JPS6148533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はポリビニルアルコール系重合体（以下
PVAとする）を主成分とする多孔質膜材に関す
る。詳しくは均一な微孔構造と優れた透過性能を
有するPVA系膜に関する。 近年ミクロンからミクロン以下の微粒子の過
を目的とした多孔質膜に関し、種々の製法により
作られた膜が報告されている。例えば良溶媒と貧
溶媒にポリマーを溶解し、その混合液を流延乾燥
し成型される膜、ポリマーに可溶性物質を添加し
後で添加物を抽出される膜、ポリマーを焼結し成
型される膜、フイルムを延伸することにより成型
される膜等がある。しかしながらこれらの膜につ
いては、その成型法および成型法および成型法に
帰因する膜性能に関し、それぞれ一長一短がある
のが現状である。 PVA系分離膜は、親水性ポリマーであること
等のポリマー素材の特異性から着目されている
が、多孔質膜材についての報告は少ない。 PVA多孔質体の一つとして、PVA水溶液にデ
ン粉やデキストリンとホルマリンを混合し、ホル
マール化と同時にデン粉粒子間の膨潤を生じせし
め、ホルマール化反応後水洗し、デン粉を除去す
ることにより成型される多孔質体が公知である。
この方法により成型された多孔質体は、その成型
方法から得られる孔径は、数μ以上通常10μ以上
と大きなものしか得られないため、より微小な粒
子を過する目的には不適当である。さらにこの
方法により成型されたものは、一般に孔径分布の
均一性が劣るという欠点も有している。また上述
のホルマー化反応に長時間を要するために紡糸に
よる中空繊維状の膜を得ることはできない。 一方、本発明者らは、特開昭52−123385で、
PVAとポリアルキレングリコール（PAG）とを
混合溶解し、これを抽出することにより、均一な
微細孔をもつ特異な多孔質構造を有するPVA系
多孔質膜を開示している。この方法により得られ
た膜は平均孔径0.02〜２μと微小な粒子を過す
るには優れているが、より大きな孔径を有する膜
を得ることはできない。 このようにPVA系多孔質膜材については、そ
れぞれ大孔径のものおよび微小孔径のものは知ら
れているが、大孔径のものから微小孔径のものま
で任意の孔径を有する膜材については、提供され
ていないのが実情である。現在膜の需要が拡大さ
れ、各種の用途に応じた膜性能が必要となり、上
述のように広範囲の孔径を有する膜の必要性は大
きい。 また多孔質膜の性能としては、孔径の大きさと
共に孔径分布のシヤープさが重要な因子である。
すなわち膜の分画性は孔径分布がシヤープな程優
れ過膜としては望ましい。 上述のように従来のPVA系多孔質膜材は比較
的大孔径の微孔膜では孔径分布がシヤープでな
く、精密な過が不適当なものであり、また比較
的小孔径の微小孔膜はかなりすぐれた孔径分布の
シヤープさを有しているが、より改善されること
が期待されている。 本発明者らは、これらの点に着目し、種々検討
の結果、従来の製法とは異なる新規な方法によ
り、すぐれたPVA系多孔質膜が得られることを
見い出し本発明を完成した。 本発明は均質分散されたシリカ微粒子を含有す
るPVA系膜より、該シリカ微粒子の90％以上を
抽出除去して得られるPVA系多孔質膜であつ
て、該膜は平均孔径0.01〜50μの均質微孔構造と
60％以上の空孔率を有することを特徴とする
PVA系多孔質膜である。 本発明による膜は、シリカ微粒子をPVA膜中
に含有させて製膜し、該シリカ微粒子を除去する
ことにより均一微孔を形成させる点に第一の特徴
を有する。本発明で用いられるシリカ微粒子は前
述したデン粉やPAGのような有機物でなく、無
機物であるため、原料としての粒度の均一性、純
度に優れている。また前述の２つの製造法は原液
中での膨潤や相分離を利用するため、原液の調整
条件や製膜条件により形成される微孔構造が変化
するため均一な製品を再現性良く得ることが難し
い。 これに対して本発明に用いるシリカ微粒子は、
PVA原液に対しては安定であり、粒径のコント
ロールが容易であり微孔構造の均一性に秀れてい
る。 シリカ微粒子としては無水ケイ酸の微粒子を水
中に分散させたコロイダルシリカまたは無水およ
び含水ケイ酸からなる微粉末シリカ（以下シリカ
粉体とする）が用いられる。コロイダルシリカ
は、現在0.005〜0.1μ程度の範囲で均一な粒子径
を有するものが入手でき、これをPVAの原液中
に混合する。原液中のコロイダルシリカの凝集が
生じないように分散させれば、コロイダルシリカ
の粒子径にほゞ対応する0.01〜１μ程度の微孔が
形成でき、凝集が生じるように分布させれば0.1
〜50μ程度の微孔が形成できる。 シリカ粉体は現在0.01〜10μ程度の均一な粒子
径のものが入手でき、これを同様に原液に混合
し、凝集を抑えて0.01〜10μ程度の微孔が形成で
き、凝集を生じるようにして0.1〜50μ程度の微
孔を形成できる。 このように本発明の膜は、平均孔径0.01〜50
μ、好ましくは0.05〜20μの均一微孔が膜断面全
体にわたり存在する構造を有する。膜表面にはち
密層を有さないのが望ましいが、必要に応じても
つことも可能である。このように本発明の膜は
PVAとシリカからなる同一組成の原液を用い0.01
〜50μと広い範囲で任意の多孔質膜が得られると
いう大きな特徴を有する。 本発明で用いられるPVA系ポリマーは平均重
合度500〜5300、ケン化度85〜100モル％のPVA
およびエチレン、ビニルピロリドン、塩化ビニ
ル、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、
イタコン酸などを10モル％未満含有するPVA共
重合体（ブロツク共重合体、グラフト共重合体を
含む）も包含される。原液の凝固方法としては湿
式、乾式および両者を組合せた方法のいずれの方
法を用いても良いが、PVAのシリカの分散状態
を固定化する際凝固速度の速い方が望ましくまた
成型法の容易さから湿式法が好ましい。 ここでいう成型は平面状の膜を形成させるのみ
でなく紡糸によつて中空繊維状の膜を形成させる
ことも含む。 原液を凝固成型時又は成型後膜中からシリカを
アルカリ溶液により抽出除去することにより多孔
質構造が形成される。アルカリ剤としては
NaOH，KOH，LiOH等が用いられる。アルカリ
剤の溶媒としては、水およびメタノール、エタノ
ール等のアルコールが用いられるが、溶解度が大
であることや取扱い性が容易であること等から水
が好ましい。抽出速度はアルカリ濃度および浸漬
時間等が関与し、濃度、温度共に大の程好まし
い。 本発明による膜は耐圧性、耐熱性等を賦与する
ために凝固成型後又はシリカ抽出前後の任意の段
階で熱処理や架橋処理を行なうことができる。こ
のうちPVAおよびPVA中のシリカの分散状態を
より固定化するという意味で、アルカリ抽出する
前に処理することが好ましい。架橋処理としては
グルタールアルデヒド、グリオキザール等による
分子間アセタール化架橋、ホルムアルデヒド等に
よる分子内アセタール化およびこれら両者を組合
せたもの等が用いられる。 本発明の膜構造の特徴を明らかにするために、
一例を電顕写真により説明する。 第１図は実施例１により製膜された多孔質膜の
断面の電顕写真である（240倍）。平均５μの均一
な微孔が断面全体にわたり均質に配列されてい
る。 第２図はPVAとデン粉を混合し成型後デン粉
を抽出除去することにより成型された多孔質体の
断面の顕微鏡写真である（100倍）。10〜100μと
広い孔径を有する微孔が分布している。 本発明の膜（第１図）が第２図の多孔質体に比
べ均一な微孔構造を有していることは明らかであ
る。 第３図は第１図に示した本発明の膜の孔径分布
曲線（水銀圧入法）である。1.5μにピークをも
つシヤープな曲線を示しており本発明の膜の孔孔
径分布が非常に均一であることを表わしている。 本発明の膜は、50μまでの比較的孔径の大なる
微孔構造を有するが、かゝる構造においては膜厚
が大きいから、全体としてみた場合に、膜の断面
及び長さ方向において均質な構造を有している。
孔径が大なる微孔構造においては、その孔径は膜
厚の５％以下に相当し、より好ましくは２％以下
である。 本発明による膜は60％以上の空孔率を有する。
本発明による膜はシリカ微粒子を含むPVA原液
を湿式又は乾湿式法により平膜、管状膜又は中空
系膜に成型し、次いで該膜をアルカリ溶液にて処
理することによりシリカを溶解除去する。これに
より所望の空孔率をもつ膜を得ることができる。
従つて空孔率はシリカの含有量および除去率と密
接な関係がある。本発明の膜は空孔率が60％以下
の場合高い透過性能を与えない。一般に微孔形成
剤を抽出し成型される多孔質膜の場合、空孔率が
小さいと微孔間が連続しない独立孔となる可能性
が大となり、高い透過性能を与えない。かかる点
から本発明において空孔率が膜の透過性に大きく
影響し、実用上有効な透過性能を有するためには
60％以上、好ましくは70％以上の空孔率が必要で
ある。 一例として微孔径が平均１μ（水銀圧入法）の
膜について空孔率と透水性の関係を表１に示し
た。

【表】 空孔率が60％以下のものは透水性が大巾に低下
していることが分かる。 シリカの除去率は使用中での溶出を防ぐためお
よび高い空孔率を得るため、大であることが必要
である。本発明の膜のシリカ除去率は90％以上、
好ましくは99％以上である。シリカはNaOH等の
アルカリ溶液に容易に溶解し、一方PVAはアル
カリに対し極めて安定である。その結果、膜基材
のPVAにはなんら影響を与えずに高いシリカ除
去率を得ることができる。 本発明による膜は基本的にはPVA系重合体の
みからなるものである。耐バクテリア性、耐薬品
性等の特徴を生かし、しかもこの膜は孔径分布が
シヤープで透過性能にすぐれているため、各種分
野の分離膜として用いることができる。 なお、本発明で言う微孔径は水銀圧入法による
孔径分布曲線および電子顕微鏡、光学顕微鏡観察
により求めた。 空孔率は次式より求めた。 （１−ρａ／ρｂ）×100（％） ρａは多孔質膜の見掛密度 ρｂは空孔を有しない膜の密度 以下実施例により説明する。 実施例 １ コロイダルシリカ（スノーテツクス―30、PH
10、粒径100〜200Å）とケン化度98.5％、平均重
合度2400のPVAを混合し、PHを5.0に調整した後
100℃で加熱溶解しPVA濃度10％、SiO₂濃度140
％（対PVA重量比）の均一な水溶液を調整し
た。この原液をスリツトを通して55℃の凝固浴
（400ｇ/Na₂SO₄水溶液）中に流延凝固し皮膜を
得た。次に得られた皮膜をグルタールアルデヒ
ド／H₂SO₄／Na₂SO₄＝３／30／200ｇ/の処理
浴中70℃―１時間浸漬し架橋処理を行なつた後、
300ｇ/NaOH中90℃―１時間浸漬しシリカを抽
出した。その後１％HCl水溶液中に浸漬中和後十
分に流水洗した。 得られた膜を電顕観察したところ（第１図）平
均５μの均一微孔を有する多孔質膜であることが
分かつた。 第３図に水銀圧入法による孔径分布曲線であ
る。これによると1.5μにピークをもつ非常にシ
ヤープな曲線が得れ、孔径分布が非常に均一であ
ることが分かつた。 純水の透過速度は1.2×10⁴／hr.atm.m²とす
ぐれていた。膜中のシリカ含有量を比色法で分析
したところ0.1％（対PVA）でありほゞ完全に除
去されていた。空孔率は77％であつた。 実施例 ２ コロイダルシリカ（スノーテツクス―OL、PH
３、粒子径450Å）ケン化度98.5％、平均重合度
2400のPVAおよびH₃BO₃（対PVA1％）を混合し
100℃で加熱溶解し、PVA10％、SiO₂140％（対
PVA）の均一水溶液を調製した。この紡糸原液
を環状ノズルを通して凝固浴（NaOH25ｇ/，
Na₂SO₄320ｇ/）に紡出し、中空繊維を得た。
次いで実施例１と同様に架橋処理およびシリカの
抽出処理を行なつた。 得られた中空繊維の断面を電顕観察したとこ
ろ、平均孔径0.2μの均一微孔を有する均質多孔
質膜であつた。 純水の透過速度は３×10²／hr.atm.m²であつ
た。シリカ含有量は0.2％とほゞ完全に除去され
ていた。空孔率は63％であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜の１例の断面構造を示す電
子顕微鏡写真であり、第２図は従来公知のPVA
多孔質体の断面電顕写真である。第３図は第１図
に示した膜の孔径分布を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 均質分散されたシリカ微粒子を含有するポリ
   ビニルアルコール（PVA）系膜より該シリカ微
   粒子の90％以上を抽出除去して得られるPVA系
   多孔質膜であつて、該膜は平均孔径0.01〜50μの
   均質微孔構造と60％以上の空孔率を有することを
   特徴とするポリビニルアルコール系多孔質膜。