JP7474431B2 - 分離膜用不織布及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の分離膜用不織布基材の一態様は、2層以上からなる分離膜用不織布において、製膜用塗布溶液を含侵した時のラプラス力が大きい表面層と、ラプラス力が小さい裏面層及び任意的な中間層を有し、製膜時の塗布溶液の塗布面が前記表面層の面であることを特徴とする。
本発明の分離膜用不織布基材の別の態様は、2層以上からなる分離膜用不織布において、製膜用塗布溶液の塗布面を有する表面層と、裏面層及び任意的な中間層を有し、前記表面層は、その下に位置する裏面層もしくは任意的な中間層よりも平均細孔径が小さく、前記表面層の平均細孔径と前記裏面層もしくは任意的な中間層の平均細孔径の差が0.5μm以上であることを特徴とする。
本発明の分離膜用不織布基材において、前記表面層は、繊維径の小さい1種以上の細繊維と前記細繊維よりも繊維径の大きい1種以上の太繊維から構成され、前記裏面層及び任意的な中間層は、実質的に前記太繊維のみからなる部分を含んで構成されても良い。
本発明の分離膜用不織布基材において、前記細繊維の繊維径は0.01dtex以上0.5dtex以下の範囲であり、前記太繊維の繊維径は0.5dtex超10dtex以下の範囲であっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材において、前記細繊維の繊維径は0.05dtex以上0.5dtex以下の範囲であり、前記太繊維の繊維径は0.5dtex超3.5dtex以下の範囲であっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材において、前記不織布の厚さは30~300μmの範囲であり、前記表面層と前記裏面層及び任意的な中間層の厚さ方向の構成比(表面層の厚みと裏面層及び任意的な中間層の厚みの比)が1:9~9:1であっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材において、前記表面層、裏面層及び任意的な中間層を構成する繊維が層間で連続的に絡み合ってなる部分を含んでなっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材において、前記不織布の材質はポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリプロピレンとポリエチレンの複合素材(PP/PE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)及びこれらの混合物からなる群より選択される1以上の材質であっても良い。ここで、前記表面層、裏面層及び任意的な中間層の材質は同じであっても良く、互いに異なっていても良い。
本発明の分離膜用不織布基材において、不織布の濡れ性をコントロールする表面処理が施されてなっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材の製造方法において、前記表面層用の繊維分散液は、繊維径が0.01dtex以上0.5dtex以下の範囲の細繊維を1~50wt%、繊維径が0.5dtex超10dtex以下の範囲の太繊維を50~99wt%の割合で水中に分散させたものであり、前記裏面層用の繊維分散液及び任意的な中間層用の繊維分散液は、繊維径が0.5dtex超10dtex以下の範囲の太繊維を100wt%の割合で水中に分散させたものであり、前記細繊維及び前記太繊維の繊維長は1~10mmの範囲であっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材の製造方法において、前記表面層用の繊維分散液は、繊維径が0.05dtex以上0.5dtex以下の範囲の細繊維を5~50wt%、繊維径が0.5dtex超3.5dtex以下の範囲の太繊維を50~95wt%の割合で水中に分散させたものであり、前記裏面層用の繊維分散液及び任意的な中間層用の繊維分散液は、繊維径が0.5dtex超3.5dtex以下の範囲の太繊維を100wt%の割合で水中に分散させたものであっても良い。
本発明の分離膜用不織布基材の製造方法において、前記抄紙することによって得られた不織布に表面処理を施して不織布の濡れ性をコントロールすることをさらに含んでも良い。
また、本発明の別の態様に係る分離膜用不織布基材によれば、2層以上からなる分離膜用不織布において、製膜用塗布溶液の塗布面を有する表面層と、裏面層及び任意的な中間層を有し、前記表面層は、その下に位置する裏面層もしくは任意的な中間層よりも平均細孔径が小さく、前記表面層の平均細孔径と前記裏面層もしくは任意的な中間層の平均細孔径の差が0.5μm以上であることにより、これまでトレードオフの関係にあった塗布樹脂の裏抜け防止、及び製造される分離膜の高い透水性の二つを両立することができる。
より具体的には、本発明の分離膜用不織布基材では、樹脂溶液の塗布面側の表面層に、繊維径の小さい1種以上の細繊維が組み込まれていることで、表面層が大きなラプラス力を発揮し、また、表面層の平均細孔径がその下に位置する裏面層もしくは任意的な中間層の平均細孔径よりも0.5μm以上小さくなり、塗布樹脂が実質的に表面層域のみに浸み込むことで、塗布面の上(表面層の面上)に樹脂溶液を残すことができ、非溶媒誘起相分離による溶媒交換が容易になり、高性能の分離膜を作製することができる。また、裏面層及び任意的な中間層が、実質的に、細繊維よりも繊維径の大きい1種以上の太繊維のみからなる部分を含んで構成されていることで、樹脂溶液の裏抜けを防ぐことが可能であり、樹脂溶液の塗布工程における分離膜へのピンホール等の欠陥の発生を抑えることができる。
ΔP=2γ/R (式1)
図5に模式的に示したように2つの円網抄紙機を連結させた製造装置を用いて不織布を作製した。いずれも繊維長が3~5mmのPETショートカットファイバーを用いて、第1の円網抄紙機には延伸繊維0.1dtex 10wt%、延伸繊維0.6dtex 30wt%、延伸繊維1.2dtex 60wt%からなる繊維分散液を入れ、第2の円網抄紙機には延伸繊維0.6dtex 40wt%、延伸繊維1.2dtex 60wt%からなる繊維分散液を入れ、40g/m2の坪量で第1の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って表面層を抄紙し、次いで、40g/m2の坪量で第2の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って裏面層を抄紙し、表面層及び裏面層を湿紙状態で重ね合わせた(抄紙工程)。次いで、ヤンキードライヤにより135℃で乾燥・圧縮を行いシート状にした(脱水工程)。その後、ソフトニップ式のカレンダー装置にて260℃で加熱・圧縮し(熱処理工程)、巻き取り工程を経て、実施例1の不織布を得た。これを不織布(1)と呼ぶ。不織布(1)の物性は、坪量80g/m2、厚さ115μm、密度0.71g/cm3、引張強度(縦方向、MD:machine direction)103.3N/15mm、引張強度(横方向、CD:cross direction)67.4N/15mm、通気度1.84cm3/cm2・s、平均細孔径6.05μmであった。
実施例1と同様の構成の製造装置を用いて、50g/m2の坪量で第1の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って表面層を抄紙し、次いで、30g/m2の坪量で第2の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って裏面層を抄紙したこと以外は実施例1と同様の製造工程により、実施例2の不織布を得た。これを不織布(2)と呼ぶ。不織布(2)の物性は、坪量80g/m2、厚さ120μm、密度0.68g/cm3、引張強度(MD)97.3N/15mm、引張強度(CD)63.0N/15mm、通気度1.85cm3/cm2・s、平均細孔径5.79μmであった。
実施例1と同様の構成の製造装置を用いて、60g/m2の坪量で第1の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って表面層を抄紙し、次いで、裏面層として20g/m2の坪量で第2の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って裏面層を抄紙したこと以外は実施例1と同様の製造工程により、実施例3の不織布を得た。これを不織布(3)と呼ぶ。不織布(3)の物性は、坪量80g/m2、厚さ126μm、密度0.69g/cm3、引張強度(MD)94.5N/15mm、引張強度(CD)72.0N/15mm、通気度1.64cm3/cm2・s、平均細孔径5.56μmであった。
実施例1~3で作製した不織布(1)~(3)をそれぞれA4サイズに切り取り、その片面(表面層の面、又は、裏面層の面)にポリエーテルスルホン(PES)を塗布し、水に浸して非溶媒誘起相分離を行うことで、非対称膜(この場合は、限外濾過膜)を作製した。
実施例5では、実施例3で作製した不織布(3)を用いて、表面層の面にPESを塗布することで、非対称膜(この場合は、限外濾過膜)を作製した。用いた不織布(3)のサイズは、幅50cmであり、長さ200mである。
実施例6では、本発明の不織布の特性を分析するために、実施例1で作製した不織布(1)に撥水加工を施して、水の吸引ろ過試験を行った。
実施例6との比較のために、実施例1と同様の製造装置を用いて、80g/m2の坪量で第1の円網抄紙機からワイヤーコンベアにより繊維を掬い取って抄紙し、第2の円網抄紙機を使わずに、比較例1の不織布を得た。ここで、第1の円網抄紙機には、延伸繊維0.6dtex 40wt%、延伸繊維1.2dtex 60wt%からなる繊維分散液を入れた。即ち、比較例1の不織布の作製には0.6dtexの繊維(中太繊維)と1.2dtexの繊維(極太繊維)を使用し、0.1dtexの繊維(細繊維)は使用しなかった。
言い換えると、耐水性膜として使用する観点からは、不織布の作製時において、繊維径の小さい細繊維は、不織布の表面層に混入されていれば良く、必ずしも不織布全体に混入されている必要はない。そして、使用時には、細繊維を実質的に含まない、実質的に繊維径の大きい太繊維のみからなる部分を含んで構成される裏面層の面が水(液相)に接触するように配置すれば良い。
11 表面層
11a 表面層の面
12 裏面層
12a 裏面層の面
FF 細繊維
TF、TF1、TF2 太繊維
A1 細繊維混在部分
A2 太繊維部分
A3 絡み合い部分
R 樹脂溶液(製膜用塗布溶液)
51 第1の円網抄紙機
52 第2の円網抄紙機
51a、52a ロール
53 ワイヤーコンベア
DS1、DS2 繊維分散液
Claims (14)
- 2層以上からなる分離膜用不織布において、
製膜用塗布溶液を含侵した時のラプラス力が大きい表面層と、該ラプラス力が小さい裏面層及び任意的な中間層を有し、
前記表面層と前記裏面層及び任意的な中間層の厚さ方向の構成比(表面層の厚みと裏面層及び任意的な中間層の厚みの比)が5:5~9:1であり、
前記表面層、前記裏面層及び任意的な中間層は延伸繊維からなり、
前記延伸繊維はポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ナイロン6繊維、ナイロン66繊維、ナイロン610繊維、ナイロン612繊維、ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維及びこれらの混合物、並びに、天然パルプ及びレーヨン繊維からなる群より選択される1種以上であり、
製膜時の塗布溶液の塗布面が前記表面層の面であり、
以下の式1で定義されるヤング・ラプラスの式で求められる表面層の圧力差と、その下に位置する裏面層もしくは任意的な中間層の圧力差との差が3kPa以上となるように構成されてなることを特徴とする分離膜用不織布基材。
ΔP=2γ/R (式1)
(上記式1中、ΔPは圧力差であり、γは塗布溶液の表面張力であり、Rは表面層、裏面層もしくは任意的な中間層の細孔半径であり、該細孔半径は、該表面層、裏面層もしくは任意的な中間層の平均細孔径の1/2の値である。) - 前記表面層は、その下に位置する裏面層もしくは任意的な中間層よりも平均細孔径が小さく、前記表面層の平均細孔径と前記裏面層もしくは任意的な中間層の平均細孔径の差が0.5μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の分離膜用不織布基材。
- 前記表面層は、繊維径の小さい1種以上の細繊維と前記細繊維よりも繊維径の大きい1種以上の太繊維から構成され、前記裏面層及び任意的な中間層は、実質的に前記太繊維のみからなる部分を含んで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の分離膜用不織布基材。
- 前記細繊維の繊維径は0.01dtex以上0.5dtex以下の範囲であり、前記太繊維の繊維径は0.5dtex超10dtex以下の範囲であることを特徴とする請求項3に記載の分離膜用不織布基材。
- 前記細繊維の繊維径は0.05dtex以上0.5dtex以下の範囲であり、前記太繊維の繊維径は0.5dtex超3.5dtex以下の範囲であることを特徴とする請求項4に記載の分離膜用不織布基材。
- 前記分離膜用不織布の厚さは30~300μmの範囲であり、前記表面層と前記裏面層及び任意的な中間層の厚さ方向の構成比(表面層の厚みと裏面層及び任意的な中間層の厚みの比)が5:5~8:2であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の分離膜用不織布基材。
- 前記表面層、裏面層及び任意的な中間層を構成する繊維が層間で連続的に絡み合ってなる部分を含んでなることを特徴とする請求項3~6のいずれかに記載の分離膜用不織布基材。
- 前記表面層、裏面層及び任意的な中間層を構成する延伸繊維の種類が互いに異なることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の分離膜用不織布基材。
- 前記表面層、裏面層及び任意的な中間層を構成する延伸繊維の種類が、それぞれ、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維及びこれらの混合物からなる群より選択されるポリエステル系繊維であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の分離膜用不織布基材。
- 不織布の濡れ性をコントロールする表面処理が施されてなることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の分離膜用不織布基材。
- 繊維径の小さい1種以上の細繊維と前記細繊維よりも繊維径の大きい1種以上の太繊維から構成される表面層用の繊維分散液と、前記太繊維のみから構成される任意的な中間層用の繊維分散液と、前記太繊維のみから構成される裏面層用の繊維分散液とを、湿式抄紙法を用いて順次抄紙することを含むことを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の分離膜用不織布基材の製造方法。
- 前記表面層用の繊維分散液は、繊維径が0.01dtex以上0.5dtex以下の範囲の細繊維を1~50wt%、繊維径が0.5dtex超10dtex以下の範囲の太繊維を50~99wt%の割合で水中に分散させたものであり、前記裏面層用の繊維分散液及び任意的な中間層用の繊維分散液は、繊維径が0.5dtex超10dtex以下の範囲の太繊維を100wt%の割合で水中に分散させたものであり、前記細繊維及び前記太繊維の繊維長は1~10mmの範囲であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記表面層用の繊維分散液は、繊維径が0.05dtex以上0.5dtex以下の範囲の細繊維を5~50wt%、繊維径が0.5dtex超3.5dtex以下の範囲の太繊維を50~95wt%の割合で水中に分散させたものであり、前記裏面層用の繊維分散液及び任意的な中間層用の繊維分散液は、繊維径が0.5dtex超3.5dtex以下の範囲の太繊維を100wt%の割合で水中に分散させたものであることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記抄紙することによって得られた不織布に表面処理を施して不織布の濡れ性をコントロールすることをさらに含むことを特徴とする請求項11~13のいずれかに記載の方法。
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