JPS60129105A - 非水性液分離用の変性された再生セルロ−ス膜 - Google Patents

非水性液分離用の変性された再生セルロ−ス膜

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JPS60129105A
JPS60129105A JP59161486A JP16148684A JPS60129105A JP S60129105 A JPS60129105 A JP S60129105A JP 59161486 A JP59161486 A JP 59161486A JP 16148684 A JP16148684 A JP 16148684A JP S60129105 A JPS60129105 A JP S60129105A
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membrane
oil
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reactant
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JP59161486A
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ワンケイ・ワン
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Exxon Research and Engineering Co
Esso Research and Engineering Co
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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】 発明の分野 本発明は、二官能性反応剤との接触によって化学的に変
性された再生セルロースからなる選択性分離農の透過に
よって有機液体を分離する方法に関する〇 発明の概要 再生セルロース(RC)膜は、化学的変性によって有機
液体の分離(例えば、脱ワツクス油からのケトン脱ワッ
クス溶剤又はエキストラクト油からの抽出溶剤)に有用
でしかも向上された溶質阻止率を有する形態に転化させ
ることができる。このRC膜は、再生セルロース重合体
のアンヒドログルコース単位中のヒドロキシル基と反応
する二官能性反応剤と接触される。この反応は、架橋し
た重合体膜を生成する。この架橋は、有機液体の分離用
途における膜の選択性を向上させる。更に、架橋反応は
、RC膜の親水性を減少させるのに役立つ0かくして、
架橋操作の完了後に未反応ヒドロキシル基を残さずそれ
自身のヒドロキシル基モ導入しない架橋剤(例えば、ス
ルホン)の使用によって、RCNは、たとえ供給物中に
水が存在してもケトン/油分離プロセスにおいて使用可
能にされる(即ち、膜の性能を粗害することなく非水性
のしかし水湿潤の流れを分離することができる)。
架橋する二官能性反応剤を適当な溶剤中に溶解させた溶
液が再生セルレースと反応される。二官能性反応剤の濃
度は、約5〜30重量%好ましくは約10〜20重量%
(総溶液を基にして)である。架橋反応は、約20〜1
10℃の範囲内の温 ・度で約30〜300分間実施さ
れる。
発明の背景 膜の変性に架橋反応を使用して酸膜に望ましい特性を付
与することは多くの発明の課題であった。
米国特許第4232.916号には、ポリ(ビニルアル
コール)腰を熱処理によって架橋する方法が記載されて
いる。架橋された膜は、ノくツテリー及び電解槽の区画
材として有用である。
米国特許第5.265.536号には、ホルムアルデヒ
ドを使用して余り(ビニルアルコール)を架橋すること
が記載されている。得られた膜は、燃料槽の用途に有用
である。
米国特許第4904.519号では、芳香族ポリアミド
膜がアルデヒド、ポリアミン、ペルオキシドとの化学反
応によって又紘照射によって架橋された。得られた膜は
、改良された流束安定性を有すると記載されている。
米国特許第4951.621号には、クーシングドーブ
にジカルボン酸を配合し次いで熱処理することによって
ナイロン−ポリ(ビニルアルコール)膜を架橋させたこ
とが開示されている。これらの膜は、6M硝酸銀溶液に
よる飽和後に良好なパラフィン/オレフィン分離をもた
らした。
米国特許第4020.142号には、ポリベンゾイミダ
ゾール膜を強ポリ塩基性酸で架橋することによって酸膜
の耐圧縮性を向上させる方法が記載されている。
米国特許第4.084215号には、ポリアミド及びポ
リヒドラジド膜をアルカリ土類金属、遷移金属、アルミ
ニウム又は船旅の金属イオンで架橋させることによって
酸膜の水−塩分離能を向上させたことが記載されている
米国特許第4,046,843号及び同第4.16へ7
25号には、プラズマを使用して膜の架橋を行なうこと
が記載されている。得られた膜は、水−塩分離において
良好な分離特性を有すると記載されている。 ′ また、米国特許第4140.256号、同第4864、
289号、同第4585.126号、同第へ669、9
54号、同第4837.900号、同第4、186.2
38号、同第4.194.024号、同第4.200.
558号、同第4.175.185号及び特願昭038
137号も参照されたい。
米国特許第5.554991号には、溶剤抽出、透析及
びエキストラクトの分別の各工程を使用する芳香族炭化
水素の回収法が記載されている。透析においては、抽出
された芳香族成分はすべて、膜による芳香族成分の透析
によって抽出溶剤から分離される。好適な膜材料の例は
、該米国特許のカーyム4016行目以下に記載されて
いる。これニハ、セルロースエステル、セルロースエー
テル、セルロースエステルとセルロースエーテルとの混
合物及び他のセルロース誘導体が包含されている。
他の適当な膜は、2−クロルブタジェン、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリテトラフルオルエチレン、ブタ
ジェンとスチレンとの共重合体、イソプレンとインブチ
レンとの共重合体、塩化ビニル、塩化ビニリデン、エチ
レンとプロピレンとの架橋共重合体、加硫天然ゴム等の
フィルムが挙げられる。この方法では、セルロースエス
テル、エーテル及び他のセルロース誘導体膜の遊離ヒド
ロキシル基をアルデヒド、アルデヒド/アルコール混合
物、有機ジイソシアネート、有機モノイソシアネート等
の如き有機反応剤と反応させることによって、又はアル
デヒドを反応させ次いで有機ジイソシアネートを反応さ
せることによって変性されたものを用いることもできる
上に記載したすべての場合において、膜に有益な特性例
えば耐圧縮性、塩阻止性能等を付与するために架橋反応
が使用されている。これらの文献のどこにも、RCNの
親水性を減少させ且つ有機液体の分離におけるRC膜の
分離効率を向上させるために架橋反応を使用することは
記載されていないことに注目されたい。
架橋性反応剤とセルロースのアンヒドログルコース単位
中に存在するヒドロキシル基との反応は、多方面におい
て特に織物仕上けの分野において研究されてきた(例え
ば、Kirk−0thmerの]1jHcyclo−p
edia of Chemical Technolo
gy 、 Mo1.22 、第3版、第770〜790
負、1985、Wiley jN、 Y、 )。しかし
ながら、か−る反応は、非水性液の分離で使用するため
にRC9の親水性を低下させ且つその性能を向上させる
ために使用することについてはまだ研究されていない。
発明の詳細な記述 ′ こ−に本発明において、向上された溶質阻止率を有
する架橋された再生セルロース説が開示される。また、
再生セルロースの構造を変性しこれによってか−る膜を
有機液体の分離プ四セスで使用することができるように
する方法が開示される。
本発明の方法は、再生セルロースに対して有機液体の分
離能を付与し、そして脱ワツクス油からケトン脱ワツク
ス溶剤を回収するのに、またエキストラクト油からNM
P、 フェノール、フルフラル、N、N−ジメチルホル
ムアミド(DMF )、ジメチルスルホキシド(DM8
0)又はジメチルアセトアミド(DMAC)の如き抽出
溶剤を回収するのに特に有用である。本発明の方法によ
れば、斯界に周知のどの技術によって調製された再生セ
ルロースも変性することができる◇ 再生セルロースは、セルロースをその溶液カラ沈毅させ
ることによって形成される一群の周知の重合体である(
 Kirk−0thmerのFincyclopedi
B of(hemical Technolog3’ 
、第三版、VOl、5.第70〜163頁、J、 Wi
ley & 5ons 、 1979 ) 。本発明に
よって変性され得るものとしては、セロファン(セルロ
ースキサントゲン酸塩からビスコース法によって)、キ
ュプロファン(銅アンモニア法によって)又はキュエノ
ファン(キュエン法によって)として製造された再生セ
ルロース寮挙げられる。
と−に記載の操作によって変性させることのできる再生
セルロース膜は、厚さ又は分子量カットオフ(cuj 
off )に関係なく任意の都合のよい形態例えばシー
ト、管、中空繊維等であってよい。
再生セルロース膜は、典型的には10〜50μm1通常
10〜20μmの範囲の厚さを有する。
再生セルロース膜祉、分子量カットオフ(これは、その
細孔寸法と関連する)によって特徴づけられる。しかし
、再生セルロースの如き半透過性膜については多くの理
由のために細孔寸法だけを絶対的に述べることができな
い。例えば、細孔寸法は、温度に応じて変動し、また膜
マトリクス内に飽和された溶剤(これは、膜を膨潤又は
収縮する可能性がある)に左右される。
再生セルロース膜は、一般には、サイジング方式として
水中のたん白質を用いて特徴づけるときには、約10A
〜約300A+の孔径に相当する約3、000〜500
.000の分子値カットオフ(MWCO)で作られる。
N MP 、ケトン等の如き多くの有機溶剤は、再生セ
ルロース膜と相互作用して孔径の変化を引き起こすこと
を理解すべきである。本明細書において用いるときには
、膜に対するMWCOは、出発膜の孔径(水たん白質系
を使用して寸法法めされた)を反映している。
本発明の架橋された再生セルロース膜を上記の非水性液
の分離に用いるときには、膜は、斯界において現在用い
られている典型的な任意の寸法形状で都合よく用いるこ
とができる。香化セルロース膜は、シート、管、繊維等
の形態で製造される。
管及び繊維は、米国特許第5,228,877号に記載
される如きモジュールの形態で用いることができる。シ
ート形態の膜は、例えば米国特許第3、417.870
号、同第へ17?4167号、同3、567.504号
、同第4386.583号及び同第439スフ90号で
具体化されるように螺旋巻き膜部材に製作することがで
きる。
異なる供給流れの環境で用いるだめの螺旋巻き部材を製
作するときには、遭遇する可能性のある供給流れにかん
かみ部材の製作に好適な接着剤系を選択するのに注意を
払わなければならない。
脱ワツクス油からケトン脱ワツクス溶剤を分離するのに
螺旋巻き再生セルロース部材を用いようとするときには
、この螺旋巻き要素は、透過物用の孔を含む中心金属管
の周囲に再生セルロースの層を巻回しそしてこの膜層を
透過物支持体例えば編成′8impt”X ” (メラ
ミンホルムアルデヒド補剛材を有するダクロン)及び供
給スペーサー例えtf ’ Vexar ” (ポリプ
ロピレンメツシュ)の交互層によって分離したものであ
る。膜層は、透過物支持体を密閉包囲体中に穴付き中心
管と流動連通状態でサンドインチにしこれによって中心
管の穴を唯一の透過物流出口として残すためにエポキシ
接着剤を使用してその両端に沿って封着される。
エポキシ接着剤は、(1)ビスフェノール人とエピクロ
ルヒドリンとの反応生成物である’ Bpoyl 82
8”、(2) ” Cabosil M 5 ” 、(
3)Veraamid 140 (ポリアミド硬化剤)
 、(4) ′Eatane 5toyp−t ° (
ピー・エフ・グツドリッチ社からのポリウレタン)及び
(5) D M F溶剤を含みそして成分1/2/3/
415が重坦部を基にして約10 o/10/60/4
/12の典型的な関係で存在する樹脂処方物にして、し
かも約25℃において21日の期間にわたって硬化する
樹脂処方物からなる。この接着剤系は、1983年5月
13日出願の米国特許願第494、409号に記載され
ている。膜の層、透過物支持体及び供給スペーサーは、
渦旋巻き要素の製造に適合した態様で中心管の周囲に巻
回される。
要素を硬化させた後、要素の両端はトリミングされ、次
いでナイロンクール支持体及びナイロン反入れ子装置が
加えられる。次いで、要素の外側は、エポキシ補強ガラ
ス繊維外部包装材で覆われる。
再生セルロース膜(望まれる形態が何んであろうとも)
は、再生セルロース重合体のアンヒFログルコース単位
中のヒドロキシル基を介して膜に二官能性反応剤を反応
させることによって化学的に変性される。M措造の架橋
は、二官能性反応剤と重合体膜を構成する各重合体鎖中
のヒドロキシル基との反応によって達成される。拳法に
よって製造される架橋された再生セルロース膜は、有機
液体の分離に対してよシ選択的になる。架橋は、膜材料
を所望の機械的部材の形態(即ち、螺旋巻き膜、集束繊
維等)に製作する前又はその後のどちらでも行なうこと
ができる。即ち、架橋は、その場所で行なうことができ
る。
一般には、ヒドロキシル基と反応する潜在的な二官能性
反応剤を架橋剤として用いることができる。か−る二官
能性反応剤の代表的な例としては、ビス(2−ヒドロキ
シエチル)スルホン、ジメチルジクロルシラン、エビク
ロロヒドリン、ホルムアルデヒド、ジメチロール尿素、
ジメチロールエチレン尿素、ジイソシアネート等が挙げ
られる。
二官能性反応剤は、溶液の約5〜30重量%好ましくは
10〜20重n%の濃度で使用される◇二官能性反応剤
用の希釈剤としてはすべての非反応性溶剤を用いること
ができるが、但し、この溶剤は反応剤/原反一応に干渉
しないものとする。好適な溶剤の例としては、脂肪族炭
化水素、芳香族炭化水素、塩素化炭化水素、ケトン、双
極性非プロトン溶剤、例えばDMF、DMSO〆I) 
M A c 。
NMP等が挙げられる。溶剤の沸点は、架橋を実施する
ときの温度よシも下であるべきである。
架橋は、約20〜110℃で行われるべきである。反応
時間は、反応された膜の最終用途に左右される。一般に
は、30〜300分程度の時間を用いることができるが
、約30〜180分程度の時間が典型的である。明らか
に、所定の温度では、長い反応時間程、膜の密度の大き
い広範囲の架橋をもたらす。架橋度の向上は、所定の溶
質/溶剤系の膜阻止率の増大(即ち選択性の向上)(及
びそれに付随する流束の減少)によって証明される。
過剰の架橋は、流束の実質的な損失をもたらす可能性が
あ夛、そして場合によっては膜を胞弱にしさえする。
本発明の架橋法によって化学的に変性された再生セルロ
ース膜は、脱ワツクス油がらケトン脱ワツクス溶剤を分
離する特殊用途を有している。ヨーロッパ特許公報第1
4834号には、含水膜に極性が減少する一連の溶剤(
最初に低分子量アルコールを使用し次いで1種の溶剤又
はすぐ前及びすぐ後の溶剤と液−液混和性の一連の溶剤
を使用しそして最後に透過させるべき有機液(例えばケ
トン)と液−液混和性を示す溶剤を使用する)を圧力下
に透過させることによって親水性から疎水性形態に転化
された再生セルロースを使用して油からケトンを分離す
ることが記載されている。これは、架橋された再生セル
ロース膜を使用して油からケトンを分離することができ
る本発明の方法と比較されるべきである。溶剤の加圧透
過は必要とされない。もし再生セルロース股をグリセロ
ール中で軟化された状態で受け取るならば、それは、グ
リセロールを除去するために水中に浸漬される。
次いで、この含水膜は、架橋に先立って遊離水(架橋工
程間に除去される水素結合した水ではない)を置換する
ためにメタノール次いでメチルエチルケトン(又はアセ
トンのみ)の如き溶剤中に浸漬しさえすればよい。架橋
された再生セルロース膜は、濯いで過剰の反応剤を除去
した後には、更に処理しなくても使用することができる
また、本発明の架橋法によって化学的に変性された再生
セルロース膜は、抽出された油エキストラクトからNM
P、フェノール、フル72−ル、N、N−ジメチルホル
ムアミド(DMF )、ジメチルスルホキシド(DM8
0)又はジメチルアセトアシド(DMAC)の如き抽出
溶剤を分離する特殊用途も有している。再生セルロース
が未架橋未変性形態でか−る分離を行なう基本的な能力
は、目下出願中の米国特許第561,169号に開示さ
れている。
本発明を次の実施例によって例示するが、これらは本発
明を限定するものではない。
例 1 約10,000〜12,000のMWCOを有する厚さ
175μmの再生セルロース膜を水洗し、 メタノール
中に約10〜15分間浸漬し、アセトン/MEK中に約
10〜15分間浸漬し、次いでメチルエチルケトン溶剤
中に10重ffi%のエビクロロヒドリン及び10重社
%のトリエチルアミンを溶解してなる架橋用溶液中に2
5℃で1時間入れた。次いで、膜をメチルエチルケトン
/アセトン中で濯いで過剰の反応溶液を除去し、次いで
MEK/アセトン中に約10〜15分間浸漬しそしてM
EK中に貯蔵した。この架橋された膜試料に対しては他
の予備コンディショニングを全く用いなかった。この膜
をクトンー油分離能について試験し、そして架橋されて
いないが、しかしヨーロッパ特許公報第15.834号
の操作に従って予備処理された再生セルロース膜と比較
した。この結果を以下の表に示す。
試料A (1) 1 2 (II) 供給油% ([) 24.4 (a) 22.7 (b
)流束: 1/m”−d 190 400阻止率% G
V) 81 55 (1) 試験条件:圧力2750 KPa(400ps
i)周囲温度(約23℃) (II) 架橋されていない力ζしかしメタノール次い
でMEKをそれぞれ4oopsi及び周囲温度(23℃
)で透過させることによって予tIfi?フンデイシミ
ニングされた再生セルロース (1) 供給溶液: (a) 60 / 40 MIBK/MBK中に15O
N脱ワツクス油を溶解 (b)50150 MEんへ1IBK中に15ON脱ワ
ツクス油を溶解 (1v)阻止率%は次の如くして定められる。
これから、ケトン−油分離におけるRe膜選択率は、こ
の架橋反応によって有意銭に向上させることができるこ
とが分かる。
例 2 BNKAから“PMloooとして入手できる厚さ10
 pmでMWC0約10,000〜12,000の再生
セルロース膜を水洗し、次いでビス(ヒドロキシエチル
)スルホンと90℃で3時間反応させた。この反応は、
試料A3を得るために20重量%水溶液中で実施された
。この反応させた膜を次いで水で濯ぎ、メタノール中に
約10〜15分間浸漬しそしてそれにMBKを400 
psiにおいて周囲温度(約27℃)で透過させた。膜
全例1において用いたと同じ条件下にケトン−油分離に
ついて試験すると、次の結果が得られた。
試料A 5 4 (3) 5 (3) 供給油% (1) 24.0 22.7 22.7水%
 1 0 1 流東(1/m”日) 297 400 (2)阻止率%
 78 55 (2) (リ 例1に規定した如き供給溶液であるカル表示した
場合には1%の水を含有する (2) 透過は全く認められない 。
(3)先の例の試料A2と同じ 本例は、この反応によってケトン−油分離の膜選択性の
有意義な向上を達成することができるのみならず、架橋
された膜の親水性が大きく低下されてその性能が供給物
中における水の存在によって影響を受けないことを示し
ている。
例 3 ENKA AGから”PM100’として入手できる厚
さ10 pmでMWCOが約10,000〜12.00
0(Z)再生セルロース膜を、10重重量のエピクロル
ヒドリン及び20重凰%のトリエチルアミンよシなるト
ルエン砺液中において90℃で1時間反応させた0゛反
応した膜を次いでトルエン中で洗浄しそしてトルエン中
に貯蔵した。NMP中で濯いだ後、これをNMP−油分
離(米国特許項第561.169号に開示される未架橋
再生セルロースを使用する基本的なNMP−油分離プロ
セス)について試験すると、次の結果が得られた。
試料A (リ 6 7 (2) 供給?IJJ% 20.5 21 流束、17m” 日 152 718 阻止率% 9o 55 (リ 実施条件: 温度 110℃ 圧力 約3450 xpa(soopsj )(2)未
変性再生セルロース膜 これから、再住セルロースの架橋は、選択性を向上させ
ることによってNMP−油分離プUセスに利益を与える
ことが分かる。
例 4 例3で用いたと同じ再生セル四−ス膜を例3に用いたと
同様の条件下にエビクロロヒドリンと反応させたが、但
し、反応温度はNMP中で濯いだ後に60〜90℃の間
で変動された。得られた膜を例5における如くしてNM
P−油分離について110℃、4450 Kpa(50
0p@t)で試験した。
次の結果が得られた。
試料A 8 9 10 11(1) 供給油% 18.5 19.0 20.5 21.0架
橋温度 ℃60 80 90 − 流束 1/m2 日 480 218 152 718
阻止率% 68 74 90 55 (1)未反応再生セルロース膜 例 5 例3で使用した如き再生セルロース膜を例3で使用した
と同様の条件下にエビクロロヒドリンと反応させたが、
但し、30分及び60分の反応時間を70℃の反応温度
で使用した。得られた膜を例3における如き条件でNM
P−油分離について試験すると、次の結果が得られた。
試料A I2 15 供給油% 2221 温度、℃ 70 70 架橋時間(分) 3[60 流束 1/m3 日 555 295 阻止率% 7381 例4及び5は、架橋条件(mち、時間及び温度)を変え
ることによって膜の阻止性能を調節することができるこ
とを示している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)非水性混合物を選択性分離膜の透過によって分離
    する方法において、選択性分離膜が再生セルロースであ
    って、この再生セルロースは該層に再生セルロースのア
    ンヒドログルコース単位中のヒドロキシル基と反応する
    二官能性反応剤を接触させることによって化学的に変性
    されていることからなる非水性混合物の分離法。 (2)二官能性反応剤が5〜50重量%の二官能性反応
    剤を含有する溶液の形態で再生セルロースと反応され、
    そして接触が約20〜110℃で約30〜300分間行
    われる特許請求の範囲第1項記載の方法。 (5)化学的に変性された再生セルー−ス膜の透過によ
    って分離される非水性混合物が、ケトン脱ワツクス溶剤
    と油との混合物、n−メチルピロリVン(NMP)抽出
    溶剤と油との混合物及びフェノール抽出溶剤と油との混
    合物である特許請求の範囲第1項記載の方法。 (4)油が石油である特許請求の範囲第5項記載の方法
    。 (5)油が潤滑油及び変圧器油である特許請求の範vJ
    i第4項記載の方法〇 (6)二官能性反応剤がビス(2−とドロキシエチル)
    スルホン、ジメチルクロルシラン、エピクロ四ヒドリン
    、ホルムアルデヒド、ジメチル原始、ジメチルエチレン
    尿素及びジイソシアネートの群から選定される特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 (7)非水性の水湿向混合物を選択性分離農の透過によ
    って分離する方法において、選択性分離農が再生セルp
    −スであって、この内生セルロースは該iK再生セルロ
    ースのアンヒドログルコース単位中のヒドロキシル基と
    反応するがしかし反応後にはそれ自身の残留未反応ヒド
    ロキシル基を全く有しない二官能性反応剤を接触させる
    ことによつて化学的に変性されていることからなる非水
    性の水湿潤混合物の分離法。 (8)用いる二官能性反応剤がビス(2−ヒドロキシエ
    チル)スルホンである特tli[求の範囲第7項記載の
    方法。 (9)二官能性反応剤が5〜30重M%の反応剤を含有
    する溶液の形態で再生セルロースと反応され、そして接
    触が約20〜110℃で50〜300分間行われる特許
    請求の範朋第8項記載の方法O
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