JPH03174229A - 繊維強化膜フィルターと、その製造方法と応用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は繊維強化膜フィルター、とくに再生浴法（ｒｅ
ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｂａｔ、ｈｓ　ｍｅｔｈｏｄ）
によって得られる繊維強化膜フィルター、そして、とく
に膜フィルターの繊維強化材料がフィルター材料と同様
の合成ポリマーである膜フィルターに関する。本発明は
また、それらの！！造方法ならびにそのフィルターの応
用、とくに静止濾過および交差濾過用の容器またはモジ
ュールに使用されるとくに管フィルターおよび螺旋形モ
ジュール並びに平板フィルターとして使用可能なシート
への応用にも関する。

〔従来の技術〕

種々のポリマー材料は、対称または非対称の多孔性構造
を有するミクロよび超多孔性膜フィルターの製造、とく
に再生浴法を用いて製造するのに適している。

製造条件および各ポリマー材料によって、膜フィルター
は親木性（界面活性剤を使用しなくても水湿潤性である
こと〉または疎水性（非湿潤性であること）である。Ｐ
Ａ６，６およびＰ＾６のような脂肪族ポリアミドの親水
性膜（例えば、米国特許第３、８７６、７３８号および
４．３４０．４７９号並びに西ドイツ特許明細書第３０
２８２１３号に開示されている）は、化学的耐性および
温度耐性が高いのでとくに重要である。脂肪族ポリアミ
ドを作る化合物は毒物学的に安全な品質であることが重
要である。

上記膜の商業的規模での製造は、一般的にはある量のポ
リマー用非可溶化剤を含有することもあるポリアミドの
ギ酸溶液のような膜形成材料溶液を使用するような方法
で行われる。得られた注入可能な溶液は、裏張り上にエ
ンドレスフィルムの形、襟でしばしば回転ドラム上に適
用され、そして再生浴中に供給されて、そこで溶解した
ポリマーは沈降して膜フィルターを形成する。このよう
にして形成されたフィルターはその後連続板の状態で取
り出し、洗浄しそして乾燥する。

再生浴には、注入可能溶液の製造に使用される同一溶媒
をある量含有する。溶媒材料系と再生浴系間の注入可能
溶液の製造における差異は、再生浴が、膜フィルターの
沈降を生じさせるために注入可能溶液製造用の溶媒系よ
り非可溶化剤を多く含有していることにある。

概ね６０μｍから２００μｍの間の厚さの膜フィルター
は、一般的に管フィルターに使用できるように切断、回
転、ひだ取り等によって加工される。

この加工による不都合は機械的堅固性の欠如である。水
またはアルコールのような通常の溶媒で湿潤したとき、
膜フィルターはｌ１１′張可能であることも知られてい
る。

この特徴のため、強化膜フィルターは機械的に強（、開
放メツシュ型の繊維質強化材に多孔性膜フィルター基材
が埋め込まれものであることが知られている。紡績糸若
しくはステーブル繊維または多分織布若しくは編布を繊
維強化材料として使用することができる。ポリエチルテ
レフタレートのような！！維強化ポリエステル、ポリプ
ロピレンのようなポリオレフィンの孔あきフォイル〈延
性フォイル）も使用可能である。ＰＡ６およびＰＡ６．
６膜用の強化材として、ポリアミド、芳香族ポリアミド
（アラミド）、セルロース、たとえば紙、並びに再生セ
ルロース、セルロースエステルおよびエーテル、たとえ
ばグラスファイバーの繊維の使用を記載している文献が
ある（米国特許第４．３４０゜４７９号、ヨーロッパ特
許第０１７３５００号およびヨーロッパ特許第００９６
３０６号）。したがって、膜フィルターの強化に使用さ
れる材料は一般的には膜フィルターの材料以外の物質で
ある。

〔発明が解決すべき課題〕

膜フィルターの機械的堅固さを増大させそして膨張を制
限できることが一般的に知られている。

しかしながら、ＳａＷ強化膜フィルターの必須特性は損
なわれる。親水性膜フィルター基材中に埋め込まれたポ
リプロピレン布のようなポリオレフィン材料は、しばし
ば所望の高い加工温度を低下させる。

繊維強化材料としてのポリエステルは高いｐＨ値あるい
は高温で加水分解性ではないので、このような膜フイル
タ−、多くはポリアミドの膜フィルターはアルカリ性媒
体中では使用できない。ポリエステル強化材料は多数の
溶媒に耐性でないので、ある量の溶解したポリエステル
が濾過用媒体とともに濾過される。これが食品および薬
品産業でかなりの問題となっている。

繊維強化材料としてのポリオレフィン、たとえばポリエ
チレンまたはポリプロピレンは、それほど温度耐性でな
いという不利益な点があるので、このようなｕＡ維がポ
リアミド膜フィルター中に埋め込まれている場合、フィ
ルターとしての好ましい温度耐性は低下する。

本発明の目的は、前記の先行技術における繊維強化膜フ
ィルターのいずれの欠点不利益を示すことがない繊維強
化膜フィルターを得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、繊維強化材料（たとえば布）と同一物質クラ
スの合成ポリマーの膜フィルターから製造されたｕ？を
維強化膜フィルターが同質の均質な物理的特性および均
質な化学的特性を示すと知見を特徴とするものである。

これら利点は、膜フィルターの製造に使用される材料と
強化材料が化学的に同一のポリマーであるときとくに明
白である。

本発明による好ましいｗａ維強化膜フィルターは、繊維
強化材料が膜フィルター基材の製造に使用される材料と
同一の脂肪族ポリアミド、とくにＰＡ６．６およびＰＡ
　６である。

先行技術の膜フィルターは、常に膜フィルター用繊維強
化材を製造するために、膜フィルターの製造に使用され
る材料と異なる溶解特性、とくに化学的特性を有する材
料、とくにポリマー材料を使用していた。

既に記載したように、ＰＡ　５およびＰＡ６．６のよう
な脂肪族ポリアミドの＃ａ維強化基質および膜フィルタ
ー基質で強化した繊維膜フィルターが本発明で使用する
のに好ましい。

〔作用〕

ポリエステル布またはポリエステル繊維でできている膜
とは違って、本発明の膜は非常に高いアルカリ耐性を有
しており、さらにはポリエステル強化材粒子が有機溶媒
で溶解される問題がなくなる。それらはまた、ポリオレ
フィンで強化した膜フィルターが非常に高い温度耐性を
有するという利点も有している。

本発明による繊維強化材は好ましくは織物および編物で
あり、これらは強化する膜の厚さおよびタイプによって
一本の糸または複数の糸の繊維またはヤーンから作られ
る。所望の場合には、強化材として孔あきフォイルを本
発明に従って使用することができる。織物若しくは編物
または孔あきフォイルは、膜フィルターの濾過特性およ
び流れ特性が本質的に影響を受けないように網状開口部
または孔部を有していなければならない。

強化材料は膜フィルター材料に完全に埋め込まれてそれ
と結合していることが好ましい。しかしながら、もう１
つの実施！！！様では、膜フィルターは膜の一面または
多分両面上に＆ｌｌｌｌ化材の自由層を有し、それらは
膜フィルターと十分に結合している。

強化用繊維の糸の直径は、膜フィルター材料と長杆に結
合するために、２５μｍから８０μｍの間でなければな
らない。

連続法が本発明による膜フィルターの４造に好都合に使
用される。これらの方法では、ＰＸ３．６のような膜フ
イルタ−ポリマーは、注入可能な溶液を提供するために
、Ｐ＾６．６の場合には溶媒またはギ酸と水の混合物の
ような溶媒混合物中に溶解させる。この溶液は、典型的
には裏張り上にエンドレスフィルムの形態で、回転ドラ
ム上で適用され、そして再生浴中に入れ、そこで膜フィ
ルターは注入された溶媒フィルムから沈降する。再生浴
は注入された溶液と同一の溶媒および非溶媒材料からな
っていなければならず、非溶媒材料の量は注入可能溶液
中より多い。

本発明に従って、先行技術の膜フィルターの既知型造方
法は修正されて、その結果繊維強化材料が注入可能溶液
フィルム中にまたは上に埋め込まれ、そして再生浴中で
沈降中の膜フィルターと結合する。

化学的に膜フィルター材と明確に異なり、そのため、溶
媒特性が明白に異なる上記繊維強化材料を埋め込む先行
技術の方法に反して、本発明においては、注入可能な溶
液フィルム中にｗ１維強化材を埋め込むには、先行技術
方法には適用されない手段が必要である。

ｍ維強化材料と膜フィルター材料は同種の合成ポリマー
、好ましくは化学的に同一のポリマーからなり、そのた
め、同一の溶媒または溶媒系に可溶であり、強化材料と
注入可能な溶液フィルムとの接触によって強化材料の結
合が生じ、したがって、注入可能な溶液を囲む強化材料
の組成の変化が、膜形成に際しての安定化（分ｉａ向）
に変化をもたらすことになる。

繊維強化材料の表面結合に先立って、使用されている織
物または編物中の糸またはヤーンのような容積の増加と
組み合わさって、連続的な膨張が生じる。再生浴中で固
化するまでの繊維強化材料の連続的な膨張は、とくに織
物または編物が、編物または織物の糸またはヤーンが外
部に膨張し、一方中心部が変化しないようなものである
場合、注入可能溶液で湿潤化されている繊維片を縮ませ
るので、糸またはヤーンの長さは伸びない。その結果、
膨張しそして多分既に結合した糸またはヤーン個々の表
面の強化材料片の中心への水平的な移動、すなわち軸の
縮みが生じ、そして該材料片の縦方向での糸張力の増加
がもたらされる。そのため、注入可能溶液フィルムおよ
び埋め込まれた繊維強化材料が連続バンドまたはドラム
状のフィルターで使用される場合には、フィルターから
横（半径）方向への変移がもたらされる。この横軸また
は半径方向への変移成分は多分ゆるんだ材料から糸を引
っ張ることができる。膜形成材料は再生浴中で多孔性基
質を形成し、一方糸の引張りによって固化してフィルタ
ー基質内で不透過性フィルムになり、その結果強化膜フ
ィルターを通過する流速度の減少が生じる。

上述の糸引張りの現象は、先行技術の膜フィルターにお
いて、同種の物質あるいは化学的に同一である強化材お
よび膜フィルター材料を使用しなかった理由の１つであ
る。

本発明によれば、糸引張りの形成は、注入可能溶液フィ
ルムとｍ！１強化フィルムとの最初の接触から繊維強化
材料を含有する注入可能溶液フィルムと再生浴との最初
の接触までの間の時間を非常に短時間に維持することに
よって、すなわち直接的接触時間を０．１から１５秒の
間、好ましくは０，５から７秒の間に保つことによって
回避される。

０．１から１５秒の間の直接的な接触時間は、繊維強化
材料に使用される材料、注入可能溶液に使用される溶媒
または溶媒系、温度、溶解した膜フィルター材料に対す
る注入可能溶液の濃度並びに再生浴の温度および組成に
依存する。この処理は簡単な予備試験によって最適条件
を決定することができる。

直接的な接触時間が短くなればなるほど、流速度を低下
させる糸の引張りが起こる可能性が減少する（実施例１
参照）。糸引張りの発生は、流速度の減少または電子顕
微鏡検査によって診断することができる。

繊維強化材料を含有する注入可能溶液からの膜フィルタ
ー材料の沈降は再生浴内で自然発生するものではない。

むしろ、注入可能溶液フィルム中の溶媒系の溶媒強度は
、再生浴の注入可能溶液中での溶媒の拡散交換によって
低下し、結局沈降点に達し、安定化する。安定化点に到
達する速度すなわち安定化速度は溶液の固形物含量並び
に注入可能溶液の溶媒系の非溶媒材料の含有量の影響を
受は得る。沈降時間は一般的には注入可能溶液中の固形
物量並びに非溶媒材料の増加と共に低下する。繊維強化
材料の膨張および溶解時間を減少させて、沈降時間を増
加させることができる。このことは繊維強化膜フィルタ
ーの流速度の増加で示される（実施例２　　ａ）〜Ｃ〉
参照）注入可能溶液フィルムへの繊維強化材の埋め込み
は好ましくは、たとえば通常の膜フィルター製造器具の
ドラムまたは連続バンド上で、注入可能溶液フィルムを
裏張りに適用することによって行われる。繊維強化材料
を注入可能溶液フィルムに適用し、もう１つの注入可能
溶液フィルムの層を適用する。これによって、繊維強化
材料は注入可能溶液フィルムに完全に埋め込まれること
になる。

繊維強化材料を裏張り上の注入可能溶液フィルムに適用
することも可能であり、これによって裏張りに注入可能
溶液が浸透し、注入可能溶液フィルムが埋め込まれる。

逆のやり方で行うことも可能であり、その際には注入可
能溶液フィルムを裏張り上に置かれた繊維強化材料に適
用する。

本発明による繊維強化膜フィルターは一般的には使用さ
れる繊維強化材料のタイプによって６０μｍから２００
　Ａｔｍの間の厚さを有し、そして、とくにフィルター
管および螺旋形モジュール並びに平板フィルターとして
の多数の異なる適用、とくに静止濾過および交差濾過用
の容器またはモジ５−ルでの使用に適している。

〔実施例〕

以下の実施例は本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ ギＦｌｆ２（工業用、９８〜１００％＞７３ｋｇおよび
脱イオン水８　ｋｇを混合米中室温で５分間混合する。

ＰＡ６．６頚粒（ＤｕＰｏｎｔ、　２ｙｔｅｌ　４２）
　１９ｋｇを添加しそして急速に攪拌して溶解させる。

溶液の温度はＰ＾６．６！１粒の溶解過程中に３５℃ま
で上昇させ、次いで一定温度で２時間維持すべきである
。澄明な注入可能溶液は撹拌速度を落として１０℃まで
冷却する。

１００μｍ厚さの注入可能溶液のフィルムは１：１の比
率の７０％ギ酸および水からなり７℃に冷却した再生浴
中にｉ５！潰した回転ドラムに適用する。

Ｐへ６．６材の連続片（ＮＹ　１３６ＨＣ，Ｍｏｎｏｆ
ｉ、１４７．ｕｍの糸サイズ、Ｚｕｒｕｃｈｅｒ　Ｂｅ
ｕｔｅｌｔｕｄｈ　Ｆａｂｒｉｋ、　ＣＨ）を注入可能
溶液フィルムの上に置いて埋め込み、続いて注入可能溶
液フィルムの第２の層を置いて埋め込む。湿潤させたＰ
Ａ６．６材料の再生浴中への埋め込みから浸漬までの間
の時間（直接接触時間）はドラムの回転速度を変えるこ
とによって変動させる。

表１は、ポリアミド強化ポリアミド膜に対する２０℃で
の水の流速度に与える直接接触時間の影響を示す。

表　　１ 表１の結果は、直接接触時間が減少するとナイロン強化
ナイロン膜における濾過速度が改善されることを示して
いる。

実施例２ ａ）　ギ酸（工業用、９８〜１００％）７３．５ｋｇお
よび脱イオン水７．５ｋｇを温度制御混合器中で混合し
て３０℃に加熱し、続いてＰＡ　６．６頚粒（ＤｕＰｏ
ｎｔ、　２ｙｔｅ１４２）　１９ｋｇを添加しそして３
０℃で４時間攪拌する。

次いで、この澄明な注入可能溶液を攪拌し、１０℃まで
冷却する。

実施例１に記載したＰＡ６．８の材料片を連続断片に適
用し、回転ドラム上の注入可能溶液のフィルム上に埋め
込み、そして第２のフィルム層で覆った。埋め込み時か
ら再生浴への浸漬時までの間の直接接触時間は４．２秒
である。

ｂ〉　実施例２　ａ）に記載したのと同一の方法に従っ
て、ギ酸７４ｋｇ、脱イオン水１０ｋｇおよびＰＡ６．
６順粒１６ｋｇの注入可能溶液の３０℃で製造する。実
施例２　ａ）の記載に従ってＰＡ６．６強化膜フィルタ
ーを製造する。

Ｃ）　ギ酸７１．８ｋｇ、脱イオン水１１．２ｋｇおよ
びＰＡ６．６顆粒１７ｋｇの注入可能溶液は実施例２　
ａ）の記載に従って４０℃で製造する。実施例２　ａ）
の記載に従って、冷却したＰＡ６，６注入可能溶液中に
ＰＡ６．６材料を埋め込む。

表　　２ 表２に示すｖａ維強化フィルターの実施例２　ａ）〜Ｃ
）での測定は、一定の直接接触時間で注入可能溶液中に
沈降物を増加させることによって濾過速度の改善が達成
できることを示している。

本発明の好ましい実施態様を特定的に記載したが、本発
明は特許請求の範囲内でこれら以外に実施することがで
きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共に同一物質クラスの合成ポリマーから成る膜フィ
   ルターおよび繊維強化材からなる繊維強化膜フィルター
   。 ２、上記膜フィルターおよび上記繊維強化材が化学的に
   同一の合成ポリマーから成る請求項１記載の繊維強化膜
   フィルター。 ３、上記膜フィルターおよび上記繊維強化材が脂肪族ポ
   リアミドから成る請求項１または２に記載の繊維強化膜
   フィルター。 ４、上記膜フィルターおよび上記強化材がアジピン酸と
   ヘキサメチレン−ジアミン（ＰＡ６．６）またはポリ−
   Σ−カプロラクタム（ＰＡ６）から作られた重縮合物か
   ら成る請求項１または２記載の繊維強化膜フィルター。 ５、繊維強化材が織物若しくは編物または孔あきフォイ
   ル（延性フォイル）からなる請求項１または２記載の繊
   維強化膜フィルター。 ６、上記強化材の織物または編物の繊維直径が２５から
   ８０μｍの間である請求項５記載の繊維強化膜フィルタ
   ー。 ７、上記繊維強化材が上記膜フィルター材料中に部分的
   にかまたは全体的に埋め込まれている請求項１または２
   記載の繊維強化膜フィルター。 ８、請求項１または２に記載の繊維強化膜フィルターの
   製造方法であって、該方法は、繊維強化材を膜フィルタ
   ー材の注入可能な溶液フィルム中に埋め込む工程と上記
   膜フィルター材料を再生浴内で沈降させる工程との組合
   せからなっており、その際上記溶液フィルムと上記繊維
   強化材との最初の接触から繊維強化材を埋め込んだ注入
   可能な溶液フィルムと再生浴との最初の接触までの間の
   時間（直接的接触時間）が０．１から１．５秒の間に維
   持される製造方法。 ９、上記接触時間が０．５から７．０秒の範囲内に維持
   される請求項８記載の方法。 １０、上記繊維強化材が裏張り上の注入可能溶液のフィ
   ルムに埋め込まれ、そして注入可能な溶液の第２のフィ
   ルムが適用される請求項８または９記載の方法。 １１、上記繊維強化材が裏張り上の注入可能溶液のフィ
   ルムに適用される請求項８または９記載の方法。 １２、上記の注入可能溶液のフィルムが裏張り上の繊維
   強化材に適用される請求項８または９記載の方法。 １３、上記各膜材料および上記繊維強化材が同一の物質
   クラスの合成ポリマーからできている請求項８または９
   記載の方法。 １４、上記各膜材料および上記繊維強化材が化学的に同
   一の合成ポリマーである請求項８または９記載の方法。 １５、上記各膜材料および上記繊維強化材が脂肪族ポリ
   アミドである請求項８または９記載の方法。 １６、上記各膜材料および上記繊維強化材がアジピン酸
   とヘキサメチレン−ジアミン（ＰＡ６．６）またはポリ
   −Σ−カプロラクタム（ＰＡ６）の重縮合物である請求
   項８または９記載の方法。 １７、上記注入可能溶液中への上記繊維強化材の埋め込
   みが連続的に行われる膜製造方法の一段階として連続的
   に実施される請求項８または９記載の方法。 １８、管フィルターおよび螺旋形モジュール、平板フィ
   ルター、並びに静止濾過および交差流濾過用容器または
   モジュールに使用するための、請求項１記載の繊維強化
   膜フィルターの応用。