JPH0427422A - 半透膜の製造方法及び製造装置 - 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］ 本発明は半透膜、その製造方法及び製造装置に係り、特
に、ポリマー層が支持体に強固に結合している半透膜、
このような半透膜を均一に、容易かつ連続的に製造する
方法及びそのための装置に関する。

［従来の技術］ 従来、逆浸透法や限外濾過法や精密濾過法に使用する半
透膜は、膜破損を起こさずに実用上の使用に耐える必要
から、透過液側に織布や不織布又は濾紙、その他の多孔
性物質を裏当てして利用するか、或いは、織布や不織布
などの多孔性物質の表面に膜形成溶液を直接塗布して製
造したものが使用されている。

第８図は織布又は不織布等の膜支持体に、直接膜形成溶
液を塗布して半透膜を形成する従来装置を示す断面図で
ある。

図中、１は膜支持体送り出しロール、２〜１１はガイド
ロール、１２は膜支持体巻取りロール、１３はゲル化浴
、１４は膜洗浄槽、１５はキャストナイフ、２０は膜支
持体である。この装置では、膜支持体２０を膜支持体送
り出しロール１から送り出し、ガイドロール２〜１１で
案内して、最後に膜支持体巻取りロール１２で巻取る間
に、まず、膜支持体２０の上に膜形成溶液をキャストナ
イフ１５で薄く塗り、次に、水などの膜形成ポリマーの
非溶剤からなるゲル化浴１３に入れて膜形成溶液をゲル
化させて半透膜を作る。そして、膜洗浄槽１４にて洗浄
して巻取る。この方法は、用いる装置の構造が簡単であ
るばかりでなく、半透膜の膜厚や膜性能を制御し易く、
かつ、連続的に製膜できるので、広く実用に供されてい
る。

ところで、前述の従来の半透膜のうち、支持体となる織
布などを裏当てしたものでは、半透膜側が減圧になフた
り、支持体側から圧力がかかった場合、又は、運転中の
圧力振動などが加えられることにより、半透膜と支持体
とが簡単に剥れてしまい、強度が比較的低い材料からな
る半透膜では容易に破損することになる。一般に、長期
にわたって使用される半透膜は、その間に受ける加圧や
減圧の繰り返しなどで次第に膜支持体から剥れ易くなっ
てくるのが常であり、半透膜に膜支持体となる織布など
を裏当てしたものでは、実用上、長期にわたる使用に耐
えることはできない。

一方、第８図に示す如く、膜支持体に膜形成溶液を直接
流延して製造したものでは、膜形成溶液の一部が膜支持
体の一部の網目の中に入り込み、投錨効果などで膜支持
体とポリマー層との剥れ易さや幾分改善される。しかし
、この支持体に直接膜形成溶液を流延して投錨効果をも
たせた半透膜であっても、ポリマー層の剥れに対する根
本的な解決になり得ない。即ち、第８図に示す方法に従
って形成された半透膜は、第９図に示す如く、膜支持体
２０の上にゲル化した半透膜のポリマー層２がのり、ポ
リマーの一部が膜支持体２０の中の一部分まで浸透して
ゲル化した構造であるため、ポリマー層２１と膜支持体
２０との結合力は十分なものではない。

そこで、従来、ポリマー層と膜支持体との剥離を防止す
るべく、ポリマー層と膜支持体との結合力を向上させる
ための膜製造方法がいくつか提案されている。

これらの方法の一つは、膜形成溶液を膜支持体の上に直
接流延した後、水又は膜形成溶液中のポリマーを溶かさ
ないが膜形成溶液を構成する溶剤又は膨潤剤などとはよ
く混ざり合う液体からなるゲル化浴に入れて、膜形成溶
液のポリマーが固体化するまでの間に、膜形成溶液の一
部が膜支持体の中に入りやすいような構造とした膜支持
体を用いることにより、従来のものよりは、膜形成溶液
の膜支持体への浸透を高めることによって、ポリマー層
の膜支持体への投錨効果を高めるものである（特公昭６
１−３０８０３号）。

他の方法は、■二膜形成溶液を構成する溶剤（膜形成溶
剤）に溶解する成分や、ｉａ維やヤーンなどを部分的に
織り込んだ織布を膜支持体として用いたり、或いは、■
：膜形ｉ＆溶剤に溶解しない繊維を予め膜形成溶剤に溶
解するポリマーで被覆した繊維で製造して用いる方法で
ある。この方法においては、膜製造時に膜形成溶液の膜
支持体への浸透が促進されたり、予め繊維に被覆したポ
リマーと膜形成溶液中のポリマーが結合することによっ
て、ポリマー層と膜支持体の結合強度が高められる。（
特公昭５２−１５３９８号）。

［発明が解決しようとする課Ｂ］ 上記の膜製造方法は、いずれも、ポリマー層と膜支持体
の結合強度を高めるために、特殊な膜支持体の開発が不
可欠であることから、膜支持体の製造において高度な専
門技術を要する上に、それに伴なう時間や費用が新たに
必要となる。

しかも、製造された半透膜は、基本的に投錨効果によっ
て膜支持体と結合しているため、ポリマー層と膜支持体
との結合強度は、応力にして１．０ｋｇ／ｃｒｎ’から
２．０ｋｇ／ｃｍ’程度までしか向上できないため、例
えば、プレートアントフレーム方式で長期間使用する場
合、ポリマー層と膜支持体との結合強度に関して実用上
の要求を満足できないことがある。

このような問題点を解決するためには、膜支持体表面に
膜形成溶液を直接塗布し、その膜形成溶液が膜支持体の
中に浸透し、膜支持体表面から膜支持体裏面まで透過し
てきた膜形成溶液が膜支持体裏面にも均一な層を形成し
、膜支持体の中に浸透した膜形成溶液が膜支持体表面と
裏面の膜形成溶液層をしっかりとつなげた状態で、膜形
成溶液がゲル化した構造の半透膜が必要となる。しかし
ながら、このような構造の半透膜は、従来の方法では、
簡単かつ均一に、しかも連続して製造することはできな
かった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、多孔質支持体の表
面に膜形成溶液を直接塗布し、その膜形成溶液が支持体
の中に浸透し、更に、支持体の裏側まで浸透してきた膜
形成溶液が支持体の裏側にも均一な層を形成し、かつ、
支持体の中に浸透した膜形成溶液が支持体表面と裏面の
膜形成溶液層をしっかりとつなげた状態で膜形成溶液が
ゲル化した構造で、ゲル化により生成したポリマー層と
支持体とが強固に結合した半透膜、並びに、このような
半透膜を簡単かつ均一に、しかも連続して製造すること
ができる方法及びそのための装置を提供することを目的
とする。

［ｔ！Ｉ題を解決するための手段］ 請求項（１）の半透膜は、多孔性支持体の内部及び表裏
面に付着した膜形成溶液をゲル化してなることを特徴と
する 請求項（２）の半透膜の製造方法は、多孔性支持体の表
面に膜形成溶液を塗布した後、ゲル化浴に浸漬して半透
膜を製造する方法において、前記支持体の表面に塗布さ
れ、前記支持体の孔を通って前記支持体の裏面に浸透し
た膜形成溶液層の厚さを調整ナイフで調整した後、ゲル
化浴に浸漬することを特徴とする 請求項（３）の半透膜の製造装置は、多孔性支持体の表
面に膜形成溶液を塗布する手段と、該膜形成溶液を塗布
した多孔性支持体を浸漬するゲル化浴とを備える半透膜
の製造装置において、前記膜形成溶液塗布手段とゲル化
浴との間に、多孔性支持体の裏面に接触して、該支持体
の表面に塗布され、該支持体の孔を通って該支持体の裏
面に浸透した膜形成溶液層の厚さを調整する調整ナイフ
を設けたことを特徴とする。

以下に図面を参照して本発明につき詳細に説明する。

まず、本発明の半透膜の製造方法及び製造装置について
説明する。

第１図は本発明の半透膜の製造装置の一実施例を示す断
面図である。本実施例の装置では、ガイドロール１７が
ガイドロール２と３との間に設けられている。このガイ
ドロール２及びガイドレール１１はそれぞれ下ロール２
ａ、ｌｌａ及び上ロール２ｂ、ｔｉｂで構成されている
。また、ガイドロール３と４との間に、多孔質支持体（
以下、「膜支持体」と称する場合がある。）の裏面に接
触する調整ナイフ１６が設けられている。これ以外は、
基本的には第８図に示す装置と同様の構成であり、同一
機能を奥する部材に同一符号を付しである。

なお、本発明において、膜支持体の表面とは膜支持体に
膜形成溶液を塗布する面を指し、膜支持体の裏面とは該
塗布面の反対側の面を指す。

本実施例の装置及び方法においては、膜支持体送り出し
ロール１から送り出された膜支持体２０は、ガイドロー
ル２　（２ａ、２ｂ）、１７．３．４．５．６．７．８
．９．１０．１１（ｌｌａ。

１１ｂ）で案内され、膜支持体巻取りロール１２で巻取
られる間に、まず、キャストナイフ１５で表面に膜形成
溶液が塗布され、その後、裏面を調整ナイフで処理され
た後、ゲル化浴１３内を通過する工程で塗布された膜形
成溶液のゲル化が行なわれ、次いで膜洗浄槽１４にて洗
浄されて、半透膜とされる。

本実施例において、調整ナイフ１６は、膜支持体の表面
にキャストナイフ１５で塗布され、該塗布表面から膜支
持体の内部に浸透して裏面に達した膜形成溶液を膜支持
体の裏面全体に均一にならして、該裏面に形成される膜
形成溶液層の表面を均一に整える役割を果たす。

このような調整ナイフの作用により、膜支持体の裏側ま
で浸透してきた膜形成溶液層が均一になるだけでなく、
膜形成溶液の膜支持体中への浸透具合いも均一になると
共に、膜支持体中へ膜形成溶液が十分に入り込み、膜支
持体中には膜形成溶液が十分に含浸し、このため膜支持
体が膜形成溶液によって包み込まれる。そして、第２図
に示す如く、膜支持体２０の中に浸透した膜形成溶液が
膜支持体の表面と裏面にある膜形成溶液層をつなげたま
まゲル化してポリマー２１を形成した構造の、本発明の
半透膜２２が製造される。

本発明において、調整ナイフの材質は、膜支持体を傷付
けず、膜支持体を巻取る時に障害とならない程度の摩擦
係数を有し、膜形成溶液の溶剤に溶けず、製膜時にかか
る応力に耐え得る強度を有するものであれば良く、例え
ば、テフロン、アルミニウム、ＳＵＳ鋼などが利用でき
る。好ましくは、テフロンやＳＵＳ鋼が良い。但し、必
ずしもここに挙げた材質だけに限られず、先に述べたよ
うな性質を備えた材質であればいずれも適用可能である
。

調整ナイフの形状は、膜支持体を傷付けず、膜支持体を
巻取る時に障害とならず、膜形成溶液により損傷を受け
ることがなく、製膜時にかかる応力に耐え、前述のよう
な調整ナイフの役割を果たし得る形状であれば良く、例
えば、第３図（ａ）に示す先端の断面形状が長方形のも
の１６Ａ、第３図（ｂ）に示す先端の断面形状が円形な
いし楕円形のもの１６Ｂ、第３図（Ｃ）、（ｄ）に示す
先端の断面形状が台形のもの１６Ｃ１１６Ｄなどが挙げ
られる。好ましくは、第３図（ａ）又は第３図（Ｃ）に
示すものが良い。但し、調整ナイフの形状は必ずしもこ
こに挙げた形状に限られず、調整ナイフの役割を果たす
形状であれば特に制限はない。

なお、調整ナイフが膜支持体と接触する面の幅（第３図
（ａ）〜（ｄ）におけるＷ）は、製膜時にかかる応力に
耐え得る強度があり、膜支持体を傷付けず、膜支持体を
巻取るときに障害とならない幅で、先に述べたような調
整ナイフの働きを果たすものであれば良い０ｍ整ナイフ
の幅Ｗは、０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍ
ｍが良い、但し、必ずしもこの幅でなくとも良く、調整
ナイフの役割を果たす幅であれば良い。

このような調整ナイフの取付は部分の材質は、製膜時に
かかる応力に耐え得る強度があり、膜形成溶液の溶剤に
溶けないものであれば良く、例えば、アルミニウム、Ｓ
ＵＳ鋼、テフロン、鉄などが挙げられる。好ましくは５
ＵＳｔｊＡ、アルミニウムが良い。但し、必ずしもこれ
らの材質に限られず、上述の調整ナイフの取付は部分の
要求特性を満たす材質であれば良い。

また、調整ナイフの取付は部分の構造は、調整ナイフを
しっかりと固定し、膜形成溶液に損されず、製膜時にか
かる応力に耐え得る強度を有し、調整ナイフの前後（例
えば水平方向）への動きを自由に調整でき、かつ、その
動きとは独立して、調整ナイフの上下（例えば鉛直方向
）への動きをも自由に調整でき、しかも、調整ナイフが
膜支持体と接する角度を自由に調節できる構造が好まし
いが、このうちの一つが固定されているものや、二つが
固定されているもの、或いは、すべてが固定されている
ものでも良い。第４図〜第６図は調整ナイフの取付は構
造の実施例を示す分解斜視図である。

第４図においては、取付部材３０は小孔３１が複数（第
４図においては４個）形成された水平部３２及び、この
水平部３２の両端に立設された垂直部３３．３４とから
なり、垂直部３３．３４にはそれぞれ長孔３５．３６が
設けられている。

方、調整ナイフ１６Ｅには、短手方向に長孔３７が複数
（第４図においては４個）設けられている。この取付構
造においては、調整ナイフ１６Ｅの長孔３７と取付部材
３０の水平部３２の小孔３１との位置を適宜調整してボ
ルト４１及びナツト４２で調整ナイフ１６Ｅを取付部材
３０の水平部３２に取り付けることにより、調整ナイフ
１６Ｅの短手方向（第４図における２方向）の位置を調
整することができる。また、調整ナイフ１６Ｅの長孔３
７と取付部材３０の水平部３２の小孔３１との組み合せ
を変えることにより、調整ナイフ１６Ｈの長手方向（第
４図におけるＸ方向）の位置を調整することができる。

更に、装置本体く図示せず）に対する取付部材３０の垂
直部３３．３４の長孔３５．３６の位置を調節してボル
ト４１及びナツト４２で取付部材３０を装置本体に取り
付けることにより、調整ナイフ１６Ｅの上下方向く第４
図におけるＹ方向）の位置を調整することができる。

第５図及び第６図に示す取付構造は、調整ナイフ１６Ｆ
に取付部材３８．３９を直接立設固着したものであり、
第５図においては、取付部材３８．３９に長孔４３．４
４が設けられているため、装置本体（図示せず）に対し
て長孔４３．４４の位置を調節してボルト４１及びナツ
ト４２で取付部材３８．３９を装置本体に取り付けるこ
とにより、調整ナイフ１６Ｆの上下方向（第５図に招け
るＹ方向）の位置を調整することができる。この第５図
に示す取付構造では、調整ナイフ１６Ｆの上下方向の位
置を連続的に調整することができるのに対して、第６図
に示す取付構造では、取付部材３８．３９に小孔４５．
４６が複数個（第６図においては２個）ずつ設けられて
いるため、調整ナイフ１６Ｆの上下方向の位置を段階的
に調整することができる。

本発明においては、調整ナイフをあらゆる方向に位置調
整できることから、第４図に示す取付構造が最も好まし
い、但し、調整ナイフの取付構造は、必ずしもここに挙
げたものに限られず、先に述べたような調整ナイフの機
能を十分に発揮し得るものであればいずれでも良い。

本発明においては、調整ナイフの位置を調節するなどに
より、調整ナイフが膜支持体と接する強さを弱めたり、
強めたりすることで、或いは、調整ナイフと膜支持体と
が接する角度、即ち、第７図に示す膜支持体２０と調整
ナイフ１６との角度θを変えることにより、膜支持体裏
面に形成されるポリマー層の厚さを適宜調整することが
できる。（なお、第７図において、矢印Ａは膜支持体２
０の走行方向である。） 即ち、調整ナイフが膜支持体と接する強さを弱めると、
膜支持体裏面のポリマー層厚さは厚くなり、逆に、強く
すると膜支持体裏面のポリマー層厚さは薄くなる。この
調整ナイフが膜支持体と接する強さは、０．０５〜２ｋ
ｇ／ｃｒｎ”、好ましくは０．１〜１ｋｇ／ｃｍ’とす
るのが良い。

また、調整ナイフが膜支持体と接する角度θを小さくす
ると、膜支持体裏面のポリマー層厚さは厚くなり、逆に
、大台くすると膜支持体裏面のポリマー層厚さは薄くな
る。この調整ナイフが膜支持体と接する角度θは、５〜
１７５°まで変えることができるが、好ましくは６０〜
９０°が良い。

本発明の製造方法及び装置において、調整ナイフと膜支
持体との接触強さ及び接触角度以外の条件は一般的な条
件で良く、何部特殊な条件を必要としない。

即ち、膜形成溶液を構成するポリマー、溶剤、膨潤剤、
その他の添加剤等の種類やその膜形成溶液中濃度等は、
通常一般に採用されているもので良く、何部特別な拘束
を受けない。

膜支持体についても市販のもの、又は通常膜支持体とし
て用いられているもので良く、特別なものを必要としな
い。膜支持体としては、不織布、織布、その他の多孔性
膜支持体が挙げられるが、好ましくは、適当に目の開い
ているものが良く、例えば、織布であれば５０メツシユ
から３００メツシユのものが良い、また、不織布或いは
多孔性膜支持体であれば通気性が３ｆｔ’／ｍｉｎ／ｆ
ｔ２以上のものが良い。

［作用］ 本発明の半ｉ！！膜は、膜支持体が膜形成溶液によって
包み込まれ、なおかつ、膜支持体の中に浸透した膜形成
溶液が膜支持体の表面と裏面にある膜形成溶液層をつな
げたままゲル化した構造を有するため、このゲル化によ
り形成されたポリマー層は支持体に強固に付着しており
、過酷な使用条件下や長期使用によっても支持体から剥
離することはない。

しかして、本発明の製造方法及び製造装置によれば、こ
のような半透膜を均一に、連続して、簡単に製造するこ
とができる。

因みに、従来の製膜方法では、ポリマー層と膜支持体と
の結合強度が応力として１．０〜２．０ｋ　ｇ　／　ｃ
　ｒｔ？程度にまでしか向上できなかったが、本発明に
より、ポリマー層と膜支持体の結合強度が応力として４
〜７　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ”にまで向上した半透膜が均
一に、かつ連続して、かつ簡単に製造できる。

［実施例］ 以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

なお、以下において、実施例では第１図に示す装置を用
い、比較例では第８図に示す装置を用いて半透膜の製造
を行なった。

実施例１〜４ 市販のポリスルフォンＰ−３５００、ポリビニルピロリ
ドン及びジメチルホルムアミドを第１表に示す配合で均
一に溶解し、脱泡して調製した膜形成溶液を、第１表に
示す膜支持体の表面にキャストナイフより直接流延し、
かつ調整ナイフで裏面を処理して本発明の半透膜を製造
した。なお、調整ナイフの膜支持体への接触角度θ及び
接触強さは第１表に示す通りとした。

得られた半透膜の断面構造を走査型電子顕微鏡を用いて
調べた結果、いずれも第２図に示すような構造をしてい
ることを確認した。

また、操作圧力１ｋｇ／ｃｒｒ？、操作温度２５℃にお
ける純水透過水量及びデキストラン水溶液を用いて測定
した分画分子量は第１表に示す通りであった。また、半
透膜のポリマー層と膜支持体との結合強度は、応力にし
て第１表に示す値であり、非常に強固に結合しているこ
とが確認された。

比較例１〜３ ３４１表に示す配合にて、実施例１と同様にして調製し
た膜形成溶液を第１表に示す膜支持体表面に直接流延し
て、半透膜を製造した。

その結果、いずれの場合も、膜支持体表面から膜支持体
裏面まで浸透してきたポリマー層形成溶液はその厚みに
ムラが生じたばかりでなく、ゲル化の過程で膜形成溶液
の収縮力に負けてポリマー層全体が収縮してシワがより
、均一な半透膜とならなかった。また、この半透膜ので
きるだけ均一に近い部分を選びポリマー層と膜支持体の
結合強度を調べたが、応力にして第１表に示す通り、非
常に弱いことが判明した。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、請求項（１）の半透膜によれば、耐
久性に優れ、過酷な使用条件、長期使用に十分耐え得る
半透膜が提供される。

請求項（２）の半透膜の製造方法及び請求項（３）の半
透膜の製造装置によれば、このような半透膜を、容易に
かつ均一に、連続的に高い生産性にて製造することが可
能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半透膜の製造装置の一実施例を示す断
面図、第２図は本発明の半透膜の一実施例を示す模式的
な斜視図、第３図は調整ナイフの実施例を示す断面図、
第４図、第５図及び第６図は調整ナイフの取付構造の実
施例を示す分解斜視図、第７図は調整ナイフと膜支持体
との接触角度を示す模式図、Ｎ８図は従来の半透膜製造
装置を示す断面図、第９図は従来の半透膜を示す模式的
な斜視図である。 １・・・膜支持体送り出しロール− １２・・・膜支持体巻取りロール、 ３・・・ゲル化浴、 ５・・・キャストナイフ、 ０・・・膜支持体、 ２・・・半透膜。 １４・・・膜洗浄槽、 １６・・・調整ナイフ、 ２１・・・ポリマー層、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔性支持体の内部及び表裏面に付着した膜形成
   溶液をゲル化してなることを特徴とする半透膜。
2. （２）多孔性支持体の表面に膜形成溶液を塗布した後、
   ゲル化浴に浸漬して半透膜を製造する方法において、 前記支持体の表面に塗布され、前記支持体の孔を通つて
   前記支持体の裏面に浸透した膜形成溶液層の厚さを調整
   ナイフで調整した後、ゲル化浴に浸漬することを特徴と
   する半透膜の製造方法。
3. （３）多孔性支持体の表面に膜形成溶液を塗布する手段
   と、該膜形成溶液を塗布した多孔性支持体を浸漬するゲ
   ル化浴とを備える半透膜の製造装置において、 前記膜形成溶液塗布手段とゲル化浴との間に、多孔性支
   持体の裏面に接触して、該支持体の表面に塗布され、該
   支持体の孔を通って該支持体の裏面に浸透した膜形成溶
   液層の厚さを調整する調整ナイフを設けたことを特徴と
   する半透膜の製造装置。