JPH0226628A - ポリスルホン系中空糸膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、ポリスルホン系中空糸膜に関し、さらに詳し
くは、優れた濾過特性と機械特性を併仕もつ中空糸状ポ
リスルホン系限外濾過膜に関するものである。

（ロ）従来の技術 従来、ポリスルホン系中空糸膜に関する文献は多数存在
するが、膜構造について開示する文献はあまり多くない
。

（ハ）発明が解決しようとする課題 内・外表面層、内・外指状構造層、中間層という５つの
層からなる膜もＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｏｌｙｍｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅ　（Ｊ、　Ａｐｐｌ、
　Ｐｏｌｙｍ、　Ｓｃｉ、）　２１巻１６５ページ〜１
８０ページ（１９７９）など、以前より知られていたが
、中間層がいずれら厚いために透水速度に劣る膜し力ぐ
知られていなかった。

本発明では、５層構造からなるポリスルホン系中空糸膜
であって、濾過速度が大きく、かつ機械強度の高い膜に
ついて鋭意研究を進め、中間層の大きさを規定すること
により上記問題点を解決できることを見い出し本発明に
至った。

（ニ）課題を解決するための手段 すなうち、本発明は、断面が内表面層、内指状構造層、
中間層、外指状構造層、外表面層の５つの層からなり、
内指状構造層の厚さに対し、中間層の厚みが０．１〜０
．２倍で、外指状構造層の厚みが０．６〜１．５倍であ
ることを特徴とするポリスルホン系中空糸膜である。

本発明のポリスルホン系中空糸膜を形成するポリスルホ
ン樹脂は、それ自体公知のものが利用できる。ポリスル
ホン樹脂は、下記の一般式で表される芳香族ポリスルホ
ン、又はポリエーテルスルホンであり、およびこれらの
誘導体をも含めるものである。

なお、これらのポリスルホン、ポリエーテルスルホン系
樹脂は、耐熱性、耐薬品性に優れたエンジニアリングプ
ラスチックスであり、従って中空糸膜ら優れた特性を与
え得る。

本発明のポリスルホン系中空糸膜は、たとえば原料のポ
リスルホン系樹脂を適当な添加剤（例：ポリエチレング
リコール）の存在下で極性有機溶媒（例ニジメチルスル
ホキシド）に溶解して紡糸原液を作り、この原液を内部
凝固液（例ニジメチルスルホキシドと水の混液）ととも
に、二重環ノズルを通して押出し、空気中を走行させた
後、外部凝固液（例：水あるいは有機・無機水溶液）中
に導くことによって得ることができろ。

本発明の中空糸膜は、中空糸の断面構造において、外表
面層、外指状構造層、中間層、内指状構造層、内表面層
からなる５層構造を有する。ここで言う外指状構造層な
らびに内指状構造層とは、それぞれ主に中空糸膜構造の
維持に寄与する層である。一方、外表面層、中間層、内
表面層は比較的緻密な構造を有し、分離特性や透水性が
決定される層である。ここで、内表面層あるいは外表面
層は、どちらか一方に分離のためのふるいの大きさを規
定するより緻密な層部分を有し、中空糸膜全体の分画特
性を決定する層である。この緻密な層部分は、内表面層
における最も内側寄りの表面、あるいは外表面層におけ
る最も外側寄りの表面にある必要はなく、どちらの表面
層でも表面層内ならばどこにあっても良い。

この緻密な層部分は、紡糸原液中の溶媒が水と交換する
際にボーリスルホン系ポリマーが凝固して表面層に形成
される。この時ポリマーが凝縮してできるポリマー粒子
が小さい程、より緻密な層部分が形成されることになる
。また、ポリスルホン系高分子膜の形成においては凝固
液中の水分量が多いほど、またポリマーの相分離速度を
抑え、凝固粒子径が小さくなる様に凝固温度を低くした
り、紡糸原液組成を変化させるほど緻密な層部分ができ
やすくなる。そして、これら内・外表面層は薄い程透水
速度の大きい膜であると言える。

内指状構造層、外指状構造層は中空糸膜の断面で見て、
中心から半径方向に伸びた指状の形をした空洞が並んだ
層である。この２つの指状構造層に挟まれた層を中間層
と呼ぶが、この層は、膜の強度を維持するのに重要な役
目を果たすだけでなく、透水速度にも大なる影響を与え
ている。

上記の製膜過程において、中空糸膜の中間層は、紡糸原
液中の溶媒と添加剤が中空糸の中空側へぬけるものと外
表面側にぬけるものがあるためにその境界層として形成
される。中間層の厚みは、両方向への移動速度によって
決定され、紡糸溶液組成、内部、外部凝固液の組成、紡
糸原液の組成、凝固液温度及び空中走行距離によって変
化する。

中間層の厚みは、厚くなる程透水速度を低下させるが、
内指状構造層の厚みに対して０．１〜０．２倍程度であ
れば機械強度を保持したまま透水速度を高めることがで
きる。これは、同じ紡糸原液から同サイズの中空糸を作
成した場合に中間層が薄くなっても、指状構造層の樹脂
部分（空隙部分でない所）の密度が高まり、ここで強度
が保持されるためである。中間層の厚みが内指状構造層
の厚みに対して０．１倍以下になると、５ＦＪ構造が部
分的に保持できず、強度も低下する。又、０．２倍以上
では透水速度の低下が著しい。

本発明における内・外指状構造層の厚みは同じ程度が良
い。従って、中間層は膜厚のほぼ中央にある事が望まし
く、両指状構造層の比、すなわち、外指状構造層／内指
状構造層は０．６〜１．５であることが好ましい。最も
好ましいのは１．０である。

（ホ）実施例 以下、本発明を具体例によって示し、さらに詳細に説明
するが本発明はこれに同等限定されない。

実施例１ 溶媒としてのジメチルスルホキシド６０重量部に、ポリ
エチレングリコール２０重量部、ポリエーテルスルホン
（ＩＣ１社製　５２００Ｐパウダー）２０重量部を添加
剤として溶解し、均一なポリマー溶液とした。このポリ
マー溶液を、２５℃の一定温度に保ち、同様に２５℃に
温度調節されたジメチルスルホキシド５０％水溶液と同
時に４０℃の水浴中に吐出させた。この時、空中走行距
離を１３ｃｍとし、巻き取り速度を７ｍ／分で行った。

得られた中空糸膜は、外径１３００μｍ１内径８００μ
ｍで断面は５層構造を有しており、その構成は、内表面
層は２０μｍ１内指状構造層が１００μｍ１中間層１５
μｍ（内指状構造層の厚みに対し；〕１１５倍、外傷状
構造層か８０μｍ１外表面層が３５μｍであった。

この中空糸膜は内表面層に緻密層が存在し、タンパク質
であるトリプシンインヒビターを６０％透過した。中空
糸膜の性能は純水透水性能が４ｏＯＱ、／ｍ”−ｈｒ　
−ｋｇ／ｃｍ”であり、引張り強度が３５０９／本であ
った。

比較例１ 空中走行距離を２０ｃｍに変えた他は上ヌ己実施例１と
同じ条件下で中空糸を紡糸し、断面５層構造の中空糸膜
を得た。この５層構造の構成は、内表面層が２０μｍ、
内指状構造層が９０μｍ、中間層が３０μｍ、外傷状構
造層が７０μｍ、外表面層が４０μｍであった。

即ち、内指状構造層の厚みに対し、中間層の厚みは０．
３倍、外傷状構造層のそれは０．７８倍であった。

そして、緻密な層部分は内表面層にあり、分画性能は上
記実施例１と実質的に同じであった。

この膜の純水透水性能を測定したところ、２１０Ｑ／ｍ
”　・ｈｒ−に９／ａｍ”であり、引張り強度は３８０
９／本であった。

害１ｔトＬ 上記実施例１で用いたドープを用い、芯液としてジメチ
ルスルホキ２１５０重量部、水５０重量部からなる混合
溶液を使用して、６０℃の温水から成る外部凝固槽中へ
２重環ノズルから押し出した。

得られた中空糸は膜厚１４０μｍ１内径４００Ｉｉｍの
中空糸膜であり、断面は５層構造であった。その中間層
の厚みは３５μｍであり、内指状構造層の厚みは２１５
μｍであり、中間層との比は０，１６であった。また、
外傷状構造層の厚みは２００μｍであり、内指状構造層
に対する比が０．９であった。

この膜の純水透水速度は、１１２０Ｑ／ｍ”−ｈｒ−に
９７ａｍ’　（水温２５℃）と高く、また、分子量８４
，０００の蛋白質（コンアルブミン）を９０％排除する
膜であった。機械強度も引張り強度で１２０９／本あり
、工業的に充分実用化できるものであった。

（へ）発明の効果 以上のように、本発明のポリスルホン系中空糸膜は５つ
の層から成り、内指状構造層の厚みに対し、中間層の厚
みをＱ、１〜０．２倍で、外傷状構造層の厚みを０．６
〜１．５倍に設定したので、透水性能と機械強度を共に
併せ持つ中空糸膜を得ることができる。すなわち、長期
間の使用にも安定して使用でき、かつ、膜分離における
生産性を向上できるポリスルホン系中空糸膜を提供でき
る効果がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、断面が内表面層、内指状構造層、中間層、外指状構
   造層、外表面層の５つの層からなり、内指状構造層の厚
   みに対し、中間層の厚みが０．１〜０．２倍で、外指状
   構造層の厚みが０．６〜１．５倍であることを特徴とす
   るポリスルホン系中空糸膜。