JP5607727B2 - 複合メンブレン及び製造方法 - Google Patents
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Description
ウェブコーティング装置を用いたメンブレン製造:メンブレンは、ポリアミド界面重合化学を用いてポリアミド薄膜層を多孔質ポリスルホン限外濾過(UF)支持体(多孔質ベースメンブレン)上に堆積することにより製造した。標準ウェブコーティング装置に装填した湿潤ポリスルホンUF支持体ウェブをm−フェニレンジアミン(mPD)の水溶液(溶液A)を入れた第1ディップコーティングタンクに浸し引き上げた。本発明の実施形態を製造する実験では、この水溶液はmPDの他に有効量のC1〜C8アミドを含有した。支持体ウェブ上の余分な水溶液は、ゴム製ニップローラーアセンブリ及びエアナイフによって除去した。その後、アイソパーG溶剤にトリメシン酸クロリド(TMC)を含む有機溶液(溶液B)を入れた第2ディップコーティングタンクにウェブを浸し引き上げた。本発明の実施形態を製造する実験では、この有機溶液はTMCの他に有効量のC3〜C8環状カルボニル化合物を含有した。多孔質ベースメンブレン(支持体ウェブ)上で溶液Aと溶液Bとを接触させることによりmPDとTMC成分の界面重合を引き起こし、多孔質ベースメンブレン上にポリアミドコーティングを配置した。次に、複合メンブレン製品を乾燥用オーブン内で乾燥し、その後、必要になるまでスプールに巻き付けておいた。
実験室用メンブレンコーターを用いてポリアミド被覆薄膜複合ROメンブレンを製造した。2.0wt%のm−フェニレンジアミン(mPD)、6.6wt%のトリエチルアンモニウムカンファースルホネート(TEACSA)及び0.2wt%のラウリル硫酸ナトリウム(CAS#151−21−3)(SLS)を含有する水性コーティング溶液(溶液A、公称91.2wt%の水)を調製した。アイソパーG中に0.11wt%のトリメシン酸クロリド(TMC)を含有する有機コーティング溶液(溶液B)を調製した。パイロットスケールのメンブレンコーターを用い、[共通の方法]の項に記載した共通の重合方法にしたがって、湿潤ポリスルホン多孔質支持体膜をm−フェニレンジアミンを含有する水溶液(溶液A)で最初に被覆し、その後、トリメシン酸クロリドを含有する有機溶液(溶液B)で被覆し、ポリスルホン多孔質支持体膜の1表面でジアミンと三酸塩化物との界面重合反応を行い、こうして薄膜複合逆浸透メンブレンを製造した。硫酸マグネシウムの溶液(500ppmのMgSO4)を用いて運転圧力65ポンド/平方インチ(psi)、運転クロスフロー量1.0g/分(g/モル)、pH7.0で[共通の方法]の項で説明したようにメンブレン製品を3組ずつ試験した。試験結果を表1に示す。
ポリアミド薄膜複合ROメンブレンは、水性コーティング溶液(溶液A)がさらに1.5wt%〜3.5wt%のアセトアミドを含有したこと以外は、比較例1と同様な方法で製造した。複合メンブレン製品を試験し、メンブレンA値及び塩透過特性を測定した。データを表2にまとめる。データから水性コーティング溶液が溶解アセトアミドを含有する場合、コントロール(比較例1)に比べて性能が向上することがわかる。比較例2〜4から、アセトアミドが高濃度になると、多孔質ベースメンブレンは、溶液Aに存在するアセトアミドの量に影響を受けることがあり、これらの比較例2〜4に用いた特定の多孔質ベースメンブレンでは、3.5wt%のアセトアミドで、低品質の複合メンブレン製品となることがわかる。
ポリアミド薄膜複合ROメンブレンは、有機コーティング溶液(溶液B)がさらに1.5wt/vol%(2wt/wt%)、2.5wt/vol%(3.3wt/wt%)又は3wt/vol%(4wt/wt%)のシクロヘキサノン(chex)を含有したこと以外は、比較例1と同様な方法で製造した。複合メンブレン製品を試験し、メンブレンA値及び塩透過特性を測定した。データを表3にまとめる。データから、有機コーティング溶液が溶解シクロヘキサノンを含有する場合、コントロール(比較例1)に比べて複合メンブレン製品の性能が向上することがわかる。データから、複合メンブレン性能はシクロヘキサノンによって向上するが、有機コーティング溶液(溶液B)の添加剤としてのシクロヘキサノンがわずか4wt%で多孔質支持体メンブレンを損傷することがわかる。
ポリアミド薄膜複合ROメンブレンは、水性コーティング溶液(溶液A)がさらに1.5wt%のアセトアミドを含有し、有機コーティング溶液(溶液B)がさらに2.5wt%(実施例2)のシクロヘキサノン(chex)を含有したこと以外は、比較例1と同様な方法で製造した。複合メンブレン製品を試験し、メンブレンA値及び塩透過特性を測定した。データを表4にまとめる。データから、水性及び有機コーティング溶液の両方が性能向上添加剤を含有する場合、水性又は有機コーティング溶液のいずれかに性能向上添加剤を1つだけ含有するコントロール(比較例2及び6)に比べて複合メンブレン製品の性能が向上することがわかる。便宜上、比較例1、2及び6も表4に示す。
ハンドフレームコーティング器具を用いたメンブレン製造:複合メンブレンは、多孔質ベースメンブレンを固定し、その後C3〜C8環状カルボニル化合物及びC1〜C8アミド化合物を含有するポリアミドコーティングで被覆することができる、1対のフレームをはめ合わせてなるハンドフレームコーティング装置を用いても製造した。用いた方法は以下の通りであった。多孔質ベースメンブレンをまず脱イオン水に30分間以上浸漬した。湿潤多孔質ベースメンブレンを2つの8インチ×11インチのプラスチックフレームの間に固定し、次に加工するまで水で覆ったままにした。多孔質ベースメンブレンから余分な水を除去し、多孔質ベースメンブレンの1表面をm−フェニレンジアミン(2wt%)、トリエチルアミン(2wt%)、カンファースルホン酸(4.6wt%)及びC1〜C8アミド化合物を含有する200gの水溶液で処理した。フレームの上側部分により水溶液を多孔質ベースメンブレンの表面に保持した。30秒間後、フレームと処理された多孔質ベースメンブレンとのアセンブリを傾けることにより水溶液を多孔質ベースメンブレンの表面から除去したところ、水溶液の孤立した水滴のみが処理後の多孔質ベースメンブレンの表面に認められる状態となった。処理後の表面を穏やかな空気流にさらすことによりさらに処理して水溶液の孤立した水滴を除去した。その後、多孔質ベースメンブレンの処理後の表面をアイソパーG溶剤にトリメシン酸クロリド(0.11wt%)及びC3〜C8環状カルボニル化合物を含有する100gの有機溶液と接触させた。その後、フレームの角を傾けることにより余分な有機溶液を除去し、余分な有機溶液を適当な回収容器に集めた。その後、フレームを水平位置に戻し、多孔質ベースメンブレンの処理表面上に残った有機溶液の膜を約1分間放置した。穏やかな空気流を用いて多孔質ベースメンブレンの処理表面から残留有機溶液を除去した。その後、処理後のアセンブリを乾燥オーブンに入れ100℃の温度に約6分間維持した。得られた複合メンブレンを試験した。本発明の複合メンブレン及び比較例の複合メンブレンを上記のハンドフレーム法を用いて製造した。これらのメンブレンの性能データを下記表5に示す。
4 メンブレン後処理ライン
10 供給ロール
20 メンブレン基材膜
21 ローラー
22 被覆メンブレン基材膜
24 複合メンブレン製品
30 コーティングゾーン
32 界面重合ゾーン
34 乾燥ゾーン
36 洗浄ゾーン
38 化学処理ゾーン
52 メンブレンキャスティング溶液
54 計量ナイフ
56 凝固浴
58 すすぎ浴
100 受入ロール
200 メンブレンバッキング材料
Claims (10)
- 多酸ハロゲン化物を含有する有機溶液をポリアミンを含有する水溶液と界面重合条件下で接触させる工程を含む複合メンブレンの製造方法であって、
前記接触工程が多孔質ベースメンブレンの表面で行われ、
前記有機溶液がさらに有機溶液の総重量の約0.1〜約3.5wt%に相当する量のブチロラクトン及びシクロヘキサノンから選択される環状カルボニル化合物を含有し、前記水溶液がさらに水溶液の総重量の約0.1〜約3.5wt%に相当する量のホルムアミドもしくはアセトアミド又は水溶液の総重量の5wt%に相当する量のコハク酸イミドから選択されるアミド化合物を含有することを特徴とする方法。 - 多孔質ベースメンブレンが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンよりなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- 多孔質ベースメンブレンが多孔質ポリスルホンメンブレンである、請求項1記載の方法。
- 前記環状カルボニル化合物が有機溶液の総重量の3.3wt%に相当する量のシクロヘキサノンであって、前記アミド化合物が水溶液の総重量の1.5wt%に相当する量のアセトアミドである、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の方法。
- 前記環状カルボニル化合物が有機溶液の総重量の2.5wt%に相当する量のシクロヘキサノンであって、前記アミド化合物が水溶液の総重量の3wt%に相当する量のホルムアミドもしくはアセトアミド又は水溶液の総重量の5wt%に相当する量のコハク酸イミドである、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の方法。
- 前記環状カルボニル化合物が有機溶液の総重量の0.5wt%に相当する量のブチロラクトンであって、前記アミド化合物が水溶液の総重量の3wt%に相当する量のアセトアミドである、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の方法。
- 前記有機溶液が脂肪族炭化水素溶剤を含有する、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の方法。
- 前記多酸ハロゲン化物がトリメシン酸塩化物を含む、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の方法。
- 前記ポリアミンがm−フェニレンジアミンを含む、請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の方法。
- 有機三酸塩化物、脂肪族炭化水素溶剤及びシクロヘキサノンを含有する有機溶液を芳香族ジアミン、水及びアセトアミドを含有する水溶液と界面重合条件下で接触させる工程を含み、接触工程が多孔質ポリスルホンメンブレンの表面で行われ、シクロヘキサノンが有機溶液の総重量の約0.1〜約3.5wt%に相当する量で存在し、アセトアミドが水溶液の総重量の約0.1〜約3.5wt%に相当する量で存在し、接触工程が約0℃〜約80℃の範囲の温度で行われる、複合メンブレンの製造方法。
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