JP7194656B2 - porous membrane - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質膜に関する。 The present invention relates to porous membranes.
ポリスルホンなどのポリマーを材料とする多孔質膜は水浄化用途などのろ過膜として工業的に有用であり、プリーツ加工して一定の容量のカートリッジ中に収めた製品も市販されている。しかし、ポリスルホンなどのポリマーは疎水性であるため表面にタンパク質が吸着しやすく、ろ過膜が目詰まりするファウリングが生じやすい。そのため、従来から、多孔質膜を親水化するための様々な方法が検討されている。 Porous membranes made of polymers such as polysulfone are industrially useful as filtration membranes for water purification applications, etc. Products that are pleated and housed in cartridges of a certain capacity are also commercially available. However, since polymers such as polysulfone are hydrophobic, proteins are likely to be adsorbed on the surface, and fouling that clogs the filtration membrane is likely to occur. Therefore, conventionally, various methods for hydrophilizing porous membranes have been studied.
特許文献1には、ポリスルホン系高分子とポリビニルピロリドンを含有する分離膜に対し、ポリメトキシアクリレート(PMEA)を溶解した液をコーティングすることで、親水化を行い、血液適合性に優れた血液処理用分離膜を形成した例が開示されている。
In
特許文献2には、ポリアリールスルホン系ポリマー、ポリビニルピロリドン、特定の疎水性および親水性の側鎖構造からなるアクリル系共重合体を膜中に含有する中空糸膜が記載されている。
特許文献1に記載の方法では、分離膜形成後にPMEAをコーティングするため、膜使用中にPMEAが流出しやすく、耐久性が低い。
特許文献2に記載の方法では、血液中へのポリマー溶出を防ぐために共重合体に導入されている疎水性構造に起因して、ファウリング耐性が低く、使用により透水性が低下しやすい。
本発明は、耐ファウリング性能が高く、かつその性能が使用により低下しにくい多孔質膜を提供することである。
In the method described in
In the method described in
An object of the present invention is to provide a porous membrane that has high anti-fouling performance and whose performance is less likely to deteriorate with use.
本発明者らが、上記課題の解決のため鋭意検討を重ねていたところ、ポリスルホン系高分子を含む多孔質膜の製造時の製膜原液に特定の構造を有する親水性材料を添加(原液添加)して製造された多孔質膜において上記の課題が解決されていることを見出し、この知見に基づき、さらに検討を重ねて上記課題の解決に至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems, and found that a hydrophilic material having a specific structure was added to the undiluted solution for producing a porous membrane containing a polysulfone-based polymer (undiluted solution addition ), and found that the above-mentioned problems were solved in the porous membrane produced by the above method.
すなわち、本発明は以下の<1>~<10>を提供するものである。
<1>ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーからなる骨格を有し、さらにポリビニルピロリドンを含む多孔質膜であって、
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体または一般式(II)もしくは
一般式(III)で表される重合体からなる親水性材料を上記骨格内部に含み、
上記親水性材料が孔表面に偏在している上記多孔質膜;
That is, the present invention provides the following <1> to <10>.
<1> A porous membrane having a skeleton made of a polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone and further comprising polyvinylpyrrolidone,
A hydrophilic material comprising a polymer containing a monomer unit represented by general formula (I) or a polymer represented by general formula (II) or general formula (III) is included in the skeleton,
The porous membrane in which the hydrophilic material is unevenly distributed on the pore surfaces;
一般式(I)中、
R1は水素原子またはメチル基を表し、
R2は水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基、または、PO3C2H4N(CH3)3を表し、
R3は水素原子を表し、ただし、R2とR3とが結合してR2が結合する酸素原子およびR3が結合する炭素原子とともに5員環を形成していてもよく、
tは1~9の整数であり、
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体は一般式(I)で示されるモノマーユニットを60mol%以上含む重合体であり、
一般式(II)中、mおよびnは、それぞれ独立に整数であり、以下の式を満たし;
m/(n+m)=0.3~0.7
一般式(III)中、nは整数である。
In general formula (I),
R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group;
R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a phenyl group , or PO3C2H4N ( CH3 ) 3 ;
R 3 represents a hydrogen atom, provided that R 2 and R 3 may combine to form a five-membered ring together with the oxygen atom to which R 2 is bonded and the carbon atom to which R 3 is bonded,
t is an integer from 1 to 9,
A polymer containing a monomer unit represented by general formula (I) is a polymer containing 60 mol% or more of a monomer unit represented by general formula (I),
In general formula (II), m and n are each independently an integer and satisfy the following formula;
m/(n+m)=0.3-0.7
In general formula (III), n is an integer.
<2>飛行時間型二次イオン質量分析装置を用いた孔表面からの深さ方向分析において、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択される上記ポリマーのイオンが初めて観測された深さからその深さから140nm深い深さまでの上記ポリマーのイオン強度の平均値をIA、上記ポリマーのイオンが初めて観測された深さでの上記親水性材料のイオン強度をIB0、上記ポリマーのイオンが初めて観測された深さから100nm深い深さでの上記親水性材料のイオン強度をIB100としたとき、以下の式を満たす、<1>に記載の多孔質膜;
IB0/IB100>2;
IB100/IA>0.05。
<2> In the depth direction analysis from the pore surface using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer, from the depth at which the ions of the polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone were observed for the first time I A is the average value of the ionic strength of the polymer from a depth to a depth of 140 nm, I B0 is the ionic strength of the hydrophilic material at the depth where the polymer ions are observed for the first time, and the polymer ions are first observed. The porous membrane according to <1>, which satisfies the following formula, where I B100 is the ionic strength of the hydrophilic material at a
I B0 /I B100 >2;
I B100 /I A >0.05.
<3>上記親水性材料の重量平均分子量が10,000以上である<1>または<2>に記載の多孔質膜。
<4>上記親水性材料が一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体からなる<1>~<3>のいずれかに記載の多孔質膜。
<5>上記親水性材料が一般式(II)で表される重合体からなる<1>~<3>のいずれかに記載の多孔質膜。
<6>上記親水性材料が一般式(III)で表される重合体からなる<1>~<3>のいずれかに記載の多孔質膜。
<7>厚みが10~1000μmである<1>~<6>のいずれかに記載の多孔質膜。
<8>厚み方向で孔径分布を有する<1>~<7>のいずれかに記載の多孔質膜。
<9>孔径が最小となる層状の緻密部位を内部に有し、
上記緻密部位から上記多孔質膜の少なくとも一方の膜表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している<1>~<8>のいずれかに記載の多孔質膜。
<10>上記緻密部位の平均孔径が0.01~10μmである<9>に記載の多孔質膜。
<3> The porous membrane according to <1> or <2>, wherein the hydrophilic material has a weight average molecular weight of 10,000 or more.
<4> The porous membrane according to any one of <1> to <3>, wherein the hydrophilic material comprises a polymer containing a monomer unit represented by formula (I).
<5> The porous membrane according to any one of <1> to <3>, wherein the hydrophilic material comprises a polymer represented by general formula (II).
<6> The porous membrane according to any one of <1> to <3>, wherein the hydrophilic material comprises a polymer represented by general formula (III).
<7> The porous membrane according to any one of <1> to <6>, which has a thickness of 10 to 1000 μm.
<8> The porous membrane according to any one of <1> to <7>, which has a pore size distribution in the thickness direction.
<9> Having a layered dense portion with the smallest pore size inside,
The porous membrane according to any one of <1> to <8>, wherein the pore diameter continuously increases in the thickness direction from the dense portion toward at least one membrane surface of the porous membrane.
<10> The porous membrane according to <9>, wherein the dense portion has an average pore size of 0.01 to 10 μm.
本発明により、耐ファウリング性能が高く、かつその性能が使用により低下しにくい多孔質膜が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a porous membrane that has high anti-fouling performance and whose performance is less likely to deteriorate with use.
以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
The present invention will be described in detail below.
In the present specification, the term "~" is used to include the numerical values before and after it as lower and upper limits.
<多孔質膜>
多孔質膜は複数の孔を有する膜をいう。孔は、例えば膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)撮影画像または透過型電子顕微鏡(TEM)撮影画像で確認することができる。
本発明の親水性多孔質膜は、多孔質膜骨格と、上記骨格内部にある親水性材料とを含み、この親水性材料は多孔質膜の各孔表面に偏在している。本明細書において、多孔質膜の骨格とはそれのみで多孔質膜を形成できる部分を意味し、親水性材料等を保持する基材として機能する部分を意味する。本明細書において、親水性材料を骨格内部に含むとは、親水性材料の少なくとも一部が骨格内部に存在することを意味し、親水性材料が単に骨格表面を被覆する場合、すなわち、孔表面および膜表面を被覆しているのみである場合を含まない意味である。各孔表面とは、多孔質膜内部の各孔に面している多孔質膜の面を意味し、多孔質膜の膜表面(膜のおもて面または裏面)とは区別される。本明細書において、「偏在する」とは他の部分と比較して多くが存在することを意味し、その部分のみに存在することを含む。
<Porous membrane>
A porous membrane refers to a membrane having a plurality of pores. The pores can be confirmed, for example, in a scanning electron microscope (SEM) image or a transmission electron microscope (TEM) image of the cross section of the membrane.
The hydrophilic porous membrane of the present invention comprises a porous membrane framework and a hydrophilic material inside the framework, and the hydrophilic material is unevenly distributed on the surface of each pore of the porous membrane. In the present specification, the skeleton of the porous membrane means the part that can form the porous membrane by itself, and means the part that functions as a base material that holds the hydrophilic material and the like. In this specification, including a hydrophilic material inside the skeleton means that at least part of the hydrophilic material is present inside the skeleton, and when the hydrophilic material merely covers the skeleton surface, i.e., the pore surface And it does not include the case where the film surface is only coated. Each pore surface means the surface of the porous membrane facing each pore inside the porous membrane, and is distinguished from the membrane surface of the porous membrane (the front side or the back side of the membrane). As used herein, the term "ubiquitously distributed" means that it is abundantly present compared to other parts, and includes being present only in that part.
本発明の親水性多孔質膜は、親水性材料を多孔質膜の骨格内部に含むことにより、多孔質膜の使用によっても親水性材料が溶出しにくい。また親水性材料が各孔表面に偏在していることによって、各孔の表面を効率良く親水化することができる。
上記の構成は、例えばポリマーおよびポリビニルピロリドンを含む製膜原液に下記で説明する親水性材料を添加(原液添加)して多孔質膜骨格を形成することにより実現することができる。
The hydrophilic porous membrane of the present invention contains a hydrophilic material inside the skeleton of the porous membrane, so that the hydrophilic material is less likely to be eluted even when the porous membrane is used. In addition, since the hydrophilic material is unevenly distributed on the surface of each pore, the surface of each pore can be efficiently hydrophilized.
The above configuration can be realized, for example, by adding a hydrophilic material described below to a membrane-forming stock solution containing a polymer and polyvinylpyrrolidone (addition of the stock solution) to form a porous membrane skeleton.
[多孔質膜の骨格]
本発明の多孔質膜はポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーからなる骨格で形成されている。
ポリスルホンは一般式(1)で表される構造単位の繰り返しからなるポリマーであり、ポリエーテルスルホンは一般式(2)で表される構造単位の繰り返しからなるポリマーである。
[Skeleton of porous membrane]
The porous membrane of the present invention is formed with a skeleton made of a polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone.
Polysulfone is a polymer consisting of repeating structural units represented by general formula (1), and polyethersulfone is a polymer consisting of repeating structural units represented by general formula (2).
本発明の多孔質膜の骨格を形成する、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーは、一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位を含む共重合体であってもよい。また、本発明の多孔質膜の骨格を形成するポリマーは、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンの混合物であってもよい。
非水溶性樹脂から形成される多孔質膜は、一般的に、耐水性、耐薬品性、機械耐性が高く、フィルターとしての工業的使用にも適している。非水溶性樹脂としてポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマー、特にポリスルホンを用いるとさらに耐水性、耐薬品性、機械耐性が高い多孔質膜を得ることができる。
The polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone, which forms the skeleton of the porous membrane of the present invention, is a structural unit represented by general formula (1) and a structural unit represented by general formula (2). It may be a copolymer containing Also, the polymer forming the skeleton of the porous membrane of the present invention may be a mixture of polysulfone and polyethersulfone.
Porous membranes formed from water-insoluble resins generally have high water resistance, chemical resistance, and mechanical resistance, and are suitable for industrial use as filters. When a polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone, particularly polysulfone, is used as the water-insoluble resin, a porous membrane having higher water resistance, chemical resistance and mechanical resistance can be obtained.
ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーとしては数平均分子量(Mn)が1,000~10,000,000であるものが好ましく、5,000~1,000,000であるものがより好ましい。ここで、ポリマーの数平均分子量(Mn)はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めたものである。 The polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone preferably has a number average molecular weight (Mn) of 1,000 to 10,000,000, preferably 5,000 to 1,000,000. more preferred. Here, the number average molecular weight (Mn) of the polymer is determined by gel permeation chromatography (GPC).
[親水性材料]
本発明の多孔質膜において、親水性材料としては、一般式(I)で表されるモノマーユ
ニットを含む重合体または一般式(II)もしくは一般式(III)で表される重合体が用いられる。これらの重合体は、同一分子内に、相対的に親水性を示す部位として、ヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合、カルボキシル基、カルボニル基、アミド結合、アミノ基、ベタイン構造からなる群より選択される基または構造と、相対的に疎水性を示す部位として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフロロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリアミド、ポリイミドからなる群より選択される構造とを有する。このような構造を有する親水性材料は、多孔質膜の形成時の製膜原液に加えられると、疎水性である多孔質膜骨格と、取り込まれた水分およびポリビニルピロリドンとの中間に位置し、多孔質膜骨格内部の孔表面側に均一に固定化され、偏在する。また、親水性材料は少なくともその一部が骨格内部に含まれる構成となり、流れ出しにくくなり、耐久性の高い膜を形成することができる。
以下、一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体または一般式(II)も
しくは一般式(III)で表される重合体について説明する。
[Hydrophilic material]
In the porous membrane of the present invention, as the hydrophilic material, a polymer containing a monomer unit represented by general formula (I) or a polymer represented by general formula (II) or general formula (III) is used. . These polymers are selected from the group consisting of a hydroxyl group, an ether bond, an ester bond, a carboxyl group, a carbonyl group, an amide bond, an amino group, and a betaine structure as relatively hydrophilic sites in the same molecule. and a structure selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyfluoroethylene, polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, polysulfone, polyamide, and polyimide as a relatively hydrophobic site. When the hydrophilic material having such a structure is added to the membrane-forming stock solution at the time of forming the porous membrane, it is positioned between the porous membrane skeleton, which is hydrophobic, and the water and polyvinylpyrrolidone taken in, It is uniformly immobilized and unevenly distributed on the pore surface side inside the porous membrane skeleton. In addition, at least part of the hydrophilic material is contained inside the skeleton, so that it is difficult for the hydrophilic material to flow out, and a highly durable film can be formed.
The polymer containing the monomer unit represented by general formula (I) or the polymer represented by general formula (II) or general formula (III) will be described below.
一般式(I)中、R1は水素原子またはメチル基を表す。
R2は水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基、または、PO3C2H4N(CH3)3を表す。
R3は水素原子を表し、ただし、R2とR3とが結合してR2が結合する酸素原子およびR3が結合する炭素原子とともに5員環を形成していてもよい。5員環としては、テトラヒドロフランが挙げられる。R2と結合して上記5員環を形成するR3はtが2以上であるとき、最もR2側末端にあるR3である。R2とR3とが結合してR2が結合する酸素原子およびR3が結合する炭素原子とともに5員環を形成するとき、tは1であることが特に好ましい。
tは1~9の整数であり、1~3が好ましい。
In general formula (I), R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a phenyl group , or PO3C2H4N ( CH3 ) 3 .
R 3 represents a hydrogen atom, provided that R 2 and R 3 may combine to form a 5-membered ring together with the oxygen atom to which R 2 is bonded and the carbon atom to which R 3 is bonded. Five-membered rings include tetrahydrofuran. When t is 2 or more, R 3 that forms the 5-membered ring by combining with R 2 is the R 3 closest to the R 2 -terminal. When R 2 and R 3 combine to form a 5-membered ring together with the oxygen atom to which R 2 is bonded and the carbon atom to which R 3 is bonded, t is particularly preferably 1.
t is an integer of 1-9, preferably 1-3.
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体は一般式(I)で示されるモノマーユニットを60mol%以上、好ましくは80mol%以上含む重合体であり、より好ましくは一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体は一般式(I)で表されるモノマーユニットの繰り返しからなることが好ましい。一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体に含まれている一般式(I)で表されるモノマーユニット以外のモノマーユニット(以下「他のモノマーユニット」という)としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート等のアクリレート類、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルメタリレート等のメタクリレート類が挙げられる。 The polymer containing the monomer unit represented by general formula (I) is a polymer containing 60 mol% or more, preferably 80 mol% or more, of the monomer unit represented by general formula (I), more preferably general formula (I) The polymer containing the monomer unit represented by is preferably composed of repeating monomer units represented by general formula (I). As a monomer unit other than the monomer unit represented by general formula (I) contained in the polymer containing the monomer unit represented by general formula (I) (hereinafter referred to as "another monomer unit"), methyl acrylate , acrylates such as ethyl acrylate, butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate; and methacrylates such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate and 2-ethylhexyl methacrylate.
一般式(I)で表されるモノマーユニットと他のモノマーユニットとの重合は、ブロック共重合であってもよく、ランダム共重合であってもよく、または例えば2つ以上の一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む連続単位と他のモノマーユニットとが交互に重合したものであってもよい。 The polymerization of the monomer units represented by general formula (I) and other monomer units may be block copolymerization, random copolymerization, or, for example, two or more general formula (I) A continuous unit containing a monomer unit represented by and another monomer unit may be alternately polymerized.
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体の例としては以下が挙げられる。
一般式(II)中、mおよびnは、それぞれ独立に整数(重合体における各構造単位の数(重合度)を示す整数)であり、以下の式を満たす。
m/(n+m)=0.3~0.7
一般式(II)で表される重合体は、すなわち、n個の式II-1で表されるモノマーユニットとm個の式II-2で表されるモノマーユニットとがランダム共重合またはブロック共重合した重合体である。
In general formula (II), m and n are each independently integers (integers indicating the number of structural units in the polymer (degree of polymerization)) and satisfy the following formula.
m/(n+m)=0.3-0.7
The polymer represented by the general formula (II) is a random copolymer or a block copolymer of n monomer units represented by the formula II-1 and m monomer units represented by the formula II-2. It is a polymerized polymer.
一般式(III)中、nは整数(重合体における構造単位の数(重合度)を示す整数)である。 In general formula (III), n is an integer (an integer indicating the number of structural units (degree of polymerization) in the polymer).
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体または一般式(II)もしくは
一般式(III)で表される重合体の重量平均分子量は、いずれも、10,000以上であることが好ましく、30,000以上であることがより好ましく、50,000以上であることがさらに好ましい。
The weight average molecular weight of the polymer containing a monomer unit represented by general formula (I) or the polymer represented by general formula (II) or general formula (III) is all 10,000 or more. It is preferably 30,000 or more, and even more preferably 50,000 or more.
上記重合体の重量平均分子量は、以下の分析条件でGPC測定を行なって評価することができる。
カラム: Shodex OHpak KB805HQ
移動相: 0.1M酢酸ナトリウム緩衝液
流速 : 1.0 mL/min
温度 : 40℃
検出器: RI(示差屈折計)
なお、分子量の算出には標準プルラン標品Shodex Pullulan P-5、P-10、P-20、P-50、P-82、P-100、P-200、P-400、P-800、P-1600を使用することができる。
The weight average molecular weight of the polymer can be evaluated by GPC measurement under the following analysis conditions.
Column: Shodex OHpak KB805HQ
Mobile phase: 0.1M sodium acetate buffer Flow rate: 1.0 mL/min
Temperature: 40°C
Detector: RI (differential refractometer)
In calculating the molecular weight, standard pullulan preparations Shodex Pullulan P-5, P-10, P-20, P-50, P-82, P-100, P-200, P-400, P-800, P -1600 can be used.
[飛行時間型二次イオン質量分析:TOF-SIMS]
本発明の多孔質膜が上記いずれかの重合体である親水性材料を多孔質膜の骨格内部に含み、かつ、上記親水性材料が各孔表面に偏在していることについては、以下の手段で確認することができる。
なお、上述のように、多孔質膜の孔表面とは、多孔質膜のおもて面または裏面などの直接手で触れられる部分ではなく、膜内部の孔の表面を指す。孔表面は、多孔質膜を破壊することで露出させることができる。上記破壊は例えば、多孔質膜を液体窒素等で凍結させた後、孔表面が露出するように多孔質膜を切断することにより行えばよい。
[Time-of-flight secondary ion mass spectrometry: TOF-SIMS]
Regarding the fact that the porous membrane of the present invention contains the hydrophilic material that is any of the above polymers inside the skeleton of the porous membrane and that the hydrophilic material is unevenly distributed on the surface of each pore, the following means You can check with
In addition, as described above, the pore surface of the porous membrane refers to the surface of the pores inside the membrane, not the portion that can be directly touched by hand such as the front surface or the back surface of the porous membrane. Pore surfaces can be exposed by breaking the porous membrane. The destruction may be performed, for example, by freezing the porous membrane with liquid nitrogen or the like, and then cutting the porous membrane so that the pore surfaces are exposed.
上記のように露出させた孔表面について、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)装置を用いた深さ方向分析を行う。この分析においてポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーのイオンが初めて観測された深さからその深さから140nm深い深さまでの上記ポリマーのイオン強度の平均値をIA、上記ポリマーのイオンが初めて観測された深さでの上記親水性材料のイオン強度をIB0、上記ポリマーのイオンが初めて観測された深さから100nm深い深さでの上記親水性材料のイオン強度をIB100としたとき、以下の2つの式を満たすときに少なくとも、親水性材料を多孔質膜の骨格内部に含み、かつ、上記親水性材料が各孔表面に偏在していると判断することができる。
IB0/IB100>2
IB100/IA>0.05
IB0/IB100>2であることは親水性材料が各孔表面に偏在していることを意味し、表面が効率的に親水化され、多孔質膜へのタンパク質の付着抑制の効果が高い。
また、IB100/IA>0.05であることは、親水性材料が多孔質膜の骨格内部に存在することを意味し、膜使用中に親水性材料が流出しにくく、耐久性が向上する。
The pore surface exposed as described above is subjected to depth profile analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) device. In this analysis, the average value of the ionic strength of the polymer from the depth at which ions of the polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone were observed for the first time to a depth of 140 nm from that depth is I A , I B0 is the ionic strength of the hydrophilic material at the depth at which ions are first observed, and I B100 is the ionic strength of the hydrophilic material at a
I B0 /I B100 >2
I B100 /I A >0.05
I B0 /I B100 >2 means that the hydrophilic material is unevenly distributed on the surface of each pore, the surface is efficiently hydrophilized, and the effect of suppressing protein adhesion to the porous membrane is high. .
In addition, I B100 /I A >0.05 means that the hydrophilic material is present inside the skeleton of the porous membrane, and the hydrophilic material is less likely to flow out during use of the membrane, improving durability. do.
例えば、特許文献1に記載の多孔質膜では骨格を形成した後に親水性材料をコーティングするため、基材中に親水性材料が存在せずIB100/IA>0.05は満たさない。
For example, in the porous membrane described in
上記2つの式を満たす多孔質膜の飛行時間型二次イオン質量分析装置を用いた深さ方向分析結果(TOF-SIMSスペクトル)の例および測定および算出されるIA、IB0、およびIB100を図1に示す。 Examples of depth direction analysis results (TOF-SIMS spectra) using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer for porous membranes that satisfy the above two equations, and measured and calculated I A , I B0 , and I B100 is shown in FIG.
飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)装置としては、例えば、アルバック・ファイ社製、TRIFT V nano TOF等を用いることができる。
一次イオン源はAu、Biを用いることができ、Biを用いることが好ましい。
深さ方向の分析は、スパッタイオン銃を用いたスパッタ処理を行うことにより実現することができる。スパッタイオンとしては、フラーレン(C60)やアルゴンガスクラスターイオン(Ar-GCIB)を用いることができ、Ar-GCIBを用いることが好ましい。例えば、10~100nm/min程度のスパッタ速度でTOF-SIMS測定を行い、スパッタ速度を深さに換算することで深さ方向に応じた各成分由来のイオンの強度の分析が可能になる。
As a time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) device, for example, TRIFT V nano TOF manufactured by Ulvac-Phi, Inc. can be used.
The primary ion source can be Au or Bi, preferably Bi.
Analysis in the depth direction can be realized by performing a sputtering process using a sputter ion gun. Fullerene (C60) or argon gas cluster ions (Ar-GCIB) can be used as sputter ions, and Ar-GCIB is preferably used. For example, TOF-SIMS measurement is performed at a sputtering speed of about 10 to 100 nm/min, and the sputtering speed is converted into depth, thereby enabling analysis of the intensity of ions derived from each component in the depth direction.
また、深さ方向の分析のためのスパッタ処理およびTOF-SIMSは孔表面から行なうが、この際の孔は、多孔質膜の表面ではなく、例えば、多孔質膜の膜厚に応じて多孔質膜の表面から1~20μm程度、好ましくは10μm程度の部位の孔を選択することが好ましい。また後述のように孔径分部を有する多孔質膜の場合は上記の多孔質膜の表面としては1次面を選択し、緻密部位以外の部位の孔を選択することが好ましい。
また、IA、IB0、IB100の各値としては、1つの多孔質膜について上記部位の複数の孔において分析を行って得られた値の平均値を用いることが好ましい。
Sputtering and TOF-SIMS for analysis in the depth direction are performed from the pore surface, but the pore at this time is not the surface of the porous membrane, but is porous depending on the thickness of the porous membrane, for example. It is preferable to select pores at a site of about 1 to 20 μm, preferably about 10 μm from the surface of the membrane. Further, in the case of a porous membrane having a pore size portion as described later, it is preferable to select the primary surface as the surface of the porous membrane and select the pores of the portion other than the dense portion.
Moreover, as each value of I A , I B0 , and I B100 , it is preferable to use the average value of the values obtained by analyzing a plurality of pores in the above-described region for one porous membrane.
[ポリビニルピロリドン]
本発明の多孔質膜は、さらにポリビニルピロリドンを含む。このとき、ポリビニルピロリドンは多孔質膜に保持されている状態であってもよい。ポリビニルピロリドンを含むことにより本発明の多孔質膜の親水性はさらに高くなる。ポリビニルピロリドンは、例えば、特開昭64-34403号公報に記載があるようにポリスルホン膜またはポリエーテルスルホン膜の製膜原液中に孔形成剤として添加されるものである。製膜原液中のポリビニルピロリドンは製膜過程でそのほとんどが凝固水中に溶解して除去されるが、一部が膜表面に残留するものである。
[Polyvinylpyrrolidone]
The porous membrane of the present invention further contains polyvinylpyrrolidone. At this time, the polyvinylpyrrolidone may be in a state of being retained by the porous membrane. The inclusion of polyvinylpyrrolidone further increases the hydrophilicity of the porous membrane of the present invention. Polyvinylpyrrolidone is added as a pore-forming agent to the stock solution for forming a polysulfone membrane or a polyethersulfone membrane, as described in, for example, JP-A-64-34403. Most of the polyvinylpyrrolidone in the membrane-forming stock solution is dissolved in the coagulating water and removed during the membrane-forming process, but part of it remains on the membrane surface.
[その他の添加剤]
多孔質膜は上記ポリマー、親水性材料、およびポリビニルピロリドン以外の他の成分を添加剤として含んでいてもよい。
上記添加剤としては、食塩、塩化リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、塩化亜鉛等の無機酸の金属塩、酢酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム等の有機酸の金属塩、ポリエチレングリコール等の高分子、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド等の高分子電解質、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルメチルタウリン酸ナトリウム等のイオン系界面活性剤等を挙げることができる。添加剤は多孔質構造のための膨潤剤として作用していてもよい。
[Other additives]
The porous membrane may contain, as additives, components other than the polymer, hydrophilic material, and polyvinylpyrrolidone.
Examples of the above additives include salt, metal salts of inorganic acids such as lithium chloride, sodium nitrate, potassium nitrate, sodium sulfate and zinc chloride, metal salts of organic acids such as sodium acetate and sodium formate, polymers such as polyethylene glycol, and polystyrene. Examples include polymer electrolytes such as sodium sulfonate and polyvinylbenzyltrimethylammonium chloride, and ionic surfactants such as sodium dioctylsulfosuccinate and sodium alkylmethyltaurate. Additives may act as swelling agents for the porous structure.
[多孔質膜の構造]
上述のように多孔質膜は複数の孔を有する膜である。
多孔質膜の孔の孔径は、ろ過対象物の大きさによって適宜選択することができるが、0.005μm~25μmであればよく、0.01μm~20μmであることがより好ましい。孔径分布を有する場合はこの範囲で分布していればよい。孔径は電子顕微鏡によって得られた膜断面の写真から測定すればよい。多孔質膜はミクロトーム等により切断し、断面が観察できる薄膜の切片として、多孔質膜断面の写真を得ることができる。
[Structure of porous membrane]
As mentioned above, a porous membrane is a membrane having a plurality of pores.
The pore diameter of the pores of the porous membrane can be appropriately selected depending on the size of the object to be filtered, but it may be 0.005 μm to 25 μm, and more preferably 0.01 μm to 20 μm. When having a pore size distribution, it may be distributed within this range. The pore size can be measured from a photograph of a membrane cross section obtained by an electron microscope. The porous membrane is cut with a microtome or the like, and a photograph of the cross section of the porous membrane can be obtained as a slice of the thin film in which the cross section can be observed.
多孔質膜は、厚み方向に孔径分布を持つ構造であっても、厚み方向に孔径分布を持たない均質構造であってもよい。また、厚み方向に孔径分布を持つ構造においては、膜のおもて面の孔径および裏面の孔径が異なるように孔径分布を有する厚み方向に非対称である構造(非対称構造)であってもよい。非対称構造の例としては、一方の膜表面から他方の膜表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している構造、孔径が最小となる層状の緻密部位を内部に有し、この緻密部位から多孔質膜の少なくとも一方の膜表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している構造などが挙げられる。
本明細書において、非対称構造の多孔質膜の、孔径の大きい側の面を1次面、孔径の小さい側の面を2次面と呼ぶ。
The porous membrane may have a structure having a pore size distribution in the thickness direction or a homogeneous structure having no pore size distribution in the thickness direction. In addition, the structure having a pore size distribution in the thickness direction may be an asymmetric structure (asymmetric structure) having a pore size distribution in the thickness direction such that the pore sizes on the front surface and the pore size on the back surface of the membrane are different. Examples of asymmetric structures include a structure in which the pore size continuously increases in the thickness direction from one membrane surface to the other, Examples include a structure in which the pore diameter continuously increases in the thickness direction from the site toward at least one membrane surface of the porous membrane.
In the present specification, the surface of the porous membrane having the asymmetric structure with the larger pore size is called the primary surface, and the surface with the smaller pore size is called the secondary surface.
特に、多孔質膜は、孔径が最小となる層状の緻密部位を内部に有し、この緻密部位から多孔質膜の少なくとも一方の膜表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している構造であることが好ましい。ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンからなる群より選択されるポリマーは、このような多孔質膜を製造する場合に好ましく用いることができるポリマーとしてよく知られている。 In particular, the porous membrane has a layered dense portion with the smallest pore size inside, and the pore size continuously increases in the thickness direction from this dense portion toward at least one membrane surface of the porous membrane. A structure is preferred. A polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone is well known as a polymer that can be preferably used when producing such a porous membrane.
本明細書において、膜の厚み方向の孔径の比較を行なう場合、膜断面のSEM撮影写真を膜の厚み方向に分割して行なうものとする。分割数は膜の厚みに応じて適宜選択できる。分割数は少なくとも5以上とし、例えば、200μm厚の膜では後述する表面Xから20分割する分割線を19本引き、各分割線と交差または接する孔(閉孔)をデジタイザーでなぞり、連続する50個の孔の平均孔径を求めて行う。なお、分割幅の大きさは、膜における厚み方向の幅の大きさを意味し、写真での幅の大きさを意味するものではない。膜の厚み方向の孔径の比較において、孔径は、各区分の平均孔径として比較される。各区分の平均孔径は、例えば、膜断面図の各区分の50個の孔の平均値であればよい。この場合の膜断面図は例えば80μm幅(表面と平行な方向において80μmの距離)で得てもよい。このとき、孔が大きく、50個測定できない区分については、その区分でとれる数だけ測定したものであればよい。また、このとき、孔が大きくその区分に収まるものでない場合は、ほかの区分にわたってその孔の大きさを計測する。 In the present specification, when comparing the pore diameters in the thickness direction of the membrane, the SEM photograph of the cross section of the membrane is divided in the thickness direction of the membrane. The number of divisions can be appropriately selected according to the thickness of the film. The number of divisions should be at least 5 or more. For example, in the case of a film with a thickness of 200 μm, 19 division lines are drawn to divide the surface X into 20 parts, which will be described later. Calculate the average pore diameter of each pore. The division width means the width in the thickness direction of the film, and does not mean the width in the photograph. In comparing the pore sizes in the thickness direction of the membrane, the pore sizes are compared as the average pore size of each section. The average pore size of each segment may be, for example, the average value of 50 pores in each segment of the membrane cross-sectional view. A cross-sectional view of the film in this case may be obtained, for example, with a width of 80 μm (a distance of 80 μm in the direction parallel to the surface). At this time, for sections with large holes that cannot be measured by 50, it is sufficient to measure only the number that can be taken in the section. At this time, if the hole is too large to fit in the section, the size of the hole is measured across other sections.
孔径が最小となる層状の緻密部位は、上記膜断面の区分のうちで平均孔径が最小となる区分に相当する多孔質膜の層状の部位をいう。緻密部位は1つの区分に相当する部位からなっていても、2つ、3つなどの、平均孔径が最小となる区分の1.1倍以内の平均孔径を有する複数の区分に相当する部位からなっていてもよい。緻密部位の厚みは、0.5μm~50μmであればよく、0.5μm~30μmであることが好ましい。 The layered dense portion with the smallest pore size refers to the layered portion of the porous membrane corresponding to the section with the smallest average pore size among the sections of the membrane cross section. Even if the dense part consists of a part corresponding to one section, it is composed of two, three, etc., parts corresponding to multiple sections having an average pore size within 1.1 times the section with the smallest average pore size. It may be. The thickness of the dense portion may be from 0.5 μm to 50 μm, preferably from 0.5 μm to 30 μm.
工業用途のろ過膜として使用される多孔質膜、特にビール等の飲料のろ過のためのろ過膜として使用される多孔質膜においては、高い流量と液中夾雑物の確実な捕捉の両立が重要であるため、最小孔径の適切な設定が求められる。
本明細書においては、緻密部位の平均孔径を多孔質膜の最小孔径とする。多孔質膜の最小孔径は0.01μm以上であることが好ましく、0.03μm以上であることがより好ましく、0.05μm以上であることがさらに好ましく、0.1μm以上であることが特に好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、3μm以下であることがさらに好ましい。
ここで、緻密部位の平均孔径はASTM F316-80により測定したものとする。
For porous membranes used as filtration membranes for industrial applications, especially for filtration of beverages such as beer, it is important to achieve both a high flow rate and reliable capture of contaminants in the liquid. Therefore, an appropriate setting of the minimum pore size is required.
In this specification, the average pore size of the dense portion is defined as the minimum pore size of the porous membrane. The minimum pore size of the porous membrane is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.03 μm or more, still more preferably 0.05 μm or more, and particularly preferably 0.1 μm or more, Also, it is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 3 μm or less.
Here, it is assumed that the average pore diameter of the dense portion is measured according to ASTM F316-80.
多孔質膜は、緻密部位を内部に有することが好ましい。内部とは膜の表面に接していないことを意味し、「緻密部位を内部に有する」とは、緻密部位が、膜のいずれかの表面にもっとも近い区分ではないことを意味する。緻密部位を内部に有する構造の多孔質膜を用いることによっては、同じ緻密部位を表面に接して有する多孔質膜を用いた場合よりも、透過させることが意図された物質の透過性が低下しにくい。いかなる理論にも拘泥するものではないが、緻密部位が内部にあることによりタンパク質などの物質の吸着が起こりにくくなっているためと考えられる。 The porous membrane preferably has a dense portion inside. Internal means not in contact with the surface of the membrane, and "having a dense area internally" means that the dense area is not the section closest to either surface of the membrane. By using a porous membrane having a structure having a dense portion inside, the permeability of the substance intended to permeate is lower than in the case of using a porous membrane having the same dense portion in contact with the surface. Hateful. Without adhering to any theory, it is believed that the presence of dense sites inside makes it difficult for substances such as proteins to be adsorbed.
緻密部位は、多孔質膜の厚みの中央部位よりもいずれか一方の表面側に偏っていることが好ましい。具体的には、緻密部位が多孔質膜のいずれか一方の表面から多孔質膜の厚みの3分の1以内の距離にあることが好ましく、5分の2以内の距離にあることがより好ましく、4分の1以内の距離にあることがさらに好ましい。この距離は上述の膜断面写真において判断すればよい。本明細書において、緻密部位がより近い側の多孔質膜の表面を「表面X」という。 It is preferable that the dense portion is biased toward one of the surfaces of the porous membrane relative to the central portion of the thickness of the porous membrane. Specifically, it is preferable that the dense portion is within a distance of one-third of the thickness of the porous membrane from either surface of the porous membrane, and more preferably within two-fifths of the thickness of the porous membrane. , more preferably within a quarter of the distance. This distance can be determined from the film cross-sectional photograph described above. In this specification, the surface of the porous membrane closer to the dense portion is referred to as "surface X".
多孔質膜においては緻密部位から少なくともいずれか一方の表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加していることが好ましい。多孔質膜において、緻密部位から表面Xに向かって厚み方向で孔径が連続的に増加していてもよく、緻密部位から表面Xと反対側の表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加していてもよく、緻密部位から多孔質膜のいずれの表面に向かうときも厚み方向で孔径が連続的に増加していてもよい。これらのうち、少なくとも緻密部位から表面Xと反対側の表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加していることが好ましく、緻密部位から多孔質膜のいずれの表面に向かうときも厚み方向で孔径が連続的に増加していることがより好ましい。「厚み方向で孔径が連続的に増加」とは、厚み方向に隣り合う区分の間の平均孔径の差異が、最大平均孔径(最大孔径)と最小平均孔径(最小孔径)の差異の50%以下、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下となるように増加していることをいう。「連続的に増加」は、本質的には、減少がなく一律に増加することを意味するものであるが、減少している部位が偶発的に生じていてもよい。例えば、区分を表面から2つずつ組み合わせたときに、組み合わせの平均値が、一律に増加(表面から緻密部位に向かう場合は一律に減少)している場合は、「緻密部位から膜の表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している」と判断できる。 In the porous membrane, it is preferable that the pore diameter continuously increases in the thickness direction from the dense portion toward at least one of the surfaces. In the porous membrane, the pore size may continuously increase in the thickness direction from the dense portion toward the surface X, and the pore size may continuously increase in the thickness direction from the dense portion toward the surface opposite to the surface X. Alternatively, the pore diameter may continuously increase in the thickness direction from the dense portion to any surface of the porous membrane. Among these, it is preferable that the pore diameter continuously increases in the thickness direction at least from the dense portion toward the surface opposite to the surface X, and the pore size is preferably increased in the thickness direction from the dense portion to any surface of the porous membrane. It is more preferable that the pore size increases continuously. "Pore diameter continuously increases in the thickness direction" means that the difference in average pore diameter between adjacent sections in the thickness direction is 50% or less of the difference between the maximum average pore diameter (maximum pore diameter) and the minimum average pore diameter (minimum pore diameter) , preferably 40% or less, more preferably 30% or less. "Continuously increasing" essentially means uniformly increasing without decreasing, but the site of decrease may occur accidentally. For example, when combining two sections from the surface, if the average value of the combinations increases uniformly (decreases uniformly when going from the surface to the dense area), then "from the dense area to the surface of the membrane The pore diameter increases continuously in the thickness direction."
多孔質膜の最大孔径は0.1μm超であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、1.5μm超であることがさらに好ましく、また、25μm以下であることが好ましく、23μm以下であることがより好ましく、21μm以下であることがさらに好ましい。本明細書において、上記膜断面の区分のうちで平均孔径が最大となる区分のその平均孔径を多孔質膜の最大孔径とする。 The maximum pore size of the porous membrane is preferably greater than 0.1 μm, more preferably 1.0 μm or more, even more preferably greater than 1.5 μm, and preferably 25 μm or less, and 23 μm. It is more preferably 21 μm or less, and further preferably 21 μm or less. In the present specification, the average pore size of the section having the largest average pore size among the sections of the membrane cross section is defined as the maximum pore size of the porous membrane.
緻密部位の平均孔径と多孔質膜の最大孔径との比(多孔質膜の最小孔径と最大孔径との比であって最大孔径を最小孔径で割った値、本明細書において「異方性比」ということもある。)は、3以上が好ましく、4以上がより好ましく、5以上がさらに好ましい。緻密部位以外の平均孔径を大きくし、多孔質膜の物質透過性を高くするためである。また、異方性比は、25以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。上記の多段濾過のような効果は異方性比が25以下の範囲で効率よく得られるためである。
平均孔径が最大となる区分は膜のいずれかの表面にもっとも近い区分またはその区分に接する区分であることが好ましい。
The ratio of the average pore size of the dense portion to the maximum pore size of the porous membrane (the ratio of the minimum pore size to the maximum pore size of the porous membrane, the maximum pore size divided by the minimum pore size, herein referred to as the "anisotropic ratio ) is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and even more preferably 5 or more. This is to increase the average pore size of areas other than the dense portions, thereby increasing the substance permeability of the porous membrane. Also, the anisotropy ratio is preferably 25 or less, more preferably 20 or less. This is because the effect of multi-stage filtration can be obtained efficiently in the range of the anisotropic ratio of 25 or less.
Preferably, the section with the largest average pore size is the section closest to or in contact with either surface of the membrane.
膜のいずれかの表面にもっとも近い区分においては、平均孔径が0.05μm超25μm以下であることが好ましく、0.08μm超23μm以下であることがより好ましく、0.1μm超21μm以下であることがさらに好ましい。また、膜のいずれかの表面にもっとも近い区分の平均孔径と緻密部位の平均孔径との比は、1.2以上20以下であることが好ましく、1.5以上15以下であることがより好ましく、2以上13以下であることがさらに好ましい。 In the section closest to either surface of the membrane, the average pore size is preferably greater than 0.05 μm and no greater than 25 μm, more preferably greater than 0.08 μm and no greater than 23 μm, and greater than 0.1 μm and no greater than 21 μm. is more preferred. In addition, the ratio of the average pore size of the section closest to either surface of the membrane to the average pore size of the dense portion is preferably 1.2 or more and 20 or less, more preferably 1.5 or more and 15 or less. , 2 or more and 13 or less.
多孔質膜の厚みは、特に限定されないが、膜強度、取扱性、ろ過性能、およびろ過寿命の観点から、10μm~1000μmであればよく、10μm~500μmであることが好ましく、30μm~300μmであることがより好ましい。 The thickness of the porous membrane is not particularly limited, but may be 10 μm to 1000 μm, preferably 10 μm to 500 μm, and 30 μm to 300 μm from the viewpoint of membrane strength, handleability, filtration performance, and filtration life. is more preferable.
多孔質膜は単一の層として1つの組成物から形成された膜であることが好ましく、複数層の積層構造ではないことが好ましい。 The porous membrane is preferably a membrane formed from one composition as a single layer, and preferably not a laminated structure of multiple layers.
<多孔質膜の製造方法>
本発明の多孔質膜の製造方法は特に限定されず、通常のポリマー膜形成方法をいずれも用いることができる。ポリマー膜形成方法としては延伸法および流延法などが挙げられるが、多孔質膜の製造には、流延法を用いることが特に好ましい。流延法において、製膜原液に用いる溶媒の種類および量や流延後の乾燥方法を調節することにより孔径分布を有する多孔質膜を作製することができる。
<Method for producing porous membrane>
The method for producing the porous membrane of the present invention is not particularly limited, and any ordinary method for forming a polymer membrane can be used. Examples of methods for forming a polymer film include a drawing method and a casting method, and it is particularly preferable to use a casting method for producing a porous film. In the casting method, a porous membrane having a pore size distribution can be produced by adjusting the type and amount of the solvent used in the membrane-forming stock solution and the drying method after casting.
流延法による多孔質膜の製造は、例えば以下(1)~(4)をこの順で含む方法で行なうことができる。
(1)ポリマー、親水性材料、ポリビニルピロリドン、および必要に応じて、その他の添加剤および溶媒を含む製膜原液を溶解状態で支持体上に流延する。
(2)流延された液膜の表面に調温湿風を当てる。
(3)調温湿風を当てた後に得られる膜を凝固液に浸漬する。
(4)必要に応じて支持体を剥離する。
The production of the porous membrane by the casting method can be carried out, for example, by a method including the following (1) to (4) in this order.
(1) A membrane-forming stock solution containing a polymer, a hydrophilic material, polyvinylpyrrolidone, and, if necessary, other additives and a solvent is cast on a support in a dissolved state.
(2) The surface of the cast liquid film is exposed to a temperature-controlled humid air.
(3) The film obtained after being exposed to temperature-controlled moist air is immersed in a coagulating liquid.
(4) Peel off the support if necessary.
調温湿風の温度は、4℃~60℃、好ましくは10℃~40℃であればよい。調温湿風の相対湿度は、15%~100%、好ましくは25%~95%であればよい。調温湿風は、0.1m/秒~10m/秒の風速で0.1秒間~30秒間、好ましくは1秒間~10秒間、当てていればよい。 The temperature of the temperature-controlled humid air may be 4°C to 60°C, preferably 10°C to 40°C. The relative humidity of the temperature-controlled humid air may be 15% to 100%, preferably 25% to 95%. The temperature-controlled wet air may be applied at a wind speed of 0.1 m/sec to 10 m/sec for 0.1 sec to 30 sec, preferably 1 sec to 10 sec.
また、緻密部位の平均孔径および位置も、調温湿風中に含まれる水分濃度、調温湿風を当てる時間によって制御することができる。なお、緻密部位の平均孔径は、製膜原液中の含有水分量によっても制御することができる。 In addition, the average pore size and position of the dense portion can also be controlled by the moisture concentration contained in the temperature-controlled humid air and the time for which the temperature-controlled and humid air is applied. The average pore size of the dense portion can also be controlled by the amount of water contained in the membrane-forming stock solution.
上記のように液膜の表面に調温湿風を当てることによって、溶媒の蒸発の制御を行い、液膜の表面から膜内に向かってコアセルベーションを起こすことができる。この状態でポリマーの溶解性が低いがポリマーの溶媒に相溶性を有する溶媒を収容する凝固液に浸漬することによって、上記のコアセルベーション相を微細孔として固定させ微細孔以外の細孔も形成することができる。 By applying temperature-controlled moist air to the surface of the liquid film as described above, evaporation of the solvent can be controlled and coacervation can occur from the surface of the liquid film toward the inside of the film. In this state, the coacervation phase is fixed as micropores and pores other than the micropores are formed by immersing the polymer in a coagulation liquid containing a solvent having low polymer solubility but compatibility with the polymer solvent. can do.
上記の凝固液に浸漬する過程において凝固液の温度は-10℃~80℃であればよい。この間で温度を変化させることによって、緻密部位から支持体面側に向けてのコアセルベーション相の形成から凝固に至るまでの時間を調節し、支持体面側に至るまでの孔径の大きさを制御することが可能である。凝固液の温度を高くすると、コアセルベーション相の形成が早くなり凝固に至るまでの時間が長くなるため、支持体面側へ向かう孔径は大きくなりやすい。一方、凝固液の温度を低くすると、コアセルベーション相の形成が遅くなり凝固に至るまでの時間が短くなるため、支持体面側へ向かう孔径は大きくなりにくい。 The temperature of the coagulating liquid may be -10°C to 80°C during the immersion in the coagulating liquid. By changing the temperature in this range, the time from the formation of the coacervation phase toward the support surface side from the dense portion to solidification is adjusted, and the size of the pore diameter up to the support surface side is controlled. It is possible. When the temperature of the coagulating liquid is increased, the formation of the coacervation phase is accelerated and the time until solidification is lengthened, so that the pore diameter toward the surface of the support tends to increase. On the other hand, when the temperature of the coagulating liquid is lowered, the formation of the coacervation phase is delayed and the time until solidification is shortened, so that the pore diameter toward the surface of the support is less likely to increase.
支持体としては、プラスチックフィルムまたはガラス板を用いればよい。プラスチックフィルムの材料の例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、シリコーンなどが挙げられる。支持体としてはガラス板またはPETが好ましく、PETがより好ましい。 A plastic film or a glass plate may be used as the support. Examples of plastic film materials include polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonates, acrylic resins, epoxy resins, polyurethanes, polyamides, polyolefins, cellulose derivatives, and silicones. A glass plate or PET is preferable as the support, and PET is more preferable.
製膜原液は溶媒を含んでいてもよい。溶媒は使用するポリマーの溶解性が高い溶媒(以下、「良溶媒」ということがある)を用いればよい。溶媒は膜を凝固液に浸漬した場合速やかに凝固液と置換されるものが好ましい。溶媒の例としては、N-メチル-2-ピロリドン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドあるいはこれらの混合溶媒が挙げられる。これらのうち、N-メチル-2-ピロリドンを用いることが好ましい。 The membrane-forming stock solution may contain a solvent. A solvent in which the polymer to be used is highly soluble (hereinafter sometimes referred to as a "good solvent") may be used. It is preferable that the solvent is quickly replaced with the coagulating liquid when the membrane is immersed in the coagulating liquid. Examples of solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, dioxane, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, and mixed solvents thereof. Among these, it is preferable to use N-methyl-2-pyrrolidone.
製膜原液は良溶媒に加えて、ポリマーの溶解性が低いが良溶媒に相溶性を有する溶媒(以下、「非溶媒」ということがある)を含むことが好ましい。非溶媒としては、水、セルソルブ類、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、ポリエチレングリコール、グリセリン等が挙げられる。これらのうち、水を用いることが好ましい。 In addition to the good solvent, the membrane-forming stock solution preferably contains a solvent in which the polymer has low solubility but is compatible with the good solvent (hereinafter sometimes referred to as "non-solvent"). Non-solvents include water, cellosolves, methanol, ethanol, propanol, acetone, tetrahydrofuran, polyethylene glycol, glycerin and the like. Among these, it is preferable to use water.
製膜原液におけるポリマー濃度は、5質量%以上35質量%以下、好ましくは10質量%以上30質量%以下であればよい。35質量%以下であることにより、得られる多孔質膜に十分な透過性(例えば水の透過性)を与えることができ、5質量%以上とすることにより選択的に物質を透過する多孔質膜の形成を担保することができる。添加剤の添加量は添加によって製膜原液の均一性が失われることが無い限り特に制限は無いが、溶媒に対して通常0.5容量%以上10容量%以下である。製膜原液が非溶媒と良溶媒とを含む場合、非溶媒の良溶媒に対する割合は、混合液が均一状態を保てる範囲であれば特に制限はないが、1.0質量%~50質量%が好ましく、2.0質量%~30質量%がより好ましく、3.0質量%~10質量%がさらに好ましい。 The concentration of the polymer in the membrane-forming solution may be 5% by mass or more and 35% by mass or less, preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less. When the amount is 35% by mass or less, sufficient permeability (for example, water permeability) can be imparted to the resulting porous membrane, and when the amount is 5% by mass or more, a porous membrane that selectively permeates substances can be obtained. can ensure the formation of The amount of the additive to be added is not particularly limited as long as the uniformity of the membrane-forming stock solution is not lost by the addition, but it is usually 0.5% by volume or more and 10% by volume or less based on the solvent. When the film-forming stock solution contains a non-solvent and a good solvent, the ratio of the non-solvent to the good solvent is not particularly limited as long as the mixed solution can maintain a uniform state, but 1.0% by mass to 50% by mass. It is preferably 2.0% by mass to 30% by mass, and even more preferably 3.0% by mass to 10% by mass.
また、多孔質膜を製造するための製膜原液においては、親水性材料は、上記ポリマーの総質量に対し、0.1質量%~10質量%で含まれていることが好ましく、0.3質量%~5質量%で含まれていることがより好ましい。 In addition, in the membrane-forming stock solution for producing the porous membrane, the hydrophilic material is preferably contained in an amount of 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the total mass of the polymer, and 0.3% by mass. More preferably, it is contained in a mass % to 5 mass %.
また、多孔質膜を製造するための製膜原液においては、ポリビニルピロリドンは、上記ポリマーの総質量に対し、50質量%~120質量%で含まれていることが好ましく、80質量%~110質量%で含まれていることがより好ましい。このような製膜原液を用いることにより、ポリビニルピロリドンを0.05~8.0質量%程度含む多孔質膜が得られる。ポリビニルピロリドンの量が減っているのは、ポリビニルピロリドンは、洗浄工程で大部分が除かれるためである。
さらに、製膜原液が添加剤として塩化リチウムを含むとき、塩化リチウムは、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンの総質量に対し、5質量%~20質量%で含まれていることが好ましく、10質量%~15質量%で含まれていることがより好ましい。
In addition, in the membrane-forming stock solution for producing the porous membrane, polyvinylpyrrolidone is preferably contained in an amount of 50% by mass to 120% by mass, more preferably 80% by mass to 110% by mass, with respect to the total mass of the polymer. % is more preferable. By using such a film forming stock solution, a porous film containing polyvinylpyrrolidone in an amount of about 0.05 to 8.0% by mass can be obtained. The amount of polyvinylpyrrolidone is reduced because the polyvinylpyrrolidone is largely removed during the washing process.
Furthermore, when the membrane-forming stock solution contains lithium chloride as an additive, lithium chloride is preferably contained in an amount of 5% to 20% by weight, preferably 10% by weight to 20% by weight, based on the total weight of polysulfone and polyethersulfone. It is more preferably contained at 15% by mass.
凝固液としては、ポリマーの溶解度が低い溶媒を用いることが好ましい。このような溶媒の例としては、水、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、ジエチレングリコールなどのグリコール類;エーテル、n-ヘキサン、n-ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;グリセリン等のグリセロール類などが挙げられる。好ましい凝固液の例としては、水、アルコール類またはこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらのうち、水を用いることが好ましい。 As the coagulating liquid, it is preferable to use a solvent in which the polymer has low solubility. Examples of such solvents include alcohols such as water, methanol, ethanol and butanol; glycols such as ethylene glycol and diethylene glycol; aliphatic hydrocarbons such as ether, n-hexane and n-heptane; Examples include glycerols. Examples of preferred coagulating liquids include water, alcohols, or mixtures of two or more thereof. Among these, it is preferable to use water.
凝固液への浸漬の後、使用した凝固液とは異なる溶媒で洗浄を行なうことも好ましい。洗浄は、溶媒に浸漬することにより行なうことができる。洗浄溶媒としてはジエチレングリコールが好ましい。多孔質膜の製膜原液にポリビニルピロリドンを添加する場合において、洗浄溶媒としてジエチレングリコールを用い、膜を浸漬するジエチレングリコールの温度および浸漬時間のいずれか一方または双方を調節することにより、ポリビニルピロリドンの膜への残量を制御することができる。ジエチレングリコールを用いた洗浄の後さらに、水で洗浄してもよい。 After immersion in the coagulating liquid, it is also preferable to wash with a solvent different from the coagulating liquid used. Washing can be performed by immersion in a solvent. Diethylene glycol is preferred as the washing solvent. When polyvinylpyrrolidone is added to the undiluted solution for forming a porous membrane, diethylene glycol is used as a washing solvent, and either one or both of the temperature and immersion time of diethylene glycol for immersing the membrane are adjusted to allow polyvinylpyrrolidone to adhere to the membrane. can control the remaining amount. After washing with diethylene glycol, it may be washed with water.
多孔質膜の製造方法については、特開昭63-141610号公報、特開平4-349927号公報、特公平4-68966号公報、特開平04-351645号公報、特開平9-227714号公報、特開2010-235808号公報等を参照することができる。 Methods for producing porous membranes are described in JP-A-63-141610, JP-A-4-349927, JP-B-4-68966, JP-A-04-351645, JP-A-9-227714, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-235808 can be referred to.
[滅菌処理]
多孔質膜には滅菌処理を行なってもよい。多孔質膜の滅菌処理として、例えば、高圧蒸気滅菌処理を行うことができる。特にオートクレーブを用いた高温高圧の水蒸気による処理を行うことが好ましい。通常、プラスチックに対する高圧蒸気滅菌処理は、飽和水蒸気によって加圧され110~140℃程度の環境下で10~30分間処理することによって行われるが、本発明の親水性多孔質膜の滅菌処理も同様の条件で行うことができる。滅菌処理に用いられるオートクレーブとしては、例えば、株式会社トミー精工製のSS325が挙げられる。
[Sterilization]
The porous membrane may be sterilized. As the sterilization treatment of the porous membrane, for example, autoclave sterilization treatment can be performed. In particular, it is preferable to perform treatment with high-temperature, high-pressure steam using an autoclave. Normally, high-pressure steam sterilization treatment for plastics is performed by pressurizing with saturated steam and treating in an environment of about 110 to 140 ° C. for 10 to 30 minutes, but the sterilization treatment of the hydrophilic porous membrane of the present invention is the same. can be done under the following conditions: Autoclaves used for sterilization include, for example, SS325 manufactured by Tomy Seiko Co., Ltd.
<多孔質膜の用途>
本発明の多孔質膜はろ過膜として各種用途で使用することができる。ろ過膜は、種々の高分子、微生物、酵母、微粒子を含有あるいは懸濁する液体の分離、精製、回収、濃縮などに適用され、特にろ過を必要とする微細な微粒子を含有する液体からその微粒子を分離する必要のある場合に適用することができる。例えば、微粒子を含有する各種の懸濁液、発酵液あるいは培養液などの他、顔料の懸濁液などから微粒子を分離するときにろ過膜を使用することができる。本発明の多孔質膜は、具体的には、製薬工業における薬剤の製造、食品工業におけるビールなどのアルコール飲料製造、電子工業分野での微細な加工、精製水の製造などにおいて必要となる精密ろ過膜として使用することができる。
<Application of porous membrane>
The porous membrane of the present invention can be used in various applications as a filtration membrane. Filtration membranes are applied to separation, purification, recovery, and concentration of liquids containing or suspending various macromolecules, microorganisms, yeast, and fine particles. can be applied when it is necessary to separate For example, a filtration membrane can be used when separating fine particles from various suspensions containing fine particles, fermentation liquids, culture solutions, pigment suspensions, and the like. Specifically, the porous membrane of the present invention is used in the production of drugs in the pharmaceutical industry, the production of alcoholic beverages such as beer in the food industry, the fine processing in the electronics industry, and the precision filtration required in the production of purified water. It can be used as a membrane.
孔径分布を有する本発明の多孔質膜をろ過膜として用いるとき、より孔径が小さい部位がろ過液の出口側(アウトレット側)に近くなるように配置してろ過を行うことにより、微粒子を効率よく捕捉することができる。また、孔径分布を有する多孔質膜では、その表面から導入された微細粒子が最小孔径部分に到達する以前に吸着または付着によって除かれる。したがって、目詰まりを起こしにくく、長期間にわたって高いろ過効率を維持することができる。 When the porous membrane of the present invention having a pore size distribution is used as a filtration membrane, fine particles are efficiently removed by arranging the portion with the smaller pore size close to the outlet side (outlet side) of the filtrate and performing filtration. can be captured. Also, in a porous membrane having a pore size distribution, fine particles introduced from the surface are removed by adsorption or adhesion before reaching the minimum pore size portion. Therefore, clogging is unlikely to occur, and high filtration efficiency can be maintained over a long period of time.
本発明の多孔質膜は、用途に応じた形状に加工して、種々の用途に用いることができる。多孔質膜の形状としては、平膜状、管状、中空糸状、プリーツ状、繊維状、球状粒子状、破砕粒子状、塊状連続体状などが挙げられる。多孔質膜の親水化処理前に用途に応じた形状に加工してもよく、多孔質膜の親水化処理後に用途に応じた形状に加工してもよい。 The porous membrane of the present invention can be processed into a shape according to the application and used in various applications. Examples of the shape of the porous membrane include flat membrane, tubular, hollow fiber, pleated, fibrous, spherical particles, crushed particles, and continuous lumps. The porous membrane may be processed into a shape according to the application before the hydrophilization treatment of the porous membrane, or may be processed into a shape according to the application after the hydrophilization treatment of the porous membrane.
多孔質膜は、各種用途に用いられる装置において容易に取り外し可能であるカートリッジに装着されてもよい。カートリッジにおいて多孔質膜はろ過膜として機能しうる形態で保持されていることが好ましい。多孔質膜を保持したカートリッジは、公知の多孔質膜カートリッジと同様に製造することができ、例えば、国際公開2005/037413号、特開2012-045524号公報を参照することができる。 The porous membrane may be mounted in a cartridge that is easily removable in equipment for various applications. The porous membrane is preferably retained in the cartridge in a form capable of functioning as a filtration membrane. A cartridge holding a porous membrane can be manufactured in the same manner as known porous membrane cartridges, and for example, reference can be made to International Publication No. 2005/037413 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-045524.
例えば、フィルターカートリッジは、以下のように製造することができる。
長尺の多孔質膜を短辺(幅)方向で折り目がつくようにプリーツ加工する。例えば、通常2枚の膜サポートの間に挟んで、公知の方法でプリーツ加工することができる。膜サポートとしては不織布、織布、ネットなどを使用すればよい。膜サポートは、ろ過圧変動に対してろ過膜を補強すると同時に、ひだの奥に液を導入するために機能する。プリーツひだの幅は例えば5mmから25mmであればよい。プリーツ加工した多孔質膜は円筒状に丸め、その合わせ目をシールすればよい。
For example, a filter cartridge can be manufactured as follows.
A long porous membrane is pleated so that creases are formed in the short side (width) direction. For example, it can be sandwiched, usually between two membrane supports, and pleated by known methods. A non-woven fabric, a woven fabric, a net, or the like may be used as the membrane support. The membrane support functions to reinforce the filtration membrane against filtration pressure fluctuations and at the same time to introduce liquid into the depths of the pleats. The width of the pleat folds may be, for example, 5 mm to 25 mm. The pleated porous membrane may be rolled into a cylindrical shape and the joints thereof may be sealed.
円筒状の多孔質膜はエンドプレートにエンドシールされる、エンドシールはエンドプレート材質にしたがって公知の方法で行えばよい。エンドプレートに熱硬化性のエポキシ樹脂を使用する時は、調合したエポキシ樹脂接着剤の液体をポッティング型中に流し込み、予備硬化させて接着剤の粘度が適度に高くなってから、円筒状ろ材の片端面をこのエポキシ接着剤中に挿入し、その後加熱して完全に硬化させればよい。エンドプレートの材質がポリプロピレンやポリエステルの如き熱可塑性樹脂の時は、熱溶融した樹脂を型に流し込んだ直後に円筒状ろ材の片端面を樹脂の中に挿入する方法を行ってもよい。一方、既に成形されたエンドプレートのシール面のみを熱板に接触させたり赤外線ヒーターを照射したりしてプレート表面だけを溶融し、円筒状ろ材の片端面をプレートの溶融面に押しつけて溶着してもよい。 The cylindrical porous membrane is end-sealed to the end plate. The end-sealing may be performed by a known method according to the material of the end plate. When using a thermosetting epoxy resin for the end plate, pour the prepared epoxy resin adhesive liquid into the potting mold and pre-cure it so that the viscosity of the adhesive becomes moderately high. One end face can be inserted into this epoxy and then heated to fully cure. When the material of the end plate is a thermoplastic resin such as polypropylene or polyester, a method of inserting one end face of the cylindrical filter medium into the resin immediately after pouring the melted resin into the mold may be performed. On the other hand, only the seal surface of the already formed end plate is brought into contact with a hot plate or irradiated with an infrared heater to melt only the plate surface, and one end surface of the cylindrical filter medium is pressed against the melted surface of the plate and welded. may
組み立てられたフィルターカートリッジはさらに公知の洗浄工程に付してもよい。
なお、多孔質膜におけるヒドロキシアルキルセルロースは、フィルターカートリッジにおいて、一部または全てが洗浄工程等で用いられる溶剤に溶解して除去されていてもよい。
The assembled filter cartridge may be subjected to further washing steps known in the art.
A part or all of the hydroxyalkyl cellulose in the porous membrane may be dissolved in a solvent used in a washing step or the like to be removed in the filter cartridge.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 EXAMPLES The characteristics of the present invention will be described more specifically below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, proportions, treatment details, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed to be limited by the specific examples shown below.
[多孔質膜の形成]
(実施例1~18)
N-メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬社製、特級)68.7質量%に表1に記載の親水性材料を0.3質量%混合し、200rpmで30分間撹拌した。次に、ポリビニルピロリドン(ピッツコールk-50)を15.6質量%混合し、300rpmで25分間撹拌した。次にポリスルホン(Solvay社、ユーデルP-3500LCD、実施例18のみ、ポリエーテルスルホン(スミカエクセルPES 5200P))を14.5質量%混合し、300rpmで120分間撹拌した。最後に塩化リチウム(富士フイルム和光純薬社製、分子生物学用)を1質量%添加し300rpmで30分間撹拌した。撹拌はすべてスリーワンモーター(新東科学社製、BL600)を用いて行った。
[Formation of porous membrane]
(Examples 1 to 18)
0.3% by mass of the hydrophilic material shown in Table 1 was mixed with 68.7% by mass of N-methylpyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, special grade) and stirred at 200 rpm for 30 minutes. Next, 15.6% by mass of polyvinylpyrrolidone (Pittscol k-50) was mixed and stirred at 300 rpm for 25 minutes. Next, polysulfone (Solvay, Udel P-3500LCD, Example 18 only, polyethersulfone (Sumika Excel PES 5200P)) was mixed at 14.5% by mass and stirred at 300 rpm for 120 minutes. Finally, 1% by mass of lithium chloride (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for molecular biology) was added and stirred at 300 rpm for 30 minutes. All stirring was performed using a three-one motor (manufactured by Shinto Kagaku, BL600).
調製した液は、常温で15時間静置し脱泡を行った。PET基材(東洋紡社製、A4300)上にアプリケータを用いて、乾燥厚みが140μmになるように液を塗布した。塗布しながら、露点15℃の湿度風を1.9m/sの風速で15秒間あてた。次に、4℃の水槽に20分間浸漬し、膜を凝固させた。PET基材から多孔質膜を剥離し、80℃のオーブンで10分間乾燥させ、多孔質膜を得た。膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)撮影画像から測定した乾燥後の多孔質膜の厚みは、いずれも概ね140μmであり、また、多孔質膜は緻密部位を内部に有する非対称構造を有していた。 The prepared liquid was allowed to stand at room temperature for 15 hours to defoam. The liquid was applied onto a PET substrate (A4300, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using an applicator so that the dry thickness would be 140 μm. While applying, a humid wind with a dew point of 15°C was applied for 15 seconds at a wind speed of 1.9 m/s. Next, it was immersed in a water bath at 4°C for 20 minutes to solidify the film. The porous membrane was peeled off from the PET substrate and dried in an oven at 80° C. for 10 minutes to obtain a porous membrane. The thickness of the porous membrane after drying, as measured from the cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image, was approximately 140 μm, and the porous membrane had an asymmetric structure with a dense portion inside. rice field.
(比較例1)
N-メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬社製、特級)68.9質量%にポリビニルピロリドン(ピッツコールk-50)を15.6質量%混合し、300rpmで25分間撹拌した。次にポリスルホン(Solvay社、ユーデルP-3500LCD)を14.5質量%混合し、300rpmで120分間撹拌した。最後に塩化リチウム(富士フイルム和光純薬社製、分子生物学用)を1質量%添加し300rpmで30分間撹拌した。撹拌はすべてスリーワンモーター(新東科学社製、BL600)を用いて行った。
親水性材料溶液は、水(orエタノール)99.3質量%と表1に記載の親水性材料0.7質量%とを混合し、スターラーで30分間撹拌した。
(Comparative example 1)
15.6% by mass of polyvinylpyrrolidone (Pittscol k-50) was mixed with 68.9% by mass of N-methylpyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, special grade) and stirred at 300 rpm for 25 minutes. Next, 14.5% by mass of polysulfone (Solvay, Udel P-3500LCD) was mixed and stirred at 300 rpm for 120 minutes. Finally, 1% by mass of lithium chloride (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for molecular biology) was added and stirred at 300 rpm for 30 minutes. All stirring was performed using a three-one motor (manufactured by Shinto Kagaku, BL600).
The hydrophilic material solution was prepared by mixing 99.3% by mass of water (or ethanol) and 0.7% by mass of the hydrophilic material shown in Table 1 and stirring the mixture for 30 minutes with a stirrer.
調製した液は、常温で15時間静置し脱泡を行った。PET基材(東洋紡社製、A4300)上にアプリケータを用いて、乾燥厚みが140μmになるように液を塗布した。塗布しながら、露点15℃の湿度風を1.9m/sの風速で20sあてた。次に、4℃の水槽に20分間浸漬し、膜を凝固させた。PET基材から多孔質膜を剥離し、80℃のオーブンで10分間乾燥させ、多孔質膜を得た。得られた多孔質膜を親水性材料溶液に30秒間浸漬し、引き上げた。膜重量が孔に溶液が100%充填された状態になるように、多孔質膜の表面の余分な溶液をキムタオルでふき取った。これを80℃のオーブンで10分間乾燥させ、多孔質膜を得た。膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)撮影画像から測定した乾燥後の多孔質膜の厚みは、概ね140μmであり、また、多孔質膜は緻密部位を内部に有する非対称構造を有していた。 The prepared liquid was allowed to stand at room temperature for 15 hours to defoam. The liquid was applied onto a PET substrate (A4300, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using an applicator so that the dry thickness would be 140 μm. While applying, a humid wind with a dew point of 15°C was applied for 20 seconds at a wind speed of 1.9 m/s. Next, it was immersed in a water bath at 4°C for 20 minutes to solidify the film. The porous membrane was peeled off from the PET substrate and dried in an oven at 80° C. for 10 minutes to obtain a porous membrane. The resulting porous membrane was immersed in the hydrophilic material solution for 30 seconds and pulled out. Excess solution on the surface of the porous membrane was wiped off with Kimtowel so that the membrane weight was such that the pores were 100% filled with the solution. This was dried in an oven at 80° C. for 10 minutes to obtain a porous membrane. The thickness of the dried porous membrane measured from a scanning electron microscope (SEM) image of the cross section of the membrane was approximately 140 μm, and the porous membrane had an asymmetric structure with a dense portion inside.
(比較例2~6)
N-メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬社製、特級)68.7質量%に表1に記載の親水性材料を0.3質量%混合し、200rpmで30分間撹拌した。次に、ポリビニルピロリドン(ピッツコールk-50)を15.6質量%混合し、300rpmで25分間撹拌した。次にポリスルホン(Solvay社、ユーデルP-3500LCD)を14.5質量%混合し、300rpmで120分間撹拌した。最後に塩化リチウム(富士フイルム和光純薬社製、分子生物学用)を1質量%添加し300rpmで30分間撹拌した。撹拌はすべてスリーワンモーター(新東科学社製、BL600)を用いて行った。
(Comparative Examples 2 to 6)
0.3% by mass of the hydrophilic material shown in Table 1 was mixed with 68.7% by mass of N-methylpyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, special grade) and stirred at 200 rpm for 30 minutes. Next, 15.6% by mass of polyvinylpyrrolidone (Pittscol k-50) was mixed and stirred at 300 rpm for 25 minutes. Next, 14.5% by mass of polysulfone (Solvay, Udel P-3500LCD) was mixed and stirred at 300 rpm for 120 minutes. Finally, 1% by mass of lithium chloride (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for molecular biology) was added and stirred at 300 rpm for 30 minutes. All stirring was performed using a three-one motor (manufactured by Shinto Kagaku, BL600).
調製した液は、常温で15時間静置し脱泡を行った。PET基材(東洋紡社製、A4300)上にアプリケータを用いて、乾燥厚みが140μmになるように液を塗布した。塗布しながら、露点15℃の湿度風を1.9m/sの風速で15秒間あてた。次に、4℃の水槽に20分間浸漬し、膜を凝固させた。PET基材から多孔質膜を剥離し、80℃のオーブンで10分間乾燥させ、多孔質膜を得た。膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)撮影画像から測定した乾燥後の多孔質膜の厚みは、いずれも概ね140μmであり、また、多孔質膜は緻密部位を内部に有する非対称構造を有していた。 The prepared liquid was allowed to stand at room temperature for 15 hours to defoam. The liquid was applied onto a PET substrate (A4300, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using an applicator so that the dry thickness would be 140 μm. While applying, a humid wind with a dew point of 15°C was applied for 15 seconds at a wind speed of 1.9 m/s. Next, it was immersed in a water bath at 4°C for 20 minutes to solidify the film. The porous membrane was peeled off from the PET substrate and dried in an oven at 80° C. for 10 minutes to obtain a porous membrane. The thickness of the porous membrane after drying, as measured from the cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image, was approximately 140 μm, and the porous membrane had an asymmetric structure with a dense portion inside. rice field.
(比較例7)
N-メチルピロリドン(富士フイルム和光純薬社製、特級)68.9質量%にポリビニルピロリドン(ピッツコールk-50)を15.6質量%混合し、300rpmで25分間撹拌した。次にポリスルホン(Solvay社、ユーデルP-3500LCD)を14.5質量%混合し、300rpmで120分間撹拌した。最後に塩化リチウム(富士フイルム和光純薬社製、分子生物学用)を1質量%添加し300rpmで30分間撹拌した。撹拌はすべてスリーワンモーター(新東科学社製、BL600)を用いて行った。
(Comparative Example 7)
15.6% by mass of polyvinylpyrrolidone (Pittscol k-50) was mixed with 68.9% by mass of N-methylpyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, special grade) and stirred at 300 rpm for 25 minutes. Next, 14.5% by mass of polysulfone (Solvay, Udel P-3500LCD) was mixed and stirred at 300 rpm for 120 minutes. Finally, 1% by mass of lithium chloride (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for molecular biology) was added and stirred at 300 rpm for 30 minutes. All stirring was performed using a three-one motor (manufactured by Shinto Kagaku, BL600).
調製した液は、常温で15時間静置し脱泡を行った。PET基材(東洋紡社製、A4300)上にアプリケータを用いて、乾燥厚みが140μmになるように液を塗布した。塗布しながら、露点15℃の湿度風を1.9m/sの風速で15秒間あてた。次に、4℃の水槽に20分間浸漬し、膜を凝固させた。PET基材から多孔質膜を剥離し、80℃のオーブンで10分間乾燥させ、多孔質膜を得た。膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)撮影画像から測定した乾燥後の多孔質膜の厚みは、概ね140μmであり、また、多孔質膜は緻密部位を内部に有する非対称構造を有していた。 The prepared liquid was allowed to stand at room temperature for 15 hours to defoam. The liquid was applied onto a PET substrate (A4300, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using an applicator so that the dry thickness would be 140 μm. While applying, a humid wind with a dew point of 15°C was applied for 15 seconds at a wind speed of 1.9 m/s. Next, it was immersed in a water bath at 4°C for 20 minutes to solidify the film. The porous membrane was peeled off from the PET substrate and dried in an oven at 80° C. for 10 minutes to obtain a porous membrane. The thickness of the dried porous membrane measured from a scanning electron microscope (SEM) image of the cross section of the membrane was approximately 140 μm, and the porous membrane had an asymmetric structure with a dense portion inside.
[TOF-SIMS測定]
各実施例および比較例の多孔質膜を液体窒素で凍結させ、厚み方向で1次面から10μm付近を剃刀を用いて押し切りで割断し、膜内部の孔の表面を露出させた。露出した孔から任意に選んだ5つの孔の表面サンプルをTOF-SIMS装置(アルバック・ファイ社製、TRIFT V nano TOF)に導入し、測定領域1×1μm、スパッタ速度:70nm/min、1次イオン銃:Bi3++(30kV,DC2.0nA)を照射し、2次イオンを質量分析し、孔表面からの深さ(nm)に対する、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンの由来のイオン強度および親水性材料のイオン強度のTOF-SIMSスペクトルを得た。なお、観測したフラグメントは以下のとおりである。
ポリスルホンまたはポリエーテルスルホン:C6H5
+(m/z=77)
一般式(I):C3H3O+(m/Z=55)もしくは、C4H5O+(m/z=69)
一般式(II):C6H10NO+(m/z=112.3)
一般式(III):C3H3O+(m/z=55)
[TOF-SIMS measurement]
The porous membrane of each example and comparative example was frozen with liquid nitrogen, and cut by pressing with a razor at about 10 μm from the primary surface in the thickness direction to expose the surface of the pores inside the membrane. Surface samples of five holes arbitrarily selected from the exposed holes were introduced into a TOF-SIMS device (TRIFT V nano TOF manufactured by ULVAC-PHI), a measurement area of 1 × 1 μm, a sputtering speed of 70 nm / min, primary Ion gun: Bi3 ++ (30 kV, DC 2.0 nA) irradiation, secondary ion mass spectrometry, ionic strength and hydrophilic material derived from polysulfone or polyethersulfone versus depth (nm) from the pore surface A TOF-SIMS spectrum of ionic strength was obtained. The observed fragments are as follows.
Polysulfone or polyethersulfone: C 6 H 5 + (m/z=77)
General formula (I): C3H3O + ( m/Z=55) or C4H5O + ( m/z=69)
General formula (II): C6H10NO + (m/z= 112.3 )
General formula ( III ): C3H3O + (m/z=55)
上記のTOF-SIMSスペクトルから、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンのイオンが初めて観測された深さからその深さから140nm深い深さまでの上記ポリマーのイオン強度の平均値(IA)、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンのイオンが初めて観測された深さでの親水性材料のイオン強度(IB0)、ポリスルホンまたはポリエーテルスルホンのイオンが初めて観測された深さから100nm深い深さでの親水性材料のイオン強度(IB100)を得て、それぞれの値について上記の5つのサンプルの値の平均値を求めた。IA、IB0、IB100の各値、およびこれらの値に基づき計算した「IB0/IB100」および「IB100/IA」を表1に示す。
実施例はいずれも以下の2つの式をいずれも満たしていた。
IB0/IB100>2
IB100/IA>0.05
From the above TOF-SIMS spectrum, the average value (I A ) of the ionic strength of the polymer from the depth where polysulfone or polyethersulfone ions were observed for the first time to a depth of 140 nm from that depth, polysulfone or polyethersulfone The ionic strength of the hydrophilic material (I B0 ) at the depth where the ions of polysulfone or polyethersulfone were first observed, and the ionic strength of the hydrophilic material at a depth of 100 nm from the depth at which the ions of polysulfone or polyethersulfone were first observed ( I B100 ) was obtained and the average value of the above five sample values was determined for each value. Table 1 shows the values of I A , I B0 , and I B100 , and “I B0 /I B100 ” and “I B100 /I A ” calculated based on these values.
All the examples satisfied both of the following two formulas.
I B0 /I B100 >2
I B100 /I A >0.05
[耐ファウリング性の評価]
超純水に牛血清アルブミン(シグマアルドリッチ社製)を4g/Lとなるように添加し、30分間撹拌した。この液を27℃に温調し、50kPaの圧力で100mlずつ10回、1次面から多孔質膜に通水した。1回目の通水量(初期通水量)RIと10回目の通水量(後期通水量)RFを比較し、RF/RIを耐ファウリング性能の指標として評価した。RF/RIの値が大きいほど多孔質膜の耐ファウリング性能が高い。RI、RF、およびRF/RIを表1に示す。
[Evaluation of fouling resistance]
Bovine serum albumin (manufactured by Sigma-Aldrich) was added to ultrapure water so as to be 4 g/L, and the mixture was stirred for 30 minutes. The temperature of this liquid was adjusted to 27° C., and 100 ml of each liquid was passed through the porous membrane from the primary surface ten times at a pressure of 50 kPa. The first water flow rate (initial water flow rate) R I and the tenth water flow rate (late water flow rate) R F were compared, and R F /R I was evaluated as an index of anti-fouling performance. The larger the R F /R I value, the higher the anti-fouling performance of the porous membrane. Table 1 shows R I , R F , and R F /R I .
Claims (10)
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体または一般式(II)もしくは一
般式(III)で表される重合体からなる親水性材料を前記骨格内部に含み、
前記親水性材料が孔表面に偏在している前記多孔質膜;
R1は水素原子またはメチル基を表し、
R2は水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基、または、PO3C2H4N(CH3)3を表し、
R3は水素原子を表し、ただし、R2とR3とが結合してR2が結合する酸素原子およびR3が結合する炭素原子とともに5員環を形成していてもよく、
tは1~9の整数であり、
一般式(I)で表されるモノマーユニットを含む重合体は一般式(I)で示されるモノマーユニットを60mol%以上含む重合体であり、
一般式(II)中、mおよびnは、それぞれ独立に整数であり、以下の式を満たし;
m/(n+m)=0.3~0.7
一般式(III)中、nは整数である。 A porous membrane having a backbone made of a polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone and further comprising polyvinylpyrrolidone,
A hydrophilic material comprising a polymer containing a monomer unit represented by general formula (I) or a polymer represented by general formula (II) or general formula (III) is included in the skeleton,
The porous membrane in which the hydrophilic material is unevenly distributed on the pore surfaces;
R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group;
R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a phenyl group , or PO3C2H4N ( CH3 ) 3 ;
R 3 represents a hydrogen atom, provided that R 2 and R 3 may combine to form a five-membered ring together with the oxygen atom to which R 2 is bonded and the carbon atom to which R 3 is bonded,
t is an integer from 1 to 9,
A polymer containing a monomer unit represented by general formula (I) is a polymer containing 60 mol% or more of a monomer unit represented by general formula (I),
In general formula (II), m and n are each independently an integer and satisfy the following formula;
m/(n+m)=0.3-0.7
In general formula (III), n is an integer.
IB0/IB100>2;
IB100/IA>0.05。 From the depth at which ions of the polymer selected from the group consisting of polysulfone and polyethersulfone are observed for the first time in the depth direction analysis from the pore surface using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. I A is the average value of the ionic strength of the polymer up to a depth of 140 nm, I B0 is the ionic strength of the hydrophilic material at the depth at which the polymer ions are observed for the first time, and the polymer ions are first observed. The porous membrane according to claim 1, which satisfies the following formula when the ionic strength of the hydrophilic material at a depth of 100 nm from the depth is I B100 ;
I B0 /I B100 >2;
I B100 /I A >0.05.
前記緻密部位から前記多孔質膜の少なくとも一方の膜表面に向かって厚み方向で孔径が連続的に増加している請求項1~8のいずれか一項に記載の多孔質膜。 It has a layered dense portion with the smallest pore size inside,
The porous membrane according to any one of claims 1 to 8, wherein the pore diameter continuously increases in the thickness direction from the dense portion toward at least one membrane surface of the porous membrane.
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