JPH11104473A - 脱気膜 - Google Patents
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Abstract
つ耐溶剤性、機械的強度及び低温での耐衝撃性に優れた
脱気膜を提供する。 【構成】 溶液中の溶存ガスを脱気するための脱気膜で
あって、スチレン系熱可塑性エラストマとポリオレフィ
ンから構成された均質薄膜をポリオレフィンの多孔質層
で挟みこんだ構造をなし、酸素透過流量が1×10-6c
m3(STP)・cm-2・sec-1・cmHg-1以上で
ある。
Description
剤中の溶存ガスを脱気するための脱気膜に関する。
やアルコール等の有機溶剤中に溶存する酸素等の気体を
脱気する技術として、膜を脱気膜として用い、この膜に
溶存ガスを含む溶液を供給し、膜の反対側を減圧とし、
溶存ガスを膜透過させ膜の二次側より溶存ガスを排出す
る方法が知られている。また、脱気膜としても、多孔質
支持体と非多孔質の均質薄膜とからなる複合膜が主なも
のとして知られている。
リカーボネート共重合体やシリコン−ウレタン共重合体
を用い、ポリオレフィン多孔質層の間に薄膜として挟み
こんで溶融賦形した複合膜で有機溶剤中の溶存ガスを脱
気する技術が特開平3−169303号公報、特開平5
−169051号公報に開示され、低密度ポリオレフィ
ンであるエチレン−高級オレフィン共重合体、プロピレ
ン−高級オレフィン共重合体を均質薄膜の形態で多孔質
基材上に積層した複合膜で水中の溶存ガスを脱気する技
術が特開平3−169303号公報、特開平5−185
067号公報に開示され、また、中空糸膜外表面から深
さ約1μmまでをポリ4メチルペンテン1の非多孔質
層、この層よりさらに深く膜内表面までをポリ4メチル
ペンテン1の多孔質層とする不均質構造中空糸膜を用い
て脱気する技術が特開平2−107317号公報、特開
平7−155568号公報、特開平6−134446号
公報、特開平6−335623号公報に開示されてい
る。
ト共重合体やシリコン−ウレタン共重合体の薄膜は、有
機溶剤によって膨潤し易く、膜としての機械的強度が低
下し易い。低密度ポリオレフィンであるエチレン又はプ
ロピレン−高級オレフィン共重合体の薄膜では、酸素透
過係数が低く、実用上有効な溶存ガスの透過流量を得る
ためには0.3μm以下の極めて薄い膜とする必要があ
るが、厚さが極めて薄い場合には、膜の機械的強度が低
下し、膜にピンホールが発生し易い。また、ポリ4メチ
ルペンテン1の不均質構造中空糸膜では、素材のガラス
転移点が25〜30℃であり、25℃以下の低温では脆
くなり易く、低温での溶液供給時や衝撃的に外圧が加わ
った時に膜が破裂し易くなる。
装材、医療用フィルム、血小板保存用バッグの分野では
それらの素材として知られているものの、脱気膜等の分
離膜の素材としては従来全く知られていないスチレン系
熱可塑性エラストマとポリオレフィンとの組み合わせに
着目し、スチレン系熱可塑性エラストマとポリオレフィ
ンとの組み合わせが、厚さ1μm以下の均質薄膜に賦形
可能であり、耐溶剤性があり、低温においても柔軟であ
り、この均質薄膜を含んで構成した膜は溶液中から溶存
ガスをもとの1/10以下までに脱気可能であることを
見い出し、本発明に至ったもので、本発明の目的は、溶
液中からの溶存ガスの脱気性能に優れ、かつ耐溶剤性、
機械的強度及び低温での耐衝撃性に優れた脱気膜を提供
することにある。
ガスを脱気するための脱気膜であって、スチレン系熱可
塑性エラストマとポリオレフィンから構成された均質薄
膜をポリオレフィンの多孔質層で挟みこんだ構造をな
し、酸素透過流量が1×10-6cm3(STP)・cm
-2・sec-1・cmHg-1以上であることを特徴とする
脱気膜にある。
可塑性エラストマとポリオレフィンから構成された均質
薄膜とポリオレフィンの多孔質層とで構成され、均質薄
膜を多孔質層で挟みこんだ複合構造をなしている。
ラストマとしては、例えば次のものが好ましいものとし
て挙げられ、これらは単独で又は混合して用いられる。 1.ハードセグメントとしてスチレン重合体、ソフトセ
グメントとしてブタジエン重合体、エチレン−ブチレン
共重合体、イソプレン重合体又はエチレン−プロピレン
共重合体の各ブロック共重合体。 2.スチレンとブタジエン、スチレンとエチレン−ブチ
レン、スチレンとイソプレン又はスチレンとエチレン−
プロピレンとの各ランダム共重合体。
合体であるハードセグメントの構造緩和に基づくガラス
転移が100℃付近に見られ、ソフトセグメントの構造
緩和に基づくガラス転移が−50〜−70℃付近に見ら
れ、溶存ガスの脱気運転が行われる−50〜50℃の温
度域における弾性率の温度依存性が緩やかでであり、脱
気運転時に薄膜の柔軟性が保持されており、しかも室温
ではスチレン重合体であるハードセグメントが架橋点と
なっているため薄膜の厚さが薄くても外圧により破裂す
ることはない。
なガラス転移点が見られず、溶存ガスの脱気運転が行わ
れる−50〜50℃の温度域では前記ブロック共重合体
より柔軟であり、薄膜賦形に適するものであるが、架橋
点が不明確な構造のため薄膜の厚さが薄くなると外圧に
対する破裂耐久性の点では前記ブロック共重合体よりや
や劣る。
ック共重合体を用いるかランダム共重合体を用いるか
は、均質薄膜の厚さと機械的強度とのバランスで適宜考
慮されるが、均質薄膜の厚さが1μm以下である場合
は、ブロック共重合体を用いることが望ましい。
としては、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン等が挙
げられ、特に密度が0.900g/cm3以下のポリオ
レフィンが均質薄膜の酸素透過性をより高める上で好ま
しく用いられる。密度が0.900g/cm3以下のポ
リオレフィンとしては、例えばエチレン−プロピレン共
重合体、エチレン−オクテン共重合体等が挙げられる。
なお、密度は、ASTM D1238に準拠し、ポリマ
を190℃で溶融した後、2.16Kgの荷重下で押し
出したストランドを室温まで徐冷したサンプルをAST
M D1505に準拠して測定したものである。
フィンとの構成比は、スチレン系熱可塑性エラストマに
対しポリオレフィンが1〜95重量%とすることが好ま
しい。ポリオレフィンが1重量%未満では、溶融による
薄膜賦形の際の流動粘度の低下が不十分であり、薄膜化
に困難をきたし、また、ポリオレフィンが95重量%を
超えると、酸素透過性が低くなり、脱気性能が不足した
ものとなる。
フィンとはブレンド、好ましくはメルトブレンドされる
が、このブレンド重合体による均質薄膜は、スチレン系
熱可塑性エラストマのみによる薄膜に比べ、酸素透過性
が5〜10倍以上に向上し、弾性率の温度依存性も脱気
運転が行われる−50〜50℃の温度域ではスチレン系
熱可塑性エラストマのみの場合とほぼ同じで、しかもブ
レンド重合体は、薄膜賦形の際の流動粘度が低く、薄い
厚さの薄膜賦形に適するものである。特に脱気膜を有機
溶剤中の溶存ガスの脱気に用いる際のより高い耐溶剤性
を必要とする場合は、スチレン系熱可塑性エラストマと
ポリオレフィンとの相互貫通網目構造体(IPN構造
体)のブレンド重合体とすることが好ましい。
は、特に制限はなく、例えば高密度ポリエチレン、高立
体規則性ポリプロピレン等が挙げられる。
して、酸素透過流量が1×10-6cm3(STP)・c
m-2・sec-1・cmHg-1以上の気体透過性を有す
る。なお、酸素透過流量は、ASTM D3985に準
拠し、純粋な酸素に対する透過測定により得られた値で
ある。また、STPは、気体の標準状態を意味する。酸
素透過流量が1×10-6cm3(STP)・cm-2・s
ec-1・cmHg-1以上であれば、溶液中の溶存ガスの
透過流量も1×10-6cm3・cm-2・sec-1・cm
Hg-1以上となり、溶液中からの溶存ガスに対する優れ
た脱気性能を発揮し、溶液中の溶存ガス濃度を1/10
以下にすることを可能とする。
ン系、エーテル系、アルコール系の有機溶剤に対して膨
潤し難く、優れた耐溶剤性を示し、本発明の脱気膜は、
水或いは水/アルコール混合液等の水溶液中の溶存ガス
の脱気に用いられるだけでなく、メチルエチルケトン、
メチルイソブチルケトン、ジメチルエーテル、ジエチル
エーテル、イソプロピルアルコール、メタノール、エタ
ノール等の有機溶剤中の溶存ガスの脱気に用いられる。
均質薄膜のブレンド重合体がIPN構造体である脱気膜
は、特に耐溶剤性に優れ、有機溶剤中の溶存ガスの脱気
に好ましく用いられる。
は有機溶剤から脱気することのできる溶存ガスとして
は、酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等の気体が挙
げられる。また、本発明の脱気膜における均質薄膜は、
水蒸気の透過性が低く、水溶液中の溶存ガスを脱気する
際、脱気膜の二次側を減圧するための真空ポンプに対す
る負荷が低減される。
は特に制限はなく、均質薄膜とするスチレン系熱可塑性
エラストマとポリオレフィンとのブレンド重合体と、多
孔質層とするポリオレフィンとを、それぞれ溶融し、最
外層、最内層に多孔質層とするポリオレフィン、中間層
に均質薄膜とするスチレン系熱可塑性エラストマとポリ
オレフィンとのブレンド重合体が分配される複合ノズル
より共押し出しし、必要により巻き取った後、延伸する
ことにより、均質薄膜が多孔質層で挟みこまれた構造の
複合膜を得ることができる。
れるが、0.5〜5μm、好ましくは0.5〜1μmと
することにより、酸素透過流量が1×10-6cm3(S
TP)・cm-2・sec-1・cmHg-1以上の脱気膜が
得られる。複合膜の形態は、中空糸膜、平膜等のいずれ
の形態であってもよいが、脱気膜として容積効率を高め
て充填するには、中空糸膜が適しており、流路抵抗を低
減する必要があるときは平膜が適している。
中空糸膜の形態の脱気膜で説明すると、中空糸膜の内側
(一次側)に溶存ガスを含む原溶液を供給し、中空糸膜
の外側(二次側)を減圧とし、溶存ガスの分圧差の比例
した駆動力により溶存ガスを膜透過させ、中空糸膜の外
側に溶存ガスを排出する。また、この逆に中空糸膜の外
側を一次側とし、中空糸膜の内側を二次側とすることも
できる。
る。
マとしてシェル化学社製クレイトンG−1652(ハー
ドセグメントがスチレン重合体、ソフトセグメントがエ
チレン−ブチレンブロック共重合体)10重量%及びシ
ェル化学社製クレイトンG−1657(ハードセグメン
トがスチレン重合体、ソフトセグメントがエチレン−ブ
チレンブロック共重合体)80重量%を用い、ポリオレ
フィンとしてデュポン−ダウエラストマー社製ENGA
GE8400(密度0.870g/cm3)10重量%
を用い、これらを2軸混練機でメルトブレンドした。次
いで、複合紡糸ノズルを用い、このブレンド重合体を中
間層、高密度ポリエチレンとして旭化成社製B161を
最内層、最外層の3層構造となるように配して溶融紡糸
し、中空繊維を得た。
ル処理した後、室温で1.3倍に延伸し、引き続き11
1℃で5倍に延伸し、最内層、最外層が多孔質層、中間
層が均質薄膜の3層構造の中空糸膜(内径300μm、
外径420μm)を得た。多孔質層は最内層、最外層と
もに厚さが30μm、空孔率が50容量%であり、均質
薄膜は厚さが0.8μmであった。この中空糸膜の酸素
透過流量は8×10-6cm3(STP)・cm-2・se
c-1・cmHg-1であった。得られた中空糸膜を脱気膜
とし、中空糸膜5000本を束ねて中空糸膜束とし、中
空糸膜の内側に溶存酸素濃度8ppmの原水を5リット
ル/分の流量で供給し、中空糸膜の外側を30torr
に保ち脱気を30分間行ったところ、脱気後の水中の溶
存酸素濃度は0.1ppmであった。
気膜とし、2500本束ねて中空糸膜束とし、中空糸膜
の内側に溶存酸素濃度1ppmのエタノール/水の混合
液(エタノール/水=60wt%/40wt%)を5リ
ットル/分の流量で供給し、中空糸膜の外側を30to
rrに保ち脱気を30分間行ったところ、脱気後の混合
液中の溶存酸素濃度は0.05ppmであった。
マとして日本合成ゴム社製HSBR(スチレンとエチレ
ン−ブチレンのランダム共重合体、スチレン含量30w
t%)90重量%を用い、ポリオレフィンとしてデュポ
ン−ダウエラストマー社製ENGAGE8400(密度
0.870g/cm3)10重量%を用い、これらを2
軸混練機でメルトブレンドした。次いで、複合紡糸ノズ
ルを用い、このブレンド重合体を中間層、高密度ポリエ
チレンとして旭化成社製B161を最内層、最外層の3
層構造となるように配して溶融紡糸し、中空繊維を得
た。
ル処理した後、室温で1.3倍に延伸し、引き続き11
1℃で5倍に延伸し、最内層、最外層が多孔質層、中間
層が均質薄膜の3層構造の中空糸膜(内径300μm、
外径420μm)を得た。多孔質層は最内層、最外層と
もに厚さが30μm、空孔率が50容量%であり、均質
薄膜は厚さが0.8μmであった。この中空糸膜の酸素
透過流量は10×10-6cm3(STP)・cm-2・s
ec-1・cmHg-1であった。得られた中空糸膜を脱気
膜とし、中空糸膜5000本を束ねて中空糸膜束とし、
中空糸膜の内側に溶存酸素濃度8ppmの原水を5リッ
トル/分の流量で供給し、中空糸膜の外側を30tor
rに保ち脱気を1時間行ったところ、脱気後の水中の溶
存酸素濃度は0.08ppmであった。
スチレン系熱可塑性エラストマ(シェル化学社製クレイ
トンG−1657)のみを用いた以外は、実施例1と同
様にして3層構造の多孔質層、均質薄膜の各厚さが実施
例1のものと同一な中空糸膜を得た。。この中空糸膜の
酸素透過流量は3×10-7cm3(STP)・cm-2・
sec-1・cmHg-1であった。得られた中空糸膜を脱
気膜とし、中空糸膜5000本を束ねて中空糸膜束と
し、中空糸膜の内側に溶存酸素濃度8ppmの原水を5
リットル/分の流量で供給し、中空糸膜の外側を30t
orrに保ち脱気30分間を行ったところ、脱気後の水
中の溶存酸素濃度は5ppmであった。
ポリオレフィン(デュポン−ダウエラストマー社製EN
GAGE8400)のみを用いた以外は、実施例1と同
様にして3層構造の多孔質層、均質薄膜の各厚さが実施
例1のものと同一な中空糸膜を得た。この中空糸膜の酸
素透過流量は2×10-7cm3(STP)・cm-2・s
ec-1・cmHg-1であった。得られた中空糸膜を脱気
膜とし、中空糸膜5000本を束ねて中空糸膜束とし、
中空糸膜の内側に溶存酸素濃度8ppmの原水を5リッ
トル/分の流量で供給し、中空糸膜の外側を30tor
rに保ち脱気を30分間行ったところ、脱気後の水中の
溶存酸素濃度は5ppmであった。
スの脱気性能に優れ、かつ耐溶剤性、機械的強度及び低
温での耐衝撃性に優れたものであり、塗料やインク中に
溶存する酸素や窒素の脱気、アルコール精製の際の溶存
酸素、窒素の脱気、半導体産業で用いる超純水を製造す
る際の水中の溶存酸素の脱気等に好適に用いられる。
分拡大縦断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 溶液中の溶存ガスを脱気するための脱気
膜であって、スチレン系熱可塑性エラストマとポリオレ
フィンから構成された均質薄膜をポリオレフィンの多孔
質層で挟みこんだ構造をなし、酸素透過流量が1×10
-6cm3(STP)・cm-2・sec-1・cmHg-1以
上であることを特徴とする脱気膜。 - 【請求項2】 均質薄膜を構成するポリオレフィンが、
密度0.900g/cm3以下のポリオレフィンである
請求項1記載の脱気膜。 - 【請求項3】 均質薄膜を構成するスチレン系熱可塑性
エラストマが、スチレンと、エチレン−ブチレン、イソ
プレン又はエチレン−プロピレンとのブロック又はラン
ダム共重合体である請求項1又は請求項2記載の脱気
膜。 - 【請求項4】 溶液が水溶液又は有機溶剤であり、溶存
ガスが酸素、窒素、一酸化炭素又は二酸化炭素である請
求項1、請求項2又は請求項3記載の脱気膜。
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