JP2014188407A - Composite semipermeable membrane - Google Patents

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Yoshie Marutani
由恵 丸谷
Harutoki Shimura
晴季 志村
Masakazu Koiwa
雅和 小岩
Masahiro Kimura
将弘 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite semipermeable membrane having higher water permeability than heretofore while keeping nearly the same salt removability as heretofore.SOLUTION: A composite separation membrane of this invention is a composite semipermeable membrane which is provided with: a substrate; a porous support layer provided on the substrate; and a separation functional layer which is provided on the porous support layer and has a continuously repeated pleat structure including protrusions and recesses on a surface. The porous support layer has a multilayer structure including a first layer and a second layer existing at the side of the separation functional layer rather than the first layer. The thicknesses x(μm) of the first layer and the thickness y(μm) of the second layer satisfy the relational expression of (x/y)≥10. The thickness of the second layer is 10 μm or less, and the porosity of the first layer is 60% or more and is higher than that of the second layer.

Description

本発明は、液状混合物の選択的分離に有用な複合半透膜に関する。本発明に係る複合半透膜は、例えば海水やかん水の淡水化に好適に用いることができる。   The present invention relates to a composite semipermeable membrane useful for the selective separation of liquid mixtures. The composite semipermeable membrane according to the present invention can be suitably used for desalination of seawater or brine, for example.

混合物の分離に関して、溶媒(例えば水)に溶解した物質(例えば塩類)を除くための技術には様々なものがあるが、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして膜分離法の利用が拡大している。膜分離法に使用される膜には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられている。   Regarding the separation of mixtures, there are various techniques for removing substances (eg, salts) dissolved in a solvent (eg, water), but in recent years, the use of membrane separation methods has expanded as a process for saving energy and resources. doing. Membranes used in membrane separation methods include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes. These membranes can be used for beverages such as seawater, brine, and water containing harmful substances. It is used to obtain water, to manufacture industrial ultrapure water, to treat wastewater, to recover valuable materials.

現在市販されている逆浸透膜およびナノろ過膜の大部分は複合半透膜であり、多孔性支持膜上にゲル層とポリマーを架橋した活性層を有するものと、多孔性支持膜上でモノマーを重縮合した活性層を有するものとの2種類がある。なかでも、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との重縮合反応によって得られる架橋ポリアミドからなる分離機能層を多孔性支持膜上に被覆して得られる複合半透膜は、透水性や塩除去性の高い分離膜として広く用いられている(特許文献1、2)。   The majority of currently marketed reverse osmosis membranes and nanofiltration membranes are composite semipermeable membranes, which have an active layer in which a gel layer and a polymer are crosslinked on a porous support membrane, and monomers on the porous support membrane. There are two types, one having an active layer obtained by polycondensation. Among these, the composite semipermeable membrane obtained by coating a porous support membrane with a separation functional layer made of a crosslinked polyamide obtained by polycondensation reaction of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide has water permeability and salt removal. Widely used as a highly reliable separation membrane (Patent Documents 1 and 2).

特開平9−19630号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-19630 特開2005−169332号公報JP 2005-169332 A

しかしながら、近年逆浸透膜として複合半透膜を用いる造水プラントでは、ランニングコストの一層の低減を図るため、複合半透膜に対してさらなる高い透水性が求められており、改善の余地があった。
そこで本発明の目的は、従来と同程度の塩除去性を保持しながら、従来よりも高い透水性を有する複合半透膜を提供することにある。
However, in recent years, in desalination plants that use composite semipermeable membranes as reverse osmosis membranes, in order to further reduce running costs, higher water permeability is required for composite semipermeable membranes, and there is room for improvement. It was.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite semipermeable membrane having a higher water permeability than the conventional one while maintaining a salt removing property comparable to the conventional one.

上記目的を達成するため、本発明の複合半透膜は下記の構成からなるものである。
<1>基材と、前記基材上に設けられる多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層と、を備える複合半透膜であって、
前記多孔性支持層が、第1層と、前記第1層よりも前記分離機能層側に存在する第2層とを含む多層構造を有し、前記第1層の厚みx(μm)と、前記第2層の厚みy(μm)が、(x/y)≧10の関係式を満たし、前記第2層の厚みが10μm以下であり、前記第1層の空隙率が前記第2層の空隙率より高く、かつ、前記第1層の空隙率が60%以上である、複合半透膜。
<2>前記第2層の厚みが5μm以下である、前記<1>に記載の複合半透膜。
<3>前記第2層の厚みの標準偏差が1.0μm以下である、前記<1>または<2>に記載の複合半透膜。
<4>前記第2層が微粒子を含む、前記<1>〜<3>のいずれか1に記載の複合半透膜。
<5>複合半透膜の膜面方向における長さが2.0μmである断面を任意に10箇所選択し、前記各断面を電子顕微鏡で観察して前記分離機能層における10点平均面粗さを測定し、前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の線密度を求め、前記10箇所で求めた前記線密度の平均が12.0個/μm以上であり、かつ、前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の平均高さを求め、前記10箇所で求めた前記平均高さの平均が110nm以上である、前記<1>〜<4>のいずれか1に記載の複合半透膜。
<6>前記基材が、ポリエステルを含有する長繊維不織布である、前記<1>〜<5>のいずれか1に記載の複合半透膜。
In order to achieve the above object, the composite semipermeable membrane of the present invention has the following constitution.
<1> Base material, a porous support layer provided on the base material, and a separation functional layer provided on the porous support layer and having a pleat structure including convex portions and concave portions that are continuously repeated on the surface A composite semipermeable membrane comprising:
The porous support layer has a multilayer structure including a first layer and a second layer present on the separation function layer side of the first layer, and the thickness x (μm) of the first layer; The thickness y (μm) of the second layer satisfies the relational expression (x / y) ≧ 10, the thickness of the second layer is 10 μm or less, and the porosity of the first layer is that of the second layer. A composite semipermeable membrane that is higher than the porosity and has a porosity of 60% or more in the first layer.
<2> The composite semipermeable membrane according to <1>, wherein the thickness of the second layer is 5 μm or less.
<3> The composite semipermeable membrane according to <1> or <2>, wherein the standard deviation of the thickness of the second layer is 1.0 μm or less.
<4> The composite semipermeable membrane according to any one of <1> to <3>, wherein the second layer contains fine particles.
<5> A 10-point average surface roughness in the separation functional layer by arbitrarily selecting 10 sections having a length of 2.0 μm in the film surface direction of the composite semipermeable membrane and observing each of the sections with an electron microscope. Is measured, the line density of the convex part having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness is obtained, and the average of the line density obtained at the 10 points is 12.0 pieces / μm or more. And the average height of the convex portions having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness is obtained, and the average of the average height obtained at the 10 locations is 110 nm or more, The composite semipermeable membrane according to any one of <1> to <4>.
<6> The composite semipermeable membrane according to any one of <1> to <5>, wherein the base material is a long-fiber nonwoven fabric containing polyester.

本発明によって、従来と同程度の塩除去性を保持しながら、複合半透膜における高い透水性が実現され、当該複合半透膜を用いた造水プラントにおけるランニングコストの低減を図ることができる。   The present invention realizes high water permeability in the composite semipermeable membrane while maintaining the same degree of salt removal as before, and can reduce the running cost in the water production plant using the composite semipermeable membrane. .

図1は、分離機能層表面のひだ構造における凸部高さの測定方法を模式的に示す図面である。FIG. 1 is a drawing schematically showing a method for measuring the height of a convex portion in a fold structure on the surface of a separation functional layer.

1.複合半透膜
本発明に係る複合半透膜は、基材と、前記基材上に設けられる多孔性支持層と、前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層とを備える。
1. Composite semipermeable membrane The composite semipermeable membrane according to the present invention comprises a base material, a porous support layer provided on the base material, and a convex portion and a concave portion provided on the porous support layer and continuously repeated. And a separation functional layer having a pleat structure including

(1−1)支持膜
支持膜は、基材と前記基材上に設けられる多孔性支持層とを備えるものであり、実質的にイオン等の分離性能を有さず、分離機能層に強度を与えることができる。
支持膜の厚みは、複合半透膜の強度および複合半透膜を膜エレメントにしたときの充填密度に影響を与える。十分な機械的強度および充填密度を得るためには、支持膜の厚さは30〜300μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは50〜250μmの範囲内である。
(1-1) Support membrane The support membrane comprises a base material and a porous support layer provided on the base material, and has substantially no separation performance such as ions, and is strong in the separation functional layer. Can be given.
The thickness of the support membrane affects the strength of the composite semipermeable membrane and the packing density when the composite semipermeable membrane is used as a membrane element. In order to obtain sufficient mechanical strength and packing density, the thickness of the support membrane is preferably in the range of 30 to 300 μm, more preferably in the range of 50 to 250 μm.

なお、本明細書において、特に付記しない限り、層又は膜の厚みとは、それぞれ平均値を意味する。ここで平均値とは相加平均値を表す。
層又は膜の厚みは、層又は膜の断面観察で厚み方向に直交する方向(層又は膜の面方向、水平方向)に20μm間隔で測定した20点の厚みの平均値を算出することで求められる。
In the present specification, unless otherwise specified, the thickness of a layer or film means an average value. Here, the average value represents an arithmetic average value.
The thickness of the layer or film is obtained by calculating the average value of the thicknesses of 20 points measured at intervals of 20 μm in the direction orthogonal to the thickness direction in the cross-sectional observation of the layer or film (the surface direction of the layer or film or the horizontal direction). It is done.

(1−1−1)多孔性支持層
本発明における多孔性支持層は第1層と、前記第1層よりも前記分離機能層側に存在する第2層とを含む多層構造であることが好ましい。
中でも、第1層は基材側の多孔性支持層表面の層であることが好ましく、すなわち基材と接していることが好ましい。また、第2層は分離機能層側の多孔性支持膜表面の層であることが好ましい。
さらに、多孔性支持層は2層構造であり、基材表面に第1層が形成され、前記第1層の表面に第2層が形成され、前記第2層の表面に分離機能層が形成されることがより好ましい。
(1-1-1) Porous Support Layer The porous support layer in the present invention has a multilayer structure including a first layer and a second layer present on the separation functional layer side with respect to the first layer. preferable.
Among these, the first layer is preferably a layer on the surface of the porous support layer on the substrate side, that is, preferably in contact with the substrate. The second layer is preferably a layer on the surface of the porous support membrane on the separation functional layer side.
Further, the porous support layer has a two-layer structure, the first layer is formed on the surface of the substrate, the second layer is formed on the surface of the first layer, and the separation functional layer is formed on the surface of the second layer. More preferably.

後に詳述するが、第1層は分離機能層を形成する材料(高分子溶液)を保持し、かつ効率的に多孔性支持層表面に移送する役割を果たすことが好ましく、第2層は分離機能層が形成されるに際し、分離機能層表面の凸部の線密度を制御する役割を果たすことが好ましい。   As will be described in detail later, it is preferable that the first layer plays a role of holding the material (polymer solution) forming the separation functional layer and efficiently transferring it to the surface of the porous support layer, and the second layer is separated. When the functional layer is formed, it preferably plays a role of controlling the linear density of the convex portions on the surface of the separation functional layer.

多孔性支持層の表面、つまり分離機能層に対向する面は粒状の構造を有することが好ましい。
粒状の構造を有するとは、多孔性支持層の表面の層やその近傍の層が粒子を含むことにより、多孔性支持層の表面が凹凸のある構造であることを表す。粒子を含む多孔性支持層の表面の層又は粒子を含むその近傍の層は先述した第2層であることが好ましく、粒子を含む多孔性支持層の表面の層が第2層であることがより好ましい。
The surface of the porous support layer, that is, the surface facing the separation functional layer, preferably has a granular structure.
Having a granular structure means that the surface of the porous support layer or a layer in the vicinity thereof contains particles, so that the surface of the porous support layer has an uneven structure. The layer on the surface of the porous support layer containing particles or the adjacent layer containing the particles is preferably the second layer described above, and the layer on the surface of the porous support layer containing particles is the second layer. More preferred.

また、前記粒状の構造を形成するための粒子は、直径10nm以上70nm以下の微粒子であることが、粒密度が高くなることから好ましい。
粒密度が高いほど、分離機能層におけるひだ構造の形成の起点が多くなり、分離機能層表面における凸部の線密度が高くなることから、分離機能層の表面積が拡大し、透水性に優れた構造となる。これは、以下の理由によると考えられる。
The particles for forming the granular structure are preferably fine particles having a diameter of 10 nm or more and 70 nm or less because the particle density is increased.
The higher the grain density, the more starting points for the formation of the pleat structure in the separation functional layer, and the higher the linear density of the protrusions on the surface of the separation functional layer, the greater the surface area of the separation functional layer and the better the water permeability. It becomes a structure. This is considered to be due to the following reason.

分離機能層が多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合によるポリアミドを主成分とする場合において、分離機能層の形成においては、基材と多孔性支持層からなる支持膜に上記の多官能アミン水溶液を接触することにより多孔性支持層の内部に多官能アミン水溶液を保持し、前記多官能アミン水溶液が重縮合時に多孔性支持層の内部から表面へと移送される。
多孔性支持層の多官能アミン水溶液を保持、かつ表面へ移送できる層として、先述した第1層が好ましく用いられる。
なお、本明細書において、「XがYを主成分として含有する」とは、YがXの50重量%以上を占めることを意味し、Xが実質的にYのみを含有する構成を含む。
In the case where the separation functional layer is mainly composed of polyamide by interfacial polycondensation between a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide, in the formation of the separation functional layer, the above-described support film composed of a base material and a porous support layer is formed on the support membrane. By contacting the polyfunctional amine aqueous solution, the polyfunctional amine aqueous solution is held inside the porous support layer, and the polyfunctional amine aqueous solution is transferred from the inside of the porous support layer to the surface during polycondensation.
As the layer capable of holding the polyfunctional amine aqueous solution of the porous support layer and transferring it to the surface, the first layer described above is preferably used.
In the present specification, “X contains Y as a main component” means that Y occupies 50% by weight or more of X, and includes a configuration in which X substantially contains only Y.

多孔性支持層の表面は重縮合の反応場として機能し、多孔性支持層内部から反応場へと多官能アミン水溶液が供給されることで、分離機能層の凸部が成長する。
先述したように、反応場である多孔性支持層の表面における粒密度が大きいと、凸部の成長点が多くなり、結果として分離機能層の凸部の線密度は高くなる。
一般的に、粒密度が高い多孔性支持層の表面は、緻密で空隙率が低く、孔径が小さい。その一方で、多孔性支持層の内部においては空隙率が高く、孔径が大きく、連続性が高いと、分離機能層を構成するモノマーが反応場に対して均一かつ効率的に供給されるため好ましく、厚さが均一で、凸部の高さが大きい分離機能層が形成される。
The surface of the porous support layer functions as a reaction field for polycondensation. By supplying the polyfunctional amine aqueous solution from the inside of the porous support layer to the reaction field, the convex portion of the separation functional layer grows.
As described above, when the particle density on the surface of the porous support layer as a reaction field is large, the number of growth points of the convex portions increases, and as a result, the linear density of the convex portions of the separation functional layer increases.
In general, the surface of a porous support layer having a high grain density is dense and has a low porosity and a small pore diameter. On the other hand, if the porosity inside the porous support layer is high, the pore size is large, and the continuity is high, the monomer constituting the separation functional layer is preferably supplied uniformly and efficiently to the reaction field. In addition, a separation functional layer having a uniform thickness and a large convex portion is formed.

このように、多孔性支持層内部からの多官能アミン水溶液の供給量と均一性によって分離機能層の厚さの均一性やひだ構造における凸部の高さが決定し、多孔性支持層の分離機能層側の表面構造によって分離機能層の凸部の線密度が決定する。   In this way, the uniformity and thickness of the separation functional layer and the height of the ridges in the fold structure are determined by the supply amount and uniformity of the polyfunctional amine aqueous solution from the inside of the porous support layer. The linear density of the convex portions of the separation functional layer is determined by the surface structure on the functional layer side.

本発明における多孔性支持層は、多官能アミン水溶液を保持し効率的に移送する第1層と、第1層よりも分離機能層寄りに位置し、形成される分離機能層の凸部の線密度を制御する第2層とを備えることが好ましい。特に、第1層は基材に接することが好ましく、第2層は分離機能層に接するように、多孔性支持層の最表層に位置することが好ましい。多孔性支持層表面の空隙率が低いことで(つまり粒密度が高いことで)、上述のひだ構造における凸部の線密度を高くすることができ、その結果、分離機能層の表面積を拡大し、高い透水性を得ることができる。さらに、多孔性支持層の内部が連続性の高い孔を多く有する、空隙率の高い構造を有することで、分離機能層の凸部の高さが大きくなる。   The porous support layer in the present invention is a first layer that holds and efficiently transports a polyfunctional amine aqueous solution, and is located closer to the separation function layer than the first layer, and the line of the convex portion of the formed separation function layer It is preferable to include a second layer for controlling the density. In particular, the first layer is preferably in contact with the substrate, and the second layer is preferably located on the outermost layer of the porous support layer so as to be in contact with the separation functional layer. Since the porosity of the surface of the porous support layer is low (that is, the grain density is high), it is possible to increase the linear density of the protrusions in the pleated structure described above, thereby increasing the surface area of the separation functional layer. High water permeability can be obtained. Furthermore, since the inside of the porous support layer has a structure with a high porosity having many highly continuous pores, the height of the convex portion of the separation function layer is increased.

第1層は、分離機能層の形成に必要な多官能アミン水溶液を重合場へ移送する役割を果たす。モノマーを効率的に移送するためには連続した細孔を有していることが好ましい。特に、その孔径は0.1μm以上1μm以下であることが好ましい。また、このときの空隙率は60%以上であることが好ましい。
第1層を形成する際に用いる高分子溶液の濃度を調整することにより、第1層の細孔径の大きさを制御することができる。なお、細孔径は水銀圧入法やガス吸着法により求めることができる。
また、後に詳述するが、第1層の空隙率は高分子溶液の濃度を13重量%以上16重量%以下に調整することにより、60%以上とすることができる。
なお、第1層の空隙率は後述する実施例に記載した電子顕微鏡観察による断面観察により求めることができる。
The first layer plays a role of transferring an aqueous polyfunctional amine solution necessary for forming the separation functional layer to the polymerization field. In order to efficiently transfer the monomer, it is preferable to have continuous pores. In particular, the pore diameter is preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less. Moreover, it is preferable that the porosity at this time is 60% or more.
By adjusting the concentration of the polymer solution used when forming the first layer, the pore size of the first layer can be controlled. The pore diameter can be determined by a mercury intrusion method or a gas adsorption method.
As will be described in detail later, the porosity of the first layer can be adjusted to 60% or more by adjusting the concentration of the polymer solution to 13% by weight or more and 16% by weight or less.
The porosity of the first layer can be obtained by cross-sectional observation by electron microscope observation described in Examples described later.

第2層は、上述したように、重縮合の反応場となり、かつ分離機能層を形成するモノマーを保持および放出することで、形成する分離機能層へモノマーを供給する役割を果たすと共に、凸部成長の起点としての役割も果たす。
ここで、第2層における粒密度が高い多孔性支持層は、線密度の高い凸部を有する分離機能層を形成できるが、粒密度が高く緻密であるため重縮合場へのモノマーの移送速度が小さく、形成される凸部が小さく不均一になるという不都合がある。
そこで、連続した細孔を有する層である前記第1層を基材側に配置し、緻密な粒状の層を第2層として第1層の上に薄く積層させた多孔性支持層とすることにより、モノマーの移送速度を補うことができるので、均一な分離機能層を形成できる。
なお、第1層よりも空隙率の低い第2層を形成するための1つの手法として、第1層を形成する高分子溶液の濃度よりも第2層を形成する高分子溶液の濃度を高くすることが挙げられる。濃度の詳細は後述のとおりである。
このように、凸部の均一性および線密度を同時に制御するためには、多孔性支持層が、第1層とその上に形成された第2層とを備えることが好ましい。
As described above, the second layer serves as a reaction field for polycondensation and holds and releases the monomer that forms the separation functional layer, thereby supplying the monomer to the separation functional layer to be formed, and the convex portion. It also serves as a starting point for growth.
Here, the porous support layer having a high particle density in the second layer can form a separation functional layer having convex portions having a high linear density. However, since the particle density is high and dense, the monomer transfer rate to the polycondensation field is high. Is small, and the convex portions to be formed are small and non-uniform.
Therefore, the first layer, which is a layer having continuous pores, is disposed on the substrate side, and a dense granular layer is formed as a second layer to form a porous support layer that is thinly laminated on the first layer. As a result, the transfer rate of the monomer can be supplemented, so that a uniform separation functional layer can be formed.
As one method for forming the second layer having a lower porosity than the first layer, the concentration of the polymer solution forming the second layer is set higher than the concentration of the polymer solution forming the first layer. To do. Details of the concentration are as described later.
Thus, in order to simultaneously control the uniformity and linear density of the convex portions, it is preferable that the porous support layer includes a first layer and a second layer formed thereon.

特に、第1層の厚みx(μm)と、第2層の厚みy(μm)が、(x/y)≧10の関係式を満たす構造であれば、高い線密度を有する凸部を表面に有する分離機能層が得られると同時に、前記凸部の大きさも十分得ることができるため好ましい。厚みの比率(x/y)は、12以上または15以上であってもよい。また、厚みの比率(x/y)は、50以下であることで、ひだ構造の凸部の高さをより好ましい範囲に制御することができる。
また、第1層の厚みは、5〜150μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは10〜100μmの範囲内である。
第2層の厚みは、10μm以下であることが好ましく、より好ましくは5μm以下である。第2層の厚みがこの範囲にあることで、高い透水性が得られる。また、第2層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。第2層の厚みがこの範囲にあることで、ひだ構造を確実に制御することができる。
さらに、第2層の厚みの標準偏差が1.0μm以下であれば、凸部成長の各起点からモノマーの重合場への移送速度を均一にすることができ、結果的に均一な高さの凸部を形成できるため、さらに好ましい。
なお、第1層や第2層の厚みは、主にマイクロスコープにより求めることができる。
In particular, when the thickness x (μm) of the first layer and the thickness y (μm) of the second layer satisfy the relational expression (x / y) ≧ 10, the convex portion having a high linear density is formed on the surface. This is preferable because the separation functional layer can be obtained and at the same time the size of the convex portion can be obtained sufficiently. The thickness ratio (x / y) may be 12 or more or 15 or more. Moreover, the thickness ratio (x / y) is 50 or less, whereby the height of the convex portion of the pleated structure can be controlled in a more preferable range.
Moreover, it is preferable that the thickness of a 1st layer exists in the range of 5-150 micrometers, More preferably, it exists in the range of 10-100 micrometers.
The thickness of the second layer is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. High water permeability is obtained because the thickness of the second layer is in this range. Further, the thickness of the second layer is preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. When the thickness of the second layer is within this range, the pleat structure can be reliably controlled.
Furthermore, if the standard deviation of the thickness of the second layer is 1.0 μm or less, it is possible to make the transfer rate from each starting point of the convex growth to the polymerization field of the monomer uniform, resulting in a uniform height. Since a convex part can be formed, it is more preferable.
The thicknesses of the first layer and the second layer can be obtained mainly by a microscope.

本発明における多孔性支持層は、下記素材を主成分として含有することが好ましい。多孔性支持層の素材としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニルポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、あるいはポリフェニレンオキシドなどのホモポリマー又はコポリマーを単独で若しくはブレンドして使用することができる。
ここでセルロース系ポリマーとしては酢酸セルロース、硝酸セルロースなどが使用され、ビニルポリマーとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが使用できる。
The porous support layer in the present invention preferably contains the following materials as main components. As the material for the porous support layer, polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulosic polymer, vinyl polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, or homopolymer or copolymer such as polyphenylene oxide, alone or in a blend Can be used.
Here, cellulose acetate, cellulose nitrate and the like are used as the cellulose polymer, and polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile and the like can be used as the vinyl polymer.

中でもポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホンなどのホモポリマーまたはこれらのコポリマーが好ましい。
より好ましくは酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、またはポリフェニレンスルホンが挙げられる。
これらの素材の中では化学的、機械的、熱的に安定性が高く、さらに成型が容易であることからポリスルホンが特に好ましくに使用できる。
具体的には、多孔性支持層の主成分となる素材として、次の化学式に示す繰り返し単位からなるポリスルホンを用いると、孔径を制御しやすく、寸法安定性が高いため好ましい。
Among them, a homopolymer such as polysulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, or a copolymer thereof is preferable.
More preferred is cellulose acetate, polysulfone, polyphenylene sulfide sulfone, or polyphenylene sulfone.
Among these materials, polysulfone can be particularly preferably used because of its high chemical, mechanical and thermal stability and easy molding.
Specifically, it is preferable to use polysulfone composed of repeating units represented by the following chemical formula as the main component of the porous support layer because the pore diameter can be easily controlled and the dimensional stability is high.

Figure 2014188407
Figure 2014188407

本発明で使用されるポリスルホンは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)でN−メチルピロリドンを展開溶媒に、ポリスチレンを標準物質として測定した場合の重量平均分子量(Mw)が、好ましくは10,000〜200,000、より好ましくは15,000〜100,000の範囲内にあるものである。
このMwが10,000以上であることで、多孔性支持層として、好ましい機械的強度および耐熱性を得ることができる。また、Mwが200,000以下であることで、溶液の粘度が適切な範囲となり、良好な成形性を実現することができる。
The polysulfone used in the present invention preferably has a weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography (GPC) using N-methylpyrrolidone as a developing solvent and polystyrene as a standard substance. It is within the range of 200,000, more preferably 15,000-100,000.
When the Mw is 10,000 or more, preferable mechanical strength and heat resistance can be obtained as the porous support layer. Moreover, when Mw is 200,000 or less, the viscosity of the solution falls within an appropriate range, and good moldability can be realized.

多孔性支持層は、例えば、上記ポリスルホンを溶解させたN,N−ジメチルホルムアミド(以下、「DMF」と称することもある。)溶液を、基材上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることにより得られる。この方法によって得られた支持膜は、その表面の大部分が直径1〜30nmの微細な孔を有することができる。
また、多孔性支持層の厚みは、10〜200μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは20〜150μmの範囲内である。
The porous support layer is prepared by, for example, casting an N, N-dimethylformamide (hereinafter also referred to as “DMF”) solution in which the above polysulfone is dissolved to a certain thickness on a substrate. Can be obtained by wet coagulation in water. Most of the surface of the support membrane obtained by this method can have fine pores having a diameter of 1 to 30 nm.
Moreover, it is preferable that the thickness of a porous support layer exists in the range of 10-200 micrometers, More preferably, it exists in the range of 20-150 micrometers.

多孔性支持層がポリスルホンを含有する場合、第1層におけるポリスルホンの含有率および第2層におけるポリスルホンの含有率は、いずれも50質量%以上であることが好ましい。また、多孔性支持層全体において、ポリスルホンの含有率が50質量%以上であることが好ましい。   When the porous support layer contains polysulfone, the polysulfone content in the first layer and the polysulfone content in the second layer are both preferably 50% by mass or more. Moreover, it is preferable that the content rate of polysulfone is 50 mass% or more in the whole porous support layer.

(1−1−2)基材
支持膜を構成する基材としては、例えば、ポリエステル系重合体、ポリアミド系重合体、ポリオレフィン系重合体、あるいはこれらの混合物や共重合体等が挙げられる。中でも、機械的強度、耐熱性、耐水性等により優れた支持膜を得られることから、ポリエステル系重合体であることが好ましい。
(1-1-2) Base material Examples of the base material constituting the support film include a polyester polymer, a polyamide polymer, a polyolefin polymer, or a mixture or copolymer thereof. Among these, a polyester polymer is preferable because an excellent support film can be obtained due to mechanical strength, heat resistance, water resistance, and the like.

本発明で用いられるポリエステル系重合体とは、酸成分とアルコール成分からなるポリエステルであり、本発明における基材の主成分であることが好ましい。
酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸およびフタル酸などの芳香族カルボン酸;アジピン酸やセバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸;およびシクロヘキサンカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸などを用いることができる。
また、アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびポリエチレングリコールなどを用いることができる。
The polyester polymer used in the present invention is a polyester composed of an acid component and an alcohol component, and is preferably the main component of the substrate in the present invention.
Examples of the acid component include aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, and phthalic acid; aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid and sebacic acid; and alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanecarboxylic acid.
Further, as the alcohol component, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, or the like can be used.

ポリエステル系重合体の例としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂およびポリブチレンサクシネート樹脂等が挙げられ、またこれらの樹脂の共重合体も挙げられる。中でも製造面でのコストに特に優れている点からポリエチレンテレフタレートのホモポリマーまたはこれらのコポリマーが好ましく用いられる。   Examples of the polyester polymer include polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polytrimethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polylactic acid resin, and polybutylene succinate resin. Examples include coalescence. Among them, a polyethylene terephthalate homopolymer or a copolymer thereof is preferably used because it is particularly excellent in production cost.

本発明における基材は、前記重合体等からなる布帛状のものである。前記布帛には、強度、凹凸形成能、流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。
基材としては、長繊維不織布及び短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。
The base material in the present invention is a cloth-like material made of the polymer or the like. It is preferable to use a fibrous base material for the fabric in terms of strength, unevenness forming ability, and fluid permeability.
As a base material, both a long fiber nonwoven fabric and a short fiber nonwoven fabric can be used preferably.

特に、長繊維不織布は、基材に多孔性支持層の材料である高分子重合体の溶液を流延した際の浸透性に優れ、多孔性支持層が剥離すること、基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、及びピンホール等の欠点が生じること等を抑制できる。
また、基材が熱可塑性連続フィラメントより構成される長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布を用いたときに起こる、毛羽立ちによって生じる高分子溶液流延時の不均一化や、膜欠点を抑制することができる。
さらには、分離膜の連続製膜において製膜方向に対し張力がかけられる。
以上のことからも、基材にはより寸法安定性に優れる長繊維不織布を用いることが好ましい。なお長繊維不織布とは、平均繊維長30cm以上、平均繊維径1〜100μmの不織布である。
In particular, the long fiber nonwoven fabric is excellent in permeability when casting a polymer solution, which is a material of the porous support layer, on the base material, due to peeling of the porous support layer, fluffing of the base material, etc. It is possible to prevent the film from becoming non-uniform and causing defects such as pinholes.
In addition, since the base material is made of a long-fiber non-woven fabric composed of thermoplastic continuous filaments, it suppresses non-uniformity and membrane defects during casting of a polymer solution caused by fuzz that occurs when a short-fiber non-woven fabric is used. be able to.
Furthermore, tension is applied to the film forming direction in the continuous film formation of the separation membrane.
Also from the above, it is preferable to use a long-fiber nonwoven fabric that is more excellent in dimensional stability for the substrate. The long fiber nonwoven fabric is a nonwoven fabric having an average fiber length of 30 cm or more and an average fiber diameter of 1 to 100 μm.

長繊維不織布又は短繊維不織布は、成形性、強度の点で、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、多孔性支持層側の表層の繊維よりも縦配向であることが好ましい。縦配向については後述する。
そのような構造を取ることにより、強度を保つことで複合半透膜の膜破れ等を防ぐ高い効果が実現されるだけでなく、分離機能層に凹凸を付与する際の、多孔性支持層と基材とを含む積層体としての成形性も向上し、分離機能層表面の凹凸形状が安定するので好ましい。
In the long-fiber non-woven fabric or the short-fiber non-woven fabric, the fibers in the surface layer on the side opposite to the porous support layer are preferably longitudinally oriented as compared with the fibers in the surface layer on the porous support layer side in terms of moldability and strength. The longitudinal alignment will be described later.
By taking such a structure, not only a high effect of preventing the membrane breakage of the composite semipermeable membrane by maintaining the strength is realized, but also the porous support layer when imparting irregularities to the separation functional layer, Formability as a laminate including a substrate is also improved, and the uneven shape on the surface of the separation functional layer is stabilized, which is preferable.

より具体的に、前記長繊維不織布又は短繊維不織布の、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度は、0°〜25°であることが好ましい。また、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と、多孔性支持層側の表層における繊維配向度との配向度差が10°〜90°であることが好ましい。   More specifically, the fiber orientation degree in the surface layer on the side opposite to the porous support layer of the long fiber nonwoven fabric or the short fiber nonwoven fabric is preferably 0 ° to 25 °. Moreover, it is preferable that the orientation degree difference between the fiber orientation degree in the surface layer opposite to the porous support layer and the fiber orientation degree in the surface layer on the porous support layer side is 10 ° to 90 °.

複合半透膜の製造工程やエレメントの製造工程においては加熱する工程が含まれるが、加熱により多孔性支持層または分離機能層が収縮する現象が起きる。特に連続製膜において張力が付与されていない幅方向において顕著である。
収縮することにより寸法安定性等に問題が生じるため、基材としては熱寸法変化率が小さいものが望まれる。不織布において多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と多孔性支持層側表層における繊維配向度との差が10°〜90°であると、熱による幅方向の変化を抑制することもでき、好ましい。
The manufacturing process of the composite semipermeable membrane and the manufacturing process of the element include a heating process, but a phenomenon occurs in which the porous support layer or the separation functional layer contracts due to the heating. This is particularly noticeable in the width direction where no tension is applied in continuous film formation.
Since shrinkage causes problems in dimensional stability and the like, a substrate having a small thermal dimensional change rate is desired. In the nonwoven fabric, when the difference between the fiber orientation degree on the surface layer opposite to the porous support layer and the fiber orientation degree on the porous support layer side surface layer is 10 ° to 90 °, the change in the width direction due to heat is suppressed. Can also be preferable.

本明細書において「繊維配向度」とは、多孔性支持層を構成する不織布基材の繊維の向きを示す指標である。連続製膜を行う際の製膜方向、すなわち不織布基材の長手方向を0°とし、前記製膜方向と直角方向、すなわち不織布基材の幅方向を90°としたときの、不織布基材を構成する繊維の平均の角度のことを言う。よって、繊維配向度が0°に近いほど縦配向であり、90°に近いほど横配向であることを示す。   In this specification, the “degree of fiber orientation” is an index indicating the direction of fibers of the nonwoven fabric base material constituting the porous support layer. A nonwoven fabric base material when the film forming direction for continuous film formation, that is, the longitudinal direction of the nonwoven fabric base material is 0 °, and the direction perpendicular to the film forming direction, that is, the width direction of the nonwoven fabric base material is 90 °. This refers to the average angle of the constituent fibers. Accordingly, the closer to 0 ° the fiber orientation, the longer the orientation, and the closer to 90 °, the lateral orientation.

繊維配向度は以下のように測定する。
不織布からランダムに小片サンプル10個を採取し、該サンプルの表面を走査型電子顕微鏡で100〜1000倍で撮影する。撮影像の中で、各サンプルから繊維を10本ずつ選び、計100本の繊維について、不織布の長手方向(縦方向、製膜方向)を0°とし、不織布の幅方向(横方向)を90°としたときの角度を測定する。測定した角度の平均値を、小数点以下第一位を四捨五入して繊維配向度として求める。
The fiber orientation degree is measured as follows.
Ten small sample samples are taken at random from the nonwoven fabric, and the surface of the sample is photographed at 100 to 1000 times with a scanning electron microscope. In the photographed image, 10 fibers are selected from each sample, and for a total of 100 fibers, the longitudinal direction (longitudinal direction, film forming direction) of the nonwoven fabric is 0 °, and the width direction (lateral direction) of the nonwoven fabric is 90 degrees. Measure the angle at °. The average value of the measured angles is calculated as the fiber orientation by rounding off the first decimal place.

また、基材の厚みは10〜250μmの範囲内にあることが機械的強度及び充填密度の点から好ましく、より好ましくは20〜200μmの範囲内である。   Moreover, it is preferable from the point of mechanical strength and a packing density that the thickness of a base material exists in the range of 10-250 micrometers, More preferably, it exists in the range of 20-200 micrometers.

(1−2)分離機能層
分離機能層は、複合半透膜において溶質の分離機能を担う層である。分離機能層の組成および厚み等の構成は、複合半透膜の使用目的に合わせて設定される。
一般に、分離機能層表面のひだ構造は凸部と凹部とが連続的に繰り返されており、前記凸部の高さ(つまりひだの高さ)を高く(ひだを拡大)すると、透水性は向上するものの塩透過性も大きくなる。
ひだを拡大することによって高い塩除去性と透水性を両立することができると考えられるのは、あくまで、透水性が上がることによって塩透過量に対して水透過量が相対的に増加した結果として、塩除去性が高い状態に維持されるためであって、塩の透過性を抑制しているわけではない。むしろ、過度に拡大したひだの凸部の存在は、加圧時の膜変形や膜構造破壊につながり、塩除去性を低下させることになる。
(1-2) Separation Functional Layer The separation functional layer is a layer that bears a solute separation function in the composite semipermeable membrane. The composition such as the composition and thickness of the separation functional layer is set in accordance with the intended use of the composite semipermeable membrane.
In general, the pleat structure on the surface of the separation functional layer has a convex portion and a concave portion that are continuously repeated. If the height of the convex portion (that is, the height of the fold) is increased (the fold is enlarged), the water permeability is improved. However, the salt permeability increases.
It is thought that high salt removal and water permeability can be achieved by expanding the pleats as a result of the relative increase in water permeation with respect to salt permeation due to increased water permeability. This is because the salt removability is maintained at a high level and does not suppress the permeability of the salt. Rather, the presence of excessively enlarged ridge protrusions leads to membrane deformation and membrane structure breakage at the time of pressurization, thereby reducing the salt removability.

特に、高圧で運転される海水淡水化用の造水プラントに用いられる複合半透膜の場合は、この傾向が性能に現れやすい。
本発明者らは、分離機能層表面のひだ構造における凸部の構造に着目して鋭意検討を行った結果、凸部の線密度及び高さを精密に制御し、凸部の大きさを均一にすることにより、高い塩除去性と高い透水性を両立できることを見出した。
In particular, in the case of a composite semipermeable membrane used in a desalination plant for seawater desalination operated at high pressure, this tendency tends to appear in performance.
As a result of diligent investigation focusing on the structure of the convex portion in the fold structure on the surface of the separation functional layer, the present inventors precisely controlled the linear density and height of the convex portion, and made the size of the convex portion uniform. As a result, it has been found that both high salt removability and high water permeability can be achieved.

本発明において平均線密度や平均高さを求める際に用いる分離機能層の凸部とは、10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部のことを言う。10点平均面粗さとは、次のような算出方法で得られる値である。
まず電子顕微鏡により、膜面に垂直な断面を後述する倍率で観察する。観察する断面の大きさは、膜表面の水平方向(以下、「膜面方向」と称することもある。)の長さが2.0μm以上であり、分離機能層の断面を観察することができればよい。
得られた断面画像には、分離機能層の表面が凸部と凹部が連続的に繰り返される表面形状1(ひだ構造の曲線)が観察される(図1)。この曲線について、ISO4287:1997に基づき定義される粗さ曲線を求める。そして、上記粗さ曲線の平均線の方向に2.0μmの幅で断面画像を抜き取る(図1)。
なお、平均線とは、ISO4287:1997に基づき定義される直線であり、測定長さにおいて、平均線と粗さ曲線とで囲まれる領域の面積の合計が平均線の上下で等しくなるように描かれる直線であり、前記膜面方向と平行になる。
In the present invention, the convex portion of the separation functional layer used when determining the average linear density and the average height refers to a convex portion having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness. The 10-point average surface roughness is a value obtained by the following calculation method.
First, a cross section perpendicular to the film surface is observed with an electron microscope at a magnification described later. The size of the cross section to be observed is such that the length in the horizontal direction of the film surface (hereinafter sometimes referred to as “film surface direction”) is 2.0 μm or more, and the cross section of the separation functional layer can be observed. Good.
In the obtained cross-sectional image, a surface shape 1 (curve having a pleated structure) in which the convex portion and the concave portion are continuously repeated on the surface of the separation functional layer is observed (FIG. 1). About this curve, the roughness curve defined based on ISO4287: 1997 is calculated | required. Then, a cross-sectional image is extracted with a width of 2.0 μm in the direction of the average line of the roughness curve (FIG. 1).
The average line is a straight line defined based on ISO 4287: 1997, and is drawn so that the total area of the region surrounded by the average line and the roughness curve is equal above and below the average line in the measurement length. Which is parallel to the film surface direction.

抜き取った幅2.0μmの断面画像において、上記平均線を基準線2として、分離機能層における凸部(H)の高さと、凹部(D)の深さをそれぞれ測定する。
最も高い凸部(H1)から徐々に高さが低くなって5番目の高さ(H5)までの5つの凸部の高さH1〜H5の絶対値について平均値と、最も深い凹部(D1)から徐々に深さが浅くなって5番目の深さ(D5)までの5つの凹部の深さD1〜D5の絶対値について平均値を算出し、得られた2つの平均値の絶対値の和を算出する。こうして得られた和が、10点平均面粗さである。
In the extracted cross-sectional image having a width of 2.0 μm, the height of the convex portion (H) and the depth of the concave portion (D) in the separation functional layer are measured using the average line as the reference line 2.
The absolute value of the heights H1 to H5 of the five convex portions from the highest convex portion (H1) to the fifth height (H5) gradually decreasing, and the deepest concave portion (D1) The average value is calculated for the absolute values of the depths D1 to D5 of the five recesses from the depth gradually to the fifth depth (D5), and the sum of the absolute values of the two average values obtained. Is calculated. The sum thus obtained is the 10-point average surface roughness.

分離機能層の凸部の高さ及び凹部の深さは、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)等の電子顕微鏡を用いて分析できる。例えば、複合半透膜サンプルを、エポキシ樹脂で包埋後、四酸化オスミウムまたは四酸化ルテニウム、好ましくは四酸化オスミウムによる染色処理を行い、さらにガラスナイフまたはダイヤモンドナイフにより面出し加工および100nm以下の超薄切片の作製を行い、50〜200kVの加速電圧で透過型電子顕微鏡を用いて観察する。透過型電子顕微鏡は、日立製、H7100FAなどの電子顕微鏡を使用できる。   The height of the convex portion and the depth of the concave portion of the separation functional layer can be analyzed using an electron microscope such as a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). For example, a composite semipermeable membrane sample is embedded with an epoxy resin, and then subjected to a dyeing treatment with osmium tetroxide or ruthenium tetroxide, preferably osmium tetroxide, and is further subjected to surface processing with a glass knife or a diamond knife and an ultrafine film of 100 nm or less. Thin sections are prepared and observed using a transmission electron microscope at an acceleration voltage of 50 to 200 kV. As the transmission electron microscope, an electron microscope such as Hitachi, H7100FA can be used.

観察倍率は5,000〜100,000倍が好ましく、分離機能層の凸部の高さ及び凹部の深さを求めるには10,000〜50,000倍が好ましい。分離機能層の凸部の高さ及び凹部の深さを求めるには、得られた電子顕微鏡写真から観察倍率を考慮してスケールなどで直接測定することができる。   The observation magnification is preferably 5,000 to 100,000 times, and preferably 10,000 to 50,000 times for obtaining the height of the convex portions and the depth of the concave portions of the separation functional layer. In order to obtain the height of the convex portion and the depth of the concave portion of the separation functional layer, it can be directly measured with a scale or the like in consideration of the observation magnification from the obtained electron micrograph.

複合半透膜について、上記で求めた10点平均面粗さの5分の1以上である凸部の個数を計数することで、単位長さあたりの凸部の個数、すなわち、凸部の線密度を求めることができる。ここで、各断面は、上記粗さ曲線の平均線2の方向において、前記単位長さとは2.0μmの幅を有するので、10点平均面粗さの5分の1以上である凸部がt個あった場合に、線密度は(t個/2.0μm)となる。
複合半透膜中任意に10箇所の断面を選択して上記方法で線密度を求め、前記10箇所で求めた線密度の相加平均を平均線密度とする。
For the composite semipermeable membrane, by counting the number of convex portions that are 1/5 or more of the 10-point average surface roughness obtained above, the number of convex portions per unit length, that is, the line of the convex portion The density can be determined. Here, since each cross section has a width of 2.0 μm in the direction of the average line 2 of the roughness curve, a convex portion that is 1/5 or more of the 10-point average surface roughness is present. When t pieces are present, the linear density is (t pieces / 2.0 μm).
Ten cross sections are arbitrarily selected in the composite semipermeable membrane, the linear density is determined by the above method, and the arithmetic average of the linear densities determined at the ten locations is defined as the average linear density.

本発明における分離機能層の凸部の平均線密度は、好ましくは12.0個/μm以上であり、より好ましくは13.0個/μm以上である。また、分離機能層の凸部の平均線密度は、好ましくは50個/μm以下であり、より好ましくは40個/μm以下である。
平均線密度が12.0個/μm以上であることで、当該分離機能層を含む複合半透膜は十分な透水性を得られ、さらには加圧時の凸部の変形を抑えることもでき、安定した膜性能を得られる。また平均線密度が50個/μm以下であることで、凸部の成長が十分に起こり、所望の透水性を備えた複合半透膜を容易に得ることができる。
The average linear density of the convex portions of the separation functional layer in the present invention is preferably 12.0 pieces / μm or more, more preferably 13.0 pieces / μm or more. The average linear density of the convex portions of the separation functional layer is preferably 50 pieces / μm or less, and more preferably 40 pieces / μm or less.
When the average linear density is 12.0 pieces / μm or more, the composite semipermeable membrane including the separation functional layer can obtain sufficient water permeability, and can further suppress deformation of the convex portion during pressurization. Stable membrane performance can be obtained. Further, when the average linear density is 50 pieces / μm or less, the protrusions are sufficiently grown, and a composite semipermeable membrane having a desired water permeability can be easily obtained.

本発明において、分離機能層の凸部の平均高さは、10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部について測定される値である。凸部の平均高さは具体的には次のようにして測定される。
複合半透膜において、膜面方向の長さが2.0μmである断面を任意に10箇所選択し、前記各断面を電子顕微鏡で観察して前記分離機能層における10点平均面粗さを、先述した平均線密度と方法と同様にして算出する。当該10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の高さを測定して、凸部1個当たりの高さ平均を算出する。これを平均高さという。さらに、前記10箇所で求めた前記平均高さの相加平均を算出することで、平均高さの平均が得られる。
In this invention, the average height of the convex part of a separation function layer is a value measured about the convex part which has a height of 1/5 or more of 10-point average surface roughness. Specifically, the average height of the convex portions is measured as follows.
In the composite semipermeable membrane, arbitrarily select 10 sections having a length in the film surface direction of 2.0 μm, observe each of the sections with an electron microscope, and determine the 10-point average surface roughness in the separation functional layer, Calculated in the same manner as the average linear density and method described above. The height of the convex part having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness is measured, and the average height per convex part is calculated. This is called the average height. Furthermore, the average of the average heights is obtained by calculating the arithmetic average of the average heights obtained at the 10 locations.

本発明における分離機能層の凸部の平均高さの平均は、好ましくは110nm以上、より好ましくは120nm以上である。また、分離機能層の凸部の高さは、好ましくは1000nm以下であり、より好ましくは800nm以下である。
凸部の高さが110nm以上であることで、十分な透水性を備えた複合半透膜を容易に得ることができる。また、凸部の高さが1000nm以下であることにより、複合半透膜を高圧で運転して使用する際にも凸部形状が潰れることなく、安定した膜性能を得ることができる。
In the present invention, the average height of the convex portions of the separation functional layer is preferably 110 nm or more, more preferably 120 nm or more. In addition, the height of the convex portion of the separation functional layer is preferably 1000 nm or less, and more preferably 800 nm or less.
When the height of the convex portion is 110 nm or more, a composite semipermeable membrane having sufficient water permeability can be easily obtained. Moreover, when the height of the convex portion is 1000 nm or less, stable membrane performance can be obtained without collapsing the convex portion shape even when the composite semipermeable membrane is operated at a high pressure.

分離機能層の組成および厚さ等の構成は、複合半透膜の使用目的に合わせて設定されるが、分離機能層の厚みは、十分な分離性能および透過水量を得るために、通常0.01〜1μmの範囲内が好ましく、0.1〜0.5μmの範囲内がより好ましい。   The composition such as the composition and thickness of the separation functional layer is set in accordance with the purpose of use of the composite semipermeable membrane, but the thickness of the separation functional layer is usually 0. The range of 01 to 1 μm is preferable, and the range of 0.1 to 0.5 μm is more preferable.

分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有してもよい。分離機能層を構成する前記ポリアミドは、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合により形成することができる。ここで、多官能アミンまたは多官能酸ハロゲン化物の少なくとも一方が3官能以上の化合物を含んでいることが好ましい。   The separation functional layer may contain polyamide as a main component. The polyamide constituting the separation functional layer can be formed by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide. Here, it is preferable that at least one of the polyfunctional amine or the polyfunctional acid halide contains a trifunctional or higher functional compound.

多官能アミンとは、一分子中に少なくとも1つの第一級アミノ基を有し、さらに少なくとも1つの第一級アミノ基および第二級アミノ基の少なくともいずれか一方を有するアミンをいう。   The polyfunctional amine refers to an amine having at least one primary amino group in one molecule and further having at least one of at least one primary amino group and secondary amino group.

多官能アミンとしては、例えば、2個のアミノ基がオルト位やメタ位、パラ位のいずれかの位置関係でベンゼン環に結合したフェニレンジアミン、キシリレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、3,5−ジアミノ安息香酸、3−アミノベンジルアミン、4−アミノベンジルアミンなどの芳香族多官能アミン;エチレンジアミン、プロピレンジアミンなどの脂肪族アミン;1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4−アミノピペリジン、4−アミノエチルピペラジンなどの脂環式多官能アミン等を挙げることができる。
中でも、膜の選択分離性や透過性、耐熱性を考慮すると、多官能アミンは、一分子中に2〜4個の第一級アミノ基および/または第二級アミノ基を有する芳香族多官能アミンであることが好ましい。このような多官能芳香族アミンとしては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,3,5−トリアミノベンゼンが好適に用いられる。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさから、m−フェニレンジアミン(以下、「m−PDA」と称することがある。)を用いることがより好ましい。
Examples of the polyfunctional amine include phenylenediamine, xylylenediamine, and 1,3,5-triaminobenzene in which two amino groups are bonded to the benzene ring in any of the ortho, meta, and para positions. Aromatic polyfunctional amines such as 1,2,4-triaminobenzene, 3,5-diaminobenzoic acid, 3-aminobenzylamine and 4-aminobenzylamine; aliphatic amines such as ethylenediamine and propylenediamine; Examples include alicyclic polyfunctional amines such as 2-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 4-aminopiperidine, and 4-aminoethylpiperazine.
Among them, considering the selective separation property, permeability, and heat resistance of the membrane, the polyfunctional amine is an aromatic polyfunctional having 2 to 4 primary amino groups and / or secondary amino groups in one molecule. An amine is preferred. As such a polyfunctional aromatic amine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, and 1,3,5-triaminobenzene are preferably used. Among these, it is more preferable to use m-phenylenediamine (hereinafter sometimes referred to as “m-PDA”) in view of availability and ease of handling.

これらの多官能アミンは、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。2種以上を同時に用いる場合、上記アミン同士を組み合わせてもよく、上記アミンと一分子中に少なくとも2個の第二級アミノ基を有するアミンを組み合わせてもよい。一分子中に少なくとも2個の第二級アミノ基を有するアミンとして、例えば、ピペラジン、1,3−ビスピペリジルプロパン等を挙げることができる。   These polyfunctional amines may be used alone or in combination of two or more. When using 2 or more types simultaneously, the said amines may be combined and the said amine and the amine which has at least 2 secondary amino group in 1 molecule may be combined. Examples of the amine having at least two secondary amino groups in one molecule include piperazine and 1,3-bispiperidylpropane.

多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に少なくとも2個のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物をいう。
例えば、3官能酸ハロゲン化物としては、トリメシン酸クロリド、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸トリクロリド、1,2,4−シクロブタントリカルボン酸トリクロリドなどを挙げることができる。
2官能酸ハロゲン化物としては、ビフェニルジカルボン酸ジクロリド、アゾベンゼンジカルボン酸ジクロリド、テレフタル酸クロリド、イソフタル酸クロリド、ナフタレンジカルボン酸クロリドなどの芳香族2官能酸ハロゲン化物;アジポイルクロリド、セバコイルクロリドなどの脂肪族2官能酸ハロゲン化物;シクロペンタンジカルボン酸ジクロリド、シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド、テトラヒドロフランジカルボン酸ジクロリドなどの脂環式2官能酸ハロゲン化物を挙げることができる。
The polyfunctional acid halide refers to an acid halide having at least two carbonyl halide groups in one molecule.
For example, examples of the trifunctional acid halide include trimesic acid chloride, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid trichloride, 1,2,4-cyclobutanetricarboxylic acid trichloride, and the like.
Examples of the bifunctional acid halide include aromatic bifunctional acid halides such as biphenyl dicarboxylic acid dichloride, azobenzene dicarboxylic acid dichloride, terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, and naphthalene dicarboxylic acid chloride; adipoyl chloride, sebacoyl chloride, and the like. Aliphatic bifunctional acid halides; cycloaliphatic difunctional acid halides such as cyclopentane dicarboxylic acid dichloride, cyclohexane dicarboxylic acid dichloride, and tetrahydrofuran dicarboxylic acid dichloride can be exemplified.

多官能アミンとの反応性を考慮すると、多官能酸ハロゲン化物は多官能酸塩化物であることが好ましい。また、膜の選択分離性、耐熱性を考慮すると、多官能酸塩化物は一分子中に2〜4個の塩化カルボニル基を有する多官能芳香族酸塩化物であることがより好ましい。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさの観点から、トリメシン酸クロリドを用いるとさらに好ましい。これらの多官能酸ハロゲン化物は、単独で用いても、2種以上を同時に用いてもよい。   In consideration of the reactivity with the polyfunctional amine, the polyfunctional acid halide is preferably a polyfunctional acid chloride. In view of selective separation of the membrane and heat resistance, the polyfunctional acid chloride is more preferably a polyfunctional aromatic acid chloride having 2 to 4 carbonyl chloride groups in one molecule. Among these, it is more preferable to use trimesic acid chloride from the viewpoint of easy availability and easy handling. These polyfunctional acid halides may be used alone or in combination of two or more.

2.複合半透膜の製造方法
次に、本発明に係る複合半透膜の製造方法について説明する。製造方法は、基材と多孔性支持層を含む支持膜の形成工程および分離機能層の形成工程を含む。
2. Next, a method for producing a composite semipermeable membrane according to the present invention will be described. The production method includes a support film forming step including a base material and a porous support layer and a separation functional layer forming step.

(2−1)支持膜の形成工程
支持膜の形成工程は、基材上に多孔性支持層の第1層となる層を形成させる工程、第2層となる薄膜を作製する工程、および、第2層を第1層の表面に積層させる工程を含んでもよい。または、第1層を形成させる工程と、第1層の表面に直接第2層を形成させる工程を含んでもよい。
(2-1) Formation process of support film The formation process of the support film includes a process of forming a layer to be the first layer of the porous support layer on the substrate, a process of forming a thin film to be the second layer, and A step of laminating the second layer on the surface of the first layer may be included. Alternatively, a step of forming the first layer and a step of forming the second layer directly on the surface of the first layer may be included.

基材上への第1層の形成工程は、基材に第1層を構成する高分子溶液を塗布する工程、基材に前記高分子溶液を含浸させる工程、および、前記高分子溶液を含浸した前記基材を、高分子の良溶媒と比較して前記高分子の溶解度が小さい溶液(以下、単に「非溶媒」と称する。)の凝固浴に浸漬させて前記高分子を凝固させ、高分子の三次元網目構造を形成させる工程を含んでもよい。また、第1層の成分である高分子を、その高分子の良溶媒に溶解して高分子溶液を調製する工程を、さらに含んでいてもよい。   The step of forming the first layer on the base material includes a step of applying a polymer solution constituting the first layer to the base material, a step of impregnating the base material with the polymer solution, and impregnating the polymer solution. The base material was immersed in a coagulation bath of a solution (hereinafter, simply referred to as “non-solvent”) having a lower solubility of the polymer than the good solvent of the polymer to coagulate the polymer. A step of forming a three-dimensional network structure of molecules may be included. Moreover, the process which melt | dissolves the polymer which is a component of the 1st layer in the good solvent of the polymer and prepares a polymer solution may be further included.

所定の構造をもつ層を得るためには、前記高分子溶液の基材への含浸を制御する必要がある。高分子溶液の基材への含浸を制御するためには、例えば、基材上に高分子溶液を塗布した後、非溶媒に浸漬させるまでの時間を制御する方法、或いは高分子溶液の温度または濃度を制御することにより高分子溶液の粘度を調整する方法が挙げられ、これらの製造方法を組み合わせることも可能である。   In order to obtain a layer having a predetermined structure, it is necessary to control the impregnation of the polymer solution into the substrate. In order to control the impregnation of the polymer solution into the substrate, for example, a method of controlling the time until the polymer solution is immersed on the non-solvent after the polymer solution is applied on the substrate, or the temperature of the polymer solution or A method of adjusting the viscosity of the polymer solution by controlling the concentration can be mentioned, and these production methods can be combined.

基材上に高分子溶液を塗布した後、凝固浴に浸漬させる時間は、通常0.1〜5秒間の範囲であることが好ましい。凝固浴に浸漬するまでの時間がこの範囲であれば、高分子を含む有機溶媒溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。なお、凝固浴に浸漬するまでの時間の好ましい範囲は、用いる高分子溶液の粘度などによって適宜調整すればよい。なお、第1層と基材の間に別の第3の層を形成し、その上に第1層が形成されていてもよい。   After applying the polymer solution on the substrate, the time for dipping in the coagulation bath is preferably in the range of usually 0.1 to 5 seconds. If the time until dipping in the coagulation bath is within this range, the organic solvent solution containing the polymer is sufficiently impregnated between the fibers of the base material and then solidified. In addition, what is necessary is just to adjust the preferable range of time until it immerses in a coagulation bath suitably with the viscosity of the polymer solution to be used. In addition, another 3rd layer may be formed between a 1st layer and a base material, and the 1st layer may be formed on it.

多孔性支持層の第1層を形成する高分子溶液Aがポリスルホンを含有する場合、高分子溶液Aのポリスルホン濃度(すなわち固形分濃度a)は、好ましくは13質量%以上であり、より好ましくは14質量%以上である。また、固形分濃度aは、好ましくは16質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下である。固形分濃度aが13質量%以上であることで、連通孔が比較的小さく形成されるので、所望の孔径が容易に得られる。また、固形分濃度aが16質量%以下であることで、高分子の凝固前に相分離が十分に進行できるので、空隙率の高い多孔性構造が容易に得られる。   When the polymer solution A forming the first layer of the porous support layer contains polysulfone, the polysulfone concentration (that is, the solid content concentration a) of the polymer solution A is preferably 13% by mass or more, more preferably It is 14 mass% or more. Further, the solid content concentration a is preferably 16% by mass or less, and more preferably 15% by mass or less. When the solid content concentration a is 13% by mass or more, the communication hole is formed to be relatively small, so that a desired hole diameter can be easily obtained. Further, when the solid content concentration a is 16% by mass or less, the phase separation can sufficiently proceed before the solidification of the polymer, so that a porous structure having a high porosity can be easily obtained.

高分子溶液塗布時の高分子溶液Aの温度は、ポリスルホンを用いる場合、通常10〜60℃の範囲内で塗布するとよい。この範囲内であれば、高分子溶液Aが析出することなく、高分子を含む有機溶媒溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。
その結果、アンカー効果により多孔性支持膜が基材に強固に接合し、本発明の多孔性支持膜を得ることができる。なお、高分子溶液Aの好ましい温度範囲は、用いる高分子溶液の粘度などによって適宜調整すればよい。
When using a polysulfone, the temperature of the polymer solution A at the time of application of the polymer solution is usually within a range of 10 to 60 ° C. Within this range, the polymer solution A does not precipitate and is solidified after the organic solvent solution containing the polymer is sufficiently impregnated between the fibers of the substrate.
As a result, the porous support membrane is firmly bonded to the substrate by the anchor effect, and the porous support membrane of the present invention can be obtained. Note that the preferable temperature range of the polymer solution A may be appropriately adjusted depending on the viscosity of the polymer solution used.

基材上への高分子溶液Aの塗布は、種々のコーティング法によって実施できるが、正確な量のコーティング溶液を供給できることから、ダイコーティング、スライドコーティング、カーテンコーティング等の前計量コーティング法が好ましく適用される。   The application of the polymer solution A onto the substrate can be performed by various coating methods, but since an accurate amount of the coating solution can be supplied, pre-metering coating methods such as die coating, slide coating, curtain coating, etc. are preferably applied. Is done.

本発明の良溶媒とは、高分子材料を溶解するものである。本発明で用いられる良溶媒としては、高分子の種類によって異なるものの、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP);テトラヒドロフラン;ジメチルスルホキシド;テトラメチル尿素、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド;アセトン、メチルエチルケトン等の低級アルキルケトン;リン酸トリメチル、γ−ブチロラクトン等のエステルおよびラクトン;並びにこれらの混合溶媒が挙げられる。   The good solvent of the present invention dissolves a polymer material. The good solvent used in the present invention varies depending on the type of polymer. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP); tetrahydrofuran; dimethyl sulfoxide; amides such as tetramethylurea, dimethylacetamide, dimethylformamide; acetone, And lower alkyl ketones such as methyl ethyl ketone; esters and lactones such as trimethyl phosphate and γ-butyrolactone; and mixed solvents thereof.

前記樹脂の非溶媒としては、例えば水、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、トリクロルエチレン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、低分子量のポリエチレングリコール等の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族アルコール、またはこれらの混合溶媒などが挙げられる。   Examples of the non-solvent of the resin include water, hexane, pentane, benzene, toluene, methanol, ethanol, trichloroethylene, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, pentanediol, hexanediol, and low molecular weight. Examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as polyethylene glycol, aromatic hydrocarbons, aliphatic alcohols, or mixed solvents thereof.

凝固浴としては、通常水が使われるが、重合体を溶解しない上記非溶媒であればよい。組成によって支持膜の膜形態が変化し、それによって複合膜の膜形成性も変化する。
また、凝固浴の温度は、−20℃〜100℃が好ましい。さらに好ましくは10〜30℃である。この範囲より高いと、熱運動により凝固浴面の振動が激しくなり、膜形成後の膜表面の平滑性が低下しやすい。逆に低すぎると凝固速度が遅くなり、製膜性に問題が生じる。
As the coagulation bath, water is usually used, but any non-solvent that does not dissolve the polymer may be used. The film form of the support film changes depending on the composition, and thereby the film forming property of the composite film also changes.
Further, the temperature of the coagulation bath is preferably -20 ° C to 100 ° C. More preferably, it is 10-30 degreeC. If it is higher than this range, the vibration of the coagulation bath surface becomes intense due to thermal motion, and the smoothness of the film surface after film formation tends to decrease. On the other hand, if it is too low, the coagulation rate will be slow, causing a problem in film forming properties.

また、上記高分子溶液Aは、多孔性支持膜の孔径、空孔率、親水性、弾性率などを調節するための添加剤を含有してもよい。
孔径および空孔率を調節するための添加剤としては、水;アルコール類;ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等の水溶性高分子またはその塩;塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸リチウム等の無機塩;ホルムアルデヒド、ホルムアミド等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
親水性や弾性率を調節するための添加剤としては、種々の界面活性剤が挙げられる。
Further, the polymer solution A may contain an additive for adjusting the pore diameter, porosity, hydrophilicity, elastic modulus and the like of the porous support membrane.
Additives for adjusting the pore size and porosity include water; alcohols; water-soluble polymers such as polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyacrylic acid or salts thereof; lithium chloride, sodium chloride, calcium chloride Inorganic salts such as lithium nitrate; formaldehyde, formamide and the like are exemplified, but not limited thereto.
Examples of additives for adjusting hydrophilicity and elastic modulus include various surfactants.

第2層となる薄膜は、平滑な基板上に第2層を構成する高分子溶液Bを塗布し、高分子の良溶媒と比較して前記高分子の溶解度が小さい非溶媒の凝固浴に浸漬させて前記高分子を凝固させ、薄層を形成させた後、この薄層のみを取り出すことで得られる。
第2層を第1層の表面に積層させる方法としては、例えば、熱により圧着する方法を挙げることができる。また、第1層の表面に微粒子を含む溶液をコーティングさせたり、スプレー塗布をさせることで得ることもできる。第1層とは異なる別の層に積層させる場合も同様である。
For the thin film to be the second layer, the polymer solution B constituting the second layer is coated on a smooth substrate and immersed in a non-solvent coagulation bath in which the solubility of the polymer is small compared to a good polymer solvent. The polymer is solidified to form a thin layer, and then only this thin layer is taken out.
As a method of laminating the second layer on the surface of the first layer, for example, a method of pressure bonding by heat can be mentioned. It can also be obtained by coating the surface of the first layer with a solution containing fine particles or by spray coating. The same applies to the case where the first layer is stacked on another layer different from the first layer.

第2層を形成する高分子溶液Bが、ポリスルホンを含有する場合、高分子溶液Bのポリスルホン濃度(すなわち固形分濃度b)は、好ましくは18質量%以上であり、より好ましくは19質量%以上であり、さらに好ましくは20質量%以上である。また、固形分濃度bは、好ましくは35質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下である。
高分子溶液Bのポリスルホン濃度を高分子溶液Aのポリスルホン濃度よりも高くすることにより、第1層の空隙率を第2層の空隙率より高くすることが可能となる。特に、質量%に基づく濃度の比率(高分子溶液Aの濃度/高分子溶液Bの濃度)は、1/2以上であることが好ましく、3/4以下であることが好ましい。
固形分濃度bが18質量%以上であることで、相分離により高分子が微小な粒状構造を形成するため、結果的に緻密な層が得られやすくなる。また、固形分濃度bが35質量%以下であることで、分離機能層形成時のモノマー供給速度が小さくなりすぎない程度に、多孔性支持層の表面細孔径が調整される。
よって、多孔性支持層の上に形成される分離機能層に、適切な高さを有する凸部が形成することができるようになる。
なお、高分子溶液Bの好ましい温度や塗布法、良溶媒や非溶媒、凝固浴の条件、添加剤などは、先述した第1層を形成する高分子溶液Aと同様である。
When the polymer solution B forming the second layer contains polysulfone, the polysulfone concentration (that is, the solid content concentration b) of the polymer solution B is preferably 18% by mass or more, more preferably 19% by mass or more. More preferably, it is 20% by mass or more. Further, the solid content concentration b is preferably 35% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less.
By making the polysulfone concentration of the polymer solution B higher than the polysulfone concentration of the polymer solution A, the porosity of the first layer can be made higher than the porosity of the second layer. In particular, the ratio of concentration based on mass% (concentration of polymer solution A / concentration of polymer solution B) is preferably 1/2 or more, and preferably 3/4 or less.
When the solid content concentration b is 18% by mass or more, the polymer forms a fine granular structure by phase separation, and as a result, a dense layer is easily obtained. Further, when the solid content concentration b is 35% by mass or less, the surface pore diameter of the porous support layer is adjusted to such an extent that the monomer supply rate at the time of forming the separation functional layer does not become too small.
Therefore, a convex portion having an appropriate height can be formed on the separation functional layer formed on the porous support layer.
The preferred temperature, coating method, good solvent and non-solvent, coagulation bath conditions, additives, etc. of the polymer solution B are the same as those of the polymer solution A forming the first layer described above.

固形分濃度aと固形分濃度bとが、上述のそれぞれの好ましい数値範囲を満たすことにより、第1層の空隙率を60%以上で、かつ第1層の空隙率を第2層の空隙率より高くすることが可能である。そしてさらに第1層の厚みxと第2層の厚みyがx/y≧10の関係式を満たしていると、分離機能層において十分な線密度と高さを併せ有するひだを形成でき、結果的に十分な透水性および塩除去性を有する複合半透膜を得られるため好ましい。さらに、第1層の空隙率は、62%以上であってもよい。また、第1層の空隙率は、90%以下であることが好ましく、80%以下、または70%以下であってもよい。   When the solid content concentration a and the solid content concentration b satisfy the respective preferable numerical ranges described above, the porosity of the first layer is 60% or more and the porosity of the first layer is the porosity of the second layer. It is possible to make it higher. Further, if the thickness x of the first layer and the thickness y of the second layer satisfy the relational expression x / y ≧ 10, a pleat having both sufficient linear density and height can be formed in the separation functional layer, and the result It is preferable because a composite semipermeable membrane having sufficient water permeability and salt removability can be obtained. Further, the porosity of the first layer may be 62% or more. The porosity of the first layer is preferably 90% or less, and may be 80% or less, or 70% or less.

なお、高分子溶液Aおよび高分子溶液Bに含まれる樹脂は、同一の樹脂でも、互いに異なる樹脂でも良い。適宜、製造する支持膜の強度特性、透過特性、表面特性などの諸特性をより広い範囲で調製することができる。
なお、高分子溶液Aおよび高分子溶液Bに含まれる溶媒は、それぞれ高分子の良溶媒であれば同一の溶媒でも、異なる溶媒でも良い。適宜、製造する支持膜の強度特性、高分子溶液の基材への含浸を勘案して、より広い範囲で調製することができる。
The resins contained in the polymer solution A and the polymer solution B may be the same resin or different resins. As appropriate, various characteristics such as strength characteristics, permeability characteristics, and surface characteristics of the support membrane to be manufactured can be prepared in a wider range.
In addition, the solvent contained in the polymer solution A and the polymer solution B may be the same solvent or different solvents as long as each is a good polymer solvent. As appropriate, it can be prepared in a wider range in consideration of the strength characteristics of the support membrane to be produced and the impregnation of the polymer solution into the substrate.

次に、このような好ましい条件下で得られた基材及び多孔性支持層を含む支持膜を、膜中に残存する製膜溶媒を除去するために熱水洗浄する。このときの熱水の温度は50〜100℃が好ましく、さらに好ましくは60〜95℃である。この範囲より高いと、支持膜の収縮度が大きくなり、透水性が低下する。逆に、低いと洗浄効果が小さい。   Next, the support film including the base material and the porous support layer obtained under such preferable conditions is washed with hot water in order to remove the film-forming solvent remaining in the film. The temperature of the hot water at this time is preferably 50 to 100 ° C, more preferably 60 to 95 ° C. If it is higher than this range, the degree of shrinkage of the support membrane will increase and the water permeability will decrease. Conversely, if it is low, the cleaning effect is small.

(2−2)分離機能層の形成工程
次に、複合半透膜を構成する分離機能層の形成工程の一例として、ポリアミドを主成分とする層の形成を挙げて説明する。
ポリアミド分離機能層の形成工程では、前述の多官能アミンを含有する水溶液と、多官能酸ハロゲン化物を含有する水と非混和性の有機溶媒溶液とを用い、支持膜の表面で界面重縮合を行うことにより、ポリアミド骨格を形成することができる。
(2-2) Formation process of separation functional layer Next, as an example of the formation process of the separation functional layer constituting the composite semipermeable membrane, formation of a layer mainly composed of polyamide will be described.
In the step of forming the polyamide separation functional layer, interfacial polycondensation is performed on the surface of the support membrane using the aqueous solution containing the polyfunctional amine described above and an organic solvent solution immiscible with water containing the polyfunctional acid halide. By doing so, a polyamide skeleton can be formed.

多官能アミン水溶液における多官能アミンの濃度は3.0質量%以上25質量%以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは5.0質量%以上20質量%以下の範囲内である。この範囲であると十分な透水性と塩およびホウ素の除去性能を得ることができると同時に、十分な硬度を有するポリアミドを形成できる。
多官能アミン水溶液には、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との反応を妨害しないものであれば、界面活性剤や有機溶媒、アルカリ性化合物、酸化防止剤などが含まれていてもよい。
界面活性剤は、支持膜表面の濡れ性を向上させ、アミン水溶液と非極性溶媒との間の界面張力を減少させる効果がある。有機溶媒は界面重縮合反応の触媒として働くことがあり、添加することにより界面重縮合反応を効率よく行える場合がある。
The concentration of the polyfunctional amine in the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 3.0% by mass or more and 25% by mass or less, and more preferably in the range of 5.0% by mass or more and 20% by mass or less. Within this range, sufficient water permeability and salt and boron removal performance can be obtained, and at the same time, a polyamide having sufficient hardness can be formed.
As long as the polyfunctional amine aqueous solution does not interfere with the reaction between the polyfunctional amine and the polyfunctional acid halide, a surfactant, an organic solvent, an alkaline compound, an antioxidant, or the like may be contained.
The surfactant has the effect of improving the wettability of the support membrane surface and reducing the interfacial tension between the aqueous amine solution and the nonpolar solvent. The organic solvent may act as a catalyst for the interfacial polycondensation reaction, and when added, the interfacial polycondensation reaction may be efficiently performed.

界面重縮合を支持膜上で行うために、まず、上述の多官能アミン水溶液を支持膜に接触させる。接触は、支持膜面上に均一にかつ連続的に行うことが好ましい。
具体的には、例えば、多官能アミン水溶液を支持膜にコーティングする方法や支持膜を多官能アミン水溶液に浸漬する方法を挙げることができる。支持膜と多官能アミン水溶液との接触時間は、5秒以上10分以下の範囲内であることが好ましく、10秒以上3分以下の範囲内であるとさらに好ましい。
In order to perform the interfacial polycondensation on the support membrane, first, the polyfunctional amine aqueous solution is brought into contact with the support membrane. The contact is preferably performed uniformly and continuously on the support membrane surface.
Specific examples include a method of coating a polyfunctional amine aqueous solution on a support membrane and a method of immersing the support membrane in a polyfunctional amine aqueous solution. The contact time between the support membrane and the polyfunctional amine aqueous solution is preferably in the range of 5 seconds to 10 minutes, and more preferably in the range of 10 seconds to 3 minutes.

多官能アミン水溶液を支持膜に接触させた後は、膜上に液滴が残らないように十分に液切りする。十分に液切りすることで、複合半透膜形成後に液滴残存部分が欠点となって複合半透膜の除去性能が低下することを防ぐことができる。
液切りの方法としては、例えば、特開平2−78428号公報に記載されているように、多官能アミン水溶液接触後の支持膜を垂直方向に把持して過剰の水溶液を自然流下させる方法や、エアーノズルから窒素などの気流を吹き付け、強制的に液切りする方法などを用いることができる。また、液切り後、膜面を乾燥させて水溶液の水分を一部除去することもできる。
After bringing the polyfunctional amine aqueous solution into contact with the support membrane, the solution is sufficiently drained so that no droplets remain on the membrane. By sufficiently draining the liquid, it is possible to prevent the removal performance of the composite semipermeable membrane from being deteriorated due to the remaining portion of the droplet after the formation of the composite semipermeable membrane.
As a method for draining, for example, as described in JP-A-2-78428, a method of allowing the excess aqueous solution to flow down naturally by holding the support film after contacting the polyfunctional amine aqueous solution in the vertical direction, For example, a method of forcibly draining an air stream such as nitrogen from an air nozzle can be used. In addition, after draining, the membrane surface can be dried to partially remove water from the aqueous solution.

次いで、多官能アミン水溶液接触、液切り後の支持膜に、多官能酸ハロゲン化物を含む水と非混和性の有機溶媒溶液を接触させ、界面重縮合により架橋ポリアミド分離機能層を形成させる。   Next, the support membrane after contacting and draining the polyfunctional amine aqueous solution is brought into contact with water containing a polyfunctional acid halide and an immiscible organic solvent solution to form a crosslinked polyamide separation functional layer by interfacial polycondensation.

水と非混和性の有機溶媒溶液中の多官能酸ハロゲン化物濃度は、0.15質量%以上10質量%以下の範囲内であると好ましく、0.16質量%以上2.0質量%以下の範囲内であるとさらに好ましい。多官能酸ハロゲン化物濃度が0.15質量%以上であることで十分な反応速度が得られ、また、10質量%以下であることで副反応の発生を抑制することができる。さらに、この有機溶媒溶液にDMFのようなアシル化触媒を含有させると、界面重縮合が促進され、さらに好ましい。   The concentration of the polyfunctional acid halide in the organic solvent solution immiscible with water is preferably in the range of 0.15% by mass to 10% by mass, preferably 0.16% by mass to 2.0% by mass. More preferably within the range. When the polyfunctional acid halide concentration is 0.15% by mass or more, a sufficient reaction rate can be obtained, and when it is 10% by mass or less, the occurrence of side reactions can be suppressed. Further, it is more preferable to include an acylation catalyst such as DMF in the organic solvent solution, since interfacial polycondensation is promoted.

水と非混和性の有機溶媒は、多官能酸ハロゲン化物を溶解し、支持膜を破壊しないものが望ましく、多官能アミン化合物および多官能酸ハロゲン化物に対して不活性であるものであればよい。好ましい例として、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどの炭化水素化合物が挙げられる。
多官能酸ハロゲン化物を含む有機溶媒溶液を支持膜へ接触させる方法は、多官能アミン水溶液を支持膜へ被覆する方法と同様に行えばよい。
The water-immiscible organic solvent is preferably one that dissolves the polyfunctional acid halide and does not destroy the support membrane, and may be any one that is inert to the polyfunctional amine compound and polyfunctional acid halide. . Preferable examples include hydrocarbon compounds such as hexane, heptane, octane, nonane and decane.
The method of bringing the organic solvent solution containing the polyfunctional acid halide into contact with the support membrane may be performed in the same manner as the method of coating the support membrane with the polyfunctional amine aqueous solution.

本発明の界面重縮合工程においては、支持膜上を架橋ポリアミド薄膜で十分に覆い、かつ、接触させた多官能酸ハロゲン化物を含む水と非混和性の有機溶媒溶液を支持膜上に残存させておくことが肝要である。このため、界面重縮合を実施する時間は、0.1秒以上3分以下が好ましく、0.1秒以上1分以下であるとより好ましい。
界面重縮合を実施する時間が0.1秒以上3分以下であることで、支持膜上を架橋ポリアミド薄膜で十分に覆うことができ、かつ多官能酸ハロゲン化物を含む有機溶媒溶液を支持膜上に保持することができる。
In the interfacial polycondensation step of the present invention, the support membrane is sufficiently covered with a crosslinked polyamide thin film, and a water-immiscible organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide in contact with the support membrane is left on the support membrane. It is important to keep it. For this reason, the time for performing the interfacial polycondensation is preferably from 0.1 second to 3 minutes, and more preferably from 0.1 second to 1 minute.
When the interfacial polycondensation time is 0.1 seconds or more and 3 minutes or less, the support membrane can be sufficiently covered with a crosslinked polyamide thin film, and an organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide is supported on the support membrane. Can be held on.

界面重縮合によって支持膜上にポリアミド分離機能層を形成した後は、余剰の溶媒を液切りする。液切りの方法は、例えば、膜を垂直方向に把持して過剰の有機溶媒を自然流下して除去する方法を用いることができる。
この場合、垂直方向に把持する時間としては、1分以上5分以下であることが好ましく、1分以上3分以下であるとより好ましい。短すぎると分離機能層が完全に形成せず、長すぎると有機溶媒が過乾燥となってポリアミド分離機能層に欠損部が発生し、膜性能が低下する。
After the polyamide separation functional layer is formed on the support membrane by interfacial polycondensation, excess solvent is drained. As a method for draining, for example, a method in which a film is held in a vertical direction and excess organic solvent is allowed to flow down and removed can be used.
In this case, the time for gripping in the vertical direction is preferably 1 minute or more and 5 minutes or less, and more preferably 1 minute or more and 3 minutes or less. If it is too short, the separation functional layer will not be completely formed, and if it is too long, the organic solvent will be overdried and a defective part will occur in the polyamide separation functional layer, resulting in poor membrane performance.

3.複合半透膜の利用
複合半透膜は、プラスチックネットなどの原水流路材と、トリコットなどの透過水流路材と、必要に応じて耐圧性を高めるためのフィルムと共に、多数の孔を穿設した筒状の集水管の周りに巻回され、スパイラル型の複合半透膜エレメントとして好適に用いられる。さらに、このエレメントは、直列または並列に接続されて圧力容器に収納されることで、複合半透膜モジュールを構成することもできる。
また、上記の複合半透膜やそのエレメント又はモジュールは、それらに原水を供給するポンプや、その原水を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。
3. Use of composite semipermeable membranes Composite semipermeable membranes have a large number of holes along with raw water channel materials such as plastic nets, permeate channel materials such as tricots, and films to increase pressure resistance as needed. It is wound around a cylindrical water collecting pipe and is suitably used as a spiral type composite semipermeable membrane element. Further, this element can be connected in series or in parallel and housed in a pressure vessel to constitute a composite semipermeable membrane module.
In addition, the above-described composite semipermeable membrane and its elements or modules can be combined with a pump for supplying raw water to them, a device for pretreating the raw water, or the like to constitute a fluid separation device. By using this separation device, raw water can be separated into permeated water such as drinking water and concentrated water that has not permeated through the membrane, and water suitable for the purpose can be obtained.

流体分離装置の操作圧力は高い方が塩除去性は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、複合半透膜の耐久性を考慮すると、複合半透膜に被処理水を透過する際の操作圧力は、1.0MPa以上、10MPa以下が好ましい。
供給水温度は、高くなると塩除去性が低下するが、低くなるにしたがい膜透過流束も減少するので、5℃以上、45℃以下が好ましい。また、供給水pHは、高くなると海水などの高塩濃度の供給水の場合、マグネシウムなどのスケールが発生する恐れがあり、また、高pH運転による膜の劣化が懸念されるため、中性領域での運転が好ましい。
The higher the operating pressure of the fluid separator, the better the salt removal, but the energy required for operation also increases, and considering the durability of the composite semipermeable membrane, water to be treated is added to the composite semipermeable membrane. The operating pressure at the time of permeation is preferably 1.0 MPa or more and 10 MPa or less.
As the feed water temperature increases, the salt removability decreases, but the membrane permeation flux decreases as the supply water temperature decreases, so that the feed water temperature is preferably 5 ° C. or higher and 45 ° C. or lower. In addition, when the pH of the feed water becomes high, scales such as magnesium may be generated in the case of feed water with a high salt concentration such as seawater, and there is a concern about deterioration of the membrane due to high pH operation. Is preferred.

複合半透膜によって処理される原水としては、海水、かん水、排水等の500mg/L〜100g/LのTDS(Total Dissolved Solids:総溶解固形分)を含有する液状混合物が挙げられる。一般に、TDSは総溶解固形分量を指し、「質量÷体積」で表されるか、1Lの重量を1kgと見なして「質量比」で表される。
なお、定義によれば、0.45μmのフィルターで濾過した溶液を39.5〜40.5℃の温度で蒸発させ残留物の重さからTDSを算出できるが、より簡便には実用塩分から換算する。
Examples of raw water to be treated by the composite semipermeable membrane include liquid mixtures containing TDS (Total Dissolved Solids) of 500 mg / L to 100 g / L such as seawater, brine, and drainage. Generally, TDS refers to the total amount of dissolved solids and is expressed as “mass / volume” or expressed as “mass ratio” assuming that the weight of 1 L is 1 kg.
According to the definition, the TDS can be calculated from the weight of the residue by evaporating the solution filtered through a 0.45 μm filter at a temperature of 39.5 to 40.5 ° C. To do.

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

<複合半透膜の作製>
以下の実施例では、ポリスルホンとしてソルベイアドバンストポリマーズ株式会社製ポリスルホンUDEL p−3500を用いた。
(実施例1)
溶媒であるDMFおよび溶質であるポリスルホンの混合物を攪拌しながら90℃で2時間加熱保持することで、ポリスルホン13質量%のDMF溶液(高分子溶液A)を調製した。調製した高分子溶液Aは室温まで冷却し、押出機に供給して高精度濾過した。その後、濾過した高分子溶液Aを、ポリエチレンテレフタレート繊維からなる長繊維不織布(糸径:1デシテックス、厚み:約90μm、通気度:1.3cc/cm/sec)上にスリットダイを介して100μmの厚みで塗布し、直ちに純水中に浸漬して、多孔性支持層の第1層を作製した。
続いて、ポリスルホン20重量%のDMF溶液(高分子溶液B)を、上記と同様の方法で調製・ろ過し、平滑なガラス基板上にスリットダイを介して10μmの厚みで塗布し直ちに純水中に浸漬させた。その後ガラス基板とポリスルホン層を分離させ、ポリスルホン層を前記第1層の表面に70℃の熱をかけた上で圧着させ、2層構造の多孔性支持層を含む支持膜を得た。得られた支持膜を、70℃の水で2分間洗浄した。
洗浄した支持膜を、m−PDAの4.0質量%水溶液中に2分間浸漬した後、膜面が鉛直になるようにゆっくりと引き上げた。エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド0.12質量%を含む25℃のn−デカン溶液を膜表面が完全に濡れるように塗布した。1分間静置した後、膜から余分な溶液を除去するために膜面を1分間鉛直に保持して液切りした。その後、45℃の水で2分間洗浄することで、基材、多孔性支持層、およびポリアミド分離機能層を備える複合半透膜を得た。
<Production of composite semipermeable membrane>
In the following examples, polysulfone UDEL p-3500 manufactured by Solvay Advanced Polymers Co., Ltd. was used as the polysulfone.
Example 1
A mixture of DMF as a solvent and polysulfone as a solute was heated and held at 90 ° C. for 2 hours with stirring to prepare a DMF solution (polymer solution A) containing 13% by mass of polysulfone. The prepared polymer solution A was cooled to room temperature, supplied to an extruder and filtered with high precision. Thereafter, the filtered polymer solution A was placed on a long-fiber nonwoven fabric made of polyethylene terephthalate fibers (yarn diameter: 1 dtex, thickness: about 90 μm, air permeability: 1.3 cc / cm 2 / sec) through a slit die to 100 μm. The first layer of the porous support layer was produced by immediately applying immersion in pure water.
Subsequently, a 20% by weight polysulfone DMF solution (polymer solution B) was prepared and filtered by the same method as described above, applied to a smooth glass substrate with a thickness of 10 μm via a slit die, and immediately purified water. Soaked. Thereafter, the glass substrate and the polysulfone layer were separated, and the polysulfone layer was pressure-bonded after applying heat at 70 ° C. to the surface of the first layer to obtain a support film including a two-layer porous support layer. The obtained support membrane was washed with 70 ° C. water for 2 minutes.
The washed support membrane was immersed in a 4.0% by mass aqueous solution of m-PDA for 2 minutes, and then slowly lifted so that the membrane surface was vertical. Nitrogen was blown from the air nozzle to remove excess aqueous solution from the surface of the support film, and then an n-decane solution at 25 ° C. containing 0.12% by mass of trimesic acid chloride was applied so that the film surface was completely wetted. After leaving still for 1 minute, in order to remove excess solution from the film, the film surface was held vertically for 1 minute to drain the liquid. Then, the composite semipermeable membrane provided with a base material, a porous support layer, and a polyamide separation functional layer was obtained by washing with water at 45 ° C. for 2 minutes.

(実施例2)
実施例1において、高分子溶液Aとしてポリスルホン15質量%のDMF溶液を用いて110μmの厚みで塗布した以外は、実施例1と同様にして、実施例2における複合半透膜を得た。
(実施例3)
実施例1において、高分子溶液Aを120μmの厚みで塗布し、高分子溶液Bとしてポリスルホン25質量%のDMF溶液を用いて5μmの厚みで塗布した以外は、実施例1と同様にして、実施例3における複合半透膜を得た。
(実施例4)
実施例1において、高分子溶液Aとしてポリスルホン13質量%のNMP溶液を、高分子溶液Bとしてポリスルホン20質量%のNMP溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例4における複合半透膜を得た。
(Example 2)
In Example 1, a composite semipermeable membrane in Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer solution A was coated with a DMF solution containing 15% by mass of polysulfone to a thickness of 110 μm.
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, except that the polymer solution A was applied in a thickness of 120 μm and the polymer solution B was applied in a thickness of 5 μm using a DMF solution of 25% by weight of polysulfone as the polymer solution B. A composite semipermeable membrane in Example 3 was obtained.
Example 4
In Example 1, except that an NMP solution containing 13% by mass of polysulfone was used as the polymer solution A and an NMP solution containing 20% by mass of polysulfone was used as the polymer solution B, the composite in Example 4 was used. A semipermeable membrane was obtained.

(比較例1)
実施例1において、高分子溶液Aを90μmの厚みで塗布した以外は、実施例1と同様にして、比較例1における複合半透膜を得た。
(比較例2)
実施例1において、高分子溶液Aを150μmの厚みで、さらに高分子溶液Bを15μmの厚みで塗布した以外は、実施例1と同様にして、比較例2における複合半透膜を得た。
(比較例3)
ポリスルホン20重量%のDMF溶液のみを、スリットダイを用いて120μmの厚みで不織布上に塗布した以外は、実施例1と同様の手順によって一層の多孔性支持膜を得た。得られた多孔性支持膜上に、実施例1と同様の手順によって分離機能層を形成し、比較例1における複合半透膜を得た。
(比較例4)
高分子溶液としてポリスルホン13重量%のDMF溶液を用いた以外は、比較例3と同様にして、比較例4における複合半透膜を得た。
(Comparative Example 1)
A composite semipermeable membrane in Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer solution A was applied in a thickness of 90 μm in Example 1.
(Comparative Example 2)
A composite semipermeable membrane in Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer solution A was applied with a thickness of 150 μm and the polymer solution B was applied with a thickness of 15 μm.
(Comparative Example 3)
A single porous support membrane was obtained by the same procedure as in Example 1 except that only 20% by weight DMF solution of polysulfone was applied on the nonwoven fabric with a thickness of 120 μm using a slit die. A separation functional layer was formed on the obtained porous support membrane by the same procedure as in Example 1, and a composite semipermeable membrane in Comparative Example 1 was obtained.
(Comparative Example 4)
A composite semipermeable membrane in Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that a DMF solution containing 13% by weight of polysulfone was used as the polymer solution.

<多孔性支持層の厚みの測定>
得られた複合支持膜サンプルについて、キーエンス製デジタルマイクロスコープVHX−1000を用いて断面写真を撮影した。このときの観察倍率は100倍であった。得られた断面写真の任意の30箇所について、それぞれの支持層の厚みをスケールで測定し、平均厚みを求めた。
同様の作業を計10個の複合半透膜サンプルについて行い、10個の厚みの値から相加平均による平均厚みを求めた。
<Measurement of thickness of porous support layer>
About the obtained composite support membrane sample, the cross-sectional photograph was image | photographed using the digital microscope VHX-1000 by Keyence. The observation magnification at this time was 100 times. About 30 arbitrary places of the obtained cross-sectional photograph, the thickness of each support layer was measured with the scale, and average thickness was calculated | required.
The same operation was carried out for a total of 10 composite semipermeable membrane samples, and the average thickness was determined by arithmetic mean from the 10 thickness values.

<凸部の線密度および平均高さの測定>
得られた複合半透膜サンプルをエポキシ樹脂で包埋し、断面観察を容易にするため四酸化オスミウムで染色した。これをウルトラミクロトームで切断し超薄切片を作製した。
得られた超薄切片について、透過型電子顕微鏡を用いて断面写真を撮影した。観察時の加速電圧は100kVであり、観察倍率は10,000倍であった。得られた断面写真について、膜面方向の長さ2.0μmの距離における分離機能層の凸部の数をスケールを用いて測定し、上述した方法に従って10点平均面粗さを算出した。この10点平均面粗さに基づいて、10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する部分を凸部として、その数を数え、分離機能層の凸部の線密度を求めた。また、断面写真中の全ての凸部の高さをスケールで測定し、凸部の平均高さを求めた。
同様の作業を計10個の超薄切片について行い、10個の線密度の値から相加平均による平均線密度を求めた。また、10個の平均高さの相加平均の値を求めた。
<Measurement of linear density and average height of protrusions>
The obtained composite semipermeable membrane sample was embedded with an epoxy resin and stained with osmium tetroxide for easy cross-sectional observation. This was cut with an ultramicrotome to prepare an ultrathin section.
A cross-sectional photograph of the obtained ultrathin slice was taken using a transmission electron microscope. The acceleration voltage at the time of observation was 100 kV, and the observation magnification was 10,000 times. About the obtained cross-sectional photograph, the number of convex portions of the separation functional layer at a distance of 2.0 μm in the film surface direction was measured using a scale, and the 10-point average surface roughness was calculated according to the method described above. Based on this 10-point average surface roughness, a portion having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness is defined as a convex portion, and the number thereof is counted to obtain the linear density of the convex portion of the separation function layer. It was. Moreover, the height of all the convex parts in a cross-sectional photograph was measured with the scale, and the average height of the convex parts was obtained.
The same operation was performed for a total of 10 ultrathin sections, and the average linear density by arithmetic mean was determined from the values of the 10 linear densities. Further, an arithmetic average value of 10 average heights was obtained.

<多孔性支持層の第1層の空隙率の測定>
複合半透膜サンプルをエポキシ樹脂で包埋し、断面観察を容易にするため四酸化オスミウムで染色した。続いて、FIB−SEMを用いて、イオンビームによるサンプルのエッチングおよび断面観察を200回繰り返し行った。得られた断面写真より、奥行き方向に約2μmの厚みを有する三次元像を再構築した。この三次元像の画像解析を行い、多孔性支持層の第1層部分の空隙率を算出した。
なお、第2層を形成する高分子溶液のポリスルホン濃度(表1中、「高分子濃度」として表している。)は第1層を形成する高分子溶液のポリスルホン濃度よりも高いことから、第2層の空隙率は第1層の空隙率よりも低いと推測できる。
<Measurement of porosity of first layer of porous support layer>
Composite semipermeable membrane samples were embedded with epoxy resin and stained with osmium tetroxide to facilitate cross-sectional observation. Subsequently, etching of the sample with an ion beam and cross-sectional observation were repeated 200 times using FIB-SEM. From the obtained cross-sectional photograph, a three-dimensional image having a thickness of about 2 μm in the depth direction was reconstructed. Image analysis of this three-dimensional image was performed, and the porosity of the first layer portion of the porous support layer was calculated.
The polysulfone concentration of the polymer solution forming the second layer (shown as “polymer concentration” in Table 1) is higher than the polysulfone concentration of the polymer solution forming the first layer. It can be estimated that the porosity of the two layers is lower than the porosity of the first layer.

<塩除去性(TDS除去率)>
温度25℃、pH6.5の海水(供給水に該当)を、操作圧力5.5MPaで得られた複合半透膜に供給し、24時間に渡ってろ過処理を行った。得られた透過水を、塩除去性の測定に用いた。
東亜電波工業株式会社製電気伝導度計で供給水および透過水の電気伝導度を測定することにより、実用塩分を得た。この実用塩分を換算して得られるTDS濃度から、次の式により塩除去性すなわちTDS除去率を求めた。
TDS除去率(%)=100×{1−(透過水中のTDS濃度/供給水中のTDS濃度)}
<Salt removability (TDS removal rate)>
Seawater (corresponding to feed water) at a temperature of 25 ° C. and a pH of 6.5 was supplied to a composite semipermeable membrane obtained at an operating pressure of 5.5 MPa, and subjected to filtration treatment for 24 hours. The obtained permeated water was used for the measurement of salt removability.
Practical salinity was obtained by measuring the electrical conductivity of the supplied water and the permeated water with an electric conductivity meter manufactured by Toa Radio Industry Co., Ltd. From the TDS concentration obtained by converting this practical salinity, the salt removability, that is, the TDS removal rate was determined by the following equation.
TDS removal rate (%) = 100 × {1− (TDS concentration in permeated water / TDS concentration in feed water)}

<膜透過流束>
24時間の上記ろ過処理により得られた透過水量を、膜面1平方メートルあたり、1日あたりの透水量(立方メートル)でもって膜透過流束(m/m/日)として表した。
<Membrane permeation flux>
The amount of permeated water obtained by the above filtration treatment for 24 hours was expressed as a membrane permeation flux (m 3 / m 2 / day) with a water permeation amount per cubic meter (m 3 ) per day.

以上、実施例1〜4及び比較例1〜4の結果を表1に示す。なお、分離機能層の凸部の線密度および平均高さは、表1においてそれぞれ「ひだ線密度」、「ひだ高さ」として示す。実施例1〜4より、本発明により、高いTDS除去率を維持しながらも、高い透水性を有する複合半透膜が得られることがわかった。   The results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1. Note that the linear density and average height of the convex portions of the separation functional layer are shown as “folded line density” and “folded height” in Table 1, respectively. From Examples 1-4, it turned out that the composite semipermeable membrane which has high water permeability is obtained by this invention, maintaining a high TDS removal rate.

Figure 2014188407
Figure 2014188407

本発明の複合半透膜は、特に、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。   The composite semipermeable membrane of the present invention can be particularly suitably used for brine or seawater desalination.

1 分離機能層
2 基準線
H1、H2、H3、H4、H5 分離機能層のひだ構造における凸部の高さ
D1、D2、D3、D4、D5 分離機能層のひだ構造における凹部の深さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation functional layer 2 Reference line H1, H2, H3, H4, H5 Height of convex part in pleat structure of separation functional layer D1, D2, D3, D4, D5 Depth of concave part in pleat structure of separation functional layer

Claims (6)

基材と、
前記基材上に設けられる多孔性支持層と、
前記多孔性支持層上に設けられ、連続的に繰り返される凸部および凹部を含むひだ構造を表面に有する分離機能層と、を備える複合半透膜であって、
前記多孔性支持層が、第1層と、前記第1層よりも前記分離機能層側に存在する第2層とを含む多層構造を有し、
前記第1層の厚みx(μm)と、前記第2層の厚みy(μm)が、(x/y)≧10の関係式を満たし、
前記第2層の厚みが10μm以下であり、
前記第1層の空隙率が前記第2層の空隙率より高く、かつ、
前記第1層の空隙率が60%以上である、複合半透膜。
A substrate;
A porous support layer provided on the substrate;
A separation semi-permeable membrane provided on the porous support layer and having a pleated structure including convex and concave portions that are continuously repeated on the surface;
The porous support layer has a multilayer structure including a first layer and a second layer present on the separation function layer side of the first layer;
The thickness x (μm) of the first layer and the thickness y (μm) of the second layer satisfy the relational expression (x / y) ≧ 10,
The second layer has a thickness of 10 μm or less;
The porosity of the first layer is higher than the porosity of the second layer, and
A composite semipermeable membrane, wherein the porosity of the first layer is 60% or more.
前記第2層の厚みが5μm以下である、請求項1に記載の複合半透膜。   The composite semipermeable membrane according to claim 1, wherein the thickness of the second layer is 5 μm or less. 前記第2層の厚みの標準偏差が1.0μm以下である、請求項1または2に記載の複合半透膜。   The composite semipermeable membrane according to claim 1 or 2, wherein a standard deviation of the thickness of the second layer is 1.0 µm or less. 前記第2層が微粒子を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合半透膜。   The composite semipermeable membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the second layer contains fine particles. 複合半透膜の膜面方向における長さが2.0μmである断面を任意に10箇所選択し、
前記各断面を電子顕微鏡で観察して前記分離機能層における10点平均面粗さを測定し、
前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の線密度を求め、
前記10箇所で求めた前記線密度の平均が12.0個/μm以上であり、かつ、
前記10点平均面粗さの5分の1以上の高さを有する凸部の平均高さを求め、
前記10箇所で求めた前記平均高さの平均が110nm以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合半透膜。
Select arbitrarily 10 cross-sections with a length of 2.0 μm in the membrane surface direction of the composite semipermeable membrane,
Observe each cross section with an electron microscope to measure the 10-point average surface roughness in the separation functional layer,
Obtain the linear density of the convex portion having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness,
The average of the linear density obtained at the 10 locations is 12.0 pieces / μm or more, and
Obtain the average height of the convex portion having a height of 1/5 or more of the 10-point average surface roughness,
The composite semipermeable membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein an average of the average heights obtained at the 10 locations is 110 nm or more.
前記基材が、ポリエステルを含有する長繊維不織布である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合半透膜。   The composite semipermeable membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the base material is a long-fiber nonwoven fabric containing polyester.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016123899A (en) * 2014-12-26 2016-07-11 東レ株式会社 Composite semipermeable membrane
JP2022515734A (en) * 2018-12-20 2022-02-22 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ ユーエスエー, エルエルシー Porous membrane for high pressure filtration

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