KR20140016271A

KR20140016271A - 복합 반투막, 복합 반투막 엘리먼트 및 복합 반투막의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140016271A
Application number: KR1020137022085A
Authority: KR
Inventors: 고지 나카쓰지; 마사히로 기무라; 다카오 사사키; 다카후미 오가와
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2014-02-07
Also published as: CN103492060A; JP5978998B2; EP2695670A4; US20140183127A1; KR101985351B1; EP2695670B1; US20190070569A1; CN103492060B; JPWO2012137635A1; WO2012137635A1; EP2695670A1; KR20180124151A

Abstract

기재(基材)와 다공성(多孔性) 지지체로 이루어지는 미다공성(微多孔性) 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층을 형성하여 이루어지는 복합 반투막으로서, 상기 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 복합 반투막. 높은 투수 성능과 높은 내약품성을 가지는 고성능 복합 반투막을 제공한다.

Description

복합 반투막, 복합 반투막 엘리먼트 및 복합 반투막의 제조 방법{COMPOSITE SEMIPERMEABLE MEMBRANE, COMPOSITE SEMIPERMEABLE MEMBRANE ELEMENT, AND METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE SEMIPERMEABLE MEMBRANE}

본 발명은, 액상(液狀) 혼합물의 선택적 분리에 유용한 복합 반투막에 관한 것이다. 본 발명의 복합 반투막은, 예를 들면, 해수나 함수(鹹水)의 담수화에 바람직하게 사용할 수 있다.

혼합물의 분리에 관하여, 용매(예를 들면, 물)에 용해된 물질(예를 들면, 염류)을 제거하기 위한 기술에는 다양한 것이 있지만, 최근, 에너지 절약 및 자원 절약을 위한 프로세스로서 막 분리법의 이용이 확대되고 있다. 막 분리법에서 사용되는 막으로서는, 정밀 여과막, 한외 여과막, 나노 여과막, 역삼투막 등이 있다. 이들 막은, 예를 들면, 해수, 함수, 유해물을 포함한 물 등으로부터 음료수를 얻는 경우나, 공업용 초순수의 제조, 배수 처리, 유가물(有價物)의 회수 등에 사용되고 있다.

현재 시판되고 있는 역삼투막 및 나노 여과막의 대부분은 복합 반투막이다. 복합 반투막으로서는, 다공성(多孔性) 지지막 상에 겔층 및 고분자를 가교 한 활성층을 가지는 것과, 다공성 지지막 상에서 모노머를 중축합함으로써 얻어진 활성층을 가지는 것의 2 종류가 있다. 그 중에서도, 다관능 아민과 다관능 산 할로겐화물과의 중축합 반응에 의해 얻어지는 가교 폴리아미드로 이루어지는 분리 기능층을 다공성 지지막 상에 피복하여 얻어지는 복합 반투막은, 투과성이나 선택 분리성이 높은 분리막으로서 널리 사용되고 있다.

조수(造水) 플랜트에서 사용되는 역삼투막은, 더 한층의 유지비의 저감을 도모하기 위하여, 보다 높은 투수 성능이 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 대하여, 분리 활성층으로서 가교 폴리아미드 중합체를 설치한 복합 반투막을, 아초산을 포함하는 수용액에 접촉시키는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 1). 이 처리에 의해, 처리 전의 붕소 제거율을 유지하면서, 복합 반투막의 투수 성능을 향상시킬 수 있지만, 더욱 높은 투수 성능이 요구되고 있다.

또한, 복합 반투막의 투수성에 영향을 미치는 인자로서 분리 활성층의 융기 구조(protuberance structure)를 예로 들 수 있다. 융기를 크게 하는 것에 의해, 실질적인 막 면적을 크게 하고, 투수성을 높이는 것에 대하여 제시되어 있다(특허 문헌 2). 계면 중축합 시에 각종 첨가물을 가함으로써, 융기는 커지고 투수성은 향상되지만, 제거율의 저하가 우려되고 있다.

또한, 복합 반투막을 계속 사용하면, 사용 경과 시간과 함께 막 표면에 오염물이 부착되어, 막의 조수량이 저하된다. 그러므로, 소정 기간 운전 후에 알칼리나 산 등에 의한 약액 세정을 필요로 한다. 따라서, 장기간에 걸쳐서 안정적인 운전을 계속하기 위하여, 알칼리나 산 등의 약액 세정 전후에서의 막 성능 변화가 적은 복합 반투막의 개발이 요구되고 있다.

복합 반투막의 내(耐)알칼리성을 향상시키기 위하여, 복합 반투막에 pH 9∼13의 수소 이온 농도 수용액을 접촉시키는 방법(특허 문헌 3)에 대하여 개시하고 있다. 또한, 복합 반투막의 내산성을 향상시키기 위하여, 복합 반투막에 환상(環狀) 황산 에스테르를 접촉시키는 방법(특허 문헌 4)에 대하여 개시하고 있다.

일본 특허출원 공개번호 2007-090192호 공보 일본 특허출원 공개번호 평 9-19630호 공보 일본 특허출원 공개번호 2006-102624호 공보 일본 특허출원 공개번호 2010-234284호 공보

본 발명은, 높은 투수 성능과 높은 내약품성을 가지는 고성능 복합 반투막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이하의 구성을 가진다.

(1) 기재(基材)와 다공성 지지체로 이루어지는 미다공성(微多孔性) 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층이 형성된 복합 반투막으로서, 상기 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 복합 반투막.

(2) 상기 분리 기능층의 평균 막 두께가 14 nm 이상 22 nm 이하인 (1)에 기재된 복합 반투막.

(3) 상기 다공성 지지체가 다층 구조를 가지는 (1) 또는 (2)에 기재된 복합 반투막.

(4) (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 복합 반투막, 원수(原水) 유로재 및 투과수 유로재가, 다수의 구멍이 형성된 통형의 집수관(集水管)의 주위에 권취된, 스파이럴형 복합 반투막 엘리먼트.

(5)

기재와 다공성 지지체로 이루어지는 미다공성 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층이 형성된 복합 반투막의 제조 방법으로서, 제1층을 형성하는 고분자 용액 A와 제2층을 형성하는 고분자 용액 B를, 동시에 기재 상에 도포한 후, 비용매(非溶媒) 중에 침지(浸漬)하고, 고분자 용액 A 및 고분자 용액 B를 응고시켜 다공성 지지체를 형성하는 공정, 및 계속하여 상기 다공성 지지체 상에 분리 기능층을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 제1층은 기재와 접촉하도록 형성되고, 상기 제2층은 분리 기능층과 접촉하도록 형성되고, 또한 상기 고분자 용액 B의 고분자 농도가, 상기 고분자 용액 A의 고분자 농도보다 큰 복합 반투막의 제조 방법.

본 발명에 의해, 높은 투수 성능과 높은 내약품성을 가지고, 약액 세정 전후에서의 막 성능 변화가 적은 고성능 복합 반투막을 얻을 수 있으며, 이 막을 사용함으로써, 장기간에 걸쳐서 안정적이면서 계속적인 운전을 기대할 수 있다.

본 발명은, 기재와 다공성 지지체로 이루어지는 미다공성 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층이 형성된 복합 반투막으로서, 상기 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 복합 반투막이다.

본 발명의 복합 반투막에 있어서, 실질적으로 이온 등의 분리 성능을 가지는 것은, 분리 기능층이다. 미다공성 지지막은, 기재와 다공성 지지체로 이루어지며, 실질적으로 분리 성능을 가지지 않고, 분리 기능층에 강도를 부여하기 위한 것이다.

미다공성 지지막의 두께는, 복합 반투막의 강도 및 복합 반투막을 엘리먼트로 했을 때의 충전 밀도에 영향을 미친다. 충분한 기계적 강도 및 충전 밀도를 얻기 위해서는, 미다공성 지지막의 두께는, 30㎛ 이상 300㎛ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50㎛ 이상 300㎛ 이하의 범위, 보다 바람직하게는 50㎛ 이상 250㎛ 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이상 250㎛ 이하의 범위이다. 또한, 다공성 지지체의 두께는, 10㎛ 이상 200㎛ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상 100㎛ 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 30㎛ 이상 100㎛ 이하의 범위이다. 기재의 두께는 10∼250 ㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20∼200 ㎛의 범위 내이다.

그리고, 본 발명에 있어서, 특별히 언급하지 않는 한, 각 층 및 막의 두께란, 평균값을 의미한다. 여기서 평균값은 산술 평균값을 나타낸다. 즉, 각 층 및 막의 두께는, 단면 관찰로 두께 방향에 대하여 직교하는 방향(막의 면 방향)으로 20㎛ 간격으로 측정한 20점의 두께의 평균값을 산출함으로써 구할 수 있다.

미다공성 지지막을 구성하는 기재로서는, 예를 들면, 폴리에스테르계 중합체, 폴리아미드계 중합체, 폴리올레핀계 중합체, 또는 이들의 혼합물이나 공중합체 등이 있다. 기계적 강도, 내열성, 내수성 및 내약품성 등의 내구성이 우수한 미다공성 지지막을 얻을 수 있는 점에서, 폴리에스테르계 중합체가 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 폴리에스테르계 중합체는, 산 성분과 알코올 성분의 중축합에 의해 얻어지는 폴리에스테르이다. 산 성분으로서는, 테레프탈산, 이소프탈산 및 프탈산 등의 방향족 카르본산；아디프산이나 세바스산 등의 지방족 디카르본산；및 시클로헥산카르본산 등의 지환족 디카르본산 등을 사용할 수 있다. 또한, 알코올 성분으로서는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜 등을 사용할 수 있다.

폴리에스테르계 중합체의 예로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 폴리락트산 수지 및 폴리부틸렌석시네이트 수지 등을 들 수 있고, 또한 이들 수지의 공중합체도 들 수 있다.

상기 기재에는, 강도, 요철 형성능 및 유체 투과성의 점에서, 섬유로 이루어지는 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 기재로서는, 장섬유 부직포 또는 단섬유 부직포를 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 장섬유 부직포는, 기재에 고분자 중합체의 용액을 플로우캐스팅했을 때의 침투성이 우수한 것에 의해, 다공성 지지층이 박리되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 기재의 보풀이 일어나는 것 등에 의해 막이 불균일화하는 것, 및 핀홀 등의 결점이 생기는 것을 억제할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 복합 반투막의 연속 제막(製膜)을 행할 때는, 제막 방향에 대하여 장력이 인가되므로, 기재에는 보다 치수 안정성이 우수한 장섬유 부직포를 사용하는 것이 바람직하다.

섬유 부직포는, 성형성 및 강도의 점에서, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유가, 다공성 지지층 측의 표층의 섬유보다 세로 배향인 것이 바람직하다. 이와 같은 구조에 의하면, 강도를 유지함으로써 막의 찢어짐 등을 방지하는 높은 효과를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 복합 반투막에 요철을 부여할 때, 다공성 지지층과 기재를 포함하는 적층체의 성형성도 향상되고, 복합 반투막 표면의 요철 형상이 안정되므로 바람직하다. 보다 구체적으로는, 장섬유 부직포의, 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유 배향도는, 0°∼25°인 것이 바람직하고, 또한, 다공성 지지층측 표층에 있어서의 섬유 배향도와의 배향도의 차이가 10°∼90°인 것이 바람직하다.

복합 반투막의 제조 공정이나 엘리먼트의 제조 공정에 있어서는, 가열하는 공정이 포함되지만, 가열에 의해 다공성 지지층 또는 분리 기능층이 수축하는 현상이 일어난다. 특히 연속 제막에 있어서 장력이 인가되어 있지 않은 폭 방향에 있어서, 수축이 현저하다. 수축함으로써, 치수 안정성 등에 문제가 생기므로, 기재는 열치수 변화율이 작은 것이 요구된다. 부직포에 있어서 다공성 지지층과는 반대측의 표층에 있어서의 섬유 배향도와 다공성 지지층측 표층에 있어서의 섬유 배향도와의 차이가 10°∼90°이면, 열에 의한 폭 방향의 변화를 억제할 수도 있으므로 바람직하다.

여기서, 섬유 배향도란, 다공성 지지층을 구성하는 부직포 기재의 섬유의 방향을 나타내는 지표이며, 연속 제막을 행할 때의 제막 방향, 즉 부직포 기재의 길이 방향을 0°로 하고, 제막 방향에 대하여 직각 방향, 즉 부직포 기재의 폭 방향을 90°로 했을 때의, 부직포 기재를 구성하는 섬유의 평균의 각도를 말한다. 따라서, 섬유 배향도가 0°에 가까울수록 세로 배향이며, 90°에 가까울수록 가로 배향인 것을 나타낸다.

섬유 배향도는, 부직포로부터 무작위로 소편(小片) 샘플 10개를 채취하고, 상기 샘플의 표면을 주사형 전자 현미경으로 100∼1000 배로 촬영하고, 각 샘플로부터 임의로 선택한 10개씩, 합계 100개의 섬유에 대하여, 부직포의 길이 방향(세로 방향, 제막 방향)을 0°로 하고, 부직포의 폭 방향(가로 방향)을 90°로 했을 때의 각도를 측정하고, 이들의 평균값을, 소수점 이하 첫째 자리를 사사오입하여 섬유 배향도로서 구한다.

미다공성 지지막을 구성하는 다공성 지지체의 소재로서는, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스계 고분자, 비닐 고분자, 폴리페닐렌술피드, 폴리페닐렌술피드술폰, 폴리페닐렌술폰, 폴리페닐렌옥시드 등의 호모폴리머 또는 코폴리머를 단독으로 또는 블렌드하여 사용할 수 있다. 여기서 셀룰로오스계 고분자로서는 아세트산 셀룰로오스, 질산 셀룰로오스 등을 사용할 수 있고, 비닐 고분자로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리아크릴로니트릴 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리에스테르, 아세트산 셀룰로오스, 질산 셀룰로오스, 폴리염화비닐, 폴리아크릴로니트릴, 폴리페닐렌술피드, 폴리페닐렌술피드술폰 등의 호모 폴리머 또는 코폴리머가 바람직하다. 보다 바람직하게는 아세트산 셀룰로오스, 폴리술폰, 폴리페닐렌술피드술폰, 또는 폴리페닐렌술폰을 예로 들 수 있다. 또한, 이들 소재 중에서도, 화학적, 기계적 및 열적으로 안정성이 높고, 성형이 용이하므로, 폴리술폰을 가장 바람직하게 사용할 수 있다.

구체적으로는, 하기 화학식으로 표시되는 반복 단위로 이루어지는 폴리술폰을 사용하면, 공경(孔徑)을 제어하기 쉽고, 치수 안정성이 높으므로 바람직하다.

[화학식 1]

예를 들면, 상기 폴리술폰의 N,N-디메틸포름아미드(이후, DMF로 기재) 용액을, 기재 상에 일정한 두께로 도포하고, 그것을 수중 습식 응고시키는 것에 의해, 표면의 대부분이 직경 1∼30 nm의 미세한 구멍을 가지는 미다공성 지지막을 얻을 수 있다. 기재로서, 조밀하게 짠 폴리에스테르 포 또는 폴리에스테르 부직포를 사용하고, 상기 기재 상에 폴리술폰 용액을 일정한 두께로 도포하고, 그것을 수중 습식 응고시키는 것에 의해, 표면의 대부분이 직경 10 nm 이하인 미세한 구멍을 가지는 미다공성 지지막을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서의 분리 기능층은, 폴리아미드를 주성분으로서 함유한다. 분리 기능층을 구성하는 폴리아미드는, 미다공성 지지막 상에서, 다관능 아민과 다관능 산 할로겐화물과의 계면 중축합을 행함으로써 형성할 수 있다. 여기서, 다관능 아민 또는 다관능 산 할로겐화물 중 적어도 한쪽이 3관능 이상의 다관능 아민 또는 다관능 산 할로겐화물을 포함하고 있는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 있어서, 폴리아미드를 주성분으로서 함유한다는 것은, 폴리아미드가 분리 기능층의 60 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상, 보다 바람직하게는 90 중량% 이상을 차지하는 것을 의미하고, 분리 기능층이 폴리아미드만을 함유하는 구성을 포함한다.

여기서, 다관능 아민이란, 1분자 중에 적어도 2개의 제1급 및/또는 제2급 아미노기를 가지고, 그 아미노기 중 적어도 1개는 제1급 아미노기인 아민을 말한다. 다관능 아민으로서는, 예를 들면, 2개의 아미노기가 오르토 위치나 메타 위치, 파라 위치 중 어느 하나의 위치 관계로 벤젠환에 결합한 페닐렌디아민, 크실렌디아민, 1,3,5-트리아미노벤젠, 1,2,4-트리아미노벤젠, 3,5-디아미노벤조산, 3-아미노벤질아민, 4-아미노벤질아민 등의 방향족 다관능 아민；에틸렌디아민, 프로필렌디아민 등의 지방족 아민；1,2-디아미노시클로헥산, 1,4-디아미노시클로헥산, 4-아미노피페리딘, 4-아미노에틸피페라진 등의 지환식 다관능 아민 등이 있다. 그 중에서도, 막의 선택 분리성, 투과성 및 내열성을 고려하면, 1분자 중에 2∼4 개의 제1급 및/또는 제2급 아미노기를 가지는 방향족 다관능 아민인 것이 바람직하다. 이와 같은 다관능 방향족 아민으로서는, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민 및 1,3,5-트리아미노 벤젠으로부터 선택된 다관능 아민이 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 입수의 용이성이나 취급의 용이성을 고려하여, m-페닐렌디아민(이하, m-PDA라고 함)을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이들 다관능 아민은, 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 동시에 사용할 수도 있다. 2종 이상을 동시에 사용하는 경우, 상기 아민끼리 조합할 수도 있고, 상기 아민과 1분자 중에 적어도 2개의 제2급 아미노기를 가지는 아민을 조합할 수도 있다. 1분자 중에 적어도 2개의 제2급 아미노기를 가지는 아민으로서, 예를 들면, 피페라진, 1,3-비스피페리딜프로판 등이 있다.

다관능 산 할로겐화물이란, 1분자 중에 적어도 2개의 할로겐화 카르보닐기를 가지는 산 할로겐화물을 말한다. 예를 들면, 3관능산 할로겐화물로서는, 트리메스산 클로라이드, 1,3,5-시클로헥산트리카르본산 트리클로라이드, 1,2,4-시클로부탄트리카르본산 트리클로라이드 등이 있다. 2관능산 할로겐화물로서는, 비페닐디카르본산 클로라이드, 아조벤젠디카르본산 클로라이드, 테레프탈산 클로라이드, 이소프탈산 클로라이드, 나프탈렌디카르본산 클로라이드 등의 방향족 2관능산 할로겐화물；아디포일 클로라이드, 세바코일 클로라이드 등의 지방족 2관능산 할로겐화물；시클로펜탄디카르본산 클로라이드, 시클로헥산디카르본산 클로라이드, 테트라하이드로퓨란디카르본산 클로라이드 등의 지환식 2관능산 할로겐화물이 있다. 다관능 아민과의 반응성을 고려하면, 다관능 산 할로겐화물은 다관능 산염화물인 것이 바람직하고, 또한, 막의 선택 분리성 및 내열성을 고려하면, 1분자 중에 2∼4 개의 염화 카르보닐기를 가지는 다관능 방향족 산염화물인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 입수의 용이성이나 취급의 용이성의 관점으로부터, 트리메스산 클로라이드를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이들 다관능 산 할로겐화물은, 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 동시에 사용할 수도 있다.

그리고, 본 발명은, 폴리아미드 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 것을 특징으로 한다.

폴리아미드 분리 기능층의 막 두께는, 투과형 전자 현미경, TEM 토모그래피, 집속 이온 빔/주사형 전자 현미경(FIB/SEM) 등의 관찰 방법을 사용하여 분석할 수 있다. 예를 들면, TEM 토모그래피로 관찰한다면, 복합 반투막을 수용성 고분자로 처리하여 폴리아미드 분리 기능층의 형상을 유지한 후, 4산화 오스뮴 등으로 염색하여 관찰한다. 본 발명에 있어서의 폴리아미드 분리 기능층은, 융기상 구조를 형성하고 있다. 상기 융기상 구조의 외부 표면 상의 어느 점으로부터 내부 표면으로의 최단 거리를 막 두께로 한다. 폴리아미드 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차 및 평균 막 두께는, 적어도 50개소의 측정값로부터 산출한다.

폴리아미드 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하로 됨으로써 높은 내약품성이 부여된다. 폴리아미드 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm보다 크면, 약액 세정 시에 막 두께의 얇은 부분이 국소적으로 열화되어, 막 성능 저하가 일어나기 쉽다. 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 균일한 폴리아미드 분리 기능층이면, 국소적인 열화를 방지할 수 있어 장기간에 걸쳐, 안정적으로 운전할 수 있다.

또한, 폴리아미드 분리 기능층의 평균 막 두께는 14 nm 이상 22 nm 이하인 것이 바람직하고, 16 nm 이상 20 nm 이하이면 보다 바람직하다. 평균 막 두께가 14 nm 미만이면, 충분한 투과 유속(流束)을 얻을 수 있지만, 약액 세정 시의 열화가 일어나기 쉽다. 평균 막 두께가 22 nm보다 크면, 약액 세정 시의 열화를 억제할 수 있지만, 충분한 투과 유속을 얻을 수 없다. 평균 막 두께가 14 nm 이상 22 nm 이하이면, 투과 유속과 약액 세정에 대한 내구성의 밸런스가 양호하게 되어, 고성능 막이 된다.

본 발명에 있어서, 폴리아미드 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차를 2.00 nm 이하로 하기 위해서는, 다층 구조를 가지는 다공성 지지체를 사용하는 것이 바람직하다. 다층 구조를 가지는 다공성 지지체는, 기재와 접촉하는 제1층 및 폴리아미드 분리 기능층과 접촉하는 제2층의 적어도 2개의 층을 가진다. 제1층은 물의 투과 저항을 적게 하기 위해 및 폴리아미드 분리 기능층에 양호한 융기상 구조를 부여하기 위해, 공경이 0.1㎛ 이상 1㎛ 이하의 세공을 가지는 것이 바람직하다. 제2층은, 폴리아미드 분리 기능층의 형성에 필요한 양의 다관능 아민을 유지하고, 또한 폴리아미드 분리 기능층을 형성하는 계면 중축합에 있어서 다관능 아민을 균일하게 방출시키기 위하여, 공경이 1 nm 이상 10 nm 이하의 세공을 가지는 것이 바람직하다. 본 발명자들은, 이와 같은 다층 구조를 가지는 다공성 지지체 상에서, 전술한 바와 같이 계면 중축합에 의해 폴리아미드 분리 기능층을 형성하면, 막 두께가 극히 균일한, 막 두께의 표준 편차가 작은 폴리아미드 분리 기능층이 형성되는 것을 발견하였다. 그리고, 상기 제1층 및 제2층은, 반드시 명확하게 분리되어 있을 필요는 없고, 제1층과 제2층의 계면이 융합될 수도 있다. 제1층의 기재와 접촉하는 영역 및 제2층의 폴리아미드 분리 기능층과 접촉하는 영역이, 각각, 전술한 공경을 가지는 세공을 가지고 있으면 된다.

후술하는 바와 같이, 계면 중축합은, 다관능 아민 수용액이 유지된 다공성 지지체와 다관능 산 할로겐화물 유기용매 용액을 접촉시키는 것에 의해 행해진다. 즉, 다관능 아민 수용액이 다공성 지지체로부터 방출되는 것에 의해, 다관능 산 할로겐화물과 반응하여, 폴리아미드 분리 기능층을 형성한다. 다공성 지지체가 전술한 바와 같은 다층 구조를 가지는 것에 의해, 다공성 지지체로부터 방출된 다관능 아민 수용액이, 균일하고 적절한 유속을 가지는 것에 의해, 막 두께가 균일하고, 또한 양호한 융기상 구조를 부여하는 폴리아미드 분리 기능층을 얻을 수 있는 것으로 여겨진다.

미다공성 지지막의 형태는, 주사형 전자 현미경이나 투과형 전자 현미경, 원자간 현미경에 의해 관찰할 수 있다. 예를 들면, 주사형 전자 현미경으로 관찰한다면, 기재로부터 다공성 지지체를 박리한 후, 이것을 동결할단법으로 절단하여 단면 관찰의 샘플로 한다. 이 샘플에 백금 또는 백금-팔라듐 또는 4산화 루테늄, 바람직하게는 4산화 루테늄을 얇게 코팅하고 3∼6 kV의 가속 전압으로, 고분해능 전계 방사형 주사 전자 현미경(UHR-FE-SEM)으로 관찰한다. 고분해능 전계 방사형 주사 전자 현미경은, 히타치에서 제조한 S-900형 전자 현미경 등이 사용될 수 있다. 얻어진 전자 현미경 사진으로부터 미다공성 지지막의 막 두께나 공경을 결정한다. 여기서, 막 두께나 공경은 평균값을 의미하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 복합 반투막의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 복합 반투막을 구성하는 미다공성 지지막은, 기재 상에, 다공성 지지체를 형성하기 위한 고분자 용액을 도포하고, 응고시킴으로써 형성된다.

전술한 바와 같이, 다공성 지지체로서 제막 후의 투과 유속이 우수한 제1층과 폴리아미드 분리 기능층의 형성에 필요한 양의 다관능 아민을 유지하고, 또한 다관능 아민을 균일하게 방출시키기 위해 미세한 세공을 가지는 제2층을 가지는 다공성 지지체를 얻기 위해서는, 제1층을 형성하기 위한 고분자 용액 A와 제2층을 형성하기 위한 고분자 용액 B가, 서로 다른 조성을 가지는 것이 바람직하다.

제1층을 형성하는 고분자 용액 A가, 다공성 지지체의 재료로서 폴리술폰을 함유하는 경우, 고분자 용액 A의 폴리술폰 농도는, 바람직하게는 12 중량% 이상이며, 보다 바람직하게는 13 중량% 이상이다. 또한, 고분자 용액 A의 폴리술폰 농도는, 바람직하게는 18 중량% 이하이며, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하이다. 고분자 농도가 12 중량% 이상이면, 연통공이 비교적 작게 형성되므로, 제1층으로서 바람직한 공경을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 고분자 농도가 18 중량% 이하이면, 고분자의 응고 전에 상 분리가 충분히 진행되므로, 다공성 구조를 용이하게 얻을 수 있다.

제2층을 형성하는 고분자 용액 B가, 마찬가지로 폴리술폰을 함유하는 경우, 고분자 용액 B의 폴리술폰 농도는, 바람직하게는 14 중량% 이상이며, 보다 바람직하게는 15 중량% 이상, 보다 바람직하게는 15.5 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 16 중량% 이상이다. 또한, 고분자 용액 B의 폴리술폰 농도는, 바람직하게는 25 중량% 이하이며, 보다 바람직하게는 18 중량% 이하이다. 고분자 용액 B의 폴리술폰 농도가 14 중량% 미만이면, 표면 세공이 커지는 경향이 있으며, 폴리아미드 분리 기능층을 형성할 때, 균일하게 아민 용액을 공급하는 것이 곤란하게 된다. 또한, 고분자 용액 B의 폴리술폰 농도가 25 중량%를 초과하면, 표면 세공이 작아지는 경향이 있고, 폴리아미드 분리 기능층을 형성할 때, 충분한 양의 아민 용액을 공급하는 것이 곤란해진다.

또한, 전술한 바와 같은 바람직한 다층 구조를 가지는 다공성 지지체를 얻기 위해서는, 고분자 용액 B의 고분자 농도가, 고분자 용액 A의 고분자 농도보다 큰 것이 바람직하다.

고분자 용액 도포시의 고분자 용액의 온도는, 폴리술폰을 사용하는 경우, 10℃ 이상 60℃ 이하의 범위 내에 있는 용액을 도포하면 된다. 고분자 용액의 온도는, 20℃ 이상 35℃ 이하의 범위가, 보다 바람직하다. 고분자 용액의 온도가 10℃ 미만에서는 고분자와 용매와의 상 분리가 충분히 진행하지 않은 동안에 고분자가 응고되므로, 다공성 구조를 얻는 것이 곤란하게 된다. 또한, 고분자 용액의 온도가 60℃를 초과하면, 상 분리가 지나치게 진행하고 연통공이 커지게 되는 경향이 있어, 소정의 공경으로 하는 것이 곤란하게 된다.

미다공성 지지막의 형성에 있어서는, 기재 상에 제1층을 형성하는 고분자 용액 A를 도포함과 동시에, 제1층 상에 제2층을 형성하는 고분자 용액 B를 도포하는 것이 바람직하다. 고분자 용액 A를 도포하여 경화시킨 후에, 그 위에 고분자 용액 B를 도포한 경우에는, 고분자 용액 A의 상 분리에 의해 형성되는 제1층의 표면에 밀도가 높은 스킨층이 형성되고, 제1층의 투과 유속이 대폭 저하되어, 바람직하지 않다. 그러므로, 고분자 용액 A가 상 분리에 의해 밀도가 높은 스킨층을 형성하지 않을 정도로, 동시에 고분자 용액 B를 도포하는 것이 중요하다. 여기서, 「동시에 도포한다」란, 고분자 용액 A가, 기재에 도달하기 전에, 고분자 용액 B와 접촉되고 있는 상태, 즉 고분자 용액 A가 기재에 도포되었을 때는, 고분자 용액 B가 고분자 용액 A 상에 이미 도포되어 있는 상태를 포함한다.

기재 상으로의 고분자 용액의 도포는, 각종 코팅법에 의해 실시할 수 있지만, 정확한 양의 코팅 용액을 공급할 수 있는, 다이 코팅, 슬라이드 코팅, 커텐 코팅 등의 전계량(前計量) 코팅법이 바람직하게 적용된다. 또한, 다층 구조를 가지는 다공성 지지체의 형성에 있어서는, 제1층을 형성하는 고분자 용액 A와 제2층을 형성하는 고분자 용액 B를, 이중 슬릿 다이코터를 사용하여 동시에 도포하는 이중 슬릿 다이법이 보다 바람직하게 사용된다.

그리고, 고분자 용액 A 및 고분자 용액 B가 함유하는 수지는, 동일한 수지일 수도 있고, 서로 다른 수지일 수도 있다. 수지를 적절하게 선택함으로써, 제조하는 미다공성 지지막의 강도 특성, 투과 특성, 표면 특성 등의 여러 특성을 보다 넓은 범위에서 조정할 수 있다.

그리고, 고분자 용액 A 및 고분자 용액 B가 함유하는 용매는, 고분자의 양용매이면 동일한 용매라도 되고, 서로 다른 용매라도 된다. 제조하는 미다공성 지지막의 강도 특성 및 고분자 용액의 기재로의 함침을 감안하여, 적절하게 선택할 수 있다.

여기서 양용매란, 고분자 재료를 용해시키는 것이다. 양용매로서는, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸술폭시드, 테트라메틸요소；디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 등의 아미드；아세톤, 메틸에틸케톤 등의 저급 알킬케톤；인산 트리메틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르나 락톤；및 이들의 혼합 용매를 들 수 있다.

또한, 상기 고분자 용액은, 얻어지는 미다공성 지지막의 공경, 공극율, 친수성, 탄성율 등을 조절하기 위한 첨가제를 함유할 수도 있다. 공경 및 공극율을 조절하기 위한 첨가제로서는, 물, 알코올류, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 등의 수용성 고분자 또는 그 염, 또한 염화 리튬, 염화 나트륨, 염화 칼슘, 질산 리튬 등의 무기염, 포름 알데히드, 포름 아미드 등이 예시되지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 친수성이나 탄성률을 조절하기 위한 첨가제로서는, 각종 계면활성제를 예로 들 수 있다.

계속하여, 고분자 용액이 도포된 기재를, 상기 고분자에 대하여 비용매이며, 또한 용매 및 첨가제에 대한 혼화성을 가지는 액체 중에 침지함으로써, 고분자 용액이 응고되어, 다공성 지지체가 형성된다.

비용매로서는, 예를 들면, 물；헥산, 펜탄, 트리크롤에틸렌 등의 지방족 탄화수소；벤젠, 톨루엔 등의 방향족 탄화수소；메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 펜탄디올, 헥산디올, 저분자량의 폴리에틸렌 글리콜 등의 지방족 알코올, 및 이들의 혼합 용매 등이 있다.

고분자로서 폴리술폰을 사용한 경우, 비용매로서는, 통상, 물이 바람직하게 사용되지만, 폴리술폰을 용해시키지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 고분자 용액의 조성에 따라 얻어지는 미다공성 지지막의 막 형태가 변화되고, 이에 따라 복합 반투막의 막형성성도 변화한다. 또한, 응고욕의 온도는, -20℃∼100℃가 바람직하다. 보다 바람직하게는 10∼30 ℃이다. 응고욕의 온도가, 전술한 범위보다 높은과 열운동에 의해 응고욕 면의 진동이 심해져서, 막 형성 후의 막 표면의 평활성이 저하되기 쉽다. 반대로 온도가 지나치게 낮으면 응고 속도가 늦어져서, 제막성에 문제가 생긴다.

다음으로, 얻어진 미다공성 지지막을, 막 중에 잔존하는 제막 용매를 제거하기 위하여, 열수(熱水) 세정을 행한다. 이 때의 열수의 온도는 50∼100 ℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 60∼95 ℃이다. 열수의 온도가 전술한 범위보다 높으면 미다공성 지지막의 수축도가 커지고, 투수성이 저하된다. 반대로, 열수의 온도가 낮으면 세정 효과가 작다.

계속하여, 복합 반투막을 구성하는 폴리아미드 분리 기능층의 형성 공정에 대하여 설명한다. 폴리아미드 분리 기능층은, 전술한 다관능 아민을 함유하는 수용액과 다관능 산 할로겐화물을 함유하는, 물과 비혼화성의 유기용매 용액을 사용하고, 미다공성 지지막의 표면에서 계면 중축합을 행함으로써 형성할 수 있다.

다관능 아민 수용액에 있어서의 다관능 아민의 농도는 0.1 중량% 이상 20 중량% 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 이상 15 중량% 이하의 범위 내이다. 다관능 아민의 농도가 전술한 범위이면, 얻어지는 막이 충분한 투수성과 염 및 붕소의 제거 성능을 가질 수 있다. 다관능 아민 수용액에는, 다관능 아민과 다관능 산 할로겐화물의 반응을 방해하지 않으면, 계면활성제나 유기용매, 알칼리성 화합물, 산화 방지제 등이 포함되어 있어도 된다. 계면활성제는, 미다공성 지지막 표면의 젖음성을 향상시키고, 아민 수용액과 유기용매의 사이의 계면장력을 감소시키는 효과가 있다. 유기용매는 계면 중축합 반응의 촉매로서 작용하는 경우가 있으며, 첨가함으로써 계면 중축합 반응을 효율적으로 행할 수 있는 경우가 있다.

유기용매 용액 중의 다관능 산 할로겐화물 농도는, 0.01 중량% 이상 10 중량% 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.02 중량% 이상 2.0 중량% 이하의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 농도를 0.01 중량% 이상으로 함으로써 충분한 반응 속도를 얻을 수 있다. 또한, 농도를 10 중량% 이하로 함으로써 부반응(side reaction)의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 유기용매 용액에 DMF와 같은 아실화 촉매를 함유시키면, 계면 중축합이 촉진되어 보다 바람직하다.

유기용매로서는, 다관능 산 할로겐화물을 용해하고, 미다공성 지지막을 파괴하지 않으며, 다관능 아민 화합물 및 다관능 산 할로겐화물에 대하여 불활성인 것이 바람직하다. 바람직한 예로서, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸 등의 탄화수소 화합물을 들 수 있다.

계면 중축합을 미다공성 지지막 상에서 행하기 위하여, 먼저, 다관능 아민 수용액을 미다공성 지지막에 접촉시킨다. 접촉은, 미다공성 지지막면 상에 균일하게, 또한 연속적으로 행해지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 다관능 아민 수용액을 미다공성 지지막에 코팅하는 방법이나 미다공성 지지막을 다관능 아민 수용액에 침지하는 방법이 있다. 미다공성 지지막과 다관능 아민 수용액과의 접촉 시간은, 5초 이상 10분 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 10초 이상 3분 이하의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.

다관능 아민 수용액을 미다공성 지지막에 접촉시킨 후에는, 막 상에 액적이 남지 않게 충분히 액을 제거한다. 충분히 액을 제거함으로써, 복합 반투막 형성 후에 액적 잔존 부분이 결점으로 되어 복합 반투막의 제거 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 액을 제거하는 방법으로서는, 예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 평 2-78428호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 다관능 아민 수용액 접촉 후의 미다공성 지지막을 수직 방향으로 잡고 과잉의 물 용액을 자연스럽게 흘러내리게 하는 방법이나, 에어 노즐로부터 질소 등의 기류를 분사하여, 강제적으로 액을 제거하는 방법 등을 사용할 수 있다. 또한, 액을 제거한 후, 막면을 건조시켜, 수용액의 수분을 일부 제거할 수도 있다.

이어서, 다관능 아민 수용액 접촉 후의 미다공성 지지막에, 다관능 산 할로겐화물을 포함하는 유기용매 용액을 접촉시켜, 계면 중축합에 의해 폴리아미드 분리 기능층을 형성한다. 다관능 산 할로겐화물을 포함하는 유기용매 용액을 미다공성 지지막에 접촉시키는 방법은, 다관능 아민 수용액을 미다공성 지지막에 피복하는 방법과 동일하다.

계면 중축합 공정에 있어서는, 미다공성 지지막상이 폴리아미드 분리 기능층으로 충분히 덮히고, 또한 계면 중축합 공정의 사이, 접촉시킨 다관능 산 할로겐화물을 포함하는 유기용매 용액이 미다공성 지지막 상에 잔존하는 것이 중요하다. 이에 따라, 계면 중축합을 실시하는 시간은, 0.1초 이상 3분 이하가 바람직하고, 0.1초 이상 1분 이하이면 보다 바람직하다. 계면 중축합을 실시하는 시간을 0.1초 이상 3분 이하로 함으로써, 미다공성 지지막상을 폴리아미드 분리 기능층으로 충분히 덮을 수 있고, 또한 다관능 산 할로겐화물을 포함하는 유기용매 용액을 미다공성 지지막 상에 유지할 수 있다.

계면 중축합에 의해 미다공성 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층을 형성한 후에는, 잉여 용매의 액을 제거한다. 액을 제거하는 방법은, 예를 들면, 막을 수직 방향으로 잡고 과잉의 유기용매를 자연스럽게 흘러내려 제거하는 방법을 이용할 수 있다. 이 경우, 수직 방향으로 잡는 시간은, 1분 이상 5분 이하인 것이 바람직하고, 1분 이상 3분 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 시간이 지나치게 짧으면 분리 기능층이 완전하게 형성되지 않으며, 길면 유기용매가 과건조되어 폴리아미드 분리 기능층에 결손부가 발생하여, 얻어지는 막의 성능이 저하된다.

이와 같이 제조되는 본 발명의 복합 반투막은, 플라스틱 네트 등의 원수 유로재와 트리코(tricot) 등의 투과수 유로재와, 필요에 따라 내압성을 높이기 위한 필름과 함께, 다수의 구멍이 형성된 통형의 집수관의 주위에 권취되어, 스파이럴형 복합 반투막 엘리먼트로서 바람직하게 사용된다. 또한, 이 엘리먼트를 직렬로 또는 병렬로 접속하여 압력 용기에 수납한 복합 반투막 모듈로 만들 수도 있다.

또한, 상기 복합 반투막이나 그 엘리먼트 또는 모듈은, 이들에 원수를 공급하는 펌프나, 상기 원수를 전처리하는 장치 등과 조합하여, 유체 분리 장치를 구성할 수 있다. 이 분리 장치를 사용함으로써, 원수를 음료수 등의 투과수와 막을 투과하지 않은 농축수로 분리하여, 목적에 맞는 물을 얻을 수 있다.

유체 분리 장치의 조작 압력은 높은 것이 염 제거율은 향상되지만, 운전에 필요한 에너지도 증가한다. 또한, 복합 반투막의 내구성을 고려하면, 복합 반투막에 피처리수를 투과할 때의 조작 압력은, 0.5 MPa 이상, 10 MPa 이하가 바람직하다. 공급수 온도는, 높아지면 염 제거율이 저하되지만, 낮아짐에 따라 막투과 유속도 감소하므로, 5℃ 이상, 45℃ 이하가 바람직하다. 또한, 공급수 pH는, 높아지면 해수 등의 고염 농도의 공급수의 경우, 마그네슘 등의 스케일(scale)이 발생할 우려가 있고, 또한, 고 pH 운전에 의한 막의 열화가 우려되므로 중성 영역에서의 운전이 바람직하다.

본 발명에 따른 복합 반투막에 의해 처리되는 원수로서는, 해수, 함수, 배수 등의 500 mg/L 이상 100 g/L 이하의 TDS(Total Dissolved Solids：총용해 고형분)을 함유하는 액상 혼합물을 예로 들 수 있다. 일반적으로, TDS는 총용해 고형분량을 가리키고, 「질량÷체적」에 의해 나타내며, 1 L를 1 kg로 간주하여 「중량비」로 나타낸다. 정의에 의하면, 0.45㎛의 필터로 여과한 용액을 39.5℃ 이상 40.5℃ 이하의 온도에서 증발시키고 잔류물의 무게로부터 산출할 수 있지만, 실용 염분(S)으로부터 환산하는 것이 보다 간편하다.

그리고, 본 발명의 복합 반투막은, 높은 내약품성을 가지는 것을 특징으로 하지만, 내약품성의 지표에 대해서는, pH 1과 pH 13의 각각의 수용액으로의 내성을 지표로 하는 것이 바람직하다. pH 1은 막여과 운전에 있어서의 산 세정 시의 pH로서 가장 강한 조건이며, 또한, pH 13은 알칼리 세정 시의 pH로서 가장 강한 조건이므로, pH 1과 pH 13의 각각의 수용액에 내성을 나타내면, 산이나 알칼리에 의한 세정을 행해도 막이 열화되기 어려운 것이 담보되기 때문이다.

[실시예]

이하에서 실시예에 따라, 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

비교예, 실시예에 있어서의 폴리아미드 분리 기능층의 평균 막 두께 및 막 두께의 표준 편차는 다음과 같이 측정하였다.

(분리 기능층의 평균 막 두께 및 막 두께의 표준 편차)

복합 반투막을 PVA로 포매(包埋)한 후, 4산화 오스뮴으로 염색하여 측정 샘플로 하였다. 얻어진 샘플을 TEM 토모그래피를 사용하여 촬영하고, 얻어진 3D 화상을 해석 소프트웨어에 의해 해석했다. TEM 토모그래피 분석에는, 일본 전자에서 제조한 전계 방출형 분석 전자 현미경 JEM2100F를 사용하였다. 30만배의 배율에서의 취득 화상을 사용하여, 융기상 구조의 외부 표면 상의 어느 점으로부터 내부 표면으로의 최단 거리를 막 두께로 하고, 융기상 구조의 볼록부 1개에 대하여, 50개소의 점에 대하여 해석을 행하였다. 융기상 구조의 볼록부 5개에 대하여 0.1나노미터 이상의 정밀도로 전술한 측정 및 해석을 행하고, 평균 막 두께 및 막 두께의 표준 편차를 각각 식 1 및 식 2로부터 유효 숫자 3자리수로 산출하였다.

평균 막 두께 = 측정 막 두께의 합/표본수···(식 1)

[수식 1]

비교예, 실시예에 있어서의 복합 반투막의 각종 특성은, 복합 반투막에, 농도 2000 ppm, 온도 25℃, pH 7로 조정한 염화 나트륨 수용액을 조작 압력 1.55 MPa로 공급하여 막 여과 처리를 3시간 행하고, 그 후의 투과수 및 공급수의 수질을 측정함으로써 구하였다.

(탈염율)

탈염율 = 100×{1-(투과수 중의 염의 농도/공급수 중의 염의 농도)}(%)

(막 투과 유속)

공급 물의 막 투과수량과 복합 반투막의 면적으로부터, 막 면적 1평방미터 당, 1일당의 투수량, 즉 막 투과 유속(m³/m²/일)을 구하였다.

(내약품성)

복합 반투막을 pH 13의 수산화 나트륨 수용액과 pH 1의 황산 수용액에 각각 1시간씩 실온에서 침지하는 조작을 20 사이클 반복하고, 그 전후에서의 탈염율의 변화에 의해, 내약품성을 평가했다.

SP비=(100 - 침지 후의 탈염율)/(100 - 침지 전의 탈염율)

그리고, SP는 Substance Peameation：물질 투과의 약칭이다.

(참고예 1)

폴리에스테르 부직포(통기도 0.5∼1 cc/cm²/sec)를 기재로서 사용하였다. 다공성 지지체 형성용 용액으로서 폴리술폰의 15.7 중량% DMF 용액을 조제했다. 기재 상에 폴리술폰 용액을 200㎛의 두께로 실온(25℃)에서 캐스트하고, 즉시 순수 중에 침지하여 5분간 방치함으로써 미다공성 지지막(두께 210∼215 ㎛)을 제조하였다.

(참고예 2)

참고예 1과 동일한 폴리에스테르 부직포를 기재로서 사용하였다. 제1 폴리술폰 용액(14.0 중량%의 DMF 용액)과 제2 폴리술폰 용액(17.0 중량%의 DMF 용액)을 조제했다. 이중 스릿트다이코타를 사용하여, 제1 폴리술폰 용액 및 제2 폴리술폰 용액을 동시에 토출하고, 기재 상에 제1 폴리술폰 용액을, 제1 폴리술폰 용액의 상에 제2 폴리술폰 용액을 캐스트했다. 제1 폴리술폰 용액의 두께가 180㎛, 제2 폴리술폰 용액의 두께가 20㎛로 되도록 캐스트하고, 즉시 순수 중에 침지하여 5분간 방치함으로써 미다공성 지지막을 제조하였다.

(실시예 1)

참고예 2에서 얻어진 미다공성 지지막에, m-PDA의 2.0 중량% 수용액을 도포하여 2분간 정치(靜置)한 후, 에어 노즐로부터 질소를 분사하여 미다공성 지지막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거하였다. 이어서, 그 위에, 트리메스산 클로라이드 0.07 중량%를 포함하는 n-데칸 용액을, 표면이 완전하게 젖도록 도포하여 10초간 정치한 후, 막으로부터 여분의 용액을 제거하기 위해 막을 1분간 수직으로 유지하여 액을 제거했다. 이와 같이 하여 얻어진 막을, 90℃의 열수로 2분간 세정하여, 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(실시예 2)

m-PDA 수용액의 농도를 2.2 중량%, 트리메스산 클로라이드 용액의 농도를 0.08 중량%로 한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(실시예 3)

m-PDA 수용액의 농도를 2.4 중량%, 트리메스산 클로라이드 용액의 농도를 0.08 중량%로 한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(실시예 4)

m-PDA 수용액의 농도를 2.8 중량%, 트리메스산 클로라이드 용액의 농도를 0.1 중량%로 한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(실시예 5)

m-PDA 수용액의 농도를 3.0 중량%, 트리메스산 클로라이드 용액의 농도를 0.1 중량%로 한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(실시예 6)

m-PDA 수용액의 농도를 3.2 중량%, 트리메스산 클로라이드 용액의 농도를 0.11 중량%로 한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(비교예 1)

참고예 1에서 얻어진 미다공성 지지막에, m-PDA의 2.2 중량%물 용액을 도포하여 2분간 정치한 후, 에어 노즐로부터 질소를 분사하여 미다공성 지지막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거하였다. 이어서, 그 위에, 트리메스산 클로라이드 0.08 중량%를 포함하는 n-데칸 용액을 표면이 완전하게 젖도록 도포하고 10초간 정치한 후, 막으로부터 여분의 용액을 제거하기 위해 막을 1분간 수직으로 유지하여 액을 제거했다. 이와 같이 하여 얻어진 막을, 90℃의 열수로 2분간 세정하여 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

(비교예 2)

m-PDA 수용액의 농도를 3.0 중량%, 트리메스산 클로라이드 용액의 농도를 0.1 중량%로 한 점 이외는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 복합 반투막을 얻었다. 얻어진 복합 반투막에 대하여, 분리 기능층의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차, 막 성능 및 내약품성은 각각 표 1에 기재된 바와 같다.

[표 1]

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 실시예 1∼6의 복합 반투막은, 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm를 초과하는 비교예 1 및 2의 복합 반투막과 비교하여, 높은 투수 성능과 높은 내약품성이 양립하고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인 복합 반투막 중에서도, 분리 기능층의 평균 막 두께가 14 nm 이상 22 nm 이하인 실시예 2∼5의 복합 반투막, 그 중에서도 분리 기능층의 평균 막 두께가 16 nm 이상 20 nm 이하인 실시예 3 및 4의 복합 반투막은, 실시예 1 및 6의 복합 반투막과 비교하여, 보다 높은 투수 성능과 높은 내약품성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명의 복합 반투막은, 특히, 함수나 해수의 탈염에 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

기재(基材)와 다공성(多孔性) 지지체로 이루어지는 미다공성(微多孔性) 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층이 형성된 복합 반투막으로서,
상기 분리 기능층의 막 두께의 표준 편차가 2.00 nm 이하인, 복합 반투막.
제1항에 있어서,
상기 분리 기능층의 평균 막 두께가 14 nm 이상 22 nm 이하인, 복합 반투막.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 다공성 지지체가 다층 구조를 가지는, 복합 반투막.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 복합 반투막, 원수 유로재 및 투과수 유로재가, 다수의 구멍이 형성된 통형의 집수관(集水管)의 주위에 권취된, 스파이럴형 복합 반투막 엘리먼트.
기재와 다공성 지지체로 이루어지는 미다공성 지지막 상에 폴리아미드 분리 기능층이 형성된 복합 반투막의 제조 방법으로서,
제1층을 형성하는 고분자 용액 A와 제2층을 형성하는 고분자 용액 B를, 동시에 기재 상에 도포한 후, 비용매(非溶媒) 중에 침지(浸漬)하고, 상기 고분자 용액 A 및 상기 고분자 용액 B를 응고시켜 다공성 지지체를 형성하는 공정; 및
계속하여 상기 다공성 지지체 상에 분리 기능층을 형성하는 공정
을 포함하고,
상기 제1층은 상기 기재와 접촉하도록 형성되고, 상기 제2층은 상기 분리 기능층과 접촉하도록 형성되고, 또한 상기 고분자 용액 B의 고분자 농도가, 상기 고분자 용액 A의 고분자 농도보다 큰, 복합 반투막의 제조 방법.