JPS5888010A - アクリルニトリル系分離膜の製造方法 - Google Patents

アクリルニトリル系分離膜の製造方法

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JPS5888010A
JPS5888010A JP18591581A JP18591581A JPS5888010A JP S5888010 A JPS5888010 A JP S5888010A JP 18591581 A JP18591581 A JP 18591581A JP 18591581 A JP18591581 A JP 18591581A JP S5888010 A JPS5888010 A JP S5888010A
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glycol
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Shinsuke Takegami
竹上 信介
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  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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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】 本発明は機械的強度に優れ光アクリルニトリル(以下A
Nという)系分離膜の製造方決に関するものである。
近年、廃水処理、海水の淡水化1食品工業あるいは医療
分野等の広範囲な用途分野において半透膜を使用する各
種物賞の分離技術が注目され、今後も更に大きな発展が
期待されている。そのような分離技術として、水謀体中
に浮遊、分数ないしは溶解している物貿の大きさに応じ
て限外p過。
逆浸透などの種々の手法が提案されている。すなわち、
上記の各分離目的に応じて膜に要求される性能が異なる
ことは言うまでもないが、共通的に要求される性能とし
ては水系媒体の透過速度が大きいこと、分離対象物の選
択透過性能にすぐれていること、実際の膜分離の操作圧
に耐えるべき機械的および化学的強度が大きいことなど
が挙げられる。現在公知の半透膜は極めて多く存在して
いるが、上記の諸性能を実用水準まで満足せしめ得る膜
は必ずしも多く存在していないのが突状である。例えば
比較的実用性のあるセルロース・アセテート膜において
も特に耐薬品性、耐黴生物分解性などに欠点が認められ
る。一方AN系重合体膜は元来化学的性能にすぐれてい
るため、種々の膜形成方法が!!来されている。それら
は特開昭49−53258号公報(膜両面の凝固剤の凝
固価に差異をも九せる方法)、特開昭49−62380
号公報(鞘−芯複合紡糸法)、特開昭50−92359
号公報(混合溶媒を用いる方法)および特開昭50−1
17682号公報(ゾルl1lIK成形後溶謀を蒸発。
後罠脱溶謀する方法)等により窮い知ることができるが
、これらの膜製造方決について・は膜分離性能、膜透過
性能および膜の生産性などKついて不都合を内在するも
のであり、工業的に有利なものとは言い難かった。
一方、AN系重合体の溶剤であるジメチルホルムアミド
と非溶剤であるホルムアミドとの製膜原液を用いる湿式
製膜法によってAN系分離膜が得られることが、特開昭
54−131666号公報(ジメチルホルムアミドとホ
ルムアミドとの混合)や特開昭54−132480号公
報(脱溶媒条件を特定化)で見出されている。しかし、
これらの条件を満足し次としても実用性のある。再現性
の良い。
良好な膜性能及び耐圧性を保証することはむずかしかっ
た。即ち、AN系分離膜が極めて緻密で。
薄い表面活性IICスキンJl)と多孔質で水透過性に
優れた支持層からなる非対称構造を持つことが分離膜の
膜性能を優れたものにするために必須条件であるにもか
かわらすジメチルホルムアミドとホルムアミドとの混合
系を用いる製Ws決ではこのような膜構造をもった分離
膜を再現性よく製造するためには厳密な製造条件の設定
が必要であり。
極めて高度な製膜技術が要求されるのみならず中空繊維
では充分な真円形状が得られず実際の膜の離操作圧に耐
えることができなかつ九。
ここにおいて本発明者らは、更に良好な膜性能を保証し
得る広域な製膜条件、脱溶剤条件について検討した結果
、驚くべきことKANX重合体の湿式製膜法においてN
−メチルピロリピント有機系膨潤剤との混合系を用いる
ことKよって、例えばジメチルホルムアミドとホルムア
ミドとの混合原液では得られなかつ九本透過性の増加と
分離率の向上が認められたのみならず膜性能の再現性及
び力学的強度もきわめて良好になり、安定した膜性能を
保証出来るようKなり、本発。明を完成した。
すなわち本発明の目的は水の透過速度にすぐれ。
分離性能を好適な範囲に調整し得るAN系分離膜の製造
方法を提供することにある口 重発明の他の目的は安定した膜性能を保征し得る、工業
的に有利な製造方法を提供することにあるO 本発明の更に異なる他の目的はマイクロtp:m。
限外濾過、逆浸透用基材、気体分離用基材等の各種用途
分野に応じた膜分離性能の設計が可能な分離膜の製造方
法を提供することKある。
上述した本発明の目的はAN系重合体製膜原液から分離
膜を製造するに際し、該重合体をN−メチルピロリドン
とホルムアミド、エチレングリコール、ジエチレングリ
コール、トリエチレングリコール又は分子量1000以
下のポリエチレングリコールから選ばれた1種又は2種
以上の有機系膨潤剤との混合系に溶解した製膜原液を用
いることによって達成することが出来る。
本発明においてAN系重合体の溶剤であるN−メチルピ
ロリドンと有機系膨潤剤とを混合した原液を用いること
が、如何なる作用機構によって膜の機械的性能の向上お
よび膜性能の再現性あ向上  ゛をもたらしたかけ明確
ではないが、N−メチルピロリドンは室温ではAN系重
合体を溶解し得ないし、高温においてAN系重合体を溶
解したとしてもジメチルホルムアミドに比べて重合体溶
液の粘度が高いなどジメチルホルムアミド忙比べて貧溶
剤であること。またN−メチルピロリドンと有機系膨潤
剤との混合系を用いて作製した製膜原液のケル化点が高
いこと並びKN−メチルピロリトンがAN系重合体に対
して緩慢凝固の作用を及ぼすことがAN系重合体の製膜
原液を所望の形状に賦形後の温度低下にともなうゾル−
ゲル変換を容易ならしめ、緻密な分離活性層部を形成し
易くするためではないかと思われる。
ここにおいて5本発明に係る分離膜の出発勧賞として使
用するAN系重合体は公知の方法で得られたものが用い
られ、AN単独もしくはAN単位を80重量−以上、よ
り好ましくは90〜95重量%結合金有してなる重合体
が好ましい。また、かかるAN系重合体の分子量は、3
0℃のDMF中にて測定し九極限粘度〔り〕が、0.4
〜4の範囲にあるものが好ましく、該分子量が小さすぎ
ると製膜性1機械的強度および耐水性が劣り5分子量が
大きすぎても製膜性が悪い。なお、ANと共重合する単
量体としては、ANと共重合可能な公知のコモノマーを
用いることができ1例えばブタジェン、イソプレン等の
共役ジエン単量体類;スチレン、α−メチルスチレン、
クロロスチレン等の芳香族ビニル単量体類;メタクリロ
ニトリル、シアン化ビニリデン等のニトリル単量体類;
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチ
ル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メ
タクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル
酸エステル類;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデ
ン、臭化ビニリデン等のハロゲン化ビニルおよびビニリ
デン類;酢酸ビニル。
プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;エチルビニ
ルエーテル、ブチルビニルエーテル等のエーテル類など
がある。
まず上記AN系重合体を溶剤に溶解して製膜原液を作製
する。本発明に用いるかかる溶剤としてはホルムアミド
、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエ
チレングリコール又ハ分子量が1000以下のポリエチ
レングリコールを有機系膨潤剤として含有するN−メチ
ルピロリドンを用いることが必須である。かかる有機系
膨潤剤とN−メチルピロリドンの混合比率はAN系重合
体の組成、分子量、製膜原液中の重合体鴻度および該原
液温度等によって決められるものであるが。
最終展の性能(透水速度1分離率など)面から有機系膨
潤剤とN−メチルピロリドンとの混合は大略95:5な
いし80 : 20の範囲から選択することが好ましい
。特に95:5ないし90:10の範囲から選択するの
が好ましい。
ま九、上記製膜原液中のAN系重合体濃度は、該原液の
総量に対して10〜35重量%、好ましくは20〜30
重量%に維持することである。
このようKAN系重合体と混合溶剤から々るAN系重合
体製膜原液は、S解、脱泡される。溶解は、いかなる方
法でも実施され得る。
次に、このようにして作製した製膜原液は例えば平膜、
チューブ、中空繊維等の膜状物質に形成する。
次いで、かくして形成したゾル状膜を不活性雰囲気中に
通過せしめて脱溶剤処理する。本発明における脱溶剤処
理条件は、上記ゾル状膜を不活性雰囲気に接触せしめた
後、前記溶剤と相溶性を有する水溶性溶剤を50重量−
未満含有する50℃以下、好ましくは20℃から40℃
の範囲の水溶液に浸漬して脱溶剤するのが好ましい。な
お、本発明に用いる前記水溶性溶剤および不活性媒体と
して、例工ばジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキ
シド、ジメチルアセトアミド、r−ブチルラクトン、エ
チレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレ
ングリコール、ポリエチレングリコール、ホルムアミド
、硝酸またはロダン塩などの無機塩等の単独または混合
物を採用できるが、好ましくは混合系と同一組成物を用
いることが工業的に有利である。不活性媒体としては空
気。
窒素、酸素などが採用できるが、通常空気が用いられる
このような脱溶剤処理を経て作製された固化膜は、水洗
、延伸、熱処理する。かかる延伸は50℃以上、好まし
くは70℃以上で1軸または2軸方向に該固化膜の大き
さを基準にして0.8〜1.5倍延伸することが好まし
い。また熱処理は50〜120℃、より好ましくは70
〜100”Cで水および/またはポリエチレングリコー
ル、グリセリン浴で行なう。該熱処理温度が50’CI
C満たない場合は1重合体の構造固定に基づく、耐熱水
性。
抗圧密化性、乾燥再使用性および膜分離能の改曽効来が
充分期待され得す、一方該温度が120℃を越える場合
は、透水速度の低下等が派生し好ましくない。
上述したようKAN系重合体を有機系膨潤剤を含有する
N−メチルピロリドンKf!g解してなる原液を賦形し
固化する本発明の方法を採用するととKより、−分離活
性部分と支持部分とが異なった機構で形成され、かつ分
離活性面が平滑で分離性能の高い非対称性の構造膜が得
られる。さらに採用せるN−メチルピロリドンの働きで
凝固現象が緩く進行し、真円性の高い構造膜が得られる
また1本発明に係る分離膜は酸素、ヘリウム。
アルゴン、ネオン、−酸化窒素、硫化水素、亜硫酸ガス
、二酸化窒業、メタン、エタン、プロパン。
エチレン、プロピレン、ブチレン、その他低分子ガス状
化合物の分離濃縮に、更には気液混合気体中の気体分離
、その他の気体分離用の複合膜の基材としても効果的に
適用することができる。
本発明の理解を更に良好にするため1次に本発明の代表
的な実施例を示す。
なお、以下の実施例に記載する透水速度、塩排除率は下
記の方法にて測定ないしは算出したものである。
(1)  透水速度 (F j d/d・日・(kf/
J))ポリエチレングリコール4000(和光紬薬製)
の0.5 %水溶液を試験液として用い、供試試料(中
空繊維状の供試膜数本束ねてループ状とし、そのループ
の反対側端から53程度の部分をエポキシ樹脂で硬化成
形した試料)を加圧p過装置に装着し、試験液を供試試
料の外表面側に入れ、試験液側と透過液側(透過液は中
空繊維の中空部分から流出する)との圧力差を50峙/
−に設定し。
透過液量を測定して単位膜面積、単位時間、単位圧(単
位差圧)当りの透水速度を算出した。かかる透水速度(
F)が大きいほど透過速度が大きく好能率の逆浸透膜で
あることを意味する。
(2)  塩排除率 (R:チ) 下記の一般式(I) Kより算出し九。
R=(1−C/Co )xi 00        (
I)但しhcoは前記試験液のポリエチレングリコール
4000濃度を示し、Cは試験液量の5チが透過した時
点における透過液中のポリエチレングリコール4000
濃度を示す。かかる数値(R)が大きいほど塩排除能が
大きいことを示す。
なお、膜性能は上記F値及びR値が3.OX 10−’
d/d・日・(呻/−)以上、かつ3〇−以上、より最
適にはFが6.0 X 10−’以上、かりRが50チ
以上が実用的である。
実施例1゜ AN92%、!ニアクリル酸メチル8%とからなるAN
A共重合体(30℃のジメチルホルムアミド中で測定し
た〔η)=1.20)28部を下記第1表に示す混合物
72部に溶解、脱泡せしめて製膜原液を作製した。この
製膜原液を90℃に維持したアンニュラー・タイプの紡
糸口金を介して紡出し。
空気中を10−走行せしめた後、上記溶剤を30チ含有
する水溶液(30℃)K導いて脱溶剤、凝固処理を施し
た。固化した中空繊維状膜は連続的に凝固浴から取り出
し、水洗、80’C熱水処理。
延伸して、乾燥した。
かくして得られたAN系分離膜の膜性能を評価した結果
を第1表に記載した。
なお、ジメチルホルムアミドを溶剤にし九場合。
有機系膨潤剤を加えなかった場合およびポリエチレング
リコール2000を加え九場合の膜性能も第1表に併記
した。
第    1    表 注:PEG−200”ポリエチレングリコールのXFj
61分子量が200のもの PEG−2000:ポリエチレングリコールの平均分子
量が2000のもの 第1表の結果から明らかなように1本発明の推奨する製
膜ドープ組成を満足せしめて製造された中空繊維状分離
膜は、その性能を顕着に改曹せしめる事実が理解される
また上記A1とム4の分離膜について圧力とF値との関
係を検討したところA1では58神/jあ九りから急激
KF値の低下が認められたが&4では100kf/Jを
こえてもF値の低下は一向に認められなかった。
実施例2゜ AN92%とアクリル酸メチル8’1にとからなるAN
系共重合体をN−メチルピロリドンとエチレングリコー
ルからなる混合溶媒に溶解、脱泡せしめ製膜原液を作製
した。この時N−メチルピロリドンとエチレングリコー
ルの混合比率を5水準変えて製膜原液を作製した。この
製膜原液を実施例1と同様の方法で製膜した。得られた
AN系分離膜の膜性能を評価した結果を第2表に記載し
た。
第2表 (注:N−メチルピロリドンとエチレングリコールの混
合比率が70対30のものくついては紡糸口金温度を1
50℃で製膜した。) 実施例3゜ ANとアクリル酸メチルとからなるAN糸共重合体で、
共重合組成が異なる3種の重合体28部をN−メチルピ
ロリドン9o%とエチレングリコール10%からなる混
合物72部に溶解、脱泡せしめて製膜原液を作製した。
この製膜原液をいずれも90℃に維持したシース・コア
・タイプの紡糸口金を介して紡出し、空気中を40m走
行せしめた後、上記混合物を30%含有する。30”C
の水溶液に導いて、脱溶媒、凝固処理を施した。かかる
際コア部には混合物を60%含有する。30℃の水溶液
を導入した。固化し九中空繊維膜は連続的に浴から取り
出し、水洗、80℃熱水処理、延伸して、乾燥した。得
られたAN系分離膜の膜性能を評価した結果を第3表に
記載した。
第   3   表

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 アクリルニトリル系重合体製膜原液から分離膜を
    製造するに際し、該重合体をN−メチルピロリドンと有
    機系膨潤剤との混合系に溶解して得られた製膜原液を使
    用することを特徴とするアクリルニトリル系分離膜の製
    造方法。 2、有機系膨潤剤としてホルムアミド、エチレングリコ
    ール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール
    又は分子量1000以下のポリエチレングリコールから
    選ばれた化合物を用いる特許請求の範囲第1項記載の製
    造方法。 3、  N−メチルピロリドンと有機系膨潤剤との混合
    比が95=5ないし80 s 20である特許請求の範
    囲第1項記載の製造方法。 4、 アクリルニトリル系重合体がアクリルニトリルを
    90−95重量−結合含有Uてなるものである特許請求
    の範囲第1項記載の製造方法。 5、 分離膜が平膜である特許請求の範囲1g1項記載
    の製造方法。 6゜ 分離膜が中空繊維膜である特許請求の範囲第1項
    記載の製造方法。
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