JP6944044B2 - Forward osmosis membrane and its uses - Google Patents
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Description
本発明は、正浸透膜およびその用途に関する。 The present invention relates to a forward osmosis membrane and its use.
半透膜は、液体混合物あるいは気体混合物から所定の成分を選択的に分離するために有用であり、たとえば高純度水の製造や、溶液中から特定の溶質を分離する際に好適に用いられる。 Semipermeable membranes are useful for selectively separating a given component from a liquid or gas mixture, and are preferably used, for example, in the production of high-purity water or in the separation of a particular solute from a solution.
半透膜を利用した膜分離法である逆浸透法と正浸透法のうち、従来主流である逆浸透法においては逆浸透膜が高圧に曝される。したがって、逆浸透膜としては、高強度を得るために、多孔質支持体(たとえば不織布)、多孔質ポリマー層(たとえばポリスルホン層)、および実際に半透膜として機能する層(スキン層、分離層などともいう。)をこの順に積層してなる複合半透膜が主流である。 Of the reverse osmosis method and the forward osmosis method, which are membrane separation methods using a semipermeable membrane, the reverse osmosis membrane is exposed to high pressure in the conventional mainstream reverse osmosis method. Therefore, the reverse osmosis membrane includes a porous support (for example, a non-woven fabric), a porous polymer layer (for example, a polysulfone layer), and a layer (skin layer, a separation layer) that actually functions as a semipermeable membrane in order to obtain high strength. , Etc.) are laminated in this order, and a composite semipermeable membrane is the mainstream.
これに対して、正浸透法は、正浸透膜によって隔てられた溶質濃度の異なる水溶液間に生じる浸透圧を駆動力として、低塩濃度のフィード溶液側(たとえば淡水)から高塩濃度のドロー溶液側(たとえば海水)へと水が移動する。このため、逆浸透法のような浸透圧に打ち勝つための高圧付与や膜強度を必要とせず、省エネルギー性に優れる、浸透膜の構成をシンプルに出来る、等の利点が期待できる。 On the other hand, in the forward osmosis method, the osmotic pressure generated between the aqueous solutions having different solute concentrations separated by the forward osmosis membrane is used as a driving force, and the draw solution having a high salt concentration from the feed solution side having a low salt concentration (for example, fresh water) is used as a driving force. Water moves to the side (eg seawater). Therefore, unlike the reverse osmosis method, it is not necessary to apply a high pressure or film strength to overcome the osmotic pressure, and it is expected to have advantages such as excellent energy saving and a simple structure of the osmotic membrane.
しかしながら、正浸透法では透過流束が小さいことが問題とされており(たとえば特許文献1)、正浸透膜を用いて農業用水や浄水用途のように用水を大量に処理するにあたっては、低塩濃度側から高塩濃度側へのさらなる透過流束の改善が求められている。 However, the forward osmosis method has a problem that the permeation flux is small (for example, Patent Document 1), and when a large amount of water is treated using a forward osmosis membrane for agricultural water or water purification, low salt is used. Further improvement of the permeation flux from the concentration side to the high salt concentration side is required.
本発明者らの検討によれば、フィード溶液からの水透過流束が大きい正浸透膜はドロー溶液からの塩の逆拡散量が大きくなる傾向にあった。また水透過流束当たりの塩の逆拡散量が必ずしも低いとは言えないレベルであることが分かってきた。したがって従来の正浸透膜には、高い水透過性と高い塩阻止率を両立させる視点で、さらなる改善の余地があると言えた。 According to the studies by the present inventors, the forward osmotic membrane having a large water permeation flux from the feed solution tends to have a large amount of backdiffusion of salt from the draw solution. It has also been found that the amount of backdiffusion of salt per permeated flux is not necessarily low. Therefore, it can be said that there is room for further improvement in the conventional forward osmosis membrane from the viewpoint of achieving both high water permeability and high salt inhibition rate.
本発明者らの検討によれば、プロトン酸基を有する構造単位(プロトン酸基含有構造単位)のモル分率が異なるプロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂を少なくとも2種含む半透膜を用いることによって、水透過性が高く、塩阻止率が高い正浸透膜を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 According to the study by the present inventors, a semipermeable membrane containing at least two kinds of protonic acid group-containing aromatic polyether resins having different mole fractions of the structural unit having a protonic acid group (protoic acid group-containing structural unit) is used. As a result, they have found that a forward osmotic membrane having high water permeability and high salt inhibition rate can be produced, and have completed the present invention.
すなわち本発明は、以下の[1]〜[15]に関する。 That is, the present invention relates to the following [1] to [15].
[1]半透膜と、その少なくとも一方の面に配置された多孔質基材とを備える正浸透膜であり、前記半透膜が、プロトン酸基含有構造単位を有する芳香族ポリエーテル樹脂(A)を含んでなり、前記樹脂(A)が、プロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂(A1)と、前記樹脂(A1)よりもプロトン酸基含有構造単位のモル分率が大きいプロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂(A2)とを少なくとも含む、正浸透膜。 [1] A forward osmotic membrane comprising a semipermeable membrane and a porous substrate arranged on at least one surface thereof, wherein the semipermeable membrane is an aromatic polyether resin having a protonic acid group-containing structural unit (1). A) is contained, and the resin (A) contains a protonic acid group-containing aromatic polyether resin (A1) and a protonic acid group having a larger molar proportion of a protonic acid group-containing structural unit than the resin (A1). A forward osmotic membrane containing at least an aromatic polyether resin (A2).
[2]前記半透膜が、前記樹脂(A1)および(A2)を少なくとも含む混合物から形成されている前記[1]に記載の正浸透膜。 [2] The forward osmosis membrane according to the above [1], wherein the semipermeable membrane is formed of a mixture containing at least the resins (A1) and (A2).
[3]前記半透膜が、前記樹脂(A1)および(A2)のそれぞれに対応する少なくとも2つの相に分離した構造を有する前記[2]に記載の正浸透膜。 [3] The forward osmosis membrane according to the above [2], wherein the semipermeable membrane has a structure separated into at least two phases corresponding to the resins (A1) and (A2), respectively.
[4]前記半透膜において、前記樹脂(A)に由来するプロトン酸基の濃度が前記半透膜の厚さ方向において勾配を有する前記[1]に記載の正浸透膜。 [4] The forward osmotic membrane according to the above [1], wherein the concentration of the protonic acid group derived from the resin (A) in the semipermeable membrane has a gradient in the thickness direction of the semipermeable membrane.
[5]前記半透膜が、前記樹脂(A1)を含有する層(L1)と、前記樹脂(A2)を含有する層(L2)とを有する前記[4]に記載の正浸透膜。 [5] The forward osmosis membrane according to the above [4], wherein the semipermeable membrane has a layer (L1) containing the resin (A1) and a layer (L2) containing the resin (A2).
[6]前記樹脂(A1)および(A2)が、それぞれ、下式(1)で表される構造単位(1)および下式(2)で表される構造単位(2)を有し、前記樹脂(A2)は、前記構造単位(1)および前記構造単位(2)の合計量に対する前記構造単位(1)のモル分率が、前記樹脂(A1)よりも大きい前記[1]〜[5]のいずれか一項に記載の正浸透膜。 [6] The resins (A1) and (A2) have a structural unit (1) represented by the following formula (1) and a structural unit (2) represented by the following formula (2), respectively. The resin (A2) has the above-mentioned [1] to [5] in which the molar fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2) is larger than that of the resin (A1). ] The forward osmotic membrane according to any one of the items.
R1〜R10は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF3またはCmH2m+1(mは1〜10の整数を示す。)であり、
R1〜R10の少なくとも1つはCmH2m+1(mは1〜10の整数を示す。)であり、
R1〜R10は、それぞれ芳香環に2つ以上存在してもよく、1つの芳香環にCmH2m+1が2つ以上存在する場合には、各CmH2m+1は互いに同一であっても異なっていてもよい。
R 1 to R 10 are independently H, Cl, F, CF 3 or C m H 2m + 1 (m indicates an integer of 1 to 10).
At least one of R 1 to R 10 is C m H 2m + 1 (m indicates an integer of 1 to 10).
Two or more R 1 to R 10 may be present in each aromatic ring, and when two or more C m H 2 m + 1 are present in one aromatic ring, each C m H 2 m + 1 is present with each other. It may be the same or different.
X1〜X5は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF3またはプロトン酸基であり、
X1〜X5の少なくとも1つはプロトン酸基であり、
X1〜X5は、それぞれ芳香環に2つ以上存在してもよく、1つの芳香環にプロトン酸基が2つ以上存在する場合には、各プロトン酸基は互いに同一であっても異なっていてもよい。X 1 to X 5 are independently H, Cl, F, CF 3 or protonic acid groups, respectively.
At least one of X 1 to X 5 is a protonic acid group and
Two or more of X 1 to X 5 may be present in each aromatic ring, and when two or more proton acid groups are present in one aromatic ring, the proton acid groups are different even if they are the same as each other. May be.
A1〜A6は、それぞれ独立して、直接結合、−CH2−、−C(CH3)2−、−C(CF3)2−、−O−または−CO−である。A 1 to A 6 are independently directly bonded, −CH 2 −, −C (CH 3 ) 2− , −C (CF 3 ) 2− , −O− or −CO−, respectively.
i,j,kおよびlは、それぞれ独立して、0または1を示す。]
[7]前記樹脂(A)全体において、前記構造単位(1)および前記構造単位(2)の合計量に対する前記構造単位(1)のモル分率が、0.1〜0.9である前記[6]に記載の正浸透膜。i, j, k and l independently represent 0 or 1, respectively. ]
[7] In the entire resin (A), the molar fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2) is 0.1 to 0.9. The forward osmosis membrane according to [6].
[8]前記樹脂(A1)および(A2)において、それぞれの、前記構造単位(1)および前記構造単位(2)の合計量に対する前記構造単位(1)のモル分率の差の絶対値が0.03〜0.6である前記[6]または[7]に記載の正浸透膜。 [8] In the resins (A1) and (A2), the absolute value of the difference in the mole fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2), respectively, is The forward osmosis membrane according to the above [6] or [7], which is 0.03 to 0.6.
[9]前記芳香族ポリエーテル樹脂(A)の重量平均分子量が、70,000以上である前記[1]〜[8]のいずれか一項に記載の正浸透膜。 [9] The forward osmosis membrane according to any one of the above [1] to [8], wherein the aromatic polyether resin (A) has a weight average molecular weight of 70,000 or more.
[10]前記半透膜の厚さが、3.0μm以下である前記[1]〜[9]のいずれか一項に記載の正浸透膜。 [10] The forward osmosis membrane according to any one of [1] to [9], wherein the semipermeable membrane has a thickness of 3.0 μm or less.
[11]前記半透膜と、その両面に配置された前記多孔質基材とを有する前記[1]〜[10]のいずれか一項に記載の正浸透膜。 [11] The forward osmosis membrane according to any one of [1] to [10], which has the semipermeable membrane and the porous substrate arranged on both sides thereof.
[12]前記多孔質基材が、JIS L 1096記載のA法(フラジール形法)で測定される100〜400cm3/cm2/sの通気度、および50〜700μmの厚さを有する前記[1]〜[11]のいずれか一項に記載の正浸透膜。 [12] The porous substrate has an air permeability of 100 to 400 cm 3 / cm 2 / s and a thickness of 50 to 700 μm measured by the method A (Frazier method) described in JIS L 1096. 1] The forward osmosis membrane according to any one of [11].
[13]前記[1]〜[12]のいずれか一項に記載の正浸透膜およびスペーサーを備える正浸透膜エレメント。 [13] A forward osmosis membrane element comprising the forward osmosis membrane and a spacer according to any one of the above [1] to [12].
[14]前記[13]に記載の正浸透膜エレメントを容器に収容してなる正浸透膜モジュール。 [14] A forward osmosis membrane module in which the forward osmosis membrane element according to the above [13] is housed in a container.
[15]前記[14]に記載の正浸透膜モジュール、および前記正浸透膜モジュールが備える前記正浸透膜の一方の面にフィード溶液を、もう一方の面に前記フィード溶液よりも溶質濃度が高いドロー溶液を流すための駆動ポンプを有し、前記フィード溶液に含まれる水を、前記正浸透膜を通して前記ドロー溶液へ移動させることのできるように構成されたシステム。 [15] The forward osmosis membrane module according to the above [14] and the feed solution on one surface of the forward osmosis membrane included in the forward osmosis membrane module, and the solute concentration on the other surface is higher than that of the feed solution. A system having a drive pump for flowing a draw solution and capable of moving water contained in the feed solution to the draw solution through the forward osmosis membrane.
本発明によれば、水透過性および塩阻止率のバランスに優れた正浸透膜、具体的には水透過性が高く、塩阻止率が高い正浸透膜を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a forward osmosis membrane having an excellent balance between water permeability and salt blocking rate, specifically, a forward osmosis membrane having high water permeability and high salt blocking rate.
以下、本発明について具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described.
[正浸透膜]
本発明の正浸透膜は、半透膜と、その少なくとも一方の面に配置された多孔質基材とを備える。ここで、前記半透膜は、プロトン酸基含有構造単位を有する芳香族ポリエーテル樹脂(A)を含んでなる。 [Forward osmosis membrane]
The forward osmosis membrane of the present invention includes a semipermeable membrane and a porous substrate arranged on at least one surface thereof. Here, the semipermeable membrane contains an aromatic polyether resin (A) having a protonic acid group-containing structural unit.
本発明の正浸透膜は、前記半透膜と、その少なくとも一方の面に配置された前記多孔質基材とを備えており、高い水透過流束および高い塩阻止率を実現することができる。 The forward osmotic membrane of the present invention includes the semipermeable membrane and the porous substrate arranged on at least one surface thereof, and can realize a high water permeation flux and a high salt inhibition rate. ..
<半透膜>
前記半透膜は、プロトン酸基含有構造単位を有する芳香族ポリエーテル樹脂(A)を含んでなり、前記樹脂(A)は、プロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂(A1)と、前記樹脂(A1)よりもプロトン酸基含有構造単位のモル分率が大きいプロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂(A2)とを少なくとも含む。以下、前記樹脂(A)、(A1)および(A2)を、それぞれ単に「樹脂(A)」、「樹脂(A1)」および「樹脂(A2)」ともいう。 <Semipermeable membrane>
The semitransparent film contains an aromatic polyether resin (A) having a protonic acid group-containing structural unit, and the resin (A) is a protonic acid group-containing aromatic polyether resin (A1) and the resin. It contains at least a protonic acid group-containing aromatic polyether resin (A2) having a larger molar proportion of the protonic acid group-containing structural unit than (A1). Hereinafter, the resins (A), (A1) and (A2) are also simply referred to as "resin (A)", "resin (A1)" and "resin (A2)", respectively.
本発明において、プロトン酸基とは、プロトンを放出しやすい官能基またはその水素原子がNaまたはKで置換されたものを意味し、その例としては、スルホン酸基(−SO3H)、カルボン酸基(−COOH)、ホスホン酸基(−PO3H2)、アルキルスルホン酸基(−(CH2)nSO3H)、アルキルカルボン酸基(−(CH2)nCOOH)、アルキルホスホン酸基(−(CH2)nPO3H2)、ヒドロキシフェニル基(−C6H4OH)およびこれらの末端水素原子がNaまたはKで置換されたものが挙げられる。nは1〜10の整数である。In the present invention, the protonic acid group means a functional group that easily releases a proton or a hydrogen atom thereof substituted with Na or K, and examples thereof include a sulfonic acid group (-SO 3 H) and a carboxylic acid. Acid group (-COOH), phosphonic acid group (-PO 3 H 2 ), alkyl sulfonic acid group (-(CH 2 ) n SO 3 H), alkyl carboxylic acid group (-(CH 2 ) n COOH), alkyl phosphon Examples thereof include acid groups (-(CH 2 ) n PO 3 H 2 ), hydroxyphenyl groups (-C 6 H 4 OH) and those in which the terminal hydrogen atoms thereof are substituted with Na or K. n is an integer of 1-10.
プロトン酸基含有構造単位のモル分率とは、以下の比:プロトン酸基含有構造単位数/前記芳香族ポリエーテル樹脂を構成する全構造単位数である。また、プロトン酸基含有構造単位としては、たとえば、後述する式(1)で表される構造単位(1)が挙げられる。 The mole fraction of the protonic acid group-containing structural unit is the following ratio: the number of protonic acid group-containing structural units / the total number of structural units constituting the aromatic polyether resin. Further, as the protonic acid group-containing structural unit, for example, a structural unit (1) represented by the formula (1) described later can be mentioned.
本発明では、このようにプロトン酸基含有構造単位のモル分率が異なる芳香族ポリエーテル樹脂を少なくとも2種用いているので、プロトン酸基含有構造単位のモル分率が大きい前記樹脂(A2)により水透過性が向上するとともに、プロトン酸基含有構造単位のモル分率が小さい前記樹脂(A1)により塩の逆拡散を阻止することができる。 Since at least two kinds of aromatic polyether resins having different mole fractions of the protonic acid group-containing structural units are used in the present invention, the resin (A2) having a large mole fraction of the protonic acid group-containing structural units. As a result, the water permeability is improved, and the back diffusion of the salt can be prevented by the resin (A1) having a small mole fraction of the protonic acid group-containing structural unit.
特に、前記樹脂(A1)と前記樹脂(A2)とがいずれも芳香族ポリエーテル樹脂であるので、これらの分散が良好と考えられる。この為、緻密で多段階の疑似的な(A1)/(A2)単位の連続層を形成していると考えられるので、水透過特性と塩の逆拡散抑制の効果を効率的に発揮させられるのであろう。 In particular, since both the resin (A1) and the resin (A2) are aromatic polyether resins, it is considered that their dispersion is good. For this reason, it is considered that a dense and multi-step pseudo (A1) / (A2) unit continuous layer is formed, so that the water permeation characteristics and the effect of suppressing salt backdiffusion can be efficiently exhibited. Probably.
一実施態様において、前記半透膜は、樹脂(A)に由来するプロトン酸基の濃度が、前記半透膜の厚さ方向において勾配を有することが好ましい。濃度勾配は、連続的に濃度が上昇する態様でもよく、階段状に濃度が上昇する態様であってもよい。その一例としては、たとえば、前記半透膜が、樹脂(A1)を含有する層(L1)と、樹脂(A2)を含有する層(L2)とを有する積層膜であることが挙げられる。層(L1)と層(L2)との厚さの比率(L1の厚さ:L2の厚さ)は、通常5:95〜80:20、好ましくは20:80〜60:40である。このような多層構造により、より高い水透過流束および塩阻止率が得られる。 In one embodiment, the semipermeable membrane preferably has a gradient in the concentration of protonic acid groups derived from the resin (A) in the thickness direction of the semipermeable membrane. The concentration gradient may be a mode in which the concentration continuously increases, or a mode in which the concentration increases stepwise. As an example thereof, for example, the semipermeable membrane is a laminated membrane having a layer (L1) containing a resin (A1) and a layer (L2) containing a resin (A2). The ratio of the thickness of the layer (L1) to the layer (L2) (thickness of L1: thickness of L2) is usually 5:95 to 80:20, preferably 20:80 to 60:40. Such a multilayer structure provides a higher water permeation flux and salt blocking rate.
この態様は、前記の(A1)/(A2)単位の構成の効果をより確実に発言させる観点で好ましい態様であると言えよう。 It can be said that this aspect is a preferable aspect from the viewpoint of more reliably expressing the effect of the above-mentioned (A1) / (A2) unit configuration.
ここで樹脂(A)に由来するプロトン酸基の濃度勾配とは、樹脂(A)に含まれるプロトン酸基濃度が、半透膜の厚さ方向において変化することを指す。プロトン酸基がスルホン基やその末端水素原子がNaまたはKで置換された基であるときには、元素マッピングにより半透膜断面における硫黄原子の濃度分布を解析することにより、前記濃度勾配を確認できる。 Here, the concentration gradient of the protonic acid group derived from the resin (A) means that the concentration of the protonic acid group contained in the resin (A) changes in the thickness direction of the semipermeable membrane. When the protonic acid group is a sulfone group or a group in which the terminal hydrogen atom thereof is substituted with Na or K, the concentration gradient can be confirmed by analyzing the concentration distribution of sulfur atoms in the semipermeable membrane cross section by element mapping.
ここで、正浸透膜の使用時には、前記半透膜において、プロトン酸基濃度が大きい側がフィード溶液側を向き、プロトン酸基濃度が小さい側がドロー溶液側を向くように、正浸透膜を配置することが好ましい。たとえば、前記半透膜において樹脂(A2)を含有する層(L2)がフィード溶液側を向き、樹脂(A1)を含有する層(L1)がドロー溶液側を向くように、正浸透膜を配置することが好ましい。このような態様であると、より高い水透過流束および塩阻止率が得られる。 Here, when the forward osmosis membrane is used, the forward osmosis membrane is arranged so that the side having a high protonic acid group concentration faces the feed solution side and the side having a low protonic acid group concentration faces the draw solution side in the semipermeable membrane. Is preferable. For example, in the semipermeable membrane, the forward osmosis membrane is arranged so that the layer (L2) containing the resin (A2) faces the feed solution side and the layer (L1) containing the resin (A1) faces the draw solution side. It is preferable to do so. In such an embodiment, a higher water permeation flux and salt inhibition rate can be obtained.
一実施態様において、前記半透膜は、樹脂(A1)および樹脂(A2)を少なくとも含む混合物から形成されていることが好ましい。その一例として、前記半透膜は、樹脂(A1)および樹脂(A2)のそれぞれに対応する少なくとも2つの相に分離した構造を有する。この相分離構造により、より高い水透過流束および塩阻止率が得られる。前記混合物において、樹脂(A1)と樹脂(A2)との質量比率(A1:A2)は、通常10:90〜90:10、好ましくは30:70〜70:30である。 In one embodiment, the semipermeable membrane is preferably formed from a mixture containing at least a resin (A1) and a resin (A2). As an example, the semipermeable membrane has a structure separated into at least two phases corresponding to each of the resin (A1) and the resin (A2). This phase-separated structure provides higher water permeation flux and salt blockage. In the mixture, the mass ratio (A1: A2) of the resin (A1) and the resin (A2) is usually 10:90 to 90:10, preferably 30:70 to 70:30.
このような相分離構造は、電子顕微鏡(TEMまたはSEM)観察により確認することができる。相分離構造としては、海島構造、相互侵入構造等が考えられるが、ドロー溶液からの塩の逆拡散を阻止する観点から、相互侵入構造が更に好ましい。また、海島構造の場合は、プロトン酸基含有構造単位のモル分率が小さい樹脂(A1)が海相を形成し、前記モル分率が大きい樹脂(A2)が島相を形成することが好ましい。 Such a phase-separated structure can be confirmed by observation with an electron microscope (TEM or SEM). As the phase-separated structure, a sea-island structure, an interpenetrating structure, and the like can be considered, but the interpenetrating structure is more preferable from the viewpoint of preventing the backdiffusion of the salt from the draw solution. Further, in the case of a sea-island structure, it is preferable that the resin (A1) having a small mole fraction of the protonic acid group-containing structural unit forms a sea phase, and the resin (A2) having a large mole fraction forms an island phase. ..
本発明では、芳香族ポリエーテル樹脂(A)を原料として用いた半透膜が自立膜として製造可能であり、この半透膜と多孔質基材とを積層することによって、水透過性が高く、塩阻止率が高い正浸透膜を得ることができる。 In the present invention, a semipermeable membrane using the aromatic polyether resin (A) as a raw material can be produced as a self-supporting membrane, and by laminating this semipermeable membrane and the porous base material, water permeability is high. , A forward osmotic membrane having a high salt blocking rate can be obtained.
前記半透膜は、実質的に芳香族ポリエーテル樹脂(A)のみからなるが、他の成分を本発明の効果を損なわない程度に少量(たとえば、1質量%以下、または0.1質量%以下)含んでいてもよい。 The semipermeable membrane is substantially composed of only the aromatic polyether resin (A), but the other components are contained in a small amount (for example, 1% by mass or less, or 0.1% by mass) so as not to impair the effect of the present invention. The following) may be included.
前記半透膜の厚さは、通常3.0μm以下、好ましくは0.01〜3.0μm、より好ましくは0.01〜1.5μmである。前記厚さがこの範囲内にある半透膜を用いた正浸透膜は、十分な膜強度を有し、かつ実用上十分大きな水の透過流束を示す。前記半透膜の厚さは、半透膜の製造条件、たとえばプレス成形時の温度や圧力、キャスト時のワニス濃度や塗布厚などにより制御することができる。 The thickness of the semipermeable membrane is usually 3.0 μm or less, preferably 0.01 to 3.0 μm, and more preferably 0.01 to 1.5 μm. A forward osmotic membrane using a semipermeable membrane whose thickness is within this range has sufficient membrane strength and exhibits a practically sufficiently large permeation flux of water. The thickness of the semipermeable membrane can be controlled by the manufacturing conditions of the semipermeable membrane, for example, the temperature and pressure during press molding, the varnish concentration during casting, the coating thickness, and the like.
前記半透膜は、厚みのムラが出来るだけ少ないことが好ましい。前記半透膜には、水透過の際に圧力がかかる為、厚みのムラがあると、応力集中が起こる場合がある。この為、水分離膜として用いる場合、膜としての耐久性が低下する場合がある。 It is preferable that the semipermeable membrane has as little unevenness in thickness as possible. Since pressure is applied to the semipermeable membrane when water is permeated, stress concentration may occur if the thickness is uneven. Therefore, when used as a water separation membrane, the durability as a membrane may decrease.
(芳香族ポリエーテル樹脂(A))
前記半透膜は、プロトン酸基含有構造単位を有する芳香族ポリエーテル樹脂(A)を含んでなる。樹脂(A)は、前述した樹脂(A1)および(A2)を少なくとも含む。 (Aromatic polyether resin (A))
The semipermeable membrane comprises an aromatic polyether resin (A) having a protonic acid group-containing structural unit. The resin (A) contains at least the above-mentioned resins (A1) and (A2).
樹脂(A1)および(A2)は、それぞれ、下式(1)で表される構造単位(1)および下式(2)で表される構造単位(2)を有することが好ましい。ここで、構造単位(1)および構造単位(2)の合計量に対する構造単位(1)のモル分率について、樹脂(A2)の前記モル分率は、樹脂(A1)の前記モル分率よりも大きいことが好ましい。 The resins (A1) and (A2) preferably have a structural unit (1) represented by the following formula (1) and a structural unit (2) represented by the following formula (2), respectively. Here, with respect to the mole fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2), the mole fraction of the resin (A2) is higher than the mole fraction of the resin (A1). Is also preferable.
ここで、これらの樹脂(A1)および(A2)における構造単位(1)は同一でも異なってもよく、また、樹脂(A1)および(A2)における構造単位(2)は同一でも異なってもよい。 Here, the structural unit (1) in these resins (A1) and (A2) may be the same or different, and the structural unit (2) in the resins (A1) and (A2) may be the same or different. ..
i,j,kおよびlは、それぞれ独立して、0または1を示す。
i, j, k and l independently represent 0 or 1, respectively.
R1〜R10は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF3またはCmH2m+1(mは1〜10の整数を示す。)であり、CmH2m+1としては、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が挙げられる。R 1 to R 10 are independently H, Cl, F, CF 3 or C m H 2 m + 1 (m indicates an integer of 1 to 10), and C m H 2 m + 1 is used as C m H 2 m + 1. For example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group can be mentioned.
R1〜R10の少なくとも1つはCmH2m+1(mは1〜10の整数を示す。)である。具体的には、i,j,kおよびlならびにR1〜R10は、前記構造単位(1)および/または前記構造単位(2)が、CmH2m+1で表される基を少なくとも1つ有するように選択される。すなわち、i,j,kおよびlがすべて1の場合には、R1〜R10の少なくとも1つがCmH2m+1であるが、たとえばi=0、j=1、k=0かつl=1の場合には、R1〜R3、R5〜R8およびR10の少なくとも1つがCmH2m+1である。At least one of R 1 to R 10 is C m H 2m + 1 (m represents an integer of 1 to 10). Specifically, i, j, k and l and R 1 to R 10 contain at least a group in which the structural unit (1) and / or the structural unit (2) is represented by C m H 2 m + 1. Selected to have one. That is, when i, j, k and l are all 1, at least one of R 1 to R 10 is C m H 2 m + 1 , but for example i = 0, j = 1, k = 0 and l. When = 1, at least one of R 1 to R 3 , R 5 to R 8 and R 10 is C m H 2 m + 1 .
R1〜R10は、それぞれ芳香環に2つ以上存在してもよく、1つの芳香環にCmH2m+1が2つ以上存在する場合には、各CmH2m+1は互いに同一であっても異なっていてもよい。Two or more R 1 to R 10 may be present in each aromatic ring, and when two or more C m H 2 m + 1 are present in one aromatic ring, each C m H 2 m + 1 is present with each other. It may be the same or different.
X1〜X5は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF3またはプロトン酸基である。X 1 to X 5 are independently H, Cl, F, CF 3 or protonic acid groups.
X1〜X5の少なくとも1つはプロトン酸基である。具体的には、iおよびjならびにX1〜X5は、前記構造単位(1)が、プロトン酸基を少なくとも1つ有するように選択される。すなわち、i=1かつj=1の場合にはX1〜X5の少なくとも1つがプロトン酸基であるが、j=0の場合にはX1〜X3の少なくとも1つがプロトン酸基であり、i=0かつj=1の場合にはX1〜X3およびX5の少なくとも1つがプロトン酸基である。At least one of X 1 to X 5 is a protonic acid group. Specifically, i and j and X 1 to X 5 are selected such that the structural unit (1) has at least one protonic acid group. That is, when i = 1 and j = 1, at least one of X 1 to X 5 is a protonic acid group, but when j = 0 , at least one of X 1 to X 3 is a protonic acid group. , I = 0 and j = 1 , at least one of X 1 to X 3 and X 5 is a protonic acid group.
X1〜X5は、それぞれ芳香環に2つ以上存在してもよく、1つの芳香環にプロトン酸基が2つ以上存在する場合には、各プロトン酸基は互いに同一であっても異なっていてもよい。Two or more of X 1 to X 5 may be present in each aromatic ring, and when two or more proton acid groups are present in one aromatic ring, the proton acid groups are different even if they are the same as each other. May be.
A1〜A6は、それぞれ独立して、直接結合、−CH2−、−C(CH3)2−、−C(CF3)2−、−O−または−CO−であり、A1〜A6の少なくとも1つは好ましくは−CO−である。A 1 to A 6 are independently directly bonded, −CH 2 −, −C (CH 3 ) 2− , −C (CF 3 ) 2− , −O− or −CO−, and A 1 At least one of ~ A 6 is preferably −CO−.
式(1)および(2)の両端の線は、隣り合う構造単位との結合を示す。 The lines at both ends of equations (1) and (2) indicate the connection with adjacent structural units.
本発明において、プロトン酸基とは、プロトンを放出しやすい官能基またはその水素原子がNaまたはKで置換されたものを意味し、その例としては、スルホン酸基(−SO3H)、カルボン酸基(−COOH)、ホスホン酸基(−PO3H2)、アルキルスルホン酸基(−(CH2)nSO3H)、アルキルカルボン酸基(−(CH2)nCOOH)、アルキルホスホン酸基(−(CH2)nPO3H2)、ヒドロキシフェニル基(−C6H4OH)およびこれらの末端水素原子がNaまたはKで置換されたものが挙げられる。nは1〜10の整数である。前記プロトン酸基としては、−Cn'H2n'−SO3Y(n’は0〜10の整数であり、好ましくは0であり、YはH、NaまたはKである)が好ましい。In the present invention, the protonic acid group means a functional group that easily releases a proton or a hydrogen atom thereof substituted with Na or K, and examples thereof include a sulfonic acid group (-SO 3 H) and a carboxylic acid. Acid group (-COOH), phosphonic acid group (-PO 3 H 2 ), alkyl sulfonic acid group (-(CH 2 ) n SO 3 H), alkyl carboxylic acid group (-(CH 2 ) n COOH), alkyl phosphon Examples thereof include acid groups (-(CH 2 ) n PO 3 H 2 ), hydroxyphenyl groups (-C 6 H 4 OH) and those in which the terminal hydrogen atoms thereof are substituted with Na or K. n is an integer of 1-10. Examples of the protonic acid group, -C n 'H 2n' -SO 3 Y (n ' is an integer of 0, preferably 0, Y is H, Na or K) are preferred.
前記構造単位(1)の例としては、下式(1−1)または下式(1−2)で表される構造単位が挙げられ、これらの構造においてはA1が−CO−であることが好ましく、Examples of the structural unit (1) include structural units represented by the following equation (1-1) or the following equation (1-2), and in these structures, A 1 is −CO−. Is preferable
また、構造単位(2)の例としては、下式(2−1)または下式(2−2)で表される構造単位が挙げられ、
Further, as an example of the structural unit (2), a structural unit represented by the following equation (2-1) or the following equation (2-2) can be mentioned.
樹脂(A)全体において、前記構造単位(1)および前記構造単位(2)の合計量に対する前記構造単位(1)のモル分率は、水透過性の高い半透膜を形成できることから、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.25以上であり;また、塩阻止率が高く、かつゲル化しない半透膜を形成できることから、好ましくは0.9以下、より好ましくは0.7以下、さらに好ましくは0.6以下である。
In the entire resin (A), the mole fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2) is preferable because a semipermeable membrane having high water permeability can be formed. Is 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, still more preferably 0.25 or more; and because it has a high salt inhibition rate and can form a semipermeable membrane that does not gel, it is preferably 0.9 or less. , More preferably 0.7 or less, still more preferably 0.6 or less.
前記構造単位(1)および前記構造単位(2)の合計量に対する前記構造単位(1)のモル分率において、水透過性および塩阻止率のバランスの観点から、前記樹脂(A1)の前記モル分率と前記樹脂(A2)の前記モル分率との差の絶対値は、好ましくは0.03〜0.6、より好ましくは0.1〜0.4である。 From the viewpoint of the balance between water permeability and salt inhibition rate in the mole fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2), the molar fraction of the resin (A1). The absolute value of the difference between the fraction and the mole fraction of the resin (A2) is preferably 0.03 to 0.6, more preferably 0.1 to 0.4.
なお、モル分率の差の上記規定において、樹脂(A)に含まれる芳香族ポリエーテル樹脂は2種に限定されない。樹脂(A)が構造単位(1)のモル分率が異なる3種以上の芳香族ポリエーテル樹脂を含む場合、構造単位(1)のモル分率の差の上記規定は、少なくとも1組の「2種の芳香族ポリエーテル樹脂」が満たせばよい。 In the above specification of the difference in mole fraction, the aromatic polyether resin contained in the resin (A) is not limited to two types. When the resin (A) contains three or more kinds of aromatic polyether resins having different mole fractions of the structural unit (1), the above-mentioned provision of the difference in the mole fraction of the structural unit (1) is at least one set of ". It suffices to be filled with "two kinds of aromatic polyether resins".
芳香族ポリエーテル樹脂(A)は、さらに、後述する多官能化合物に由来する構造単位を含んでいてもよい。芳香族ポリエーテル樹脂(A)は、架橋体であってもよく、非架橋体であってもよい。 The aromatic polyether resin (A) may further contain a structural unit derived from a polyfunctional compound described later. The aromatic polyether resin (A) may be a crosslinked product or a non-crosslinked product.
芳香族ポリエーテル樹脂(A)の、GPC(Gel Permeation Chromatography)法を用い、以下の条件(1)〜(6)により測定される重量平均分子量(Mw)は、好ましくは70,000以上、より好ましくは80,000以上、さらに好ましくは90,000以上である。分子量が上記範囲にあると、得られる半透膜は機械特性が高く、製膜時や使用時に破れ難い。また、前記重量平均分子量は、ゲル発生率の観点からは好ましくは180,000以下である。 The weight average molecular weight (Mw) of the aromatic polyether resin (A) measured by the GPC (Gel Permeation Chromatography) method under the following conditions (1) to (6) is preferably 70,000 or more. It is preferably 80,000 or more, more preferably 90,000 or more. When the molecular weight is in the above range, the obtained semipermeable membrane has high mechanical properties and is not easily torn during film formation or use. The weight average molecular weight is preferably 180,000 or less from the viewpoint of gel generation rate.
(1) 測定温度:40℃
(2) 展開溶媒:N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)
(3) 流量:1.0ml/分
(4) 注入量:500μl
(5) 検出器:UV検出器
(6) 分子量標準物質:標準ポリスチレン
前記重量平均分子量は、芳香族ポリエーテル樹脂(A)を製造する際に、原料モノマーのモル比や、末端封止剤の量を調整することにより制御することができる。(1) Measurement temperature: 40 ° C
(2) Developing solvent: N, N-dimethylformamide (DMF)
(3) Flow rate: 1.0 ml / min
(4) Injection amount: 500 μl
(5) Detector: UV detector
(6) Molecular weight standard substance: Standard polystyrene The weight average molecular weight shall be controlled by adjusting the molar ratio of the raw material monomer and the amount of the terminal encapsulant when producing the aromatic polyether resin (A). Can be done.
芳香族ポリエーテル樹脂(A)のプロトン酸基当量、すなわちプロトン酸基1モル当たりの芳香族ポリエーテル樹脂(A)の質量は、水やメタノールに溶解せず、膨潤が抑えられた、電解質の膜透過量が小さい半透膜が得られることから、好ましくは200g/mol以上である。また、水の透過流束が大きく経済性の高い半透膜が得られることから、好ましくは5000g/mol以下、より好ましくは1000g/mol以下である。 The protonic acid group equivalent of the aromatic polyether resin (A), that is, the mass of the aromatic polyether resin (A) per mole of the protonic acid group was insoluble in water or methanol, and swelling was suppressed. Since a semitransparent film having a small amount of film permeation can be obtained, it is preferably 200 g / mol or more. Further, since a semipermeable membrane having a large permeation flux of water and high economy can be obtained, it is preferably 5000 g / mol or less, more preferably 1000 g / mol or less.
(芳香族ポリエーテル樹脂(A)の製造方法)
芳香族ポリエーテル樹脂(A)は、従来公知の方法(たとえば国際公開第2003/33566号に記載された方法)に従い、芳香環を有する単量体の縮合によって得ることができる。たとえば、下式(1a)および(2a) (Manufacturing method of aromatic polyether resin (A))
The aromatic polyether resin (A) can be obtained by condensation of a monomer having an aromatic ring according to a conventionally known method (for example, the method described in International Publication No. 2003/3566). For example, the following equations (1a) and (2a)
式中、Yはハロゲン原子であり、他の各符号の意味は、上記式(1)および(2)の中で使用された同じ符号の意味と同一である。前記ハロゲン原子としては、好ましくはフッ素および塩素が挙げられる。 In the formula, Y is a halogen atom, and the meaning of each of the other codes is the same as the meaning of the same code used in the above formulas (1) and (2). Preferred examples of the halogen atom include fluorine and chlorine.
縮合にはK2CO3等の塩基性触媒を用いることが好ましい。It is preferable to use a basic catalyst such as K 2 CO 3 for condensation.
上記式(1a)で表される単量体(ただし、X1〜X2の少なくとも1つがプロトン酸基であるもの。)としては、たとえば5,5'−カルボニルビス(2−フルオロベンゼンスルホン酸ナトリウム)、5,5'−カルボニルビス(2−クロロベンゼンスルホン酸ナトリウム)等のプロトン酸基含有芳香族ジハライド化合物が挙げられる。Examples of the monomer represented by the above formula (1a) ( where at least one of X 1 to X 2 is a protonic acid group) include 5,5'-carbonylbis (2-fluorobenzenesulfonic acid). Examples thereof include protonic acid group-containing aromatic dihalide compounds such as sodium) and 5,5'-carbonylbis (sodium 2-chlorobenzenesulfonate).
上記式(2a)で表される単量体としては、たとえば、
4,4'−ジフルオロベンゾフェノン、3,3'−ジフルオロベンゾフェノン、4,4'−ジクロロベンゾフェノン、3,3'−ジクロロベンゾフェノン、4,4'−ジフルオロビフェニル、4,4'−ジフルオロジフェニルメタン、4,4'−ジクロロジフェニルメタン、4,4'−ジフルオロジフェニルエーテル等の芳香族ジハライド化合物;および
3,3'−ジメチル−4,4'−ジフルオロベンゾフェノン、3,3'−ジエチル−4,4'−ジフルオロベンゾフェノン、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジフルオロベンゾフェノン、3,3'−ジメチル−4,4'−ジクロロベンゾフェノン、3,3',4,4'−テトラメチル−5,5'−ジクロロベンゾフェノン等のアルキル基含有芳香族ジハライド化合物
が挙げられる。Examples of the monomer represented by the above formula (2a) include, for example.
4,4'-difluorobenzophenone, 3,3'-difluorobenzophenone, 4,4'-dichlorobenzophenone, 3,3'-dichlorobenzophenone, 4,4'-difluorobiphenyl, 4,4'-difluorodiphenylmethane, 4, Aromatic dihalide compounds such as 4'-dichlorodiphenylmethane, 4,4'-difluorodiphenyl ether; and 3,3'-dimethyl-4,4'-difluorobenzophenone, 3,3'-diethyl-4,4'-difluorobenzophenone , 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-difluorobenzophenone, 3,3'-dimethyl-4,4'-dichlorobenzophenone, 3,3', 4,4'-tetramethyl- Examples thereof include alkyl group-containing aromatic dihalide compounds such as 5,5'-dichlorobenzophenone.
上記式(2b)で表される単量体(または、上記式(1b)で表される単量体(ただし、X3〜X5がすべて水素原子であるもの。))としては、たとえば、
4,4'−ジヒドロキシビフェニル、4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、α,α'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジメチルベンゼン、α,α'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、1,4−ビス(4−ヒドロキシベンゾイル)ベンゼン、3,3'−ジフルオロ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル等の芳香族ジヒドロキシ化合物;および
3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン(別名:ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン)、3,3',5,5'−テトラエチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−エチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、α,α'−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α'−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン等のアルキル基含有芳香族ジヒドロキシ化合物
が挙げられる。Monomer represented by the formula (2b) (or the monomer (however represented by the formula (1b), X 3 to X 5 are those wherein all hydrogen atoms.)) As, for example,
4,4'-Dihydroxybiphenyl, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 4,4'-dihydroxybenzophenone, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 1,1,1 , 3,3,3-hexafluoro-2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 1,4-bis (4-hydroxyphenyl) benzene, α, α'-bis (4-hydroxyphenyl) -1 , 4-Dimethylbenzene, α, α'-bis (4-hydroxyphenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α'-bis (4-hydroxyphenyl) -1,3-diisopropylbenzene, 1,4- Aromatic dihydroxy compounds such as bis (4-hydroxybenzoyl) benzene, 3,3'-difluoro-4,4'-dihydroxybiphenyl; and 3,3'-dimethyl-4,4'-dihydroxybiphenyl, 3,3'. , 5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxybiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'- Dihydroxydiphenylmethane (also known as bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) methane), 3,3', 5,5'-tetraethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 3,3'-dimethyl-4, 4'-Dihydroxydiphenyl ether, 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis ( 3-Ethyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane, α, α'-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -1,4 -Diisopropylbenzene, α, α'-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -1,4-diisopropylbenzene, α, α'-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -1,3 Examples thereof include alkyl group-containing aromatic dihydroxy compounds such as −diisopropylbenzene and α, α'-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -1,3-diisopropylbenzene.
芳香族ポリエーテル樹脂(A)の溶剤溶解性が損なわれない範囲で、前記単量体と共に多官能化合物を共重合してもよい。多官能化合物を共重合することにより、芳香族ポリエーテル樹脂(A)は微架橋構造を取ることができる。多官能化合物としては、1分子中に3個以上の水酸基を有するもの、たとえば、(2,4−ジヒドロキシフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)メタノン、4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]−1,3−ベンゼンジオール、4−[(2,3,5−トリメチル−4−ヒドロキシフェニル)メチル]−1,3−ベンゼンジオール、4−[(4−ヒドロキシフェニル)メチル]−1,2,3−ベンゼントリオール、(4−ヒドロキシフェニル)(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタノン、4−[(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)メチル]−1,2,3−ベンゼントリオール、4−[(2,3,5−トリメチル−4−ヒドロキシフェニル)メチル]−1,2,3−ベンゼントリオール、4,4'−[1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン)]ビス[ベンゼン−1,2−ジオール]、5,5'−[1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン)]ビス[ベンゼン−1,2,3−トリオール]、α,α,α'−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプロピルベンゼン、フロログルシン、ピロガロール等が挙げられる。 A polyfunctional compound may be copolymerized with the monomer as long as the solvent solubility of the aromatic polyether resin (A) is not impaired. By copolymerizing the polyfunctional compound, the aromatic polyether resin (A) can have a microcrosslinked structure. Examples of the polyfunctional compound include those having three or more hydroxyl groups in one molecule, for example, (2,4-dihydroxyphenyl) (4-hydroxyphenyl) methanone, 4- [1- (4-hydroxyphenyl) -1. -Methylethyl] -1,3-benzenediol, 4-[(2,3,5-trimethyl-4-hydroxyphenyl) methyl] -1,3-benzenediol, 4-[(4-hydroxyphenyl) methyl] -1,2,3-benzenetriol, (4-hydroxyphenyl) (2,3,4-trihydroxyphenyl) methanone, 4-[(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) methyl] -1,2 , 3-benzenetriol, 4-[(2,3,5-trimethyl-4-hydroxyphenyl) methyl] -1,2,3-benzenetriol, 4,4'-[1,4-phenylenebis (1-) Methylethylidene)] bis [benzene-1,2-diol], 5,5'-[1,4-phenylene bis (1-methylethylidene)] bis [benzene-1,2,3-triol], α, α , Α'-Tris (4-hydroxyphenyl) -1-ethyl-4-isopropylbenzene, fluoroglucin, pyrogallol and the like.
これらの共重合量は、芳香族ポリエーテル樹脂(A)の溶剤溶解性の低下、前記樹脂の製膜時の流動性の低下、半透膜の伸び率の低下を防止する観点から、好ましくは0〜8mol%/全OH当量(すなわち、上記式(1b)の単量体、式(2b)の単量体および多官能単量体が有するOH基の全量(100mol%)のうち、0〜8mol%が多官能単量体由来のOH基である。)、さらに好ましくは0〜5mol%/全OH当量である。 These copolymerization amounts are preferably from the viewpoint of preventing a decrease in the solvent solubility of the aromatic polyether resin (A), a decrease in the fluidity of the resin during film formation, and a decrease in the elongation rate of the semitransparent film. 0 to 8 mol% / total OH equivalent (that is, 0 to 0 out of the total amount (100 mol%) of OH groups contained in the monomer of the above formula (1b), the monomer of the formula (2b) and the polyfunctional monomer. 8 mol% is an OH group derived from a polyfunctional monomer), more preferably 0 to 5 mol% / total OH equivalent.
(芳香族ポリエーテル樹脂(A)のワニス)
芳香族ポリエーテル樹脂(A)は、その分子構造が基本的には直鎖状であり、前記多官能化合物に由来する架橋構造を有していてもその量は僅かであることから、溶剤溶解性に優れる。したがって、樹脂(A)を溶剤に溶解したワニスの形態とすることができる。 (Varnish of aromatic polyether resin (A))
Since the molecular structure of the aromatic polyether resin (A) is basically linear and the amount thereof is small even if it has a crosslinked structure derived from the polyfunctional compound, it is solvent-soluble. Excellent in sex. Therefore, it can be in the form of a varnish in which the resin (A) is dissolved in a solvent.
溶剤の例としては、特に制限はなく、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、塩化メチル、塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類、ジクロロエチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチルなどの脂肪酸エステル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノールなどのセロソルブ類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、炭酸ジメチルなどの非プロトン性極性溶剤類が挙げられる。これらは1種単独で、または2種以上を混合して使用できる。中でも、低級アルコール類(メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、t−ブチルアルコールなど)、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどは、水溶性のため好ましく、更にこれらと水との混合溶剤も好ましい。ワニス中の樹脂濃度は、ワニスの使用方法により選択できるが、好ましくは1質量%以上80質量%以下である。 Examples of the solvent are not particularly limited, and alcohols such as water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and butanol, hydrocarbons such as toluene and xylene, and halogenated carbides such as methyl chloride and methylene chloride are used. Hydrogens, dichloroethyl ethers, ethers such as 1,4-dioxane and tetrahydrofuran, fatty acid esters such as methyl acetate and ethyl acetate, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, cellosolves such as 2-methoxyethanol and 2-ethoxyethanol. Examples include aprotonic polar solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, and dimethyl carbonate. These can be used alone or in admixture of two or more. Among them, lower alcohols (methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, t-butyl alcohol, etc.), tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. are preferable because they are water-soluble. Further, a mixed solvent of these and water is also preferable. The resin concentration in the varnish can be selected depending on the method of using the varnish, but is preferably 1% by mass or more and 80% by mass or less.
《引張弾性率、引張破断強度および伸び率》
前記半透膜の引張弾性率は、好ましくは0.8〜2.0GPa、更に好ましくは1.2〜1.6GPaである。前記半透膜の引張破断強度は、好ましくは40MPa以上であり、その上限はたとえば100MPaである。また、前記半透膜の伸び率は、好ましくは40%以上であり、その上限はたとえば200%である。これらの引張弾性率、引張破断強度および伸び率は、下記の条件で測定した場合のものである。 << Tension elastic modulus, tensile breaking strength and elongation >>
The tensile elastic modulus of the semipermeable membrane is preferably 0.8 to 2.0 GPa, more preferably 1.2 to 1.6 GPa. The tensile breaking strength of the semipermeable membrane is preferably 40 MPa or more, and the upper limit thereof is, for example, 100 MPa. The elongation rate of the semipermeable membrane is preferably 40% or more, and the upper limit thereof is, for example, 200%. These tensile elastic modulus, tensile breaking strength and elongation rate are those measured under the following conditions.
長さ×幅×厚さ=100mm×10mm×5μmの試験片を作製し、引張試験機を用いて速度50mm/分で引っ張り、試験片が切断(破断)したときの強度(引張荷重値を試験片の断面積で除した値)、および伸び率を求める。 Prepare a test piece of length x width x thickness = 100 mm x 10 mm x 5 μm, pull it at a speed of 50 mm / min using a tensile tester, and test the strength (tensile load value) when the test piece is cut (broken). (Value divided by the cross-sectional area of one piece) and the elongation rate are obtained.
伸び率は次の式によって算出する。 The growth rate is calculated by the following formula.
伸び率(%)=100×(L−L0)/L0
(L0:試験前の試験片長さ L:破断時の試験片長さ)
また、引張弾性率は、破断時の加重を試験片の断面積および破断時の歪量、すなわち(L−L0)/L0で除した値とする。Elongation rate (%) = 100 x (L-L 0 ) / L 0
(L 0 : Test piece length before test L: Test piece length at break)
The tensile elastic modulus is a value obtained by dividing the load at break by the cross-sectional area of the test piece and the strain amount at break, that is, (L−L 0 ) / L 0.
前記引張破断強度および前記伸び率は、たとえば、芳香族ポリエーテル樹脂(A)の分子量を高めることによって大きくすることができる。 The tensile strength at break and the elongation rate can be increased, for example, by increasing the molecular weight of the aromatic polyether resin (A).
《溶解性および質量減少率》
前記半透膜のジメチルスルホキシド(以下「DMSO」ともいう。)および水に対する溶解性は、各々以下の質量減少率によって評価することができる。前記質量減少率は、好ましくは2質量%未満、より好ましくは1.0質量%以下、特に好ましくは0.5質量%以下である。 << Solubility and mass reduction rate >>
The solubility of the semipermeable membrane in dimethyl sulfoxide (hereinafter, also referred to as "DMSO") and water can be evaluated by the following mass reduction rates. The mass reduction rate is preferably less than 2% by mass, more preferably 1.0% by mass or less, and particularly preferably 0.5% by mass or less.
半透膜を、窒素雰囲気下、150℃で4時間静置して乾燥させた後、秤量する。半透膜を、DMSOまたは水に浸し、25℃で24時間静置する。半透膜を、DMSOまたは水から取り出し、窒素雰囲気下、150℃で4時間静置して乾燥させた後、秤量する。半透膜の浸漬前後の質量に基づき、下記式から質量減少率を算出する。 The semipermeable membrane is allowed to stand at 150 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to dry, and then weighed. The semipermeable membrane is immersed in DMSO or water and allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours. The semipermeable membrane is removed from DMSO or water, allowed to stand at 150 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere, dried, and then weighed. Based on the mass before and after immersion of the semipermeable membrane, the mass reduction rate is calculated from the following formula.
質量減少率=(半透膜の浸漬前の質量−半透膜の浸漬後の質量)/半透膜の浸漬前の質量×100
前記溶解量は、たとえば前記プロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂を架橋することにより小さくでき、したがって前記プロトン酸基当量が小さくても前記溶解量を上記の範囲とすることができる。Mass reduction rate = (mass before immersion of semipermeable membrane-mass after immersion of semipermeable membrane) / mass before immersion of semipermeable membrane x 100
The dissolved amount can be reduced, for example, by cross-linking the protonic acid group-containing aromatic polyether resin, and therefore the dissolved amount can be within the above range even if the proton acid group equivalent is small.
(半透膜の製造方法)
前記半透膜は、プロトン酸基含有構造単位を有する芳香族ポリエーテル樹脂(A)から、自立膜として製造することができる。 (Manufacturing method of semipermeable membrane)
The semipermeable membrane can be produced as a self-supporting membrane from the aromatic polyether resin (A) having a protonic acid group-containing structural unit.
前記半透膜は、芳香族ポリエーテル樹脂(A)をプレス成形や押し出し成形することにより、容易に製造できる。また、芳香族ポリエーテル樹脂(A)の膜に、延伸処理などを施してもよい。 The semipermeable membrane can be easily produced by press-molding or extruding the aromatic polyether resin (A). Further, the film of the aromatic polyether resin (A) may be subjected to a stretching treatment or the like.
前記半透膜は、前述のワニスからキャスト法により製造することもできる。すなわち、前記ワニスを支持体上に塗布し、溶剤を揮発除去することにより半透膜を得ることができる。さらに、半透膜を支持体から剥離して自立膜としてもよい。 The semipermeable membrane can also be produced from the above-mentioned varnish by a casting method. That is, a semipermeable membrane can be obtained by applying the varnish on the support and volatilizing and removing the solvent. Further, the semipermeable membrane may be peeled off from the support to form a self-supporting membrane.
前記半透膜中にキャスト時の有機溶剤などが残存している場合には、前記半透膜は機械強度が低下し破損しやすくなる恐れがある。そのため、キャスト法により製造された前記半透膜には、十分な乾燥、および/または水、硫酸水溶液、塩酸などでの洗浄を施すことが好ましい。 If an organic solvent or the like at the time of casting remains in the semipermeable membrane, the mechanical strength of the semipermeable membrane may decrease and the semipermeable membrane may be easily damaged. Therefore, it is preferable that the semipermeable membrane produced by the casting method is sufficiently dried and / or washed with water, an aqueous sulfuric acid solution, hydrochloric acid or the like.
なお、前記半透膜の製造に用いる前記芳香族ポリエーテル樹脂(A)が有する前記プロトン酸基が、プロトンを放出し易い官能基において水素原子がNaまたはKで置換されたものである場合に、該芳香族ポリエーテル樹脂(A)の膜を形成し、次いでこの膜を塩酸、硫酸水溶液などと接触させることにより前記プロトン酸基が有するNaまたはKを水素原子に置換してもよい。 When the protonic acid group of the aromatic polyether resin (A) used for producing the semitransparent film has a hydrogen atom substituted with Na or K in a functional group that easily releases a proton. , A film of the aromatic polyether resin (A) may be formed, and then Na or K of the protonic acid group may be replaced with a hydrogen atom by contacting the film with an aqueous solution of hydrochloric acid or sulfuric acid.
上述したプロトン酸基の濃度が、前記半透膜の厚さ方向において勾配を有する半透膜、具体的には積層膜は、たとえば、樹脂(A1)を含有する層(L1)を形成し、続いて前記層(L1)上に樹脂(A2)を含有する層(L2)を形成することにより得ることができ、また、樹脂(A2)を含有する層(L2)を形成し、続いて前記層(L2)上に樹脂(A1)を含有する層(L1)を形成することにより得ることもできる。各層は、たとえば、プレス成形、押し出し成形、キャスト法により得ることができる。 The semipermeable membrane in which the concentration of the protonic acid group described above has a gradient in the thickness direction of the semipermeable membrane, specifically, the laminated membrane forms, for example, a layer (L1) containing a resin (A1). It can be obtained by subsequently forming a layer (L2) containing a resin (A2) on the layer (L1), and also forming a layer (L2) containing a resin (A2), followed by the above. It can also be obtained by forming a layer (L1) containing a resin (A1) on the layer (L2). Each layer can be obtained by, for example, press molding, extrusion molding, or casting method.
また、上述した樹脂(A1)および(A2)を少なくとも含む混合物から形成された半透膜は、たとえば、樹脂(A1)と樹脂(A2)とを少なくとも含む混合樹脂をプレス成形または押し出し成形して得ることができ、また、樹脂(A1)と樹脂(A2)とを少なくとも含むワニスを塗布、乾燥することにより得ることもできる。ここで、前記混合樹脂またはワニスの撹拌速度により、相分離構造の大きさを調整することができる。 Further, the semitransparent film formed from the above-mentioned mixture containing at least the resins (A1) and (A2) is obtained by, for example, press-molding or extruding a mixed resin containing at least the resin (A1) and the resin (A2). It can also be obtained by applying and drying a varnish containing at least the resin (A1) and the resin (A2). Here, the size of the phase-separated structure can be adjusted by the stirring speed of the mixed resin or the varnish.
<多孔質基材>
前記多孔質基材の通気度は、100〜400cm3/cm2/sであることが好ましい。この通気度はJIS L 1096に記載のA法(フラジール形法)に基づき、以下のように測定される。 <Porous medium>
The air permeability of the porous substrate is preferably 100 to 400 cm 3 / cm 2 / s. This air permeability is measured as follows based on the A method (Frazier type method) described in JIS L 1096.
20cm×20cmの試験片を試験機に取り付け、傾斜形気圧計が125Paの圧力になるように吸い込みファン及び空気孔を調整し、垂直形気圧計の示す圧力を測定する。測定した圧力と空気孔の種類から試験機に附属の換算表によって試験片を通過する空気量を求める。 A 20 cm × 20 cm test piece is attached to the testing machine, the suction fan and the air hole are adjusted so that the inclined barometer has a pressure of 125 Pa, and the pressure indicated by the vertical barometer is measured. From the measured pressure and the type of air holes, determine the amount of air passing through the test piece from the conversion table attached to the tester.
また、前記多孔質基材の厚さは、通常50〜700μm、好ましくは80〜600μm、更に好ましくは100〜500μmである。 The thickness of the porous substrate is usually 50 to 700 μm, preferably 80 to 600 μm, and more preferably 100 to 500 μm.
正浸透膜は、このように高い通気度を有しかつ薄い多孔質基材が好ましく用いられるため、正浸透膜を使用する際に多孔質基材の内部に生じる濃度分極が抑制され、かつ水が正浸透膜を透過する時の流体抵抗を小さくでき、結果として正浸透膜における水の透過流束を大きくすることができる、と考えられる。前記多孔質基材の通気度および厚さは、常法により制御することができる。 As the forward osmosis membrane, a thin porous substrate having such high air permeability is preferably used, so that the concentration polarization generated inside the porous substrate when the forward osmosis membrane is used is suppressed, and water is used. It is considered that the fluid resistance when permeating through the forward osmosis membrane can be reduced, and as a result, the permeation flux of water in the forward osmosis membrane can be increased. The air permeability and thickness of the porous substrate can be controlled by a conventional method.
多孔質基材を構成する好ましい材質としては、合成樹脂および天然繊維を挙げることができる。 Preferred materials constituting the porous base material include synthetic resins and natural fibers.
合成樹脂としては、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂が挙げられ、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂の具体例としては、オレフィン系重合体、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル、(メタ)アクリル系樹脂を挙げることができる。これらの中でも、オレフィン系重合体及びポリエステル樹脂が好ましく、オレフィン系重合体が特に好ましい。 Examples of the synthetic resin include a thermoplastic resin and a thermosetting resin, and the thermoplastic resin is preferable. Specific examples of the thermoplastic resin include olefin polymers, polyester resins, polyamide resins, polyvinyl chlorides, and (meth) acrylic resins. Among these, olefin-based polymers and polyester resins are preferable, and olefin-based polymers are particularly preferable.
オレフィン系重合体としては、具体的には、α−オレフィンの単独重合体もしくは共重合体、またはα−オレフィンと他のモノマーとの共重合体である。α−オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテンなどの炭素数2〜8のα−オレフィンが挙げられる。オレフィン系重合体には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ1−ブテン、ポリ4−メチル−1−ペンテン、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン・4−メチル−1−ペンテン共重合体、プロピレン・1−ブテン共重合体、4−メチル−1−ペンテン・1−デセン共重合体などのポリオレフィン樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合体などのα−オレフィンと他のモノマーとの共重合体が含まれる。 Specifically, the olefin-based polymer is a homopolymer or copolymer of an α-olefin, or a copolymer of an α-olefin and another monomer. Examples of the α-olefin include α-olefins having 2 to 8 carbon atoms such as ethylene, propylene and 1-butene. Olefin-based polymers include polypropylene, polyethylene, poly1-butene, poly4-methyl-1-pentene, ethylene / propylene copolymer, ethylene / 1-butene copolymer, and ethylene / 4-methyl-1-pentene. Copolymers, propylene / 1-butene copolymers, polyolefin resins such as 4-methyl-1-pentene / 1-decene copolymers, α-olefins such as ethylene / vinyl alcohol copolymers, and other monomers Contains copolymers.
ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートなどが挙げられる。ポリアミド樹脂としては、たとえば、ナイロン6、ナイロン66が挙げられる。 Examples of the polyester resin include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate. Examples of the polyamide resin include nylon 6 and nylon 66.
天然繊維としては、綿、麻などの植物繊維、絹、羊毛などの動物繊維が挙げられる。中でも、綿および絹が好ましい。 Examples of natural fibers include plant fibers such as cotton and hemp, and animal fibers such as silk and wool. Of these, cotton and silk are preferred.
前記多孔質基材としては、織布、不織布、編布などの布質基材、発泡シートなどが挙げられ、中でも布質基材が好ましく、織布および不織布がさらに好ましく、不織布が特に好ましい。 Examples of the porous base material include woven fabrics, non-woven fabrics, cloth-based materials such as knitted fabrics, foam sheets, and the like. Among them, cloth-based materials are preferable, woven fabrics and non-woven fabrics are more preferable, and non-woven fabrics are particularly preferable.
不織布としては、スパンボンド法による長繊維不織布、メルトブローン法による短繊維不織布、フラッシュ紡糸不織布などの長繊維不織布、スパンレース不織布、エアレイド不織布、サーマルボンド不織布、ニードルパンチ不織布、ケミカルボンド不織布などを挙げることができるが、スパンボンド不織布及びメルトブローン不織布が好ましい。中でもスパンボンド不織布が好ましく、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンのスパンボンド不織布が特に好ましい。 Examples of the non-woven fabric include long-fiber non-woven fabric by the spunbond method, short-fiber non-woven fabric by the melt blown method, long-fiber non-woven fabric such as flash-spun non-woven fabric, spunlace non-woven fabric, air-laid non-woven fabric, thermal bond non-woven fabric, needle punch non-woven fabric, and chemical bond non-woven fabric. However, spunbonded non-woven fabrics and melt-blown non-woven fabrics are preferable. Of these, spunbonded non-woven fabrics are preferable, and polyethylene terephthalate or polypropylene spunbonded non-woven fabrics are particularly preferable.
前記不織布は、構成する繊維を異なった樹脂による複合繊維とし、繊維外表面側に異なった樹脂を配した芯鞘型またはサイドバイサイド型複合繊維であってもよい。複合繊維の例としてポリエチレン/ポリプロピレンの芯鞘型またはサイドバイサイド型複合繊維が挙げられる。 The non-woven fabric may be a core-sheath type or side-by-side type composite fiber in which the constituent fibers are composite fibers made of different resins and different resins are arranged on the outer surface side of the fibers. Examples of the composite fiber include a polyethylene / polypropylene core-sheath type or side-by-side type composite fiber.
前記不織布は、積層不織布であってもよい。積層不織布の例としては、スパンボンド不織布およびメルトブローン不織布を含む積層不織布が挙げられ、スパンボンド不織布とメルトブローン不織布とが積層されたもの(SM)、スパンボンド不織布とメルトブローン不織布とスパンボンド不織布とがこの順序で積層されたもの(SMS)などが挙げられる。 The non-woven fabric may be a laminated non-woven fabric. Examples of the laminated non-woven fabric include a laminated non-woven fabric including a spunbonded non-woven fabric and a melt-blown non-woven fabric, in which a spun-bonded non-woven fabric and a melt-blown non-woven fabric are laminated (SM), and a spun-bonded non-woven fabric, a melt-blown non-woven fabric and a spunbonded non-woven fabric are used. Examples thereof include those laminated in order (SMS).
このような積層不織布を得るには、スパンボンド不織布とメルトブローン不織布とを積層し、両者を一体化して形成させる。一体化する方法の例としては、スパンボンド不織布とメルトブローン不織布を重ね合わせて加熱加圧する方法、ホットメルト接着剤、溶剤系接着剤等の接着剤によって両者を接着する方法、スパンボンド不織布の上にメルトブローン法により繊維を堆積させて熱融着する方法が挙げられる。 In order to obtain such a laminated non-woven fabric, a spunbonded non-woven fabric and a melt-blown non-woven fabric are laminated and both are integrally formed. Examples of the method of integrating are a method of superimposing a spunbonded non-woven fabric and a melt blown non-woven fabric and heating and pressurizing them, a method of adhering them with an adhesive such as a hot melt adhesive or a solvent-based adhesive, and a method of adhering them on a spunbonded non-woven fabric. Examples thereof include a method of depositing fibers by a melt blown method and heat-sealing them.
前記不織布は、不織布の間に微小孔を有する多孔性フィルムを挟んだ形態の積層不織布であってもよい。このような形態の積層不織布として、たとえば、ポリプロピレン(PP)不織布と多孔性PPフィルムとPP不織布(SFS)とがこの順序で積層されたもの、PP不織布と多孔性PPフィルムとレーヨンPP不織布(SFR)とがこの順序で積層されたものなどを挙げることができる。 The non-woven fabric may be a laminated non-woven fabric in which a porous film having micropores is sandwiched between the non-woven fabrics. Examples of such a laminated non-woven fabric include polypropylene (PP) non-woven fabric, porous PP film, and PP non-woven fabric (SFS) laminated in this order, PP non-woven fabric, porous PP film, and rayon PP non-woven fabric (SFR). ) And are laminated in this order.
前記不織布の目付(積層不織布の場合には積層不織布としての目付)は、好ましくは10〜80g/m2程度、より好ましくは20〜40g/m2程度である。Basis weight of the nonwoven fabric (basis weight of the laminated nonwoven fabric in the case of a layered nonwoven fabric) is preferably 10 to 80 g / m 2, more preferably about 20 to 40 g / m 2 approximately.
本発明の正浸透膜は、前記半透膜の両面に前記多孔質基材を備えていてもよい。この態様であれば、正浸透膜の強度がさらに向上する。 The forward osmosis membrane of the present invention may be provided with the porous substrate on both sides of the semipermeable membrane. In this embodiment, the strength of the forward osmosis membrane is further improved.
本発明の正浸透膜は、前記半透膜の両面または片面に前記多孔質基材以外の層を、半透膜/多孔質基材以外の層/多孔質基材の順序となるように含んでも良いが、良好な透過流束を得る面から多孔質基材以外の層を含まない方が好ましい。多孔質基材以外の層としてポリアミド層を含んでもよいが、その厚さは100μm以下が好ましい。 The forward osmosis membrane of the present invention contains layers other than the porous base material on both sides or one side of the semipermeable membrane in the order of the semipermeable membrane / the layer other than the porous base material / the porous base material. However, it is preferable that a layer other than the porous substrate is not included from the viewpoint of obtaining a good permeation flux. A polyamide layer may be included as a layer other than the porous substrate, but the thickness thereof is preferably 100 μm or less.
<正浸透膜の製造方法>
前記正浸透膜は、たとえば前記半透膜を自立膜として製造し、前記半透膜をその両面から2つの前記多孔質基材で挟むことによって製造することができる。 <Manufacturing method of forward osmosis membrane>
The forward osmosis membrane can be manufactured, for example, by manufacturing the semipermeable membrane as a self-supporting membrane and sandwiching the semipermeable membrane between two porous substrates from both sides thereof.
前記正浸透膜は、具体的には以下の手順で製造することができる。たとえば、PET等からなる基材上に乾燥後の厚みが目的の厚さとなるよう芳香族ポリエーテル樹脂(A)の希薄溶液を塗布し、乾燥後、形成された膜を自立膜として剥がす。該自立膜を不織布等の2つの多孔質基材で挟み、正浸透膜を製造することができる。該正浸透膜の面積が大きい場合には、半透膜と多孔質基材との間隔を維持するために、両者を透過流束に影響を与えない程度に、接着剤を用いて接着してもよい。 Specifically, the forward osmosis membrane can be produced by the following procedure. For example, a dilute solution of the aromatic polyether resin (A) is applied onto a substrate made of PET or the like so that the thickness after drying becomes the desired thickness, and after drying, the formed film is peeled off as a self-supporting film. The free-standing membrane can be sandwiched between two porous substrates such as non-woven fabric to produce a forward osmosis membrane. When the area of the forward osmosis membrane is large, in order to maintain the distance between the semipermeable membrane and the porous substrate, both are adhered with an adhesive so as not to affect the permeation flux. May be good.
また前記正浸透膜は、前記半透膜を自立膜として製造し、これを前記多孔質基材上に積層することによっても製造することができる。この際に両者を、接着剤を用いて貼り合わせてもよい。 The forward osmosis membrane can also be manufactured by producing the semipermeable membrane as a self-supporting membrane and laminating it on the porous substrate. At this time, the two may be bonded together using an adhesive.
前記製造方法によれば、上述した半透膜をまず自立膜として製造し、これを多孔質基材(不織布等)上に積層したり、2枚の多孔質基材(不織布等)で挟んだりして正浸透膜を製造するため、半透膜の厚さが制御され、かつ高い水透過性および高い塩阻止率を示す正浸透膜を、簡便に製造することができる。 According to the above-mentioned manufacturing method, the semipermeable membrane described above is first manufactured as a self-supporting membrane, and this is laminated on a porous base material (non-woven fabric or the like) or sandwiched between two porous base materials (non-woven fabric or the like). Therefore, since the forward osmosis membrane is produced, the thickness of the semipermeable membrane is controlled, and the forward osmosis membrane exhibiting high water permeability and high salt blocking rate can be easily produced.
[正浸透膜の用途]
本発明の正浸透膜エレメントは、上述した本発明の正浸透膜およびスペーサーを備えている。換言すると、本発明の正浸透膜エレメントは、正浸透膜およびスペーサーを備える従来の正浸透膜エレメントにおいて、正浸透膜として本発明の正浸透膜が使用されたものである。スペーサーとしては、正浸透膜エレメントに使用される従来公知のスペーサーを使用することができる。 [Use of forward osmosis membrane]
The forward osmosis membrane element of the present invention comprises the above-mentioned forward osmosis membrane and spacer of the present invention. In other words, the forward osmosis membrane element of the present invention is a conventional forward osmosis membrane element provided with a forward osmosis membrane and a spacer, in which the forward osmosis membrane of the present invention is used as the forward osmosis membrane. As the spacer, a conventionally known spacer used for the forward osmosis membrane element can be used.
本発明の正浸透膜モジュールは、本発明の正浸透膜エレメントを容器に収容してなる。換言すると、本発明の正浸透膜モジュールは、正浸透膜エレメントを容器に収容してなる従来の正浸透膜エレメントにおいて、正浸透膜エレメントとして本発明の正浸透膜エレメントが使用されたものである。容器としては、正浸透膜モジュールに使用される従来公知の容器を使用することができる。 The forward osmosis membrane module of the present invention comprises the forward osmosis membrane element of the present invention in a container. In other words, the forward osmosis membrane module of the present invention uses the forward osmosis membrane element of the present invention as the forward osmosis membrane element in the conventional forward osmosis membrane element in which the forward osmosis membrane element is housed in a container. .. As the container, a conventionally known container used for the forward osmosis membrane module can be used.
本発明のシステムは、本発明の正浸透膜モジュール、および前記正浸透膜モジュールが備える本発明の正浸透膜の一方の面にフィード溶液(FS)を、もう一方の面に前記フィード溶液よりも塩等の溶質濃度が高いドロー溶液(DS)を流すための駆動ポンプを有し、前記フィード溶液に含まれる水を、前記正浸透膜を通して前記ドロー溶液へ移動させることのできるように構成されている。 The system of the present invention has a forward osmosis membrane module of the present invention, and a feed solution (FS) on one surface of the forward osmosis membrane of the present invention included in the forward osmosis membrane module, and a feed solution on the other surface. It has a drive pump for flowing a draw solution (DS) having a high solute concentration such as salt, and is configured to be able to move water contained in the feed solution to the draw solution through the forward osmosis membrane. There is.
このような装置であれば、FS側からDS側に圧力をかけることもできる。本発明の態様においては、FS側からDS側に圧力をかけると好ましい場合があり、例えば、FS側からDS側に好ましくは15kPa以下、より好ましく12kPa以下、さらに好ましくは10kPa以下の圧力をかけると好ましい場合がある。 With such a device, pressure can be applied from the FS side to the DS side. In the aspect of the present invention, it may be preferable to apply a pressure from the FS side to the DS side. For example, if a pressure of 15 kPa or less, more preferably 12 kPa or less, still more preferably 10 kPa or less is applied from the FS side to the DS side. It may be preferable.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
本実施例で用いた略称の内容を示す。 The contents of the abbreviations used in this embodiment are shown.
(1)溶媒
DMSO :ジメチルスルホキシド
DMF :N,N−ジメチルホルムアミド
(2)芳香族ポリエーテルの構成成分
DFBP :4,4'−ジフルオロベンゾフェノン
DSDFBP:
5,5'−カルボニルビス(2−フルオロベンゼンスルホン酸ナトリウム)
TMBPF :
3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルメタン
各種試験の試験方法は次に示すとおりである。(1) Solvent DMSO: Dimethyl sulfoxide DMF: N, N-dimethylformamide (2) Constituents of aromatic polyether DFBP: 4,4'-difluorobenzophenone DSDFBP:
5,5'-carbonylbis (sodium 2-fluorobenzenesulfonate)
TMBPF:
The test methods for various tests of 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane are as follows.
樹脂の評価−重量平均分子量(Mw)
GPC(Gel Permeation Chromatography)法を用い、以下の条件により重量平均分子量(Mw)を求めた。 Resin Evaluation-Weight Average Molecular Weight (Mw)
Using the GPC (Gel Permeation Chromatography) method, the weight average molecular weight (Mw) was determined under the following conditions.
(1) 測定温度:40℃
(2) 展開溶媒:DMF
(3) 流量:1.0ml/分
(4) 注入量:500μl
(5) 検出器:UV検出器
(6) 分子量標準物質:標準ポリスチレン
より詳細には、前記GPC測定に使用した高速液体クロマトグラフ(HPLC)は、以下の装置を常法により組み合わせて使用する。
HPLC : 島津製作所製RID-10A-LC-10AT型システム
カラムオーブン:島津製作所製 CTO-10A型装置
UV検出器 :日本分光株式会社(JASCO)製 875-UV型装置
ガードカラム :日東電工社製 MD-G型カラム
GPCカラム :日東電工製 KD805M型カラム2本、同KD8025型カラム1本、同802型カラム1本を直列に連結して使用した。(1) Measurement temperature: 40 ° C
(2) Developing solvent: DMF
(3) Flow rate: 1.0 ml / min
(4) Injection amount: 500 μl
(5) Detector: UV detector
(6) Molecular Weight Standard Material: Standard Polystyrene More specifically, the high performance liquid chromatograph (HPLC) used for the GPC measurement uses the following devices in combination by a conventional method.
HPLC: Shimadzu RID-10A-LC-10AT type system Column oven: Shimadzu CTO-10A type equipment
UV detector: 875-UV type device guard column manufactured by JASCO Corporation (JASCO): MD-G type column manufactured by Nitto Denko Corporation
GPC column: Two KD805M type columns, one KD8025 type column, and one 802 type column manufactured by Nitto Denko were connected in series and used.
半透膜の評価−厚さ
日本分光社製分光光度計(エリプソメトリ)を用い、半透膜の厚さを測定した。具体的には、屈折率nの膜に光がある角度(θ)で入射すると,膜の表面からの反射光Aと裏面からの反射光Bが干渉して、波打った干渉スペクトルが生じる。ある波長範囲(λ1〜λ2)内における干渉スペクトルのピーク(山または谷)の数(Δm)を数えることで(1)式から厚さ(d)を算出した。 Evaluation of Semipermeable Membrane-Thickness The thickness of the semipermeable membrane was measured using a spectrophotometer (elypsometri) manufactured by JASCO Corporation. Specifically, when light is incident on a film having a refractive index n at a certain angle (θ), the reflected light A from the front surface of the film and the reflected light B from the back surface interfere with each other to generate a wavy interference spectrum. The thickness (d) was calculated from Eq. (1) by counting the number (Δm) of the peaks (peaks or valleys) of the interference spectrum within a certain wavelength range (λ 1 to λ 2).
特開2014−533号公報の[0061]段落(合成例1)に記載の方法で、下式で表されるDSDFBPの白色結晶を得た。収量は155.2g(0.386mol、収率70%)であった。
White crystals of DSDFBP represented by the following formula were obtained by the method described in paragraph [0061] (Synthesis Example 1) of JP-A-2014-533. The yield was 155.2 g (0.386 mol, yield 70%).
窒素導入管、温度計、還流冷却器、及び撹拌装置を備えた5つ口反応器に、単量体合成例1で得られたDSDFBP64.2g(0.152mol)、DFBP49.8g(0.228mol)、TMBPF97.4g(0.380mol)および炭酸カリウム65.7g(0.475mol)を秤取した。これにDMSO845.4gとトルエン281.8gを加え、窒素雰囲気下で撹拌し、130℃で12時間加熱し、生成する水を系外に除去した後、トルエンを留去した。
DSDFBP 64.2 g (0.152 mol) and DFBP 49.8 g (0.228 mol) obtained in Monomer Synthesis Example 1 were placed in a five-port reactor equipped with a nitrogen introduction tube, a thermometer, a reflux condenser, and a stirrer. ), TMBPF 97.4 g (0.380 mol) and potassium carbonate 65.7 g (0.475 mol) were weighed. To this, DMSO 845.4 g and toluene 281.8 g were added, stirred in a nitrogen atmosphere, heated at 130 ° C. for 12 hours, the water produced was removed from the system, and then toluene was distilled off.
引き続き、160℃で12時間反応を行い、粘稠なポリマー溶液を得た。得られた溶液にトルエン570gを加えて希釈した後、メタノール2400gに排出し、析出したポリマー粉を濾過、洗浄後、150℃で4時間乾燥してポリエーテルケトン粉168.7g(収率86%)(樹脂1)を得た。 Subsequently, the reaction was carried out at 160 ° C. for 12 hours to obtain a viscous polymer solution. After diluting by adding 570 g of toluene to the obtained solution, it is discharged to 2400 g of methanol, the precipitated polymer powder is filtered, washed, and dried at 150 ° C. for 4 hours to 168.7 g of polyether ketone powder (yield 86%). ) (Resin 1) was obtained.
樹脂1は、前記構造単位(1)として
The
(樹脂合成例2)
樹脂の原料および溶剤を、DSDFBP40.1g(0.095mol)、DFBP62.2g(0.284mol)、TMBPF97.4g(0.380mol)および炭酸カリウム65.7g(0.475mol)、ならびにDMSO798.4gおよびトルエン266.2gとした他は樹脂合成例1と同様にしてポリマー粉156.5g(収率85%)(樹脂2)を得た。ここで、前記構造単位(1):前記構造単位(2)=25mol:75molである。また、Mw=123,000であった。 (Resin Synthesis Example 2)
Resin raw materials and solvents such as DSDFBP 40.1 g (0.095 mol), DFBP 62.2 g (0.284 mol), TMBPF 97.4 g (0.380 mol) and potassium carbonate 65.7 g (0.475 mol), and DMSO 798.4 g and 156.5 g (yield 85%) (resin 2) of polymer powder was obtained in the same manner as in Resin Synthesis Example 1 except that the amount of toluene was 266.2 g. Here, the structural unit (1): the structural unit (2) = 25 mol: 75 mol. Moreover, Mw = 123,000.
[製造例1]
樹脂合成例1で製造した樹脂1と樹脂合成例2で製造した樹脂2とをそれぞれDMFに溶解させて、樹脂濃度5質量%のワニスをそれぞれ調製した。樹脂1および樹脂2の質量比率(樹脂1:樹脂2)が3:7となるようにそれぞれのワニスをビーカ内に計量し、マグネチックスターラで混合後、離型シート上にキャストした。該シートを150℃で10分乾燥後、該シート上に形成された膜を剥離し、樹脂1および樹脂2の質量比率が3:7、厚さ0.6μmの自立膜である半透膜1を得た。 [Manufacturing Example 1]
The
以下の例において、ワニスはすべて樹脂濃度5質量%で調製した。 In the following examples, all varnishes were prepared with a resin concentration of 5% by mass.
[製造例2]
樹脂1と樹脂2を質量比率(樹脂1:樹脂2)が7:3の割合で混合したこと以外は製造例1と同様にして樹脂の膜を得て、これを離型シートから剥離して自立膜とし厚さ0.6μmの半透膜2を得た。 [Manufacturing Example 2]
A resin film was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the
[製造例3]
樹脂合成例1で製造した樹脂1をDMFに溶解させてワニスを調製し、樹脂合成例2で製造した樹脂2をDMFに溶解させてワニスを調製した。樹脂1のワニスを離型シート上にキャストし、150℃で10分乾燥し、厚さ0.4μmの膜を形成した後、樹脂2のワニスをその上にさらにキャストし、150℃で10分乾燥し、トータルで厚さ0.6μmの積層膜を得た。これを離型シートから剥離して自立膜とし半透膜12を得た。後述する評価において、前記積層膜は、DS側に樹脂2の膜(0.2μm)が向き、FS側に樹脂1の膜(0.4μm)が向くように配置した。 [Manufacturing Example 3]
The
[製造例4]
樹脂合成例1で製造した樹脂1をDMFに溶解させてワニスを調製し、このワニスを離型シート上にキャストし、150℃で10分乾燥して樹脂1の膜を得た。これを離型シートから剥離して自立膜とし厚さ0.6μmの半透膜c1を得た。 [Manufacturing Example 4]
The
[製造例5]
樹脂合成例2で製造した樹脂2をDMFに溶解させてワニスを調製し、このワニスを離型シート上にキャストし、150℃で10分乾燥して樹脂2の膜を得た。これを離型シートから剥離して自立膜とし厚さ0.6μmの半透膜c2を得た。 [Manufacturing Example 5]
The
[正浸透膜の製造例(実施例および参考例)]
次に、JIS L 1096記載のA法(フラジール形法)で測定される通気度が300cm3/cm2/s、厚さが290μm、目付が25g/m2、材質がポリプロピレンである不織布(シンテックス(登録商標) PS−105 三井化学(株)製)を2枚準備し、これらの不織布で各製造例で得た前記半透膜を挟み、これらを一体化させて、正浸透膜を得た。得られた正浸透膜を用いて、以下の評価を行った。 [Production example of forward osmosis membrane (Example and reference example)]
Next, a non-woven fabric (thin ) having an air permeability of 300 cm 3 / cm 2 / s, a thickness of 290 μm, a grain size of 25 g / m 2 , and a material of polypropylene measured by the A method (Frazier method) described in JIS L 1096. Two TEX (registered trademark) PS-105 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. are prepared, the semipermeable membrane obtained in each production example is sandwiched between these non-woven fabrics, and these are integrated to obtain a forward osmosis membrane. rice field. The following evaluation was performed using the obtained forward osmosis membrane.
正浸透膜の分離性能の評価に用いた装置10の概略図を図1に示す。
FIG. 1 shows a schematic view of the
装置10は、フィード溶液タンク1、流路2、ポンプ3、ドロー溶液タンク11、流路12、ポンプ13および評価用セル21を備えている。フィード溶液タンク1は天秤4上に設置され、ドロー溶液タンク11は電気伝導度計15を備えている。評価開始時において、フィード溶液タンク1には、フィード溶液FS(Feed Solution)として、50μS/cm以下の電気伝導度を持つMilli−Q水が500g蓄えられ、ドロー溶液タンク11には、ドロー溶液DS(Draw Solution)として、0.2、0.4、0.6または0.8mol/LのNaCl水溶液が800g蓄えられている。フィード溶液タンク1中のフィード溶液は、ポンプ3の使用により0.6L/分の速度で流路2を流れ、ドロー溶液タンク11中のドロー溶液は、ポンプ13の使用により0.6L/分の速度で流路12を流れる。FSからDSへの加圧力を約0kPaまたは約1kPaとする。流路2を流れるフィード溶液と流路12を流れるドロー溶液とは、評価用セル21の内部で有効膜面積0.0042m2の正浸透膜22を介して接触しており、正浸透膜22を介してフィード溶液の水はドロー溶液へ透過し、ドロー溶液中の塩(NaCl)の一部はフィード溶液へ拡散する。The
水透過流束(Jw)
天秤4により1分毎にフィード溶液の重量減少量を測定し、単位時間、正浸透膜の単位面積当たりの重量減少量を水透過流束Jw(L/(m2・h))とした。循環開始後30〜60分間の平均値を各表に示す。 Water permeation flux (Jw)
The weight loss of the feed solution was measured every minute with the balance 4, and the weight loss per unit area of the forward osmosis membrane was defined as the water permeation flux Jw (L / (m 2 · h)) for a unit time. The average value for 30 to 60 minutes after the start of circulation is shown in each table.
塩逆拡散量(Js)
電気伝導度計15により1分毎にドロー溶液の電気伝導度の変化を測定し、これをドロー溶液のモル濃度の変化に換算した。これより単位時間、正浸透膜の単位面積当たりの塩の逆拡散量Js(g/(m2・h))を算出した。JsおよびJwの循環開始後30〜60分間の平均値から算出されるJs/Jwを各表に示す。 Salt back diffusion amount (Js)
The change in the electric conductivity of the draw solution was measured every minute with the
また、膜によって傾向に差があるが、FSからDSへ加圧する条件では、加圧なし条件に比して、塩の逆拡散の数値が同等以下になっていることが分かる。これは加圧によるフィード液から透過した水が、塩の逆拡散を低減させる効果を示したものと考えられる。あるいは、前記の(A1)/(A2)層が、好適な構造に微変化した可能性もあると考えられる。 Further, although there is a difference in the tendency depending on the membrane, it can be seen that under the condition of pressurizing from FS to DS, the value of back diffusion of the salt is equal to or less than that under the condition of no pressurization. It is considered that this is because the water permeated from the feed liquid by pressurization showed the effect of reducing the back diffusion of the salt. Alternatively, it is considered that the (A1) / (A2) layer may have been slightly changed to a suitable structure.
1 フィード溶液タンク
2、12 流路
3、13 ポンプ
4、14 天秤
10 評価装置
11 ドロー溶液タンク
15 電気伝導度計
21 評価用セル
22 正浸透膜
DS ドロー溶液
FS フィード溶液1
Claims (15)
その少なくとも一方の面に配置された多孔質基材と
を備える正浸透膜であり、
前記半透膜が、プロトン酸基含有構造単位を有する芳香族ポリエーテル樹脂(A)を含んでなり、前記樹脂(A)が、プロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂(A1)と、前記樹脂(A1)よりもプロトン酸基含有構造単位のモル分率が大きいプロトン酸基含有芳香族ポリエーテル樹脂(A2)とを少なくとも含む、正浸透膜。Semipermeable membrane and
A forward osmotic membrane comprising a porous substrate disposed on at least one surface thereof.
The semitransparent film contains an aromatic polyether resin (A) having a protonic acid group-containing structural unit, and the resin (A) is a protonic acid group-containing aromatic polyether resin (A1) and the resin. A positive osmotic film containing at least a protonic acid group-containing aromatic polyether resin (A2) having a larger molar fraction of the protonic acid group-containing structural unit than (A1).
R1〜R10は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF3またはCmH2m+1(mは1〜10の整数を示す。)であり、
R1〜R10の少なくとも1つはCmH2m+1(mは1〜10の整数を示す。)であり、
R1〜R10は、それぞれ芳香環に2つ以上存在してもよく、1つの芳香環にCmH2m+1が2つ以上存在する場合には、各CmH2m+1は互いに同一であっても異なっていてもよい。
X1〜X5は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF3またはプロトン酸基であり、
X1〜X5の少なくとも1つはプロトン酸基であり、
X1〜X5は、それぞれ芳香環に2つ以上存在してもよく、1つの芳香環にプロトン酸基が2つ以上存在する場合には、各プロトン酸基は互いに同一であっても異なっていてもよい。
A1〜A6は、それぞれ独立して、直接結合、−CH2−、−C(CH3)2−、−C(CF3)2−、−O−または−CO−である。
i,j,kおよびlは、それぞれ独立して、0または1を示す。]The resins (A1) and (A2) have a structural unit (1) represented by the following formula (1) and a structural unit (2) represented by the following formula (2), respectively, and the resin (A2). ) Is any one of claims 1 to 5, wherein the molar fraction of the structural unit (1) with respect to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2) is larger than that of the resin (A1). The forward osmosis membrane described in.
R 1 to R 10 are independently H, Cl, F, CF 3 or C m H 2m + 1 (m indicates an integer of 1 to 10).
At least one of R 1 to R 10 is C m H 2m + 1 (m indicates an integer of 1 to 10).
Two or more R 1 to R 10 may be present in each aromatic ring, and when two or more C m H 2 m + 1 are present in one aromatic ring, each C m H 2 m + 1 is present with each other. It may be the same or different.
X 1 to X 5 are independently H, Cl, F, CF 3 or protonic acid groups, respectively.
At least one of X 1 to X 5 is a protonic acid group and
Two or more of X 1 to X 5 may be present in each aromatic ring, and when two or more proton acid groups are present in one aromatic ring, the proton acid groups are different even if they are the same as each other. May be.
A 1 to A 6 are independently directly bonded, −CH 2 −, −C (CH 3 ) 2− , −C (CF 3 ) 2− , −O− or −CO−, respectively.
i, j, k and l independently represent 0 or 1, respectively. ]
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