JPS6127085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、透浸透または限外過による水性組
成物の成分の選択的分離用の改良された膜および
その製造法に関する。 液状混合物のある成分を優先的に通すと同時に
他の成分を保持する透過選択性膜は、逆浸透の原
理をもつものとして、長い間知られている。この
逆浸透において、液状混合物の平衡浸透圧を越え
る静水圧が混合物に加わり混合物の透過性にすぐ
れる成分、通常水は、透過性に劣る成分、通常
塩、よりも優先的に、通常の浸透流とは反対に、
膜を通過する。この分野における最近の研究は、
黒液や海水の実際的規模における逆浸透脱塩用の
膜の開発に主として向けられてきた。 液状混合物の透過性にすぐれる成分と透過性に
劣る成分との完全分離は、実際的使用において透
過選択性膜では不可能であることはよく知られて
いる。混合物のすべての成分は、透過性にすぐれ
る成分に対して実際的な透過束速度をもついかな
る膜をもある程度透過する。 このような膜を用いる主な目標は、透過にすぐ
れる成分に対する高い束速度と液状混合物の透過
に劣る塩成分に対する高い拒否効率との経済的に
魅力的な最適バランスをもつ膜の製造であつた。
RichterおよびHoehnの米国特許3567632に記載さ
れているような、芳香族窒素結合有機重量体はこ
れに関して有用であることが見出され、そしてこ
のような膜の束速度と拒否性質との間のバランス
を改良する試みがなされてきている。たとえば、
塩の拒否は、1975年３月26日に出願したChenお
よびGanciUSSN562246に開示されているように
膜に加水分解性タンニンを接触させることによ
り、あるいはGanciの米国特許3853755に開示さ
れているように膜に水和重金属組成物を接触させ
ることによつて、あるいはGanci、Jensenおよび
Smithの米国特許3803303に開示されるように膜
に選択したエーテルを接触させることによつて、
改良される。これからわかるように、膜を製造し
たのち膜を処理することによつて塩の拒否性質を
高めることに努力がなされてきた。 これと対照的に、本発明において、塩の拒否性
質よりはむしろ、水束速度が本発明の処理を受け
ない膜の速度より改良された。さらに、本発明に
おいて、水束速度は、膜の製造に使用する溶液の
処理によつてではなく、膜の製造中の処理によつ
て高められる。 本発明によれば、(A) 水混和性有機極性非プロ
ント溶媒、 (B) 溶液の全重量に基づいて約12〜約40重量％の
量で溶液中に存在する、実質的に線状の芳香族
合成有機窒素結合縮合ポリマー、 (C) 前記溶媒に可溶性であり、ポリマーの重量に
基づいて約10〜約100重量％の量で存在する少
なくとも１種の塩、および (D) ポリマー(B)の重量に基づいて100〜
10000ppmの量で存在する界面活性剤、該界面
活性剤は約200約7000の分子量を有し、(a)分子
量が約100〜約400であり、ヒドロカルビル基ま
たはハロゲン（Ｆ，Cl，BrまたはＩ）、−NO₂ま
たは−OHで置換されたこのようなビドロカル
ビル基である少なくとも１種の疎水性部分と(b)
少なくとも１種の親水性基とを含み、該界面活
性剤は、 非イオン性界面活性剤、または 陰イオン性界面活性剤、または 式 （式中Ｙはハロゲン、−NO₂または−OHで
置換されていてもよい炭素数約６〜約20のヒ
ドロカルビル基である） の両性界面活性剤である、 からなる透過選択性膜の製造用液が提供される。
ここで「ヒドロカルビル基」とは、炭素原子及び
水素原子から形成された基を意味する。 さらに、本考案によれば、 (a) 前記溶液を透過選択性膜について所望の形に
配置し、そして (b) 工程(a)において配置された形状に膜を固化す
る方法でかつそれに十分な速度で溶液から有機
極性非ブロント溶媒を除去することからなる透
過選択性膜の製造法が提供される。 さらに、本発明によれば、(a)実質的に線状の芳
香族合成有機窒素結合縮合ポリマーと、(b)ポリマ
ーの重量に基づいて約10〜10000ppmの量でポリ
マー中に分布した界面活性剤（上に定義した）と
から本質的になる透過選択性膜が提供される。 透過選択性膜は、分離すべき混合物の１または
２以上の成分に対して高い束速度と１または２以
上の他の成分に対して高い拒否効率とをもつこと
が望ましい。本発明の改良された膜は、膜の製造
に使用する溶液中の界面活性剤の不存在で製造さ
れた同様な膜より高い束速度をもつ。とくに有益
な結果は、本発明の束速度の改良と前記塩拒否を
改良する方法とを組み合わせることによつて得る
ことができる。 本発明の透過選択性膜の面において、膜はいく
つかの形、たとえば多孔質支持体上の薄い被膜、
多孔質支持体によつて支持された薄い膜、薄壁中
空繊維などのいかなるものであることもできる。
多孔質支持体は、内側または外側の膜を支持する
管、平らな板または波形シートとして成形でき
る。逆浸透分離において膜を用いる典型的な装置
は、RichterおよびHoehnの米国特許3567632、と
くにその第１，２，３および９に記載されてい
る。 ここに使用するように、「透過選択性」という
語は、液状混合物の１または２以上の成分を優先
的に通すが、同時に１または２以上の他の成分の
透過を制止する能力を意味する。透過選択性膜の
束速度は、一定時間に一定の大きさの膜を特定圧
力下に通過する供給混合物の一成分の量で都合よ
く表わされている。 水透過に対する逆浸透膜の溶質拒否効率は、膜
によつて通される水供給混合物中の塩の百分率で
都合よく表わされる。供給混合物中および膜を通
過する液体中の塩の濃度は、電導度分析または化
学的分析によつて測定できる。 好ましくは、本発明の透過選択性膜は、優先的
に拒否される溶質が解離した塩、たとえば塩化ナ
トリウム、硫酸ナトリウム、および塩化カルシウ
ムであり、かつ塩が水溶液から優先的に拒否され
ると同時に溶液の浸透圧より大きい圧力の影響下
に流れの正常な浸透方向に対して反対方向に膜を
水が通過する場合に、使用される。 (1) ポリマー ここで使用されるポリマーは、一般式 （−Ｌ−Ｒ）−_o （式中(i)各−Ｌ−基は、ポリマー連鎖に沿つて
存在し、独立に結立に結合基であり、 (ii) 各−Ｒ−基は、ポリマー連鎖に沿つて存在
し、独立に有機基であり、 (iii) 重合度はｎによつて示され、ｎはフイルム
形成分子量を与えるのに十分に大きい整数で
ある） を有する実質的な線状の芳香族合成有機窒素結合
縮合ポリマーである。末端基は存在するＬおよび
Ｒに依存するであろう。 「独立に」という語は、各−Ｌ−または−Ｒ−
基が同じポリマー主鎖に沿つて各他の−Ｌ−また
は−Ｒ−基と同一であるかまたは異なることがで
きることを意味する。 「縮合ポリマー」は、フリーラジカル重合反応
と対照的に、縮合重合反応によつて生成する交互
する−Ｌ−基と−Ｒ−基とから構成された主鎖を
含む。有用なポリマーは、フイルム形成性または
繊維形成性であるのに十分に大きい分子量をも
ち、かつ乾燥したとき室温において非粘着性表面
をもつものである。固有粘度が約0.6以上であり
ポリマーは有用であり、そして固有粘度が約0.8
〜約3.0であるポリマーは好ましい。 「窒素結合」ポリマーは、−Ｌ−基の少なくと
も約50％の結合部分としてポリマー連鎖中に窒素
結合を含有する。これらのポリマーはまた−Ｒ−
基の一部としてまたはその基へ結合した他の窒素
原子を含有することもできる。残りの結合基が存
在する場合、このような基は縮合反応によつて形
成された他の官能基、たとえばエーテル基および
エステル基であることができる。 「合成有機」重合体は、通常の言外の意味にお
いて「人造」であり、炭素、水素、酸素、窒素お
よびイオウから実質的に構成されている。これら
のポリマーは少量の他の原子も含有できる。 「芳香族」ポリマーは、−Ｒ−基の少なくとも
約50％が共鳴結合の支配を受ける５員または６員
の環系を含有しかつ酸素や窒素のような異種原子
を含有できるポリマーである。 「実質的に線状の」ポリマーは、高度に橋かけ
したポリマーと対照的に線状ポリマーに特徴的な
一般的溶解性と溶融性を示すが、少量の橋かけ構
造と分枝鎖構造とを含むことができる。実質的に
直鎖のポリマーである。 本発明による有用な透過選択性膜は、単一の型
の反復（−Ｌ−Ｒ）−_o単位を含有するポリマーまた
は２以上の異なる型の反復単位を含有するポリマ
ーから構成されることができる。異なる型の反復
単位は、異なる−Ｌ−基の存在から、異なる−Ｒ
−基の存在から、または両者から生ずることがで
きる。ポリマーが異なる−Ｌ−基および異なる−
Ｒ−基を含有するとき、それらは規則正しいまた
は不規則な序列であることができる。膜は前述の
任意のポリマーの相溶性の物理的混合物から構成
することもできる。 (a) 結合基Ｌ：一般式（−Ｌ−Ｒ）−_o中の−Ｌ−
基は、各ポリマー主鎖中の−Ｌ−基の少なく
とも50％が構造 のおのおのの少なくとも１つを、これらの型
のいずれの１つの構造が２以上の同じ型の他
の構造に隣接しないような任意の順序で、含
有するように、独立に選択することが好まし
い。ここに列挙した結合基の構造は構造が続
まれる方向に無関係に与えられること、すな
わちこれらの結合基は単一ポリマー連鎖中で
列挙したようにまた逆の構造のように両方の
構造で現われることができることを理解すべ
きである。 本発明の膜に有用なポリマーの１つのクラ
スにおいて、構造

【式】 中の各「Ｘ」は独立に酸素またはイオウであ
ることができ、好ましくは酸素であり、そし
て構造

【式】 中の各「Ｚ」は独立に水素、炭素数１〜４の
アルキル、またはフエニルであることがで
き、好ましは全部のＺの少なくとも４分の１
は水素である。このクラスのポリマーの−Ｌ
−基の典型的な例は、次のとおりである： Ｌは次の基であることができる： 式中カルボニル炭素原子の第４原子価はポ
リマー連鎖構造中の芳香族環の隣位に結合し
て、完全な単位が型 のイミド構造を形成する。この型の好ましい
ポリマーにおいて、２つのこのような単位は
結合して次の型の構造になる： 式中Ｅは４価の芳香族基で、モノ炭素環
式、モノ複素環式、融合炭素環式または融合
複素環式の基または式 の基であり、ｐはゼロまたは１であり、そし
てＹは２価の基、たとえば−CO−、−Ｏ−、
−Ｓ−、−SO₂−、−NH−、および低級アル
キレンである。 本発明の膜において有用なポリマーの他の
クラスにおいて、−Ｌ−基中の各

【式】 構造は

【式】 基であることができ、ここで窒素原子の第３
番目の原子価は芳香族環に結合し、この芳香
族環も、前記構造

【式】 に対して前記芳香族環の隣位に結合する構造

【式】 によつて、ポリマー連鎖中の基

【式】 から分離されていて、完全な単位は型 のベンズイミダゾール構造を形成する。 この型の好ましいポリマーにおいて、２つ
のこのような単位は結合して次の型の構造と
なる： 式中ＺおよびＥは上に定義した基である。 好ましくは である。 (b) 有機基Ｒ 一般式（−Ｌ−Ｒ）−_o中の有機基−Ｒ−は、
好ましくは各ポリマー主鎖中の基の少なくと
も約50％が芳香族基であるように独立に選ば
れ、そしてこの芳香族基はモノ炭素環式、モ
ノ複素環式、融合炭素環式、または融合複素
環式の基または式 （式中ｐはゼロまたは１であり、そしてＹ
は上に定義したような２価である）の基であ
ることができる。これらの芳香族基は未置換
であることができ、あるいはポリマーの基本
的な特性を変えない置換基をもつことができ
る。最も好ましい置換基はスルホン酸基とカ
ルボキシ基である。 残りの−Ｒ−基が存在するときはこれらの
−Ｒ−基は、非隣位の結合位置をもつ飽和脂
肪族、炭素環式脂肪族または複素環式脂肪族
の基あるいは結合点の間に約６以下の炭素原
子をもつアルキレン基であることができる。 ここに教示するように有用な膜は、好まし
くは２以上の異なるフエニレン−Ｒ−基を含
有するポリマーからつくられる。ポリマーの
とくに好ましいクラスは、−Ｒ−基の約50〜
90％がメタフエニレン基であり、そして−Ｒ
−基の約10〜50重量％がパラフエニレンであ
るものである。 (c) 式（−Ｌ−Ｒ）−_o中のｎは重合度であり、そ
してフイルム形成分子量を与えるのに十分に
大きい整数である。 (d) 好ましいポリマーのクラス 本発明の膜における使用に適する好ましい
芳香族ポリアミドは、ポリマー連鎖中に反復
構造基 をもつものを含み、ここでAr₁およびAr₂は
置換されたまたは置換されない２価の芳香族
基であり、連鎖延長結合はお互いにメタまた
はパラに配向し、芳香族核へ結合する置換基
が存在する場合それらは重合中応成分と縮合
しない。 ポリマーのことに好ましいクラスにおい
て、実質的にすべての−Ｌ−基はアミド基で
あり、そして−Ｒ−基はフエニレン基であ
る。 ここに教示したような膜に有用なポリマー
は、好ましくはある種の水混和性２極性非プ
ロント溶媒に可溶性でつて、Richerおよび
Hoehnの米国特許3567632に記載されるよう
に、膜の形に容易にすることができる。ポリ
マーは、好ましくは、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロ
リドン、ヘキサメチルホスホルアミド、およ
びそれらの混合物からなる群よりえらばれた
溶媒とその中に溶けた０〜３重量％の塩化リ
チウムとから本質的になる媒体中に、25℃に
おいて少なくとも約10重量％の溶解度をも
つ。 (2) 溶媒 膜を製造するのに使用する溶液中の溶媒は水
混和性極性非プロント有機溶媒である。水混和
性とは、水とすべての比率で分離せずに混合で
きる溶媒を意味する。極性非プロントとは、約
15以上の誘電率をもち、水素原子を含有できる
が、適当な不安定水素原子を供与して適当な種
と強い水素結合を形成できない、溶媒を意味す
る。ことに好ましい水混和性極性有機溶媒の例
は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチル
スルホキシド、テトラメチル尿素、Ｎ−メチル
ピロリドン、ジメチルアセトアミド、テトラメ
チレンスルホン、およびヘキサメチルホスホル
アミドである。 好ましい溶媒は、次式で表わすことができ
る： 式中R₃，R₄およびR₅は同一であるかまたは
異なり、炭素数１〜４のアルキルまたはアルキ
レン基であり、ただしR₃，R₄およびR₅の全部
の炭素数の合計は６以下であり、ａは１または
２であり、ｂは０または１であり、Ｔは酸性
基、たとえば ＝Ｃ＝Ｏおよび

【式】 であり、そしてａ＋ｂの合計は基Ｔの前記原子
価を満たするようなものである。前記のR₃，
R₄およびR₅は別々のアルキル基であることが
でき、これらの基の任意の２つは結合してアル
キレン基として存在することができ、このよう
にすて複素環式構造を形成できる。このような
複数環式環が存在するとき、この環は全部で５
または６個の核原子を含まなくてはならない。 (3) 塩 この塩はポリマー中に可溶性であり、ポリマ
ーの約10〜100重量％を構成できる。中空の繊
維の製造に対して、塩の量が多いと紡糸性能が
影響を受けるので、10〜40％の塩を用いる。 塩は、通常、ポリマーの容積に基づいて、存
在する塩の容量％に少なくとも概略的に比例し
て、最終膜の水透過性を増加する。存在する塩
の容積分率は、塩およびポリマーの重量および
それらの密度から計算できる。多くの適当な塩
の密度は、Chemical Rubber Publishing
Company刊の“Handbook of Chemistry and
Physics”に記載されている。異なるポリマー
の密度は多少変化するが、1.31ｇ／cm³の値をこ
こに記載する膜の製造に有用な任意のポリマー
の密度として使用でき、そのとき塩容積分率の
計算において実質的誤差はない。 存在する塩の種類は、それから得られる膜の
透過性と分離有効性に影響をおよぼす。ここで
考える可溶性塩は周期律表の第ＡおよびＡ
族の塩を含み、好ましくは高度に解離性であ
り、存在する量において可溶性であり、そして
この方法に含まれる他の物質に対して化学的に
不活性である。適当な塩には、塩化リチウム、
臭化リチウム、硝酸リチウム、硝酸カルシウ
ム、および塩化カルシウムが含まれる。所望の
性質のバランスは、溶液中のポリマーの塩の種
類と量を最適に選ぶことによつて、しばしば得
ることができる。 ２種以上の塩の混合物は、中空繊維の膜の製
造に好ましい。ポリマーの重量に基づいて、約
５〜25％の硝酸リチウムと約５〜15％の塩化リ
チウムとの混合物を含有し、硝酸リチウムと塩
化リチウムとの合計の重量が約10〜40％である
塩はとくに好ましい。 (4) 界面活性剤 界面活性剤は、前に定義したとおりである。
一般に、界面活性剤、時には表面活性剤と呼ば
れるものは、水溶液中の比較的低い濃度におい
てミセルを形成し、表面張力を低下させる。 「非イオン性」とは、界面活性剤の親水性部
分と疎水性部分が正または負に帯電しないこと
を意味する。 「陰イオン性」とは、界面活性剤が基中に負
に帯電する疎水性部分を含むことを意味する。 「両性」とは、界面活性剤が親水性部分に酸
性および塩基性の機能を含むことを意味する。 水束における最大増加は、両性および非イオ
ン性の界面活性剤を用いて観測される。これら
の２つのクラスのうちで、非イオン性界面活性
剤が好ましい。塩拒否効率は生ずる膜において
減少することがあるが、この減少は従来技術の
説明において述べた方法によつて製造後の膜の
処理によつて克服できる。 非イオン性界面活性剤は、好ましくはエチレ
ンオキシドおよび必要に応じてプロピレンオキ
シドと生じた界面活性剤に疎水性部分を付与す
ぬ他の成分、たとえばアルコール、酸およびア
ルキルフエノールとの反応生成物である。最も
好ましい非イオン性界面活性剤は、次式で表わ
すことができる： (1) Ｒ〔Ｏ(A)_oＨ〕_x 式中(A)_oは基（−C₂H₄O）−_oまたは基（−C₂H₄O
）−_aと（−C₂H₄O）−_bとの混合物であり、ｎは各
場合において４〜150、好ましくは６〜18の
整数であり、ｂは０〜30の整数であり、ａは
少なくとも２であり、ａ＋ｂはｎに等しく、
ｘは１，２または３であり、そしてＲは飽和
または不飽和の、直鎖、分枝鎖、または環
式、またはそれらの組み合わせであることが
でき、一般に炭素数８〜24、好ましくは８〜
18の脂肪族炭化水素基であり；Ｒは例はステ
アリル、ラウリル、デシルおよびグリコール
とトリオールから誘導された基である； (2) R′−C₆H₄O(B)_nＨ 式中Ｂは基（−C₂H₄O）−_cまたは基（−C₂H₄O
）−_cと基（−C₂H₆O）−_dとの混合物であり、ｍは
各場合において４〜150、好ましくは８〜20
の整数であり、ｄは０〜30の整数、ｃは少な
くとも２であり、ｃ＋ｄはｍに等しく、
R′は炭素数４〜20、好ましくは８〜12の１
価の脂肪族、通常飽和基である； (3) 式中ｐは２〜150の整数であり、ｚは１また
は２であり、R³は炭素数１〜３のアルキル
であり、R²はｚが２であるとき基（−
CH₂CH₂O）−_pＨへの化学結合であり、そして
ｚが１であるとき炭素数１〜８のアルキルで
あり、ただし少なくとも５個の炭素原子は
R²＋R³によつて提供される、 (4) HO（C₂H₄O）_e（C₃H₆O）_f（C₂H₄O）_gＨの
ポリアルキレンオキシドブロツクコポリマー 式中ｆは15〜65の整数であり、そしてｅお
よびｇは十分に大きい整数であつてｅ＋ｇの
合計はポリマーの全重量の20〜90％である。
さらに、特定の界面活性剤の例は、次のとお
りである： (5) (6) (7) (8) および (9) 最も好ましくは非イオン性界面活性剤は、次
式のものである： Ｒ〔Ｏ(A)_nＨ〕 式中Ｒは炭素数８〜20の（−R′CO）−であり、(A)
は（−CH₂CH₂O）−であり、ｎは８〜18の基数であ
り、そしてR′はアルキル、アリール、アラルキ
ルまたはアルカリールである。好ましくはR′は
アルキルである。 陰イオン性界面活性剤は式AMの１つであり、
式中Ｍは陽イオン、たとえばNa⁺、Li⁺または
NH₄ ⁺であり、そしてＡは炭素数８〜20の疎水性
ヒドロカルビル基を含む陰イオンである。好まし
くはＡは式R″A′をもち、R″は炭素数８〜20の
アルキルであり、そしてA′は−COO、−SO₃
または−OSO₃である。 両性界面活性剤は、次式のペタインである： 式中Ｙは好ましくは炭素数８〜15のアルキルであ
る。 代表的な特定の界面活性剤には、次のものが包
含される： ｎ−デシルポリエチレングリコール、 グリコール部分の分子量が400，600，800，1000
まは6000であるポリエチレングリコールモノステ
アレート、ポリエチレングリコールモノラウレー
ト CH₃（CH₂）₁₁−Ｏ−SO₃Na など。 溶液中の界面活性剤の量は、存在するポリマーに
基づいて約100〜約10000ppmであろう。好まし
くはその量は300〜1000ppmであり、そして最も
好ましくは400〜800ppmであろう。 界面活性剤の作用は、固化中膜構造を開くこと
にあると信じられる。ときには界面活性剤は膜上
に吸着され、これによつて束速度は低下する。界
面活性剤の使用量が少ないときは、界面活性剤は
膜上に吸着されない。 界面活性剤は溶液中に存在するので、この溶液
から形成した得られた膜全体に界面活性剤は分配
されているであろう。塩と溶媒の抽出（さらに後
述する）の間、界面活性剤の全部ではないが、あ
るものは膜から除去されるであろう。したがつ
て、抽出後膜中に残留する界面活性剤の量は初め
存在した量および抽出の程度に依存して約10〜約
10000ppmの範囲内で変化するのであろう。 膜中に存在する界面活性剤の量を測定するた
め、膜を界面活性剤に対する溶媒で抽出し、抽出
液を分析する。たとえば、ポリエチレングリコー
ルモノステアレート界面活性剤をメタノールで24
時間抽出し、メタノール抽出液を核磁気共鳴スペ
クトル分析によつて分析する。合計の反射を減じ
た赤外分光分析によつて本発明の膜を分析する
と、膜の表面上の界面活性剤は示されない。上記
赤外分光分析では、分析すべき表面に赤外線のビ
ームが当てられ、その際に光のいくらかは反射す
る。理想的表面に対して反射の補正がなされる。
透明な表面からある角度で光が反射する時、反射
する光の波長にほぼ等しい距離だけ光は表面を通
過する。この結果得られる吸収パターンが分析の
ために使用される。 (5) 溶液の調製および溶液からの選択透過性膜の
製造 溶液の調製のための添加の順序は任意である
が、好ましくはポリマーを界面活性剤含有溶媒
に加え、次いで１種まは２種以上の塩を十分な
量で加えて前記濃度とする。好ましくはポリマ
ー、12〜40重量％の量で存在する。添加の際の
温度及び圧力は任意である。通常、20〜80℃の
温度と大気圧を用いる。混合溶液を用いる透過
選択性膜を製造し、通常溶液を熱と減圧によつ
て濃縮して、溶液の全重量に基づいて繊維に対
して約18〜約40重量％のポリマー含量とし、そ
してフイルムに対して約10〜約30重量％のポリ
マー含量とする。 膜は濃縮溶液からフイルムを注形するか、中
空繊維を紡糸することによつて製造できる。 フイルムの製造において、溶液はその全重量
に基づいて15〜18％のポリマー固体と、ポリマ
ーの重量に基づいて20〜50％の塩を含有するこ
とが好ましい。溶液は微細フイルターを経て
過し、支持体上へ注ぎ、その間注意してダスト
や他の異物質を排除する。フイルムはドクター
ナイフで広げて約２〜40ミル（0.051〜1.02
mm）の厚さにし、そして75〜150℃の温度で乾
燥する。 中空繊維の製造において、紡糸溶液は28〜30
重量％のポリマー固体と、ポリマーの重量に基
づいて約20〜22％の塩を含有することが好まし
い。中空繊維は、適当なポリマーの加熱溶液を
Burkeの米国特許3397427に配載されるような
型の環状紡糸口金を経て約110〜約150℃、典型
的には120〜130℃の温度において紡糸すること
によつてつくられる。紡糸したフイラメントの
通常望ましい部分乾燥は、加熱された不活性ガ
スも通過する加熱されたセル中に、フイラメン
トを押出し直後に通すことによつて得ることが
できる。 フイルムの注形または中空繊維の紡糸後、得
られた生成物、いわゆる「原型膜」は溶媒と塩
を含有する。すなわち、原型膜は、その重量に
基づいて約25〜80重量％のポリマー、ポリマー
の重量に基づいて約20〜75重量％の有機極性非
ブロント溶媒および約10〜100重量％の塩を含
有するであろう。「原型膜」という語は、形状
安定性である形成構造物（たとえば、フイルム
または中空繊維）を意味する。 溶媒と塩をゆすぎ媒体で交換しかつ抽出す
る。この媒体は塩に対して溶媒であり、溶媒と
混和性であり、ポリマーに対して実質的に化学
的に不活性であり、そしてポリマーに対して実
質的に非溶媒である。したがつて、ゆすぎ媒体
は溶媒と塩のほとんどを原型膜から抽出して膜
を形成する。適当なゆすぎ媒体には水、メタノ
ール、エタノールなどが含される。原型膜はゆ
すぎ媒体と、塩の少なくとも75％または溶媒の
少なくとも75％を抽出するのに十分な時間接触
すばきである。好ましくは、実質的にすべての
塩と溶媒を除去すべきである。ゆすぎ媒体の温
度は約０〜40℃であるべきである。 透過選択性膜の製造における原型膜からの
塩、および残留溶媒の抽出は、連続的にまたは
バツチ方式で実施できる。膜は、原型膜の形成
直後、水または抽出物含有循環水で冷却し、部
分的に抽出する。 中空繊維膜における水束性質の高上を観測す
るために、溶触および膜の抽出後繊維をアニー
リングすることは時々有利である。膜のアニー
リングは、膜を40〜80℃の水に約0.5〜1.5時間
暴露することによつて都合よく実施できる。 次に実施例によつて、本発明を説明する。ここ
に記載する材料の部は、特記しないかぎり重量に
よる。溶液中のポリマーの百分率は、溶液の全重
量に基づく。ポリマー溶液中に存在する塩の百分
率は、特記しないかぎり溶液中のポリマーの重量
に基づく。ポリマーの固有粘度は、特記しないか
ぎり、100mlのジメチルアセトアミド中の４ｇの
塩化リチウムの溶液中に0.5ｇのポリマーを用い
て測定する。 比較例 Ａ この比較例は、13℃の急冷温度を用い、界面活
性剤を含有しない溶液から紡糸した繊維の性質を
例示する。 ポリアミドを、米国特許3775361の実施例に
記載するように、メタフエニレンジアミンとメタ
フエニレンジアミン４−スルホン酸カルシウム塩
との67/33混合物、塩化イソフタロイル塩化テレ
フタロイルとの70/30混合物から製造した。ポリ
マーの固有粘度は1.2〜1.3であつた。これを水酸
化カルシウムで中和し、水とかきまぜることによ
つて３回洗い、140℃で乾燥した。 ポリマーのフレークをジメチルアセトアミド中
に溶かし、次いで塩化リチウムと硝酸リチウムを
加えた。PHを、ガラス電極で測定して、水酸化リ
チウムの水性スラリーの添加により６〜７に調節
した。生じた溶液は24％のポリマー、６％の塩化
リチウムおよび15.5％の硝酸リチウムを含有し
た。溶液を過し、熱を減圧を加えることにより
濃縮して、紡糸のため28.5％のポリマーとした。 この濃度溶液、すなわち紡糸溶液を、Burkeら
の米国特許3397427に記載されている型の150個の
環状孔の紡糸口金を通して紡糸した。溶液の温度
は125℃であつた。 紡糸した繊維は、160〜180℃に維持された19フ
イート（579cm）×直径９インチ（22.9cm）のセル
に通し、そして185℃の不活性アスピレーシヨン
ガス（窒素）と向流接触させた。 セルを去ると、部分的に乾燥した繊維は13℃の
液で急冷した。次いで、これを127ヤード
（116m）／分で容器中にピドリング（piddling）
し、同時に容器内に13℃の液を噴霧した。急冷お
よびピドラー（piddler）用の液は、屈折率で測
定してジメチルアセトアミドの4.2％の水溶液で
あつた。 次いで、ピドリングした繊維を、２段階の向流
抽出系を用い、液を各段階から、スプレーを経
て、繊維上へ再循環することによつて、抽出し、
アニーリングした。温度は50℃であつた。各段階
における時間は８時間であつた、最後の段階に純
水を供給した。第１段階からの液を使用して、急
冷液を屈折率の測定により4.2％のジメチルアセ
トアミドに維持した。 抽出した繊維は、これを含む透過器を構成し、
この透過器を試験することによつて特性づけた。
結果から、次のデータを計算した。 繊維の外径は、一定の長さおよび数の繊維で置
換された水の体積を測定し、次式を用いて得た： OD＝［４ＸＶ／π×Ｌ×Ｎ］^１ _２×10⁴ 式中Ｖ＝置換された水の体積（cm³） Ｌ＝繊維の長さ（cm） Ｎ＝フイラメントの数 OD＝繊維の外径（ミクロン）。 繊維の内径は、次式から計算した： ID＝［７．０５×１０^１０×Ｆ×（Ｌｐ＋Ｌａ／２
）／Ｐｄ×Ｎ］^１ _４ 式中ID＝繊維の内径（ミクロン） Ｆ＝透過器速（ガロン／日） Lp＝透過器のポツト長さ（フイート） La＝透過器内の繊維の有効長さ（フイー
ト） Pd＝死末端管圧内（ポンド／平方インチ・
ゲージ） Ｎ＝透過器内のフイラメントの数。 この等式は死末端管圧力が供給圧力の３分の２
より低くなるまで有効である。 塩の透過百分率、SP、は次式から計算した： SP＝透過液中の塩の濃度／供給液中の塩の濃度×10
0 フイルムの水透過定数、Kw、は次のように定
義される： Ｆ＝Kw×Ａ×Pe 式中Ｆ＝透過速度（ガロン／日） Ａ＝透過が起こるフイルムの面積（平方フ
イート） Pe＝有効圧（ポンド／平方インチ） ＝フイルムを横切る水圧低下−フイルム
を横切る浸透圧の差 Kw＝水の透過定数（ガロン／平方フイー
ト／日／ポワド／平方インチ）。 繊維に使用した対応する式は、フイルムについ
てと同じ定義を水の透過定数について使用する
と、次のとおりであつた： Ｆ＝１．０３１×１０^−５×ＩＤ^４×Ｋｗ×ＯＤ×Ｎ×Ｌａ×Ｐｓ／ＩＤ^４＋７．２３６×１０^５×Ｋｗ×ＯＤ×
Ｌａ×（Ｌｐ＋Ｌａ／３） 式中Ps＝供給圧−繊維の外側の溶液と透過液
との間の浸透圧の差。他の項は前に定義したとお
りである。この等式についての限定は、繊維の内
径についての等式についての限定と同一である。
Kwの項にいおて、等式の次のようにる： Kw＝ＩＤ^４×Ｆ／ＯＤ×Ｌａ×（１．０３１×１０^−５×Ｐｓ×ＩＤ^４×Ｎ−７．２３６×１０^５×Ｆ×（Ｌｐ＋
Ｌａ／３）） これを水透過定数の計算に使用した。 各透過器は繊維の単一束（150フイラメント）
から二重末端透過器として作つたが、単一末端透
過器として試験した。中空繊維の150フイラメン
トのかせを二重にして300本の平行な繊維を得
て、水で湿つている間、一端に２本の側管を有す
る剛性管にう入した。150フイラメントのかせの
２つを２本の側管内に位置し、エポキシ樹脂で密
封した。管の外側のゆるい端を切つて、流体流の
ために中空繊維を開口した。一方の側管に、圧力
計を取付けて死末端管圧力を測定した。透過器は
フイラメント含有部分において長さが30インチ
（76cm）、ポツト長さが４インチ（10cm）であつ
た。透過器は25℃において、シエル側面供給によ
り、400psi（28.1Kg／cm²）ゲージおよび４〜６％
の変換〔すなわち、（透過速度／供給速度）×
100〕において水中の５，000ppmの塩化ナトリ
ウムを用いて、試験した。 この比較例Ａ（紡糸溶液中に界面活性剤が存在
しない）の平均の繊維の性質は、次のとおりであ
つた： OD＝87.8ミクロン ID＝40.1ミクロン Kw＝12.2×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（7.21×10^-8m／日／Pa） SP＝4.5％ 比較例 Ｂ この比較例は、界面活性剤を含有しない溶液か
ら10℃の急冷温度を用いて紡糸した繊維の性質を
説明する。 急冷槽およびピドルへの液体温度が10℃であつ
た以外比較例Ａにおけるようにして、ポリマーの
フレークと繊維を製造した。試験データから、次
の繊維の性質が計算された。 OD＝87.2ミクロン ID＝40.6ミクロン Kw＝11.2×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（6.62×10^-8m／日／Pa） SP＝4.0％ 実施例 １ この実施例は、紡糸溶液中に存在するポリマー
に基づいて875ppmのポリエチレングリコールモ
ノステアレート（界面活性剤として）を含有する
溶液から紡糸した繊維の性質を説明する。モノス
テアレートのポリエチレングリコール単位の分子
量は1000であつた。 界面活性剤はジメチルアセトアミド中の10％の
溶液とした。この溶液を、比較例Ａに記載したポ
リマーのフレークの再溶解に使用するジメチルア
セトアミドの約４分の１に加えた。ポリマーのフ
レークの溶液と繊維は、比較例Ａにおけるように
して製造した。急冷槽とビドルの温度は13℃であ
つた。試験データから、次の繊維の性質が計算さ
れた： OD＝87.5ミクロン ID＝40.3ミクロン Kw＝16.4×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（9.69×10^-8m／日／Pa） SP＝5.2％ Kwは比較例ＡおよびＢよりも有意に高いこと
がわかる。 モノステアレートのポリエチレングリコール単
位の分子量が600であるポリエチレングリコール
モノステアレートを、ポリマーに基づいて
894ppm使用すると、次の性質が計算された： OD＝87.5ミクロン ID＝41.8ミクロン Kw＝16.4×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（9.69×10^-8m／日／Pa） SP＝4.7％ モノステアレートのポリエチレングリコール単
位の分子量が600であるポリエチレングリコール
モノステアレートをポリマーに基づいて400ppm
使用すると、次の性質が計算された： OD＝87.2ミクロン ID＝41.3ミクロン Kw＝14.9×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（8.80×10^-8m／日／Pa） SP＝4.5％ 実施例 ２ この実施例は、紡糸溶液中に存在するポリマー
に基づいて801ppmのＣ−セチルペタイン（界面
活性剤として）を含有する溶液から紡糸した繊維
の性質を説明する。急冷温度は10℃であつた。 界面活性剤は100％活性成分として得て、ジメ
チルアセトアミド中の10％溶液とした。この溶液
を、比較例Ａに記載したポリマーのフレークの再
溶解に使用するジメチルアセトアミドの約４分の
１に加えた。ポリマーのフレークと溶液は比較例
Ａにおけるようにして調製した。繊維は比較例Ｂ
におけるように紡糸した。平均の繊維の性質は、
次のとおりであつた： OD＝86.2ミクロン ID＝41.7ミクロン Kw＝14.4×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（8.51×10^-8m／日／Pa） SP＝7.9％ 実施例 ３ この実施例は、紡糸溶液中に存在するポリマー
に基づいて816ppmのステアリル硫酸ナトリウム
（界面活性剤として）を含有し、いくらかの他の
長鎖不純物を含有する溶液から紡糸した繊維の性
質を説明する。急冷温度は10℃であつた。 使用した界面活性剤は47％の水溶液であり、こ
れをジメチルアセトアミドで希釈して10％にし
た。この溶液を、比較例Ａに記載したポリマーの
フレークの再溶解に使用するジメチルアセトアミ
ドの約４分の１に加えた。ポリマーのフレークと
溶液は比較例Ａにおけるように調製した。繊維は
比較例Ｂにおけるように製造した。平均の繊維の
性質は、次のとおりであつた： OD＝86.2ミクロン ID＝41.3ミクロン Kw＝12.6×10^-3ガロン／平方フイート／日／
psi（7.45×10^-8m／日／Pa） SP＝8.4％ これらの実施例における繊維の性質は、比較例
Ａに記載するように透過器を製造し、試験を実施
することによつて得た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (A) 水混和性有機極性非プロント溶媒、 (B) 溶液の全重量に基づいて約12〜約40重量％の
   量で溶液中に存在する芳香族ポリアミド、 (C) 前記溶媒に可溶性であり、ポリマーの重量に
   基づいて約10〜約100重量％の量で存在する少
   なくとも１種の塩、 (D) ポリマー(B)の重量に基づいて100〜
   10000ppmの量で存在する界面活性剤、該界面
   活性剤は約200〜約7000の分子量を有し、(a)分
   子量が約100〜約400であり、ヒドロカルビン基
   またはハロゲン（Ｆ，Cl，BrまたはＩ）、−NO₂
   または−OHで置換されたこのようなヒドロカ
   ルビン基である少なくとも１種の疎水性部分と
   (b)少なくとも１種の親水性部分とを含み、該界
   面活性剤は、 非イオン性界面活性剤、または 陰イオン性界面活性剤、または 式 （式中Ｙはハロゲン、−NO₂または−OHで置換
   されていてもよい炭素数約６〜約20のヒドロ
   カルビル基である） の両性界面活性剤である、 からなることを特徴とする透過選択性膜の製造用
   溶液。 ２ 界面活性剤は非イオン性界面活性剤である特
   許請求の範囲第１項記載の溶液。 ３ 非イオン性界面活性剤は、(1)エチレンオキシ
   ドおよび必要に応じてプロピレンオキシドと、(2)
   アルコール、カルボン酸またはアルキルフエノー
   ルとの反応生成物である特許請求の範囲第２項記
   載の溶液。 ４ 非イオン性界面活性剤は式 （式中Ｒは炭素数約８〜約20のアルキルであ
   り、そしてｎは８〜18の基数である） を有する特許請求の範囲第３項記載の溶液。 ５ 非イオン性界面活性剤は、ポリマー(B)の重量
   に基づいて約300ppm〜約1000ppmの量で溶液中
   に存在するポリエチレングリコールモノステアレ
   ートである特許請求の範囲第４項記載の溶液。 ６ 溶媒(a)は式 をもち、式中R₃，R₄およびR₅は独立に同一であ
   るかまたは異なることができ、炭素数１〜４のア
   ルキルであり、あるいはR₃，R₄またはR₅の任意
   の２つは一緒になつてアルキレン基であることが
   でき、ただしR₃，R₄およびR₅のすべてにおける
   合計の炭素数は６以下であり、ａは１または２で
   あり、ｂは０または１であり、Ｔは酸性基、たと
   えば ＝Ｃ＝Ｏおよび【式】 であり、そしてａ＋ｂの合計は前述の基Ｔの原子
   価を満足するようなものである特許請求の範囲第
   ４項記載の溶液。 ７ 界面活性剤は陰イオン性界面活性剤である特
   許請求の範囲第１項記載の溶液。 ８ 陰イオン性界面活性剤は式 AM をもち、式中Ｍは陽イオンであり、そしてＡは炭
   素数約８〜約20の疎水性ヒドロカルビル基を含有
   する陰イオンである特許請求の範囲第７項記載の
   溶液。 ９ 陰イオン性界面活性剤において、ＭはNa⁺、
   Li⁺またはNH₄ ⁺であり、そしてＡは陰イオン
   R″A′であり、R″は炭素数約８〜約20のアルキ
   ルであり、そしてA′は−COO、−SO₃または
   −OSO₃であり、そして界面活性剤はポリマー
   (B)の重量に基づいて約300〜約1000ppmの量で溶
   液中に存在する特許請求の範囲第８項記載の溶
   液。 １０ 溶媒(a)は式 をもち、式中R₃，R₄およびR₅は独立に同一であ
   るかまたは異なることができ、炭素数１〜４のア
   ルキルであり、あるいはR₃，R₄またはR₅の任意
   の２つは一緒になつてアルキレン基であることが
   でき、ただしR₃，R₄およびR₅のすべてにおける
   合計の炭素数は６以下であり、ａは１または２で
   あり、ｂは０または１であり、Ｔは酸性基、たと
   えば ＝Ｃ＝Ｏおよび【式】 であり、そしてａ＋ｂの合計は前述の基Ｔの原子
   価を満足するようなものである特許請求の範囲第
   ８項記載の溶液。 １１ 界面活性剤は式 をもつ両性界面活性剤であり、式中Ｙはハロゲ
   ン、−NO₂または−OHで置換されていてもよい炭
   素数約６〜約20のヒドロカルビル基である特許請
   求の範囲第１項記載の溶液。 １２ 界面活性剤は式 をもち、式中Ｙは炭素数８〜15のアルキルであ
   り、そして界面活性剤はポリマー(B)の重量に基づ
   いて約300〜約1000ppmの量で溶液中に存在する
   特許請求の範囲第１１項記載の溶液。 １３ 溶媒(a)は式 をもち、式中R₃，R₄およびR₅は独立に同一であ
   るかまたは異なり、炭素数１〜４のアルキルであ
   り、あるいはR₃，R₄またはR₅の任意の２つは一
   緒になつてアルキレン基であることができ、ただ
   しR₃，R₄およびR₅の全部の炭素数の合計は６以
   下であり、ａは１または２であり、ｂは０または
   １であり、Ｔは酸性基、たとえば ＝Ｃ＝Ｏおよび【式】 であり、そしてａ＋ｂの合計は前記のＴの原子価
   を満たすようなものである特許請求の範囲第１２
   項記載の溶液。 １４ (A) 芳香族ポリアミドと、 (B) ポリマー(A)の重量に基づいて10〜10000ppm
   の量でポリマー中に分布いている界面活性剤と
   から本質的になり、該界面活性剤は約200〜約
   7000の分子量を有し、(a)分子量が約100〜約400
   であり、ヒドロカルビン基またはハロゲン
   （Ｆ，Cl，BrまたはＩ）、−NO₂または−OHで
   置換されたこのようなヒドロカルビン基である
   少なくとも１種の疎水性部分と(b)少なくとも１
   種の親水性部分とを含み、該界面活性剤は、 非イオン性界面活性剤、または 陰イオン性界面活性剤、または 式 （式中Ｙはハロゲン、−NO₂または−OHで置換
   されていてもよい炭素数約６〜約20のヒドロ
   カルビル基である） の両性界面活性剤である、 ことを特徴とする透過選択性膜。 １５ 中空繊維の形の特許請求の範囲第１４項記
   載の膜。 １６ 界面活性剤は非イオン性界面活性剤であり
   特許請求の範囲第１４項記載の膜。 １７ 非イオン性界面活性剤は、(1)エチレンオキ
   シドおよび必要に応じてプロピレンオキシドと、
   (2)アルコール、カルボン酸またはアルキルフエノ
   ールとの反応生成物である特許請求の範囲第１６
   項記載の膜。 １８ 非イオン性界面活性剤は式 （式中Ｒは炭素数約８〜約20のアルキルであ
   り、そしてｎは８〜18の基数である） を有する特許請求の範囲第１７項記載の膜。 １９ 中空繊維の形でる特許請求の範囲第１８項
   記載の膜。 ２０ 非イオン性界面活性剤は、ポリマー(A)の重
   量に基づいて約300ppm〜約1000ppmの量で溶液
   中に存在するポリエチレングリコールモノステア
   レートである特許請求の範囲第１８項記載の膜。 ２１ 中空繊維の形である特許請求の範囲第２０
   項記載の膜。 ２２ 界面活性剤は陰イオン性界面活性剤である
   特許請求の範囲第１４項記載の膜。 ２３ 中空繊維の形である特許請求の範囲第２２
   項記載の膜。 ２４ 陰イオン性界面活性剤は式 AM をもち、式中Ｍは陽イオンであり、そしてＡは炭
   素数約８〜約20の疎水性ヒドロカルビル基を含有
   する陰イオンである特許請求の範囲第２３項記載
   の膜。 ２５ 陰イオン性界面活性剤において、Ｍは
   Na⁺、Li⁺またはNH₄ ⁺であり、そしてＡは陰イオ
   ンR″A′であり、R″は炭素数約８〜約20のアル
   キルであり、そしてA′は−COO、−SO₃また
   は−OSO₃であり、そして界面活性剤はポリマ
   ー(A)の重量に基づいて約300〜約1000ppmの量で
   溶液中に存在する特許請求の範囲第２４項記載の
   膜。 ２６ 中空繊維の形である特許請求の範囲第２５
   項記載の膜。 ２７ 界面活性剤は式 をもつ両性界面活性剤であり、式中Ｙはハロゲ
   ン、−NO₂または−OHで置換されていてもよい炭
   素数約６〜約20のヒドロカルビル基である特許請
   求の範囲第１４項記載の膜。 ２８ 中空繊維の形の特許請求の範囲第２７項記
   載の膜。 ２９ 界面活性剤は式 をもち、式中Ｙは炭素数８〜15のアルキルであ
   り、そして界面活性剤はポリマー(A)の重量に基づ
   いて約300〜約1000ppmの量で溶液中に存在する
   特許請求の範囲第２７項記載の膜。