JPH0790152B2 - 複合逆浸透膜 - Google Patents

複合逆浸透膜

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JPH0790152B2 JP3901686A JP3901686A JPH0790152B2 JP H0790152 B2 JPH0790152 B2 JP H0790152B2 JP 3901686 A JP3901686 A JP 3901686A JP 3901686 A JP3901686 A JP 3901686A JP H0790152 B2 JPH0790152 B2 JP H0790152B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液状混合物の成分を選択透過分離するための
半透膜に関するものであり、特に、海水やカン水を脱塩
して淡水化することができ、また染色廃水や、電着塗料
廃水等の公害発生原因である汚水等から、その中に含ま
れる汚染あるいは有効物質を選択的に除去または回収
し、さらには半導体の製造や、医療用の超純水の製造に
ついて用いることのできる、半透性複合逆浸透膜に関す
るものである。
〔従来技術〕
従来、工業的に利用されている半透膜には、酢酸セルロ
ーズからつくつた非対称膜として、例えば米国特許第3,
133,132号及び同第3,133,137号等に記載されたロブ型の
膜がある。しかし、この膜は、耐加水分解性、耐微生物
性、耐薬品性などに問題があり、特に透過性を向上しよ
うとする耐圧性、耐久性を兼ね備えた膜が製造できず、
一部使用されているが広範囲の用途に実用化されるに至
っていない。これらの酢酸セルローズ非対称膜の欠点を
なくした新しい素材に対する研究は米国、日本を中心に
盛んに行なわれているが、芳香族ポリアミド、ポリアミ
ドヒドラジド(米国特許第3,567,632号)、ポリアミド
酸(特公昭50−121168号)、架橋ポリアミド酸(特公昭
52−152879号)、ポリイミダゾピロロン、ポリスルホン
アミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズイミダゾ
ロン、ポリアリーレンオキシドなど、その一部の欠点を
改良する素材は得られているものの、選択分離性あるい
は透過性等の面では酢酸セルローズ膜より劣っている。
一方、ロブ型とは型を異にする半透膜として多孔性支持
体上に実質的に膜性能を司どる活性層を被覆した複合膜
が開発されている。複合膜においては、活性層と多孔性
支持体を各々の用途に最適な差像を選ぶことが可能とな
り、製膜技術の自由度が増す。また常時湿潤状態で保存
しなければならないロブ型膜とは異なり乾燥状態での保
存が可能であるなどの利点がある。
すでに、その一部は、PA−300、FT−30、PEC−1000、UT
C−20、NF−40、NF−70などの商品名で、企業化されて
いる。
これらの複合膜には、水溶性アミノ基含有有機重合体、
あるいは芳香族ジアミン、脂肪族ジアミン等の多官能ア
ミン単量体、あるいは、これらの混合物を多官能酸クロ
ライドまたは多官能イソシアネート等で界面架橋重合さ
せて多孔性支持膜上に活性層を形成させたポリアミド、
ポリウレア系の膜と、その他の硫酸によってモノマーを
架橋重合させたポリエーテル系、あるいはポリフルフリ
ルアルコール系の膜の2種類がある。
前者のポリアミド系、ポリウレア系の膜についての具体
例としては、特開昭49−13282号公報、同52−40486号公
報、特公昭55−49524号公報、特開昭55−132602号公
報、同55−147106号公報、同58−24303号公報、同57−2
7102号公報、米国特許3,744,642号、同4,259,183号、特
公昭59−28202号公報、特開昭56−40403号公報などがあ
る。
しかしこれらの複合膜は、活性層の厚みが、百〜数千オ
ングストロームであることにより、実際に、逆浸透操作
に供する場合には、高圧下での膜変形により、性能が経
済的に低下するのが一般的である。特に平膜状の複合膜
の場合には、スパイラル、又は、プレートアンドフレー
ム型のエレメントとして使用するにあたり、エレメント
製造時の作業中に表面活性層が傷つき、膜本来の脱塩性
能に対して、エレメントの脱塩性能が低下する現象がし
ばしば発生し、さらには、エレメントに使用される原水
側流路材(一般にはプラスチックス製ネットが使用され
る。)と活性層に摩擦が生じ、活性層が傷つき、長期間
の運転時に安定な塩脱性能を維持できないという欠点を
有していた。
この現象を防止するために、種々の保護膜が提案され、
特に前記ポリエーテル系の複合膜については、優れた効
果を有するものが、特開昭56−15804号公報に開示さ
れ、実用化に至っている。しかしながら、その他の複合
膜、特に前記ポリアミド系あるいはポリウレア系に対し
ては、効果的な保護膜は現在に至るまで提案されていな
いのが現状である。
すなわち従来提案されている保護膜は、水溶性ポリマー
あるいは、水溶性ポリマーを架橋化したものであり、架
橋化されていないものは、逆浸透運転中に水に溶けて流
失し、また架稿化されているものでも、活性層からはが
れ、原水流路材に付着しエレメント圧損の原因となると
いう欠点を有していた。
〔本発明の目的〕
本発明者らは、前記ポリアミド系、あるいはポリウレア
系の複合膜について、経時的な性能低下特に脱塩性能の
低下を押えるべく、鋭意検討を重ねた結果、前記複合膜
に対して、下記の特性を満足する保護膜を設けると、良
好な結果が得られることを見出し本発明に到達した。
(1) 保護膜を設けることにより、膜性能の低下、特
に、水分透過速度の低下が著しくないこと。
(2) 保護膜自身が、水に実質的に不溶であること。
(3) 保護膜が、活性層と親和性を有し、使用中には
がれないこと。
(4) 高価な試薬や、特殊な技術を使わず、簡単に再
現性ある結果が得られること。
〔発明の構成〕
本発明の上記目的は、以下の如く構成により達成され
る。即ち、 親水性モノマーと疎水性モノマーの共重合体、ポリアミ
ド酸系重合体、または4級アミノ基、ヒドロキシル基、
あるいはスルホン酸基を導入した付加系、もしくは縮合
系の重合体から選ばれる有機重合体であり、しかも、実
質的に水不溶性で、かつ水/低級アルコール混合溶媒に
可溶な有機重合体を、保護膜層として塗布してなる、複
合逆浸透膜。
本発明において、実質的に水不溶性の有機重合体とは、
水あるいは、塩類を含む水溶液、少量の有機物を含む水
溶液に対して、十分に高分子量であれば溶解性を示さな
い有機重合体を言い、ビニル系重合体、縮合系重合体、
付加系重合体等から、下記の溶解性を加味して、選ぶこ
とができる。
本発明において有機重合体を選ぶ上でのもう一るの要件
は、有機重合体が少なくとも水/低級アルコール混合溶
媒に溶解することである。低級アルコールとは、メタノ
ール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの脂
肪族アルコール、エチレンクロルヒドリン等のハロゲン
化脂肪族アルコールなどから選ぶことができ、特に好ま
しいのは複合膜の一部を形成する多孔性支持体や、活性
層を破壊することなく安価であることを考慮に入れる
と、メタノール、イソプロパノールを挙げることができ
る。
このような低級アルコールと水との混合溶媒に可溶で、
かつ実質的に水不溶性の有機重合体としては、親水性ま
たは水溶性有機重合体を与えるモノマー、例えば、N−
ビニルピロリドン、ビニルメチルエーテル、アクリルア
ミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアク
リルアミド、エチレンオキサイド、エチレンイミン、無
水マレイン酸、アクリル酸、スチレンスルホン酸等のモ
ノマーを疎水性モノマー、例えば、スチレン、メチルメ
タクリレート、酢酸ビニル、エチレン、プロピレン、塩
化ビニル、塩化ビニリデン、エピクロルヒドリン等と、
適当な割合で共重合させると容易に得られる。また、縮
合系重合体の例として、N−アミノエチルピペラジン、
ジアミノベンゼンスルホン酸等の親水性アミンや、酸成
分として無水トリメリット酸等を共重合した、ポリアミ
ド酸系重合体、さらには、高分子反応によって4級アミ
ノ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基を導入したビニル
系、付加系、縮合系の重合体から選ぶことができる。こ
のような重合体の例として、部分ケン化ポリ酢酸ビニ
ル、ケン化ポリエチレン酢酸ビニル共重合体、スルホン
化ポリスルホン、N−アミノエチルピペラジン共重合6,
6−ナイロン、メトキシメチル化6−ナイロン、酢酸ビ
ニル、N−ビニルピロリドン共重合体等多くの親水性モ
ノマー、疎水性モノマー共重合体がある。これらのうち
で好ましい重合体として、できれば水/低級アルコール
の50/50重量比の混合溶媒に1重量%以上溶解する実質
的に水不溶性の有機重合体、特に好ましくは、水/低級
アルコール、65/35重量比の混合溶媒に1重量%以上溶
解する実質的に水不溶性の有機重合体が挙げられる。こ
の理由は、このような有機重合体は、本質的に親水性で
あることに由来すると考えられ、保護膜で被覆しても保
護膜が、水透過の妨げになる割合が比較的小さいため、
水分透過量の低下が少ないためである。このような性質
を付与するため、前述の具体例中の有機重合体の親水性
成分の分率をコントロールすることが重要であり、例え
ば部分ケン化ポリ酢酸ビニルの場合は、ケン化度が10〜
60%、より好ましくは25〜50%のものが好適であり、N
−アミノエチルピペラジン、6,6−ナイロン共重合体の
場合には、ヘキサメチレンジアミンとN−アミノエチル
ピペラジンとの比率が80/20から40/60の範囲にすると好
ましく、特に好ましくは60/40から40/60の範囲にすると
良い。
このような有機重合体は、保護膜として前記ポリアミド
系あるいはポリウレア系の複合膜に塗布されて、有用な
複合逆浸透膜を製造することに有効である。
以下その具体的方法について述べる。
ポリアミド系、あるいはポリウレア系の複合膜の製造
は、従来公知の方法によって、容易に得ることができ
る。その代表例としては、多孔性ポリスルホン支持膜を
用い、メタフェニレンジアミン、エチレンジアミン、ピ
ペラジン、ポリエチレンイミン、アミン変性エピクロル
ヒドリン等の反応性アミノ基を有するモノマーおよび/
またはポリマーの水溶液を前記多孔性ポリスルホン支持
膜の少なくとも片面に塗布し、しかる後、トリメシン酸
クロライド、イソフタル酸クロライド、テレフタル酸ク
ロライド、トリレンジイソシアネート、塩化シアヌル等
の多官能酸クロライド、または多官能イソシアネート、
またはこれらの混合物のヘキサンあるいはトリクロロト
リフルオロエタンの溶液を塗布することにより、多孔性
ポリスルホン支持膜上で界面重縮合を行なわせ薄膜を形
成させ、この薄膜が活性層となり、脱塩性能を有する複
合膜を得ることができる。また場合によってはさらに熱
処理を行なって、未反応アミノ基含有ポリマーを架稿し
て中間層を形成させることもある。
このようにして得られた複合膜に、実質的に水不溶性
で、水/低級アルコールに可溶な有機重合体を保護膜層
として塗布し、最終的に複合逆浸透膜を得るのである
が、保護膜の被覆方法は、特に限定されるべきものでは
ない。一般に用いられる塗装の方法を用いるのが簡単で
しかも再現性ある方法として用いられ特に保護膜の厚み
が均一になるようにすれば問題はない。このような方法
の一例としては、ハケ刷り法、雰霧法、浸漬法、転写法
等が挙げられ、一般的なバーコーターによるコーティン
グ法が最も簡便な方法として推奨される。
前記保護膜層に使用される有機重合体は、水/低級アル
コールに可溶なため、簡便には水/低級アルコールに溶
解して塗布するが、膜性能に悪影響を及ぼさない溶媒に
溶解してもさしつかえない。支持膜が、ポリスルホン多
孔性膜の場合には、ギ酸、ハロゲン化炭化水素、脂肪族
炭化水素等も使用可能である。また、低濃度のアセト
ン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルなどと、水と
の混合も用いることもできる。しかしながら、水/低級
アルコール混合溶媒を用いるのが、もっとも一般的と言
える。
水/低級アルコールの混合比は、特に限定されるべきも
のではないが、有機重合体が実質的に水に不溶であるこ
とを考慮すると少なくともアルコール濃度は10重量%以
上、好ましくは20重量%以上で使用する。さらに、製造
プロセス上可燃性、爆発性を抑制するため、アルコール
濃度は低い方が好ましい。よって、好ましくは50重量%
以下の濃度がよい。
用いる低級アルコールとしては、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、エチレンクロルヒドリ
ンなどが、一般的であり、得られる保護膜の皮膜の形成
性が良い結果を与えるものが好ましい。特に上記の点に
ついて問題のない場合には、蒸発のし易さ、価格の点か
らメタノールが好ましい。
前記有機重合体を保護膜として塗布する場合の厚みは、
得られる保護膜の皮膜の強度、水分透過性を考慮して決
定されるが、一般には、0.01〜1μm好ましくは0.03〜
0.1μm程度の厚みにする。このような厚みに制御する
ため、塗布する溶液の有機重合体濃度、塗布厚みは任意
に選ばれる。一般的に用いられる有機重合体の濃度は0.
1〜10重量%、塗布厚みは5〜50cc/m2程度である。
実施例1 ポリスルホン(Udel−P−3500)からなる微多孔性支持
膜上に、ポリエチレンイミン1重量%を含有する水溶液
を均一に塗布した後、イソフタル酸クロライド0.5重量
%を含有するn−ヘキサン溶液に25℃の温度で1分間浸
漬した。膜面に付着したn−ヘキサンを揮散させた後、
110℃で10分間加熱処理を行なった。さらにケン化度40
%分子量1700の部分ケン化ポリ酢酸ビニル1重量%、メ
タノール45重量%を含む水溶液を塗布し、室温で過剰の
溶液を除去したのち、風乾した。
得られた複合膜を、圧力30kg/cm2、温度25℃供給液1500
ppmNaClの条件下で、逆浸透試験を行なったところ、24
時間後の透水量は1.01m3/m2・日、塩排除率は98.3%で
あった。また逆浸透試験後、複合膜の表面をFTIRで測定
した結果、部分ケン化ポリ酢酸ビニルが残存しているこ
とが判明した。
比較例1 実施例1において、部分ケン化ポリ酢酸ビニルを塗布し
ない膜の逆浸透性能は、透水量1.13m3/m2・日、塩排除
率は98.2%であった。
実施例2、比較例2 実施例1および比較例1で得られたそれぞれの複合膜の
活性層側に、ポリエチレン製ネット(dupont社製“Vexa
r")を乗せ、80kg/cm2の圧力でプレスした。プレスした
後の逆浸透性能は第1表のようであった。
比較例3 実施例1において、部分ケン化ポリ酢酸ビニルの代り
に、ポリビニルアルコールの1重量%水溶液を塗布し、
100℃で5分間乾燥したところ逆浸透性能は、透水量1.0
2m3/m2・日、塩排除率98.2%であった。また逆浸透試験
後、複合膜の表面をFTIRで測定した結果、ポリビニルア
ルコールは検出されなかった。
実施例3、比較例4 実施例1と比較例3で得られた複合膜を各々、流水中に
24時間浸漬した後、湿潤状態でポリエチレン製ネットを
30kg/cm2でプレスした。これらの膜の逆浸透性能は第2
表のようであった。
実施例4 実施例1において、部分ケン化ポリ酢酸ビニルの代り
に、N−アミノエチルピペラジンを40モル%共重合した
6,6−ナイロンを用いた他は同様にして得られた複合膜
の逆浸透性能は透水量0.78m3/m2・日、塩排除率98.0%
であり、逆浸透試験後も、N−アミノエチルピペラジン
共重合6,6−ナイロンの層は、検出された。
〔発明の効果〕
本発明の複合逆浸透膜は、従来のものに比べて保護膜を
設けることによる膜性能の低下が少なく、使用中にはが
れず、簡単に製造できることがわかった。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】親水性モノマーと疎水性モノマーの共重合
    体、ポリアミド酸系重合体、または4級アミノ基、ヒド
    ロキシル基、あるいはスルホン酸基を導入した付加系、
    もしくは縮合系の重合体から選ばれる有機重合体であ
    り、しかも、実質的に水不溶性で、かつ水/低級アルコ
    ール混合溶媒に可溶な有機重合体を、保護膜層として塗
    布してなる、複合逆浸透膜。
  2. 【請求項2】有機重合体が、部分ケン化ポリ酢酸ビニ
    ル、ケン化ポリエチレン酢酸ビニル共重合体、スルホン
    化ポリスルホン、N−アミノエチルピペラジン共重合6,
    6−ナイロン、メトキシメチル化6−ナイロン、酢酸ビ
    ニル、N−ビニルピロリドン共重合体から選ばれる少な
    くとも1つであることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の複合逆浸透膜。
  3. 【請求項3】有機重合体が、水/低級アルコールの50/5
    0重量比の混合溶媒に1重量%以上溶解することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の複合逆浸透膜。
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