JPWO2018021545A1 - Separation membrane and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

本発明の分離膜は、親水性ポリマーを主成分とし、親水性ポリマーを有する相と細孔の構造周期が0.001μm以上10μm以下の共連続構造を有し、分離膜の厚みが10μm以上500μm以下であり、厚み方向の断面において、いずれか一方の表面から深さ1〜4μmの領域aの空隙率をHa、もう一方の表面から深さ1〜4μmの領域bの空隙率をHb、両表面からの深さが同じとなる厚み3μmの領域cの空隙率をHcとしたときに、以下の式(1)及び式(2)を満たす。(1)1.00≦Ha/Hc≦1.50(2)1.05≦Hb/Hc≦1.50The separation membrane of the present invention is mainly composed of a hydrophilic polymer, has a co-continuous structure with a structure period of a phase having a hydrophilic polymer and pores of 0.001 μm to 10 μm, and has a thickness of 10 μm to 500 μm. In the cross section in the thickness direction, the porosity of the region a at a depth of 1 to 4 μm from any one surface is Ha, and the porosity of the region b at a depth of 1 to 4 μm from the other surface is Hb, both Assuming that the porosity of the region c having a thickness of 3 μm at which the depth from the surface is the same is Hc, the following equations (1) and (2) are satisfied. (1) 1.00 ≦ Ha / Hc ≦ 1.50 (2) 1.05 ≦ Hb / Hc ≦ 1.50

Description

本発明は、主に親水性ポリマーからなる分離膜およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a separation membrane mainly composed of a hydrophilic polymer and a method for producing the same.

分離膜は、河川や海水、下廃水から濁質やイオンを取り除き、工業用水や飲料水を製造するための水処理用膜、人工腎臓や血漿分離等の医療用膜、果汁濃縮等の食品・飲料工業用膜、炭酸ガス等を分離するガス分離膜等、幅広い分野で使用されている。   The separation membrane removes suspended solids and ions from rivers, sea water, and lower wastewater, and produces membranes for water treatment to produce industrial water and drinking water, medical membranes such as artificial kidneys and plasma separation, foods, such as fruit juice concentrates, etc. It is used in a wide range of fields such as membranes for the beverage industry, gas separation membranes for separating carbon dioxide and the like.

大部分の分離膜はポリマーを素材としている。例えば特許文献1では、セルローストリアセテートと溶媒、非溶媒からなる製膜溶液(紡糸原液)を、溶媒、非溶媒及び水からなる凝固液中に吐出して相分離させることで、中空糸膜を得る技術が開示されている。   Most separation membranes are made of polymer. For example, in Patent Document 1, a hollow fiber membrane is obtained by discharging a membrane-forming solution (spinning stock solution) composed of cellulose triacetate, a solvent, and a nonsolvent into a coagulating solution composed of a solvent, a nonsolvent, and water to cause phase separation. Technology is disclosed.

特許文献2では、ポリメチルメタクリレートとポリ乳酸の溶融製膜シートを、水酸化カリウム水溶液に浸漬させ、ポリ乳酸を加水分解除去することで多孔膜を得る技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for obtaining a porous film by immersing a melt film-forming sheet of polymethyl methacrylate and polylactic acid in an aqueous solution of potassium hydroxide and hydrolyzing and removing polylactic acid.

特許文献3では、セルロースエステルと可塑剤からなる樹脂組成物を、溶融混練したのち、口金より空中に吐出して巻き取った中空糸から、可塑剤を溶出することで、中空糸膜を得る技術が開示されている。   In patent document 3, after melt-kneading the resin composition which consists of a cellulose ester and a plasticizer, the technique which obtains a hollow fiber membrane by eluting a plasticizer from the hollow fiber which was discharged and taken up from the spinneret into air. Is disclosed.

日本国特開2011−235204号公報Japan JP 2011-235204 日本国特開2012−092318号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-092318 国際公開第2016/52675号International Publication No. 2016/52675

特許文献1に記載の技術では、膜厚方向で孔径が大きく異なる、いわゆる非対称膜が得られる。非対称膜は、膜の表層付近に分離性能を発現する孔径の小さい緻密層が存在する。高い透過性能を発現するには、緻密層の厚みを十分に薄くする必要があり、かつ、緻密層以外は孔径を十分に大きくする必要がある。前者が原因で、製造中や使用中において、膜に欠陥が発生しやすいという問題点があり、後者が原因で、膜強度が低いという問題点があった。つまり、透過性と、膜性能の安定性、膜強度の全てを同時に満足する分離膜を得ることができなかった。   According to the technique described in Patent Document 1, a so-called asymmetric film in which the hole diameter is largely different in the film thickness direction can be obtained. In the asymmetric membrane, a compact layer with a small pore diameter that exhibits separation performance is present near the surface layer of the membrane. In order to express high permeation performance, it is necessary to make the thickness of the dense layer sufficiently thin, and it is necessary to make the pore diameter sufficiently large except for the dense layer. The former is a cause of defects in the film during production and use, and the latter is a problem of low film strength. That is, it was not possible to obtain a separation membrane which simultaneously satisfies all of permeability, stability of membrane performance, and membrane strength.

特許文献2に記載の技術では、膜厚方向に均一に制御された連続孔を有する分離膜が得られる。その均一な構造ゆえに、膜性能の安定性、膜強度に優れた分離膜となるが、分離性能を発現する均一構造部分の厚みが厚いことが原因で、透過性が低い分離膜となっていた。   According to the technique described in Patent Document 2, a separation membrane having continuous holes uniformly controlled in the film thickness direction can be obtained. Due to its uniform structure, it becomes a separation membrane excellent in stability of membrane performance and membrane strength, but it has become a separation membrane with low permeability due to the large thickness of the uniform structure part that expresses separation performance .

特許文献3に記載の技術では、膜厚方向に均一な構造を有する、高い膜強度の分離膜が得られるが、いわゆる逆浸透膜であるため、透過性能を発現するためには非常に高い圧力をかけることが必要であり、なおかつ得られる透過性能も低いものであった。   According to the technology described in Patent Document 3, a separation membrane with high membrane strength having a uniform structure in the film thickness direction can be obtained, but since it is a so-called reverse osmosis membrane, a very high pressure is required to express permeation performance. It is necessary to apply the same, and the transmission performance obtained is also low.

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、透過性と、膜性能の安定性に優れ、高い膜強度を有する、主に親水性ポリマーからなる分離膜およびその製造方法を提供せんとするものである。   In view of the background of the prior art, the present invention is intended to provide a separation membrane mainly composed of a hydrophilic polymer, which is excellent in permeability and stability of membrane performance and has high membrane strength, and a method for producing the same. is there.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、親水性ポリマーを主成分として、その親水性ポリマーを有する相と細孔が一定の大きさの構造周期の共連続構造をとり、かつ、厚み方向の断面において、表層部と内層部の空隙率の比をある一定範囲内とすることで、課題解決を可能とする分離膜を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have a hydrophilic polymer as a main component, and the phase having the hydrophilic polymer and the pore have a co-continuous structure with a structural period of a certain size. And, by setting the ratio of the porosity of the surface layer portion to the inner layer portion in a certain range in the cross section in the thickness direction, it has been found that a separation membrane capable of solving the problem can be provided, and the present invention has been completed. .

すなわち、本発明の分離膜は、親水性ポリマーを主成分とする分離膜であって、
前記親水性ポリマーを有する相と細孔の構造周期が0.001μm以上10μm以下の共連続構造を有し、
前記分離膜の厚みが10μm以上500μm以下であり、
厚み方向の断面において、いずれか一方の表面(A面)から深さ1〜4μmの領域aの空隙率をHa、もう一方の表面(B面)から深さ1〜4μmの領域bの空隙率をHb、両表面からの深さが同じとなる厚み3μmの領域cの空隙率をHcとしたときに、以下の式(1)及び式(2)を満たす分離膜、である。
(1)1.00≦Ha/Hc≦1.50
(2)1.05≦Hb/Hc≦1.50
That is, the separation membrane of the present invention is a separation membrane containing a hydrophilic polymer as a main component, and
The structure cycle of the phase having the hydrophilic polymer and the pores has a co-continuous structure of 0.001 μm to 10 μm,
The thickness of the separation membrane is 10 μm or more and 500 μm or less,
In the cross section in the thickness direction, the porosity of the region a at a depth of 1 to 4 μm from any one surface (A surface) is Ha, and the porosity of the region b at a depth of 1 to 4 μm from the other surface (B surface) Hb, a separation membrane satisfying the following Formula (1) and Formula (2), where Hc is the porosity of a region c with a thickness of 3 μm where the depth from both surfaces is the same is Hc.
(1) 1.00 ≦ Ha / Hc ≦ 1.50
(2) 1.05 ≦ Hb / Hc ≦ 1.50

本発明の好ましい形態によれば、前記空隙率Ha、前記空隙率Hb及び前記空隙率Hcの単純平均により算出した平均空隙率が20%以上80%以下である。
また、本発明のさらに好ましい形態によれば、前記親水性ポリマーが、ポリエステル、ポリアミド及びセルロースエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
また、本発明のさらに好ましい形態によれば、前記分離膜が中空糸形状である。
また、本発明のさらに好ましい形態によれば、前記中空糸の外径が50μm以上2500μm以下である。
According to a preferred embodiment of the present invention, an average porosity calculated by a simple average of the porosity Ha, the porosity Hb and the porosity Hc is 20% or more and 80% or less.
Further, according to a further preferable aspect of the present invention, the hydrophilic polymer is at least one selected from the group consisting of polyester, polyamide and cellulose ester.
Further, according to a further preferred aspect of the present invention, the separation membrane is in the form of a hollow fiber.
Moreover, according to the further preferable form of this invention, the outer diameter of the said hollow fiber is 50 micrometers or more and 2500 micrometers or less.

また、本発明によれば、親水性ポリマーを主成分とする分離膜の製造方法であって、次の1〜5の工程を少なくとも実施する分離膜の製造方法が提供される。
1.20重量%以上80重量%以下の親水性ポリマーと、20重量%以上80重量%以下の構造形成剤を溶融混練することで樹脂組成物を得る溶融混練工程
2.前記樹脂組成物を口金から吐出、冷却することで膜を形成する製膜工程
3.前記膜を延伸倍率1.1倍以上5.0倍以下で延伸する延伸工程
4.前記延伸工程で得られた延伸膜を50℃以上300℃以下で加熱する熱処理工程
5.前記熱処理工程で得られた膜から前記構造形成剤を溶出させる溶出工程
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a separation membrane comprising a hydrophilic polymer as a main component, the method comprising at least the following steps 1 to 5 being carried out.
1. Melt-kneading step of obtaining a resin composition by melt-kneading a hydrophilic polymer of 20% to 80% by weight and a structure forming agent of 20% to 80% by weight. Film forming step of forming a film by discharging and cooling the resin composition from a die. Stretching step of stretching the film at a stretch ratio of 1.1 times to 5.0 times. A heat treatment step of heating the stretched film obtained in the stretching step at 50 ° C. or more and 300 ° C. or less; Elution process for eluting the structure forming agent from the film obtained in the heat treatment process

本発明によれば、透過性と、膜性能の安定性に優れ、高い膜強度を有する分離膜が提供される。本発明の分離膜は、透過性能と、高い膜強度を必要とする用途に好ましく用いることができる。
具体的には河川水、海水、かん水、下水、排水などから濁質を除去するための水処理用膜、人工腎臓や血漿分離などの医療用膜、果汁濃縮などの食品・飲料工業用膜、排気ガス、炭酸ガスなどを分離するガス分離膜、燃料電池セパレータなどの電子工業用膜などに用いることができる。前記水処理用膜の種類としては、精密濾過、限外濾過などに好ましく用いることができる。
According to the present invention, a separation membrane having excellent permeability and stability of membrane performance and high membrane strength is provided. The separation membrane of the present invention can be preferably used in applications that require permeation performance and high membrane strength.
Specifically, membranes for water treatment to remove suspended solids from river water, seawater, brackish water, sewage, drainage, etc., medical membranes such as artificial kidneys and plasma separation, membranes for food and beverage industry such as juice concentration, It can be used as a gas separation membrane for separating exhaust gas, carbon dioxide gas, etc., a membrane for the electronic industry such as a fuel cell separator, etc. The type of the water treatment membrane can be preferably used for microfiltration, ultrafiltration and the like.

図1は、分離膜の断面図とその拡大図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the separation membrane and its enlarged view.

本実施形態の分離膜は、親水性ポリマーを主成分とする分離膜であって、
前記親水性ポリマーを有する相と細孔の構造周期が0.001μm以上10μm以下の共連続構造を有し、
前記分離膜の厚みが10μm以上500μm以下であり、
厚み方向の断面において、いずれか一方の表面(A面)から深さ1〜4μmの領域aの空隙率をHa、もう一方の表面(B面)から深さ1〜4μmの領域bの空隙率をHb、両表面からの深さが同じとなる厚み3μmの領域cの空隙率をHcとしたときに、以下の式(1)及び式(2)を満たすことを特徴とする。
(1)1.00≦Ha/Hc≦1.50
(2)1.05≦Hb/Hc≦1.50
本発明の分離膜は、形状を保持するために水等の液体をその中に含んでいてもよい。ただし、以下の説明では、形状を保持するためのこれらの液体は分離膜の構成要素として考慮しない。
The separation membrane of the present embodiment is a separation membrane containing a hydrophilic polymer as a main component, and
The structure cycle of the phase having the hydrophilic polymer and the pores has a co-continuous structure of 0.001 μm to 10 μm,
The thickness of the separation membrane is 10 μm or more and 500 μm or less,
In the cross section in the thickness direction, the porosity of the region a at a depth of 1 to 4 μm from any one surface (A surface) is Ha, and the porosity of the region b at a depth of 1 to 4 μm from the other surface (B surface) And Hc, the following formula (1) and formula (2) are satisfied, where Hc is the porosity of the region c having a thickness of 3 μm where the depth from both surfaces is the same.
(1) 1.00 ≦ Ha / Hc ≦ 1.50
(2) 1.05 ≦ Hb / Hc ≦ 1.50
The separation membrane of the present invention may contain a liquid such as water therein to maintain its shape. However, in the following description, these liquids for retaining the shape are not considered as components of the separation membrane.

(分離膜を構成する樹脂組成物)
本発明の分離膜は、以下の(1)〜(5)に示した成分を含むことができる。
(Resin composition that constitutes separation membrane)
The separation membrane of the present invention can contain the components shown in the following (1) to (5).

(1)親水性ポリマー
本発明の分離膜は、親水性ポリマーを主成分として含有することが重要である。ここでいう主成分とは、分離膜を構成する樹脂組成物の全成分のなかで、重量的に最も多く含まれる成分を指すものとする。
(1) Hydrophilic Polymer It is important that the separation membrane of the present invention contains a hydrophilic polymer as a main component. The term "main component" as used herein refers to the component that is contained in the largest amount by weight among all the components of the resin composition that constitutes the separation membrane.

本発明において、親水性ポリマーとは、ポリマーの構成成分に親水基を含み、かつ、そのポリマーの皮膜に対して水との接触角が60°以下となるものをいう。ここで親水基とは、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基である。   In the present invention, the hydrophilic polymer refers to a polymer having a hydrophilic group as a constituent component of the polymer and having a contact angle with water of 60 ° or less with respect to the film of the polymer. Here, the hydrophilic group is a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group or an amide group.

親水性ポリマーの具体例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、セルロースエステル、ポリエステルなどが使用できる。これらの中でも、ポリエステル、ポリアミド及びセルロースエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   As specific examples of the hydrophilic polymer, polyester, polyamide, methyl polyacrylate, polyvinyl acetate, cellulose ester, polyester and the like can be used. Among these, at least one selected from the group consisting of polyester, polyamide and cellulose ester is preferable.

ポリアミドの具体例としては、ナイロン6、ナイロン11などが挙げられる。   Specific examples of polyamide include nylon 6, nylon 11 and the like.

セルロースエステルの具体例としては、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレートなどのセルロースエステルや、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロース混合エステルが挙げられる。   Specific examples of the cellulose ester include cellulose esters such as cellulose acetate, cellulose propionate and cellulose butyrate, and cellulose mixed esters such as cellulose acetate propionate and cellulose acetate butyrate.

セルロースエステルの重量平均分子量(Mw)は5万〜25万であることが好ましい。Mwが5万以上であることで、分離膜製造時に溶融する際のセルロースエステルの熱分解が抑制され、かつ、分離膜の膜強度が実用レベルに到達できる。Mwが25万以下であることで、溶融粘度が高くなりすぎないので、安定した溶融製膜が可能となる。   The weight average molecular weight (Mw) of the cellulose ester is preferably 50,000 to 250,000. When the Mw is 50,000 or more, the thermal decomposition of the cellulose ester at the time of melting at the time of manufacturing the separation membrane is suppressed, and the membrane strength of the separation membrane can reach a practical level. Since melt viscosity does not become high too much because Mw is 250,000 or less, stable melt film forming becomes possible.

Mwは6万〜22万であることがより好ましく、8万〜20万であることがさらに好ましい。なお、重量平均分子量(Mw)とは、GPC測定により算出される値である。その算出方法については、実施例にて詳細に説明する。   The Mw is more preferably 60,000 to 220,000, and still more preferably 80,000 to 200,000. The weight average molecular weight (Mw) is a value calculated by GPC measurement. The calculation method will be described in detail in an embodiment.

例示した各セルロース混合エステルは、アセチル基と他のアシル基(プロピオニル基、ブチリル基、など)とを有する。分離膜に含有されるセルロース混合エステルにおいて、アセチル基と他のアシル基との平均置換度は、下記式を満たすことが好ましい。
1.0≦(アセチル基の平均置換度+他のアシル基の平均置換度)≦3.0
0.1≦(アセチル基の平均置換度)≦2.6
0.1≦(他のアシル基の平均置換度)≦2.6
Each illustrated cellulose mixed ester has an acetyl group and other acyl groups (propionyl group, butyryl group, etc.). In the cellulose mixed ester contained in the separation membrane, the average degree of substitution of an acetyl group with another acyl group preferably satisfies the following formula.
1.0 ≦ (average degree of substitution of acetyl group + average degree of substitution of other acyl groups) ≦ 3.0
0.1 ≦ (average degree of substitution of acetyl group) ≦ 2.6
0.1 ≦ (average degree of substitution of other acyl groups) ≦ 2.6

上記式が満たされることで、分離膜の透過性能と、分離膜を構成する樹脂組成物を溶融する際の良好な熱流動性が実現される。なお、平均置換度とは、セルロースのグルコース単位あたりに存在する3つの水酸基のうちアシル基(アセチル基+他のアシル基)が化学的に結合した数を指す。   By satisfying the above equation, the permeation performance of the separation membrane and the good thermal fluidity when melting the resin composition constituting the separation membrane are realized. The average degree of substitution refers to the number of chemically bonded acyl groups (acetyl group + other acyl groups) among the three hydroxyl groups present per glucose unit of cellulose.

親水性ポリマーは1種類のみ含有してもよいし、2種類以上を含有してもよい。   Only one hydrophilic polymer may be contained, or two or more hydrophilic polymers may be contained.

分離膜を構成する樹脂組成物中における親水性ポリマーの含有量は、分離膜を構成する樹脂組成物の全成分を100重量%としたときに、70〜100重量%が好ましく、80〜100重量%がより好ましく、90〜100重量%が特に好ましい。   The content of the hydrophilic polymer in the resin composition constituting the separation membrane is preferably 70 to 100% by weight, and 80 to 100% by weight, based on 100% by weight of all the components of the resin composition constituting the separation membrane. % Is more preferable, and 90 to 100% by weight is particularly preferable.

また、親水性ポリマーは、製膜用の原料を構成する成分の全体を100重量%としたときに、20重量%以上80重量%以下含有することが好ましい。   The hydrophilic polymer is preferably contained in an amount of 20% by weight or more and 80% by weight or less, based on 100% by weight of the components constituting the raw material for film formation.

含有量が20重量%以上であることで、分離膜の膜強度が良好なものとなる。含有量が80重量%以下であることで、分離膜の熱可塑性および透過性能が良好なものとなる。含有量は25重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましい。また、含有量は70重量%以下であることがより好ましく、60重量%以下であることがさらに好ましい。   When the content is 20% by weight or more, the membrane strength of the separation membrane is good. When the content is 80% by weight or less, the thermoplasticity and permeability of the separation membrane become good. The content is more preferably 25% by weight or more, further preferably 30% by weight or more. The content is more preferably 70% by weight or less, still more preferably 60% by weight or less.

(2)親水性ポリマーの可塑剤
本発明の分離膜を構成する樹脂組成物は、親水性ポリマーの可塑剤を含有していてもよい。
(2) Plasticizer of Hydrophilic Polymer The resin composition constituting the separation membrane of the present invention may contain a plasticizer of hydrophilic polymer.

親水性ポリマーの可塑剤は、親水性ポリマーを熱可塑化する化合物であれば特に限定されない。また、1種類の可塑剤だけでなく、2種類以上の可塑剤が併用されてもよい。   The plasticizer of the hydrophilic polymer is not particularly limited as long as it is a compound that thermoplasticizes the hydrophilic polymer. In addition to one type of plasticizer, two or more types of plasticizers may be used in combination.

親水性ポリマーの可塑剤の具体例としては、ポリエチレングリコール及びポリエチレングリコール脂肪酸エステルなどのポリアルキレングリコール系化合物、グリセリン脂肪酸エステル及びジグリセリン脂肪酸エステルなどのグリセリン系化合物、クエン酸エステル系化合物、リン酸エステル系化合物及びアジピン酸エステルなどの脂肪酸エステル系化合物、カプロラクトン系化合物、ないし、それらの誘導体などが挙げられる。   Specific examples of the plasticizer of the hydrophilic polymer include polyalkylene glycol compounds such as polyethylene glycol and polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin compounds such as glycerin fatty acid ester and diglycerin fatty acid ester, citric acid ester compound, phosphoric acid ester Examples thereof include fatty acid ester-based compounds such as based compounds and adipates, caprolactone-based compounds, and derivatives thereof.

ポリアルキレングリコール系化合物の具体的な好ましい例としては、重量平均分子量が400〜4,000である、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリブチレングリコールなどが挙げられる。   Specific preferred examples of the polyalkylene glycol compound include polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polybutylene glycol having a weight average molecular weight of 400 to 4,000.

親水性ポリマーの可塑剤は、分離膜を形成した後は、分離膜中に残存してもよいし、分離膜から溶出させてもよい。溶出させた場合、可塑剤が抜けた跡が膜中における細孔となることがあり、その結果、透過性能が良好となる。   After forming the separation membrane, the plasticizer of the hydrophilic polymer may remain in the separation membrane or may be eluted from the separation membrane. In the case of elution, traces of plasticizer loss may sometimes become pores in the membrane, resulting in good permeation performance.

また、親水性ポリマーの可塑剤は、製膜用の原料を構成する成分の全体を100重量%としたときに、5重量%以上40重量%以下含有することが好ましい。   The plasticizer of the hydrophilic polymer is preferably contained in an amount of 5% by weight or more and 40% by weight or less, based on 100% by weight of the components constituting the raw material for film formation.

含有量が5重量%以上であることで、親水性ポリマーの熱可塑性および分離膜の透過性能が良好なものとなる。含有量を40重量%以下とすることで、分離膜の膜強度が良好なものとなる。親水性ポリマーの可塑剤の含有量は、より好ましくは10〜35重量%、さらに好ましくは15〜30重量%である。   When the content is 5% by weight or more, the thermoplasticity of the hydrophilic polymer and the permeation performance of the separation membrane become good. By setting the content to 40% by weight or less, the membrane strength of the separation membrane becomes good. The content of the plasticizer of the hydrophilic polymer is more preferably 10 to 35% by weight, still more preferably 15 to 30% by weight.

(3)酸化防止剤
本発明の分離膜を構成する樹脂組成物には、酸化防止剤が含有されていることが好ましい。
(3) Antioxidant It is preferable that the resin composition which comprises the separation membrane of this invention contains antioxidant.

酸化防止剤の具体例としては、リン系の酸化防止剤を含有することが好ましく、ペンタエリスリトール系化合物がより好ましい。ペンタエリスリトール系化合物として具体的には、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト等が挙げられる。酸化防止剤を含有している場合、溶融製膜する際の熱分解が抑制され、その結果、膜強度の向上、膜への着色防止が可能となる。   As a specific example of an antioxidant, it is preferable to contain phosphorus antioxidant, and a pentaerythritol compound is more preferable. Specific examples of pentaerythritol compounds include bis (2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite and the like. When the antioxidant is contained, the thermal decomposition at the time of melt film formation is suppressed, and as a result, the film strength can be improved and the coloring of the film can be prevented.

酸化防止剤の含有量は、製膜用の原料を構成する成分の全体を100重量%としたときに、0.005〜0.500重量%であることが好ましい。   The content of the antioxidant is preferably 0.005 to 0.500% by weight, based on 100% by weight of the components constituting the raw material for film formation.

(4)構造形成剤
本発明の分離膜を構成する樹脂組成物には、構造形成剤を含有していてもよい。本発明において、構造形成剤とは、親水性ポリマーと可塑剤との混合物と部分相溶する化合物をいう。部分相溶とは、2種類以上の物質が、ある条件下では完全相溶するが、別の条件下では相分離することである。構造形成剤は、後述の共連続構造形成工程において、特定の条件下に置かれることで、親水性ポリマーと相分離する物質である。
(4) Structure Forming Agent The resin composition constituting the separation membrane of the present invention may contain a structure forming agent. In the present invention, the structure forming agent refers to a compound which is partially compatible with the mixture of the hydrophilic polymer and the plasticizer. Partial compatibility means that two or more substances are completely compatible under one condition but phase separate under another condition. The structure forming agent is a substance which is phase separated from the hydrophilic polymer when placed under specific conditions in the co-continuous structure forming process described later.

本発明における構造形成剤は、親水性であることが好ましく、水に溶解するか、または、水に対する接触角が、主成分の親水性ポリマーよりも小さい樹脂を指す。   The structure-forming agent in the present invention is preferably hydrophilic, and indicates a resin which is soluble in water or whose contact angle to water is smaller than that of the main component hydrophilic polymer.

構造形成剤の具体例としては、ポリビニルピロリドン(PVP)、PVP/酢酸ビニル共重合体、PVP/メタクリル酸メチル共重合体等のPVPをベースとする共重合体、ポリビニルアルコール、ポリエステル系化合物等があげられる。これらは、単独もしくは併用して使用することができる。   Specific examples of the structure forming agent include polyvinyl pyrrolidone (PVP), PVP / vinyl acetate copolymer, PVP-based copolymer such as PVP / methyl methacrylate copolymer, polyvinyl alcohol, polyester-based compound, etc. can give. These can be used alone or in combination.

PVPは熱架橋が生じると分離膜から溶出させることが困難になるため、分子間架橋が比較的進行しにくく、かつ架橋しても溶出することが可能である観点から、重量平均分子量は2万以下であることが好ましい。また、前段落に記載したPVPをベースとする共重合体を用いることも熱架橋が抑制される点で好ましい。   Since PVP becomes difficult to elute from the separation membrane when thermal crosslinking occurs, the weight average molecular weight is 20,000 from the viewpoint that intermolecular crosslinking is relatively difficult to progress and it is possible to elute even after crosslinking. It is preferable that it is the following. Moreover, it is also preferable to use the copolymer based on PVP described in the preceding paragraph in that thermal crosslinking is suppressed.

構造形成剤は、分離膜を形成した後は、分離膜中から溶出させる。構造形成剤を溶出により除去することにより、構造形成剤が抜けた跡が膜中における細孔となることがあり、その結果、透過性能が良好となる。なお、構造形成剤の除去により前記効果が得られるが、構造形成剤は完全に除去されずに分離膜中に残存していてもよい。   The structure forming agent is eluted from the inside of the separation membrane after forming the separation membrane. By removing the structure-forming agent by elution, the trace of the structure-forming agent may sometimes become pores in the membrane, resulting in good permeability. In addition, although the said effect is acquired by removal of a structure formation agent, a structure formation agent may not be completely removed but may remain in a separation membrane.

構造形成剤の含有量は、製膜用の原料を構成する成分の全体を100重量%とした際に、20重量%以上80重量%以下であることが好ましい。   The content of the structure forming agent is preferably 20% by weight or more and 80% by weight or less, based on 100% by weight of the components constituting the raw material for film formation.

含有量が20重量%以上であることで、分離膜の透過性能が良好なものとなる。含有量を80重量%以下とすることで、膜強度が良好なものとなる。構造形成剤の含有量は、より好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%である。また、構造形成剤の含有量は、より好ましくは75重量%以下、さらに好ましくは70重量%以下である。   When the content is 20% by weight or more, the permeation performance of the separation membrane becomes good. By setting the content to 80% by weight or less, the film strength becomes good. The content of the structure forming agent is more preferably 30% by weight or more, still more preferably 40% by weight. Further, the content of the structure forming agent is more preferably 75% by weight or less, still more preferably 70% by weight or less.

(5)添加剤
本発明の分離膜を構成する樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で(1)〜(4)に記載した以外の添加剤を含有してもよい。
(5) Additive agent The resin composition which comprises the separation membrane of this invention may contain the additive except having described in (1)-(4) in the range which does not impair the effect of this invention.

添加剤の具体例としては、セルロースエーテル、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィン、ポリビニル化合物、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどの樹脂、有機滑剤、結晶核剤、有機粒子、無機粒子、末端封鎖剤、鎖延長剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、着色防止剤、艶消し剤、抗菌剤、制電剤、消臭剤、難燃剤、耐候剤、帯電防止剤、抗酸化剤、イオン交換剤、消泡剤、着色顔料、蛍光増白剤、染料などが挙げられる。   Specific examples of the additive include cellulose ether, polyacrylonitrile, polyolefin, polyvinyl compound, polycarbonate, poly (meth) acrylate, polysulfone, resin such as polyether sulfone, organic lubricant, crystal nucleating agent, organic particles, inorganic particles, terminal Blocking agents, chain extenders, UV absorbers, infrared absorbers, coloring inhibitors, matting agents, antibacterial agents, antistatic agents, deodorants, flame retardants, weathering agents, antistatic agents, antioxidants, ion exchange Agents, antifoam agents, color pigments, optical brighteners, dyes and the like.

(膜形状)
本発明の分離膜の形状は特に限定されないが、中空糸形状の分離膜(以下、中空糸膜ともいう)又は、平面形状の膜(以下、平膜ともいう)が好ましく採用される。このなかでも、中空糸膜は効率良くモジュールに充填することが可能であり、モジュールの単位体積当たりの有効膜面積を大きくとることができるためより好ましい。中空糸膜とは中空を有する糸状の膜である。
(Film shape)
The shape of the separation membrane of the present invention is not particularly limited, but a hollow fiber-shaped separation membrane (hereinafter also referred to as a hollow fiber membrane) or a flat-shaped membrane (hereinafter also referred to as a flat membrane) is preferably employed. Among these, hollow fiber membranes are more preferable because they can be efficiently packed in a module and the effective membrane area per unit volume of the module can be increased. The hollow fiber membrane is a thread-like membrane having a hollow.

分離膜の厚みは、透過性能と膜強度を両立させる観点から、10μm以上500μm以下であることが好ましい。分離膜の厚みは、20μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることがさらに好ましく、40μm以上であることが特に好ましい。分離膜の厚みは、400μm以下であることがより好ましく、300μm以下であることがさらに好ましく、200μm以下であることが特に好ましい。   The thickness of the separation membrane is preferably 10 μm or more and 500 μm or less from the viewpoint of achieving both permeability and membrane strength. The thickness of the separation membrane is more preferably 20 μm or more, still more preferably 30 μm or more, and particularly preferably 40 μm or more. The thickness of the separation membrane is more preferably 400 μm or less, still more preferably 300 μm or less, and particularly preferably 200 μm or less.

中空糸膜の場合、モジュールに充填した際の有効膜面積と、膜強度を両立させる観点から、中空糸膜の外径が50μm以上2500μm以下であることが好ましい。中空糸膜の外径は、100μm以上であることがより好ましく、200μm以上であることがさらに好ましく、300μm以上であることが特に好ましい。また、中空糸膜の外径は、2000μm以下であることがより好ましく、1500μm以下であることがさらに好ましく、1000μm以下であることが特に好ましい。   In the case of the hollow fiber membrane, the outer diameter of the hollow fiber membrane is preferably 50 μm or more and 2500 μm or less from the viewpoint of achieving both the effective membrane area when filled in the module and the membrane strength. The outer diameter of the hollow fiber membrane is more preferably 100 μm or more, further preferably 200 μm or more, and particularly preferably 300 μm or more. The outer diameter of the hollow fiber membrane is more preferably 2000 μm or less, still more preferably 1500 μm or less, and particularly preferably 1000 μm or less.

また、中空糸膜の場合、中空部を流れる流体の圧損と、座屈圧との関係から、中空糸の中空率が15〜70%であることが好ましく、20〜65%であることがより好ましく、25〜60%であることがさらに好ましい。   In the case of a hollow fiber membrane, the hollow ratio of the hollow fiber is preferably 15 to 70%, more preferably 20 to 65%, from the relationship between the pressure loss of the fluid flowing through the hollow portion and the buckling pressure. Preferably, it is 25 to 60%.

中空糸膜における中空糸の外径や中空率を前記範囲とする方法は特に限定されないが、例えば中空糸を製造する紡糸口金の吐出孔の形状、または巻取速度/吐出速度で算出できるドラフト比、を適宜変更することで調整できる。   The method for setting the outer diameter and the hollow ratio of the hollow fiber in the hollow fiber membrane to the above range is not particularly limited, but, for example, the shape of the discharge hole of the spinneret producing the hollow fiber or the draft ratio calculated by the winding speed / discharge speed. , Can be adjusted by changing as appropriate.

(膜の内部構造)
本発明の分離膜においては、親水性ポリマーを有する相と細孔の構造周期が0.001μm以上10μm以下の共連続構造を有していることが重要である。ここで共連続構造とは、例えば液体窒素中で十分に冷却した分離膜に応力を加え割断した断面を走査型電子顕微鏡(SEM)などによって観察した際に、親水性ポリマーを有する相と細孔が、奥行方向にそれぞれ連続した構造が観察されることを言う。なお、構造周期の測定方法は実施例にて記載する。本発明では、構造周期の幅のことを単に孔径と呼ぶことがある。
(Internal structure of membrane)
In the separation membrane of the present invention, it is important that the structural period of the phase having the hydrophilic polymer and the pores has a co-continuous structure of 0.001 μm to 10 μm. Here, the co-continuous structure means, for example, a phase and a pore having a hydrophilic polymer when a cross section obtained by applying stress to a separation membrane sufficiently cooled in liquid nitrogen and cutting it is observed by a scanning electron microscope (SEM) or the like. However, it says that a continuous structure is observed in the depth direction. In addition, the measuring method of a structure period is described in an Example. In the present invention, the width of the structural period may be simply referred to as the pore size.

透過性と膜強度を両立させる観点から、構造周期は、0.005μm以上が好ましく、0.010μm以上がより好ましく、0.015μm以上がさらに好ましく、0.020μm以上が特に好ましい。同様に、構造周期は、5.0μm以下が好ましく、1.0μm以下がより好ましく、0.5μm以下がさらに好ましく、0.3μm以下または0.2μm以下が特に好ましく、0.1μm以下が最も好ましい。   From the viewpoint of achieving both permeability and membrane strength, the structural period is preferably 0.005 μm or more, more preferably 0.010 μm or more, still more preferably 0.015 μm or more, and particularly preferably 0.020 μm or more. Similarly, the structural period is preferably 5.0 μm or less, more preferably 1.0 μm or less, still more preferably 0.5 μm or less, particularly preferably 0.3 μm or less or 0.2 μm or less, most preferably 0.1 μm or less .

構造周期を前記範囲とする方法は特に限定されないが、分離膜製造時に、後述する条件で延伸を施し、その後、後述する条件で熱処理を施すことが採用できる。   The method for setting the structural period to the above range is not particularly limited, but stretching may be performed under the conditions to be described later when the separation membrane is manufactured, and then heat treatment may be performed under the conditions to be described later.

(空隙率)
本発明の分離膜においては、図1を参照すると、分離膜1の厚み方向の断面において、いずれか一方の表面(A面)(図1の符号2に相当)から深さ1〜4μmの領域a(図1の符号11に相当)の空隙率をHa、もう一方の表面(B面)(図1の符号3に相当)から深さ1〜4μmの領域b(図1の符号12に相当)の空隙率をHb、両表面からの深さが同じとなる(すなわち、図1においてA面2からの距離8とB面3からの距離9が等しい)厚み3μmの領域c(図1の符号13に相当)の空隙率をHcとしたときに、以下の式(1)及び式(2)を満たすことが重要である。
(1)1.00≦Ha/Hc≦1.50
(2)1.05≦Hb/Hc≦1.50
(Porosity)
In the separation membrane of the present invention, referring to FIG. 1, in the cross section in the thickness direction of separation membrane 1, a region 1 to 4 μm deep from any one surface (surface A) (corresponding to symbol 2 in FIG. 1). a (corresponding to symbol 11 in FIG. 1) is Ha, and the other region (surface B) (corresponding to symbol 3 in FIG. 1) corresponds to a region b in a depth of 1 to 4 μm (symbol 12 in FIG. 1) Of H) and the depth from both surfaces is the same (that is, the distance 8 from the A-plane 2 and the distance 9 from the B-plane 3 are equal in FIG. 1) It is important that the following formulas (1) and (2) be satisfied, where Hc is the porosity of (corresponding to 13).
(1) 1.00 ≦ Ha / Hc ≦ 1.50
(2) 1.05 ≦ Hb / Hc ≦ 1.50

透過性と膜強度を両立させる観点から、Ha/Hcは、1.05以上であることが好ましく、1.10以上であることがより好ましく、1.15以上であることがさらに好ましく、1.20以上であることが特に好ましい。また、Ha/Hcは、1.45以下であることが好ましく、1.40以下であることがより好ましく、1.35以下であることがさらに好ましく、1.30以下であることが特に好ましい。同様に、Hb/Hcは、1.10以上であることが好ましく、1.15以上であることがより好ましく、1.20以上であることがさらに好ましく、1.25以上であることが特に好ましい。また、Ha/Hcは、1.45以下であることが好ましく、1.40以下であることがより好ましく、1.35以下であることがさらに好ましく、1.30以下であることが特に好ましい。   From the viewpoint of achieving both permeability and membrane strength, Ha / Hc is preferably 1.05 or more, more preferably 1.10 or more, and still more preferably 1.15 or more. It is particularly preferable that it is 20 or more. Further, Ha / Hc is preferably 1.45 or less, more preferably 1.40 or less, still more preferably 1.35 or less, and particularly preferably 1.30 or less. Similarly, Hb / Hc is preferably 1.10 or more, more preferably 1.15 or more, still more preferably 1.20 or more, and particularly preferably 1.25 or more. . Further, Ha / Hc is preferably 1.45 or less, more preferably 1.40 or less, still more preferably 1.35 or less, and particularly preferably 1.30 or less.

Ha/Hc、Hb/Hcを前記範囲とする方法は特に限定されないが、分離膜製造時に、後述する条件で延伸を施し、その後、後述する条件で熱処理を施すことが使用できる。   The method of setting Ha / Hc and Hb / Hc in the above range is not particularly limited, but stretching can be performed under the conditions described later during separation membrane production, and then heat treatment can be used under the conditions described later.

本発明の分離膜においては、前記空隙率Ha、Hb、Hcの単純平均により算出した平均空隙率が20%以上80%以下であることが好ましい。平均空隙率は、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましく、35%以上であることが特に好ましい。同様に、平均空隙率は、75%以下であることがより好ましく、70%以下であることがさらに好ましく、65%以下であることが特に好ましい。   In the separation membrane of the present invention, the average porosity calculated by the simple average of the porosity Ha, Hb, and Hc is preferably 20% or more and 80% or less. The average porosity is more preferably 25% or more, further preferably 30% or more, and particularly preferably 35% or more. Similarly, the average porosity is more preferably 75% or less, still more preferably 70% or less, and particularly preferably 65% or less.

平均空隙率を20%以上とすることで、透過性が良好となり、平均空隙率を80%以下とすることで、膜強度が良好となる。平均空隙率を前記範囲とする方法は特に限定されないが、製膜用の原料を構成する成分全体中の構造形成剤の含有量を、前記した好ましい範囲とする方法が使用できる。   By setting the average porosity to 20% or more, the permeability becomes good, and by setting the average porosity to 80% or less, the film strength becomes good. Although the method to make an average porosity into the said range is not specifically limited, The method of making content of the structure formation agent in the whole component which comprises the raw material for film forming into the above-mentioned preferable range can be used.

なお、空隙率の測定方法は実施例にて記載する。   In addition, the measuring method of the porosity is described in an Example.

前記した構造周期と、式(1)及び式(2)を満たすことで、厚み方向の断面において、ポリマー相と細孔が一定の大きさの構造周期を有する共連続構造を有し、かつ、膜厚み方向の断面において、少なくとも一方の表層付近の空隙率が、厚み方向の中央部分の空隙率よりも大きくなるような関係性を有することになる。   By satisfying the structural period described above and the equations (1) and (2), the polymer phase and the pores have a bicontinuous structure having a structural period of a fixed size in the cross section in the thickness direction, and In the cross section in the film thickness direction, the porosity in the vicinity of at least one surface layer has a relationship such that the porosity in the central portion in the thickness direction is larger.

特に前者の共連続構造により、高い膜強度を発現することが可能となる。また、後者の膜厚み方向の空隙率の関係性によって、高い透過性と、膜性能の安定性を発現することが可能となる。   In particular, the former co-continuous structure makes it possible to express high membrane strength. Moreover, it becomes possible to express high permeability and stability of membrane performance by the relationship of the porosity of the latter film thickness direction.

(膜透過流束)
本発明の分離膜は、50kPa、25℃における膜透過流束が0.1m/m/h以上10m/m/h以下であることが好ましい。膜透過流束は0.3m/m/h以上であることがより好ましく、0.5m/m/h以上であることがさらに好ましい。膜透過流束の測定条件は実施例にて詳細に説明する。
(Membrane permeation flux)
The separation membrane of the present invention preferably has a membrane permeation flux at 50 kPa and 25 ° C. of 0.1 m 3 / m 2 / h or more and 10 m 3 / m 2 / h or less. The membrane permeation flux is more preferably 0.3 m 3 / m 2 / h or more, further preferably 0.5 m 3 / m 2 / h or more. The measurement conditions of membrane permeation flux will be described in detail in Examples.

(膜強度)
本発明の分離膜は、長手方向の引張に対する膜強度を発現するために、長手方向の引張強度は30MPa以上であることが好ましい。引張強度の測定条件は実施例にて詳細に説明する。引張強度は50MPa以上であることがより好ましく、70MPa以上であることがさらに好ましく、90MPa以上が特に好ましい。引張強度は高い方が好ましいが、伸度とのバランスの点から300MPa以下であることが好ましい。
(Membrane strength)
The separation membrane of the present invention preferably has a tensile strength in the longitudinal direction of 30 MPa or more in order to develop the membrane strength against tensile in the longitudinal direction. The measurement conditions of tensile strength will be described in detail in Examples. The tensile strength is more preferably 50 MPa or more, still more preferably 70 MPa or more, and particularly preferably 90 MPa or more. The tensile strength is preferably high, but is preferably 300 MPa or less from the viewpoint of balance of elongation.

(製造方法)
本発明の分離膜を製造する方法は、
1.20重量%以上80重量%以下の親水性ポリマーと、20重量%以上80重量%以下の構造形成剤を溶融混練することで樹脂組成物を得る溶融混練工程
2.前記樹脂組成物を口金から吐出、冷却することで膜を形成する製膜工程
3.前記膜を延伸倍率1.1倍以上5.0倍以下で延伸する延伸工程
4.前記延伸工程で得られた延伸膜を50℃以上300℃以下で加熱する熱処理工程
5.前記熱処理工程で得られた膜から前記構造形成剤を溶出させる溶出工程
を有する。
(Production method)
The method for producing the separation membrane of the present invention is
1. Melt-kneading step of obtaining a resin composition by melt-kneading a hydrophilic polymer of 20% to 80% by weight and a structure forming agent of 20% to 80% by weight. Film forming step of forming a film by discharging and cooling the resin composition from a die. Stretching step of stretching the film at a stretch ratio of 1.1 times to 5.0 times. A heat treatment step of heating the stretched film obtained in the stretching step at 50 ° C. or more and 300 ° C. or less; It has the elution process of eluting the said structure formation agent from the film | membrane obtained by the said heat processing process.

次に、本発明の分離膜を製造する方法を、分離膜が中空糸膜の場合を例に具体的に説明するがこれに限定されるものではない。   Next, the method for producing the separation membrane of the present invention will be specifically described by way of example in which the separation membrane is a hollow fiber membrane, but the method is not limited thereto.

本発明の分離膜製膜用の樹脂組成物を得るにあたっては、20重量%以上80重量%以下の親水性ポリマーと、20重量%以上80重量%以下の構造形成剤を溶融混練する方法が用いられる。ここに必要に応じ、前記した種類、含有量の、親水性ポリマーの可塑剤、酸化防止剤、添加剤を含有することができる。   In order to obtain the resin composition for forming a separation membrane of the present invention, a method of melt-kneading 20 wt% to 80 wt% of a hydrophilic polymer and 20 wt% to 80 wt% of a structure forming agent is used. Be If necessary, plasticizers, antioxidants and additives of the type and content described above can be contained in the hydrophilic polymer.

使用する装置については特に制限はなく、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、単軸または二軸押出機等の公知の混合機を用いることができる。中でも構造形成剤や可塑剤の分散性を良好とする観点から、二軸押出機の使用が好ましい。水分や低分子量物などの揮発物を除去できる観点から、ベント孔付きの二軸押出機の使用がより好ましい。   The apparatus to be used is not particularly limited, and known mixers such as a kneader, roll mill, Banbury mixer, single screw or twin screw extruder can be used. Above all, the use of a twin-screw extruder is preferred from the viewpoint of improving the dispersibility of the structure forming agent and the plasticizer. From the viewpoint of being able to remove water and volatiles such as low molecular weight substances, use of a vented twin-screw extruder is more preferable.

得られた樹脂組成物は、一旦ペレット化し、再度溶融させて溶融製膜に用いてもよいし、直接口金に導いて溶融製膜に用いてもよい。一旦ペレット化する際には、ペレットを乾燥して、水分量を200ppm(重量基準)以下とした樹脂組成物を用いることが好ましい。   The obtained resin composition may be once pelletized and melted again to be used for melt film formation, or may be directly led to a die and used for melt film formation. When pelletizing once, it is preferable to dry the pellet and to use a resin composition having a water content of 200 ppm (by weight) or less.

上記の方法で溶融した樹脂組成物を、中央部に気体の流路を配した二重環状ノズルを有する紡糸口金から空気中に吐出、冷却装置により冷却することで中空糸膜を形成する。巻取速度/吐出速度で算出できるドラフト比は50以上500以下であることが好ましい。ドラフト比は400以下であることがより好ましく、300以下であることがさらに好ましい。   A hollow fiber membrane is formed by discharging the resin composition melted by the above method into air from a spinneret having a double annular nozzle in which a gas flow path is disposed at the center, and cooling by a cooling device. The draft ratio that can be calculated by the take-up speed / discharge speed is preferably 50 or more and 500 or less. The draft ratio is more preferably 400 or less, still more preferably 300 or less.

形成された中空糸膜は、一旦巻き取り、再度巻き出して延伸に用いてもよいし、直接延伸工程に導いて延伸してもよい。延伸工程を経ることは、親水性ポリマーの高配向化により膜強度を向上させる点で好ましいだけではなく、続く熱処理により形成する膜の内部構造、空隙率を前記した範囲に制御する点で重要である。延伸方法は特に限定されないが、例えば、延伸前の中空糸膜を加熱ロール上で搬送することによって延伸を行う温度まで昇温し、ロール間の周速差を用いて延伸する方法でもよいし、延伸前の中空糸膜を乾熱オーブン中を搬送することによって延伸を行う温度まで昇温し、ロール間の周速差を用いて延伸する方法でもよい。また、延伸は1段で行ってもよいし、2段以上の多段で行ってもよい。   The hollow fiber membrane thus formed may be taken up once and then taken out again to be used for drawing, or may be directly led to a drawing process for drawing. It is important to go through the stretching step not only in terms of improving the film strength by highly orientating the hydrophilic polymer, but also in terms of controlling the internal structure of the film formed by the subsequent heat treatment and the porosity within the above ranges. is there. Although the drawing method is not particularly limited, for example, the hollow fiber membrane before drawing may be heated to a temperature at which drawing is performed by being conveyed on a heating roll, and drawing may be performed using a circumferential speed difference between the rolls. The hollow fiber membrane before drawing may be conveyed in a dry heat oven to raise the temperature to the drawing temperature, and the drawing may be performed using the peripheral speed difference between the rolls. In addition, stretching may be performed in one stage, or may be performed in two or more stages.

延伸工程における中空糸膜の温度の好ましい範囲は40〜180℃であり、より好ましくは60〜160℃、さらに好ましくは80〜140℃である。合計の延伸倍率は1.2倍以上が好ましく、1.4倍以上がより好ましく、1.6倍以上がさらに好ましい。また、合計の延伸倍率は5.0倍以下が好ましく、4.5倍以下がより好ましく、4.0倍以下がさらに好ましい。   The preferable range of the temperature of the hollow fiber membrane in the drawing step is 40 to 180 ° C, more preferably 60 to 160 ° C, and still more preferably 80 to 140 ° C. The total draw ratio is preferably 1.2 times or more, more preferably 1.4 times or more, and still more preferably 1.6 times or more. Moreover, 5.0 times or less are preferable, as for the draw ratio of total, 4.5 times or less are more preferable, and 4.0 times or less are more preferable.

続いて、50〜300℃で加熱することにより中空糸膜(延伸膜)に熱処理を施す。この熱処理工程を経ることにより、親水性ポリマーと構造形成剤の相分離を誘起する。熱処理は、加熱ロール上で搬送する方法でもよいし、乾熱オーブン中を搬送する方法でもよいし、ボビンや紙管などに巻き取ったロールの状態で、乾熱オーブン中に投入する方法でもよい。   Subsequently, the hollow fiber membrane (stretched membrane) is heat-treated by heating at 50 to 300 ° C. Through this heat treatment step, phase separation between the hydrophilic polymer and the structure forming agent is induced. The heat treatment may be carried by a method such as carrying on a heating roll, or by carrying it in a dry heat oven, or may be introduced into a dry heat oven in the form of a roll wound on a bobbin or paper tube. .

熱処理温度は80〜300℃が好ましく、100〜250℃がより好ましく、120〜250℃がさらに好ましい。熱処理時間は10〜600秒が好ましく、20〜480秒がより好ましく、30〜360秒がさらに好ましい。   As for heat processing temperature, 80-300 ° C is preferred, 100-250 ° C is more preferred, and 120-250 ° C is still more preferred. The heat treatment time is preferably 10 to 600 seconds, more preferably 20 to 480 seconds, and still more preferably 30 to 360 seconds.

熱処理後の中空糸膜を、水、酸水溶液、アルカリ水溶液、アルコール、またはアルコール水溶液などに浸漬することにより、構造形成剤を溶出させる工程を経た後、本発明の分離膜(中空糸膜)とする。なお、本発明は熱処理を施すことで相分離を誘起した後、構造形成剤を溶出する方法であるため、得られる分離膜には10μmを超えるボイドが形成されにくい。   After passing through the step of eluting the structure forming agent by immersing the heat-treated hollow fiber membrane in water, an aqueous acid solution, an aqueous alkaline solution, an alcohol, or an aqueous alcohol solution, the separation membrane (hollow fiber membrane) of the present invention and Do. The present invention is a method of eluting a structure forming agent after inducing phase separation by heat treatment, and therefore, it is difficult to form a void exceeding 10 μm in the obtained separation membrane.

このようにして得られた分離膜はこのままでも使用できるが、使用する前に例えばアルコール含有水溶液、アルカリ水溶液等によって膜の表面を親水化させることが好ましい。   The separation membrane thus obtained can be used as it is, but it is preferable to hydrophilize the surface of the membrane with, for example, an aqueous solution containing alcohol, an aqueous alkaline solution or the like before use.

こうして、親水性ポリマーを主成分とする、本発明の分離膜を製造することができる。   Thus, the separation membrane of the present invention containing a hydrophilic polymer as a main component can be produced.

(モジュール)
本発明の分離膜は、使用時には分離膜モジュールに組み込まれてもよい。分離膜モジュールは、例えば、複数本の中空糸膜で構成された膜束と、この膜束を収容する筐体とを備える。
(module)
The separation membrane of the present invention may be incorporated into the separation membrane module at the time of use. The separation membrane module includes, for example, a membrane bundle composed of a plurality of hollow fiber membranes, and a housing for housing the membrane bundle.

また、平膜であれば、支持体に固定されるか、膜同士が貼り合わせられることで封筒状膜を形成し、さらに必要に応じて集水管等に装着されることでモジュール化される。   Moreover, if it is a flat membrane, it will be fixed to a support body or an envelope-like membrane will be formed by sticking membranes together, and it will be modularized by mounting | wearing a water collection pipe etc. as needed.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら制限を受けるものではない。   EXAMPLES The present invention will be more specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereby.

[測定および評価方法]
実施例中の各特性値は次の方法で求めたものである。なお、以下の(3)〜(7)においては、分離膜を25℃で8時間、真空乾燥させた状態で測定および評価した。
[Measurement and evaluation method]
Each characteristic value in the examples is obtained by the following method. In addition, in the following (3)-(7), it measured and evaluated in the state which vacuum-dried the separation membrane at 25 degreeC for 8 hours.

(1)セルロース混合エステルの平均置換度
セルロースにアセチル基およびアシル基が結合したセルロース混合エステルの平均置換度の算出方法については下記の通りである。
80℃で8時間の乾燥したセルロース混合エステル0.9gを秤量し、アセトン35mlとジメチルスルホキシド15mlを加え溶解した後、さらにアセトン50mlを加えた。撹拌しながら0.5N−水酸化ナトリウム水溶液30mlを加え、2時間ケン化した。熱水50mlを加え、フラスコ側面を洗浄した後、フェノールフタレインを指示薬として0.5N−硫酸で滴定した。別に試料と同じ方法で空試験を行った。滴定が終了した溶液の上澄み液を100倍に希釈し、イオンクロマトグラフを用いて、有機酸の組成を測定した。測定結果とイオンクロマトグラフによる酸組成分析結果から、下記式により置換度を計算した。
TA=(B−A)×F/(1000×W)
DSace=(162.14×TA)/[{1−(Mwace−(16.00+1.01))×TA}+{1−(Mwacy−(16.00+1.01))×TA}×(Acy/Ace)]
DSacy=DSace×(Acy/Ace)
TA:全有機酸量(ml)
A:試料滴定量(ml)
B:空試験滴定量(ml)
F:硫酸の力価
W:試料重量(g)
DSace:アセチル基の平均置換度
DSacy:他のアシル基の平均置換度
Mwace:酢酸の分子量
Mwacy:他の有機酸の分子量
Acy/Ace:酢酸(Ace)と他の有機酸(Acy)とのモル比
162.14:セルロースの繰り返し単位の分子量
16.00:酸素の原子量
1.01:水素の原子量
(1) Average degree of substitution of cellulose mixed ester The method of calculating the average degree of substitution of cellulose mixed ester in which an acetyl group and an acyl group are bonded to cellulose is as follows.
After 0.9 g of the cellulose mixed ester dried at 80 ° C. for 8 hours was weighed and dissolved by adding 35 ml of acetone and 15 ml of dimethyl sulfoxide, 50 ml of acetone was further added. While stirring, 30 ml of 0.5 N aqueous sodium hydroxide solution was added and saponified for 2 hours. After adding 50 ml of hot water and washing the side of the flask, it was titrated with 0.5 N sulfuric acid using phenolphthalein as an indicator. A blank test was conducted in the same manner as the sample. The supernatant of the solution after completion of the titration was diluted 100 times, and the composition of the organic acid was measured using an ion chromatograph. The degree of substitution was calculated from the measurement result and the result of acid composition analysis by ion chromatography according to the following equation.
TA = (B-A) x F / (1000 x W)
DSace = (162.14 × TA) / [{1- (Mwace− (16.00 + 1.01)) × TA} + {1- (Mwacy− (16.00 + 1.01)) × TA} × (Acy / Ace)]
DSacy = DSace × (Acy / Ace)
TA: Total organic acid content (ml)
A: Sample titer (ml)
B: Blank test titer (ml)
F: sulfuric acid titer W: sample weight (g)
DSace: Average degree of substitution of acetyl group DSacy: Average degree of substitution of other acyl groups Mwace: Molecular weight of acetic acid Mwacy: Molecular weight of other organic acid Acy / Ace: Molar of acetic acid (Ace) and other organic acid (Acy) Ratio 162.14: Molecular weight of repeating unit of cellulose 16.00: Atomic weight of oxygen 1.01: Atomic weight of hydrogen

(2)セルロースエステルの重量平均分子量(Mw)
セルロースエステルの濃度が0.15重量%となるようにテトラヒドロフランに完全に溶解させ、GPC測定用試料とした。この試料を用い、以下の条件のもと、Waters2690でGPC測定を行い、ポリスチレン換算により重量平均分子量(Mw)を求めた。
カラム :東ソー製TSK gel GMHHR−Hを2本連結
検出器 :Waters2410 示差屈折計RI
移動層溶媒:テトラヒドロフラン
流速 :1.0ml/分
注入量 :200μl
(2) Weight average molecular weight (Mw) of cellulose ester
It was completely dissolved in tetrahydrofuran so that the concentration of cellulose ester was 0.15% by weight, and used as a sample for GPC measurement. Using this sample, under the following conditions, GPC measurement was performed with Waters 2690, and the weight average molecular weight (Mw) was determined by polystyrene conversion.
Column: Tosoh TSK gel GMHHR-H connected in a row Detector: Waters 2410 Differential Refractometer RI
Mobile phase solvent: tetrahydrofuran Flow rate: 1.0 ml / min Injection amount: 200 μl

(3)構造周期
測定方法1
グリセリン50%水溶液に1時間浸漬した分離膜を液体窒素で凍結した後、分離膜の長手方向に垂直な方向と、膜の厚み方向の断面が出るように、応力を加えることにより割断した。この際、分離膜の長手方向が不明である場合は、任意の方向に割断するものとする。また、割断する際は、必要に応じて、カミソリまたはミクロトーム等を用いる。断面を出した分離膜を25℃で8時間、真空乾燥させた後、得られた膜断面を走査型電子顕微鏡で観察した。この際、膜厚方向の中心を顕微鏡視野の中心として膜断面の観察を行った。得られた走査型電子顕微鏡画像をフーリエ変換し、波数を横軸、強度を縦軸にプロットした際の極大ピークの有無を確認した。極大ピークが存在する場合、つまりプロット結果が極大値を有する場合、極大値に対応する波数qから構造周期λ(=1/q)を導いた。このとき、走査型電子顕微鏡画像の画像サイズは孔径の10倍以上100倍以下の長さを一辺とする正方形とした。測定方法1において前記極大値を示す場合、孔径の均一性が高く、より高い膜強度を発現することが可能となり、好ましい形態である。
測定方法2
上記測定方法1で周期構造が測定されなかった場合は、次の方法で構造周期を測定する。
グリセリン50%水溶液に1時間浸漬した分離膜を液体窒素で凍結した後、分離膜の長手方向に垂直な方向と、膜の厚み方向の断面が出るように、応力を加えることにより割断した。この際、分離膜の長手方向が不明である場合は、任意の方向に割断するものとする。また、割断する際は、必要に応じて、カミソリまたはミクロトーム等を用いる。断面を出した分離膜を25℃で8時間、真空乾燥させた後、得られた膜断面を走査型電子顕微鏡で観察した。この際、膜厚方向の中心を顕微鏡視野の中心として膜断面の観察を行った。得られた画像において、20箇所の細孔の直径を測定し、数平均して構造周期とした。このとき、走査型電子顕微鏡画像の画像サイズは孔径の10倍以上100倍以下の長さを一辺とする正方形とする。
(3) Structural period Measurement method 1
After freezing the separation membrane immersed in a 50% aqueous solution of glycerol for 1 hour with liquid nitrogen, it was cut by applying stress so that a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the separation membrane and a thickness direction of the membrane were obtained. Under the present circumstances, when the longitudinal direction of a separation membrane is unknown, it shall cut in arbitrary directions. When cutting, use a razor or microtome, etc., as necessary. The separation membrane taken out of the cross section was vacuum dried at 25 ° C. for 8 hours, and the obtained cross section of the membrane was observed with a scanning electron microscope. At this time, the cross section of the film was observed with the center in the film thickness direction as the center of the microscopic field of view. The obtained scanning electron microscope image was subjected to Fourier transformation, and the presence or absence of the maximum peak when the wave number was plotted on the horizontal axis and the intensity on the vertical axis was confirmed. When the maximum peak exists, that is, when the plot result has the maximum value, the structural period λ (= 1 / q) is derived from the wave number q corresponding to the maximum value. At this time, the image size of the scanning electron microscope image was a square whose one side has a length of 10 times to 100 times the hole diameter. When the maximum value is indicated in the measurement method 1, the uniformity of the pore diameter is high, and higher membrane strength can be expressed, which is a preferable embodiment.
Measurement method 2
When the periodic structure is not measured by the above measurement method 1, the structural period is measured by the following method.
After freezing the separation membrane immersed in a 50% aqueous solution of glycerol for 1 hour with liquid nitrogen, it was cut by applying stress so that a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the separation membrane and a thickness direction of the membrane were obtained. Under the present circumstances, when the longitudinal direction of a separation membrane is unknown, it shall cut in arbitrary directions. When cutting, use a razor or microtome, etc., as necessary. The separation membrane taken out of the cross section was vacuum dried at 25 ° C. for 8 hours, and the obtained cross section of the membrane was observed with a scanning electron microscope. At this time, the cross section of the film was observed with the center in the film thickness direction as the center of the microscopic field of view. In the obtained image, the diameters of the 20 pores were measured, and number average was made as the structure period. At this time, the image size of the scanning electron microscope image is a square whose one side has a length of 10 times to 100 times the hole diameter.

(4)分離膜の厚み(μm)
上記(3)で作製した膜断面を光学顕微鏡により観察して撮影し、分離膜の厚み(μm)を算出した。なお、分離膜の厚みは、任意の10箇所を観察して算出し、その平均値とした。
(4) Thickness of separation membrane (μm)
The cross section of the membrane produced in the above (3) was observed with an optical microscope and photographed, and the thickness (μm) of the separation membrane was calculated. In addition, the thickness of the separation membrane observed and calculated arbitrary ten places, and made it the average value.

(5)空隙率(Ha、Hb、Hc、平均空隙率)(%)
(3)で作製した膜断面について、いずれか一方の表面(A面)から深さ1〜4μmの領域a、もう一方の表面(B面)から深さ1〜4μmの領域b、及び両表面からの深さが同じとなる厚み3μmの領域cを、走査型電子顕微鏡にて、それぞれ任意に5箇所観察して撮影した。得られた写真の上に、透明なフィルムやシートを重ねて、空隙に該当する部分を油性インキ等で塗りつぶした。次いで、イメージアナライザーを用いて、空隙に該当する領域の割合を求める。この測定を撮影した5箇所について実施し、平均することで各領域の空隙率Ha(%)、Hb(%)、Hc(%)を求めた。
また、平均空隙率は、Ha、Hb、Hcを単純平均して算出した。
このとき、走査型電子顕微鏡画像の画像サイズは孔径の10倍以上100倍以下の長さを一辺とする正方形とする。
(5) Porosity (Ha, Hb, Hc, average porosity) (%)
Regarding the cross section of the film prepared in (3), the region a at a depth of 1 to 4 μm from any one surface (A surface), the region b at a depth of 1 to 4 μm from the other surface (B surface), and both surfaces Region c having a thickness of 3 μm at which the depth from the same becomes the same was observed and photographed arbitrarily at five places with a scanning electron microscope. A transparent film or sheet was overlaid on the obtained photograph, and the portion corresponding to the void was filled with oil ink or the like. Next, an image analyzer is used to determine the ratio of the area corresponding to the void. The measurement was carried out at five locations where the measurement was taken, and by averaging, the porosity Ha (%), Hb (%), and Hc (%) of each region were determined.
The average porosity was calculated by simply averaging Ha, Hb and Hc.
At this time, the image size of the scanning electron microscope image is a square whose one side has a length of 10 times to 100 times the hole diameter.

(6)中空糸膜の外径(μm)
(3)で作製した膜断面を光学顕微鏡により観察して撮影し、中空糸膜の外径(μm)を算出した。なお、中空糸膜の外径は、任意の10箇所を観察して算出し、その平均値とした。
(6) Outer diameter of hollow fiber membrane (μm)
The cross section of the membrane prepared in (3) was observed with an optical microscope and photographed to calculate the outer diameter (μm) of the hollow fiber membrane. In addition, the outer diameter of the hollow fiber membrane observed and calculated arbitrary ten places, and made it the average value.

(7)引張強度(MPa)
温度20℃、湿度65%の環境下において、引張試験機(オリエンテック社製テンシロン UCT−100)を用いて、25℃で8時間、真空乾燥させた分離膜の長手方向の引張強度を測定した。具体的には、試料長100mm、引張速度100mm/minの条件にて測定を行い、引張強さから引張強度(破断強度)(MPa)を算出した。なお測定回数は5回とし、その平均値とした。
(7) Tensile strength (MPa)
The tensile strength in the longitudinal direction of the separation membrane vacuum dried at 25 ° C. for 8 hours was measured using a tensile tester (Tensilon UCT-100 manufactured by Orientec Co., Ltd.) under an environment of temperature 20 ° C. and humidity 65%. . Specifically, measurement was performed under conditions of a sample length of 100 mm and a tensile speed of 100 mm / min, and a tensile strength (breaking strength) (MPa) was calculated from the tensile strength. The number of measurements was 5 and the average value was taken.

(8)膜透過流束(m/m/h)
分離膜が中空糸膜の場合、中空糸膜4本からなる有効長さ200mmの小型モジュールを作製した。このモジュールに、温度25℃、ろ過差圧16kPaの条件で、30分間にわたって蒸溜水を送液し得られた透過水量(m)を測定し、単位時間(h)および単位膜面積(m)当たりの数値に換算し、さらに圧力(50kPa)換算して純水の透過性能(単位=m/m/h)とした。
(8) Membrane permeation flux (m 3 / m 2 / h)
When the separation membrane was a hollow fiber membrane, a small module having an effective length of 200 mm consisting of four hollow fiber membranes was produced. In this module, distilled water is fed for 30 minutes under conditions of a temperature of 25 ° C. and a filtration differential pressure of 16 kPa, and the amount of permeated water (m 3 ) obtained is measured, and unit time (h) and unit membrane area (m 2) It converted into the numerical value per), and also pressure (50 kPa) was converted, and it was set as the permeation | transmission performance (unit = m < 3 > / m < 2 > / h) of pure water.

(9)膜性能の安定性
(8)と同様の小型モジュールを20本作製し、(8)に記載の方法で膜透過流束を求めた。得られた20個のデータについて、標準偏差を算出した。その標準偏差を用いて、以下の基準にて評価した。
◎:0.02未満
○:0.02以上0.05未満
△:0.05以上0.1未満
×:0.1以上
(9) Stability of Membrane Performance Twenty small modules similar to (8) were produced, and membrane permeation flux was determined by the method described in (8). Standard deviations were calculated for the obtained 20 data. The standard deviation was used to evaluate based on the following criteria.
:: less than 0.02 ○: 0.02 or more and less than 0.05 △: 0.05 or more and less than 0.1 ×: 0.1 or more

[親水性ポリマー(A)]
セルロースエステル(A1):下記方法により得られたセルロースアセテートプロピオネート
セルロース(コットンリンター)100重量部に、酢酸240重量部とプロピオン酸67重量部を加え、50℃で30分間混合した。混合物を室温まで冷却した後、氷浴中で冷却した無水酢酸172重量部と無水プロピオン酸168重量部をエステル化剤として、硫酸4重量部をエステル化触媒として加えて、150分間撹拌を行い、エステル化反応を行った。エステル化反応において、40℃を超える時は、水浴で冷却した。
[Hydrophilic Polymer (A)]
Cellulose ester (A1): Cellulose acetate propionate obtained by the following method: To 100 parts by weight of cellulose (Cotton Linter), 240 parts by weight of acetic acid and 67 parts by weight of propionic acid were added and mixed at 50 ° C for 30 minutes. After cooling the mixture to room temperature, 172 parts by weight of acetic anhydride and 168 parts by weight of propionic acid cooled in an ice bath are added as an esterification agent, 4 parts by weight of sulfuric acid is added as an esterification catalyst, and stirring is performed for 150 minutes. An esterification reaction was performed. In the esterification reaction, when it exceeded 40 ° C., it was cooled by a water bath.

反応後、反応停止剤として酢酸100重量部と水33重量部の混合溶液を20分間かけて添加して、過剰の無水物を加水分解した。その後、酢酸333重量部と水100重量部を加えて、80℃で1時間加熱撹拌した。反応終了後、炭酸ナトリウム6重量部を含む水溶液を加えて、析出したセルロースアセテートプロピオネートを濾別し、続いて水で洗浄した後、60℃で4時間乾燥した。得られたセルロースアセテートプロピオネートのアセチル基およびプロピオニル基の平均置換度は各々1.9、0.7であり、重量平均分子量(Mw)は17.8万であった。   After the reaction, a mixed solution of 100 parts by weight of acetic acid and 33 parts by weight of water as a reaction terminator was added over 20 minutes to hydrolyze the excess anhydride. Thereafter, 333 parts by weight of acetic acid and 100 parts by weight of water were added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, an aqueous solution containing 6 parts by weight of sodium carbonate was added, and the precipitated cellulose acetate propionate was separated by filtration, subsequently washed with water and then dried at 60 ° C. for 4 hours. The average degree of substitution of acetyl group and propionyl group of the obtained cellulose acetate propionate was 1.9 and 0.7, respectively, and the weight average molecular weight (Mw) was 178,000.

[親水性ポリマーの可塑剤(B)]
可塑剤(B1):ポリエチレングリコール、重量平均分子量600
[Plasticizer of hydrophilic polymer (B)]
Plasticizer (B1): polyethylene glycol, weight average molecular weight 600

[構造形成剤(C)]
構造形成剤(C1):PVP/酢酸ビニル共重合(Kollidon VA 64 (BASFジャパン株式会社))
構造形成剤(C2): ポリビニルピロリドン(PVP K17)
[Structure-forming agent (C)]
Structure-forming agent (C1): PVP / vinyl acetate copolymer (Kollidon VA 64 (BASF Japan Ltd.))
Structure-forming agent (C2): polyvinyl pyrrolidone (PVP K17)

[酸化防止剤(D)]
酸化防止剤(D1):ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト
[Antioxidant (D)]
Antioxidant (D1): bis (2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite

[分離膜の製造]
(実施例1)
親水性ポリマー(A1)45重量%と、可塑剤(B1)24.9重量%、構造形成剤(C1)30重量%および酸化防止剤(D1)0.1重量%を二軸押出機にて220℃で溶融混練し、均質化した後にペレット化して、溶融紡糸用の樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を80℃、8時間真空乾燥を行った。
[Production of separation membrane]
Example 1
45% by weight of hydrophilic polymer (A1), 24.9% by weight of plasticizer (B1), 30% by weight of structure-forming agent (C1) and 0.1% by weight of antioxidant (D1) in a twin-screw extruder The mixture was melt-kneaded at 220 ° C., homogenized and then pelletized to obtain a resin composition for melt spinning. The resin composition was vacuum dried at 80 ° C. for 8 hours.

乾燥させた樹脂組成物を二軸押出機に供給し220℃で溶融、混練した後に、紡糸温度220℃とした溶融紡糸パックへ導入して、吐出量10g/分の条件で、口金孔(二重円管タイプ、吐出孔径8.3mm、スリット巾1.1mm)を1ホール有する口金の外側環状部より下方に紡出した。この紡出した中空糸を、冷却装置へ導き、25℃、風速1.5m/秒の冷却風によって冷却し、ドラフト比が60となるようにワインダーで巻き取った。この紡出糸を、乾熱オーブン中を通過させることよって100℃に昇温し、ロール間の周速差を用いて延伸倍率1.3倍として巻き取った。続いて、150℃で300秒間熱処理した後、50%エタノール水溶液に分離膜を12時間浸漬して、可塑剤、構造形成剤を溶出させた。得られた分離膜の物性を表1に示した。なお、構造周期の測定は上述の測定方法1に記載の方法を用いた。   The dried resin composition is supplied to a twin-screw extruder, melted and kneaded at 220 ° C., and then introduced into a melt spinning pack at a spinning temperature of 220 ° C., and the die hole (2 The double circular tube type, with a discharge hole diameter of 8.3 mm, a slit width of 1.1 mm, was spun downward from the outer annular portion of a die having one hole. The spun hollow fiber was introduced into a cooling device, cooled by a cooling air at 25 ° C. and a wind speed of 1.5 m / sec, and wound by a winder so that the draft ratio was 60. The spun yarn was heated to 100 ° C. by passing it through a dry heat oven, and wound up with a draw ratio of 1.3 times using a peripheral speed difference between rolls. Subsequently, after heat treatment at 150 ° C. for 300 seconds, the separation membrane was immersed in a 50% aqueous ethanol solution for 12 hours to elute the plasticizer and the structure forming agent. Physical properties of the obtained separation membrane are shown in Table 1. In addition, the method as described in the above-mentioned measuring method 1 was used for the measurement of a structure period.

(実施例2〜13、比較例1)
製造条件をそれぞれ表1のとおりとした以外は実施例1と同様にして分離膜を得た。得られた分離膜の物性を表1に示した。なお、構造周期の測定は実施例2〜10および、実施例13は上述の測定方法1に記載の方法を用い、実施例11および実施例12は上述の測定方法2に記載の方法を用いた。
(Examples 2 to 13, Comparative Example 1)
A separation membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the production conditions were as shown in Table 1, respectively. Physical properties of the obtained separation membrane are shown in Table 1. In addition, the measurement of a structure period used Example 2-10 and Example 13 used the method as described in the above-mentioned measuring method 1, and Example 11 and Example 12 used the method as described in the above-mentioned measuring method 2. .

Figure 2018021545
Figure 2018021545

表1の結果より、実施例1〜13の分離膜は、膜透過流束が0.1m/m/h以上であり、また、引張強度が30MPa以上であることから、良好な透過性能と膜強度を発現していた。実施例1〜10および実施例13の分離膜は、構造周期の測定方法1において極大値を有していた。これは、孔径の均一性が高いことを表している。孔径の均一性が高いと分離膜の強度が高まると考えられ、実際、これらの実施例の膜は、表1に示すように、特に高い強度を示した。なお、実施例1〜13の分離膜は、いずれも共連続構造を有していた。
一方、比較例1の分離膜においては、膜透過流束、膜性能の安定性がともに、不十分であった。
From the results of Table 1, the separation membranes of Examples 1 to 13 have a membrane permeation flux of 0.1 m 3 / m 2 / h or more, and a tensile strength of 30 MPa or more. And membrane strength was expressed. The separation membranes of Examples 1 to 10 and Example 13 had local maximum values in measurement method 1 of the structural cycle. This indicates that the uniformity of the pore size is high. The high uniformity of the pore diameter is considered to increase the strength of the separation membrane, and in fact, as shown in Table 1, the membranes of these Examples exhibited particularly high strength. The separation membranes of Examples 1 to 13 all had a co-continuous structure.
On the other hand, in the separation membrane of Comparative Example 1, both the membrane permeation flux and the stability of the membrane performance were insufficient.

本発明は、透過性と、膜性能の安定性に優れ、高い膜強度を有する、主に親水性ポリマーからなる分離膜である。本発明の分離膜は、海水、かん水、下水、排水などから工業用水、飲料水などを製造するための水処理用膜、人工腎臓や血漿分離などの医療用膜、果汁濃縮などの食品・飲料工業用膜、排気ガス、炭酸ガスなどを分離するガス分離膜、燃料電池セパレータなどの電子工業用膜などに用いることができる。前記水処理用膜の種類としては、精密濾過膜、限外濾過膜、などに好ましく用いることができる。   The present invention is a separation membrane mainly composed of a hydrophilic polymer, which is excellent in permeability, stability of membrane performance, and high membrane strength. The separation membrane of the present invention is a membrane for water treatment for producing industrial water, drinking water and the like from seawater, brackish water, sewage, drainage etc., medical membranes such as artificial kidney and plasma separation, foods and beverages such as fruit juice concentrate It can be used for industrial membranes, gas separation membranes for separating exhaust gas, carbon dioxide and the like, membranes for electronic industry such as fuel cell separators, and the like. The water treatment membrane can be preferably used as a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, or the like.

本発明を詳細にまた特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、2016年7月29日出願の日本特許出願(特願2016−149351)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。   Although the invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. This application is based on Japanese Patent Application (Japanese Patent Application No. 2016-149351) filed on July 29, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.

1 分離膜
2 A面
3 B面
8 A面からの距離
9 B面からの距離
11 領域a
12 領域b
13 領域c
1 separation film 2 A surface 3 B surface 8 distance from A surface 9 distance from B surface 11 region a
12 area b
13 area c

Claims (6)

親水性ポリマーを主成分とする分離膜であって、
前記親水性ポリマーを有する相と細孔の構造周期が0.001μm以上10μm以下の共連続構造を有し、
前記分離膜の厚みが10μm以上500μm以下であり、
厚み方向の断面において、いずれか一方の表面から深さ1〜4μmの領域aの空隙率をHa、もう一方の表面から深さ1〜4μmの領域bの空隙率をHb、両表面からの深さが同じとなる厚み3μmの領域cの空隙率をHcとしたときに、以下の式(1)及び式(2)を満たす分離膜。
(1)1.00≦Ha/Hc≦1.50
(2)1.05≦Hb/Hc≦1.50
A separation membrane comprising a hydrophilic polymer as a main component,
The structure cycle of the phase having the hydrophilic polymer and the pores has a co-continuous structure of 0.001 μm to 10 μm,
The thickness of the separation membrane is 10 μm or more and 500 μm or less,
In the cross section in the thickness direction, the void ratio of the region a at a depth of 1 to 4 μm from any one surface is Ha, and the void ratio of the region b at a depth of 1 to 4 μm from the other surface is Hb, the depth from both surfaces The separation membrane which satisfies the following formulas (1) and (2), where Hc is the porosity of the region c with a thickness of 3 μm where the same becomes the same.
(1) 1.00 ≦ Ha / Hc ≦ 1.50
(2) 1.05 ≦ Hb / Hc ≦ 1.50
前記空隙率Ha、前記空隙率Hb及び前記空隙率Hcの単純平均により算出した平均空隙率が20%以上80%以下である、請求項1に記載の分離膜。   The separation membrane according to claim 1, wherein an average porosity calculated by a simple average of the porosity Ha, the porosity Hb and the porosity Hc is 20% or more and 80% or less. 前記親水性ポリマーが、ポリエステル、ポリアミド及びセルロースエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2に記載の分離膜。   The separation membrane according to claim 1 or 2, wherein the hydrophilic polymer is at least one selected from the group consisting of polyester, polyamide and cellulose ester. 前記分離膜が中空糸形状である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の分離膜。   The separation membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the separation membrane is in the form of a hollow fiber. 前記中空糸の外径が50μm以上2500μm以下である、請求項4に記載の分離膜。   The separation membrane according to claim 4, wherein the outer diameter of the hollow fiber is 50 μm or more and 2500 μm or less. 親水性ポリマーを主成分とする分離膜の製造方法であって、次の1〜5の工程を少なくとも実施する分離膜の製造方法。
1.20重量%以上80重量%以下の親水性ポリマーと、20重量%以上80重量%以下の構造形成剤を溶融混練することで樹脂組成物を得る溶融混練工程
2.前記樹脂組成物を口金から吐出、冷却することで膜を形成する製膜工程
3.前記膜を延伸倍率1.1倍以上5.0倍以下で延伸する延伸工程
4.前記延伸工程で得られた延伸膜を50℃以上300℃以下で加熱する熱処理工程
5.前記熱処理工程で得られた膜から前記構造形成剤を溶出させる溶出工程
A method for producing a separation membrane comprising a hydrophilic polymer as a main component, wherein at least the following steps 1 to 5 are carried out.
1. Melt-kneading step of obtaining a resin composition by melt-kneading a hydrophilic polymer of 20% to 80% by weight and a structure forming agent of 20% to 80% by weight. Film forming step of forming a film by discharging and cooling the resin composition from a die. Stretching step of stretching the film at a stretch ratio of 1.1 times to 5.0 times. A heat treatment step of heating the stretched film obtained in the stretching step at 50 ° C. or more and 300 ° C. or less; Elution process for eluting the structure forming agent from the film obtained in the heat treatment process
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CN114828990B (en) * 2019-12-23 2024-03-08 东丽株式会社 Separation membrane and method for producing separation membrane

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808315A (en) * 1986-04-28 1989-02-28 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Porous hollow fiber membrane and a method for the removal of a virus by using the same
JP2008272636A (en) * 2007-04-26 2008-11-13 Asahi Kasei Corp Multilayer microporous membrane
JP5212837B2 (en) * 2009-10-08 2013-06-19 東洋紡株式会社 Permselective hollow fiber membrane
JP6201553B2 (en) * 2012-09-11 2017-09-27 東レ株式会社 Porous membrane, water purifier incorporating porous membrane, and method for producing porous membrane
KR101826451B1 (en) * 2013-09-18 2018-02-06 미쯔비시 케미컬 주식회사 Porous hollow fiber membrane and method for manufacturing same
EP3202486A4 (en) * 2014-09-30 2018-05-23 Toray Industries, Inc. Separation membrane
EP3246085A4 (en) * 2015-01-16 2018-01-03 Asahi Kasei Medical Co., Ltd. Porous hollow fiber membrane
US20180280893A1 (en) * 2015-09-30 2018-10-04 Toray Industries, Inc. Separation film, cellulose-based resin composition, and method for producing separation film
WO2017131209A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 東レ株式会社 Separation membrane

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