JPS61222506A - 半透膜支持体及びその製造方法 - 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、限外−過、逆浸透等の精密濾過に利用される
半透膜形成用の不織布からなる半透膜支持体に関する。

この様な精密濾過は近年ます°ますその重要度が高まり
、海水の淡水化１食料品工業、工業廃水の浄化等に用い
られ、医療用としても広く応用されているものである。

〔従来の技術〕

合成重合体からなる半透膜は、単体でに機械的強度に劣
るため、織布等の腹当てを行−２九り、又、近年は不織
布等の多孔性支持体に直接溶液を流延して使用されてい
る。

従来の支持体の有する問題点は、第１に膜と支持体との
親和性不良による剥離の問題であり、第２には、支持体
中表の重合体溶液の浸透不良等によるピンホールの発生
の問題及び第８には、支持体の均一性や強度不良等の機
械的性能に関する欠陥の問題があった。

これらの欠陥を克服するために種々の改良が加えられ、
例えば特公昭５２−１５８９８の様に重合体溶液により
支持体の一部を溶出させることや、特開昭５５−１８２
６０５の様に予め支持体を重合体溶液の溶媒と同溶媒に
浸漬すること等で親和性を高める方法や、特開昭５８−
４９４０８に示される高粘度溶液と低粘度溶液を２段階
で流延する方法等が知られている。

又、支持体としては、編織物、不織布、多孔性焼結体９
紙等が知られているが、特に半透膜に適した基材は見当
らず、他の用途から均質で緻密な基材を転用しているも
のと考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この様に、多くの従来の技術では、半透膜形成に最適な
支持体を創造するという思想が欠けてい友ため、特殊な
方法や工程を膜形成に必要とし、しかも、酌記載和性を
向上させる方法は、却って支持体裏面へ重合体溶液が浸
み出し易いために、均一な膜形成が困難になるという欠
点があった。

父、支持体の一部を重合体溶液に溶出せしめ親和性を高
める方法は、重合体溶液の各溶媒について支持体の溶出
原料を選択する必要があり、どの様な半透膜形成用重合
体溶液にも適用できるというものではなく汎用性がなか
また。しかも、溶出により親和性の向上を期するために
は、溶液の流延後に適轟な時間を必要とし、凝固工程を
速やかに行うことが出来ないという欠点があった。

又、前記の糊付けしない織物を使用する特開昭５８−７
９５０６の方法も、その発明の壁部とするところは、重
合体溶液の配合にあり、どの様な半透膜形成用重合体溶
液にも適用できるといったものではなく、これも、又、
汎用性に劣るという欠点があった。

その他にも、不織布を用いた支持体が種々開発されては
いるようであるが、支持体の密度の高いものは、重合体
溶液の浸透性が悪くなつて、支持体と膜との剥離強度が
低くなるために層間剥離が生じたり、又、支持体中の泡
抜けが悪く、残留し九気泡がピンホール゛の原因となり
、不都合であうた。逆に、支持体の密度が低いものは、
浸透性は良好であるものの、流延面とは逆の裏面に重合
体溶液が浸み出し、均一な濾過膜が形成されず、濾過性
能が低下するか、又は、部分的に過剰な圧力が加わるこ
とによる半透膜の破壊を生ずるという重大な欠陥があっ
た。

更に湿式法や紙からなる支持体は、本来密度が大なるた
めに、含浸性に劣り、含浸性を改良し密度を小とすると
多くのケバを生じ、これも又、ピンホール等を生じて均
質な膜の形成が困難であった＠ 本発明は、これらの欠点を克服し、殆んどの半透膜形成
用重合体溶液に対して特殊な予備処理等を行わすとも広
く適用でき、更に、従来の不織布・紙等のもつ重合体溶
液の浸透性に関する制御を容易且つ正確に行うことがで
きるために、均質で剥離が生じず、且つピンホール等の
ない半透膜形成に最適の支持体を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、半透膜形成用重合体溶液を流延し、膜形成を
行うための不織布からなる半透膜支持体において、該不
織布が、通気度が５〜５　Ｑ　００／ｄ／ｓｅｃの低密
度層と、通気度が０．　Ｌ　ｃｃ／ｄ／ｓｅｅ以上で、
５　ｃａｂｉｎ／ｓｅａ未満の高密度層とを積層一体化
し九二層構造の不織布からなり、全体の通気度が０．１
−４．５　ｃｃ７ｔ／ｓｅｅであることｔ特徴トスる半
透膜支持体が、非常に汎用性が高く、シか４ピンホール
や層間剥離が生じないという、半透膜形成用の最適の支
持体であることを見出したものである。

又、これらの通気度を示す二層構造の半透膜支持体を製
造する方法として種々の検討を行うた結果、その一方法
として、未延伸ポリエステル繊維又は複合ポリエステル
繊維を２０〜８０％含む全ての繊維がポリエステル繊維
からなり、その平均デニールが１〜８デニールであるカ
ーディング法等で形成された乾式ウェブと、未延伸ポリ
エステル繊維又は複合ポリエステル繊維を８０〜９０％
含む全ての繊維がポリエステル繊維からなり、その平均
デニールが０．１〜１．５デニールであり、湿式法によ
り抄造され、熱風等で軽く自着するように乾燥せしめた
未加圧処理の湿式ウェブとを積層し、次いで、その積層
ウェブを強固に結合することが出来る温度の熱カレンダ
ーで圧看一体化することで、強固で安定性の高い、しか
も安価な二層構造の半透膜支持体の全く新規な製造方法
を見出したものである。

以ド、本発明を爽に具体的に説明する。

本発明の層眼点は、従来技術が剥離強度の向上、ピンホ
ールの減少、均質膜の作成等を、溶剤や支持体の組成等
の化学的親和性の改良に終始していたのに対し、構造的
な視点から、半透膜に適した２層構造の半透膜支持体を
開発したものである。

まず、低密度層のウェブの形成について説明すると、該
ウェブはエアレイ法やカーディング法等の通常の乾式法
により形成することが出来る。この不織ウェブに使用さ
れる原料としては、ポリエステル・ポリアミド等の熱可
塑性で熱圧着が可能で、且つ半透膜形成用重合体溶液に
冒されない繊維であれば何でも良いが、半透膜支持体と
して、十分な強度が得られるためには、未延伸ポリエス
テル繊維を２０〜８０％、好適には８０−６０％含肩す
る全ての繊維がポリエステル繊維であるウェブが最適で
ある。又、同様にポリエステル繊維が１００％のウェブ
であ１て、未延伸ポリエステル繊維のかわりに低融点ポ
リエステルと高融点ポリエステルとからなる複合ポリエ
ステル繊維を使用することも好適である。繊維の接層に
使用される未延伸ポリエステル繊維、又は、複合ポリエ
ステル繊維の割合が２０％未満では強度が不足し、又、
ケバ立ちも多くなり８０％を越える場合には、剛性が強
く、引裂強度の低い不織布しか得られないので共に不適
当である。又、複合ポリエステル繊維の低融点成分の融
点が１２０〜２２０℃のものが本発明に適していた。

これらに用いる繊維の半透膜に適した繊度は平均デニー
ルとして１〜８デニールであることが適当であり、１デ
ニ一ル未満の場合には速やかな溶液の浸透が困難であり
、８デニールを越えると、浸透が早すぎるために高密度
層における浸透防止作用を低下させることになるので好
ましくない。

次に高密度層の例を説明すると、重合体溶液の浸透を防
止することは、通常のカーディングが可能な０．５デニ
一ル以上の一般の繊維を使用した乾式法王織布では困難
である。本発明は、該溶液の浸透を防止すべく検討した
結果、各繊維が１．５デニール以下の未カレンダー処理
の湿式法による不織ウェブを用いるが、又は、乾式用を
有する高密度層を形成することを可能とした。ここでい
う異形断面繊維とは、繊維断面が円形でない繊維を言い
、断面の長軸と短軸の長さの割合（以下「アスペクト比
」という）が異る繊維であって、熱圧着により通気度を
低下させる形状のものが好ましく、Ｙ字形や施円形や繭
形等が適している。本発明においては特に、アスペクト
比が２〜７の扁平断面の繊維が最適であった。又、異形
断面繊維といえども繊度が１．５デニールを越える場合
には、充分な緻密性が得られず不適当である。又、メル
トブロー法による繊維径１Ｇ、ｇ以下のポリエステル微
細繊維ウェブを用いることも好適であった。

まず湿式法の一例を示すと、全ての繊維が１．５デニー
ル以下のポリエステル繊維で６って、そのうちの８０−
９０％、好適には４０〜７０％が未延伸繊維のウェブを
通常の抄造法で作成する。抄造されたウェブは通常は熱
カレンダーにより圧密一体化されるが、本発明において
は未延伸繊維が完全に結晶化しない様に、１５０℃以下
、好ましくは１８０℃以下で、且つ８０℃以上の温度で
無加圧状態で乾燥される。この時の温度条件は未延伸繊
維を使用する場合には非常に重要である。１５０℃を越
える温度においては未延伸繊維の結晶化が進行し、後の
カレンダー処理において低密度層との一体結合が困難に
なるとともに、高密度層自体も結合が不十分となり、圧
密化が困難となるため所望の重合体溶液の浸透防止作用
を得ることが出来ない。又、８０℃未満の温度では、抄
造ウェブが全く結合されていないため、ウェブの形状が
保持されず、積層やカレンダー処理の作業が非常に困難
となる。従って、８０℃〜１５０℃の温度により、適度
の未延伸繊維が抄造ウェブの形状を保持するための粘性
を示し結合要素となり、且つ後のカレンダ一工程におけ
る二層間の強固な結合及び、高密度層の所望の圧密化を
得ることが出来る。

又、複合、／　ＩＪエステル繊維を用いた場合は、低融
点成分が粘性を示し、湿式ウェブを軽く自着せしめる温
度で乾燥を行えば良いが、この場合も未加圧処理である
ことが重要である。これは、通常の湿式法における熱カ
レンダー処理を行うと、表面が平滑になつてしまい、又
、低密度層との積層熱圧涜時における接７１１Ｆ要素と
しての低融点成分が充分な結合作用を果たせなくなるの
で、この場合も層間剥離の原因となり不適当である。

同、湿式法を用いる場合、前記乾式不織布をカレンダー
処理により予め作成し、直接その上に抄造ウェブを積層
することも可能であるが、前記方法に比し、低密度層と
高密度層との層間剥離に弱く、性能的にも劣るものであ
つた。

次に、異形断面繊維を使用した場合の高密度層の形成に
ついて説明すると、本発明においては、１．５デニール
以ドの、アスペクト比が２〜７の異形断面繊維と、通常
の未延伸繊維又は複合繊維を使用し、そのうちの８０〜
７０％、好ましくは５０〜７Ｇ％が異形断面繊維であも
ことが望ましい。

この方法は、前記した乾式・湿式向れの方法でもウェブ
を形成することは容易であり、極めて有効な方法である
。

父、メルトプロー法により１０．ｉ以下の微細繊維ウェ
ブを形成することは周知であり、本発明においては、該
ウェブが自着作用により軽く結合しているものを使用す
ることが好適であった。この方法では、微細繊維が延伸
された状態のものと、未延伸状態のものとが混在してい
るため、未延伸ポリエステル繊維の熱圧着と同様の条件
で圧密化が可能であり、又、前記低密度層と積層一体化
した場合にも層間剥離の生じない強固な結合を得ること
ができる。

以上の様に形成さｎた高密度及び低密度の両層のウェブ
は積層され、熱カレンダーにより強固に一体化された半
透膜支持体となる。この時の熱圧条件は高密度層が前記
浸透防止作用を示すために、該層の通気度が０．１　ｃ
ｃ／ｄ／ｓｅｃ以上で５　ｃｃ、４４／ｓｅｅ未満、好
ましくは４　ｃｃ／ｄ／ｓｅａ未満になる様にすれば良
く、カレンダーの線圧が３０−において温度を１５０−
２５０″ｃＫすることが適当で、特に２００〜２８０ｔ
の温度が最適であった。この時、圧力が変化すれば、加
熱条件が変化することは当然であり、又、支持体の総重
量等によりカレンダー処理条件が変化することも云うま
でもない。

〔作　用〕

本発明により得られた半透膜支持体は、極めて浸透性の
優れた低密度層と、浸透を防止する高密度層との相乗効
果により、均一でピンホールの生じない膜形成を可能と
し、更に理由は不明であるが、多分高密度層が浸透膜を
通過したＰ液を均一に拡散するとともに、特公昭５７−
８９８０７に示される様な湿式凝固時に高密度層側の重
合体溶液の凝固が遅れるため、テーパー型微孔の形成作
用をも有しているものと考えられる。

これらの高密度層の作用は、例えば同じ１．５デニール
の乾式ウェブを本発明における湿式ウェブと置換えした
り、又は、異形断面繊維を通常の円形断面繊維に置換し
た場合には決して得ることの出来ないものである。具体
的には実施例で説明するが、同一繊度の不織布を作成し
た場合、通常の円形断面の繊維を使用した乾式不織布と
本発明による高密度層の不織布とを通気度により比較す
ると、通常の円形断面繊維を用いた湿式法ではｌ／２以
丁、異形断面繊維を用いた乾式法では１／４以下、異形
断面繊維を用いた湿式法ではＩＡ以下という極めて通気
度の低い不織布を得ることが可能となり所望の浸透防止
作用を示すことが出来る。又、メルトプロー法では前記
通常の乾式不織布に比し、ｌ／１０以下の通気度の不織
布を得ることも可能である。

又、本発明によれば両層の未延伸繊維による結合作用、
又は、融点の異なるシースコア型やサイドバイサイド型
の複合繊維による結合作用は、本発明に用いるＩＩｌ、
ａが全てポリエステル繊維よりなるために強力なもので
あり、父、乾式ウェブからなる低密度層が具備する高引
裂強度や、例えば湿式ウェブからなる高密度層が具備す
る高引張強度、低伸度等の長所を有効に組合せることも
可能であり、膜形成の良さばかりではなく、最適の補強
材としての作用をも果たすことが出来る。更に、従来の
不織布や紙からなる半透膜支持体は繊維の配列方向によ
り、タテ方向とヨコ方向の強度や伸度等が不均一になる
という欠点があったのに対し、本発明による支持体は二
層の積層構造でめるので、任意の層を組み合わせること
で、あらゆる方向に均一な支持体を得ることも可能であ
る。

従って、本発明による支持体は、半透膜支持体として必
要な特性である、膜形成性、ａ性能。

及び強伸度等の機械的性能等を全て満足する結果を与え
るものである。

〔実施例〕

実施例１ 高密度層として繊度１．０デニール、繊維長５鱈のポリ
エステル短線＃１５０％と同じ＜１．０デニール、　５
ｇｍ１の未延伸ポリエステル繊８６０％を通常の湿式法
により分散、抄造し７　Ｇ　ｆｌｙ曾のウェブをスクリ
ーン上に形成した後、１２０℃の温風により乾燥せしめ
た。このシートは、未延伸繊維の粘膚力により緩やかに
結甘し、ロール状に巻取ることが可能であった。このシ
ートをベルト上に延展し、その上に低密度層として２．
０デニール、５１６のポリエステル繊維６５％と同じ＜
２．０デニール、ｇｇＷの未延伸ポリエステル繊維８５
％を混綿・開繊し、クロスレイヤーにて繊維が横方向に
配列する様に１００ｂ−の重量を積層した。積層された
ウェブを線圧１３　Ｑ　１Ｊｃｓ　、温度２１６℃で熱
カレンダー処理したところ、表１に示す通気度が３．７
７　ｃｏ／ｃ４７ｓｅｃである２層構造の半透膜支持体
を得ることが出来た。低密度層と高密度層の各々の通気
度を調べる丸めに、前記湿式ウェブと乾式ウェブの間に
薄い離屋紙を配置し、同一条件で熱圧潰した後、各層を
剥離して通気度を測定したところ、低密度層はｌ　ｌ、
　６　ａｃ／１ｆｓｅａ　、高密度層は４．４７ａａ／
１Ｖｓｅａで６．た。

この支持体を使用し、ポリサルホン１７！ｉｌ１部、Ｎ
−メチルビａリドｙ８０重量部、ホルマリン８重量部よ
りなる重合体溶液を支持体の低密度層側に流延し、同層
に浸透するために約５秒間放置した後、水により湿式凝
固せしめた。

形成された膜はピンホールも実質的になく均一で、又＆
面への浸み出しも皆無であまた。

実施例２ 実施例１と同様に、低密度層として実施例１で使用した
未延伸ポリエステル繊維のかわりに、低融点成分の融点
が１９８℃で２デニール、５１Ｕの芯鞘型複合ポリエス
テル繊維８５％を用いたｌ　００　ｆｉ曾の乾式ウェブ
を形成し、その上に高密度層としてアスペクト比が８で
１．０デニー８８ＪＩＩＪ１で低融点成分の融点が１９
８１：の複合ポリエステル８８４６％Ｆ＃！、ｍした７
０９〜のこれも乾式法によるウェブを積層して、熱力Ｖ
ンダー処理により通気度が１．９８　ｃｏ／ｄ／ｓｅａ
である２層構造の半透膜支持体を得た。これも、表１に
示す様に、半透膜形成性も、機械的性質も好適な支持体
であった。

比ｆ例１ 実施例１と同じ低密度層ウェブに、高密度層として１．
０デニール、８８Ｈの通常のポリエステル繊維５５％と
、１．０デニール、８８Ｈの未延伸ポリエステル繊維４
５％を混綿し７０ｇ〜積層した後、実施例１と同一条件
で熱圧眉し、通気度５．８．４　ｃ号’ｄ／ｓｅｃの支
持体を得た。

実施例１と同一の重合体溶液を流延したところ、密側の
繊維が実施例と同−又はそれ以Ｆにもかかわらず、孤面
へ斑状に猷み出し良好な膜が得られなかった〇 比較例２ １．５テニール、８８ｆｌの扁平ポリエステル繊、１ｍ
　６０％と１．５デ＝−ｂＢＢｘｘの複合ポリエステル
ｆｉｊ１．．ｖｌｉ４０％ト？ｉｌ［Ｌ、１７０　ｙ、
ｍｏ単一層の支持体を作成した。前記同様の溶液を流延
したところ、浸透性が不良で、膜と支持体間°に部分剥
離を生じ、又、ピンホールも多数発生していた。

実施例８ 実施例１の湿式用ポリエステル繊維の代わりに、アスペ
クト比２．５の１．０デニール、６ｍの扁平ポリエステ
ル繊維を使用し、実施例１と同一の方法で通気度が１．
６６　ｃｃ／ｄ／ｓｅｃの２層構造の支持体を得た。表
−１に示すごとく、これも、又、最適の半透膜支持体で
あった。

実施例４ 高密度層としてメルトプロー法により、重量７０ｆ／〜
で、平均単繊維径が４ミクロンの軽く自虐しているウェ
ブの上に、実施例２で用いた１　００　ｆｉ扉の低密度
層ウェブを積層し、通気度０．６８　ｃｃＡｎ／ｓｅｃ
の支持体を得た。強度において、実施例１．２及び８よ
り劣るが、メルトプロー法による高密度層が高い撥水性
を示し、膜形成時の水による湿式凝固工程で殆ど水を浸
透させなかったことから、テーパー型の微孔形成に有効
な方法と考えられる。

〔発明の効果〕

本発明による半透膜支持体は、従来の支持体を必要とす
る半透膜の製造が何らかの予備処理−や溶液の特殊な配
合を必要としていたのに対し、殆どの半透膜形成用重合
体溶液に対し極めて汎用性があり、又、複雑な工程も不
要でありで、膜形成に格別な手段も必要としないという
利用価櫃の高い支持体である。災に、従来の支持体が有
していた剥離強度の向上か、あるいは、裏面への浸み出
しによる膜の不均一性の防止かという相反する浸透性の
制御とい５う問題を共に解決し、東に膜自体の濾過能力
さえも向上せしめる画期的な支持体である。

しかも、本発明の半透膜支持体は粉体焼結等の特殊な方
法や特殊原料を使用しないため安価に有用な基材を提供
可能とするものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半透膜形成用重合体溶液を流延し、膜形成を行う
   ための不織布からなる半透膜支持体において、該不織布
   が、通気度が５〜５０ｃｃ／ｃｍ＾２／ｓｅｃの低密度
   層と、通気度が０．１ｃｃ／ｃｍ＾２／ｓｅｃ以上で５
   ｃｃ／ｃｍ＾２／ｓｅｃ未満の高密度層とを積層一体化
   した二層構造の不織布であり、全体としての通気度が０
   ．１ｃｃ／ｃｍ＾２／ｓｅｃ〜４．５ｃｃ／ｃｍ＾２／
   ｓｅｃであることを特徴とする半透膜支持体。
2. （２）不織布が、未延伸ポリエステル繊維又は複合ポリ
   エステル繊維を３０〜８０％含むポリエステル繊維のみ
   からなる特許請求の範囲第１項記載の半透膜支持体。
3. （３）低密度層と高密度層との重量比が７：３〜２：８
   であり、不織布全体の重量が７０〜 ２５０ｇ／ｍ＾２で、厚みが０．０８〜０．２５ｍｍで
   ある特許請求の範囲第１項記載の半透膜支持体。
4. （４）半透膜形成用重合体溶液を流延して膜形成を行う
   ための半透膜支持体の製造方法において、未延伸ポリエ
   ステル繊維又は複合ポリエステル繊維を２０〜８０％含
   む全ての繊維がポリエステル繊維からなり、その平均デ
   ニールが１〜３デニールであるカーディング法等で形成
   された乾式ウェブと、未延伸ポリエステル繊維又は複合
   ポリエステル繊維を３０〜９０％含む全ての繊維がポリ
   エステル繊維からなり、その平均デニールが０．１〜１
   ．５デニールであり、湿式法により抄造して、熱風等で
   軽く自着するように乾燥せしめた未加圧処理の湿式ウェ
   ブとを積層し、次いで、その積層ウェブを強固に結合す
   ることが可能な温度の熱カレンダーで圧着一体化するこ
   とを特徴とする二層構造の半透膜支持体の製造方法。
5. （５）湿式ウェブが、楕円形やＹ字形の異形断面繊維を
   ２０〜７０％含んだウェブからなる特許請求の範囲第４
   項記載の半透膜支持体の製造方法。