などの分離プロセスに供される液体分離膜は、分離機能層の孔径がナノメートルからオングストロームのオーダーであり、あるいは明確な孔を有しないとみなされるフィルム状構造であるため、液体の透過抵抗が大きく、透水性が小さくなりがちである。そのため、分離膜の構成として、機械強度と透水性に優れた多孔性支持膜の表面に、分離機能を有する分離層の薄膜を形成させることで、高い透水性と分離性を両立させる複合分離膜の構造が好ましく用いられている。さらに分離層を構成するポリマーとして、高い分離選択性に加え、洗浄性および長期使用に対する安定性の観点から、化学耐久性、特に塩素耐性およびアルカリ耐性に優れることが要求されている。   Liquid separation membranes subjected to separation processes such as nanofiltration, reverse osmosis, forward osmosis, etc. have a film-like structure in which the pore size of the separation functional layer is on the order of nanometer to angstrom, or has no clear pores. For this reason, the permeation resistance of the liquid tends to be large and the permeability to be low. Therefore, by forming a thin film of a separation layer having a separation function on the surface of a porous support membrane excellent in mechanical strength and water permeability as a structure of the separation membrane, a composite separation membrane that achieves both high water permeability and separation properties The structure of is preferably used. Furthermore, as a polymer constituting the separation layer, in addition to high separation selectivity, it is required to be excellent in chemical durability, in particular chlorine resistance and alkali resistance, from the viewpoint of washing properties and stability to long-term use.

従来の主要な複合分離膜の構造としては、界面重合法により、架橋芳香族ポリアミドの薄膜を、多孔性支持膜の表面上に形成させる技術がある。例えば特許文献1には、多孔性支持膜の表面に、界面重合により架橋されたポリアミドの薄膜を形成させたシート状複合物が開示されている。   As a structure of a conventional main composite separation membrane, there is a technique of forming a thin film of a crosslinked aromatic polyamide on the surface of a porous support membrane by interfacial polymerization. For example, Patent Document 1 discloses a sheet-like composite in which a thin film of polyamide cross-linked by interfacial polymerization is formed on the surface of a porous support membrane.

特許文献2には、中空糸状の多孔性支持膜の表面に、界面重合により架橋されたポリアミドの薄膜を形成させた中空糸複合分離膜が開示されている。   Patent Document 2 discloses a hollow fiber composite separation membrane in which a thin film of polyamide cross-linked by interfacial polymerization is formed on the surface of a hollow fiber-like porous support membrane.

特許文献3には、多孔性の中空糸状の支持膜の表面に、界面重合により架橋されたポリアミドの薄膜を形成させる中空糸複合分離膜において、界面重合による複合化の工程中に、フッ素化合物を含む液を含浸させる工程を与えることにより、より均一な分離層を有する中空糸複合分離膜を形成させる技術も開示されている。   Patent Document 3 discloses a hollow fiber composite separation membrane in which a thin film of polyamide cross-linked by interfacial polymerization is formed on the surface of a porous hollow fiber-like support membrane. There is also disclosed a technique for forming a hollow fiber composite separation membrane having a more uniform separation layer by providing a step of impregnating a solution containing the same.

ポリアミド系素材以外で、ナノろ過膜や逆浸透膜に適用可能な合成ポリマーとしては、スルホン酸基などのイオン性官能基を分子内に有するポリマーがある。例えば特許文献4には、スルホン化ポリアリーレンエーテル(SPAE)を、蟻酸からなる溶媒に溶解し、得られたコーティング溶液を、多孔性支持膜の表面に塗布、乾燥して皮膜を形成させることにより複合分離膜を得る技術が開示されている。   As a synthetic polymer applicable to a nanofiltration membrane or a reverse osmosis membrane other than a polyamide based material, there is a polymer having an ionic functional group such as a sulfonic acid group in the molecule. For example, in Patent Document 4, a sulfonated polyarylene ether (SPAE) is dissolved in a solvent comprising formic acid, and the obtained coating solution is applied to the surface of a porous support membrane and dried to form a film. Techniques for obtaining composite separation membranes are disclosed.

しかしながら、特許文献1のようなポリアミド系複合分離膜によるナノろ過膜および逆浸透膜は、イオン除去性、透水性に優れるが、塩素耐性が低く、次亜塩素酸ナトリウムを含む水を処理することが不可能であり、塩素洗浄も不可能である。そのため一度、次亜塩素酸ナトリウムを除去した状態の供給液を該分離膜により脱塩処理し、その後に得られたろ過水に再度次亜塩素酸ナトリウムを添加する処理が必要となり、ろ過プロセスが煩雑かつ高コストになるという問題を有する。   However, although the nanofiltration membrane and reverse osmosis membrane by the polyamide type composite separation membrane like patent document 1 are excellent in ion removability and water permeability, chlorine resistance is low and processing water containing sodium hypochlorite Is impossible, and chlorine cleaning is also impossible. Therefore, it is necessary to desalt the feed solution from which sodium hypochlorite has been once removed by the separation membrane, and to add the sodium hypochlorite to the filtered water obtained thereafter, and the filtration process It has the problem of being cumbersome and expensive.

特許文献2および特許文献3においても、ポリアミド系の複合分離膜であるため、塩素耐性が低いという欠点を有し、さらに中空糸状の複合分離膜を製造する工程において、界面重合反応による構造形成を行うプロセスは、平膜やシート状物と比較して、煩雑なものとなってしまう問題を有する。   Also in Patent Document 2 and Patent Document 3, since they are polyamide-based composite separation membranes, they have a disadvantage that chlorine resistance is low, and in the process of producing hollow fiber-type composite separation membranes, structure formation by interfacial polymerization reaction The process to be carried out has the problem that it becomes complicated compared with a flat membrane or a sheet-like material.

一方、特許文献4のようなスルホン化ポリアリーレンエーテル(SPAE)を分離層に持つ複合分離膜は、ポリアリーレンエーテル分子骨格が有する高い化学安定性のために、塩素耐性に非常に優れ、次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄が可能であるため実用上好ましいが、上記のポリアミド系複合分離膜と比較すると、ナノろ過膜、逆浸透膜および正浸透膜としての透過選択性に劣る欠点を有する。   On the other hand, a composite separation membrane having a sulfonated polyarylene ether (SPAE) as a separation layer as in Patent Document 4 is extremely excellent in chlorine resistance due to the high chemical stability of the polyarylene ether molecular skeleton, Although it is practically preferable because it can be washed with sodium chlorate, it has a disadvantage that it has inferior permeability selectivity as a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane and a forward osmosis membrane as compared with the above-mentioned polyamide-based composite separation membrane.

さらに、特許文献4のSPAEについて述べると、例えば非特許文献1に指摘されているようにSPAEは、一般的な多孔性支持膜のポリマー素材であるポリスルホンあるいはポリエーテルスルホンと化学構造が類似しているために、SPAEを溶解可能なほとんどの溶媒は、同時にポリスルホンあるいはポリエーテルスルホンも溶解可能である。このような溶媒をコーティング溶液として用いた場合には、多孔性支持膜が溶解するか、著しく膨潤させてしまい、複合膜を得ることができないという問題を生じる。   Furthermore, when referring to SPAE of Patent Document 4, for example, as pointed out in Non-Patent Document 1, SPAE has similar chemical structure to polysulfone or polyethersulfone which is a polymer material of a general porous support membrane. Because of this, most solvents that can dissolve SPAE can simultaneously dissolve polysulfone or polyethersulfone. When such a solvent is used as a coating solution, the porous support membrane dissolves or swells significantly, causing a problem that a composite membrane can not be obtained.

そのため従来のSPAE複合膜の製法としては、特許文献4に教示されているようにポリスルホンやポリエーテルスルホンからなる多孔性支持膜を侵さない限定的な溶媒(蟻酸などの低級カルボン酸またはアルコール、アルキレンジオールあるいはトリオール、アルキレングリコールアルキルエーテル)をコーティング溶媒として選択せざるを得ない。   Therefore, as a conventional SPAE composite membrane manufacturing method, as disclosed in Patent Document 4, a limited solvent (lower carboxylic acid such as formic acid or alcohol, alkylene) which does not attack a porous support membrane made of polysulfone or polyethersulfone, is taught. Diol or triol, alkylene glycol alkyl ether) must be selected as a coating solvent.

一方で、複合分離膜に好適なSPAEの要求特性としては、水による膨潤が起こりにくく、高い分離特性と優れた透水性を有する強固な皮膜を形成する必要がある。そのようなSPAEポリマーは、より剛直な分子骨格を有するものが好適である。しかしながら、SPAEポリマー分子骨格の剛直性が高くなるほど、溶媒溶解性は低くなる傾向があり、溶解可能な溶媒の選択範囲がさらに限定されるので、コーティング法により複合分離膜を得ること自体が困難となる。   On the other hand, as a required property of SPAE suitable for a composite separation membrane, it is necessary to form a strong film having a high separation property and an excellent water permeability, since swelling by water does not easily occur. Such SPAE polymers are preferably those having a more rigid molecular backbone. However, the higher the rigidity of the SPAE polymer molecular skeleton, the lower the solvent solubility tends to be, and the selection range of the soluble solvent is further limited, so it is difficult to obtain the composite separation membrane by the coating method itself. Become.

特開昭55−147106号JP-A-55-147106 特開昭62−095105号Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-095105 特許第3250644号Patent No. 3250644 特開昭63−248409号JP-A-63-248409

Chang Hyun Lee et al.,Journal of Membrane Science, 389(2012),363−371,“Disulfonated poly(arylene ether sulfone) random copolymer thin film composite membrane fabricated using a benign solvent for reverse osmosis applications”Chang Hyun Lee et al. , Journal of Membrane Science, 389 (2012), 363-371, "Disulfonated poly (arylene ether sulfone) random copolymer thin film composite membrane fabricated using a benign solvent for reverse osmosis applications"

本発明は、上記の従来技術の問題を克服するためになされたものであり、その目的は、多孔性支持膜の表面にSPAEからなる分離層を有する複合分離膜において、多孔性支持膜とSPAEの皮膜(分離層)が強固に接着され、分離特性と透水性が長期間持続するもの、及び分離特性、透水性が従来のSPAEからなる分離層よりも向上されたもの、及びその好適な製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to overcome the problems of the prior art described above, and its object is to provide a porous separation membrane and a SPAE having a separation layer of SPAE on the surface of the porous support membrane. Films (separating layer) firmly adhered to each other, the separating property and the water permeability lasting for a long time, and the separating property and the water permeability improved compared to the separating layer consisting of conventional SPAE, and its suitable production To provide a way.

本発明者は、まず多孔性支持膜を構成するポリマーと、分離層を構成するSPAEの組合せからなる複合分離膜において、それぞれのポリマーの溶媒溶解性、複合化プロセス、および複合分離膜としての性能について検討した。一般的な多孔性支持膜の素材であるポリスルホン(PSU)あるいはポリエーテルスルホン(PES)は、非プロトン性極性溶媒のうち、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、γ−ブチロラクトン(GBL)およびこれらの少なくとも1種を含む混合溶媒(以下、溶媒群1とする)に良好な溶解性を示す。これらの溶媒は、優れた溶解力を有し、比較的環境負荷が小さくて、人体への安全性も高く、多孔性支持膜を得るための製膜溶媒として好ましい。一方で、分離層を構成するSPAEも、溶媒群1には良好な溶解性を示すが、コーティング法により複合膜を作製する場合、溶媒群1は多孔性支持膜を溶解してしまうので、コーティング溶媒として用いることは、これまで不可能であった。また、多孔性支持膜に一般的に用いられる他のエンジニアリングポリマーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルイミド(PEI)を挙げることができるが、これらのポリマーも前記のポリスルホンおよびポリエーテルスルホンと同じく溶媒群1に溶解するため、同様の問題を生じる。   The inventor first found that, in a composite separation membrane composed of a combination of a polymer constituting a porous support membrane and an SPAE constituting a separation layer, the solvent solubility of each polymer, the compounding process, and the performance as a composite separation membrane Was examined. Polysulfone (PSU) or polyethersulfone (PES), which is a general porous support membrane material, can be selected from N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and N, N-dimethylacetamide DMAc) good solubility in dimethylsulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), γ-butyrolactone (GBL) and mixed solvents containing at least one of these (hereinafter referred to as solvent group 1) Show. These solvents have excellent solvency, relatively low environmental impact, high safety to the human body, and are preferable as a membrane forming solvent for obtaining a porous support membrane. On the other hand, SPAE, which constitutes the separation layer, also exhibits good solubility in solvent group 1, but when the composite film is produced by the coating method, solvent group 1 dissolves the porous support film, so coating It was impossible until now to use as a solvent. Other engineering polymers generally used for porous support membranes include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyetherimide (PEI), but these polymers may also be used together with the above polysulfone and polyethersulfone. The same problem occurs because it is dissolved in solvent group 1 as well.

そのため従来、分離層のSPAEは溶解するが、多孔性支持膜のポリマーは溶解しない溶媒が模索されてきたが、選択肢は必ずしも多くない。このような溶媒としては、具体的には、一部のプロトン性極性溶媒、例えば、蟻酸などの低級カルボン酸またはアルコール、アルキレンジオールあるいはトリオール、アルキレングリコールアルキルエーテル(以下、溶媒群2とする)が挙げられる。   For this reason, in the past, a solvent has been sought which dissolves the SPAE of the separation layer but does not dissolve the polymer of the porous support membrane, but there are not necessarily many options. As such solvents, specifically, some protic polar solvents such as, for example, lower carboxylic acids or alcohols such as formic acid, alkylene diols or triols, alkylene glycol alkyl ethers (hereinafter referred to as solvent group 2) It can be mentioned.

しかしながら、前記溶媒群2のSPAEに対する溶解性は良好といえない場合が多い。また、溶媒群2のうち、SPAEに対する溶解性が幾分良好な溶媒については、多孔性支持膜への親和性も高くなる傾向にあり、多孔性支持膜を溶解せずとも、著しく膨潤させ、機械強度を低下させてしまうという問題を有する。溶媒群2のSPAEに対する溶解性を高くするために、溶媒群1を適量添加するなどの工夫を行ったとしても、多孔性支持膜を著しく膨潤させる結果となり、好ましくない。溶解性の不良な溶媒を用いて、コーティング法による複合化を行った場合には、複合膜の分離特性が不十分なものとなる問題を生じるし、他方で溶解性が良好な溶媒であるほど、多孔性支持膜を過度に膨潤させないよう細心の注意が必要となる(過度な膨潤は、複合分離膜の欠陥生成や破断につながる)。そのためコーティング後の乾燥温度を低く設定(例えば100℃以下程度)するなどの必要があり、結果として緻密な皮膜が形成されず、十分な分離特性が得られないという問題を生じる。また、溶媒群2のうち、蟻酸は比較的SPAEに対する溶解性に優れるが、毒性が高く、腐食性を有するために取り扱い性の観点からも好ましくない。   However, the solubility of the solvent group 2 in SPAE is often not good. In addition, in the solvent group 2 that has a somewhat good solubility in SPAE, the affinity to the porous support membrane also tends to be high, and the porous support membrane is significantly swollen even without dissolution. There is a problem that the mechanical strength is reduced. Even if an appropriate amount of solvent group 1 is added to increase the solubility of solvent group 2 in SPAE, the porous support membrane is significantly swollen, which is not preferable. When complexation is performed by a coating method using a solvent having poor solubility, the separation properties of the composite membrane may be insufficient. On the other hand, the solvent having a good solubility is more likely , Care must be taken not to cause the porous support membrane to swell excessively (excessive swelling leads to defect formation or breakage of the composite separation membrane). Therefore, the drying temperature after coating needs to be set low (for example, about 100 ° C. or less), and as a result, a dense film can not be formed, resulting in a problem that sufficient separation characteristics can not be obtained. In addition, in the solvent group 2, formic acid is relatively excellent in solubility in SPAE, but is highly toxic and corrosive, and thus it is not preferable from the viewpoint of handleability.

さらに、複合分離膜用途においては、機械特性に優れ、水により膨潤しにくい、強固かつ分離特性に優れたSPAE皮膜を得るという観点から、SPAEの化学構造として、剛直な分子骨格を有し、ガラス転移温度が高いものがより好適である。一方で、このような剛直な分子骨格を目指すほど、SPAEの溶媒溶解性は低くなり、溶媒の選択範囲がさらに制限されることになることを指摘せねばならない。   Furthermore, in composite separation membrane applications, it has a rigid molecular skeleton as the chemical structure of SPAE, from the viewpoint of obtaining a SPAE film which is excellent in mechanical properties, not easily swollen by water, and which is strong and excellent in separation properties. It is more preferable that the transition temperature is high. On the other hand, it should be pointed out that the more rigid the molecular framework is aimed, the lower the solvent solubility of the SPAE will be, which further limits the choice of solvents.

特に、SPAEのブロック共重合体は、疎水性ブロックが有する高い凝集力のために、溶媒溶解性が低い傾向にある。例えば、下記の化学式(I)で表される疎水性セグメントの繰返し構造である疎水性オリゴマー成分、と化学式(II)で表される親水性セグメントの繰り返し構造である親水性オリゴマー成分、と化学式(III)または(IV)で表される鎖延長剤成分、によって構成されたSPAEは、剛直な分子骨格と、疎水性オリゴマーの高い凝集力のために、優れた機械特性を有し、膨潤の少ない皮膜を形成することが可能であるため、ナノろ過および逆浸透用途に好適であるが、溶媒群1には溶解可能であっても、溶媒群2にはほとんど溶解性を示さないという問題がある。
ここで、鎖延長剤は、連続して2個以上連なることはない。
また、上記式中、mおよびnはそれぞれ1以上の自然数を表し、RおよびRは、−SOMあるいは−SOHを表し、Mは金属元素を表し、前記ポリマー中のスルホン酸基含有量の指標であるイオン交換容量IECが0.3〜4.0meq./gの範囲である。
In particular, block copolymers of SPAE tend to have low solvent solubility due to the high cohesion of hydrophobic blocks. For example, a hydrophobic oligomer component having a repeating structure of a hydrophobic segment represented by the following chemical formula (I), and a hydrophilic oligomer component having a repeating structure of a hydrophilic segment represented by the chemical formula (II) The SPAE constituted by the chain extender component, represented by III) or (IV), has excellent mechanical properties and low swelling due to the rigid molecular backbone and the high cohesion of the hydrophobic oligomer Although it is suitable for nanofiltration and reverse osmosis applications because it is possible to form a film, it has the problem that it is soluble in solvent group 1 but hardly soluble in solvent group 2 .
Here, two or more chain extenders are not continuously linked.
In the above formulae, m and n each represent a natural number of 1 or more, R 1 and R 2 each represent —SO 3 M or —SO 3 H, M represents a metal element, and a sulfonic acid in the polymer The ion exchange capacity IEC, which is an index of the group content, is in the range of 0.3 to 4.0 meq./g.

すなわち上記のような、優れた分離特性を有するものの、溶媒溶解性の低いSPAEブロック共重合体を用いて複合分離膜を得ようとした場合には、溶媒群2をコーティング溶媒として使用することができないので、溶解力の高い溶媒群1を使用せざるを得ない。そのためには、溶媒群1に不溶な多孔性支持膜が必須であり、前記した公知の多孔性支持膜を用いることができなかった。   That is, when it is intended to obtain a composite separation membrane using an SPAE block copolymer having low solvent solubility although having excellent separation properties as described above, solvent group 2 may be used as a coating solvent Because it can not be done, we have to use solvent group 1 with high solvency. For that purpose, the porous support membrane insoluble in the solvent group 1 is essential, and the above-mentioned known porous support membrane could not be used.

そこで本発明者は、溶媒群1に不溶であり、かつ複合分離膜の多孔性支持膜に適するポリマーを模索し、それに前記のSPAEブロック共重合体を塗布した複合分離膜を試作して検討を重ねた。多孔性支持膜は、分離操作時の圧力下(0.1〜8.0MPa)で分離層の薄膜を支え、かつ長期間安定的に使用できることが好ましく、機械強度と化学耐久性に優れたポリマーを用いることが必須条件である。さらに適度な溶媒溶解性を有し、公知の湿式あるいは乾湿式製膜法で、複合分離膜の多孔性支持膜として好適な、限外ろ過膜程度の孔径を有する膜を容易に得られることが好ましい。また、高い機械特性を得るためには、ガラス転移温度の高いポリマーが好ましい。また、適度な溶媒溶解性を得るためには、非晶性ポリマーである方が好ましい。すなわち具体的には、非晶性の芳香族系ポリマーを用いた多孔性支持膜が好ましい。   Therefore, the present inventors searched for a polymer which is insoluble in the solvent group 1 and suitable for the porous support membrane of the composite separation membrane, and trial manufacture of the composite separation membrane coated with the above-mentioned SPAE block copolymer. I piled up. It is preferable that the porous support membrane supports the thin film of the separation layer under pressure (0.1 to 8.0 MPa) at the time of separation operation, and can be used stably for a long time, and the polymer is excellent in mechanical strength and chemical durability It is an essential condition to use Furthermore, it is possible to easily obtain a membrane having a pore size of the order of ultrafiltration membrane, which has appropriate solvent solubility and is suitable as a porous support membrane of a composite separation membrane by a known wet or dry-wet membrane forming method preferable. Also, in order to obtain high mechanical properties, polymers having a high glass transition temperature are preferred. In addition, in order to obtain appropriate solvent solubility, it is preferable to be an amorphous polymer. That is, specifically, a porous support membrane using an amorphous aromatic polymer is preferable.

表1に公知の代表的なポリマーの非プロトン性極性溶媒への溶解性等を示す。
Table 1 shows the solubility of a typical known polymer in aprotic polar solvents and the like.

一般的に、結晶化度の高い結晶性および半結晶性ポリマーの溶媒溶解性は悪いことが知られており、例えば、機械特性および化学耐久性に優れる結晶性ポリマーとして、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などが知られている。これらは、そもそも無機酸を除く、ほぼ全ての公知の溶媒に不溶であり、溶融成形は可能であるが、湿式製膜に不向きであり、複合膜に適した多孔性支持膜を得ることは容易でない。非晶性の芳香族系ポリマーとしては、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PES)が適度な溶媒溶解性を有するが、溶媒群1には溶解してしまう。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は結晶性ポリマーであるが、非芳香族系ポリマーであり、ガラス転移温度が低く、適度な溶媒溶解性を有するものの、やはり溶媒群1には溶解してしまう。   In general, it is known that the solvent solubility of crystalline and semi-crystalline polymers having high crystallinity is poor, for example, polyphenylene sulfide (PPS) or crystalline polymers having excellent mechanical properties and chemical durability. Polyether ether ketone (PEEK) etc. are known. These are originally insoluble in almost all known solvents except for inorganic acids, and although melt forming is possible, they are unsuitable for wet film formation, and it is easy to obtain a porous support film suitable for composite films. Not As the non-crystalline aromatic polymer, polyetherimide (PEI), polysulfone (PSU), and polyethersulfone (PES) have appropriate solvent solubility, but are dissolved in solvent group 1. Although polyvinylidene fluoride (PVDF) is a crystalline polymer, it is a non-aromatic polymer, has a low glass transition temperature, and has appropriate solvent solubility, but it also dissolves in solvent group 1.

このなかで、本発明者らは、公知の非晶性の芳香族系ポリマーのうち、ポリフェニレンエーテル(PPE)が示す特殊な溶媒溶解性に着目した。ポリフェニレンエーテルは溶媒群1に溶解しないか、あるいは限定的な溶解性を示し、本発明の目的を達成するために多孔性支持膜として好適なポリマーであることを見出した。   Among these, the present inventors focused on the special solvent solubility exhibited by polyphenylene ether (PPE) among known non-crystalline aromatic polymers. It has been found that polyphenylene ether is insoluble in solvent group 1 or shows limited solubility, and is a polymer suitable as a porous support membrane to achieve the object of the present invention.

具体的には、ポリフェニレンエーテルは非プロトン性極性溶媒の溶媒群1のうち、ジメチルスルホキシド(DMSO)やγ−ブチロラクトン(GBL)には完全に不溶である。一方で、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)やジメチルアセトアミド(DMAc)やN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)には、常温では不溶であるが、後述するように高温領域においては溶解可能であるために、多孔性支持膜を容易に得ることができるという特徴を有する。そのため、ポリフェニレンエーテルからなる多孔性支持膜を用いれば、溶媒群1にSPAEブロック共重合体を溶解したコーティング溶液を塗布しても、多孔性支持膜が侵されることはない。さらに驚くべきことに、溶媒群1から適切な溶媒の組合せを選択すれば、ポリフェニレンエーテル多孔性支持膜が、溶媒により過度に膨潤することがないため、コーティング後の乾燥工程において、比較的高温で速やかに溶媒を乾燥しても、膜の破断や性能低下が起こりにくいことがわかった。このことは複合分離膜の製法上大きな利点であり、比較的高沸点(150〜210℃)の溶媒群1であっても、高温(100℃以上)で速やかに溶媒を乾燥すれば、優れた分離性を有する緻密なSPAE共重合体の分離層を安定的かつ容易に形成可能であることがわかった。   Specifically, polyphenylene ether is completely insoluble in dimethyl sulfoxide (DMSO) and γ-butyrolactone (GBL) in solvent group 1 of the aprotic polar solvent. On the other hand, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc) and N, N-dimethylformamide (DMF) are insoluble at normal temperature but can be dissolved in a high temperature region as described later As a result, it has the feature that a porous support membrane can be easily obtained. Therefore, if a porous support membrane made of polyphenylene ether is used, even if a coating solution in which the SPAE block copolymer is dissolved is applied to the solvent group 1, the porous support membrane is not attacked. Even more surprisingly, if a suitable solvent combination is selected from solvent group 1, the polyphenylene ether porous support membrane is not excessively swollen by the solvent, so that it is relatively hot in the drying step after coating. It was found that even if the solvent was dried quickly, breakage of the membrane and performance degradation were unlikely to occur. This is a great advantage in the production method of the composite separation membrane, and even if the solvent group 1 having a relatively high boiling point (150 to 210 ° C.) is rapidly dried if the solvent is rapidly dried at a high temperature (100 ° C. or more) It has been found that it is possible to stably and easily form a separation layer of a dense SPAE copolymer having separation properties.

さらに、本発明の複合分離膜においては、数10〜数100nmのSPAEブロック共重合体の分離層内に、明確なミクロ相分離構造が発現しており、親水性チャンネルが、膜厚方向に貫通しやすい傾向があることが見出された。このため、従来のSPAEランダム共重合体からなる複合分離膜よりも、イオン分離性が向上する結果が得られた。   Furthermore, in the composite separation membrane of the present invention, a clear microphase separation structure is expressed in the separation layer of several tens to several hundreds nm of SPAE block copolymer, and hydrophilic channels penetrate in the film thickness direction. It was found to be prone to For this reason, the result that the ion separation property is improved was obtained as compared with the composite separation membrane made of the conventional SPAE random copolymer.

すなわち、本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、以下の(1)〜(5)の構成を有するものである。
(1)多孔性支持膜の表面に厚さ5nm以上1μm以下の分離層を有する複合分離膜であって、前記多孔性支持膜がポリフェニレンエーテルから構成され、前記分離層が、数平均分子量1000以上の疎水性オリゴマー成分と、数平均分子量1000以上の親水性オリゴマー成分と、前記2つのオリゴマー成分を結合する鎖延長剤成分、から構成されるスルホン化ポリアリーレンエーテルのマルチブロック共重合体を含む複合分離膜であり、前記共重合体は、下記の化学式(I)または(XV)で表される疎水性セグメントの繰返し構造である疎水性オリゴマー成分、と化学式(II)で表される親水性セグメントの繰返し構造である親水性オリゴマー成分、とを化学式(III)で表される鎖延長剤成分、によって結合されてなり、前記共重合体が、溶媒群1に溶解することを特徴とするナノ濾過用または浸透処理用の複合分離膜。
溶媒群1:N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン




ただし、鎖延長剤成分同士が連続して2個以上連なることはなく、
mおよびnはそれぞれ1以上の自然数を表し、R およびR は、−SO Mあるいは−SO Hを表し、Mは金属元素を表し、前記ポリマー中のスルホン酸基含有量の指標であるイオン交換容量IECが0.3〜4.0meq./gの範囲である
(2)前記スルホン化ポリアリーレンエーテルのマルチブロック共重合体は、スルホン酸基を有する親水性オリゴマーと、スルホン酸基を有しない疎水性オリゴマーとを、鎖延長剤により結合して得られるポリマーである、(1)に記載の複合分離膜。
(3)多孔性支持膜中のポリフェニレンエーテルの含有割合が80質量%以上であることを特徴とする(1)または(2)に記載の複合分離膜。
(4)ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、およびγ−ブチロラクトンから選択される少なくとも1種を含む非プロトン性極性溶媒に、スルホン化ポリアリーレンエーテルのマルチブロック共重合体を溶解して得られるコーティング溶液を、ポリフェニレンエーテルから構成される多孔性支持膜の表面に塗布した後、塗布表面を乾燥処理することを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の複合分離膜の製造方法。
(5)アルコール、アルキレンジオールあるいはトリオール、アルキレングリコールアルキルエーテル、水からなる群から選ばれる1種以上を前記多孔性支持膜に含浸させた後、前記コーティング溶液を塗布する、(4)に記載の複合分離膜の製造方法。
That is, the present invention is completed based on the above-mentioned knowledge, and has the composition of the following (1)-(5).
(1) A composite separation membrane having a separation layer with a thickness of 5 nm to 1 μm on the surface of a porous support membrane, wherein the porous support membrane is composed of polyphenylene ether, and the separation layer has a number average molecular weight of 1000 or more Comprising a multiblock copolymer of a sulfonated polyarylene ether composed of a hydrophobic oligomer component of the following, a hydrophilic oligomer component having a number average molecular weight of 1000 or more, and a chain extender component that combines the two oligomer components A separation membrane, and the copolymer is a hydrophobic oligomer component having a repeating structure of a hydrophobic segment represented by the following chemical formula (I) or (XV), and a hydrophilic segment represented by the chemical formula (II) And a hydrophilic oligomer component, which is a repeating structure of the formula (III), and a chain extender component represented by the chemical formula (III), Coalescence, nanofiltration or for composite separator for infiltration, which comprises dissolving in the solvent group 1.
Solvent group 1: N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone




However, two or more chain extender components are not connected in succession,
m and n each represent a natural number of 1 or more, R 1 and R 2 each represent -SO 3 M or -SO 3 H, M represents a metal element, and is an index of sulfonic acid group content in the polymer The multiblock copolymer of the sulfonated polyarylene ether having an ion exchange capacity IEC in the range of 0.3 to 4.0 meq./g (2) is a hydrophilic oligomer having a sulfonate group, and a sulfonate group and a sulfonate group The composite separation membrane according to (1), which is a polymer obtained by binding a hydrophobic oligomer having no oxo group by a chain extender.
(3) The composite separation membrane according to (1) or (2) , wherein the content of polyphenylene ether in the porous support membrane is 80% by mass or more.
(4) Sulfonation to an aprotic polar solvent containing at least one selected from dimethylsulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and γ-butyrolactone A coating solution obtained by dissolving a multiblock copolymer of polyarylene ether is applied to the surface of a porous support membrane composed of polyphenylene ether, and then the coated surface is subjected to a drying treatment (1) The manufacturing method of the composite separation membrane in any one of-( 3 ).
(5) The method according to (4) , wherein the porous support membrane is impregnated with at least one member selected from the group consisting of alcohol, alkylene diol or triol, alkylene glycol alkyl ether, and water, and then the coating solution is applied. Method of manufacturing composite separation membrane.

本発明の複合分離膜は、ポリフェニレンエーテルを主成分とする多孔性支持膜の表面に特定のSPAEマルチブロック共重合体からなる分離層を設けているので、多孔性支持膜と分離層の接着性が極めて良好である。さらにSPAEマルチブロック共重合体が形成する連続的な親水チャンネルが膜厚方向に連絡された構造であるために、イオン分離特性に優れ、透水性が向上する利点を有する。その結果、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜として好適な分離特性と透水性を長期間維持し、かつ塩素耐性およびアルカリ耐性に優れ、長寿命である。   In the composite separation membrane of the present invention, since the separation layer consisting of a specific SPAE multi-block copolymer is provided on the surface of the porous support membrane mainly composed of polyphenylene ether, the adhesion between the porous support membrane and the separation layer is obtained. Is very good. Furthermore, since the continuous hydrophilic channels formed by the SPAE multi-block copolymer are connected in the film thickness direction, they have the advantages of excellent ion separation characteristics and improved water permeability. As a result, the separation characteristics and permeability suitable as a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, and a forward osmosis membrane are maintained for a long time, and excellent in chlorine resistance and alkali resistance and long life.

図1は、本発明の複合分離膜の模式図(平膜)を示す。FIG. 1 shows a schematic view (flat membrane) of the composite separation membrane of the present invention. 図2は、本発明の複合分離膜の模式図(中空糸膜)を示す。FIG. 2 shows a schematic view (hollow fiber membrane) of the composite separation membrane of the present invention. 図3は、実施例1の複合分離膜の膜断面のSEM(Scanning Electron Microscope)像である。FIG. 3 is a SEM (Scanning Electron Microscope) image of the cross section of the composite separation membrane of Example 1. 図4は、実施例1の複合分離膜の膜断面外層部の拡大SEM像である。FIG. 4 is an enlarged SEM image of the membrane cross section outer layer portion of the composite separation membrane of Example 1. 図5は、実施例1の複合分離膜の膜表面の拡大SEM像である。FIG. 5 is an enlarged SEM image of the membrane surface of the composite separation membrane of Example 1. 図6(a)、(b)は、それぞれ実施例1および比較例1の複合分離膜の分離層断面のTEM(Transmission Electron Microscope)像である。6 (a) and 6 (b) are TEM (Transmission Electron Microscope) images of separation layer sections of the composite separation membranes of Example 1 and Comparative Example 1, respectively. 実施例1〜5および比較例1〜5における膜性能をまとめたグラフである。It is the graph which put together the film | membrane performance in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-5.

本発明の複合分離膜は、多孔性支持膜の表面に分離層を有し、前記多孔性支持膜がポリフェニレンエーテルを主成分として含み、前記分離層が特定の繰り返し構造からなるスルホン化ポリアリーレンエーテル共重合体からなることを特徴とする。   The composite separation membrane of the present invention has a separation layer on the surface of a porous support membrane, and the porous support membrane contains polyphenylene ether as a main component, and the separation layer has a sulfonated polyarylene ether having a specific repeating structure. It is characterized by comprising a copolymer.

本発明の複合分離膜は、液体処理膜、特にナノろ過膜、逆浸透膜および正浸透膜として好適である。これらの膜は、孔径が数nm以下であるか、あるいは明確な孔を有していないとみなされる緻密なフィルム状の分離層を有する分離膜であり、グルコースのような低分子量の有機分子や、無機塩の溶質が、溶液から分離される場合に用いられる。ナノろ過膜は、逆浸透膜よりは孔径が大きく、低分子量の有機分子や1価イオンおよび多価イオンを部分的に除去できる液体処理膜であり、逆浸透膜は、ナノろ過膜より孔径が小さく、ナトリウムイオンのような1価イオンまでほぼ完全に分離除去できる液体処理膜である。   The composite separation membrane of the present invention is suitable as a liquid treatment membrane, particularly as a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane and a forward osmosis membrane. These membranes are separation membranes having a dense film-like separation layer which is considered to have a pore diameter of several nm or less, or have no clear pores, and have low molecular weight organic molecules such as glucose or the like. , Inorganic salt solutes are used when they are separated from the solution. The nanofiltration membrane is a liquid-treated membrane that has a larger pore size than the reverse osmosis membrane and can partially remove low molecular weight organic molecules, monovalent ions and polyvalent ions, and the reverse osmosis membrane has a pore size larger than that of the nanofiltration membrane. It is a liquid-treated membrane which is small and can completely separate and remove even monovalent ions such as sodium ions.

本発明の複合分離膜は、目的分画物質のサイズより十分大きい孔(直径が概ね10nm〜数100nm)を有する疎水性ポリマーからなる多孔性支持膜の表面上に、目的分画物質のサイズ程度の分離特性を有するポリマーからなる薄膜を形成させた膜であり、少なくとも2種類以上のポリマーから構成されており、分離層と多孔性支持膜を構成するそれぞれのポリマー成分を明確に区別することができる。図1に示すような平膜の場合、ポリエステルなどの不織布3の上に多孔性支持膜2を載せて、さらに多孔性支持膜2の表面に分離層1の薄膜を形成させる。また、図2に示すような中空糸膜の場合、中空糸状の多孔性支持膜2の上に分離層1の薄膜を形成させる。ここで、薄膜とは、5nm以上1μm以下程度の厚みの膜を指す。多孔性支持膜の厚みは、薄膜より十分厚く、少なくとも5μm以上である。   In the composite separation membrane of the present invention, the size of the target fractionation substance is on the surface of the porous support membrane made of a hydrophobic polymer having pores (diameter of about 10 nm to several hundreds nm) sufficiently larger than the size of the target fractionation substance. And a film formed of a polymer having a separation property of at least two kinds of polymers, wherein the separation layer and the porous support membrane are clearly distinguished from each other. it can. In the case of a flat membrane as shown in FIG. 1, the porous support membrane 2 is placed on the nonwoven fabric 3 such as polyester, and the thin film of the separation layer 1 is formed on the surface of the porous support membrane 2. Further, in the case of a hollow fiber membrane as shown in FIG. 2, a thin film of the separation layer 1 is formed on a hollow fiber porous support membrane 2. Here, the thin film refers to a film having a thickness of about 5 nm or more and 1 μm or less. The thickness of the porous support membrane is at least 5 μm or more, which is sufficiently thicker than the thin film.

一方、本発明の複合分離膜とは異なる膜構造として、非対称膜が存在する。非対称膜は、製膜原液を相分離法により凝固させて得られた膜であり、膜の表層が緻密であり、かつ膜の内層側は多孔性となるように制御されたものである。非対称膜は、ポリマーブレンド法などを用いて、1種類以上のポリマー成分から構成されていても構わないが、基本的に膜中のポリマー密度の勾配を制御することのみで得られる膜であって、分離層と多孔性支持層のポリマー成分は同一である。一般的に複合分離膜のほうが、多孔性支持膜の構造と厚み、および分離層の構造と厚みを独立して制御可能なため、透水性や塩除去率、それらのバランスをコントロールしやすい。   On the other hand, an asymmetric membrane exists as a membrane structure different from the composite separation membrane of the present invention. The asymmetric membrane is a membrane obtained by solidifying the membrane-forming stock solution by the phase separation method, and is controlled so that the surface layer of the membrane is dense and the inner layer side of the membrane is porous. The asymmetric membrane may be composed of one or more types of polymer components using a polymer blend method or the like, but basically it is a membrane obtained only by controlling the gradient of the polymer density in the membrane The polymer components of the separating layer and the porous support layer are identical. In general, the composite separation membrane can control the structure and thickness of the porous support membrane and the structure and thickness of the separation layer independently, so it is easier to control the water permeability, the salt removal rate, and the balance thereof.

次に、本発明の複合分離膜における多孔性支持膜、SPAEブロック共重合体、複合分離膜の好ましい形態及びその作製方法を順に詳述する。   Next, preferred embodiments of the porous support membrane, the SPAE block copolymer and the composite separation membrane in the composite separation membrane of the present invention and the method for producing the same will be described in order.

(多孔性支持膜)
本発明の複合分離膜の多孔性支持膜に使用されるポリフェニレンエーテルは下記の化学式(XIV)で表される。
上記式中、kは1以上の自然数を表す。
(Porous support membrane)
The polyphenylene ether used for the porous support membrane of the composite separation membrane of the present invention is represented by the following chemical formula (XIV).
In the above formula, k represents a natural number of 1 or more.

ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は、5,000以上500,000以下であることが好ましい。この範囲であれば、前記の溶媒群1に示される非プロトン性極性溶媒の一部に、高温で溶解可能であり、製膜原液の粘度が十分なものとなり、十分な強度の多孔性支持膜を作製することができる。   The number average molecular weight of the polyphenylene ether is preferably 5,000 or more and 500,000 or less. Within this range, it is possible to dissolve at a high temperature in a part of the aprotic polar solvent shown in the above-mentioned solvent group 1, and the viscosity of the membrane forming solution becomes sufficient, and a porous support membrane of sufficient strength. Can be made.

多孔性支持膜の強度を向上させる、あるいは膜性能を好適化する観点から、上記のポリフェニレンエーテルに対して、ポリフェニレンエーテルと完全相溶することで知られるポリスチレンをはじめとした、各種ポリマーをブレンドしてもよい。あるいはポリフェニレンエーテルにフィラーを含めてもよい。さらに、疎水性ポリマーであるポリフェニレンエーテルの多孔性膜に、親水性を付与する観点から、イオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、あるいはポリエチレングリコールやポリビニルピロリドンなどの親水性ポリマーを含めてもよい。ただし、多孔性支持膜を構成するポリフェニレンエーテルの割合は、50質量%以上であることが好ましい。より好ましくは80質量%以上である。この範囲であれば、ポリフェニレンエーテル多孔性支持膜が溶媒群1に対して侵されることなく、さらに高い機械強度と耐薬品性を有するポリフェニレンエーテルの特長も保持されているために、複合分離膜の製造工程において有利である。   From the viewpoint of improving the strength of the porous support membrane or optimizing the membrane performance, the above polyphenylene ether is blended with various polymers including polystyrene which is known to be completely compatible with the polyphenylene ether. May be Alternatively, the polyphenylene ether may contain a filler. Furthermore, from the viewpoint of imparting hydrophilicity, the porous film of the polyphenylene ether which is a hydrophobic polymer may contain an ionic surfactant, a nonionic surfactant, or a hydrophilic polymer such as polyethylene glycol or polyvinyl pyrrolidone. Good. However, the proportion of polyphenylene ether constituting the porous support membrane is preferably 50% by mass or more. More preferably, it is 80 mass% or more. Within this range, the polyphenylene ether porous support membrane is not attacked against the solvent group 1, and the characteristics of the polyphenylene ether having higher mechanical strength and chemical resistance are also maintained. It is advantageous in the manufacturing process.

ポリフェニレンエーテルを用いて多孔性支持膜を得るための製膜溶媒としては、溶媒群1の非プロトン性極性溶媒のうち、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)が、例えば約60℃以上の温度では、均一な製膜原液が得られ、それ未満の温度では不溶であるような、いわゆる「潜在溶媒」であるために、好ましい。ただし、この潜在溶媒において、ポリフェニレンエーテルを溶解可能な温度領域については、ポリフェニレンエーテルの分子量や、製膜原液のポリマー濃度や、別途添加した物質とポリマーおよび潜在溶媒との間の相互作用によって変化しうるため、適宜調整されるべきである。これらのなかでもN−メチル−2−ピロリドンが、製膜原液の溶液安定性が良好であり、特に好ましい。一方、溶媒群1のうち、例えばジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンは、100℃以上の高温条件でもポリフェニレンエーテルを溶解しない非溶媒であるため、多孔性支持膜を得るための製膜溶媒としてはあまり好ましくない。   As a membrane-forming solvent for obtaining a porous support membrane using polyphenylene ether, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc) among aprotic polar solvents of solvent group 1 can be used. ), N, N-dimethylformamide (DMF) is a so-called “latent solvent”, for example, at which temperatures of about 60 ° C. and higher give a uniform film-forming solution and is insoluble at temperatures lower than that. Preferred. However, in this latent solvent, the temperature range in which polyphenylene ether can be dissolved varies depending on the molecular weight of polyphenylene ether, the polymer concentration of the membrane forming solution, and the interaction between the separately added substance and the polymer and latent solvent. It should be adjusted as appropriate. Among these, N-methyl-2-pyrrolidone is particularly preferable because the solution stability of the membrane forming solution is good. On the other hand, in the solvent group 1, for example, dimethyl sulfoxide and γ-butyrolactone are non-solvents which do not dissolve polyphenylene ether even under high temperature conditions of 100 ° C. or higher, and therefore less preferable as a membrane forming solvent for obtaining a porous support film. Absent.

ここで、本発明において、「潜在溶媒」とは、多孔性支持膜の製膜原液において、溶質であるポリマー(本発明ではポリフェニレンエーテルである)に対し、溶媒固有のFloryのシータ温度(ポリマー鎖のセグメント間に働く相互作用が見かけ上ゼロとなる温度、すなわち第2ビリアル係数がゼロとなる温度)が存在し、シータ温度が、常温または溶媒の沸点以下であるような溶媒を指す。シータ温度以上では、均一な製膜原液が得られ、シータ温度未満では、ポリマーは溶媒に不溶である。なお実際には本発明における製膜溶液の見かけのシータ温度は、ポリマー濃度や溶媒組成によってある程度変化するものである。また「良溶媒」とは、製膜原液において、ポリマー鎖のセグメント間に働く斥力が引力を上回り、温度に依らず、常温で均一な製膜原液が得られるような溶媒を示す。「非溶媒」とは、シータ温度を有しないか、あるいはシータ温度が極端に高いため、ポリマーが温度に依らず、全く不溶であるような溶媒を示す。   Here, in the present invention, “a latent solvent” refers to a solvent-specific Flory's theta temperature (polymer chain with respect to a polymer (which is a polyphenylene ether in the present invention) which is a solute in the membrane-forming stock solution of the porous support membrane. It refers to a solvent where there is a temperature at which the interaction acting between the segments of A becomes an apparent zero, ie, a temperature at which the second virial coefficient becomes a zero), and the theta temperature is below normal temperature or the boiling point of the solvent. Above the theta temperature, a uniform film-forming stock solution is obtained, and below the theta temperature, the polymer is insoluble in the solvent. In fact, the apparent theta temperature of the membrane forming solution in the present invention changes to some extent depending on the polymer concentration and the solvent composition. The term "good solvent" refers to a solvent that produces a film-forming solution that is uniform at room temperature regardless of the temperature at which the repulsive force acting between the polymer chain segments exceeds the attractive force in the film-forming solution. "Non-solvent" refers to a solvent that does not have a theta temperature, or because the theta temperature is so high, that the polymer is totally insoluble regardless of temperature.

ポリフェニレンエーテルの溶媒としては、前記の潜在溶媒以外に、常温でも溶解可能な良溶媒も存在することが知られており、例えば、G.Chowdhury,B.Kruczek,T.Matsuura,Polyphenylene Oxide and Modified Polyphenylene Oxide Membranes Gas,Vapor and Liquid Separation,2001,Springerにまとめられているように、四塩化炭素、二硫化炭素、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム等の非極性溶媒(以下、溶媒群3とする)が知られている。しかしながら、これらの溶媒は、前記の溶媒群1と異なり、ポリフェニレンエーテルを常温で溶解できる反面、環境負荷が大きく、また人体への有害性も高いために、製膜原液として産業上利用することは好ましくない。   As a solvent for polyphenylene ether, in addition to the above-mentioned latent solvent, it is known that a good solvent which can be dissolved even at normal temperature is also present. Chowdhury, B .; Kruczek, T. Nonpolar solvents such as carbon tetrachloride, carbon disulfide, benzene, toluene, chlorobenzene, dichloromethane, chloroform, etc. as summarized in Matsuura, Polyphenylene Oxide and Modified Polyphenylene Oxide Molecules Gas, Vapor and Liquid Separation, 2001, Springer Hereinafter, solvent group 3 is known. However, unlike the solvent group 1 described above, these solvents can dissolve polyphenylene ether at normal temperature, but have a large environmental impact and also have high harmfulness to the human body. Not desirable.

前記の潜在溶媒に、ポリフェニレンエーテルを溶解した製膜原液から、多孔性支持膜を得る製膜手法については、湿式製膜法、乾湿式製膜法が好ましく用いられる。湿式製膜法は、均一な溶液状の製膜原液を、製膜原液中の良溶媒とは混和し、ポリマーは不溶であるような、非溶媒からなる凝固浴中に浸漬させ、ポリマーを相分離させて、析出させることで、膜構造を形成させる方法である。また、乾湿式製膜法は、製膜原液を凝固浴に浸漬する直前に、製膜原液の表面から、溶媒の一部蒸発させることにより、より膜表層のポリマー密度が緻密となった非対称構造を得る方法である。本発明では、乾湿式製膜法が選択されることがより好ましい。   A wet film forming method and a dry / wet film forming method are preferably used as a film forming method for obtaining a porous support film from a film forming solution prepared by dissolving polyphenylene ether in the latent solvent. In the wet film forming method, a uniform solution-like film forming solution is mixed with a good solvent in the film forming solution, and the polymer is immersed in a coagulation bath consisting of a nonsolvent so as to be insoluble and the polymer becomes a phase It is a method of forming a membrane structure by separating and depositing. In addition, the dry-wet film forming method is an asymmetric structure in which the polymer density of the film surface layer is further reduced by partially evaporating the solvent from the surface of the film forming solution immediately before immersing the film forming solution in the coagulation bath. How to get In the present invention, it is more preferable to select a dry-wet film forming method.

本発明の複合分離膜は、膜の形状は特に限定されず、平膜または中空糸膜が好ましい。これらの膜はいずれも当業者にとって従来公知の方法で製造することができる。例えば、平膜の場合は、製膜原液を基板上にキャスティングし、所望により、一定期間の乾燥期間を与えた後に、凝固浴に浸漬することにより製造することができる。中空糸膜の場合には、二重円筒型の紡糸ノズルの外周スリットから、製膜原液を中空円筒状となるように吐出し、その内側のノズル内孔からは、非溶媒、潜在溶媒、良溶媒あるいはこれらの混合溶媒、または製膜溶媒とは相溶しない液体や、さらには、窒素、空気などの気体など、から選択された流体を、製膜原液と一緒に押出して、所望により、一定の蒸発期間を与えた後に、凝固浴に浸漬することにより製造することができる。   The shape of the membrane of the composite separation membrane of the present invention is not particularly limited, and a flat membrane or a hollow fiber membrane is preferable. All these membranes can be manufactured by methods conventionally known to those skilled in the art. For example, in the case of a flat membrane, it can be produced by casting a film-forming stock solution on a substrate and optionally immersing in a coagulation bath after giving a drying period for a fixed period. In the case of the hollow fiber membrane, the membrane forming solution is discharged from the outer peripheral slit of the double cylindrical spinning nozzle so as to become a hollow cylindrical shape, and the non-solvent, latent solvent, good from the inner nozzle inner hole. A fluid selected from a solvent or a mixed solvent thereof, a liquid incompatible with a membrane forming solvent, or a gas such as nitrogen, air, etc. is extruded together with a membrane forming solution, and if desired, constant After giving the evaporation period of (1), it can manufacture by immersing in a coagulation bath.

製膜原液におけるポリフェニレンエーテルの濃度は、得られた多孔性支持膜の機械強度を十分にしつつ、多孔性支持膜の透水性や表面孔径を適切にするという観点から、5質量%以上60質量%以下であることが好ましい。さらに10質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。   The concentration of polyphenylene ether in the membrane forming solution is 5% by mass or more and 60% by mass from the viewpoint of making the water permeability of the porous support membrane and the surface pore diameter appropriate while the mechanical strength of the obtained porous support membrane is sufficient. It is preferable that it is the following. Furthermore, it is more preferable that it is 10 to 50 mass%.

また、製膜原液の温度は少なくとも40℃以上であることが好ましい。より好ましくは60℃以上であることが好ましい。温度の上限としては、前記の製膜溶媒の沸点以下、より好ましくは、150℃以下、さらに好ましくは100℃未満である。製膜原液の温度が前記範囲より低くなると、製膜原液は、前述したシータ温度未満となり、ポリマーが析出してしまうために好ましくない。本発明者の経験上、前記製膜原液をシータ温度未満に静置することで得られるポリフェニレンエーテル固形物は脆いため、分離層として好ましくない。シータ温度以上で、均一状態にある製膜原液の状態から、非溶媒で満たされた凝固浴に浸漬させることにより、非溶媒誘起相分離を引き起こさせて、膜構造を形成させた方が、より好ましい膜構造が得られる。一方、製膜原液の温度を前記範囲より高くしすぎた場合には、製膜原液の粘度が低下し、成形が難しくなり、好ましくない。また、製膜原液中の良溶媒の蒸発速度や、凝固浴中での溶媒交換速度が大きくなりすぎるため、膜表面のポリマー密度が緻密になりすぎて、支持膜としての透水性が著しく低下するなどの問題も生じるため好ましくない。   Moreover, it is preferable that the temperature of a film forming undiluted | stock solution is at least 40 degreeC or more. More preferably, the temperature is 60 ° C. or higher. The upper limit of the temperature is equal to or lower than the boiling point of the above-mentioned film-forming solvent, more preferably, 150 ° C. or lower, and even more preferably, less than 100 ° C. When the temperature of the membrane-forming solution becomes lower than the above range, the membrane-forming solution becomes less than the above-mentioned theta temperature, which is not preferable because the polymer is precipitated. From the experience of the present inventor, the polyphenylene ether solid obtained by leaving the above-mentioned stock solution at a temperature lower than the theta temperature is not preferable as a separation layer because it is brittle. Non-solvent-induced phase separation is caused by immersing in a coagulation bath filled with a non-solvent from the state of the film-forming stock solution in a uniform state above the theta temperature to form a membrane structure. Preferred membrane structures are obtained. On the other hand, when the temperature of the membrane-forming solution is made higher than the above range, the viscosity of the membrane-forming solution decreases, which makes molding difficult, which is not preferable. In addition, since the evaporation rate of the good solvent in the stock solution for membrane formation and the solvent exchange rate in the coagulation bath become too high, the polymer density on the membrane surface becomes too dense, and the water permeability as the supporting membrane decreases remarkably. Is not preferable because problems such as

乾湿式製膜法においては、凝固浴に製膜原液を浸漬させる工程の前に、一定の溶媒蒸発時間が付与される。蒸発時間や温度は特に限定されず、最終的に得られる多孔性支持膜の非対称構造が、所望のものとなるように調節されるべきであり、例えば、5〜200℃の雰囲気温度において、0.01〜600秒間、部分的に溶媒を蒸発させることが好ましい。   In the dry-wet film forming method, a constant solvent evaporation time is given before the step of immersing the film forming solution in the coagulation bath. The evaporation time and temperature are not particularly limited, and the asymmetric structure of the finally obtained porous support membrane should be adjusted to be as desired, for example, at an atmosphere temperature of 5 to 200 ° C. It is preferred to partially evaporate the solvent for 0.1 to 600 seconds.

湿式製膜法あるいは乾湿式製膜法に用いる凝固浴の非溶媒としては、特に限定されず、水、アルコール、多価アルコール(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリンなど)が好ましく、これらの混合液体であってもよい。簡便性、経済性の観点からは、水を成分として含有させることが好ましい。   The non-solvent of the coagulation bath used in the wet film forming method or the dry / wet film forming method is not particularly limited, and water, alcohol, polyhydric alcohol (ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin etc.) is preferable. It may be a mixed liquid. From the viewpoint of simplicity and economy, water is preferably contained as a component.

また、前記凝固浴に他の物質が加えられてもよい。例えば凝固過程における溶媒交換速度を制御し、膜構造を好ましいものにするという観点からは、凝固浴に溶媒群1の溶媒や、なかでもN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミドの潜在溶媒を好ましく添加することができる。また、凝固浴の粘度を制御するために、多糖類や水溶性ポリマーなどが加えられてもよい。   Also, other substances may be added to the coagulation bath. For example, from the viewpoint of controlling the rate of solvent exchange in the coagulation process and making the membrane structure preferable, solvents of solvent group 1 and, in particular, N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide are preferably used in the coagulation bath. A latent solvent can be preferably added. Also, polysaccharides, water-soluble polymers, etc. may be added to control the viscosity of the coagulation bath.

凝固浴の温度は特に限定されず、多孔性支持膜の孔径制御の観点、あるいは経済性、作業安全の観点から適宜選択すればよい。具体的には、0℃以上100℃未満が好ましく、10℃以上80℃以下であることが好ましい。温度がこの範囲より低ければ、凝固液の粘度が高くなりすぎるために、より遅延的に脱混合過程が進行する結果、膜構造が緻密化し、膜の透水性が低下する傾向があり、好ましくない。また、温度がこの範囲より高ければ、より瞬間的に脱混合過程が進行する結果、膜構造が疎になって、膜強度が低下する傾向があるため、好ましくない。   The temperature of the coagulation bath is not particularly limited, and may be appropriately selected from the viewpoint of controlling the pore diameter of the porous support membrane, or from the viewpoint of economy and work safety. Specifically, 0 ° C. or more and less than 100 ° C. are preferable, and 10 ° C. or more and 80 ° C. or less are preferable. If the temperature is lower than this range, the viscosity of the coagulating liquid becomes too high, and as a result, the demixing process proceeds more slowly, and as a result, the membrane structure tends to be densified and the water permeability of the membrane tends to decrease. . Further, if the temperature is higher than this range, the demixing process proceeds more instantaneously, and as a result, the membrane structure tends to be sparse and the membrane strength tends to decrease, which is not preferable.

凝固浴に浸漬する時間は、多孔性支持膜の構造が十分形成される時間を調整すればよい。十分に凝固、相分離を進行させて、なおかつ工程を無駄に長くしないという観点からは、0.1〜1000秒の範囲内であることが好ましく、1〜600秒の範囲内であることがより好ましい。   The time for immersing in the coagulation bath may be adjusted to the time when the structure of the porous support membrane is sufficiently formed. It is preferably in the range of 0.1 to 1000 seconds, and more preferably in the range of 1 to 600 seconds from the viewpoint of sufficiently advancing solidification and phase separation, and not unnecessarily lengthening the process. preferable.

凝固浴での膜構造形成を完了して得られた多孔性支持膜は、水洗することが好ましい。水洗方法は特に限定されず、十分な時間、多孔性支持膜を水に浸漬しても良いし、搬送しながら流水で一定期間、洗浄しても良い。   The porous support membrane obtained by completing the membrane structure formation in the coagulation bath is preferably washed with water. The method for washing with water is not particularly limited, and the porous support membrane may be immersed in water for a sufficient time or may be washed with running water for a certain period while being transported.

水洗された多孔性支持膜は、後述する複合膜化工程にとって好ましい状態になるように後処理がなされることが好ましい。例えば、アルコール、アルキレンジオールあるいはトリオール、アルキレングリコールアルキルエーテル、水などの親水性溶媒、あるいはこれらの混合溶媒を、多孔性支持膜に含浸させて、支持膜中の孔を目詰めする処理が好ましく行われる。この目詰め処理により、複合化工程で、コーティング液を塗布した際に、多孔性支持膜中へ過度にSPAE分子が浸透して、透水性が低下する問題が解決される。また、目詰め処理に用いる液体が孔径保持剤として働き、多孔性支持膜の乾燥収縮を抑制できる。また、疎水性である多孔性支持膜を親水化した状態にしておくことができる。   The porous support membrane washed with water is preferably post-treated so as to be in a preferable state for the composite membrane formation step described later. For example, it is preferable to impregnate the porous support membrane with an alcohol, an alkylene diol or triol, an alkylene glycol alkyl ether, a hydrophilic solvent such as water, or a mixed solvent thereof, and treat the pores in the support membrane by plugging. It will be. This filling process solves the problem of excessive permeability of the SPAE molecules into the porous support membrane when the coating solution is applied in the compounding step, thereby reducing the water permeability. In addition, the liquid used for the plugging treatment acts as a pore diameter retention agent, and the drying shrinkage of the porous support membrane can be suppressed. In addition, the porous support membrane, which is hydrophobic, can be made hydrophilic.

前記の目詰め処理がなされた多孔性支持膜は、適度に過剰な水分や溶媒を乾燥することが好ましい。この乾燥条件は、複合分離膜としての性能を適切なものにするために、適宜調整されるべきであり、具体的には20〜300℃の温度で0.01秒〜一晩程度、乾燥されることが好ましい。   It is preferable that the porous support membrane subjected to the above-mentioned plugging treatment be dried to a suitable excess of water and solvent. The drying conditions should be suitably adjusted in order to make the performance as a composite separation membrane appropriate, and specifically, it is dried at a temperature of 20 to 300 ° C. for about 0.01 seconds to overnight. Is preferred.

得られた多孔性支持膜は、巻取り装置により巻き取られて保管され、後に別工程として巻き戻して、複合化工程に供されてもよいし、巻取り装置を経ずに、連続搬送させながら複合化処理が行われてもよい。   The obtained porous support membrane may be taken up and stored by a winding device, and may be subsequently rewound as a separate step and subjected to a compounding step, or continuously transported without passing through the winding device. However, the compounding process may be performed.

複合分離膜に用いる多孔性支持膜の厚みとしては、5μm以上500μm以下であることが好ましい。この範囲より薄い場合には、耐圧性が十分確保できない問題を生じやすく、この範囲より厚い場合には、透水抵抗が大きくなるため好ましくない。より好ましい範囲としては、10μm以上100μm以下である。また、中空糸状の多孔性支持膜については、膜の外径は50μm以上2000μm以下であることが好ましい。この範囲より小さい場合には、中空内部を流れる透過液あるいは供給液の流動圧損が大きくなりすぎ、運転圧力が大きくなるため好ましくない。また、この範囲より大きい場合には、膜の耐圧性が低下するため好ましくない。より好ましい範囲は、80μm以上1500μm以下である。   The thickness of the porous support membrane used for the composite separation membrane is preferably 5 μm or more and 500 μm or less. If the thickness is smaller than this range, a problem that pressure resistance can not be sufficiently obtained tends to occur, and if the thickness is larger than this range, it is not preferable because the permeation resistance becomes large. A more preferable range is 10 μm to 100 μm. In addition, in the case of a hollow fiber porous support membrane, the outer diameter of the membrane is preferably 50 μm or more and 2000 μm or less. If it is smaller than this range, the flow pressure loss of the permeated liquid or the feed liquid flowing inside the hollow becomes too large, and the operating pressure becomes undesirably large. Moreover, since the pressure resistance of a film | membrane will fall when larger than this range, it is unpreferable. A more preferable range is 80 μm or more and 1500 μm or less.

(SPAEブロック共重合体)
本発明の複合分離膜の分離層に使用されるSPAEブロック共重合体は、スルホン酸基を有する親水性オリゴマーと、スルホン酸基を有しない疎水性オリゴマーとを、鎖延長剤により結合して得られるポリマーであることが好ましい。これらの親水性オリゴマーと、疎水性オリゴマーは、それぞれのモノマー単位の化学構造を好適に選択することが可能である。具体的には、剛直性の高い化学構造を選択することにより、膨潤しにくい強固なSPAEブロック共重合体の皮膜を形成可能である。さらに共重合反応において、各オリゴマーの分子量を調節することで、ブロック共重合体におけるスルホン酸基の導入量を再現性よく精密に制御することができる。
(SPAE block copolymer)
The SPAE block copolymer used in the separation layer of the composite separation membrane of the present invention is obtained by combining a hydrophilic oligomer having a sulfonic acid group with a hydrophobic oligomer having no sulfonic acid group by a chain extender. Preferred polymers. It is possible to suitably select the chemical structure of each monomer unit of these hydrophilic oligomers and hydrophobic oligomers. Specifically, by selecting a highly rigid chemical structure, it is possible to form a film of a strong SPAE block copolymer that is difficult to swell. Furthermore, in the copolymerization reaction, by adjusting the molecular weight of each oligomer, the introduction amount of the sulfonic acid group in the block copolymer can be reproducibly and precisely controlled.

具体的なSPAEブロック共重合体の構造としては、下記の化学式(V)で表される疎水性オリゴマー成分と、化学式(VI)で表される親水性オリゴマー成分から構成されるものが、優れた化学耐久性を発現するために好ましい。さらに、化学式(V)、(VI)において、特にX,Y,Z,Wを下記の組合せから選択した場合において、分子構造全体がより剛直なものとなり、高いガラス転移温度を有するポリマーが得られ、かつ良好な化学耐久性をも維持することができるので好ましい。
ただし、鎖延長剤成分同士が連続して2個以上連なることはなく、
上記式中、Xは、化学式(VII)または(VIII)のいずれかであり、
Yは、単結合または化学式(IX)〜(XII)のいずれかであり、
Zは、化学式(IX)、(XIII)、(XII)のいずれかであり、
Wは、化学式(IX)、(XIII)、(XII)のいずれかであり、
YとWは同時に同じ化学構造が選択されることはなく、
aおよびbはそれぞれ1以上の自然数を表し、
およびRは、−SOMあるいは−SOHを表し、Mは金属元素を表し、前記ポリマー中のスルホン酸基含有量の指標であるイオン交換容量IECが0.3〜4.0meq./gの範囲である。
As a specific structure of the SPAE block copolymer, those composed of a hydrophobic oligomer component represented by the following chemical formula (V) and a hydrophilic oligomer component represented by the chemical formula (VI) are excellent It is preferable in order to develop chemical durability. Furthermore, in the chemical formulas (V) and (VI), in particular when X, Y, Z and W are selected from the following combinations, the whole molecular structure becomes more rigid and a polymer having a high glass transition temperature is obtained. And preferable because it can maintain good chemical durability.
However, two or more chain extender components are not connected in succession,
In the above formula, X is either of chemical formula (VII) or (VIII),
Y is a single bond or any one of chemical formulas (IX) to (XII),
Z is any one of chemical formulas (IX), (XIII) and (XII),
W is any one of chemical formulas (IX), (XIII) and (XII),
The same chemical structure is not selected at the same time for Y and W, and
a and b each represent one or more natural numbers,
R 1 and R 2 each represent —SO 3 M or —SO 3 H, M represents a metal element, and the ion exchange capacity IEC which is an index of the content of the sulfonic acid group in the polymer is 0.3-4. It is in the range of 0 meq./g.

さらに好ましくは、本発明の分離層に使用されるSPAEは、下記の化学式(I)で表される疎水性オリゴマー成分と化学式(II)で表される親水性オリゴマー成分の繰り返し構造からなるものである。化学式(I)中のベンゾニトリル構造の存在により、疎水性オリゴマー成分に強い凝集力が働くために、より強固で剥離しにくい分離層を形成させることができる。
ただし、鎖延長剤成分同士が連続して2個以上連なることはない。
上記式中、mおよびnはそれぞれ1以上の自然数を表し、RおよびRは、−SOMあるいは−SOHを表し、Mはカチオンを表し、前記ポリマー中のスルホン酸基含有量の指標であるイオン交換容量IECが0.3〜4.0meq./gの範囲である。
More preferably, the SPAE used in the separation layer of the present invention comprises a repeating structure of a hydrophobic oligomer component represented by the following chemical formula (I) and a hydrophilic oligomer component represented by the chemical formula (II) is there. By the presence of the benzonitrile structure in the chemical formula (I), a strong cohesive force acts on the hydrophobic oligomer component, so that a stronger and less peelable separation layer can be formed.
However, two or more chain extender components are not connected in series.
In the above formulas, m and n each represent a natural number of 1 or more, R 1 and R 2 each represent —SO 3 M or —SO 3 H, and M represents a cation, and the content of sulfonic acid group in the polymer The ion exchange capacity IEC which is an index of is in the range of 0.3 to 4.0 meq./g.

上記のような化学構造を有するSPAEブロック共重合体の好ましいイオン交換容量IEC(すなわち、スルホン化ポリマー1g当りのスルホン酸基のミリ当量)は、0.3〜4.0meq./gである。IECが上記範囲より低い場合は、スルホン酸基量が少なすぎるため、イオン分離性を十分発現しない。また、IECが上記範囲より高い場合、ポリマーの親水性が大きくなりすぎ、SPAE分離層が過度に膨潤するため好ましくない。より好ましいIECの範囲は0.5〜3.0meq./gである。   The preferred ion exchange capacity IEC (ie, the milliequivalent of sulfonic acid group per gram of sulfonated polymer) of the SPAE block copolymer having the chemical structure as described above is 0.3 to 4.0 meq. It is / g. When the IEC is lower than the above range, the amount of sulfonic acid groups is too small to sufficiently express ion separation. Moreover, when IEC is higher than the said range, the hydrophilicity of a polymer becomes large too much and it is unpreferable in order that a SPAE isolation | separation layer may swell excessively. The more preferable range of IEC is 0.5 to 3.0 meq. It is / g.

前記の化学式(VI)および化学式(II)のRおよびRが−SOMの場合、カチオンMは特に限定されず、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、セシウムなどの金属イオン、あるいはアンモニウムイオンなどの非金属イオンが好ましい。より好ましくは、カリウム、ナトリウムである。When R 1 and R 2 in the above chemical formula (VI) and the chemical formula (II) are —SO 3 M, the cation M is not particularly limited, and metal ions such as potassium, sodium, magnesium, aluminum and cesium, or ammonium ions Nonmetallic ions such as are preferred. More preferably, it is potassium and sodium.

前記の化学式(V)、(VI)および化学式(I)、(II)で表されるSPAEブロック共重合体のオリゴマー成分の鎖長は、各オリゴマーの重合時に適宜調節することが、公知の縮合重合法に基づき可能である。好ましい数平均分子量は、親水性オリゴマー、疎水性オリゴマーそれぞれ1,000以上が好ましく、2,000以上がより好ましい。この範囲より分子量が小さい場合には、明確なミクロ相分離構造を発現しにくい。オリゴマーの分子量の上限は特にないが、20,0000以下が好ましい。   It is known that the chain length of the oligomer component of the SPAE block copolymer represented by the above-mentioned chemical formula (V), (VI) and chemical formulas (I), (II) is appropriately adjusted during polymerization of each oligomer. It is possible based on the polymerization method. The preferable number average molecular weight is preferably 1,000 or more for each of the hydrophilic oligomer and the hydrophobic oligomer, and more preferably 2,000 or more. When the molecular weight is smaller than this range, it is difficult to express a clear microphase separation structure. The upper limit of the molecular weight of the oligomer is not particularly limited but is preferably 20,000 or less.

親水性および疎水性オリゴマーを鎖延長剤で結合して、ブロック共重合体を得る手法については、特に限定されない。例えば、Hae−Seung Lee et al., Polymer,49(2008),715−723,“Hydrophilic−hydrophobic mutiblock copolymers based on poly(arylene ether sulfone) via low−temperature coupling reactions for proton exchange membrane fuel cells”に示されているように、疎水性オリゴマーの分子両末端を、化学式(III)または(IV)の鎖延長剤で修飾する。これを精製したものと、別途、親水性オリゴマーを重合、精製したものを、再度混合し、60〜130℃の温度条件で、ブロック共重合体を得ることができる。   There is no particular limitation on the method for obtaining a block copolymer by combining hydrophilic and hydrophobic oligomers with a chain extender. For example, Hae-Seung Lee et al. , Polymer, 49 (2008), 715-723, "Hydrophilic-hydrophobic mutiblock copolymer based on poly (arylene ether sulfone) via low-temperature coupling reactions for proton exchange membrane fuel cells", hydrophobic oligomers Both ends of the molecule are modified with a chain extender of formula (III) or (IV). What refine | purified this and another which superposed | polymerized and refine | purified the hydrophilic oligomer separately are mixed again, and a block copolymer can be obtained on 60-130 degreeC temperature conditions.

また別の方法としては、親水性オリゴマーの重合反応を完了した溶液と、疎水性オリゴマーの重合反応が完了した溶液を、それぞれ精製することなく、もしくは無機塩など副生成物のみを溶液から除去した状態で混合し、上記の鎖延長剤を加えて、ブロック共重合体を得ることができる。   As another method, the solution in which the polymerization reaction of the hydrophilic oligomer is completed and the solution in which the polymerization reaction of the hydrophobic oligomer is completed are not purified, or only byproducts such as inorganic salts are removed from the solution The block copolymers can be obtained by mixing in the state and adding the above-mentioned chain extender.

上記のいずれの合成手法でも目的のブロック共重合体を得ることができる。それぞれのオリゴマーの縮合反応および、オリゴマー間の鎖延長反応は、炭酸セシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの塩基性化合物の存在下、適切な温度条件にて反応させることができる。   The target block copolymer can be obtained by any of the above synthesis methods. The condensation reaction of the respective oligomers and the chain extension reaction between the oligomers can be reacted at appropriate temperature conditions in the presence of a basic compound such as cesium carbonate, potassium carbonate or sodium carbonate.

前記の化学式(III)または(IV)で表される鎖延長剤については、ハロゲンがフッ素であると、反応性が高くセグメント長の低下などの副反応を抑制できるので、フッ素を含む芳香族系鎖延長剤が好ましい。パーフルオロ化合物であると、より反応性が高いため好ましい。具体的には、デカフルオロビフェニル、ヘキサフルオロベンゼンのいずれか、あるいはこれらの混合物を用いることが好ましい。   As for the chain extender represented by the above chemical formula (III) or (IV), if the halogen is fluorine, the reactivity is high and the side reaction such as the decrease in segment length can be suppressed, so that an aromatic system containing fluorine Chain extenders are preferred. Perfluoro compounds are preferable because they are more reactive. Specifically, it is preferable to use either decafluorobiphenyl or hexafluorobenzene, or a mixture of these.

最終的に得られたSPAEブロック共重合体の分子量は、0.5g/dLのN−メチル−2−ピロリドン溶液を30℃で測定したときの対数粘度で表すと、0.5以上であることが分離性能を発現させる点から好ましく、0.9以上であることがより好ましく、1.2以上であることがさらに好ましい。0.5未満であると、後述するコーティングによる複合化工程において、塗布性が不良となりやすいため、好ましくない。   The molecular weight of the finally obtained SPAE block copolymer is 0.5 or more in logarithmic viscosity when measured at 30 ° C. for a solution of 0.5 g / dL of N-methyl-2-pyrrolidone Is preferable from the viewpoint of exhibiting separation performance, more preferably 0.9 or more, and still more preferably 1.2 or more. If the ratio is less than 0.5, the coating property is likely to be poor in a compounding step with a coating described later, which is not preferable.

(複合分離膜)
上記のSPAEブロック共重合体を溶解するコーティング溶媒としては、溶媒群1の非プロトン性極性溶媒であるジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトンのうち、少なくとも1成分を含む溶媒が好ましい。さらに溶媒群1の溶媒のなかでも、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンが、前記のポリフェニレンエーテル多孔性支持膜が高温でも侵されないため、より好ましい。また、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンに、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドンのいずれかを混合した溶媒が好ましい。さらには、溶媒群1の溶媒に、より溶解性に劣る溶媒や蒸気圧の異なる溶媒を添加して、コーティング溶液の蒸発速度を変更するとか、溶液安定性を変更することで、複合分離膜における分離層の構造が制御されてよい。例えば溶媒群2の溶媒が、溶媒群1の溶媒に含有されていてもよい。
(Composite separation membrane)
As a coating solvent for dissolving the above-mentioned SPAE block copolymer, dimethylsulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, which is an aprotic polar solvent of solvent group 1 Among γ-butyrolactone, a solvent containing at least one component is preferred. Furthermore, among the solvents of the solvent group 1, dimethyl sulfoxide and γ-butyrolactone are more preferable because the above-mentioned polyphenylene ether porous support membrane is not attacked even at high temperature. Moreover, the solvent which mixed any one of N, N- dimethylacetamide, N, N- dimethylformamide, N-methyl- 2-Pyrrolidone with dimethylsulfoxide and (gamma) -butyrolactone is preferable. Furthermore, in the composite separation membrane, a solvent having a lower solubility or a solvent having a different vapor pressure is added to the solvent of the solvent group 1 to change the evaporation rate of the coating solution or to change the solution stability. The structure of the separation layer may be controlled. For example, the solvent of solvent group 2 may be contained in the solvent of solvent group 1.

また、SPAEのコーティング溶液の粘度、親水性を変更するためにポリエチレングリコールやポリビニルピロリドンなどの公知の親水性ポリマーが添加されてもよい。これらの添加剤の使用は、コーティング工程において、コーティング溶液を多孔性支持膜の表面に適切な分だけ塗布し、さらに/または複合分離膜の分離層構造を制御することで、複合分離膜の性能を好適化するための通常の範囲の工夫として行われればよい。   In addition, known hydrophilic polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl pyrrolidone may be added in order to change the viscosity and hydrophilicity of the coating solution of SPAE. The use of these additives is to apply the coating solution to the surface of the porous support membrane by an appropriate amount in the coating step, and / or control the separation layer structure of the composite separation membrane, to thereby perform the performance of the composite separation membrane It should just be carried out as a device of the usual range for optimizing.

コーティング溶液におけるSPAEのポリマー濃度は、特に限定されず、複合分離膜における分離層の厚さを制御するために適宜調節されるべきである。最終的な分離層の厚さは、多孔性支持膜の表面にコーティング液を塗布する速度や、温度などにも影響されるが、SPAEの濃度は、好ましくは0.01〜20質量%であり、より好ましくは0.1〜10質量%である。SPAEの濃度がこの範囲より小さすぎる場合には、分離層の厚さが薄すぎて、欠陥を生じやすいため好ましくない。また、この範囲より大きすぎる場合には、分離層の厚さが厚すぎて、ろ過抵抗が大きくなるので、複合分離膜として十分な透水性が得られないため好ましくない。最終的なSPAE分離層の厚みは、おおよそ30nm以上1μm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm以上500nm以下である。   The polymer concentration of SPAE in the coating solution is not particularly limited, and should be appropriately adjusted to control the thickness of the separation layer in the composite separation membrane. The final thickness of the separation layer is influenced by the speed at which the coating solution is applied to the surface of the porous support membrane, the temperature, etc., but the concentration of SPAE is preferably 0.01 to 20% by mass. And more preferably 0.1 to 10% by mass. If the concentration of SPAE is less than this range, the thickness of the separation layer is too thin, which tends to cause defects, which is not preferable. Moreover, when it is larger than this range, the thickness of the separation layer is too thick, and the filtration resistance becomes large, so that sufficient water permeability as a composite separation membrane can not be obtained, which is not preferable. The final thickness of the SPAE separation layer is preferably about 30 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 50 nm or more and 500 nm or less.

多孔性支持膜の表面に、前記のコーティング溶液を塗布する方法は、特に限定されず公知の手段が用いられる。例えば、平膜の場合には、簡便には手作業で多孔性支持膜の表面に、はけ塗りにより、コーティング液が塗布される方法が好ましい。より工業的な方法としては、連続搬送された多孔性支持膜の表面にスライドビードコーターにより、コーティング溶液が塗布される方法が好ましく用いられる。また、中空糸膜の場合には、連続搬送された中空糸膜を、コーティング溶液が満たされた浴に浸漬した後、引き上げられて、中空糸膜の外表面に塗布が行われるディップコート法が好ましく用いられる。あるいは、中空糸膜を束にしたモジュールの断面から、中空糸膜内へ、コーティング溶液を挿入した後、気体でコーティング溶液を押出すか、あるいはモジュールの片面側から、真空で引き抜くことにより、中空糸膜の内表面に塗布を行う方法も好ましく用いられる。   The method for applying the coating solution to the surface of the porous support membrane is not particularly limited, and any known means may be used. For example, in the case of a flat membrane, a method is preferred in which the coating solution is applied to the surface of the porous support membrane by brushing, conveniently by hand. As a more industrial method, a method in which a coating solution is applied by a slide bead coater to the surface of a continuously transported porous support membrane is preferably used. In the case of a hollow fiber membrane, a dip-coating method in which the hollow fiber membrane transported continuously is immersed in a bath filled with a coating solution and then pulled up to coat the outer surface of the hollow fiber membrane It is preferably used. Alternatively, after inserting the coating solution into the hollow fiber membrane from the cross section of the module in which the hollow fiber membranes are bundled, hollow fiber can be obtained by extruding the coating solution with gas or drawing out from one side of the module with vacuum. The method of coating on the inner surface of the film is also preferably used.

多孔性支持膜の表面に塗布されたコーティング溶液は、乾燥処理され、SPAEの薄膜が形成される。乾燥方法は特に限定されないが、例えば強制対流された乾燥炉のなかにコーティング処理された多孔性支持膜を、一定時間通過させて乾燥が行われる方法がとられる。または赤外線による加熱乾燥が行われてもよい。乾燥温度、乾燥時間、あるいは強制対流された乾燥炉における通風速度は、複合分離膜の性能を特定の所望の値にするために、適宜調節されるべき条件であって、溶媒を速やかに乾燥させ、過度な高温により多孔性支持膜が侵されることなく、分離性に優れた複合分離膜が得られるように適切に調整されればよい。   The coating solution applied to the surface of the porous support membrane is dried to form a thin film of SPAE. Although the drying method is not particularly limited, for example, a method is adopted in which drying is performed by passing the porous support membrane coated in a forced convection drying oven for a certain period of time. Or heat drying by infrared rays may be performed. The drying temperature, the drying time, or the air flow rate in the forced convection drying oven is a condition that should be appropriately adjusted in order to bring the performance of the composite separation membrane to a specific desired value, and the solvent is dried rapidly. The temperature may be appropriately adjusted so as to obtain a composite separation membrane having excellent separability without damaging the porous support membrane by excessive high temperature.

最終的な複合分離膜の膜性能として、実用的な観点から要求される値は、分画対象のサイズ、膜との親和性、操作圧力条件、塩濃度条件、膜のファウリング(汚れやすさ)性によって変化しうるものであり、必ずしも明確ではないが、ナノろ過膜としては、NaCl除去率が10〜90%程度が好ましい。透水性は複合分離膜の耐圧性および性能安定性が確保される範囲で高いほど好ましい。NaCl除去率は20〜80%程度であることがさらに好ましい。また、逆浸透膜としては、比較的塩濃度が低く、NaCl濃度が1500ppm程度のかん水の分離用途としては、NaCl除去率が95%以上であることが好ましい。より好ましくは98%以上であることが好ましい。透水性は、複合分離膜の耐圧性および塩除去性能の安定性が確保される範囲であれば、高い値であるほど好ましい。本発明の複合分離膜は、上記のNaCl除去率と透水性の条件を長期間満足できる点で、ナノろ過膜、逆浸透膜および正浸透膜として好適である。   As the membrane performance of the final composite separation membrane, values required from a practical viewpoint are the size of the fractionation target, the affinity with the membrane, the operating pressure condition, the salt concentration condition, the fouling of the membrane (soiling tendency The nanofiltration membrane preferably has a NaCl removal rate of about 10 to 90%, although it may change depending on the nature and is not necessarily clear. The water permeability is preferably as high as possible within the range in which the pressure resistance and the performance stability of the composite separation membrane are ensured. The NaCl removal rate is more preferably about 20 to 80%. Moreover, as a reverse osmosis membrane, it is preferable that a NaCl removal rate is 95% or more for the separation use of a salt water whose comparatively low salt concentration is about 1500 ppm of NaCl concentration. More preferably, it is 98% or more. The water permeability is preferably as high as possible, as long as the pressure resistance of the composite separation membrane and the stability of the salt removal performance are ensured. The composite separation membrane of the present invention is suitable as a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, and a forward osmosis membrane in that the above-mentioned conditions for removing NaCl and permeability can be satisfied for a long time.

<実施例1>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜のポリマーとして、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製のポリフェニレンエーテルPX100L(以下、PPEと略す。)を準備した。PPEが20質量%となるように、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す。)を加えて混練しながら、130℃で溶解させて、均一な製膜原液を得た。
Example 1
(Preparation of porous support membrane)
As a polymer of the porous support membrane, polyphenylene ether PX100L (hereinafter abbreviated as PPE) manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd. was prepared. The mixture was dissolved at 130 ° C. while adding and kneading N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) so that PPE would be 20% by mass, and a uniform film-forming stock solution was obtained.

続いて、製膜原液を二重円筒管ノズルより、中空状に押出しながら、内液として20質量%NMP水溶液を同時に押出し、空中走行させて蒸発処理を行ったあと、10質量%NMP水溶液を満たした25℃の凝固浴に浸漬させ、PPE多孔性支持膜を作製した後、水洗処理を行った。   Subsequently, while extruding the membrane-forming solution into a hollow shape from a double cylindrical tube nozzle, a 20 mass% NMP aqueous solution is simultaneously extruded as an inner liquid and allowed to travel in the air for evaporation, and then a 10 mass% NMP aqueous solution is filled. The film was immersed in a coagulation bath at 25 ° C. to prepare a PPE porous support membrane, and then washed with water.

水洗されたPPE多孔性支持膜を50質量%のグリセリン水溶液に含浸させた後、50℃で一晩乾燥させて、目詰め処理された膜を得た。   The water-washed PPE porous support membrane was impregnated with a 50% by mass aqueous glycerin solution, and then dried overnight at 50 ° C. to obtain a clogged membrane.

得られたPPE多孔性支持膜の外径は270μm、膜厚は54μmであった。純水透過試験を行ったところ、純水透過量FRは0.5MPaの試験圧力において、11,000L/m/日であった。The outer diameter of the obtained PPE porous support membrane was 270 μm, and the film thickness was 54 μm. When the pure water permeation test was performed, the pure water permeation amount FR was 11,000 L / m 2 / day at a test pressure of 0.5 MPa.

(SPAEブロック共重合体の作製)
上記の化学式(I)で表される疎水性オリゴマー成分と化学式(II)で表される親水性オリゴマー成分の繰り返し構造を有するSPAEブロック共重合体を以下のように準備した。
(Preparation of SPAE block copolymer)
An SPAE block copolymer having a repeating structure of the hydrophobic oligomer component represented by the chemical formula (I) and the hydrophilic oligomer component represented by the chemical formula (II) was prepared as follows.

疎水性オリゴマーの重合および、オリゴマー分子末端の鎖延長剤修飾を以下の方法で行った。2,6−ジクロロベンゾニトリル(以下DCBNと略す)9.600g、4,4’−ビフェノール(以下BPと略す)10.568g、炭酸カリウム8.620g、NMP140mL、トルエン30mLを、窒素導入管、攪拌翼、ディーンスタークトラップ、温度計を取り付けた300mL枝付きフラスコに入れ、オイルバス中で攪拌しつつ窒素気流下で加熱した。トルエンとの共沸による脱水を140℃で行なった後、トルエンをすべて除去した。その後、160℃に昇温し、5時間加熱した。この時点で、1H−NMR測定による数平均分子量は14,500であった。窒素導入管、攪拌翼、冷却還流管、温度計を取り付けた別の500mL枝付きフラスコに、NMP80mLとデカフルオロビフェニル(以下DFBと略す)3.574gを入れ、窒素気流下、攪拌しながら、オイルバス中で110℃に加熱した。そこに、DCBNとBPの反応溶液を、滴下漏斗を用いて2時間かけて攪拌しながら投入し、投入完了後、さらに2時間攪拌した。反応溶液をろ過して、無機塩を除去した後、3000mLのアセトンに注ぎオリゴマーを固化させ、さらにアセトンで3回洗浄して、NMP及びDFBを除去した。得られたオリゴマーを100℃で2時間乾燥させた後、120℃で24時間減圧乾燥して、DFB末端修飾された疎水性オリゴマーを得た。   The polymerization of the hydrophobic oligomer and the chain extender modification of the end of the oligomer molecule were carried out by the following method. 9.600 g of 2,6-dichlorobenzonitrile (hereinafter abbreviated as DCBN), 10.568 g of 4,4'-biphenol (hereinafter abbreviated as BP), 8.620 g of potassium carbonate, 140 mL of NMP, 30 mL of toluene, nitrogen inlet tube, stirring It was placed in a 300 mL branched flask fitted with wings, Dean Stark trap, thermometer and heated in a stream of nitrogen with stirring in an oil bath. After dehydration by azeotropic distillation with toluene at 140 ° C., all the toluene was removed. Thereafter, the temperature was raised to 160 ° C., and heating was carried out for 5 hours. At this time, the number average molecular weight by 1 H-NMR measurement was 14,500. 80mL NMP and 3.574g decafluorobiphenyl (hereinafter abbreviated as DFB) are placed in another 500mL branched flask equipped with a nitrogen introduction tube, a stirring blade, a cooling reflux tube, and a thermometer, and the oil is stirred under nitrogen stream while stirring. It was heated to 110 ° C. in a bath. Thereto, a reaction solution of DCBN and BP was charged with stirring using a dropping funnel over 2 hours, and after the addition was completed, the mixture was further stirred for 2 hours. The reaction solution was filtered to remove inorganic salts, and then poured into 3000 mL of acetone to solidify the oligomer, and then washed three times with acetone to remove NMP and DFB. The obtained oligomer was dried at 100 ° C. for 2 hours and then dried under reduced pressure at 120 ° C. for 24 hours to obtain a DFB end-modified hydrophobic oligomer.

親水性オリゴマーの重合は以下の方法で行った。3,3’−ジスルホン酸−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン2ナトリウム塩(以下SDCDPSと略す)10.000g、BP3.9438g、炭酸ナトリウム3.22g、NMP30mL、トルエン6mLを、窒素導入管、攪拌翼、ディーンスタークトラップ、温度計を取り付けた200mL枝付きフラスコに入れ、オイルバス中で攪拌しつつ窒素気流下で加熱した。トルエンとの共沸による脱水を140℃で行なった後、トルエンをすべて除去した。その後、210℃に昇温し、24時間加熱した。得られた溶液をろ過して無機塩を除去した。得られた溶液を2000mLのアセトンに滴下してオリゴマーを固化させた。オリゴマーはさらにアセトンで3回洗浄した後、ろ過して減圧乾燥を行い、親水性オリゴマーを得た。1H−NMR測定による数平均分子量は10,300であった。   The polymerization of the hydrophilic oligomer was carried out by the following method. 10.000 g of 3,3'-disulfonic acid-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone disodium salt (hereinafter abbreviated as SDCDPS), 3.9438 g of BP, 3.22 g of sodium carbonate, 30 mL of NMP, 6 mL of toluene, nitrogen inlet tube, stirring It was placed in a 200 mL branched flask fitted with a wing, Dean Stark trap, thermometer and heated in a stream of nitrogen with stirring in an oil bath. After dehydration by azeotropic distillation with toluene at 140 ° C., all the toluene was removed. Then, it heated up to 210 degreeC and heated for 24 hours. The resulting solution was filtered to remove inorganic salts. The resulting solution was dropped into 2000 mL of acetone to solidify the oligomer. The oligomer was further washed three times with acetone, followed by filtration and drying under reduced pressure to obtain a hydrophilic oligomer. The number average molecular weight by 1 H-NMR measurement was 10,300.

鎖延長剤によるブロック共重合は以下の方法で行った。親水性オリゴマー6.26g、疎水性オリゴマー8.48g、炭酸ナトリウム0.18g、NMP130mLを、窒素導入管、攪拌翼、ディーンスタークトラップ、温度計を取り付けた300mL枝付きフラスコに入れ、窒素気流下50℃のオイルバス中で攪拌し溶解させた。その後、110℃まで加熱し、5時間反応させた。その後、室温まで冷却し、2000mLの2−プロパノール中に滴下してポリマーを固化させた。2−プロパノールで3回洗浄した後、80℃の純水で洗浄を繰り返した。その後、得られたポリマーを120℃で12時間減圧乾燥して最終的にSPAEブロック共重合体を得た。IEC=1.3meq./g、対数粘度は1.90dL/gであった。   Block copolymerization with a chain extender was carried out by the following method. 6.26 g of hydrophilic oligomer, 8.48 g of hydrophobic oligomer, 0.18 g of sodium carbonate, 130 mL of NMP, put into a 300 mL branched flask equipped with a nitrogen introducing pipe, a stirring blade, a Dean Stark trap, a thermometer and under nitrogen stream 50 Stir and dissolve in an oil bath at ° C. Then, it heated to 110 degreeC and made it react for 5 hours. Thereafter, it was cooled to room temperature and dropped into 2000 mL of 2-propanol to solidify the polymer. After washing three times with 2-propanol, washing was repeated with pure water at 80 ° C. Thereafter, the obtained polymer was dried under reduced pressure at 120 ° C. for 12 hours to finally obtain a SPAE block copolymer. IEC = 1.3 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.90 dL / g.

得られたSPAEポリマーに対して、溶媒群2の溶媒として、2−メトキシエタノール、ギ酸、ジエチレングリコールへの溶解性を検討したが、溶解しなかった。溶媒群1には良好な溶解性を示した。   Although the solubility to 2-methoxyethanol, a formic acid, and diethylene glycol was examined as a solvent of the solvent group 2 with respect to the obtained SPAE polymer, it did not melt | dissolve. The solvent group 1 showed good solubility.

(複合膜の作製)
コーティング溶媒として、NMP/DMSO混合溶媒(重量比30/70)を選択し、80℃で撹拌しながら溶解させ、均一透明な1.0質量%濃度のコーティング溶液を得た。
(Preparation of composite membrane)
An NMP / DMSO mixed solvent (30/70 weight ratio) was selected as a coating solvent, and was dissolved with stirring at 80 ° C. to obtain a uniformly clear 1.0 wt% concentration coating solution.

ガイドローラーを備えたディップコート槽に、上記のSPAEコーティング溶液を満たし、その中にPPE多孔性支持膜を通糸し、3m/分の速度で引上げながら塗布を行った後、垂直型の強制対流乾燥炉内で、温度150℃で乾燥させた。十分乾燥して得られた複合分離膜をワインダーに巻き取った。   A dip-coated bath equipped with a guide roller is filled with the above-mentioned SPAE coating solution, the PPE porous support membrane is passed through it, coating is performed while pulling up at a speed of 3 m / min, and then vertical forced convection It was dried at a temperature of 150 ° C. in a drying oven. The composite separation membrane obtained after sufficient drying was wound on a winder.

得られた複合分離膜を50質量%エタノール水溶液に30分浸漬し、親水化処理を行った後、性能評価試験を行った。試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は72L/m/日、塩除去率は92.0%であった。The obtained composite separation membrane was immersed in a 50% by mass aqueous ethanol solution for 30 minutes to perform a hydrophilization treatment, and then a performance evaluation test was performed. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 72 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 92.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約300nmであった。TEM観察の結果、分離層断面内にミクロ相分離構造が発現していることが確認された。得られた複合分離膜の膜断面のSEM像、膜断面外層部の拡大SEM像、膜表面の拡大SEM像をそれぞれ図3〜5に示す。分離層断面内に形成されたミクロ相分離構造のTEM像を図6(a)に示す。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 300 nm. As a result of TEM observation, it was confirmed that a microphase separation structure was developed in the separation layer cross section. The SEM image of the cross section of the obtained composite separation membrane, the enlarged SEM image of the outer layer portion of the membrane cross section, and the enlarged SEM image of the membrane surface are respectively shown in FIGS. A TEM image of the microphase separation structure formed in the separation layer cross section is shown in FIG. 6 (a).

<実施例2>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜は、実施例1と同一のものを用いた。
Example 2
(Preparation of porous support membrane)
The porous support membrane was the same as in Example 1.

(SPAEブロック共重合体の作製)
重合時の原料仕込み量を変更し、親水性オリゴマーの分子量3,000、疎水性オリゴマーの分子量3,000としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、SPAEブロック共重合体を得た。IEC=2.0meq./g、対数粘度は1.92dL/gであった。
(Preparation of SPAE block copolymer)
An SPAE block copolymer was obtained by the same method as Example 1, except that the raw material preparation amount at the time of polymerization was changed, and the molecular weight of the hydrophilic oligomer was 3,000 and the molecular weight of the hydrophobic oligomer was 3,000. . IEC = 2.0 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.92 dL / g.

得られたSPAEポリマーの溶解性は実施例1と同様であり、溶媒群2の溶媒には溶解性を示さなかった。一方、NMP/DMSO混合溶媒(重量比30/70)への溶解性は良好であり、これをコーティング溶媒として用いた。   The solubility of the obtained SPAE polymer was the same as in Example 1, and showed no solubility in the solvents of solvent group 2. On the other hand, the solubility in NMP / DMSO mixed solvent (weight ratio 30/70) was good, and this was used as a coating solvent.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は620L/m/日、塩除去率は54.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 1. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 620 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 54.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約250nmであった。またTEM観察の結果、分離層内にミクロ相分離構造が発現していることを確認できた。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 250 nm. Moreover, as a result of TEM observation, it could be confirmed that the microphase separation structure was expressed in the separation layer.

<実施例3>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜は、実施例1と同一のものを用いた。
Example 3
(Preparation of porous support membrane)
The porous support membrane was the same as in Example 1.

(SPAEブロック共重合体の作製)
重合時の原料仕込み量を変更し、親水性オリゴマーの分子量15,000、疎水性オリゴマーの分子量13,000としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、SPAEブロック共重合体を得た。IEC=1.9meq./g、対数粘度は2.03dL/gであった。
(Preparation of SPAE block copolymer)
An SPAE block copolymer was obtained by the same method as Example 1, except that the raw material preparation amount at the time of polymerization was changed, and the molecular weight of the hydrophilic oligomer was 15,000 and the molecular weight of the hydrophobic oligomer was 13,000. . IEC = 1.9 meq. / G, logarithmic viscosity was 2.03 dL / g.

得られたSPAEポリマーの溶解性は実施例1と同様であり、溶媒群2の溶媒には溶解性を示さなかった。一方、NMP/DMSO混合溶媒(重量比30/70)への溶解性は良好であり、これをコーティング溶媒として用いた。   The solubility of the obtained SPAE polymer was the same as in Example 1, and showed no solubility in the solvents of solvent group 2. On the other hand, the solubility in NMP / DMSO mixed solvent (weight ratio 30/70) was good, and this was used as a coating solvent.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は280L/m/日、塩除去率は73.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 1. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 280 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 73.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約300nmであった。またTEM観察の結果、分離層内にミクロ相分離構造が発現していることを確認できた。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 300 nm. Moreover, as a result of TEM observation, it could be confirmed that the microphase separation structure was expressed in the separation layer.

<実施例4>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜のポリマーとして実施例1と同様に、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製のポリフェニレンエーテルPX100L(以下、PPEと略す。)を準備した。PPEが18質量%となるように、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す。)を加えて混練しながら、130℃で溶解させて、均一な製膜原液を得た。
Example 4
(Preparation of porous support membrane)
As a polymer of the porous support membrane, a polyphenylene ether PX100L (hereinafter abbreviated as PPE) manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd. was prepared in the same manner as in Example 1. The mixture was dissolved at 130 ° C. while adding and kneading N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) so that PPE would be 18% by mass, and a uniform film-forming stock solution was obtained.

続いて、70℃に保温したガラス基板上に、50質量%のグリセリン水溶液を適度に含浸させたポリエステル抄紙(廣瀬製紙製05TH−60)を置き、その上から、70℃の製膜原液を均一にハンドコーターで塗布した。10秒程度の乾燥処理の後に、25℃の10質量%NMP水溶液の凝固浴中に浸漬して、平膜状の多孔性支持膜を得た。その後、水洗処理を行った。得られた膜のポリエステル抄紙部分を除くPPE多孔性支持膜の厚みは40μmであった。   Subsequently, on a glass substrate kept at 70 ° C., a polyester paper sheet (05 TH-60, manufactured by Ayase Paper Co., Ltd.) appropriately impregnated with 50% by mass glycerin aqueous solution is placed, and from above, the film forming solution at 70 ° C. is made uniform. Was coated with a hand coater. After drying treatment for about 10 seconds, it was immersed in a coagulation bath of 10% by mass NMP aqueous solution at 25 ° C. to obtain a flat porous support membrane. Thereafter, water washing treatment was performed. The thickness of the PPE porous support membrane excluding the polyester papermaking portion of the obtained membrane was 40 μm.

水洗されたPPE多孔性支持膜を50質量%のグリセリン水溶液に含浸させた後、50℃で一晩乾燥させて、目詰め処理された膜を得た。0.5MPaにおける純水透過性能は、12,000L/m/日であった。The water-washed PPE porous support membrane was impregnated with a 50% by mass aqueous glycerin solution, and then dried overnight at 50 ° C. to obtain a clogged membrane. The pure water permeation performance at 0.5 MPa was 12,000 L / m 2 / day.

(SPAEブロック共重合体の作製)
実施例1と同一の方法で、SPAEブロック共重合体を得た。親水オリゴマーの分子量は10,300、疎水性オリゴマーの分子量は14,500であった。IEC=1.3meq./g、対数粘度は1.90L/gであった。
(Preparation of SPAE block copolymer)
A SPAE block copolymer was obtained in the same manner as in Example 1. The molecular weight of the hydrophilic oligomer was 10,300, and the molecular weight of the hydrophobic oligomer was 14,500. IEC = 1.3 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.90 L / g.

(複合膜の作製)
コーティング溶媒として、NMP/DMSO混合溶媒(重量比30/70)を選択し、80℃で撹拌させながら溶解させ、1.0質量%濃度のコーティング溶液を得た。複合化は、30cm角の平膜状PPE多孔性支持膜の表面に対して、はけ塗りにより行った。コーティング溶液を塗布した後、90℃で30分間、熱風乾燥を行った。
(Preparation of composite membrane)
An NMP / DMSO mixed solvent (weight ratio 30/70) was selected as a coating solvent and dissolved while stirring at 80 ° C. to obtain a 1.0% by mass concentration coating solution. The complexing was performed by brushing on the surface of a flat membrane-like PPE porous support membrane of 30 cm square. After applying the coating solution, hot air drying was performed at 90 ° C. for 30 minutes.

得られた複合分離膜を50質量%エタノール水溶液に30分浸漬することで、親水化処理を行った後、性能評価試験を行った。平膜評価装置を用いたこと以外は、他の実施例と同様に、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの評価条件を用いたところ、透水性は100L/m/日、塩除去率は90.0%であった。The obtained composite separation membrane was subjected to a hydrophilization treatment by being immersed in a 50% by mass aqueous ethanol solution for 30 minutes, and then a performance evaluation test was performed. As with the other examples except that the flat membrane evaluation apparatus was used, when the evaluation conditions of test pressure 0.5 MPa and sodium chloride concentration 1500 mg / L were used, the water permeability was 100 L / m 2 / day, salt The removal rate was 90.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約200nmであった。またTEM観察の結果、分離層内にミクロ相分離構造が発現していることを確認できた。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 200 nm. Moreover, as a result of TEM observation, it could be confirmed that the microphase separation structure was expressed in the separation layer.

<実施例5>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜は、実施例1と同一のものを用いた。
Example 5
(Preparation of porous support membrane)
The porous support membrane was the same as in Example 1.

(SPAEブロック共重合体の作製)
実施例1〜4の疎水性オリゴマーにおけるDCBNモノマーを、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(以下DCDPSと略す)に変更した以外は、実施例1と同一の方法を用いて、下記の化学式(XV)で表される疎水性オリゴマーおよび化学式(II)で表される親水性オリゴマーを作製した。化学式(III)または(IV)の鎖延長剤のうちDFBを用いて、これらのオリゴマーを結合させたブロック共重合体を作製した。親水性オリゴマーの分子量は11,000、疎水性オリゴマーの分子量は15,000であった。IEC=1.2meq./g、対数粘度は1.70L/gであった。
(Preparation of SPAE block copolymer)
Using the same method as in Example 1, except that the DCBN monomer in the hydrophobic oligomers of Examples 1 to 4 was changed to 4,4′-dichlorodiphenyl sulfone (hereinafter abbreviated as DCDPS), the following chemical formula (XV) A hydrophobic oligomer represented by the formula (II) and a hydrophilic oligomer represented by the formula (II) were prepared. Among the chain extenders of formula (III) or (IV), DFB was used to prepare a block copolymer having these oligomers linked. The molecular weight of the hydrophilic oligomer was 11,000, and the molecular weight of the hydrophobic oligomer was 15,000. IEC = 1.2 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.70 L / g.

得られたSPAEポリマーの溶解性は実施例1〜4のポリマーと比較して、溶媒群1に対する溶解性が良好な傾向にあった。一方、溶媒群2の溶媒に対する溶解性は良好でなく、ジエチレングリコールなどに部分的に溶解する傾向はあったものの、白濁するため良好な溶解性を得ることはできなかった。DMSO溶媒をコーティング溶媒として用いた。   The solubility of the obtained SPAE polymer tended to be better in the solvent group 1 as compared with the polymers of Examples 1 to 4. On the other hand, the solubility of the solvent group 2 in the solvent was not good, and although there was a tendency to be partially dissolved in diethylene glycol etc., it became cloudy and could not obtain good solubility. DMSO solvent was used as a coating solvent.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は86L/m/日、塩除去率は90.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 1. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 86 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 90.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約300nmであった。またTEM観察の結果、分離層内にミクロ相分離構造が発現していることを確認できた。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 300 nm. Moreover, as a result of TEM observation, it could be confirmed that the microphase separation structure was expressed in the separation layer.

<比較例1>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜は、実施例1と同一のものを用いた。
Comparative Example 1
(Preparation of porous support membrane)
The porous support membrane was the same as in Example 1.

(SPAEランダム共重合体の作製)
下記の化学式(XVI)で表される疎水性セグメントと化学式(XVII)で表される親水性セグメントからなるSPAEランダム共重合を以下のように作製した。3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン2ナトリウム塩(S−DCDPS)、2,6−ジクロロベンゾニトリル(DCBN)、4,4’−ビフェノール(BP)、炭酸カリウム、およびモレキュラーシーブを四つ口フラスコに計り取り、窒素を流した。NMPを加えて、150℃で50分撹拌した後、反応温度を195℃〜200℃に上昇させて系の粘性が十分上がるのを目安に反応を続けた。その後、放冷し、放冷後、沈降しているモレキュラーシーブを除いて水中に沈殿させた。得られたポリマーは、沸騰水中で1時間洗浄した後、純水で丁寧に水洗することで、残留した炭酸カリウムを完全に除去した。その後、炭酸カリウムを除去した後のポリマーを乾燥させることによって、目的物であるSPAEランダム共重合体を得た。IEC=1.00meq./g、対数粘度1.40dL/gであった。
(Preparation of SPAE random copolymer)
A SPAE random copolymerization consisting of a hydrophobic segment represented by the following chemical formula (XVI) and a hydrophilic segment represented by the following chemical formula (XVII) was prepared as follows. 3,3'-disulfo-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone disodium salt (S-DCDPS), 2,6-dichlorobenzonitrile (DCBN), 4,4'-biphenol (BP), potassium carbonate, and molecular The sieve was weighed into a four-necked flask and flushed with nitrogen. After adding NMP and stirring at 150 ° C. for 50 minutes, the reaction temperature was raised to 195 ° C. to 200 ° C., and the reaction was continued with the viscosity of the system sufficiently rising as a standard. Thereafter, the resultant was allowed to cool, allowed to cool, and then precipitated in water except for the settling molecular sieve. The obtained polymer was washed in boiling water for 1 hour, and then carefully washed with pure water to completely remove remaining potassium carbonate. Thereafter, the polymer after removing potassium carbonate was dried to obtain a target SPAE random copolymer. IEC = 1.00 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.40 dL / g.

得られたSPAEランダム共重合体の溶解性は、実施例1のブロック共重合体よりも良好な傾向にあった。溶媒群2の溶媒には溶解性を示さなかった。DMSOをコーティング溶媒として用いた。   The solubility of the obtained SPAE random copolymer tended to be better than the block copolymer of Example 1. The solvent of the solvent group 2 showed no solubility. DMSO was used as a coating solvent.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は39L/m/日、塩除去率は89.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 1. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 39 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 89.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約250nmであった。また、TEM観察の結果、分離層内には、ミクロ相分離は発現していなかった。TEM観察例を図6(b)に示す。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 250 nm. Moreover, as a result of TEM observation, microphase separation did not occur in the separation layer. An example of TEM observation is shown in FIG.

<比較例2>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜は、実施例1と同一のものを用いた。
Comparative Example 2
(Preparation of porous support membrane)
The porous support membrane was the same as in Example 1.

(SPAEランダム共重合体の作製)
比較例1と同様な方法で、モノマーの仕込み比を変更することで、SPAEランダム共重合を得た。IEC=1.48meq./g、対数粘度1.42dL/gであった。
(Preparation of SPAE random copolymer)
In the same manner as in Comparative Example 1, SPAE random copolymerization was obtained by changing the monomer feed ratio. IEC = 1.48 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.42 dL / g.

得られたSPAEランダム共重合体の溶解性は、実施例1のブロック共重合体よりも良好な傾向にあった。溶媒群2の溶媒には溶解性を示さなかった。DMSOをコーティング溶媒として用いた。   The solubility of the obtained SPAE random copolymer tended to be better than the block copolymer of Example 1. The solvent of the solvent group 2 showed no solubility. DMSO was used as a coating solvent.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は230L/m/日、塩除去率は63.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 1. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 230 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 63.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約300nmであった。また、TEM観察の結果、分離層内には、ミクロ相分離は発現していなかった。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 300 nm. Moreover, as a result of TEM observation, microphase separation did not occur in the separation layer.

<比較例3>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜は、実施例1と同一のものを用いた。
Comparative Example 3
(Preparation of porous support membrane)
The porous support membrane was the same as in Example 1.

(SPAEランダム共重合体の作製)
比較例1と同様な方法で、モノマーの仕込み比を変更することで、SPAEランダム共重合体を得た。IEC=1.95meq./g、対数粘度1.32dL/gであった。
(Preparation of SPAE random copolymer)
A SPAE random copolymer was obtained by changing the monomer feed ratio in the same manner as in Comparative Example 1. IEC = 1.95 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.32 dL / g.

得られたSPAEランダム共重合体の溶解性は、実施例1のブロック共重合体よりも良好な傾向にあった。溶媒群2の溶媒には溶解性を示さなかった。DMSOをコーティング溶媒として用いた。   The solubility of the obtained SPAE random copolymer tended to be better than the block copolymer of Example 1. The solvent of the solvent group 2 showed no solubility. DMSO was used as a coating solvent.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は500L/m/日、塩除去率は51.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 1. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 500 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 51.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約300nmであった。また、TEM観察の結果、分離層内には、ミクロ相分離は発現していなかった。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 300 nm. Moreover, as a result of TEM observation, microphase separation did not occur in the separation layer.

<比較例4>
(多孔性支持膜の作製)
実施例4と同一の平膜を支持膜として用いた。
Comparative Example 4
(Preparation of porous support membrane)
The same flat membrane as in Example 4 was used as a support membrane.

(SPAEランダム共重合体の作製)
比較例1と同一のSPAEランダム共重合を用いた。IEC=1.00meq./g、対数粘度1.40dL/gであった。
(Preparation of SPAE random copolymer)
The same SPAE random copolymerization as in Comparative Example 1 was used. IEC = 1.00 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.40 dL / g.

(複合膜の作製)
実施例4と同じ方法で、複合分離膜を作製した。性能評価試験を行ったところ、試験圧力0.5MPa、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの条件において、透水性は54L/m/日、塩除去率は84.0%であった。
(Preparation of composite membrane)
A composite separation membrane was produced in the same manner as in Example 4. A performance evaluation test was conducted. Under the conditions of a test pressure of 0.5 MPa and a sodium chloride concentration of 1500 mg / L, the water permeability was 54 L / m 2 / day, and the salt removal rate was 84.0%.

SEM観察の結果、得られた複合分離膜におけるSPAE分離層の厚さは約300nmであった。また、TEM観察の結果、分離層内には、ミクロ相分離は発現していなかった。   As a result of SEM observation, the thickness of the SPAE separation layer in the obtained composite separation membrane was about 300 nm. Moreover, as a result of TEM observation, microphase separation did not occur in the separation layer.

<比較例5>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜のポリマーとして、住友化学株式会社製のポリエーテルスルホン5200P(以下、PESと略す。)を準備した。PESを20質量%として、NMPを加えて混練しながら、120℃で溶解させて、均一な製膜原液を得た。
Comparative Example 5
(Preparation of porous support membrane)
As a polymer of the porous support membrane, polyethersulfone 5200P (hereinafter abbreviated as PES) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was prepared. The PES was dissolved at 120 ° C. with 20% by mass of NMP added and kneaded to obtain a uniform film-forming solution.

続いて、製膜原液を60℃の温度に保ちながら、二重円筒管ノズルより、中空糸膜形状に押出しながら、内液として70質量%NMP水溶液を同時に押出して成形させ、常温の空気中を空走させて、蒸発処理を行ったあと、30質量%NMP水溶液を満たした30℃の凝固浴に浸漬させ、PES多孔性支持膜を作製した後、水洗処理を行った。   Subsequently, while maintaining the film-forming stock solution at a temperature of 60 ° C., while extruding into a hollow fiber membrane shape from a double cylindrical tube nozzle, a 70 mass% NMP aqueous solution as an inner liquid is simultaneously extruded and molded, After free running and evaporation treatment, the film was immersed in a 30 ° C. coagulation bath filled with a 30% by mass aqueous NMP solution to prepare a PES porous support membrane, followed by water washing treatment.

水洗されたPES多孔性支持膜を50質量%のグリセリン水溶液に含浸させた後、50℃で一晩乾燥させて、目詰め処理された膜を得た。   The water-washed PES porous support membrane was impregnated with a 50% by mass aqueous glycerin solution, and then dried overnight at 50 ° C. to obtain a clogged membrane.

得られたPES多孔性支持膜の外径は250μm、膜厚は55μmであった。純水透過試験を行ったところ、純水性は0.5MPaの試験圧力において、9200L/m/日であった。The outer diameter of the obtained PES porous support membrane was 250 μm, and the film thickness was 55 μm. When the pure water permeation test was performed, the pure water property was 9200 L / m 2 / day at a test pressure of 0.5 MPa.

(SPAEブロック共重合体の作製)
実施例1と同一のSPAEブロック共重合体を用いた。IEC=1.30meq./g、対数粘度は1.90dL/gであった。
(Preparation of SPAE block copolymer)
The same SPAE block copolymer as in Example 1 was used. IEC = 1.30 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.90 dL / g.

上記のSPAEポリマーのコーティング溶媒として、NMP/DMSO混合溶媒(重量比30/70)を用いた。   An NMP / DMSO mixed solvent (weight ratio 30/70) was used as a coating solvent for the above-mentioned SPAE polymer.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製したが、PES支持膜へコーティング溶液を塗布・加熱すると、支持膜が溶解して糸切れを起こしたため、複合分離膜を得ることができなかった。
(Preparation of composite membrane)
The composite separation membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, when the coating solution was applied to the PES support membrane and heated, the support membrane dissolved and thread breakage occurred, so that the composite separation membrane could not be obtained. .

<比較例6>
(多孔性支持膜の作製)
多孔性支持膜のポリマーとして、アルケマ株式会社製のポリフッ化ビニリデンkynar301F(以下、PVDFと略す。)を用意した。PVDFを20質量%として、NMPを加えて混練しながら、120℃で溶解させて、均一な製膜原液を得た。
Comparative Example 6
(Preparation of porous support membrane)
As a polymer of the porous support membrane, polyvinylidene fluoride kynar 301F (hereinafter abbreviated as PVDF) manufactured by Arkema Co., Ltd. was prepared. PVDF was made into 20 mass%, and NMP was added and it knead | mixed, it was made to melt | dissolve at 120 degreeC, and the uniform film forming undiluted | stock solution was obtained.

続いて、製膜原液を80℃の温度に保ちながら、二重円筒管ノズルより、中空糸膜形状に押出しながら、内液として70質量%NMP水溶液を同時に押出して成形させ、常温の空気中を空走させて、蒸発処理を行ったあと、30質量%NMP水溶液を満たした30℃の凝固浴に浸漬させ、PVDF多孔性支持膜を作製した後、水洗処理を行った。   Subsequently, while maintaining the film-forming solution at a temperature of 80 ° C., a 70% by mass aqueous solution of NMP as an inner liquid is simultaneously extruded and molded while being extruded from a double cylindrical tube nozzle into a hollow fiber membrane shape. After free running and evaporation treatment, it was immersed in a 30 ° C. coagulation bath filled with a 30% by mass aqueous NMP solution to prepare a PVDF porous support membrane, followed by water washing treatment.

水洗されたPVDF多孔性支持膜を50質量%のグリセリン水溶液に含浸させた後、50℃で一晩乾燥させて、目詰め処理された膜を得た。   The water-washed PVDF porous support membrane was impregnated with a 50% by mass aqueous glycerin solution, and then dried overnight at 50 ° C. to obtain a clogged membrane.

得られたPVDF多孔性支持膜の外径は260μm、膜厚は50μmであった。純水透過試験を行ったところ、純水性は0.5MPaの試験圧力において、5000L/m/日であった。The outer diameter of the obtained PVDF porous support membrane was 260 μm, and the film thickness was 50 μm. When the pure water permeation test was conducted, the pure water property was 5000 L / m 2 / day at a test pressure of 0.5 MPa.

(SPAEブロック共重合体の作製)
実施例1と同一のSPAEブロック共重合体を用いた。IEC=1.30meq./g、対数粘度は1.90dL/gであった。
(Preparation of SPAE block copolymer)
The same SPAE block copolymer as in Example 1 was used. IEC = 1.30 meq. / G, logarithmic viscosity was 1.90 dL / g.

上記のSPAEポリマーのコーティング溶媒として、NMP/DMSO混合溶媒(重量比30/70)を用いた。   An NMP / DMSO mixed solvent (weight ratio 30/70) was used as a coating solvent for the above-mentioned SPAE polymer.

(複合膜の作製)
実施例1と同じ方法で、複合分離膜を作製したが、PVDF支持膜へコーティング溶液を塗布・加熱すると、比較例4のPES支持膜と同様に、著しく膨潤して糸切れを起こしたため、複合分離膜を得ることができなかった。
(Preparation of composite membrane)
The composite separation membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, when the coating solution was applied to the PVDF support membrane and heated, the composite membrane significantly swelled to cause thread breakage, similarly to the PES support membrane of Comparative Example 4. A separation membrane could not be obtained.

<SPAEブロック共重合体の評価方法>
SPAEブロック共重合体について、オリゴマーの分子量評価、鎖延長剤による末端修飾の評価、イオン交換容量(IEC)および対数粘度は以下のように評価した。
<Evaluation method of SPAE block copolymer>
For SPAE block copolymers, molecular weight evaluation of oligomers, evaluation of end modification with chain extender, ion exchange capacity (IEC) and logarithmic viscosity were evaluated as follows.

(対数粘度)
十分真空乾燥したポリマー粉末を0.5g/dLの濃度でN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、30℃の恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行い、対数粘度(ln[ta/tb])/cを用いて評価した(taは試料溶液の落下秒数、tbは溶媒のみの落下秒数、cはポリマー濃度を表す)。
(Logarithmic viscosity)
The sufficiently vacuum-dried polymer powder is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone at a concentration of 0.5 g / dL, viscosity is measured using a Ubbelohde viscometer in a thermostat at 30 ° C., and logarithmic viscosity (ln Evaluation was made using ta / tb]) / c (where ta represents the number of seconds of drop of the sample solution, tb represents the number of seconds of drop of the solvent alone, and c represents the polymer concentration).

(イオン交換容量,IEC)
十分乾燥して微粉末化したポリマー100mgを、2Mの硫酸水溶液300mL中で一晩撹拌させて、スルホン酸基の対イオンをプロトンに置換した。その後、十分水洗、真空乾燥して得られたポリマー100mgを、0.01NのNaOH水溶液50mlに浸漬し、25℃で一晩攪拌した。その後、0.05NのHCl水溶液で中和滴定した。中和滴定には、平沼産業(株)製、電位差滴定装置COMTITE−980を用いた。イオン交換当量は下記式で計算して求めた。
イオン交換容量[meq/g]=(10−滴定量[ml])/2
(Ion exchange capacity, IEC)
100 mg of the sufficiently dried micronized polymer was allowed to stir overnight in 300 mL of 2 M aqueous sulfuric acid to replace the counter ion of the sulfonic acid group with a proton. Thereafter, 100 mg of the polymer obtained by sufficient washing with water and vacuum drying was immersed in 50 ml of 0.01 N aqueous NaOH solution and stirred overnight at 25 ° C. Thereafter, neutralization titration was performed with a 0.05 N aqueous HCl solution. A potentiometric titrator COMTITE-980 manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd. was used for neutralization titration. The ion exchange equivalent was calculated by the following equation.
Ion exchange capacity [meq / g] = (10-titrated quantity [ml]) / 2

(1H−NMR測定)
ポリマー(スルホン酸基の対イオンはNaもしくはK塩)を溶媒に溶解し、VARIAN社製UNITY−500を用いて1H−NMRを室温で実施した。溶媒にはN−メチル−2−ピロリドンと重ジメチルスルホキシドの混合溶媒(体積比80対20)を用いた。親水性オリゴマー及び疎水性オリゴマーの分子量は、末端基由来のピークと骨格部分のピークのそれぞれの積分比から、数平均分子量を求めた。例えば、上記実施例1の疎水性オリゴマーは、ビフェニル構造におけるエーテル結合のオルト位のプロトンのピークは、末端基由来のものは6.8〜6.9ppmに検出され、骨格中のものは7.3ppmに検出されるので、これらのピークの積分比から数平均分子量を求めた。疎水性オリゴマー分子の両末端がDFB修飾されたことは、未修飾の疎水性オリゴマーの末端基由来のピークが完全に消えていることから確認した。一方、実施例1の親水性オリゴマーは、ビフェニル構造におけるエーテル結合のオルト位のプロトンのピークは、末端基由来(フェノール性水酸基のオルト位)のものは6.8ppmに、骨格中のもの(ただし、メタ位)は7.7ppmに、それぞれ検出されるので、これらのピークの積分比から数平均分子量を求めた。
(1H-NMR measurement)
The polymer (counter ion of sulfonic acid group is Na or K salt) was dissolved in a solvent, and 1 H-NMR was performed at room temperature using UNITY-500 manufactured by VARIAN. As a solvent, a mixed solvent of N-methyl-2-pyrrolidone and heavy dimethyl sulfoxide (volume ratio 80 to 20) was used. The molecular weight of the hydrophilic oligomer and the hydrophobic oligomer was obtained by calculating the number average molecular weight from the integral ratio of the peak derived from the end group and the peak of the backbone portion. For example, in the hydrophobic oligomer of Example 1 above, the peak of the proton at the ortho position of the ether bond in the biphenyl structure is detected at 6.8 to 6.9 ppm from the end group and in the skeleton is 7. Since it was detected at 3 ppm, the number average molecular weight was determined from the integral ratio of these peaks. The fact that both ends of the hydrophobic oligomer molecule were modified with DFB was confirmed from the fact that the peaks derived from the end groups of the unmodified hydrophobic oligomer completely disappeared. On the other hand, in the hydrophilic oligomer of Example 1, the peak of the proton at the ortho position of the ether bond in the biphenyl structure is 6.8 ppm in the skeleton derived from the end group (the ortho position of the phenolic hydroxyl group) Since the meta position is detected at 7.7 ppm, respectively, the number average molecular weight was determined from the integral ratio of these peaks.

<複合分離膜の評価方法>
上記のようにして作製された実施例1〜5および比較例1〜4の複合分離膜について、以下の方法で、膜形状の評価、分離層の厚み評価、分離性能および透過性能の評価を行なった。
<Evaluation method of composite separation membrane>
With respect to the composite separation membranes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 prepared as described above, the evaluation of the membrane shape, the thickness evaluation of the separation layer, the separation performance and the permeation performance are performed by the following method. The

(多孔性支持膜の形状)
実施例1〜3、5および比較例1〜3、5の多孔性支持膜サンプル(中空糸)の形状評価は以下の方法で行った。3mmφの孔を空けた2mm厚のSUS板の孔に、適量の中空糸束を詰め、カミソリ刃でカットして断面を露出させた後、Nikon製の顕微鏡(ECLIPSE LV100)およびNikon製の画像処理装置(DIGITAL SIGHT DS−U2)およびCCDカメラ(DS−Ri1)を用いて、断面の形状を撮影し、画像解析ソフト(NIS Element D3.00 SP6)により、中空糸膜断面の外径および内径を、該解析ソフトの計測機能を用いて測定することで中空糸膜の外径および内径および厚みを算出した。実施例4および比較例4の多孔性支持膜サンプル(平膜)の形状評価は、含水状態のサンプルを液体窒素で凍結させ、割断し、風乾させて、その割断面にPtをスパッタリングさせて、(株)日立製作所製の走査型電子顕微鏡S−4500を用いて、加速電圧5kVで観察し、ポリエステル不織布部分を除く、多孔性支持膜の厚みを計測した。
(Shape of porous support membrane)
Shape evaluation of the porous support membrane sample (hollow fiber) of Examples 1-3, 5 and Comparative Examples 1-3, 5 was performed by the following method. An appropriate amount of hollow fiber bundle is packed in a hole of a 2 mm thick SUS plate with a hole of 3 mm diameter, cut with a razor blade to expose a cross section, and then Nikon microscope (ECLIPSE LV100) and Nikon image processing Using a device (DIGITAL SIGHT DS-U2) and a CCD camera (DS-Ri1), capture the shape of the cross section, and use the image analysis software (NIS Element D3.00 SP6) to measure the outer diameter and the inner diameter of the hollow fiber cross section. The outer diameter, the inner diameter and the thickness of the hollow fiber membrane were calculated by measurement using the measurement function of the analysis software. The shape evaluation of the porous support membrane sample (flat membrane) of Example 4 and Comparative Example 4 was carried out by freezing the water-containing sample with liquid nitrogen, cleaving it, and air-drying it to sputter Pt on its fractured surface. Using a scanning electron microscope S-4500 manufactured by Hitachi, Ltd., observation was performed at an acceleration voltage of 5 kV, and the thickness of the porous support film was measured excluding the polyester non-woven fabric portion.

(複合分離膜サンプルの分離層の厚み)
実施例1〜5および比較例1〜4の複合分離膜を50質量%エタノール水溶液で親水化処理した後、水に浸漬したものを液体窒素で凍結させ、割断し、風乾させて、その割断面にPtをスパッタリングさせて、(株)日立製作所製の走査型電子顕微鏡S−4500を用いて、加速電圧5kVで観察した(SEM観察)。
(Thickness of separation layer of composite separation membrane sample)
After subjecting the composite separation membranes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 to a hydrophilization treatment with a 50% by mass ethanol aqueous solution, those immersed in water are frozen with liquid nitrogen, cut, and air dried. Pt was sputtered onto the substrate, and observation was performed at an acceleration voltage of 5 kV using a scanning electron microscope S-4500 manufactured by Hitachi, Ltd. (SEM observation).

(分離層中のミクロ相分離構造の観察)
実施例1〜5および比較例1〜4の複合分離膜を、金属塩を含んだ液相中で電子染色した後、エポキシ樹脂に包埋した。包埋した試料を、ウルトラミクロトームを用いて超薄切片とし、カーボン蒸着を施した。TEM観察には、日本電子製JEM−2100透過電子顕微鏡を使用し、観察条件は、加速電圧200kV、直接倍率20,000倍で行った。
(Observation of micro phase separation structure in separated layer)
The composite separation membranes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were electrostained in a liquid phase containing a metal salt, and then embedded in an epoxy resin. The embedded samples were made into ultra-thin sections using an ultramicrotome and subjected to carbon deposition. For TEM observation, a JEM-2100 transmission electron microscope manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd. was used, and the observation conditions were: acceleration voltage: 200 kV, direct magnification: 20,000 times.

(複合分離膜の分離性能および透過性能)
実施例1〜3、5および比較例1〜3、5の中空糸膜を束ねて、プラスチック製スリーブに挿入した後、熱硬化性樹脂をスリーブに注入し、硬化させ封止した。熱硬化性樹脂で硬化させた中空糸膜の端部を切断することで中空糸膜の開口面を得て、評価用モジュールを作製した。この評価用モジュールを供給水タンク、ポンプからなる中空糸膜性能試験装置に接続し、性能評価した。実施例4および比較例4の平膜は、上記と同様、供給水タンク、ポンプの構成からなる平膜性能評価装置に設置し、性能評価した。評価条件は、塩化ナトリウム濃度1500mg/Lの供給水溶液を、25℃、圧力0.5MPaで約30〜1時間運転させ、その後、膜からの透過水を採取して、電子天秤(島津製作所 LIBROR EB−3200D)で透過水重量を測定した。透過水重量は、下記式にて25℃の透過水量に換算した。
透過水量(L)=透過水重量(kg)/0.99704(kg/L)
透水性(FR)は下記式より算出した。
FR[L/m/日]=透過水量[L]/膜面積[m]/採取時間[分]×(60[分]×24[時間])
(Separation performance and permeation performance of composite separation membrane)
After bundling the hollow fiber membranes of Examples 1 to 3 and 5 and Comparative Examples 1 to 3 and inserting them into a plastic sleeve, a thermosetting resin was injected into the sleeve, cured and sealed. The open end of the hollow fiber membrane was obtained by cutting the end of the hollow fiber membrane cured with a thermosetting resin, and a module for evaluation was produced. This evaluation module was connected to a hollow fiber membrane performance test device consisting of a feed water tank and a pump, and the performance was evaluated. The flat membranes of Example 4 and Comparative Example 4 were installed in the flat membrane performance evaluation device having the constitution of the feed water tank and the pump in the same manner as described above, and the performance was evaluated. As the evaluation conditions, a feed aqueous solution having a sodium chloride concentration of 1500 mg / L is operated at 25 ° C. and a pressure of 0.5 MPa for about 30 to 1 hour, and then the permeated water from the membrane is collected and an electronic balance (Shimadzu LIBROR EB The permeated water weight was measured at -3200D). The permeated water weight was converted to a permeated water amount of 25 ° C. according to the following equation.
Permeate flow rate (L) = Permeate water weight (kg) / 0.99704 (kg / L)
Permeability (FR) was calculated from the following equation.
FR [L / m 2 / day] = amount of permeated water [L] / membrane area [m 2 ] / collection time [minutes] × (60 [minutes] × 24 [hours])

前記透水性測定で採取した膜透過水と、同じく透水性の測定で使用した塩化ナトリウム濃度1500mg/L供給水溶液を電気伝導率計(東亜ディーケーケー社CM−25R)を用いて塩化ナトリウム濃度を測定した。
塩除去率は下記式より算出した。
塩除去率[%]=(1−膜透過水塩濃度[mg/L]/供給水溶液塩濃度[mg/L])×100
The sodium chloride concentration was measured using an electric conductivity meter (CM-25R manufactured by Toa DK Co., Ltd.) and the sodium chloride concentration 1500 mg / L supplied aqueous solution similarly used in the measurement of water permeability and the permeated water collected by the water permeability measurement. .
The salt removal rate was calculated by the following equation.
Salt removal rate [%] = (1− permeating water salt concentration [mg / L] / supply aqueous solution salt concentration [mg / L]) × 100

本発明の複合分離膜は、耐薬品性に優れる素材を使用しながら、塩除去性と透水性を高いレベルで長期間維持できるので、ナノろ過処理および逆浸透処理に極めて有用である。   The composite separation membrane of the present invention is extremely useful for nanofiltration treatment and reverse osmosis treatment because it can maintain salt removal property and water permeability at a high level for a long time while using a material having excellent chemical resistance.

1 SPAEブロック共重合体からなる分離層
2 PPEからなる多孔性支持膜
3 不織布
4 分離層内のミクロ相分離構造
1 Separated layer 2 made of SPAE block copolymer 2 Porous support film made of PPE 3 Non-woven fabric 4 Microphase separated structure in separated layer

Claims (5)

多孔性支持膜の表面に厚さ5nm以上1μm以下の分離層を有する複合分離膜であって、前記多孔性支持膜がポリフェニレンエーテルから構成され、前記分離層が、数平均分子量1000以上の疎水性オリゴマー成分と、数平均分子量1000以上の親水性オリゴマー成分と、前記2つのオリゴマー成分を結合する鎖延長剤成分、から構成されるスルホン化ポリアリーレンエーテルのマルチブロック共重合体を含む複合分離膜であり、前記共重合体は、下記の化学式(I)または(XV)で表される疎水性セグメントの繰返し構造である疎水性オリゴマー成分、と化学式(II)で表される親水性セグメントの繰返し構造である親水性オリゴマー成分、とを化学式(III)で表される鎖延長剤成分、によって結合されてなり、前記共重合体が、溶媒群1に溶解することを特徴とするナノ濾過用または浸透処理用の複合分離膜。
溶媒群1:N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン




ただし、鎖延長剤成分同士が連続して2個以上連なることはなく、
mおよびnはそれぞれ1以上の自然数を表し、R およびR は、−SO Mあるいは−SO Hを表し、Mは金属元素を表し、前記ポリマー中のスルホン酸基含有量の指標であるイオン交換容量IECが0.3〜4.0meq./gの範囲である
A composite separation membrane having a separation layer with a thickness of 5 nm or more and 1 μm or less on the surface of a porous support membrane, wherein the porous support membrane is composed of polyphenylene ether, and the separation layer has a number average molecular weight of 1,000 or more. A composite separation membrane comprising a multiblock copolymer of a sulfonated polyarylene ether composed of an oligomer component, a hydrophilic oligomer component having a number average molecular weight of 1000 or more, and a chain extender component that combines the two oligomer components. And the copolymer is a hydrophobic oligomer component which is a repeating structure of a hydrophobic segment represented by the following chemical formula (I) or (XV), and a repeating structure of a hydrophilic segment represented by a chemical formula (II) in a hydrophilic oligomer component, it is coupled by a chain extender component, of formula (III) the capital, the copolymer , Nanofiltration or for composite separator for infiltration, which comprises dissolving in the solvent group 1.
Solvent group 1: N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone




However, two or more chain extender components are not connected in succession,
m and n each represent a natural number of 1 or more, R 1 and R 2 each represent -SO 3 M or -SO 3 H, M represents a metal element, and is an index of sulfonic acid group content in the polymer An ion exchange capacity IEC is in the range of 0.3 to 4.0 meq./g
前記スルホン化ポリアリーレンエーテルのマルチブロック共重合体は、スルホン酸基を有する親水性オリゴマーと、スルホン酸基を有しない疎水性オリゴマーとを、鎖延長剤により結合して得られるポリマーである、請求項1に記載の複合分離膜。The multiblock copolymer of the sulfonated polyarylene ether is a polymer obtained by combining a hydrophilic oligomer having a sulfonic acid group with a hydrophobic oligomer having no sulfonic acid group by a chain extender. The composite separation membrane according to Item 1. 多孔性支持膜中のポリフェニレンエーテルの含有割合が80質量%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の複合分離膜。 The composite separation membrane according to claim 1 or 2 , wherein the content of polyphenylene ether in the porous support membrane is 80% by mass or more. ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、およびγ−ブチロラクトンから選択される少なくとも1種を含む非プロトン性極性溶媒に、スルホン化ポリアリーレンエーテルのマルチブロック共重合体を溶解して得られるコーティング溶液を、ポリフェニレンエーテルから構成される多孔性支持膜の表面に塗布した後、塗布表面を乾燥処理することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の複合分離膜の製造方法。 A sulfonated polyarylene ether in an aprotic polar solvent containing at least one selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and γ-butyrolactone of the coating solution obtained by dissolving the multiblock copolymer was applied to the surface of the formed porous support membrane polyphenylene ether according to claim 1 to 3, characterized in that the drying process the coating surface The manufacturing method of the composite separation membrane in any one. アルコール、アルキレンジオールあるいはトリオール、アルキレングリコールアルキルエーテル、水からなる群から選ばれる1種以上を前記多孔性支持膜に含浸させた後、前記コーティング溶液を塗布する、請求項4に記載の複合分離膜の製造方法。The composite separation membrane according to claim 4, wherein the coating solution is applied after the porous support membrane is impregnated with one or more selected from the group consisting of alcohol, alkylene diol or triol, alkylene glycol alkyl ether, and water. Manufacturing method.
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