JPS6257915A - 多孔性中空糸膜及びその製造方法 - Google Patents

多孔性中空糸膜及びその製造方法

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JPS6257915A
JPS6257915A JP19631985A JP19631985A JPS6257915A JP S6257915 A JPS6257915 A JP S6257915A JP 19631985 A JP19631985 A JP 19631985A JP 19631985 A JP19631985 A JP 19631985A JP S6257915 A JPS6257915 A JP S6257915A
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nitrogen
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Katsuya Yamada
克弥 山田
Koichi Okita
晃一 沖田
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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】 (発明の目的) 本発明は多孔性中空糸膜及びその製造方法に関する。近
年、工業−医療分゛野に用いられる機能性膜材料の斗−
ズが増々高まりを見せ、研究開発が盛んに行なわれてい
る。例えば、工業分野においては海水の淡水化、純水の
製造、ウラン濃縮、食品の精製・濃縮、油水分離、ヘリ
ウム濃縮回収、酸素富化、メタン・炭酸ガスの分離等を
目的としたUF、RO膜やガス分離膜の開発が行なわれ
、医療分野においては人工腎臓、人工肺、血液・血素分
離膜、薬剤局所投与用カプセル膜、人工血管、抗血栓性
カテーテル等の開発が行なわれている。
これらは一部実用化されてはいるものの、必ずしも満足
な特性が得られているわけではない。
これまで膜分離用途に用いられてきたものは、代表的に
は酢酸セルロース、エチルセルロースなどのセルロース
系多孔性膜、ポリスルホン等のエンジニアリングプラス
チックの多孔性膜、アミド系やイミド系の多孔性膜、ポ
リプロピレン多孔性膜、四弗化エチレン等のフッソ系多
孔性膜等を上げることができる。
こノウチ、エチルセルロースは、他の素材群に比べて高
い酸素透過性を示すこと、酸素/窒素の選択透過性が比
較的大きいことなどから酸素富化膜素材として用いられ
ている。一方、ポリスルホンやポリイミドは、ガスの透
過性は比較的小さいものの、水素と一酸化炭素の選択透
過性に優れていることから、水素分離やヘリウムの濃縮
回収用膜素材として用いられている。又、再生セルロー
スやポリプロピレン多孔性膜が人工腎臓に利用され、有
機溶剤の濾過なと、耐溶剤性の要求される用途には四弗
化エチレン樹脂多孔性膜などが好適に用いられている。
このように素材のガス透過特性、耐溶剤性、機械的特性
、加工性などの特徴によって様々な応用がなされてきて
いる。このような状況の下で、ガス分離膜素材として注
目されている素材の1つにホv c 2,6  ジメチ
ルフェニレンオキサイド)(以下PPOと記す)が上げ
られる。PPOはガス透過性にすぐれている上に、機械
的強度や耐熱性、耐溶剤性も高く、ポリスルホン等のエ
ンジニアリングプラスチックと同等以上の特性を示す素
材である。
しかしながら耐溶剤性に優れていることが、むしろ加工
上の問題点となっている。すなわち溶液状態で任意に加
工することが困難であった。USP3.709,774
 及びGet、off、21 &3,646では、良溶
媒ではあるが、単独で多孔性膜を得るのが難しい塩素系
溶剤に、膨潤剤としての貧溶媒を加えた混合溶媒系で多
孔性膜を得ている汐?れらの系では強度的にすぐれた多
孔性膜が得られに<<、凝固剤系もメタノール等に限定
されるため、精緻かつ広範な構造制御が困難であった。
一方、近年になってPPOを改質して溶解性を向上させ
加工性をよくしたり、ガス透過特性を向上させようとす
る試みがなされてきている。
例えば、特開昭57−117321はPPOのベンジル
位ハロゲン化やアミン化、特開昭58−55008はベ
ンジル位プレニル化、特開昭58−216703はクロ
ロスルホン化、アリールフルホン化、特開昭58−39
304  は環位及びベンジル位臭素化、特開昭59−
222203はアミノシリコン化を行なっているが、い
ずれも選択透過性と透過速度の双方を満足するものは得
られていない。−力選択透過性を維持しつつ透過速度を
大きくする方法として、特開昭58−95538でシリ
コンオイルを混合した非対称孔径膜を得ようとする試み
がなされているが、充分な選択透過性を得るには致って
いない。特開昭60−41524.60−51524.
60−51525ではPPOを臭素化して溶解性を改良
した上で、非対称孔径膜となし、その後アミン架橋して
不溶化するという方法により透過性、選択性の双方で満
足しうる特性を得ている。
さらに耐溶剤性も・良好という点で好ましい。しかしな
がら可溶化−製膜−不溶化といった多くの工程を要し、
しかも可溶化、不溶化工程で活性点を残し易く、経時劣
化の原因となることがあった。
(発明の構成) 本発明者らは、このような従来技術の問題点を鋭意検討
した結果、未変性のPPOを含窒素環状化合物を溶媒と
して高温に加熱しながら強制的に溶解せしめ、その温度
を維持したまま凝固浴中に中空糸状に押出して凝固、溶
媒抽出することにより、透過性、選択性、耐溶剤性のい
ずれにもすぐれ、しかも機械的な強度も良好な多孔性中
空糸膜力簡便な工程で得られることを見い出し、本発明
に到った。
本発明の多孔性中空糸膜をガス分離用途に用いる場合、
そのままでも充分な選択性、透過性が得られるが、さら
に高い選択性を得るために耐溶剤性が良好であることを
利用して複合膜化することも可能である。また、紡糸条
件を変化させて孔径を制御することにより、逆浸透膜や
限外p過膜に応用することも可能であるし、耐溶剤性を
利用して液膜の支持体とすることもできる。
本発明で用いるPPOは、2,6−シメチルフエノール
ヲ、塩化第1銅−ピリジンコンプレックスを触媒として
、酸化カップリング反応で重合させジメチルフェニレン
オキサイド)である。
PPOの溶媒としては、N、ホルミルピペリジンN、ホ
ルミルモルフォリン、Nメチル2ピロリドン等の含窒素
環状化合物、ジメチルホルムアミドジメチルアセトアミ
ド等のアミド系溶媒、テトラクロルエタンクロロホルム
、クロルベンゼン、0ジクロルベンゼン等の塩素系炭化
水素が上げられこれら単独もしくはその混合物を用いる
ことができるが、好ましくは含窒素環状化合物が選ばれ
る。
特に好ましくはNメチル、2−ピロリドンが選ばれる。
本発明の特徴はPPOが、多孔性中空糸膜に成形されて
いることにあり、さらにはその中空糸の外表面、内表面
のいずれか一方もしくは両方が緻密な表面で、肉厚部分
に各表面に連続したスポンジ状の空孔や中空糸のほぼ半
径方向に配向した指状ないしボイド状の空孔を有するこ
とにある。このような構造を任意に形成させるためには
、含窒素環状化合物を溶媒に用いるのが好適となる。
溶液濃度は10〜50%特に20〜40%が好ましい。
溶液を得る際には常温以上に加熱しながら溶解すること
が必要であるが、この時PPOヤ溶媒の分解、反応が起
らない範囲で行うよう注意しなければならない。一般に
100°C前後が適当であるが特に限定されるものでは
ない。
このようにして得られた溶液は二重管ノズルの外管から
凝固浴中に押出されるが、その際溶液の温度は、溶液の
ゲル化温度以上、溶媒の沸点以下の温度に維持しなけれ
ばならない。ゲル化温度以下では、実用的な強度を有す
る中空糸膜が得られに<<、沸点以上になると溶媒の突
沸が起こり、膜構造の制御が困難となる。しかしながら
溶液のゲル化温度以上、溶媒の沸点以下の温度範囲内で
溶液温度を制御することにより、緻密な表面の厚み、空
孔率、空孔の形状、中空糸膜強度等を制御することが可
能である。
二重管ノズルの内管からは、多孔性中空糸の中空を形成
させたり、内表面の状態を制御するために芯液を流出さ
せる。二重管ノズルは凝固洛中に浸漬されていてもよく
、又凝固浴の液面の上方でもよいが、液面の上方に位置
する場合、チムニ−等を用いて溶媒の蒸発量をおさえた
り、チムニ−内を吸気して蒸発を促すなどの方法により
中空糸外表面の状態を制御することができる。
凝固剤には溶媒と混和可能な非溶媒が用いられる。含窒
素環状化合物を溶媒として用いる場合は水やアルコール
類及びその混合物が用いられる。
凝固剤の種類や温度組成などを変化させることにより、
多孔性中空糸膜の緻密な表面の厚み、空孔率、空孔の形
状、中空糸膜強度等を制御することができる。また凝固
剤に溶媒や無機塩類を加えることによっても膜の構造・
物性制御が可能である。
芯液も凝固浴と同様の観点から選択される。
凝固した中空糸は、さらに水洗することによって溶媒が
抽出され膜構造が固定される。この時、熱水処理を行う
ことにより溶媒の抽出を促進させたり、膜構造や特性を
安定化させることができる。
溶媒抽出が完了した中空糸は、さらに熱風や金属ロール
等を熱媒体として乾燥・熱処理される。
乾燥温度は溶媒抽出後に中空糸内部に含有されている非
溶媒の沸点以下が好ましい。熱処理はPP。
Q熱変形温度以下で行なわれる。
乾燥・熱処理を行なう前に中空糸内部に含有されている
非溶媒を、他の非溶媒に置換しておくことにより、乾燥
・熱処理時の中空糸の収縮率を変化させ、その結果膜特
性を制御することが可能である。
以下、実施例によって、本発明をさらに説明する。
実施例1 PP0 35重量部をNメチル2ピロリドン65重量%
に、約120°Cに加熱しながら攪拌拳溶解させ、均一
な溶液を得た。この溶液の温度を維持しなから120°
Cに加熱した二重管ノズルの外管(外径2m+n、内径
1 mm )から31°Cの水中シて押出すと同時に、
内管(径0.5 mm )からNメチル2ピロリドン/
水、9:l混合物を芯液として流出させて中空を形成し
ながら凝固させた。ノズルと水面の距離は4anに保ち
、チムニ−を用l/Aで溶媒の蒸発を制御した。
引続き41.5°Cの水中に導入して溶媒抽出を行ない
、さらに水中にてボビンに巻取った。
次にボビンをイソプロピルアルコール中に浸漬して約・
i−8時間にわたり抽出、溶媒置換を行なった。得られ
た多孔性中空糸を60°C,7Q’Cの順で各150秒
間乾燥した後、100℃で150秒間熱処理を行なった
基礎物性の測定結果を第1表に示す。また得られた多孔
性中空糸断面の走査電子顕微鏡写真を第1図、第2図及
び第3図に示す。
第   1   表 ※測定温度・・・100°C QH2,Qco−an/an 、sec、cmHfαH
2/CO= QH2/QCO (発明の効果) 本発明によれば、ガスや液体の透過性、選択性に優れ、
耐溶剤性にも優れ、しかも機械的強度の良好な多孔性中
空糸膜を簡便な工程で得ることができる。
その応用範囲は多岐にわたり、ガス分離膜、逆浸透膜、
限外濾過膜や液膜支持体等が代表的に上げられる。また
耐溶剤性、耐放射線性、耐プラズマ性が良好であること
から、各種方法を用いた複合膜の支持体として用いるこ
ともでき、巾広い製品への応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、PPO多孔性中空糸膜の断面の走査電子顕微
鏡写真であり、倍率は100倍である。 第2図は第1図に示される中空糸膜の内表面付近の拡大
図で倍率は5,000  倍である。第3図は第1図に
示される中空糸膜の外表面付近の拡大図で倍率は5,0
00  倍である。 Xり、1/If:)0 第2図 X 5,000 ・ 第31ff1 手  続  補  正  古 昭和60年12J−[日 λ 発明の名称 多孔性中空糸膜及びその製造方法 よ 補正をする者 事件との関係     特許出卯人 住 所    大阪市東区北浜5丁目15番地名 称(
213)住友電気工業株式会社社長 川 −L 哲 部 4、代理人 住  所    大阪市此花区島屋1丁目1番3号住友
電気工業抹式会社内 (電話大阪 461−1031) 6、補正の対象 明細素中図面の簡単な説明の欄 7、補正の内容 明細書第13頁第2行目の次に下記の文を挿入、「第1
図、第2図、第3図は、繊維の形状を示す・イ1(=

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)構造式; ▲数式、化学式、表等があります▼(n;自然数) で示される繰り返し単位を有するポリ(2,6−ジメチ
    ルフェニレンオキサイド)からなる多孔性中空糸膜の外
    表面および内表面のいずれか一方もしくは両方の表面が
    、平均孔径0.1μ以下ないし無孔性で、肉厚部分が各
    表面に連続して孔径が変化した多孔性であることを特徴
    とする多孔性中空糸膜。
  2. (2)構造式; ▲数式、化学式、表等があります▼(n;自然数) で示される繰り返し単位を有するポリ(2,6−ジメチ
    ルフェニレンオキサイド)を含窒素環状化合物に溶解し
    、該溶液を加熱しながら、二重管ノズルの外管より凝固
    浴中に押出すと同時に、内管から芯液を流出させて、凝
    固、脱溶媒することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の多孔性中空糸膜の製造方法。
  3. (3)溶液を、溶液のゲル化温度以上、含窒素環状化合
    物の沸点以下の温度に維持しながら押出すことを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載の多孔性中空糸膜の製造
    方法。
  4. (4)含窒素環状化合物がNメチル2ピロリドンである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の多孔性中
    空糸膜の製造方法。
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