JP7716206B2 - Forward osmosis membrane manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、正浸透膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a forward osmosis membrane.
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 specific components from liquid or gas mixtures, and are ideally suited for use, for example, in producing high-purity water or separating specific solutes 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 two membrane separation methods that utilize semipermeable membranes, reverse osmosis and forward osmosis, the reverse osmosis method, which has traditionally been the mainstream, exposes the reverse osmosis membrane to high pressure. Therefore, in order to achieve high strength, the mainstream reverse osmosis membranes are composite semipermeable membranes that are made by laminating, in this order, a porous support (e.g., nonwoven fabric), a porous polymer layer (e.g., polysulfone layer), and a layer that actually functions as the semipermeable membrane (also known as a skin layer, separation layer, etc.).
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できる、等の利点が期待できる。 In contrast, forward osmosis uses the osmotic pressure generated between aqueous solutions of different solute concentrations separated by a forward osmosis membrane as the driving force, moving water from a low-salt feed solution (such as freshwater) to a high-salt draw solution (such as seawater). This means that there is no need for high pressure or membrane strength to overcome the osmotic pressure required in reverse osmosis, and it offers potential advantages such as excellent energy savings and the ability to simplify the osmosis membrane structure.
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, forward osmosis has the problem of low permeation flux (see, for example, Patent Document 1), and when using forward osmosis membranes to treat large amounts of water for agricultural use or water purification, there is a need for further improvement in permeation flux from the low-salt concentration side to the high-salt concentration side.
一方、本発明者は、例えばポリエーテルケトン構造を有する半透膜を用いて、透過流速に優れた正浸透膜を開示している(例えば特許文献2)。また、特許文献2の実施例では、離型フィルムに前記のポリエーテルケトン構造を有する重合体を含むワニスを用い、キャスト法で自立膜を得ている。 Meanwhile, the present inventor has disclosed a forward osmosis membrane with excellent permeation flow rate, using, for example, a semipermeable membrane having a polyether ketone structure (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, in the examples of Patent Document 2, a varnish containing a polymer having the aforementioned polyether ketone structure is used as a release film, and a free-standing membrane is obtained by a casting method.
本発明者らの検討によれば、前記特許文献2に開示したような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。本発明者らは、このような視点に立ち、高い水透過性と高い塩阻止率を両立できる正浸透膜を開発している。その正浸透膜に求められる性能は、今後もますます高めることが必要である。 According to the inventors' research, forward osmosis membranes with a high water permeation flux from the feed solution, such as those disclosed in Patent Document 2, tend to have a large amount of back-diffusion of salt from the draw solution. It has also been found that the amount of back-diffusion of salt per water permeation flux is not necessarily low. Based on this perspective, the inventors have developed a forward osmosis membrane that can achieve both high water permeability and high salt rejection. It will be necessary to continue to improve the performance required of such forward osmosis membranes.
上記課題に鑑み、本発明者らが検討した結果、上記のキャストフィルムでは、その剥離した側の面の凹凸が相対的に多い場合があることが分かってきた。また、剥離した側の面に目視可能な筋などが確認できる場合もあった。この様な形状が前記の塩の逆拡散などの原因になっている可能性があることも考えられた。 In light of the above issues, the inventors conducted research and found that the above-mentioned cast films sometimes had relatively more irregularities on the peeled surface. Also, in some cases, visible streaks could be observed on the peeled surface. It was thought that such shapes may be the cause of the back diffusion of salts mentioned above.
上記の視点を受けて本発明者らが検討した結果、特定の離型フィルムを用いた方法で正浸透膜を製造することにより、平滑な表面を持つ膜を得ることができ、前記の塩の逆拡散もより抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of research conducted by the inventors based on the above perspective, they discovered that by manufacturing a forward osmosis membrane using a method that uses a specific release film, it is possible to obtain a membrane with a smooth surface and further suppress the back diffusion of salts, leading to the completion of the present invention.
すなわち本発明は、以下の[1]~[4]に関する。
[1] 芳香族構造と、
プロトン酸構造と、
エーテル構造(-O-)およびケトン構造(-CO-)から選ばれる構造と
を含む樹脂(A)を有機化合物(S)に溶解させたワニスを、前記有機化合物(S)の接触角が10°~60°である表面を有するフィルム上にキャストした後、乾燥する工程を有する、自立膜である正浸透膜の製造方法。
That is, the present invention relates to the following [1] to [4].
[1] an aromatic structure;
a protonic acid structure;
A method for producing a forward osmosis membrane that is a self-supporting membrane, comprising the steps of: casting a varnish obtained by dissolving a resin (A) containing a structure selected from an ether structure (—O—) and a ketone structure (—CO—) in an organic compound (S) onto a film having a surface with a contact angle of 10° to 60° with the organic compound (S), and then drying the resulting varnish.
[2] 前記樹脂(A)が、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、[1]に記載の正浸透膜の製造方法。
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-であり、A1~A6の少なくとも1つは-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。]
[2] The method for producing a forward osmosis membrane according to [1], wherein the resin (A) has a structural unit (1) represented by the following formula (1) and a structural unit (2) represented by the following formula (2):
R 1 to R 10 each independently represent H, Cl, F, CF 3 or C m H 2m+1 (m represents an integer of 1 to 10);
At least one of R 1 to R 10 is C m H 2m+1 (m is an integer of 1 to 10),
Two or more of each of R 1 to R 10 may be present in an aromatic ring, and when two or more C m H 2m+1 groups are present in one aromatic ring, the C m H 2m+1 groups may be the same as or different from each other.
X 1 to X 5 are each independently H, Cl, F, CF 3 or a protonic acid group;
At least one of X 1 to X 5 is a protonic acid group;
Two or more of each of X 1 to X 5 may be present in an aromatic ring, and when two or more protonic acid groups are present in one aromatic ring, the respective protonic acid groups may be the same or different.
A 1 to A 6 each independently represent a direct bond, —CH 2 —, —C(CH 3 ) 2 —, —C(CF 3 ) 2 —, —O— or —CO—, and at least one of A 1 to A 6 is —O— or —CO—.
i, j, k, and l each independently represent 0 or 1.
[3] 前記樹脂(A)が、プロトン酸基含有樹脂(A1)と、前記樹脂(A1)とプロトン酸基含有構造単位のモル分率が異なる樹脂(A2)とを含む[1]に記載の正浸透膜の製造方法。 [3] The method for producing a forward osmosis membrane according to [1], wherein the resin (A) comprises a protonic acid group-containing resin (A1) and a resin (A2) having a molar fraction of protonic acid group-containing structural units different from that of the resin (A1).
[4] 前記半透膜が、前記樹脂(A1)を含む層と、前記樹脂(A2)とを含む層とを含む積層体である[3]に記載の正浸透膜の製造方法。 [4] The method for producing a forward osmosis membrane according to [3], wherein the semipermeable membrane is a laminate including a layer containing the resin (A1) and a layer containing the resin (A2).
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製造することができる。 The present invention makes it possible to produce forward osmosis membranes that have an excellent balance of water permeability and salt rejection, specifically forward osmosis membranes that have high water permeability and high salt rejection.
以下、本発明について具体的に説明する。
[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とが好ましい態様である。ここで、前記半透膜は、芳香族構造と、プロトン酸基含有構造と、エーテル基およびケトン基から選ばれる構造とを含む樹脂(A)(以下、単に樹脂(A)と言うことがある。)を含む。
The present invention will be specifically described below.
[Forward osmosis membrane]
In a preferred embodiment, the forward osmosis membrane of the present invention comprises a semipermeable membrane and a porous substrate disposed on at least one surface of the semipermeable membrane, wherein the semipermeable membrane contains a resin (A) (hereinafter sometimes simply referred to as resin (A)) containing an aromatic structure, a protonic acid group-containing structure, and a structure selected from an ether group and a ketone group.
前記の正浸透膜に用いられる前記半透膜は、自立膜として得られることが多いが、好ましくは自立膜かどうかに関わらず、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、高い水透過性および高い塩阻止率を実現することができる。 The semipermeable membrane used in the forward osmosis membrane is often obtained as a freestanding membrane, but preferably, regardless of whether it is a freestanding membrane, it has the porous substrate disposed on at least one side thereof, which allows it to achieve high water permeability and high salt rejection.
<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と、芳香族構造と、エーテル基およびケトン基から選ばれる構造とを有する樹脂(A)を含んでいる。例えば、前記式(1)のような構造式を持つプロトン酸基含有樹脂や、前記式(1)と前記式(2)の両方の構造式を有するプロトン酸基含有樹脂を挙げることができる。好ましくは後者である。
<Method of manufacturing semipermeable membrane>
The semipermeable membrane contains a resin (A) having a protonic acid group-containing structural unit, an aromatic structure, and a structure selected from an ether group and a ketone group. Examples of the resin include a protonic acid group-containing resin having a structural formula such as formula (1) above, and a protonic acid group-containing resin having both structural formulas (1) and (2). The latter is preferred.
前記樹脂(A)の好ましい態様としては、プロトン酸基含有樹脂(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樹脂(A2)とを少なくとも含む構造である。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)が含有するプロトン酸基のモル分率と前記樹脂(A2)のプロトン酸基のモル分率との差の絶対値は、好ましくは0.03~0.6である。より好ましい下限値は、0.06であり、さらに好ましくは0.1であり、特に好ましくは0.15である。一方、より好ましい上限値は、0.5であり、さらに好ましくは0.45であり、特に好ましくは0.4である。 A preferred embodiment of the resin (A) is a structure containing at least a protonic acid group-containing resin (A1) and a resin (A2) having a higher molar fraction of protonic acid group-containing structural units than the resin (A1). From the viewpoint of a balance between water permeability and salt rejection rate, the absolute value of the difference between the molar fraction of protonic acid groups contained in the resin (A1) and the molar fraction of protonic acid groups in the resin (A2) is preferably 0.03 to 0.6. A more preferred lower limit is 0.06, even more preferably 0.1, and particularly preferably 0.15. On the other hand, a more preferred upper limit is 0.5, even more preferably 0.45, and particularly preferably 0.4.
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。これらの樹脂の詳細については後述する。 Hereinafter, the resins (A), (A1), and (A2) will also be referred to simply as "resin (A)," "resin (A1)," and "resin (A2)," respectively. Details of these resins will be provided later.
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 refers to a functional group that easily releases a proton or a group in which the hydrogen atom thereof has been substituted with Na or K. Examples of such groups include a sulfonic acid group (-SO3H), a carboxylic acid group (-COOH), a phosphonic acid group (-PO3H2), an alkylsulfonic acid group (-(CH2)nSO3H ) , an alkylcarboxylic acid group (-( CH2 ) nCOOH ), an alkylphosphonic acid group (- ( CH2 ) nPO3H2 ), a hydroxyphenyl group ( -C6H4OH ) , and groups in which the terminal hydrogen atom of these groups has been substituted with Na or K. n is an integer of 1 to 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/前記樹脂を構成する全構造単位数である。 The molar fraction of protonic acid group-containing structural units is the ratio of the number of protonic acid group-containing structural units to the total number of structural units constituting the resin.
前記の樹脂(A)は、水透過性に優れる。プロトン酸基含有構造単位のモル分率が異なる樹脂を少なくとも2種、すなわち前記樹脂(A1)と樹脂(A2)とを用いると、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抑制できる傾向がある。 The resin (A) has excellent water permeability. When at least two resins with different molar fractions of protonic acid group-containing structural units, i.e., resin (A1) and resin (A2), are used, the resin (A2), which has a higher molar fraction of protonic acid group-containing structural units, tends to improve water permeability, while the resin (A1), which has a lower molar fraction of protonic acid group-containing structural units, tends to suppress back-diffusion of salts.
本発明の半透膜の製造方法は、樹脂(A)を有機化合物(S)に溶解させたワニスを、前記有機化合物(S)の接触角が10°~60°の表面を有するフィルム上にキャストした後、乾燥する工程を有することを特徴とする。 The method for producing a semipermeable membrane of the present invention is characterized by comprising the steps of casting a varnish, in which a resin (A) is dissolved in an organic compound (S), onto a film having a surface with a contact angle of 10° to 60° with the organic compound (S), and then drying the film.
(樹脂(A)のワニス)
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 Resin (A))
Resin (A) has a basically linear molecular structure and, even if it has a crosslinked structure derived from the polyfunctional compound, the amount of the crosslinked structure is small, so that it has excellent solvent solubility, and therefore can be made into a varnish by dissolving resin (A) in a solvent.
ワニスを形成する所謂溶剤として用いられる有機化合物(S)の例としては、特に制限はなく、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 organic compounds (S) used as so-called solvents to form the varnish include, but are not limited to, alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and butanol; hydrocarbons such as toluene and xylene; halogenated hydrocarbons such as methyl chloride and methylene chloride; ethers such as dichloroethyl ether, 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; and aprotic polar solvents such as N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, and dimethyl carbonate. These can be used alone or in combination. Among these, lower alcohols (methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, t-butyl alcohol, etc.), tetrahydrofuran, N,N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. are preferred due to their water solubility, and mixed solvents of these with water are also preferred. The resin concentration in the varnish can be selected depending on how the varnish is used, but is preferably 1% by mass or more and 80% by mass or less.
(フィルム)
本発明のキャスト法に用いられるフィルム(所謂離型フィルム)は、その表面が有機化合物(S)と接触角10°~60°を示すフィルムである。尚、本発明のフィルムとは、シートや板と呼ばれる態様も含む。有機化合物(S)が複数種の化合物の混合物である場合、前記接触角は、前記混合物の接触角であることが好ましいが、最も極性の高い化合物の接触角が前記の角度の範囲内であっても良い。尚、本発明の接触角は、実施例に示した方法で特定されるものである。
(film)
The film (so-called release film) used in the casting method of the present invention is a film whose surface exhibits a contact angle of 10° to 60° with the organic compound (S). The film of the present invention also includes forms called sheets and plates. When the organic compound (S) is a mixture of multiple compounds, the contact angle is preferably the contact angle of the mixture, but the contact angle of the compound with the highest polarity may also be within the above-mentioned angle range. The contact angle of the present invention is determined by the method shown in the examples.
また、接触角の測定用いる有機化合物(S)は、勿論、前記フィルム上に直接キャストするワニスに含まれる有機化合物(S)の一成分である。 Furthermore, the organic compound (S) used to measure the contact angle is, of course, one of the organic compounds (S) contained in the varnish that is cast directly onto the film.
フィルム原料である有機材料(樹脂)やガラスなどの無機材料は、上記の要件を満たす限り、特に制限はない。また、前記フィルムの表面の平滑性や表面の材質(所謂離型層が代表例である)によっても接触角は変化するが、これらも上記の接触角の範囲を満たす限り、制限はない。 There are no particular restrictions on the organic materials (resins) and inorganic materials such as glass that are used to make the film, as long as they meet the above requirements. Furthermore, the contact angle will vary depending on the smoothness of the film's surface and the surface material (a typical example is a release layer), but there are no restrictions on these as long as they meet the above contact angle range.
上記のようなフィルムの材質は、具体的にはガラス板、PETフィルム、PBTフィルムなどのポリエステルフィルムなどが代表例である。その他、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ4メチル-1-ペンテンフィルム(商品名:TPX(登録商標))等のポリオレフィンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリフッ化ビニリデンフィルム等のハロゲン含有フィルム、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステルなどのポリ(メタ)アクリレート系フィルム、各種ナイロンフィルム等のポリアミドフィルム、(メタ)アクリル酸や(メタ)アクリル酸エステル、酢酸ビニル等の極性基を含むオレフィン系フィルム、ポリビニルアルコールなどのヒドロオキシ基を含むフィルム等も例示できる。 Typical examples of the film material mentioned above include glass plates, and polyester films such as PET film and PBT film. Other examples include polyolefin films such as polyethylene film, polypropylene film, and poly-4-methyl-1-pentene film (trade name: TPX (registered trademark)); halogen-containing films such as polyvinyl chloride film, polyvinylidene chloride film, and polyvinylidene fluoride film; poly(meth)acrylate films such as polyacrylic acid esters and polymethacrylic acid esters; polyamide films such as various nylon films; olefin films containing polar groups such as (meth)acrylic acid, (meth)acrylic acid esters, and vinyl acetate; and films containing hydroxy groups such as polyvinyl alcohol.
上記の中では、乾燥条件を高温にし易いことやコストなどを考慮すると、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルムが好ましく、特に好ましくはポリエステルフィルムである。
また、その表面形状はできるだけ平滑であることが好ましい。また、表面に離型層を有するフィルムであることが好ましい。前記の離型層の原料としては、前記の接触角の要件を満たす限りシリコーン系の離型剤など公知の材料を用いることが可能である。
Among the above, polyester film and polyamide film are preferred, taking into consideration the ease of drying at high temperatures and costs, and polyester film is particularly preferred.
Furthermore, it is preferable that the surface shape is as smooth as possible. Furthermore, it is preferable that the film has a release layer on the surface. As the raw material for the release layer, known materials such as silicone-based release agents can be used as long as they satisfy the above-mentioned contact angle requirement.
前記の接触角の範囲10~60°は、前記の有機化合物(S)で観測される数値範囲である。前記接触角の好ましい下限値は12°、より好ましくは13°、さらに好ましくは14°、特に好ましくは15°である。一方、好ましい上限値は50°、より好ましくは45°、さらに好ましくは42°、特に好ましくは40°である。 The contact angle range of 10 to 60° is the range observed for the organic compound (S). The preferred lower limit of the contact angle is 12°, more preferably 13°, even more preferably 14°, and particularly preferably 15°. On the other hand, the preferred upper limit is 50°, more preferably 45°, even more preferably 42°, and particularly preferably 40°.
本発明の正浸透膜(半透膜)の製造方法を用いれば、前記の塩の逆拡散を効果的に抑制することができる。また、表面平滑性の高い膜を得られ易い傾向がある。 The method for producing a forward osmosis membrane (semipermeable membrane) of the present invention can effectively suppress the back diffusion of salts. It also tends to make it easier to obtain membranes with high surface smoothness.
上記の方法で得られる正浸透膜(半透膜)で、上記の効果が発現する理由は定かではないが、本発明者らは以下のように推測した。一般的に半透膜の凹凸等が少ないこと、厚薄ムラが少ないことが好ましい傾向があるが、それは主として強度などの観点が主であった。本発明者らは、当該半透膜の厚薄ムラの塩の逆拡散への影響が予想外に大きいのではないかと考えている。即ち僅かでも膜厚の薄い部分があると、その部分に塩が移動して偏在化し、膜の構造変化などを引き起こして、塩の逆拡散を起こしやすくしている可能性を本発明者らは考えている。 The reason why the forward osmosis membrane (semipermeable membrane) obtained by the above method exhibits the above effects is unclear, but the inventors speculate as follows. Generally, it is preferable for semipermeable membranes to have few irregularities and little thickness variation, but this is mainly due to factors such as strength. The inventors believe that the uneven thickness of the semipermeable membrane may have a larger effect than expected on the back diffusion of salt. In other words, the inventors believe that if there are even slightly thinner areas, salt may migrate to those areas and become unevenly distributed, causing structural changes in the membrane and making it easier for back diffusion of salt to occur.
本発明の製造方法で得られる半透膜は、表面の平滑性が特に優れる傾向がある。その為、半透膜本来の塩の逆拡散の抑制効果を示すのであろう。 Semipermeable membranes obtained using the manufacturing method of the present invention tend to have particularly excellent surface smoothness. This is likely why they exhibit the inherent effect of semipermeable membranes in inhibiting back-diffusion of salt.
以下、本発明のプロトン酸基構造と、芳香族構造と、エーテル構造およびケトン構造から選ばれる構造とを含む樹脂(A)と、その好ましい態様である前記樹脂(A1)および前記樹脂(A2)について説明する。 The following describes the resin (A) of the present invention, which contains a protonic acid group structure, an aromatic structure, and a structure selected from an ether structure and a ketone structure, as well as its preferred embodiments, resin (A1) and resin (A2).
本発明の樹脂(A)、樹脂(A1)および樹脂(A2)は、下記式(1)の構造、または、下記式(1)および下記式(2)の構造を含むことが好ましい。 The resins (A), (A1), and (A2) of the present invention preferably have a structure represented by the following formula (1), or a structure represented by the following formulas (1) and (2).
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 each independently represent 0 or 1.
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 each independently H, Cl, F, CF 3 or C m H 2m+1 (m is an integer of 1 to 10), and examples of C m H 2m+1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group and a hexyl group.
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 is an integer of 1 to 10). Specifically, i, j, k, and l, as well as R 1 to R 10 , are selected so that the structural unit (1) and/or the structural unit (2) have at least one group represented by C m H 2m+1 . That is, when i, j, k, and l are all 1, at least one of R 1 to R 10 is C m H 2m+1 , but when, for example, i = 0, j = 1, k = 0, and l = 1, at least one of R 1 to R 3 , R 5 to R 8 , and R 10 is C m H 2m+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 of each of R 1 to R 10 may be present in an aromatic ring, and when two or more C m H 2m+1 groups are present in one aromatic ring, the C m H 2m+1 groups may be the same as or different from each other.
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 each independently H, Cl, F, CF 3 or a protonic acid group.
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 X1 to X5 is a protonic acid group. Specifically, i, j, and X1 to X5 are selected so that the structural unit (1) has at least one protonic acid group. That is, when i=1 and j=1, at least one of X1 to X5 is a protonic acid group, but when j=0, at least one of X1 to X3 is a protonic acid group, and when i=0 and j=1, at least one of X1 to X3 and X5 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 each of X 1 to X 5 may be present in an aromatic ring, and when two or more protonic acid groups are present in one aromatic ring, the respective protonic acid groups may be the same or different.
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 each independently a direct bond, —CH 2 —, —C(CH 3 ) 2 —, —C(CF 3 ) 2 —, —O— or —CO—, and at least one of A 1 to 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 formulas (1) and (2) indicate bonds between 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 refers to a functional group that easily releases a proton or a group in which the hydrogen atom has been substituted with Na or K. Examples of such a group include a sulfonic acid group (-SO3H), a carboxylic acid group (-COOH), a phosphonic acid group (-PO3H2), an alkylsulfonic acid group (-(CH2)nSO3H ) , an alkylcarboxylic acid group (-( CH2 ) nCOOH ), an alkylphosphonic acid group (-( CH2 ) nPO3H2 ) , a hydroxyphenyl group ( -C6H4OH ), and groups in which the terminal hydrogen atom has been substituted with Na or K. n is an integer of 1 to 10. The protonic acid group is preferably -Cn'H2n' - SO3Y (n' is an integer of 0 to 10, preferably 0, and Y is H, Na, or K).
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い。 Examples of the structural unit (1) include structural units represented by the following formula (1-1) or (1-2), and in these structures, A 1 is preferably —CO—.
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る。 Furthermore, examples of structural unit (2) include structural units represented by the following formula (2-1) or (2-2):
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 molar fraction of the structural unit (1) relative to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and even more preferably 0.25 or more, since a semipermeable membrane with high water permeability can be formed; and is preferably 0.9 or less, more preferably 0.7 or less, and even more preferably 0.6 or less, since a semipermeable membrane with high salt rejection and no gelation can be formed.
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。 In terms of the molar fraction of the structural unit (1) relative to the total amount of the structural unit (1) and the structural unit (2), from the viewpoint of the balance between water permeability and salt rejection rate, the absolute value of the difference between the molar fraction of the resin (A1) and the molar 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種の樹脂」が満たせばよい。 Note that, in the above-mentioned definition of the difference in molar fraction, the number of resins contained in resin (A) is not limited to two. When resin (A) contains three or more resins with different molar fractions of structural unit (1), the above-mentioned definition of the difference in molar fraction of structural unit (1) needs to be satisfied by at least one set of "two resins."
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。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。 Resin (A) may further contain structural units derived from a polyfunctional compound, as described below. Resin (A) may be crosslinked or non-crosslinked.
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 resin (A), measured using GPC (Gel Permeation Chromatography) under the following conditions (1) to (6), is preferably 70,000 or more, more preferably 80,000 or more, and even more preferably 90,000 or more. When the molecular weight is within this range, the resulting semipermeable membrane has high mechanical properties and is less likely to tear during membrane formation or use. Furthermore, from the perspective of gel generation rate, the weight-average molecular weight is preferably 180,000 or less.
(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、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℃
(2) Developing solvent: N,N-dimethylformamide (DMF)
(3) Flow rate: 1.0ml/min
(4) Injection volume: 500μl
(5) Detector: UV detector
(6) Molecular weight standard: standard polystyrene The weight average molecular weight can be controlled by adjusting the molar ratio of raw material monomers and the amount of end-capping agent when producing the resin (A).
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、水の透過性が高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 resin (A), i.e., the mass of resin (A) per mole of protonic acid groups, is preferably 200 g/mol or more, since this results in a semipermeable membrane that is insoluble in water or methanol, has reduced swelling, and exhibits a low amount of electrolyte permeation through the membrane. Furthermore, this is preferably 5,000 g/mol or less, more preferably 1,000 g/mol or less, since this results in a semipermeable membrane that is highly water permeable and economical.
特に、前記樹脂(A1)と前記樹脂(A2)とが、いずれも前記式(1)の構造、または前記式(1)の構造と前記式(2)の構造を有していれば、これらの樹脂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, if both resin (A1) and resin (A2) have the structure of formula (1), or the structure of formula (1) and the structure of formula (2), it is believed that these resins will disperse well. Therefore, it is believed that dense, multi-stage, continuous layers of pseudo-(A1)/(A2) units are formed, which likely allows for efficient water permeability and the effect of suppressing back-diffusion of salts.
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、より高い水透過性および塩阻止率が得られる。 In one embodiment, the semipermeable membrane preferably has a concentration gradient of protonic acid groups derived from resin (A) in the thickness direction of the semipermeable membrane. The concentration gradient may be such that the concentration increases continuously or in a stepwise manner. One example of such a configuration is a laminated membrane having a layer (L1) containing resin (A1) and a layer (L2) containing resin (A2). The thickness ratio of layer (L1) to layer (L2) (thickness of L1:thickness of L2) is typically 5:95 to 80:20, preferably 20:80 to 60:40. Such a multilayer structure provides higher water permeability and salt rejection.
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。 This configuration is preferable from the viewpoint of more reliably realizing the effects of the (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 protonic acid groups derived from resin (A) refers to the change in the concentration of protonic acid groups contained in resin (A) in the thickness direction of the semipermeable membrane. When the protonic acid groups are sulfonic groups or groups in which the terminal hydrogen atoms are substituted with Na or K, the concentration gradient can be confirmed by analyzing the concentration distribution of sulfur atoms in the cross section of the semipermeable membrane using elemental 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、より高い水透過性および塩阻止率が得られる。 When using a forward osmosis membrane, it is preferable to position the semipermeable membrane so that the side with the higher protonic acid group concentration faces the feed solution and the side with the lower protonic acid group concentration faces the draw solution. For example, it is preferable to position the semipermeable membrane so that the layer (L2) containing resin (A2) faces the feed solution and the layer (L1) containing resin (A1) faces the draw solution. This configuration results in higher water permeability and salt rejection.
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 resin (A1) and resin (A2). For example, the semipermeable membrane has a structure separated into at least two phases corresponding to resin (A1) and resin (A2). This phase-separated structure results in a higher water flux and salt rejection. In the mixture, the mass ratio (A1:A2) of resin (A1) to resin (A2) is typically 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). Possible phase-separated structures include a sea-island structure and an interpenetrating structure, with the interpenetrating structure being more preferable from the viewpoint of preventing back-diffusion of salt from the draw solution. In the case of a sea-island structure, it is preferable that resin (A1) with a small molar fraction of protonic acid group-containing structural units forms the sea phase, and resin (A2) with a large molar fraction forms the island phase.
本発明では、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 can be produced as a free-standing membrane using resin (A) as a raw material, and by laminating this semipermeable membrane with a porous substrate, a forward osmosis membrane with high water permeability and a high salt rejection rate can be obtained.
前記半透膜は、実質的に樹脂(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 consists essentially of resin (A) alone, but may contain small amounts of other components (e.g., 1% by mass or less, or 0.1% by mass or less) that do not impair the effects of the present invention.
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、かつ実用上十分に高い水の透過性を示す。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 typically 3.0 μm or less, preferably 0.01 to 3.0 μm, and more preferably 0.01 to 1.5 μm. A forward osmosis membrane using a semipermeable membrane with a thickness within this range has sufficient membrane strength and exhibits water permeability high enough for practical use. The thickness of the semipermeable membrane can be controlled by the manufacturing conditions of the semipermeable membrane, such as the temperature and pressure during press molding, and the varnish concentration and coating thickness during casting.
前記半透膜は、厚みのムラができるだけ少ないことが好ましい。即ち、半透膜表面の凹凸が少ないことが好ましい。このような凹凸は、実施例に示すような方法で測定される表面粗さ(SA値)で特定することができる。本発明において、前記表面粗さは、10nm以下であることが好ましい。より好ましくは8nm以下、さらに好ましくは5nm以下である。好ましい下限値はもちろんゼロであるが、現実的な好ましい下限値は0.5nm程度である。 It is preferable that the semipermeable membrane have as little unevenness in thickness as possible. In other words, it is preferable that the semipermeable membrane surface has as little unevenness as possible. Such unevenness can be determined by the surface roughness (SA value) measured by the method shown in the examples. In the present invention, the surface roughness is preferably 10 nm or less, more preferably 8 nm or less, and even more preferably 5 nm or less. The preferred lower limit is of course zero, but a realistic and preferred lower limit is approximately 0.5 nm.
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 units (1) in these resins (A1) and (A2) may be the same or different, and the structural units (2) in resins (A1) and (A2) may be the same or different.
(樹脂(A)の製造方法)
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)
(Method for producing resin (A))
Resin (A) can be obtained by condensing monomers having an aromatic ring according to a conventionally known method (for example, the method described in WO 2003/33566).
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 meanings of the other symbols are the same as those of the same symbols used in formulas (1) and (2) above. Preferred examples of the halogen atoms 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。 The condensation is preferably carried out using a basic catalyst such as K 2 CO 3 .
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) (wherein at least one of X 1 and X 2 is a protonic acid group) include protonic acid group-containing aromatic dihalide compounds such as 5,5'-carbonylbis(sodium 2-fluorobenzenesulfonate) 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 formula (2a) include:
Aromatic dihalide compounds such as 4,4'-difluorobenzophenone, 3,3'-difluorobenzophenone, 4,4'-dichlorobenzophenone, 3,3'-dichlorobenzophenone, 4,4'-difluorobiphenyl, 4,4'-difluorodiphenylmethane, 4,4'-dichlorodiphenylmethane, and 4,4'-difluorodiphenyl ether; and alkyl group-containing aromatic dihalide compounds such as 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, and 3,3',4,4'-tetramethyl-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。
Examples of the monomer represented by the formula (2b) (or the monomer represented by the formula (1b) (wherein X 3 to X 5 are all hydrogen atoms)) include:
Aromatic dihydroxy compounds such as 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-bis(4-hydroxybenzoyl)benzene, and 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-hydroxydiphenyl) alkyl group-containing aromatic dihydroxy compounds such as 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-diisopropylbenzene, and α,α'-bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-1,3-diisopropylbenzene.
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、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 monomers described above, provided that the solvent solubility of resin (A) is not impaired. By copolymerizing a polyfunctional compound, resin (A) can have a micro-crosslinked structure. Examples of polyfunctional compounds include those having three or more hydroxyl groups per molecule, such as (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, and 4-[(3,5-dimethyl- Examples include [(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-phenylenebis(1-methylethylidene)]bis[benzene-1,2,3-triol], α,α,α'-tris(4-hydroxyphenyl)-1-ethyl-4-isopropylbenzene, phloroglucin, and pyrogallol.
これらの共重合量は、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。 From the viewpoint of preventing a decrease in the solvent solubility of resin (A), a decrease in the fluidity of the resin during membrane formation, and a decrease in the elongation of the semipermeable membrane, the copolymerization amount is preferably 0 to 8 mol%/total OH equivalent (i.e., of the total number (100 mol%) of OH groups possessed by the monomer of formula (1b), the monomer of formula (2b), and the polyfunctional monomer, 0 to 8 mol% are OH groups derived from the polyfunctional monomer), and more preferably 0 to 5 mol%/total OH equivalent.
《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。
Tensile modulus, tensile strength at break, and elongation
The tensile 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, with an upper limit of, for example, 100 MPa. The elongation of the semipermeable membrane is preferably 40% or more, with an upper limit of, for example, 200%. These tensile modulus, tensile breaking strength, and elongation are 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。 A test piece measuring length x width x thickness = 100 mm x 10 mm x 5 μm is prepared and pulled at a rate of 50 mm/min using a tensile testing machine. The strength (tensile load value divided by the cross-sectional area of the test piece) and elongation are determined when the test piece breaks (fractures).
伸び率は次の式によって算出する。
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。
The elongation is calculated using the following formula:
Elongation (%) = 100 x (L - L 0 ) / L 0
(L 0 : length of test piece before test, L: length of test piece at break)
The tensile modulus is determined by dividing the load at break by the cross-sectional area of the test piece and the strain at break, ie, (LL 0 )/L 0 .
前記引張破断強度および前記伸び率は、たとえば、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 can be increased, for example, by increasing the molecular weight of 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 loss 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 loss rate, which 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 left to dry under a nitrogen atmosphere at 150°C for 4 hours and then weighed. The semipermeable membrane is immersed in DMSO or water and left to dry at 25°C for 24 hours. The semipermeable membrane is removed from the DMSO or water and left to dry under a nitrogen atmosphere at 150°C for 4 hours and then weighed. The mass loss rate is calculated using the following formula based on the mass of the semipermeable membrane before and after immersion.
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、たとえば前記樹脂(A)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 of semipermeable membrane before immersion−mass of semipermeable membrane after immersion)/mass of semipermeable membrane before immersion×100
The dissolution amount can be reduced by, for example, crosslinking the resin (A), and therefore, even if the protonic acid group equivalent is small, the dissolution amount can be kept within the above range.
(半透膜の製造方法)(Method for producing semipermeable membrane)
本発明では、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。すなわち、前記ワニスを前記のフィルムに塗布し、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、半透膜を前記フィルムから剥離して自立膜とすることができる。 In the present invention, the semipermeable membrane is produced from the aforementioned varnish by a casting method. That is, the varnish is applied to the aforementioned film, and the solvent is removed by evaporation to obtain a semipermeable membrane. Furthermore, the semipermeable membrane can be peeled off from the film to form a free-standing 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 organic solvents or the like remaining in the semipermeable membrane during casting remain, the mechanical strength of the semipermeable membrane may decrease, making it more susceptible to breakage. Therefore, it is preferable to thoroughly dry and/or wash the semipermeable membrane produced by the casting method 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。 In addition, when the protonic acid group possessed by the resin (A) used to produce the semipermeable membrane is a functional group that easily releases protons, in which a hydrogen atom has been substituted with Na or K, a membrane of the resin (A) may be formed and then the membrane may be brought into contact with an aqueous solution of hydrochloric acid, sulfuric acid, or the like, to substitute the Na or K possessed by the protonic acid group with a hydrogen atom.
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。 A semipermeable membrane, specifically a laminated membrane, in which the concentration of the above-mentioned protonic acid groups has a gradient in the thickness direction of the semipermeable membrane can be obtained, for example, by forming a layer (L1) containing resin (A1) and then forming a layer (L2) containing resin (A2) on the layer (L1). Alternatively, it can also be obtained by forming a layer (L2) containing resin (A2) and then forming a layer (L1) containing resin (A1) on the layer (L2).
上記のL2層を形成する際に用いるワニスに含まれる有機化合物(S)は、勿論、L1層が不溶、難溶な化合物であることが望ましい。 It is desirable that the organic compound (S) contained in the varnish used to form the L2 layer be a compound in which the L1 layer is insoluble or poorly soluble.
前記の積層工程において、その任意の工程(例えば、第1の膜を形成する工程、第2の膜を形成して積層構造とする工程等)で、UV等の光線照射、プラズマ処理などを行うことができる。特には樹脂(A2)を含む層に前記光線照射を行うことが好ましい。 In the lamination process, any step (e.g., the step of forming the first film, the step of forming the second film to form a laminate structure, etc.) can be subjected to light irradiation such as UV or plasma treatment. It is particularly preferable to irradiate the layer containing resin (A2) with the light.
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、例えば、前記混合樹脂またはワニスの撹拌速度により、前記の相分離構造の分散径を調整することができる。 Furthermore, in a semipermeable membrane formed from a mixture containing at least the above-mentioned resins (A1) and (A2), the dispersion diameter of the phase-separated structure can be adjusted, for example, by adjusting the stirring speed of the mixed resin or varnish.
<多孔質基材>
本発明の半透膜は、多孔質基材やメッシュ材などの層と併用することが、ハンドリングなどの観点で好ましい。
<Porous base material>
The semipermeable membrane of the present invention is preferably used in combination with a layer of a porous substrate or a mesh material from the viewpoint of handling and the like.
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。 The porous substrate preferably has an air permeability of 100 to 400 cm 3 /cm 2 /s, which is measured in accordance with Method A (Fragile type method) of JIS L 1096 as follows.
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。 Attach a 20cm x 20cm test piece to the testing machine, adjust the suction fan and air holes so that the inclined barometer reads 125 Pa, and measure the pressure indicated by the vertical barometer. Calculate the amount of air passing through the test piece using the conversion table provided with the testing machine from the measured pressure and type of air hole.
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 typically 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性を高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。 Forward osmosis membranes preferably use thin porous substrates with high air permeability. This suppresses concentration polarization that occurs inside the porous substrate when the forward osmosis membrane is in use, and reduces fluid resistance when water passes through the forward osmosis membrane, thereby increasing the water permeability of the forward osmosis membrane. The air permeability and thickness of the porous substrate can be controlled by conventional methods.
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 for the porous substrate 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。 Synthetic resins include thermoplastic resins and thermosetting resins, with thermoplastic resins being preferred. Specific examples of thermoplastic resins include olefin polymers, polyester resins, polyamide resins, polyvinyl chloride, and (meth)acrylic resins. Of these, olefin polymers and polyester resins are preferred, with olefin polymers being particularly preferred.
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。 Specific examples of olefin polymers include homopolymers or copolymers of α-olefins, or copolymers of α-olefins with other monomers. Examples of α-olefins include α-olefins having 2 to 8 carbon atoms, such as ethylene, propylene, and 1-butene. Olefin polymers include polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, poly-1-butene, poly-4-methyl-1-pentene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-1-butene copolymer, ethylene-4-methyl-1-pentene copolymer, propylene-1-butene copolymer, and 4-methyl-1-pentene-1-decene copolymer, as well as copolymers of α-olefins with other monomers, such as ethylene-vinyl alcohol copolymer.
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 polyester resins include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate. Examples of polyamide resins 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。 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 substrate include fabric substrates such as woven fabric, nonwoven fabric, and knitted fabric, as well as foam sheets. Of these, fabric substrates are preferred, with woven fabric and nonwoven fabric being more preferred, and nonwoven fabric being particularly preferred.
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 nonwoven fabrics include long-fiber nonwoven fabrics made by the spunbond method, short-fiber nonwoven fabrics made by the meltblown method, long-fiber nonwoven fabrics such as flash-spun nonwoven fabrics, spunlace nonwoven fabrics, airlaid nonwoven fabrics, thermal-bonded nonwoven fabrics, needle-punched nonwoven fabrics, and chemical-bonded nonwoven fabrics, with spunbonded nonwoven fabrics and meltblown nonwoven fabrics being preferred. Of these, spunbonded nonwoven fabrics are preferred, with spunbonded nonwoven fabrics made of polyethylene terephthalate or polypropylene being particularly preferred.
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 nonwoven fabric may be made of composite fibers made of different resins, and may be a core-sheath or side-by-side composite fiber in which a different resin is arranged on the outer surface of the fiber. Examples of composite fibers include polyethylene/polypropylene core-sheath or side-by-side composite fibers.
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 nonwoven fabric may be a laminated nonwoven fabric. Examples of laminated nonwoven fabrics include laminated nonwoven fabrics containing spunbonded nonwoven fabric and meltblown nonwoven fabric, such as a laminated nonwoven fabric of spunbonded nonwoven fabric and meltblown nonwoven fabric (SM), and a laminated nonwoven fabric of spunbonded nonwoven fabric, meltblown nonwoven fabric, and spunbonded nonwoven fabric (SMS), in that order.
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。 To obtain such a laminated nonwoven fabric, a spunbond nonwoven fabric and a meltblown nonwoven fabric are laminated together to form an integrated fabric. Examples of integration methods include a method in which the spunbond nonwoven fabric and the meltblown nonwoven fabric are layered together and heated and pressurized, a method in which the two are bonded together using an adhesive such as a hot melt adhesive or a solvent-based adhesive, or a method in which fibers are deposited on top of the spunbond nonwoven fabric using the meltblown method and then thermally fused.
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 nonwoven fabric may be a laminated nonwoven fabric in which a porous film with micropores is sandwiched between layers of nonwoven fabric. Examples of such laminated nonwoven fabrics include a polypropylene (PP) nonwoven fabric, a porous PP film, and a PP nonwoven fabric (SFS) laminated in this order, and a PP nonwoven fabric, a porous PP film, and a rayon PP nonwoven fabric (SFR) 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。 The weight of the nonwoven fabric (in the case of a laminated nonwoven fabric, the weight of the laminated nonwoven fabric) is preferably about 10 to 80 g/m 2 , more preferably about 20 to 40 g/m 2 .
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 include 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、良好な透過性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 may include a layer other than the porous substrate on one or both sides of the semipermeable membrane in the order semipermeable membrane/layer other than porous substrate/porous substrate, but in order to obtain good permeability, it is preferable not to include any layer other than the porous substrate. A polyamide layer may be included as a layer other than the porous substrate, but its thickness 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。
<Method of manufacturing a forward osmosis membrane>
The forward osmosis membrane can be produced, for example, by producing the semipermeable membrane as a free-standing membrane and sandwiching the semipermeable membrane between two of the porous substrates from both sides.
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。この塗布から自立膜とするまでの工程において、前記の光線照射工程やプラズマ処理工程を設けるのが本発明の好ましい態様の一つとなる。この中で、乾燥工程の後、自立膜として剥離する工程の前に前記の光線照射を行うことも好ましい。 Specifically, the forward osmosis membrane can be manufactured by the following procedure. For example, a dilute solution of resin (A) is applied to a substrate such as PET so that the desired thickness is achieved after drying, and the resulting membrane is then peeled off as a free-standing membrane after drying. In one preferred embodiment of the present invention, the light irradiation step or plasma treatment step described above is included in the process from application to formation of the free-standing membrane. Among these, it is also preferable to perform the light irradiation step after the drying step and before the step of peeling off the free-standing membrane.
本発明は、該自立膜に、不織布等の1つまたは2つの多孔質基材でその片側あるいは両側に設置し、正浸透膜を製造する方法である。また、本発明の光線照射工程は、前記の成膜工程以外に、この多孔質膜と前記半透膜とを用いて正浸透膜とする工程の中に設けてもよい。 The present invention is a method for producing a forward osmosis membrane by attaching one or two porous substrates, such as nonwoven fabrics, to one or both sides of the freestanding membrane. Furthermore, the light irradiation step of the present invention may be included in a process for forming a forward osmosis membrane using this porous membrane and the semipermeable membrane, in addition to the membrane formation process described above.
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、両者を透過性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。 If the area of the forward osmosis membrane is large, the semipermeable membrane and the porous substrate may be bonded together using an adhesive to maintain the distance between them, to the extent that this does not affect permeability.
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 produced by producing the semipermeable membrane as a free-standing membrane and laminating it on the porous substrate. In this case, 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 this manufacturing method, the semipermeable membrane described above is first manufactured as a free-standing membrane, which is then laminated on a porous substrate (such as a nonwoven fabric) or sandwiched between two porous substrates (such as a nonwoven fabric) to produce a forward osmosis membrane. This allows for the easy production of a forward osmosis membrane with a controlled semipermeable membrane thickness that exhibits high water permeability and high salt rejection.
[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。
[Uses of forward osmosis membranes]
The forward osmosis membrane element of the present invention comprises the forward osmosis membrane of the present invention and a spacer. In other words, the forward osmosis membrane element of the present invention is a conventional forward osmosis membrane element comprising a forward osmosis membrane and a spacer, but using the forward osmosis membrane of the present invention as the forward osmosis membrane. As the spacer, a conventionally known spacer used in forward osmosis membrane elements 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 a forward osmosis membrane element of the present invention housed in a container. In other words, the forward osmosis membrane module of the present invention is a conventional forward osmosis membrane element in which a forward osmosis membrane element is housed in a container, but in which the forward osmosis membrane element of the present invention is used as the forward osmosis membrane element. Any conventional container known for use in forward osmosis membrane modules can be used as the container.
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 includes a forward osmosis membrane module of the present invention and a drive pump for passing a feed solution (FS) on one side of the forward osmosis membrane of the present invention included in the forward osmosis membrane module, and a draw solution (DS) having a higher concentration of solutes such as salts than the feed solution on the other side, and is configured to transfer water contained in the feed solution to the draw solution through the forward osmosis membrane.
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 an apparatus, it is also possible to apply pressure from the FS side to the DS side. In some embodiments of the present invention, it may be preferable to apply pressure from the FS side to the DS side. For example, it may be preferable to apply a pressure of preferably 15 kPa or less, more preferably 12 kPa or less, and even more preferably 10 kPa or less from the FS side to the DS side.
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。
本実施例および比較例で用いた略称の内容を示す。
The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
The abbreviations used in the present examples and comparative examples are as follows:
(1)溶媒
DMSO :ジメチルスルホキシド
NMP :N-メチル-2-ピロリドン
DMF :N,N-ジメチルホルムアミド
(1) Solvents DMSO: dimethyl sulfoxide NMP: N-methyl-2-pyrrolidone DMF: N,N-dimethylformamide
(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
(2) Components of aromatic polyether DFBP: 4,4'-difluorobenzophenone DSDFBP: 5,5'-carbonylbis(sodium 2-fluorobenzenesulfonate)
TMBPF: 3,3',5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane
各種測定方法
(フィルム表面の接触角測定)
実施例および比較例で使用した各基材表面の接触角測定は、下記装置を使用し、当該装置専用のシリンジにて下記試料(基材)表面に下記試験溶媒(混合溶媒)1滴(約0.5ml)を滴下し、1分間静置した。その後、各基材表面と液滴の接触角度を計測し、膜表面の濡れ性を評価した。結果を表2に示す。
測定装置:KYOWA製DM500型装置
試験溶媒:DMFおよびトルエンの混合溶媒(重量比55:45。実施例、比較例に使用したワニス溶媒)
試料:実施例に使用したフィルム1および比較例に使用したフィルム2(後述)
Various measurement methods (contact angle measurement of film surface)
The contact angle of each substrate surface used in the examples and comparative examples was measured using the following device. One drop (approximately 0.5 ml) of the following test solvent (mixed solvent) was dropped onto the surface of the following sample (substrate) using a syringe dedicated to the device and left to stand for 1 minute. The contact angle of the droplet with each substrate surface was then measured to evaluate the wettability of the film surface. The results are shown in Table 2.
Measurement device: DM500 type device manufactured by KYOWA Test solvent: mixed solvent of DMF and toluene (weight ratio 55:45. Varnish solvent used in Examples and Comparative Examples)
Samples: Film 1 used in the examples and Film 2 used in the comparative examples (described later)
(剥離強度測定)
実施例および比較例でのキャスト成形時、基材フィルムから半透膜を剥離する際の180°剥離強度を測定した。測定は以下の装置および条件で行った。結果を表3に示す。
測定装置:TOYOSEIKI製ストログラフE-S型装置
測定速度:50mm/min
測定レンジ:2.5N
試料形状:幅15mm, 長さ約6cm
測定回数N:3回(平均値を測定値とした。)
(Peel strength measurement)
In the cast molding of the Examples and Comparative Examples, the 180° peel strength was measured when peeling the semipermeable membrane from the substrate film. The measurement was carried out using the following equipment and conditions. The results are shown in Table 3.
Measuring device: Strograph E-S type device manufactured by TOYOSEIKI Measuring speed: 50 mm/min
Measurement range: 2.5N
Sample size: Width 15 mm, length approximately 6 cm
Number of measurements N: 3 (average value was used as the measured value)
(半透膜剥離面の表面観察と粗さ測定)
基材から剥離した半透膜の剥離面の表面状態を目視評価、および表面粗さ測定を行った。表面粗さ測定は、日立ハイテク株式会社製VS1800型装置を用い、Waveモードで測定した。結果を表4に示す。
(Surface observation and roughness measurement of semipermeable membrane peeling surface)
The surface condition of the semipermeable membrane peeled from the substrate was visually evaluated, and the surface roughness was measured. The surface roughness was measured using a VS1800 model device manufactured by Hitachi High-Tech Corporation in Wave mode. The results are shown in Table 4.
(膜厚の測定方法)
ニコン社製デジマイクロMH-15M型装置(接触式の膜厚測定装置:最小読み取り値:0.01μm)を用い、下記の方法で測定した。結果を表5に示す。
基材上にワニスを塗布し、乾燥させて得た段階、即ち「基材/塗工膜」の積層体の段階で、一部を厚さ測定用のサンプルとして切り出し。その厚さを上記装置を用いて測定した(厚A(μm))。次いで、測定箇所の膜を基材から剥離した後、当該箇所の基材の厚さを測定した(厚B(μm))。
(Method for measuring film thickness)
Measurements were carried out using a Nikon Digimicro MH-15M (contact film thickness measuring device: minimum reading: 0.01 μm) according to the following method. The results are shown in Table 5.
After the varnish was applied to the substrate and dried, i.e., at the stage of the "substrate/coating film" laminate, a portion was cut out as a sample for thickness measurement. The thickness was measured using the above-mentioned device (thickness A (μm)). Next, the film at the measurement point was peeled off from the substrate, and the thickness of the substrate at that point was measured (thickness B (μm)).
上記の結果から、「膜厚=厚A-厚B」式で値を算出する。測定は5か所以上行い、その平均値を膜厚として決定した。2層以上の積層構造の半透膜の場合は、層を形成する毎に上記の操作を繰り返した(測定箇所5か所以上の平均値)。それぞれの測定値の差から、各層の膜厚を決定した。 From the above results, the value was calculated using the formula "Film Thickness = Thickness A - Thickness B." Measurements were taken at five or more locations, and the average value was determined as the film thickness. For semipermeable membranes with a laminated structure of two or more layers, the above procedure was repeated for each layer formed (average value of five or more measurement locations). The film thickness of each layer was determined from the difference between the individual measurement values.
(正浸透膜の性能評価)
図1に示したような装置10を用い、下記の方法で正浸透膜の性能を評価した。該装置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、0.6Mの硫酸アンモニウム水溶液が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。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一部はドロー溶液へと移動し、ドロー溶液中の塩(NaCl)の一部はフィード溶液へと移動(逆流)する。
(Performance evaluation of forward osmosis membrane)
The performance of a forward osmosis membrane was evaluated using an apparatus 10 as shown in FIG. 1 by the following method. The apparatus 10 includes a feed solution tank 1, a flow path 2, a pump 3, a draw solution tank 11, a flow path 12, a pump 13, and an evaluation cell 21. The feed solution tank 1 is placed on a balance 4, and the draw solution tank 11 is equipped with an electrical conductivity meter 15. At the start of the evaluation, the feed solution tank 1 contains 500 g of Milli-Q water having an electrical conductivity of 50 μS/cm or less as a feed solution FS (feed solution), and the draw solution tank 11 contains 800 g of a 0.6 M aqueous ammonium sulfate solution as a draw solution DS (draw solution). The feed solution in the feed solution tank 1 flows through flow path 2 at a rate of 0.6 L/min using pump 3, and the draw solution in the draw solution tank 11 flows through flow path 12 at a rate of 0.6 L/min using pump 13. The feed solution flowing through flow path 2 and the draw solution flowing through flow path 12 are in contact with each other inside evaluation cell 21 via forward osmosis membrane 22 with an effective membrane area of 0.0042 m2 . Through forward osmosis membrane 22, a portion of the feed solution moves into the draw solution, and a portion of the salt (NaCl) in the draw solution moves (backflows) into the feed solution.
<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(L/(m2・h))とした。結果を表5に示す。
<Water permeation flux (Jw)>
The weight loss of the feed solution was measured every minute using the balance 4, and the weight loss per unit time and per unit area of the forward osmosis membrane was defined as the water permeation flux (L/( m2 ·h)). The results are shown in Table 5.
<塩逆拡散透過係数(SRSF)>
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重量の変化に換算し、単位時間、正浸透膜の単位面積当たりの重量の変化を塩透過量(g/(m2・h))とした。更に、この数値を前記水透過流束(Jw)により割ることによって、SRSF値(g/L)を算出した。結果を表5に示す。
<Salt Reverse Diffusion Permeability Factor (SRSF)>
The change in electrical conductivity of the draw solution was measured every minute using the electrical conductivity meter 15, and this was converted into the change in weight of the draw solution. The change in weight per unit time per unit area of the forward osmosis membrane was defined as the salt permeation rate (g/( m2 ·h)). This value was then divided by the water permeation flux (Jw) to calculate the SRSF value (g/L). The results are shown in Table 5.
(樹脂合成例1)
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、DSDFBP40.1g(0.095mol)、DFBP62.2g(0.285mol)、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DMSO783.4gとトルエン261.1g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。
(Resin Synthesis Example 1)
40.1 g (0.095 mol) of D- SDFBP, 62.2 g (0.285 mol) of DFBP, 97.4 g (0.380 mol) of TMBPF, and 65.7 g (0.475 mol) of potassium carbonate were weighed into a five-neck reactor equipped with a nitrogen inlet tube, a thermometer, a reflux condenser, and a stirrer. 783.4 g of DMSO and 261.1 g of toluene were added, and the mixture was stirred under a nitrogen atmosphere and heated at 130°C for 12 hours. The generated water was removed from the system, and the toluene was then 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171.6g(樹脂1)を得た。樹脂(1)は、前記構造単位(1)として、 The reaction was continued at 160°C for 12 hours, yielding a viscous polymer solution. The resulting solution was diluted with 570 g of toluene and then poured into 2,400 g of methanol. The precipitated polymer powder was filtered, washed, and dried at 150°C for 4 hours to yield 171.6 g of polyether ketone powder (Resin 1). Resin (1) contains the structural unit (1):
(樹脂合成例2)
樹脂の原料および溶媒を、DSDFBP48.1g(0.114mol)、DFBP58.0g(0.265mol)、TMBPF97.4g(0.380mol)および炭酸カリウム65.7g(0.475mol)、ならびにDMSO814.4gおよびトルエン271.5gとした他は実施例1と同様にしてポリマー粉175.2g(樹脂2)を得た。樹脂2は、前記構造単位(1)の含有率が30モル%である。
(Resin Synthesis Example 2)
The resin raw materials and solvent were 48.1 g (0.114 mol) of DSDFBP, 58.0 g (0.265 mol) of DFBP, 97.4 g (0.380 mol) of TMBPF, 65.7 g (0.475 mol) of potassium carbonate, and 814.4 g of DMSO and 271.5 g of toluene. Except for this, the procedure of Example 1 was repeated to obtain 175.2 g of polymer powder (Resin 2). Resin 2 contained 30 mol% of the structural unit (1).
(樹脂合成例3)
樹脂の原料および溶媒を、DSDFBP80.2g(0.190mol)、DFBP41.5g(0.190mol)、TMBPF97.4g(0.380mol)および炭酸カリウム65.7g(0.475mol)、ならびにDMSO876.4gおよびトルエン292.1gとした他は樹脂合成例1と同様にしてポリマー粉174.6g(樹脂3)を得た。樹脂3は、前記構造単位(1)の含有率が50モル%である。
(Resin Synthesis Example 3)
The resin raw materials and solvent were 80.2 g (0.190 mol) of DSDFBP, 41.5 g (0.190 mol) of DFBP, 97.4 g (0.380 mol) of TMBPF, and 65.7 g (0.475 mol) of potassium carbonate, and 876.4 g of DMSO and 292.1 g of toluene. Except for this, 174.6 g of polymer powder (Resin 3) was obtained in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. Resin 3 had a content of the structural unit (1) of 50 mol%.
(樹脂合成例4)
樹脂の原料および溶媒を、DSDFBP96.3g(0.228mol)、DFBP33.2g(0.152mol)、TMBPF97.4g(0.380mol)および炭酸カリウム65.7g(0.475mol)、ならびにDMSO907.5gおよびトルエン302.5gとした他は樹脂合成例1と同様にしてポリマー粉173.6g(樹脂4)を得た。樹脂4は、前記構造単位(1)の含有率が60モル%である。
(Resin Synthesis Example 4)
The resin raw materials and solvent were 96.3 g (0.228 mol) of DSDFBP, 33.2 g (0.152 mol) of DFBP, 97.4 g (0.380 mol) of TMBPF, and 65.7 g (0.475 mol) of potassium carbonate, and 907.5 g of DMSO and 302.5 g of toluene. Except for this, 173.6 g of polymer powder (Resin 4) was obtained in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. Resin 4 had a content of the structural unit (1) of 60 mol%.
樹脂合成例1~4において合成したポリマーの構成原料およびスルホン酸ユニット含有量を表1に示す。 The constituent raw materials and sulfonic acid unit content of the polymers synthesized in Resin Synthesis Examples 1 to 4 are shown in Table 1.
[実施例1]
樹脂合成例1で製造した樹脂1をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスを、離型剤層を有するPET基材(リンテック社製「PLD38TH」;フィルム1)上にキャストし、110℃で3分乾燥して樹脂1の膜を得た。この膜の一部を前記フィルム1から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Example 1]
Resin 1 produced in Resin Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto a PET substrate ("PLD38TH" manufactured by Lintec Corporation; Film 1) having a release agent layer and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film of Resin 1. A portion of this film was peeled off from Film 1, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例3で製造した樹脂3をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを樹脂1の膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た後、これをフィルム1から剥離して自立膜とし膜1を得た。 Next, Resin 3 produced in Resin Synthesis Example 3 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the Resin 1 film and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer film, which was then peeled off from Film 1 to form a free-standing film, yielding Film 1.
[実施例2]
樹脂合成例1で製造した樹脂1をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスをフィルム1上にキャストし、110℃で3分乾燥して膜を得た。この膜の一部を前記フィルム1から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Example 2]
Resin 1 produced in Resin Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto Film 1 and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film. A portion of this film was peeled off from Film 1, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例4で製造した樹脂4をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを樹脂1の膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た後、これをフィルム1から剥離して自立膜とし膜2を得た。 Next, Resin 4 produced in Resin Synthesis Example 4 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the Resin 1 film and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer film, which was then peeled off from Film 1 to form a free-standing film, yielding Film 2.
[実施例3]
樹脂合成例2で製造した樹脂2をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスをフィルム1上にキャストし、110℃で3分乾燥して樹脂2の膜を得た。この膜の一部を前記フィルム1から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Example 3]
Resin 2 produced in Resin Synthesis Example 2 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto Film 1 and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film of Resin 2. A portion of this film was peeled off from Film 1, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例3で製造した樹脂3をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを樹脂2の膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た後、これをフィルム1から剥離して自立膜とし膜3を得た。 Next, Resin 3 produced in Resin Synthesis Example 3 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the film of Resin 2 and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer film, which was then peeled off from Film 1 to form a free-standing film, yielding Film 3.
[実施例4]
樹脂合成例2で製造した樹脂をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスをフィルム1上にキャストし、110℃で3分乾燥して樹脂2の膜を得た。この膜の一部を前記フィルム1から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Example 4]
The resin produced in Resin Synthesis Example 2 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto Film 1 and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film of Resin 2. A portion of this film was peeled off from Film 1, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例4で製造した樹脂4をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを樹脂2の膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た後、これをフィルム1から剥離して自立膜とし膜4を得た。 Next, Resin 4 produced in Resin Synthesis Example 4 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the Resin 2 film and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer film, which was then peeled off from Film 1 to form a free-standing film, yielding Film 4.
[正浸透膜の作成]
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300m3/cm2/s、厚さが290μm、材質がポリプロピレンである不織布(三井化学(株)製「シンテックス(登録商標)PS-105」)を2枚準備し、これらの不織布で前記膜1~4を挟み、これらを一体化させて、正浸透膜1~4を得た。実施例1~4の評価結果を表5に示す。
[Preparation of forward osmosis membrane]
Two sheets of polypropylene nonwoven fabric ("Syntex (registered trademark) PS-105" manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) having an air permeability of 300 m 3 /cm 2 /s as measured by Method A (Fragile method) according to JIS L 1096, a thickness of 290 μm were prepared, and the membranes 1 to 4 were sandwiched between these nonwoven fabrics and integrated to obtain forward osmosis membranes 1 to 4. The evaluation results of Examples 1 to 4 are shown in Table 5.
[比較例1]
実施例1と同様、樹脂合成例1で製造した樹脂1をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスを離型層の無い平滑PET基材(フィルム2)上にキャストし、110℃で3分乾燥して膜を得た。この膜の一部を前記フィルム2から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Comparative Example 1]
As in Example 1, Resin 1 produced in Resin Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto a smooth PET substrate (Film 2) without a release layer and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film. A portion of this film was peeled off from Film 2, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例3で製造した樹脂3をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを前記膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た。この後、これをフィルム2から剥離して自立膜とし、更に前記同様に2枚の不織布で挟み込み、正浸透膜C1を得た。評価結果を表5に示す。 Next, Resin 3 produced in Resin Synthesis Example 3 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the membrane and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer membrane. This was then peeled off from Film 2 to form a free-standing membrane, which was then sandwiched between two sheets of nonwoven fabric in the same manner as above to obtain forward osmosis membrane C1. The evaluation results are shown in Table 5.
なお、上記フィルム2は、国際公開第2017/079733号、国際公開第2019/189547号、国際公開第2019/189548号、国際公開第2020/032019号等の正浸透膜の発明に係る公報の実施例で使用した剥離フィルムと同様のフィルムである。 The above-mentioned film 2 is the same film as the release film used in the examples of publications relating to forward osmosis membrane inventions, such as WO 2017/079733, WO 2019/189547, WO 2019/189548, and WO 2020/032019.
[比較例2]
実施例2と同様に樹脂合成例1で製造した樹脂1をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスをフィルム2上にキャストし、110℃で3分乾燥して膜を得た。この膜の一部を前記フィルム2から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示した。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Example 2, Resin 1 produced in Resin Synthesis Example 1 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto Film 2 and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film. A portion of this film was peeled off from Film 2, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例4で製造した樹脂4をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを前記膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た。この後、これをフィルム2から剥離して自立膜とし、更に前記同様に2枚の不織布で挟み込み、正浸透膜C2を得た。評価結果を表5に示す。 Next, Resin 4 produced in Resin Synthesis Example 4 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the membrane and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer membrane. This was then peeled off from Film 2 to form a free-standing membrane, which was then sandwiched between two sheets of nonwoven fabric in the same manner as above to obtain forward osmosis membrane C2. The evaluation results are shown in Table 5.
[比較例3]
実施例3と同様に樹脂合成例2で製造した樹脂2をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスをフィルム2上にキャストし、110℃で3分乾燥して膜を得た。この膜の一部を前記フィルム2から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 3, Resin 2 produced in Resin Synthesis Example 2 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto Film 2 and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film. A portion of this film was peeled off from Film 2, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例3で製造した樹脂3をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た。この後、これをフィルム2から剥離して自立膜とし、更に前記同様に2枚の不織布で挟み込み、正浸透膜C3を得た。評価結果を表5に示す。 Next, Resin 3 produced in Resin Synthesis Example 3 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the membrane and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer membrane. This was then peeled off from Film 2 to form a free-standing membrane, which was then sandwiched between two sheets of nonwoven fabric in the same manner as above to obtain forward osmosis membrane C3. The evaluation results are shown in Table 5.
[比較例4]
実施例4と同様に樹脂合成例2で製造した樹脂2をDMFおよびトルエンの混合溶媒(DMF/トルエン=55/45(重量比))に溶解させてワニスを調製し、このワニスをフィルム2上にキャストし、110℃で3分乾燥して膜を得た。この膜の一部を前記フィルム2から剥離し、剥離した面の外観と表面粗さとを測定した。結果を表4に示す。
[Comparative Example 4]
In the same manner as in Example 4, Resin 2 produced in Resin Synthesis Example 2 was dissolved in a mixed solvent of DMF and toluene (DMF/toluene = 55/45 (weight ratio)) to prepare a varnish, which was then cast onto Film 2 and dried at 110°C for 3 minutes to obtain a film. A portion of this film was peeled off from Film 2, and the appearance and surface roughness of the peeled surface were measured. The results are shown in Table 4.
次いで、樹脂合成例4で製造した樹脂4をメチルセロソルブの溶媒に溶解させてワニスを調製し、このワニスを前記膜上にキャストし、160℃で3分乾燥して二層膜を得た。この後、これをフィルム2から剥離して自立膜とし、更に前記同様に2枚の不織布で挟み込み、正浸透膜C4を得た。評価結果を表5に示す。 Next, Resin 4 produced in Resin Synthesis Example 4 was dissolved in a methyl cellosolve solvent to prepare a varnish. This varnish was cast onto the membrane and dried at 160°C for 3 minutes to obtain a two-layer membrane. This was then peeled off from Film 2 to form a free-standing membrane, which was then sandwiched between two sheets of nonwoven fabric in the same manner as above to obtain forward osmosis membrane C4. The evaluation results are shown in Table 5.
表2の測定結果より、比較例1~4で使用したフィルム2が溶媒(DMFおよびトルエンの混合溶媒)との接触角が10°未満であったのに対して、実施例1~4で使用したフィルム1は、溶媒(DMFおよびトルエンの混合溶媒)との接触角が10°以上であった。 The measurement results in Table 2 show that Film 2 used in Comparative Examples 1 to 4 had a contact angle with the solvent (a mixed solvent of DMF and toluene) of less than 10°, while Film 1 used in Examples 1 to 4 had a contact angle with the solvent (a mixed solvent of DMF and toluene) of 10° or more.
表3の測定結果より、比較例1~4と比較して、実施例1~4は剥離強度が低かった。これは、膜を剥離した時の膜へのダメージが少なく、後述する表面粗さや外観の改善につながっていると考えられる。 The measurement results in Table 3 show that Examples 1 to 4 had lower peel strengths than Comparative Examples 1 to 4. This is thought to be because there was less damage to the film when it was peeled off, leading to improvements in surface roughness and appearance, as described below.
表4の結果より、比較例1~4と比較して、実施例1~4は膜表面が目視で均一であった。また、実施例の表面粗さ(SA値)は10nm以下であり、比較例(10nmより大)に比して低い値であった。 The results in Table 4 show that the film surfaces of Examples 1 to 4 were visually more uniform than those of Comparative Examples 1 to 4. Furthermore, the surface roughness (SA value) of the Examples was 10 nm or less, a lower value than that of the Comparative Examples (greater than 10 nm).
表5の結果より、本発明の正浸透膜の製造方法で得られる正浸透膜は、透過流束と塩の逆拡散抑制のバランスに優れていると言える。 From the results in Table 5, it can be said that the forward osmosis membrane obtained by the forward osmosis membrane manufacturing method of the present invention has an excellent balance between permeation flux and suppression of salt back-diffusion.
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
REFERENCE SIGNS LIST 1 Feed solution tank 2, 12 Flow path 3, 13 Pump 4, 14 Balance 10 Evaluation device 11 Draw solution tank 15 Electrical conductivity meter 21 Evaluation cell 22 Forward osmosis membrane DS Draw solution FS Feed solution
Claims (3)
プロトン酸構造と、
エーテル構造(-O-)およびケトン構造(-CO-)から選ばれる構造と
を含む樹脂(A)を有機化合物(S)に溶解させたワニスを、前記有機化合物(S)の接触角が10°~40°である表面を有する、有機材料からなるフィルム上にキャストした後、乾燥する工程を有し、
前記樹脂(A)が、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、自立膜である正浸透膜の製造方法。
R 1 ~R 10 は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF 3 またはC m H 2m+1 (mは1~10の整数を示す。)であり、
R 1 ~R 10 の少なくとも1つはC m H 2m+1 (mは1~10の整数を示す。)であり、
R 1 ~R 10 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C m H 2m+1 が2つ以上存在する場合には、各C m H 2m+1 は互いに同一であっても異なっていてもよい。
X 1 ~X 5 は、それぞれ独立して、H、Cl、F、CF 3 またはプロトン酸基であり、
X 1 ~X 5 の少なくとも1つはプロトン酸基であり、
X 1 ~X 5 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。
A 1 ~A 6 は、それぞれ独立して、直接結合、-CH 2 -、-C(CH 3 ) 2 -、-C(CF 3 ) 2 -、-O-または-CO-であり、A 1 ~A 6 の少なくとも1つは、-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。] an aromatic structure;
a protonic acid structure;
a step of casting a varnish obtained by dissolving a resin (A) containing a structure selected from an ether structure (—O—) and a ketone structure (—CO—) in an organic compound (S) onto a film made of an organic material, the film having a surface with a contact angle of the organic compound (S) of 10° to 40 °, and then drying the film ;
The method for producing a forward osmosis membrane that is a self-supporting membrane, wherein the resin (A) has a structural unit (1) represented by the following formula (1) and a structural unit (2) represented by the following formula (2) :
R 1 to R 10 each independently represent H, Cl, F, CF 3 or C m H 2m+1 (m represents an integer of 1 to 10);
At least one of R 1 to R 10 is C m H 2m+1 (m is an integer of 1 to 10),
Two or more of each of R 1 to R 10 may be present in an aromatic ring, and when two or more C m H 2m+1 groups are present in one aromatic ring, the C m H 2m+1 groups may be the same as or different from each other.
X 1 to X 5 are each independently H, Cl, F, CF 3 or a protonic acid group;
At least one of X 1 to X 5 is a protonic acid group;
Two or more of each of X 1 to X 5 may be present in an aromatic ring, and when two or more protonic acid groups are present in one aromatic ring, the respective protonic acid groups may be the same or different.
A 1 to A 6 each independently represent a direct bond, —CH 2 —, —C(CH 3 ) 2 —, —C(CF 3 ) 2 —, —O— or —CO—, and at least one of A 1 to A 6 is —O— or —CO—.
i, j, k, and l each independently represent 0 or 1.
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