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公開番号2024094012
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-09
出願番号2022210710
出願日2022-12-27
発明の名称限外ろ過膜及び限外ろ過膜の製造方法
出願人東レ株式会社
代理人弁理士法人栄光事務所
主分類B01D 71/06 20060101AFI20240702BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】ゼラチン溶液を高濃縮可能な限外ろ過膜を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、ゼラチンを含むゲル層と熱可塑性樹脂を含む支持層とを有する限外ろ過膜であって、純水透過係数が0.10m/h/bar以上0.30m/h/bar以下である、限外ろ過膜に関する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ゼラチンを含むゲル層と熱可塑性樹脂を含む支持層とを有する限外ろ過膜であって、
純水透過係数が０．１０ｍ／ｈ／ｂａｒ以上、０．３０ｍ／ｈ／ｂａｒ以下である、限外ろ過膜。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ゲル層の純水透過係数が０．１４ｍ／ｈ／ｂａｒ以上、０．３８ｍ／ｈ／ｂａｒ以下であり、
前記支持層の重量平均分子量４００００のデキストランの阻止率Ｒが４０％以上、８０％以下である、
請求項１に記載の限外ろ過膜。
【請求項３】
前記ゲル層の表面自由エネルギーΔＧｇｅｌが５０ｍＪ／ｍ
２
以上、９０ｍＪ／ｍ
２
以下である、
請求項１または２に記載の限外ろ過膜。
【請求項４】
前記ゲル層のろ過比抵抗αが１×１０
１３
ｍ／ｋｇ以上、１×１０
１４
ｍ／ｋｇ以下である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の限外ろ過膜。
【請求項５】
前記支持層がフッ化ビニリデン樹脂を含む熱可塑性樹脂からなる、
請求項１～４のいずれか１項に記載の限外ろ過膜。
【請求項６】
前記ゲル層に接する前記支持層の表面において、単位表面積あたり表面孔数を、前記表面の孔径の平均値で除した値Ｘが３０～１００個／μｍ
２
／ｎｍである、
請求項１～５のいずれか１項に記載の限外ろ過膜。
【請求項７】
前記ゲル層は前記支持層の一方の面に接するように配置され、
前記支持層は、前記ゲル層が接する前記一方の面に、長径ｄ
１
と短径ｄ
２
とを有する開口部を備え、
前記開口部の長径ｄ
１
と短径ｄ
２
との比ｄ
１
／ｄ
２
の平均値が１．１以上、１．４以下であり、
前記比ｄ
１
／ｄ
２
の標準偏差が０．３以下であり、
前記短径の平均ｄ
２ａｖｅ
が５ｎｍ以上、１５ｎｍ以下である、
請求項１～６のいずれか１項に記載の限外ろ過膜。
【請求項８】
前記支持層が中空糸膜である、
請求項１～７のいずれか１項に記載の限外ろ過膜。
【請求項９】
前記ゲル層に接する前記中空糸膜の面が外表面である、
請求項８に記載の限外ろ過膜。
【請求項１０】
請求項１～９のいずれか１項に記載の限外ろ過膜の製造方法であって、
前記支持層によって、重量平均分子量Ｍｗが１０，０００以上、３６０，０００以下を満たすゼラチンを含有するゼラチン溶液を、前記支持層の臨界圧力以上、臨界圧力の４倍以下の膜間差圧でろ過することで前記ゲル層を形成するゲル層形成工程を備える、
限外ろ過膜の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼラチン溶液の濃縮に用いられる限外ろ過膜及び該限外ろ過膜の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
発酵、医薬、食品飲料製造の分野においては、溶液から有用物を取り出す手段として乾燥が用いられる。また、乾燥の前に溶液を濃縮することで、乾燥にかかる時間およびエネルギーを削減することができる。例えば、特許文献１には、分画分子量（ＭＷＣＯ：ＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＣｕｔＯｆｆ）５０ｋＤａ以下の限外ろ過膜を用いて、ゼラチン溶液を濃縮することが開示されている。また、特許文献２には、クロスフローろ過システムを用いてゼラチン溶液を濃縮することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－１００１１０号公報
特表２０２１－５１６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ゼラチンなどの高分子は広い分子量分布を有しており、このように広い分子量分布を持つ物質を濃縮するための限外ろ過膜は、その分布の中の下限と一致する分画分子量を有することが理想的である。しかしながら、市販の限外ろ過膜の種類は限られているので、分子量分布の下限に一致する分画分子量を持つ限外ろ過膜を選択することは困難である。よって、通常は、分子量分布の下限よりも小さい分画分子量を持つ限外ろ過膜を用いる。
【０００５】
ところが、分離膜の透水性能と分画性能はトレードオフの関係にあるため、分離膜の分画分子量が小さいほど、透水性は低い。つまり、広い分子量分布を持つ物質を濃縮するには、溶液中に大きな分子量を持つ物質も含まれているにもかかわらず、透水性の低い膜を用いることになる。さらに、濃縮が進行するほど、膜の供給側（つまり濃縮側）の浸透圧が高くなるので、溶液が分離膜を透過しにくくなる。その結果、得られる濃度には限界があった。
【０００６】
本発明は、高濃度の濃縮が可能な限外ろ過膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題に対して、発明者らは鋭意検討する中で、ゼラチンを含むゲル層と熱可塑性樹脂を含む支持層とを有する限外ろ過膜が、ゼラチン溶液に対する透水性能と阻止性能とを両立できることを見出し、本願の発明に至った。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、以下のゲル層が被覆された限外ろ過膜とその製造方法を提供する。
［１］ゼラチンを含むゲル層と熱可塑性樹脂を含む支持層とを有する限外ろ過膜であって、純水透過係数が０．１０ｍ／ｈ／ｂａｒ以上、０．３０ｍ／ｈ／ｂａｒ以下である、限外ろ過膜。
［２］前記ゲル層の純水透過係数が０．１４ｍ／ｈ／ｂａｒ以上、０．３８ｍ／ｈ／ｂａｒ以下であり、前記支持層の重量平均分子量４００００のデキストランの阻止率Ｒが４０％以上、８０％以下である、［１］に記載の限外ろ過膜。
［３］前記ゲル層の表面自由エネルギーΔＧｇｅｌが５０ｍＪ／ｍ
２
以上、９０ｍＪ／ｍ
２
以下である、［１］または［２］に記載の限外ろ過膜。
［４］前記ゲル層のろ過比抵抗αが１×１０
１３
ｍ／ｋｇ以上１×１０
１４
ｍ／ｋｇ以下である、［１］～［３］のいずれか１つに記載の限外ろ過膜。
［５］前記支持層がフッ化ビニリデン樹脂を含む熱可塑性樹脂からなる、［１］～［４］のいずれか１つに記載の限外ろ過膜。
［６］前記ゲル層に接する前記支持層の表面において、単位表面積あたり表面孔数を、前記表面の孔径の平均値で除した値Ｘが３０～１００個／μｍ
２
／ｎｍである、［１］～［５］のいずれか１つに記載の限外ろ過膜。
［７］前記ゲル層は前記支持層の一方の面に接するように配置され、前記支持層は、前記ゲル層が接する前記一方の面に、長径ｄ
１
と短径ｄ
２
とを有する開口部を備え、前記開口部の長径ｄ
１
と短径ｄ
２
との比ｄ
１
／ｄ
２
の平均値が１．１以上１．４以下であり、前記比ｄ
１
／ｄ
２
の標準偏差が０．３以下であり、前記短径の平均ｄ
２ａｖｅ
が５ｎｍ以上、１５ｎｍ以下である、［１］～［６］のいずれか１つに記載の限外ろ過膜。
［８］前記支持層が中空糸膜である、［１］～［７］のいずれか１つに記載の限外ろ過膜。
［９］前記ゲル層に接する前記中空糸膜の面が外表面である、［８］に記載の限外ろ過膜。
［１０］［１］～［９］のいずれか１つに記載の限外ろ過膜の製造方法であって、前記支持層によって、重量平均分子量Ｍｗが１０，０００以上、３６０，０００以下を満たすゼラチンを含有するゼラチン溶液を、前記支持層の臨界圧力以上、臨界圧力の４倍以下の膜間差圧でろ過することで前記ゲル層を形成するゲル層形成工程を備える限外ろ過膜の製造方法。
［１１］前記ゲル層形成工程において、原液の粘度μｆとろ過液の粘度μｐの比がμｆ／μｐ＞１．５であるとき、原液の流速ｖｆとろ過液の流速ｖｐの流速比が０．０２≦ｖｐ／ｖｆ≦０．３となるようにゼラチン溶液をクロスフローろ過する、［１０］に記載の限外ろ過膜の製造方法。
［１２］前記ゲル層形成工程において、前記原液の粘度μ
ｆ
が１．５ｍＰａ・ｓ以上である、［１１］に記載の限外ろ過膜の製造方法。
［１３］前記ゲル層形成工程において、前記原液のゼラチン濃度が１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下である、［１１］または［１２］に記載の限外ろ過膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の限外ろ過膜は、支持層およびゼラチンを含むゲル層を有することで、ゼラチンを阻止しつつ、ゼラチン溶液を高濃縮可能な透水性を有する限外ろ過膜を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態にかかるゼラチンの製造方法の一例（工程概略図）である。
図２は、本発明の一実施形態にかかる限外ろ過膜モジュールの概略断面図である。
図３は、本発明の限外ろ過膜モジュールが適用される運転装置の一形態を示す、概略フロー図である。
図４は、ゼラチン溶液の粘度の測定方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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