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公開番号2024086960
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-28
出願番号2024067934,2022113802
出願日2024-04-19,2017-10-20
発明の名称ろ過膜の作製
出願人トラスティーズオブタフツカレッジ
代理人個人
主分類B01D 71/36 20060101AFI20240621BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】ろ過膜を調製する方法を提供する。
【解決手段】その方法は、助溶媒と第1の有機溶媒との混合物中に統計コポリマーを溶解させることによりコポリマー溶液を提供する工程、前記コポリマー溶液を多孔質支持層上にコーティングして支持層上にポリマー層を形成する工程、前記支持層上のポリマー層を凝固させて薄膜複合膜を形成する工程、及び前記薄膜複合膜を水浴中に浸漬してろ過膜を得る工程を含む。また、その方法により調製されたろ過膜、並びにこのように調製されたろ過膜を用いて液体をろ過するプロセスも開示する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
多孔質支持層；及び
前記多孔質支持層上にコーティングされたポリマー層
を含むろ過膜であって、
前記ポリマー層は、前記多孔質支持層上において凝固して薄膜複合膜を形成し、助溶媒と有機溶媒との混合物中に統計コポリマーを溶解させることにより形成されたコポリマー溶液を含み、
前記有機溶媒は前記助溶媒と異なり、
前記コポリマー溶液は、１～９９ｗ／ｖ％の統計コポリマー、５～４９ｖ／ｖ％の助溶媒、及び５１～９５ｖ／ｖ％の有機溶媒を含み、
前記統計コポリマーは、双性イオン繰り返し単位及び疎水性繰り返し単位を含み、前記双性イオン繰り返し単位は統計コポリマーの３０～５０質量％を構成し、前記疎水性繰り返し単位は統計コポリマーの５０～７０質量％を構成し、かつ前記統計コポリマーは、ポリ（（トリフルオロエチルメタクリラート）－ｒ－（スルホベタインメタクリラート））、ポリ（（メチルメタクリラート）－ｒ－（スルホベタインメタクリラート））、ポリ（（トリフルオロエチルメタクリラート）－ｒ－（３－（２－ビニルピリジニウム－１－イル）プロパン－１－スルホナート））、ポリ（（トリフルオロエチルメタクリラート）－ｒ－（ホスホリルコリンメタクリラート）、及びポリ（（トリフルオロエチルメタクリラート）－ｒ－（３－（２－ビニルピリジニウム－１－イル）ブタン－１－スルホナート））からなる群から選択され、
前記助溶媒は水及び前記有機溶媒の両方と混和性を有し、
前記ろ過膜は、０．５～５ｎｍの有効孔径、及び１０Ｌｍ
－２
ｈ
－１
ｂａｒ
－１
以上の水透過係数を有する、ろ過膜。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記有機溶媒は、トリフルオロエタノール、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ヘキサフルオロイソプロパノール、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、ピリジン、ジオキサン、トルエン、クロロホルム、ベンゼン、四塩化炭素、クロロベンゼン、１，１，２－トリクロロエタン、ジクロロメタン、ジクロロエタン、キシレン、テトラヒドロフラン、メタノール、及びエタノールからなる群より選択される、請求項１に記載のろ過膜。
【請求項３】
前記助溶媒は、トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジオキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、２－ブタノール、２－ブタノン、メタノール、硝酸エチルアンモニウム、及びエタノールからなる群より選択される、請求項１に記載のろ過膜。
【請求項４】
前記多孔質支持層は、ポリマー層の有効孔径よりも大きい有効孔径を有し、かつポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンスフフィドスルホン、ポリアクリルニトリル、セルロースエステル、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリアリルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリアミド、ポリイミド、又はそれらの組合せにより形成される、請求項１に記載のろ過膜。
【請求項５】
前記多孔質支持層はフラットシート膜又は中空糸膜である、請求項４に記載のろ過膜。
【請求項６】
液体をろ過するプロセスであって、
支持層及びポリマー選択層を有する請求項１に記載のろ過膜を提供する工程；
液体を、最初にポリマー選択層を通し、その後支持層を通して、前記ろ過膜を通過させる工程；及び
前記ろ過膜を透過する液体を回収する工程；
を含む、プロセス。
【請求項７】
前記コポリマー溶液は２０ｖ／ｖ％の助溶媒を含む、請求項１に記載のろ過膜。
【請求項８】
前記膜は１０ｗ／ｖ％のコポリマーを含む、請求項１に記載のろ過膜。
【請求項９】
前記コポリマー溶液は２０ｖ／ｖ％の助溶媒を含み、前記膜は１０ｗ／ｖ％のコポリマーを含む、請求項１に記載のろ過膜。
【請求項１０】
前記有機溶媒はトリフルオロエタノールである、請求項１に記載のろ過膜。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
ろ過膜は、食品、乳製品、飲料及び医薬産業における精製及び分離でのその幅広い利用のため大いに注目されている。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
高流束（すなわち高透過性）及び高選択性を有する膜は、エネルギー効率のよい膜分離のために望ましい。膜透過流束を改善するための既存の方法としてグラフト及びブレンドが挙げられる。これらの方法は、非常に長い製造工程或いは後処理工程を必要とし、選択性の損失をもたらすか、或いは特定の膜タイプ（例えば、多孔質限外ろ過膜及び精密ろ過膜）のみを提供するかのいずれかであり、従って緻密選択層を有するろ過膜を作製する際にそれらの使用は制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高透過性でかつ高選択的なろ過膜を調製する新規な方法に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この要求を満たすためにろ過膜を調製する方法をここに開示する。
【０００５】
その方法は以下の工程：（ｉ）助溶媒（co-solvent）と第１の有機溶媒との混合物中に統計コポリマーを溶解させることによりコポリマー溶液を提供する工程；（ｉｉ）前記コポリマー溶液を多孔質支持層上にコーティングして支持層上にポリマー層を形成する工程；（ｉｉｉ）前記支持層上のポリマー層を凝固させて薄膜複合膜を形成する工程；及び（ｉｖ）前記薄膜複合膜を水浴中に浸漬してろ過膜を得る工程；を含む。
【０００６】
コポリマー溶液は、１～９９ｗ／ｖ％（例えば、１～５０ｗ／ｖ％、及び３～３０ｗ／ｖ％）で統計コポリマー、１～９９ｖ／ｖ％（例えば、１～８０ｖ／ｖ％、及び５～４９ｖ／ｖ％）で助溶媒、及び１～９９ｖ／ｖ％（例えば、２０～９９ｖ／ｖ％、及び５１～９５ｖ／ｖ％）で第１の有機溶媒を含有する。
【０００７】
統計コポリマーは、双性イオン繰り返し単位及び疎水性繰り返し単位を含み、双性イオン繰り返し単位は統計コポリマーの１５～７５質量％（例えば、２０～７０質量％、及び３０～５０質量％）を構成し、疎水性繰り返し単位は統計コポリマーの２５～８５質量％（例えば、３０～８０質量％、及び５０～７０質量％）を構成し、疎水性繰り返し単位は、０℃以上（例えば、室温以上）のガラス転移温度を有するホモポリマーを形成することができる。
【０００８】
助溶媒は、イオン液体、界面活性剤分子、又は第２の有機溶媒であってよい。重要なこととして、助溶媒は、水及び第１の有機溶媒の両方と混和性を有する。
【０００９】
第１の有機溶媒の例として、それらに限定はされないが、トリフルオロエタノール、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ヘキサフルオロイソプロパノール、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、ピリジン、ジオキサン、トルエン、クロロホルム、ベンゼン、四塩化炭素、クロロベンゼン、１，１，２－トリクロロエタン、ジクロロメタン、ジクロロエタン、キシレン、テトラヒドロフラン、メタノール、及びエタノールが挙げられる。第２の有機溶媒の例として、それらに限定はされないが、トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジオキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、２－ブタノール、２－ブタノン、メタノール、及びエタノールが挙げられる。
【００１０】
凝固工程、すなわち工程（ｉｉｉ）は、典型的には、（コポリマー溶液を多孔質支持層上に塗布した後に形成される）ポリマー層を６０分又はそれより少ない時間（例えば、１０分、及び２０秒）空気乾燥することにより行われる。それは、コーティング工程、すなわち工程（ｉｉ）で形成された多孔質支持層と一緒になったポリマー選択層を非溶媒浴中に６０分又はそれより少ない時間（例えば、２０分、及び１０分）浸漬することによっても行うことができる。典型的には、非溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、水、又はそれらの組合せである。
（【００１１】以降は省略されています）

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