JP2016007593A - Composite semipermeable membrane and manufacturing method for the same - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、透水性、塩阻止率に優れた複合半透膜およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a composite semipermeable membrane excellent in water permeability and salt rejection and a method for producing the same.
塩などの溶解物成分の透過を阻止する水処理分離膜として、微多孔性支持層と、その上に分離機能層を備える複合半透膜が知られている。これまで市販されている複合半透膜の大部分は、分離機能層として、微多孔支持膜上での界面重重合を行うことにより形成されたポリアミドからなる層を備える。 As a water treatment separation membrane that prevents permeation of dissolved components such as salt, a composite semipermeable membrane comprising a microporous support layer and a separation functional layer thereon is known. Most of the composite semipermeable membranes marketed so far include a layer made of polyamide formed by interfacial polymerization on a microporous support membrane as a separation functional layer.
しかしながら、ポリアミド層を備える複合半透膜は、主鎖にアミド結合を有するため、酸化剤に対する耐性が不十分である。特に、殺菌剤として用いられる塩素や過酸化水素への曝露により塩除去性能が著しく低下することが知られている。 However, since the composite semipermeable membrane having a polyamide layer has an amide bond in the main chain, the resistance to an oxidizing agent is insufficient. In particular, it is known that the salt removal performance is significantly reduced by exposure to chlorine or hydrogen peroxide used as a disinfectant.
このような背景から、新たな素材による膜が検討されてきた。膜の分離機能層に酸化剤に対する高い耐久性を付与する例として、特許文献1に記載された発明がある。高い耐薬品性を有するシラン化合物と、製膜技術の汎用性が高く、原料選択の幅も広いエチレン性不飽和化合物を重合して形成された分離機能層を有することで、酸化剤に対する耐性が付与されると記載されている。一方で水処理分離膜に求められる性質は耐薬品性の他に、塩阻止率と透水性を兼ね備えた分離性能の高さがあり、その向上が課題となっている。シラン化合物を有する膜として非特許文献1のようにキトサンとシラン化合物を縮合させて形成されたガス分離膜があるが、膜厚が40μmと極めて厚いために、水処理膜として使用することは本質的に難しい。 From such a background, a film made of a new material has been studied. As an example of imparting high durability against an oxidizing agent to a separation functional layer of a membrane, there is an invention described in Patent Document 1. By having a separation functional layer formed by polymerizing an ethylenically unsaturated compound with high chemical resistance and versatility of film forming technology and a wide range of raw material selection, resistance to oxidizing agents is achieved. It is stated that it will be granted. On the other hand, the properties required for water treatment separation membranes include high separation performance having both a salt rejection and water permeability in addition to chemical resistance. As a film having a silane compound, there is a gas separation film formed by condensing chitosan and a silane compound as in Non-Patent Document 1, but since the film thickness is as extremely thick as 40 μm, it is essential to use it as a water treatment film. Difficult.
本発明では特許文献1に記載の複合半透膜より塩阻止率と透水性のバランスに優れた複合半透膜と、その製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a composite semipermeable membrane having a better balance between salt rejection and water permeability than the composite semipermeable membrane described in Patent Document 1, and a method for producing the same.
上記課題を解決するために、本書は、下記(1)〜(4)の発明を開示する。
(1) 微多孔性支持膜と、前記微多孔性支持膜上に形成された分離機能層と、を備える複合半透膜であって、
前記分離機能層が、下記化合物(A)および(B)に含まれるエチレン性不飽和基を介した重合反応、ならびに化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基の縮合反応の少なくとも、2種の化学反応により形成された化合物を含有し、かつ、
前記分離機能層が、下記化合物(A)の加水分解性基と下記化合物(C)に含まれる水酸基との共有結合を含有する
複合半透膜。
(A)ケイ素原子と、前記ケイ素原子に直接結合したエチレン性不飽和基を有する反応性基と、前記ケイ素原子に直接結合した加水分解性基とを有するケイ素化合物
(B)エチレン性不飽和基を有する上記(A)以外の化合物
(C) 糖化合物
(2) 微多孔性支持膜と、前記微多孔性支持膜上に形成された分離機能層と、を備える複合半透膜であって、
上記分離機能層が、上記化合物(A)および(B)に含まれるエチレン性不飽和基の重合反応により形成された重合物を、上記化合物(C)の存在下、化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基を縮合することにより形成された縮合物を含有する複合半透膜。
(3)化合物(C)が、単糖類、2糖類、3糖類の少なくとも一つであることを特徴とする(1)または(2)に記載の複合半透膜。
(4)化合物(B)が、酸性基を有することを特徴とする、(1)〜(3)いずれかに記載の複合半透膜。
In order to solve the above problems, this document discloses the following inventions (1) to (4).
(1) A composite semipermeable membrane comprising a microporous support membrane and a separation functional layer formed on the microporous support membrane,
The separation functional layer has at least 2 polymerization reactions via ethylenically unsaturated groups contained in the following compounds (A) and (B), and a condensation reaction of hydrolyzable groups of the silicon compound of the compound (A). Contains a compound formed by a chemical reaction of the species, and
The composite semipermeable membrane in which the separation functional layer contains a covalent bond between a hydrolyzable group of the following compound (A) and a hydroxyl group contained in the following compound (C).
(A) a silicon compound having a silicon atom, a reactive group having an ethylenically unsaturated group directly bonded to the silicon atom, and a hydrolyzable group directly bonded to the silicon atom (B) an ethylenically unsaturated group A compound semipermeable membrane comprising a compound (C) other than the above (A) having a saccharide compound (2) a microporous support membrane and a separation functional layer formed on the microporous support membrane,
In the presence of the above compound (C), the separation functional layer is formed by a polymerization reaction of ethylenically unsaturated groups contained in the above compounds (A) and (B). A composite semipermeable membrane containing a condensate formed by condensing a hydrolyzable group of a compound.
(3) The composite semipermeable membrane according to (1) or (2), wherein the compound (C) is at least one of a monosaccharide, a disaccharide, and a trisaccharide.
(4) The composite semipermeable membrane according to any one of (1) to (3), wherein the compound (B) has an acidic group.
本発明によれば、ケイ素化合物の加水分解性基が縮合してなる緻密な架橋構造に、糖化合物がケイ素化合物の加水分解性基と共有結合を有することによって親水化し、塩阻止率と透水性のバランスに優れた複合半透膜が得られる。 According to the present invention, the sugar compound is hydrophilized by having a covalent bond with the hydrolyzable group of the silicon compound in the dense cross-linked structure formed by condensation of the hydrolyzable group of the silicon compound, and the salt blocking rate and water permeability are increased. A composite semipermeable membrane having an excellent balance can be obtained.
本発明の複合半透膜は、溶質と溶媒を分離する分離機能層と、その分離機能層を支持することで強度を与える微多孔性支持膜とを備える。 The composite semipermeable membrane of the present invention includes a separation functional layer that separates a solute and a solvent, and a microporous support membrane that gives strength by supporting the separation functional layer.
[1−1.微多孔性支持膜]
微多孔性支持膜は、分離機能層を支持することで、複合半透膜に強度を与える。分離機能層は微多孔性支持膜の少なくとも片面に設けられる。
[1-1. Microporous support membrane]
The microporous support membrane gives strength to the composite semipermeable membrane by supporting the separation functional layer. The separation functional layer is provided on at least one surface of the microporous support membrane.
基材の上に微多孔性支持膜を設け、さらにその微多孔性支持膜の上に分離機能層を設けることができる。基材の上に分離機能層を設け、さらにその分離機能層の上に微多孔性支持膜を設けることもできる。微多孔性支持膜に複数の分離機能層を設けてもいいが、通常、片面に1層の分離機能層があれば十分である。なお、膜の支持性、目詰まりの防止、および透水性の確保という理由から、目の粗い層から目の細かい順に積層するのが一般的で、基材の上に微多孔性支持膜を設け、さらにその微多孔性支持膜の上に分離機能層を設ける構成が採用されることが多い。 A microporous support membrane can be provided on the substrate, and a separation functional layer can be provided on the microporous support membrane. It is also possible to provide a separation functional layer on the substrate and further provide a microporous support membrane on the separation functional layer. Although a plurality of separation functional layers may be provided on the microporous support membrane, it is usually sufficient to have one separation functional layer on one side. In addition, for reasons of membrane support, prevention of clogging, and ensuring water permeability, the layers are generally laminated in order from fine-grained layer to fine-grained, and a microporous support membrane is provided on the substrate. In addition, a structure in which a separation functional layer is further provided on the microporous support membrane is often employed.
本発明で用いる微多孔性支持膜の表面の細孔径は1nm以上100nm以下の範囲内であることが好ましい。微多孔性支持膜表面の細孔径がこの範囲であれば、得られる複合半透膜が高い純水透過流束を有し、加圧運転中に分離機能層が支持膜孔内に落ち込むことなく構造を維持できる。 The pore diameter of the surface of the microporous support membrane used in the present invention is preferably in the range of 1 nm to 100 nm. If the pore diameter on the surface of the microporous support membrane is within this range, the obtained composite semipermeable membrane has a high pure water permeation flux, and the separation functional layer does not fall into the support membrane pores during the pressurization operation. The structure can be maintained.
ここで、微多孔性支持膜の表面の細孔径は、電子顕微鏡写真により算出できる。微多孔性支持膜の表面を電子顕微鏡写真により撮影し、観察できる細孔すべての直径を測定し、算術平均することにより細孔径を求めることができる。細孔が円状でない場合、画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円(等価円)を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求めることができる。別の手段としては、微小な細孔内にある水は通常の水に比べて融点が低くなるという原理を利用して、示差走査熱量測定(DSC)により細孔径を求めることができる。文献(石切山他、ジャーナル・オブ・コロイド・アンド・インターフェイス・サイエンス、171巻、p103、アカデミック・プレス・インコーポレッド(1995))等にその詳細が記載されている。 Here, the pore diameter of the surface of the microporous support membrane can be calculated from an electron micrograph. The surface of the microporous support membrane is photographed with an electron micrograph, the diameters of all the observable pores are measured, and the pore diameter can be obtained by arithmetic averaging. When the pores are not circular, a circle having an area equal to the area of the pores (equivalent circle) can be obtained by an image processing apparatus or the like, and the equivalent circle diameter can be obtained by the method of setting the diameter of the pores. As another means, the pore diameter can be determined by differential scanning calorimetry (DSC) using the principle that water in minute pores has a lower melting point than ordinary water. The details are described in the literature (Ishikiriyama et al., Journal of Colloids and Interface Science, Vol. 171, p103, Academic Press Incorporated (1995)).
微多孔性支持膜の厚みは、1μm以上5mm以下の範囲内にあると好ましく、10μm以上100μm以下の範囲内にあるとより好ましい。厚みが小さいと微多孔性支持膜の強度が低下し、結果として複合半透膜の強度が低下する傾向にある。一方、厚みが大きいと微多孔性支持膜およびそれから得られる複合半透膜を曲げて使用するときなど取り扱いにくくなる。なお、複合半透膜の強度を上げるため、微多孔性支持膜は布、不織布、紙などで補強されていてもよい。これら補強する材料の好ましい厚みは50μm以上150μm以下である。 The thickness of the microporous support membrane is preferably in the range of 1 μm to 5 mm, and more preferably in the range of 10 μm to 100 μm. When the thickness is small, the strength of the microporous support membrane is lowered, and as a result, the strength of the composite semipermeable membrane tends to be lowered. On the other hand, when the thickness is large, it becomes difficult to handle when the microporous support membrane and the composite semipermeable membrane obtained therefrom are bent. In order to increase the strength of the composite semipermeable membrane, the microporous support membrane may be reinforced with cloth, nonwoven fabric, paper, or the like. The preferred thickness of these reinforcing materials is 50 μm or more and 150 μm or less.
微多孔性支持膜に用いる素材としては特に限定されない。たとえばポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニル系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンオキシドなどのホモポリマーあるいはコポリマーが使用できる。これらのポリマーを単独で、またはブレンドして用いることができる。上記のうち、セルロース系ポリマーとしては、酢酸セルロース、硝酸セルロースなどが例示される。ビニル系ポリマーとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが好ましいものとして例示される。中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホンなどのホモポリマーやコポリマーが好ましい。さらに、これらの素材の中でも、化学的安定性、機械的強度、熱安定性が高く、成型が容易であるポリスルホン、ポリエーテルスルホンを用いることが特に好ましい。 The material used for the microporous support membrane is not particularly limited. For example, homopolymers or copolymers such as polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulose polymer, vinyl polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, and polyphenylene oxide can be used. These polymers can be used alone or blended. Among the above, examples of the cellulose polymer include cellulose acetate and cellulose nitrate. Preferred examples of the vinyl polymer include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile and the like. Of these, homopolymers and copolymers such as polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, and polyphenylene sulfide sulfone are preferable. Furthermore, among these materials, it is particularly preferable to use polysulfone or polyethersulfone which has high chemical stability, mechanical strength and thermal stability and is easy to mold.
[1−2.分離機能層]
本発明の複合半透膜における分離機能層の厚みは5nm以上500nm以下の範囲内にあると好ましい。下限としてはより好ましくは10nmである。上限としてより好ましくは400nmである。薄膜化することでクラックが入りづらくなり、欠点による除去性能低下を回避することができる。さらにそのように薄膜化した分離機能層は透水性を向上させることができる。
[1-2. Separation function layer]
The thickness of the separation functional layer in the composite semipermeable membrane of the present invention is preferably in the range of 5 nm to 500 nm. The lower limit is more preferably 10 nm. More preferably, the upper limit is 400 nm. By making the film thinner, cracks are less likely to occur, and a reduction in removal performance due to defects can be avoided. Further, the separation functional layer thus thinned can improve water permeability.
本発明の分離機能層は、以下の少なくとも2種類の化学反応(I)および(II)により形成された化合物を含有し、かつ、化合物(A)の加水分解性基と下記化合物(C)に含まれる水酸基との共有結合により形成される構造を含有する。
化学反応:
(I)下記化合物(A)および(B)に含まれるエチレン性不飽和基を介した重合反応
(II)化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基の縮合反応
化合物:
(A)ケイ素原子と、前記ケイ素原子に直接結合したエチレン性不飽和基と、前記ケイ素原子に直接結合した加水分解性基とを有するケイ素化合物
(B)エチレン性不飽和基を有する前記(A)以外の化合物
(C)糖化合物
例えば、分離機能層は、化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基の縮合反応(II)を、化合物(C)の存在下で行うことで形成されてもよい。つまり、分離機能層は、化合物(A)および(B)に含まれるエチレン性不飽和基の重合反応により形成された重合物を、化合物(C)の存在下、化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基を縮合することにより形成されてもよい。また、重合反応(I)を行う前に、あらかじめ化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基と化合物(C)の有する水酸基とを共有結合させてもよい。
The separation functional layer of the present invention contains a compound formed by at least two kinds of chemical reactions (I) and (II) below, and includes a hydrolyzable group of the compound (A) and the following compound (C). Contains a structure formed by a covalent bond with an included hydroxyl group.
Chemical reaction:
(I) Polymerization reaction via ethylenically unsaturated group contained in the following compounds (A) and (B) (II) Condensation reaction compound of hydrolyzable group of silicon compound of compound (A):
(A) a silicon compound having a silicon atom, an ethylenically unsaturated group directly bonded to the silicon atom, and a hydrolyzable group directly bonded to the silicon atom (B) the (A) having an ethylenically unsaturated group Compound (C) other than ()) For example, the separation functional layer is formed by conducting the condensation reaction (II) of the hydrolyzable group of the silicon compound of compound (A) in the presence of compound (C). May be. That is, the separation functional layer is a silicon compound that the compound (A) has in the presence of the compound (C) as a polymer formed by the polymerization reaction of the ethylenically unsaturated groups contained in the compounds (A) and (B). It may be formed by condensing the hydrolyzable group. Moreover, before performing the polymerization reaction (I), the hydrolyzable group of the silicon compound of the compound (A) and the hydroxyl group of the compound (C) may be covalently bonded in advance.
化合物(C)がシロキサン架橋構造に導入されることで膜の親水性が向上し、従来のシロキサン化合物含有複合半透膜にない高い透水性が実現される。 By introducing the compound (C) into the siloxane cross-linked structure, the hydrophilicity of the film is improved, and high water permeability that is not found in a conventional siloxane compound-containing composite semipermeable membrane is realized.
さらに、組成物が酸性基を有する化合物(B)を含むことにより、より高い透水性が実現される。 Furthermore, higher water permeability is implement | achieved because a composition contains the compound (B) which has an acidic group.
まず、エチレン性不飽和基および加水分解性基がケイ素原子に直接結合したケイ素化合物(A)について説明する。 First, the silicon compound (A) in which an ethylenically unsaturated group and a hydrolyzable group are directly bonded to a silicon atom will be described.
エチレン性不飽和基を有する反応性基はケイ素原子に直接結合している。このような反応性基としては、ビニル基、アリル基、メタクリルオキシエチル基、メタクリルオキシプロピル基、アクリルオキシエチル基、アクリルオキシプロピル基、スチリル基が例示される。重合性の観点から、反応性基は、メタクリルオキシプロピル基、アクリルオキシプロピル基、スチリル基が好ましい。 The reactive group having an ethylenically unsaturated group is directly bonded to the silicon atom. Examples of such reactive groups include vinyl groups, allyl groups, methacryloxyethyl groups, methacryloxypropyl groups, acryloxyethyl groups, acryloxypropyl groups, and styryl groups. From the viewpoint of polymerizability, the reactive group is preferably a methacryloxypropyl group, an acryloxypropyl group, or a styryl group.
加水分解性基としては、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、カルボキシ基、ケトオキシム基、アミノヒドロキシ基、ハロゲン原子およびイソシアネート基が例示される。アルコキシ基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜2であることがさらに好ましい。アルケニルオキシ基の炭素数は、2〜10であることが好ましく、2〜4であることがより好ましく、3であることがさらに好ましい。カルボキシ基の炭素数は、2〜10であることが好ましく、2であることがより好ましい。2つの炭素を有するカルボキシ基とは、すなわちアセトキシ基である。ケトオキシム基としては、メチルエチルケトオキシム基、ジメチルケトオキシム基、ジエチルケトオキシム基が例示される。アミノヒドロキシ基は、酸素を介してアミノ基が酸素原子を介してケイ素原子に結合している。このようなアミノヒドロキシ基としては、ジメチルアミノヒドロキシ基、ジエチルアミノヒドロキシ基、メチルエチルアミノヒドロキシ基が例示される。ハロゲン原子としては、塩素原子が好ましく使用される。 Examples of the hydrolyzable group include an alkoxy group, an alkenyloxy group, a carboxy group, a ketoxime group, an aminohydroxy group, a halogen atom and an isocyanate group. It is preferable that carbon number of an alkoxy group is 1-10, and it is more preferable that it is 1-2. The alkenyloxy group preferably has 2 to 10 carbon atoms, more preferably 2 to 4 carbon atoms, and still more preferably 3. The number of carbon atoms of the carboxy group is preferably 2 to 10, and more preferably 2. A carboxy group having two carbons is an acetoxy group. Examples of the ketoxime group include a methyl ethyl ketoxime group, a dimethyl ketoxime group, and a diethyl ketoxime group. In the aminohydroxy group, the amino group is bonded to the silicon atom via an oxygen atom via oxygen. Examples of such aminohydroxy groups include dimethylaminohydroxy group, diethylaminohydroxy group, and methylethylaminohydroxy group. As the halogen atom, a chlorine atom is preferably used.
ケイ素化合物においては、上記加水分解性基の一部が加水分解し、シラノール構造をとっていてもよい。また2以上のケイ素化合物が、加水分解性基の一部が加水分解、縮合し架橋しない程度に高分子量化していてもよい。 In the silicon compound, a part of the hydrolyzable group may be hydrolyzed to have a silanol structure. Two or more silicon compounds may have a high molecular weight to such an extent that some of the hydrolyzable groups are not hydrolyzed, condensed and crosslinked.
ケイ素化合物(A)としては下記一般式(a)で表されるものであることが好ましい。
Si(R1)m(R2)n(R3)4−m−n ・・・(a)
(R1はエチレン性不飽和基を含む反応性基を示す。R2はアルコキシ基、アルケニルオキシ基、カルボキシ基、ケトオキシム基、ハロゲン原子またはイソシアネート基のいずれかを表す。R3はHまたはアルキル基を表す。m、nはm+n≦4を満たす整数であり、m≧1、n≧1を満たす。R1、R2、R3それぞれにおいて2以上の官能基がケイ素原子に結合している場合、同一であっても異なっていてもよい。)
R1はエチレン性不飽和基を含む反応性基であり、具体的な構造は、上で解説したとおりである。R2は加水分解性基であり、具体的な構造は、上で解説したとおりである。R3となるアルキル基の炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜2であることがさらに好ましい。
The silicon compound (A) is preferably represented by the following general formula (a).
Si (R 1 ) m (R 2 ) n (R 3 ) 4-mn (a)
(R 1 represents a reactive group containing an ethylenically unsaturated group. R 2 represents an alkoxy group, an alkenyloxy group, a carboxy group, a ketoxime group, a halogen atom or an isocyanate group. R 3 represents H or alkyl. M and n are integers satisfying m + n ≦ 4 and satisfy m ≧ 1 and n ≧ 1 In each of R 1 , R 2 and R 3 , two or more functional groups are bonded to a silicon atom. They may be the same or different.)
R 1 is a reactive group containing an ethylenically unsaturated group, and its specific structure is as described above. R 2 is a hydrolyzable group, and the specific structure is as described above. It is preferable that carbon number of the alkyl group used as R < 3 > is 1-10, and it is more preferable that it is 1-2.
加水分解性基としては、分離機能層の形成にあたって、反応液が粘性を持つことからアルコキシ基が好ましく用いられる。 As the hydrolyzable group, an alkoxy group is preferably used in forming the separation functional layer because the reaction solution has viscosity.
このようなケイ素化合物(A)としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、スチリルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシランが例示される。 Examples of the silicon compound (A) include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, styryltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, and methacryloxy. Examples are propyltriethoxysilane and acryloxypropyltrimethoxysilane.
ケイ素化合物(A)の他、エチレン性不飽和基を有する反応性基を有しないが、加水分解性基を有するケイ素化合物を併せて使用することもできる。このようなケイ素化合物は、下記一般式(b)であらわされるものであることが好ましい。
Si(R4)p(R5)4−p ・・・(b)
(R4はアルコキシ基、アルケニルオキシ基、カルボキシ基、ケトオキシム基、ハロゲン原子またはイソシアネート基のいずれかを表す。R5はHまたはアルキル基を表す。pは1≦p≦4を満たす整数である。R4、R5それぞれにおいて2以上の官能基がケイ素原子に結合している場合、同一であっても異なっていてもよい。)
このようなものとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシランが例示される。
In addition to the silicon compound (A), it does not have a reactive group having an ethylenically unsaturated group, but a silicon compound having a hydrolyzable group can also be used. Such a silicon compound is preferably represented by the following general formula (b).
Si (R 4 ) p (R 5 ) 4-p (b)
(R 4 represents an alkoxy group, an alkenyloxy group, a carboxy group, a ketoxime group, a halogen atom or an isocyanate group. R 5 represents H or an alkyl group. P is an integer satisfying 1 ≦ p ≦ 4. When two or more functional groups are bonded to a silicon atom in each of R 4 and R 5, they may be the same or different.
Examples of such include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, and methyltriethoxysilane.
次に化合物(A)以外の化合物であって、エチレン性不飽和基を有する化合物(B)について説明する。 Next, the compound (B) which is a compound other than the compound (A) and has an ethylenically unsaturated group will be described.
エチレン性不飽和基は付加重合性を有する。かような化合物としてはエチレン、プロピレン、メタアクリル酸、アクリル酸、スチレンおよびこれらの誘導体が例示される。 The ethylenically unsaturated group has addition polymerizability. Examples of such compounds include ethylene, propylene, methacrylic acid, acrylic acid, styrene, and derivatives thereof.
さらにこの化合物(B)は、複合半透膜を水溶液の分離などに用いたときに水の選択的透過性を高め、塩の阻止率を上げるために、酸基を有するアルカリ可溶性の化合物であることが好ましい。 Further, this compound (B) is an alkali-soluble compound having an acid group in order to increase the selective permeability of water and increase the salt rejection when the composite semipermeable membrane is used for separation of an aqueous solution or the like. It is preferable.
好ましい酸基としては、カルボン酸、ホスホン酸、リン酸およびスルホン酸が挙げられ、これらの酸基は、遊離酸、エステル、および塩のいずれの状態で存在してもよい。これらのエチレン性不飽和基を1個以上有する化合物は、2つ以上の酸基を含有し得るが、中でも1個〜2個の酸基を含有することが好ましい。 Preferred acid groups include carboxylic acid, phosphonic acid, phosphoric acid and sulfonic acid, and these acid groups may be present in any state of free acid, ester and salt. These compounds having one or more ethylenically unsaturated groups may contain two or more acid groups, and among them, it is preferable to contain 1 to 2 acid groups.
化合物(B)の中でカルボン酸基を有する化合物としては、マレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、2−(ヒドロキシメチル)アクリル酸、4−(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメリト酸および対応する無水物、10−メタクリロイルオキシデシルマロン酸、N−(2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシプロピル)−N−フェニルグリシン、並びに4−ビニル安息香酸が例示される。 Among the compounds having a carboxylic acid group among the compounds (B), maleic acid, maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid, 2- (hydroxymethyl) acrylic acid, 4- (meth) acryloyloxyethyl trimellitic acid and Corresponding anhydrides, 10-methacryloyloxydecylmalonic acid, N- (2-hydroxy-3-methacryloyloxypropyl) -N-phenylglycine, and 4-vinylbenzoic acid are exemplified.
化合物(B)の中でホスホン酸基を有する化合物としては、ビニルホスホン酸、4−ビニルフェニルホスホン酸、4−ビニルベンジルホスホン酸、2−メタクリロイルオキシエチルホスホン酸、2−メタクリルアミドエチルホスホン酸、4−メタクリルアミド−4−メチル−フェニル−ホスホン酸、2−[4−(ジヒドロキシホスホリル)−2−オキサ−ブチル]−アクリル酸、および2−[2−ジヒドロキシホスホリル)−エトキシメチル]−アクリル酸−2,4,6−トリメチル−フェニルエステルが例示される。 Among the compounds having a phosphonic acid group among the compounds (B), vinylphosphonic acid, 4-vinylphenylphosphonic acid, 4-vinylbenzylphosphonic acid, 2-methacryloyloxyethylphosphonic acid, 2-methacrylamidoethylphosphonic acid, 4-methacrylamide-4-methyl-phenyl-phosphonic acid, 2- [4- (dihydroxyphosphoryl) -2-oxa-butyl] -acrylic acid, and 2- [2-dihydroxyphosphoryl) -ethoxymethyl] -acrylic acid Examples include -2,4,6-trimethyl-phenyl ester.
化合物(B)の中でリン酸エステルの化合物としては、2−メタクリロイルオキシプロピル一水素リン酸および2−メタクリロイルオキシプロピル二水素リン酸、2−メタクリロイルオキシエチル一水素リン酸および2−メタクリロイルオキシエチル二水素リン酸、2−メタクリロイルオキシエチル−フェニル−水素リン酸、ジペンタエリトリトール−ペンタメタクリロイルオキシホスフェート、10−メタクリロイルオキシデシル−二水素リン酸、ジペンタエリトリトールペンタメタクリロイルオキシホスフェート、リン酸モノ−(1−アクリロイル−ピペリジン−4−イル)−エステル、6−(メタクリルアミド)ヘキシル二水素ホスフェート、ならびに1,3−ビス−(N−アクリロイル−N−プロピル−アミノ)−プロパン−2−イル−二水素ホスフェートが例示される。 Among the compounds of the compound (B), 2-methacryloyloxypropyl monohydrogen phosphate, 2-methacryloyloxypropyl dihydrogen phosphate, 2-methacryloyloxyethyl monohydrogen phosphate and 2-methacryloyloxyethyl Dihydrogen phosphate, 2-methacryloyloxyethyl-phenyl-hydrogen phosphate, dipentaerythritol-pentamethacryloyloxyphosphate, 10-methacryloyloxydecyl-dihydrogen phosphate, dipentaerythritol pentamethacryloyloxyphosphate, mono-(( 1-acryloyl-piperidin-4-yl) -ester, 6- (methacrylamide) hexyl dihydrogen phosphate, and 1,3-bis- (N-acryloyl-N-propyl-amino) -propan-2-yl - dihydrogen phosphate are exemplified.
化合物(B)の中でスルホン酸基を有する化合物としては、ビニルスルホン酸、4−ビニルフェニルスルホン酸および3−(メタクリルアミド)プロピルスルホン酸が挙げられる。 Examples of the compound having a sulfonic acid group among the compounds (B) include vinyl sulfonic acid, 4-vinylphenyl sulfonic acid, and 3- (methacrylamide) propyl sulfonic acid.
続いて糖化合物(C)について説明する。 Next, the sugar compound (C) will be described.
糖化合物としては、グルコース、マンノースおよびガラクトース等の単糖;これらの単糖同士がグリコシド結合を介して構成されるオリゴ糖および多糖;並びに、これらの糖類の水酸基に非糖類が結合した配糖体があげられる。例えば、グルコース、マンノース、ガラクトース、フコース、ラムノース、アラビノース、マルトース、トレハロース、ラフィノース、スクロース、セルロース、シクロデキストリンなどがあげられる。単糖類、2糖類、3糖類を用いることが好ましい。これらの糖は単独または2種以上を組み合わせて用いてよい。 Examples of sugar compounds include monosaccharides such as glucose, mannose, and galactose; oligosaccharides and polysaccharides in which these monosaccharides are configured via glycosidic bonds; and glycosides in which non-saccharides are bonded to hydroxyl groups of these saccharides. Can be given. For example, glucose, mannose, galactose, fucose, rhamnose, arabinose, maltose, trehalose, raffinose, sucrose, cellulose, cyclodextrin and the like can be mentioned. Monosaccharides, disaccharides and trisaccharides are preferably used. These sugars may be used alone or in combination of two or more.
[1−3.基材]
複合半透膜の強度、寸法安定性等の観点から、複合半透膜本体は基材を有していてもよい。基材としては、強度、凹凸形成能および流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。
[1-3. Base material]
From the viewpoint of the strength and dimensional stability of the composite semipermeable membrane, the composite semipermeable membrane main body may have a substrate. As the base material, it is preferable to use a fibrous base material in terms of strength, unevenness forming ability and fluid permeability.
基材としては、長繊維不織布および短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。特に、長繊維不織布は、優れた製膜性を有するので、高分子溶液を流延した際に、その溶液が過浸透による裏抜けすること、多孔性支持膜が剥離すること、さらには基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、およびピンホール等の欠点が生じることを抑制できる。さらに基材が熱可塑性連続フィラメントにより構成される長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布と比べて、高分子溶液を流延した際に繊維の毛羽立ちによって起きる不均一化および膜欠点の発生を抑制することができる。さらに、複合半透膜は、連続製膜されるときに、製膜方向に対し張力がかけられるので、寸法安定性に優れる長繊維不織布を基材として用いることが好ましい。 As a base material, both a long fiber nonwoven fabric and a short fiber nonwoven fabric can be used preferably. In particular, long-fiber nonwoven fabrics have excellent film-forming properties, so that when a polymer solution is cast, the solution penetrates through excessive penetration, the porous support membrane peels off, and the substrate It is possible to prevent the film from becoming non-uniform due to fluffing and the like, and the occurrence of defects such as pinholes. Furthermore, since the base material is made of a long-fiber non-woven fabric composed of thermoplastic continuous filaments, non-uniformity and film defects caused by fiber fluffing when a polymer solution is cast compared to a short-fiber non-woven fabric are generated. Can be suppressed. Furthermore, since the composite semipermeable membrane is subjected to tension in the film forming direction when continuously formed, it is preferable to use a long fiber nonwoven fabric having excellent dimensional stability as a base material.
[2.製造方法]
上述の複合半透膜は、微多孔性支持膜上に分離機能層を形成する工程を備える製造方法によって製造可能である。
[2. Production method]
The composite semipermeable membrane described above can be manufactured by a manufacturing method including a step of forming a separation functional layer on a microporous support membrane.
微多孔性支持膜上に分離機能層を形成する工程とは、
(i)エチレン性不飽和基を介して化合物(A)および(B)を重合する工程、
(ii)化合物(A)、(B)を含む反応液あるいはその重合物溶液を微多孔性支持膜上に塗布する工程、
(iii)化合物(A)の有する加水分解性基同士の縮合、および化合物(C)に含まれる水酸基との縮合反応による共有結合の形成を行う工程、
である。
なお、(i)、(ii)の工程で化合物(C)を含んでいてもよい。さらに、(i)、(ii)、(iii)の工程はこの順に行う必要はなく、それぞれを同時に行ってもよい。
The step of forming the separation functional layer on the microporous support membrane is
(i) polymerizing compounds (A) and (B) via an ethylenically unsaturated group;
(ii) applying a reaction solution containing the compounds (A) and (B) or a polymer solution thereof on the microporous support membrane;
(iii) a step of condensing hydrolyzable groups possessed by the compound (A) and forming a covalent bond by a condensation reaction with a hydroxyl group contained in the compound (C);
It is.
In addition, the compound (C) may be included in the steps (i) and (ii). Furthermore, the steps (i), (ii), and (iii) do not have to be performed in this order, and may be performed simultaneously.
以下に、分離機能層の製造工程をより具体的に説明する。 Below, the manufacturing process of the isolation | separation functional layer is demonstrated more concretely.
まず、化合物(A)および(B)または化合物(A)、(B)および(C)を溶媒に溶解させ、エチレン性不飽和基を介した重合反応を行う。このような溶媒としては微多孔性支持膜を破壊せず、化合物(A)および(B)または化合物(A)、(B)および(C)、ならびに必要に応じて添加される重合開始剤を溶解するものであれば特に限定されない。 First, the compounds (A) and (B) or the compounds (A), (B) and (C) are dissolved in a solvent, and a polymerization reaction is performed via an ethylenically unsaturated group. As such a solvent, compounds (A) and (B) or compounds (A), (B) and (C), and a polymerization initiator which is added as necessary, do not destroy the microporous support membrane. If it melt | dissolves, it will not specifically limit.
化合物(A)のモル数に対して1倍モル以上1000倍モル以下の水を、上記反応溶液に無機酸または有機酸と共に添加して、化合物(A)の加水分解を促すことが好ましい。 It is preferable to add 1 to 1000 times the amount of water with respect to the number of moles of the compound (A) to the reaction solution together with an inorganic acid or an organic acid to promote hydrolysis of the compound (A).
反応液の溶媒としては、水、アルコール系有機溶媒、エーテル系有機溶媒、ケトン系有機溶媒および、これらを混ぜ合わせたものが好ましい。例えば、アルコール系有機溶媒として、メタノール、エトキシメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アミルアルコール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、エチレングリコールモノメチルエーテル(2-メトキシエタノール)、エチレングリコールモノアセトエステル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、メトキシブタノール等が挙げられる。また、エーテル系有機溶媒として、メチラール、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジアミルエーテル、ジエチルアセタール、ジヘキシルエーテル、トリオキサン、ジオキサン等が挙げられる。また、ケトン系有機溶媒として、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルシクロヘキシルケトン、ジエチルケトン、エチルブチルケトン、トリメチルノナノン、アセトニトリルアセトン、ジメチルオキシド、ホロン、シクロヘキサノン、ダイアセトンアルコール等が挙げられる。 As the solvent for the reaction solution, water, an alcohol-based organic solvent, an ether-based organic solvent, a ketone-based organic solvent, and a mixture thereof are preferable. For example, as alcohol-based organic solvents, methanol, ethoxymethanol, ethanol, propanol, butanol, amyl alcohol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, ethylene glycol monomethyl ether (2-methoxyethanol), ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol monomethyl ether, Examples include diethylene glycol monoacetate, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol monoethyl ether, and methoxybutanol. Examples of ether organic solvents include methylal, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diamyl ether, diethyl acetal, dihexyl ether, trioxane, dioxane and the like. As ketone organic solvents, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, methyl cyclohexyl ketone, diethyl ketone, ethyl butyl ketone, trimethylnonanone, acetonitrile acetone, dimethyl oxide, phorone, cyclohexanone, dye Acetone alcohol etc. are mentioned.
溶媒の添加量としては、反応液の全重量に対して50重量%以上99重量%以下が好ましく、さらには80重量%以上99重量%以下が好ましい。溶媒の添加量が多すぎると膜中に欠点が生じやすい傾向があり、少なすぎると得られる複合半透膜の透水性が低くなる傾向がある。 The amount of the solvent added is preferably from 50% by weight to 99% by weight, more preferably from 80% by weight to 99% by weight, based on the total weight of the reaction solution. If the amount of the solvent added is too large, defects tend to occur in the membrane, and if it is too small, the water permeability of the resulting composite semipermeable membrane tends to be low.
化合物(A)と化合物(B)に含まれるエチレン性不飽和基の重合方法としては、熱処理、電磁波照射、電子線照射、プラズマ照射により行うことができる。ここで電磁波とは赤外線、紫外線、X線、γ線などを含む。重合方法は適宜最適な選択をすればよいが、ランニングコスト、生産性などの点から電磁波照射による重合が好ましい。電磁波の中でも赤外線照射や紫外線照射が簡便性の点からより好ましい。実際に赤外線または紫外線を用いて重合を行う際、これらの光源は選択的にこの波長域の光のみを発生する必要はなく、これらの波長域の電磁波を含むものであればよい。しかし、重合時間の短縮、重合条件の制御などのしやすさの点から、これらの電磁波の強度がその他の波長域の電磁波に比べ高いことが好ましい。 As a polymerization method of the ethylenically unsaturated group contained in the compound (A) and the compound (B), heat treatment, electromagnetic wave irradiation, electron beam irradiation, and plasma irradiation can be performed. Here, the electromagnetic wave includes infrared rays, ultraviolet rays, X-rays, γ rays and the like. The polymerization method may be appropriately selected as appropriate, but polymerization by electromagnetic wave irradiation is preferred from the viewpoint of running cost, productivity and the like. Among electromagnetic waves, infrared irradiation and ultraviolet irradiation are more preferable from the viewpoint of simplicity. When the polymerization is actually performed using infrared rays or ultraviolet rays, these light sources do not need to selectively generate only light in this wavelength range, and any light source containing electromagnetic waves in these wavelength ranges may be used. However, from the viewpoint of ease of shortening the polymerization time and controlling the polymerization conditions, it is preferable that the intensity of these electromagnetic waves is higher than electromagnetic waves in other wavelength regions.
電磁波は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、UVランプ、エキシマランプ、メタルハライドランプ、希ガス蛍光ランプ、水銀灯などから発生させることができる。電磁波のエネルギーは重合できれば特に制限しないが、中でも高効率で低波長の紫外線が薄膜形成性が高い。かような紫外線は低圧水銀灯、エキシマレーザーランプにより発生させることができる。本発明に係る分離機能層の厚み、形態はそれぞれの重合条件によっても大きく変化することがあり、電磁波による重合であれば電磁波の波長、強度、被照射物との距離、処理時間により大きく変化することがある。そのためこれらの条件は適宜最適化を行う必要がある。 Electromagnetic waves can be generated from halogen lamps, xenon lamps, UV lamps, excimer lamps, metal halide lamps, rare gas fluorescent lamps, mercury lamps, and the like. The energy of the electromagnetic wave is not particularly limited as long as it can be polymerized, but in particular, high-efficiency, low-wavelength ultraviolet rays have high film-forming properties. Such ultraviolet rays can be generated by a low-pressure mercury lamp or an excimer laser lamp. The thickness and form of the separation functional layer according to the present invention may vary greatly depending on the respective polymerization conditions. If polymerization is performed using electromagnetic waves, the thickness and shape of the separation functional layers vary greatly depending on the wavelength of electromagnetic waves, the intensity, the distance to the irradiated object, and the processing time. Sometimes. Therefore, these conditions need to be optimized as appropriate.
重合速度を速める目的で分離機能層形成の際に重合開始剤、重合促進剤等を添加することが好ましい。ここで、重合開始剤、重合促進剤とは特に限定されるものではなく、用いる化合物の構造、重合手法などに合わせて適宜選択されるものである。 For the purpose of increasing the polymerization rate, it is preferable to add a polymerization initiator, a polymerization accelerator or the like during the formation of the separation functional layer. Here, the polymerization initiator and the polymerization accelerator are not particularly limited, and are appropriately selected according to the structure of the compound to be used, the polymerization technique, and the like.
重合開始剤を以下例示する。電磁波による重合の開始剤としては、ベンゾインエーテル、ジアルキルベンジルケタール、ジアルコキシアセトフェノン、アシルホスフィンオキシドもしくはビスアシルホスフィンオキシド、α−ジケトン(例えば、9,10−フェナントレンキノン)、ジアセチルキノン、フリルキノン、アニシルキノン、4,4’−ジクロロベンジルキノンおよび4,4’−ジアルコキシベンジルキノン、およびショウノウキノンが、例示される。熱による重合の開始剤としては、アゾ化合物(例えば、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)もしくはアゾビス−(4−シアノバレリアン酸)、または過酸化物(例えば、過酸化ジベンゾイル、過酸化ジラウロイル、過オクタン酸tert−ブチル、過安息香酸tert−ブチルもしくはジ−(tert−ブチル)ペルオキシド)、さらに芳香族ジアゾニウム塩、ビススルホニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、アルキルリチウム、クミルカリウム、ナトリウムナフタレン、ジスチリルジアニオンが例示される。なかでもベンゾピナコールおよび2,2’−ジアルキルベンゾピナコールは、ラジカル重合のための開始剤として特に好ましい。 The polymerization initiator is exemplified below. As an initiator for polymerization by electromagnetic waves, benzoin ether, dialkylbenzyl ketal, dialkoxyacetophenone, acylphosphine oxide or bisacylphosphine oxide, α-diketone (for example, 9,10-phenanthrenequinone), diacetylquinone, furylquinone, anisylquinone, 4,4′-dichlorobenzylquinone and 4,4′-dialkoxybenzylquinone, and camphorquinone are exemplified. Initiators for thermal polymerization include azo compounds (eg, 2,2′-azobis (isobutyronitrile) (AIBN) or azobis- (4-cyanovaleric acid), or peroxides (eg, dibenzoyl peroxide). , Dilauroyl peroxide, tert-butyl peroctanoate, tert-butyl perbenzoate or di- (tert-butyl) peroxide), aromatic diazonium salts, bissulfonium salts, aromatic iodonium salts, aromatic sulfonium salts, Examples include potassium sulfate, ammonium persulfate, alkyllithium, cumylpotassium, sodium naphthalene, distyryl dianion, and benzopinacol and 2,2'-dialkylbenzopinacol are particularly preferred as initiators for radical polymerization.
過酸化物およびα−ジケトンは、開始を加速するために、好ましくは、芳香族アミンと組み合わせて使用される。この組み合わせはレドックス系とも呼ばれる。このような系の例としては、過酸化ベンゾイルまたはショウノウキノンと、アミン(例えば、N,N−ジメチル−p−トルイジン、N,N−ジヒドロキシエチル−p−トルイジン、p−ジメチル−アミノ安息香酸エチルエステルまたはその誘導体)との組み合わせである。さらに、過酸化物を、還元剤としてのアスコルビン酸、バルビツレートまたはスルフィン酸と組み合わせて含有する系もまた好ましい。 Peroxides and α-diketones are preferably used in combination with aromatic amines to accelerate initiation. This combination is also called a redox system. Examples of such systems include benzoyl peroxide or camphorquinone and amines (eg, N, N-dimethyl-p-toluidine, N, N-dihydroxyethyl-p-toluidine, ethyl p-dimethyl-aminobenzoate). Ester or a derivative thereof). Furthermore, a system containing a peroxide in combination with ascorbic acid, barbiturate or sulfinic acid as a reducing agent is also preferred.
重合物溶液と微多孔性支持膜の接触は、微多孔性支持膜面上で均一かつ連続的に行うことが好ましい。具体的には、例えば、重合物溶液をスピンコーター、ワイヤーバー、フローコーター、ダイコーター、ロールコーター、スプレーなどの塗布装置を用いて微多孔性支持膜にコーティングする方法があげられる。さらに、微多孔性支持膜を、重合物溶液に浸漬する方法をあげることができる。 The contact between the polymer solution and the microporous support membrane is preferably performed uniformly and continuously on the surface of the microporous support membrane. Specifically, for example, a method of coating the polymer solution on the microporous support film using a coating apparatus such as a spin coater, a wire bar, a flow coater, a die coater, a roll coater, or a spray. Furthermore, the method of immersing a microporous support membrane in a polymer solution can be mentioned.
浸漬させる場合、微多孔性支持膜と重合物溶液との接触時間は、0.5分間以上10分間以下の範囲であることが好ましく、1分間以上3分間以下の範囲内であるとさらに好ましい。重合物溶液を微多孔性支持膜に接触させた後は、膜状に液滴が残らないように十分に液切りすることが好ましい。十分に液切りすることで、膜形成後に液滴残存部分が膜欠点となって膜性能が低下することを防ぐことができる。液切りの方法としては、重合物溶液接触後の微多孔性支持膜を垂直方向に把持して過剰の重合物溶液を自然流下させる方法や、エアーノズルから窒素などの風を吹き付け、強制的に液切りする方法などを用いることができる。液切り後、膜面を乾燥させ、重合物溶液の溶媒分の一部を除去することもできる。 When immersed, the contact time between the microporous support membrane and the polymer solution is preferably in the range of 0.5 minutes to 10 minutes, and more preferably in the range of 1 minute to 3 minutes. After the polymer solution is brought into contact with the microporous support membrane, it is preferable to sufficiently drain the liquid so that droplets do not remain in the membrane. By sufficiently draining the liquid, it is possible to prevent the remaining portion of the liquid droplet from becoming a film defect after the film is formed and deteriorating the film performance. The liquid draining method includes a method in which the microporous support membrane after contact with the polymer solution is vertically gripped and the excess polymer solution is allowed to flow down naturally, or air such as nitrogen is blown from an air nozzle to force A method of draining can be used. After draining, the membrane surface can be dried to remove part of the solvent content of the polymer solution.
このとき、重合反応を行う際に化合物(C)を添加しなかった場合、微多孔性支持膜と重合物溶液との接触前に化合物(C)を重合物溶液に添加する。重合反応を行う際に添加していた場合でも、既に添加した化合物(C)と同一あるいは異なる糖化合物を添加してもよい。 At this time, when the compound (C) is not added during the polymerization reaction, the compound (C) is added to the polymer solution before the contact between the microporous support membrane and the polymer solution. Even when added during the polymerization reaction, a saccharide compound which is the same as or different from the already added compound (C) may be added.
重合物の加水分解性基を縮合させる工程は、微多孔性支持膜上に重合物溶液を接触させた後に加熱処理することによって行われる。このときの加熱温度は、微多孔性支持膜が溶融し分離膜としての性能が低下する温度より低いことが要求される。縮合反応を速やかに進行させるために通常0℃以上で加熱を行うことが好ましく、20℃以上がより好ましい。また、前記反応温度は、150℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましい。反応温度が0℃以上であれば、加水分解および縮合反応が速やかに進行し、150℃以下であれば、加水分解および縮合反応の制御が容易になる。また、加水分解または縮合を促進する触媒を添加することで、より低温でも反応を進行させることが可能である。さらに本発明では分離機能層が細孔を有するよう加熱条件および湿度条件を選定し、縮合反応を適切に行うようにする。 The step of condensing the hydrolyzable group of the polymer is performed by bringing the polymer solution into contact with the microporous support membrane, followed by heat treatment. The heating temperature at this time is required to be lower than the temperature at which the microporous support membrane melts and the performance as a separation membrane decreases. In order to allow the condensation reaction to proceed rapidly, it is usually preferred to heat at 0 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher. Further, the reaction temperature is preferably 150 ° C. or lower, and more preferably 100 ° C. or lower. If the reaction temperature is 0 ° C. or higher, the hydrolysis and condensation reaction proceed rapidly, and if it is 150 ° C. or lower, the hydrolysis and condensation reaction are easily controlled. Further, by adding a catalyst that promotes hydrolysis or condensation, the reaction can proceed even at a lower temperature. Furthermore, in the present invention, the heating condition and the humidity condition are selected so that the separation functional layer has pores, and the condensation reaction is appropriately performed.
上記の方法で作製した分離機能層のIR測定により、化合物(C)の有する水酸基と、化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基が共有結合を有していることが証明可能であることが多い。なお、特許文献(特開2012−135757)に記載のように、作製した複合半透膜を化合物(C)を含む溶液に接触させたとしても、このような共有結合の存在は確認されない。そのため、重合物の加水分解性基を縮合させる工程の前に化合物(C)を添加することが必須である。 From the IR measurement of the separation functional layer produced by the above method, it can be proved that the hydroxyl group of the compound (C) and the hydrolyzable group of the silicon compound of the compound (A) have a covalent bond. There are many cases. In addition, even if the produced composite semipermeable membrane is brought into contact with a solution containing the compound (C) as described in the patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-135757), the existence of such a covalent bond is not confirmed. Therefore, it is essential to add the compound (C) before the step of condensing the hydrolyzable group of the polymer.
以下、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited thereby.
以下の実施例において、複合半透膜のNaCl除去率の初期性能は次の数式(I)、複合半透膜の膜透過流束の初期性能は次の式(II)で計算されるものである。 In the following examples, the initial performance of the NaCl removal rate of the composite semipermeable membrane is calculated by the following formula (I), and the initial performance of the membrane permeation flux of the composite semipermeable membrane is calculated by the following formula (II). is there.
NaCl除去率(%) = {(供給液のNaCl濃度-透過液のNaCl濃度)/供給液のNaCl濃度}×100…式(I)
溶液の膜透過流速(m3/m2/day) = (一日の透過液量)/(膜面積) …式(II)
(実施例1)
ポリエチレンテレフタレート不織布上にポリスルホンの15.7重量%ジメチルホルムアミド溶液を200μmの厚みで、室温でキャストした。キャスト後、ただちに純水中に浸漬して5分間放置することによって微多孔性支持膜を作製した。水中に化合物(B)に該当する4−ビニルフェニレンスルホン酸ナトリウムを80mM、光重合開始剤として2−ヒドロキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−2−メチルプロピオフェノンを4mMの濃度で溶解させた。1M塩酸により水溶液のpHを3に調整した後、化合物(A)に該当する3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランを80mMの濃度で溶解させて30分間攪拌し、製膜溶液を調製した。
NaCl removal rate (%) = {(NaCl concentration in the feed solution−NaCl concentration in the permeate) / NaCl concentration in the feed solution} × 100 Formula (I)
Membrane flow velocity of solution (m 3 / m 2 / day) = (Amount of permeate per day) / (Membrane area) Formula (II)
Example 1
A 15.7 wt% dimethylformamide solution of polysulfone was cast on a polyethylene terephthalate nonwoven fabric to a thickness of 200 μm at room temperature. After casting, the substrate was immediately immersed in pure water and allowed to stand for 5 minutes to prepare a microporous support membrane. 80 mM sodium 4-vinylphenylene sulfonate corresponding to compound (B) is dissolved in water, and 2-hydroxy-4 '-(2-hydroxyethoxy) -2-methylpropiophenone is dissolved at a concentration of 4 mM as a photopolymerization initiator. I let you. After adjusting the pH of the aqueous solution to 3 with 1M hydrochloric acid, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane corresponding to the compound (A) was dissolved at a concentration of 80 mM and stirred for 30 minutes to prepare a film forming solution.
この溶液に東芝ハリソン社製UV照射装置(TOSCURE(登録商標)752)を用い、ウシオ電機社製紫外線積算光量計(UNIMETER UIT−250)を用いた際の照射強度が13.4mW/cm2となるように設定し、紫外線を60分間照射して、重合物水溶液を作製した。 The irradiation intensity when using a UV irradiation device (TOSCURE (registered trademark) 752) manufactured by Toshiba Harrison Co., Ltd. and a UV integrated light meter (UNIMETER UIT-250) manufactured by USHIO ELECTRIC CO., LTD. Was 13.4 mW / cm 2 for this solution. Then, ultraviolet rays were irradiated for 60 minutes to prepare a polymer aqueous solution.
得られた重合物水溶液に化合物(C)に該当するトレハロース2水和物を5mMの濃度で溶解させ、その水溶液に前記の微多孔性支持膜を1分間接触させ、ミカサ社製スピンコーター(Opticoat MS−A200)で支持膜表面から余分な溶液を取り除き微多孔性支持膜上に分離機能層を有する複合半透膜を作製した。 Trehalose dihydrate corresponding to the compound (C) is dissolved in the obtained polymer aqueous solution at a concentration of 5 mM, the microporous support membrane is brought into contact with the aqueous solution for 1 minute, and a spin coater (Opticoat) manufactured by Mikasa Co., Ltd. is used. An excess solution was removed from the surface of the support membrane by MS-A200) to prepare a composite semipermeable membrane having a separation functional layer on the microporous support membrane.
得られた複合半透膜を120℃の熱風乾燥機中で2時間保持することで化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基の縮合反応、および化合物(C)の有する水酸基との共有結合の形成反応を行い、微多孔性支持膜上に3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、4−ビニルフェニレンスルホン酸ナトリウム、トレハロースを原料とする分離機能層を有する乾燥複合半透膜を得た。その後、乾燥複合半透膜を10重量%イソプロピルアルコール水溶液に10分間浸漬し、親水化を行った後に、80℃の500mg/L食塩水中に15分間保持して洗浄を行った。このようにして得られた複合半透膜に、pH6.5に調整した500mg/L食塩水を、0.75MPa、25℃の条件下で供給して加圧膜ろ過運転を行い、運転開始時から3時間後に透過水と供給水の水質、および透過水量を測定することにより、式(I)、(II)から計算したNaCl除去率と膜造水量を表1に示す。 By holding the obtained composite semipermeable membrane in a hot air dryer at 120 ° C. for 2 hours, the condensation reaction of the hydrolyzable group of the silicon compound of the compound (A) and the sharing with the hydroxyl group of the compound (C) A bond formation reaction was performed to obtain a dry composite semipermeable membrane having a separation functional layer made of 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, sodium 4-vinylphenylenesulfonate, and trehalose on a microporous support membrane. Thereafter, the dried composite semipermeable membrane was immersed in a 10% by weight isopropyl alcohol aqueous solution for 10 minutes to make it hydrophilic, and then washed in a 500 mg / L saline solution at 80 ° C. for 15 minutes. The composite semipermeable membrane thus obtained was supplied with 500 mg / L saline adjusted to pH 6.5 under the conditions of 0.75 MPa and 25 ° C., and pressure membrane filtration operation was performed. Table 1 shows the NaCl removal rate and the membrane water production amount calculated from the formulas (I) and (II) by measuring the quality of the permeated water and the feed water and the amount of permeated water after 3 hours.
(実施例2〜4)
実施例1で使用した化合物(C)に該当するトレハロース2水和物を、表1に示す化合物に置き換えた以外は実施例1と同様にして複合半透膜を作製した。得られた複合半透膜を実施例1と同様にして評価を行い、表1に示す結果が得られた。
(Examples 2 to 4)
A composite semipermeable membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that trehalose dihydrate corresponding to the compound (C) used in Example 1 was replaced with the compounds shown in Table 1. The obtained composite semipermeable membrane was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 1 were obtained.
(比較例1)
実施例1で使用した化合物(C)に該当するトレハロース2水和物を添加しない以外は実施例1と同様にして複合半透膜を作製した。得られた複合半透膜を実施例1と同様にして評価を行い、表1に示す結果が得られた。
(Comparative Example 1)
A composite semipermeable membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that trehalose dihydrate corresponding to the compound (C) used in Example 1 was not added. The obtained composite semipermeable membrane was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 1 were obtained.
(比較例2)
比較例1で乾燥複合膜を10重量%イソプロピルアルコール水溶液に10分間浸漬する前に、5重量%トレハロース水溶液に2分間浸漬する以外は比較例1と同様にして複合半透膜を作製した。得られた複合半透膜を実施例1と同様にして評価を行い、表1に示す結果が得られた。
(Comparative Example 2)
A composite semipermeable membrane was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the dry composite membrane was immersed in a 10 wt% isopropyl alcohol aqueous solution for 10 minutes in Comparative Example 1 for 2 minutes before being immersed in a 5 wt% trehalose aqueous solution. The obtained composite semipermeable membrane was evaluated in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 1 were obtained.
表1から、実施例1〜4で得られた複合半透膜は比較例1、2で得られた複合半透膜と比較して、同等の塩阻止率を保ちつつ高い透水性を有しており、より分離性能が高いことが分かる。 From Table 1, the composite semipermeable membranes obtained in Examples 1 to 4 have high water permeability while maintaining the same salt rejection as compared with the composite semipermeable membranes obtained in Comparative Examples 1 and 2. It can be seen that the separation performance is higher.
実施例1、比較例1と同様の操作により作製した重合物水溶液を、ポリエチレンテレフタラート性フィルムに接触させ、120℃の熱風乾燥機で2時間保持することで得られた分離機能層を、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製FT−IR測定装置(Nicolet AVATAR 360)によりIR測定し、実施例1と同様の方法で得られた分離機能層には比較例1と同様の方法で得られる分離機能層にはない、1080cm−1の吸収があることを確認した。これはSi−O−C結合の存在を示している。さらに、比較例1と同様の方法で得られる分離機能層を12重量%トレハロース水溶液に2分間浸漬して得られた分離機能層には1080cm-1の吸収が見られなかった。 A separation functional layer obtained by bringing the aqueous polymer solution produced by the same operation as in Example 1 and Comparative Example 1 into contact with a polyethylene terephthalate film and holding it in a hot air dryer at 120 ° C. for 2 hours A separation functional layer obtained by the same method as in Comparative Example 1 is used for the separation functional layer obtained by IR measurement using a FT-IR measurement device (Nicolet AVATAR 360) manufactured by Fisher Scientific. It was confirmed that there was an absorption of 1080 cm −1 , which is not present. This indicates the presence of Si—O—C bonds. Further, the separation functional layer obtained by immersing the separation functional layer obtained in the same manner as in Comparative Example 1 in a 12 wt% trehalose aqueous solution for 2 minutes did not show an absorption of 1080 cm −1 .
本発明の複合半透膜は、固液分離、液体分離、ろ過、精製、濃縮、汚泥処理、海水淡水化、飲料水製造、純粋製造、廃水再利用、廃水減溶化、有価物回収などの水処理分野に利用できる。
The composite semipermeable membrane of the present invention can be used for water such as solid-liquid separation, liquid separation, filtration, purification, concentration, sludge treatment, seawater desalination, drinking water production, pure production, wastewater reuse, wastewater diluting, and valuable resource recovery. Can be used in the processing field.
Claims (4)
前記分離機能層が、下記化合物(A)および(B)に含まれるエチレン性不飽和基を介した重合反応、ならびに化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基の縮合反応の少なくとも、2種の化学反応により形成された化合物を含有し、かつ、
前記分離機能層が、下記化合物(A)の加水分解性基と下記化合物(C)に含まれる水酸基との共有結合を含有する
複合半透膜。
(A)ケイ素原子と、前記ケイ素原子に直接結合したエチレン性不飽和基を有する反応性基と、前記ケイ素原子に直接結合した加水分解性基とを有するケイ素化合物
(B)エチレン性不飽和基を有する前記(A)以外の化合物
(C)糖化合物
A composite semipermeable membrane comprising a microporous support membrane and a separation functional layer formed on the microporous support membrane,
The separation functional layer has at least 2 polymerization reactions via ethylenically unsaturated groups contained in the following compounds (A) and (B), and a condensation reaction of hydrolyzable groups of the silicon compound of the compound (A). Contains a compound formed by a chemical reaction of the species, and
The composite semipermeable membrane in which the separation functional layer contains a covalent bond between a hydrolyzable group of the following compound (A) and a hydroxyl group contained in the following compound (C).
(A) a silicon compound having a silicon atom, a reactive group having an ethylenically unsaturated group directly bonded to the silicon atom, and a hydrolyzable group directly bonded to the silicon atom (B) an ethylenically unsaturated group Compounds other than (A) having (C) sugar compounds
前記分離機能層が、下記化合物(A)および(B)に含まれるエチレン性不飽和基の重合反応により形成された重合物を、下記化合物(C)の存在下、前記化合物(A)の有するケイ素化合物の加水分解性基を縮合することにより形成された縮合物を含有する複合半透膜。
(A)ケイ素原子と、前記ケイ素原子に直接結合したエチレン性不飽和基を有する反応性基と、前記ケイ素原子に直接結合した加水分解性基とを有するケイ素化合物
(B)エチレン性不飽和基を有する上記(A)以外の化合物
(C) 糖化合物
A composite semipermeable membrane comprising a microporous support membrane and a separation functional layer formed on the microporous support membrane,
In the presence of the following compound (C), the compound (A) has a polymer formed by the polymerization reaction of the ethylenically unsaturated groups contained in the following compounds (A) and (B). A composite semipermeable membrane containing a condensate formed by condensing a hydrolyzable group of a silicon compound.
(A) a silicon compound having a silicon atom, a reactive group having an ethylenically unsaturated group directly bonded to the silicon atom, and a hydrolyzable group directly bonded to the silicon atom (B) an ethylenically unsaturated group Compound (C) other than the above (A) having a sugar compound
請求項1または2に記載の複合半透膜。
The composite semipermeable membrane according to claim 1 or 2, wherein the compound (C) is at least one of a monosaccharide, a disaccharide, and a trisaccharide.
請求項1〜3のいずれかに記載の複合半透膜。
The composite semipermeable membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound (B) has an acidic group.
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