JPH0350972Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は中空繊維膜集束体に関するものであ
る。

近年膜分離技術が急速に進展しつつある。中で
も中空繊維膜は単位膜面積当りの容積が小さいた
め装置がコンパクトになるなどの優れた利点を有
しており数多く実用化されている。また中空繊維
膜自体の研究開発も数多くなされており、著しい
成果が上げられつつある。一方中空繊維膜の膜構
造としては強度を分担するポーラスな多孔質層と
分画性を分担する活性層からなる異方性の構造で
あつて、活性層はできるだけ薄くし、多孔質層は
できるだけポーラスにした異方性膜（複合膜を含
む）が透過速度と分画性（ポアサイズ）のバラン
スの点で優れていることが判明しつつある。しか
しながらこのような異方性膜を用いて実際に除菌
を行つてみると、たとえばアルブミンなどの比較
的小さい分子を99％以上阻止するにもかかわら
ず、これより１桁以上大きい0.2〜0.5μの生菌が
洩れることがあることを知見した。これは通常で
は考え難いことでありこの原因について種々検討
した結果、第１図に示すように意外にも中空繊維
膜１の開口端部において、被処理流体が中空繊維
の長さ方向のポーラスな膜壁２を通過するためで
あることがわかつた。すなわち活性層３が中空繊
維膜１の内表面に存在する場合、接着剤による中
空繊維膜の集束固定部４においては被処理流体が
多孔質層のみを通過し、活性層を通過せずとも透
過流体側に侵入する可能性があることがわかつ
た。また中空繊維膜の両面に活性層を有する異方
性膜では活性層が内表面にのみ存在する中空繊維
膜とくらべて、上述の問題点は少ないが外表面の
活性層はモジユール化などの際に損傷することが
あり、このような場合に生菌が洩れることがあ
る。従来中空繊維膜モジユールは当然ながら活性
層を通過して透過される方が圧倒的に多く、開口
端面の中空繊維膜の多孔層のみを通過しての透過
は全く無視しうると考えられてきたが、空孔率が
大きくなり、かつ99.99％の阻止ではほとんど
意味がなく、100％完全阻止が必須である除菌な
どに用いる場合や多孔質層の透過速度より活性
層を通しての透過速度が、たとえば10^-3倍以下で
あるような気体分離などに用いる場合には無視し
えない場合がありうる。

本考案者らは上記中空繊維膜モジユールの問題
点を解決するため鋭意検討した結果本考案に到達
したものである。すなわち本考案は少くとも内表
面に活性層を有し、かつ空孔率が50〜95％の多数
の多孔性中空繊維膜の少くとも一端を接着剤で集
束固定して、該集束固定部に中空繊維の端部を開
口させた中空繊維膜集束体であつて、該中空繊維
膜は、開口端部から少くとも１mmの領域における
各中空繊維の膜壁空孔部に、該領域の空孔率が０
〜５％となるように接着剤が充填されてなること
を特徴とする中空繊維膜集束体である。

次に本考案の中空繊維膜モジユールの一実施例
を図面にて説明する。第２図は中空繊維膜モジユ
ールの端部断面図であり、内表面に活性層３を有
する中空繊維膜１が接着剤４により集束固定され
ている。

本考案に用いる中空繊維膜はその空孔率の中空
繊維膜が50％未満であると分離速度が低下し、95
％を越えると強度が低く、耐圧性が低下したり、
モジユール化の際の取扱いにより損傷を受け易く
なつて不良品率が高くなるため50〜95％である。
通常空孔率は55〜85％が適当である。本考案にい
う空孔率とは中空繊維膜の膜壁の単位体積当りに
空孔が占める割合であり、中空繊維膜を構成して
いる膜素材の単位体積当りの占有体積と空孔部充
填用物質の単位体積当りの占有体積とを加え、
100％より差し引いた値である。なお中空繊維膜
の膜壁は膜素材のみで構成されており、通常空孔
部充填用物質は含んでいない。

中空繊維膜の膜素材は酢酸セルロースなどのセ
ルロース系ポリアクリルニトリル系、ポリアミド
系、ポリスルホン系、ポリビニルアルコール系、
エチレン−ビニルアルコール共重合体系、ポリメ
チルメタクリレート系などの有機ポリマーや、ガ
ラス、セラミツクなどの無機質系など特に限定せ
ずに任意に選択しうる。中空繊維膜の内径は30〜
2000μ、外径は50〜3500μと目的に応じて任意に
選択しうる。中空繊維膜を集束してモジユールと
する場合、集束本数は通常10本以上、好ましくは
1000本以上である。モジユールは筐体と中空繊維
膜集束体を一体成形するタイプと、中空繊維膜集
束体のみを接着シールしてエレメントとなし、エ
レメントを筐体に着脱するタイプとがあるが、本
考案はどちらのタイプにも適用しうる。

本考案における最も大きな特徴の１つは接着剤
４で集束固定した中空繊維１の開口端部から少な
くとも１mmの領域の中空繊維膜（(a)部）の空孔率
を０〜５％以下としたことである。この領域の空
孔率が５％を越えかつ開口端部よりの中空繊維膜
の長さが１mm未満であると、被処理流体が活性層
を通過せずに透過流体側に漏洩してくるので、中
空繊維膜が本来有している分離性能を充分発揮で
きない。さらに該領域の中空繊維膜の長さは10mm
以上が好ましい。一方この長さが150mmを越えて
も意味はなく、かえつて分離機能を果す膜面積が
小さくなり分離効率が低下する。好ましくは80mm
以下である。また透過流体側への被処理流体の漏
洩を完全に防止するためには空孔率を零とするこ
とが好ましい。中空繊維の上記領域のみの空孔率
を低くするためには予め該領域に相当する部分の
みを熱処理や溶媒処理し、次いで中空繊維膜の隙
間を接着剤でシールして集束することにより得る
ことも出来る。上記領域の中空繊維の空孔率を低
下させる別の方法として、膜素材とは別の物質を
上記領域の中空繊維の空孔部に充填することがで
きる。

かかる空孔部に充填する物質としては端面シー
ル用に使用する接着剤が最も好適である。複数の
中空繊維を集束し、端部シール用接着剤を用い
て、遠心接着法により集束するに際し、シール剤
の粘度、温度、ポツトライフ、遠心力を適宜調節
することにより接着剤を上記領域の中空繊維膜の
空孔部に侵入充填することができると同時に中空
繊維膜の隙間もシール可能であるので特に好適で
ある。中空繊維膜の空孔率を０〜５％とし、かつ
中空繊維の中空部はほとんど詰まらせないために
は、膜とシール剤の濡れ易さ、シール剤粘度、ポ
ツトライフ、遠心力などが特に重要な因子であ
る。

本考案において最も好ましい態様である(a)部中
空繊維膜の空孔部に端部シール用接着剤が充填さ
れてなる中空繊維膜集束体は次の点においてもき
わめて有用である。すなわち中空繊維膜集束体は
端面に少なくとも１つは開口端をもたねばならな
いが、開口端とするためには切断をする必要があ
る。中空繊維膜集束体を製造する際の重要工程の
１つである切断工程では開口端面に切り屑やバリ
がなく、かつ端面が平滑であることが特に医療用
や超純水分野に使用する膜集束体では厳しく求め
られる。ところが中空繊維膜とシール用接着剤は
一般に素材が異なり、硬度などの物理的特性も異
なり、切断時においても応力の受け方が異なるた
めバリなどが出易い。さらに本考案に用いる中空
繊維膜は高空孔率であるため断面がスポンジ構造
またはフインガー構造で凹凸となり端面が平滑に
ならない。一方本考案の最も好ましい態様である
シール用接着剤が端面中空繊維膜の空孔部に充填
されてなる膜集束体では切断時において接着剤が
充填されているため物理的特性が類似しておりバ
リなどの発生がなく、かつ断面のスポンジ構造ま
たはフインガー構造部分に接着剤が充填されてい
るため端面が平滑となり、きわめて好ましい。

なお本考案の中空繊維膜集束体に用いる中空繊
維膜の膜構造は内外両表面に活性層を有するもの
や内表面のみに活性層を有するものであり、特に
後者の中空繊維膜に著しい効果を奏する。

また本考案の中空繊維膜集束体の用途に特に限
定はないが、100％完全阻止が要求される除菌分
野、活性層がきわめて緻密であり、断面を通して
の透過速度より活性層を通しての透過速度が相対
的にきわめて小さい気体分離分野、血液など損傷
を受け易いため端面が平滑であることを要求され
る医療用分野（特に血液浄化用分野）、及び端面
にバリヤが切り屑が付着しておらず使用中に微粒
子が流れ出ることを極端に嫌う超純水分野（特に
外圧過方式）などに好適に使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の中空繊維膜集束体の端部断面図
であり、第２図は本考案の中空繊維膜集束体の端
部断面図である。 １……中空繊維膜、２……ポーラス層、３……
活性層、４……接着剤。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 少くとも内表面に活性層を有し、かつ空孔率が
   50〜95％の多数の多孔性中空繊維膜の少くとも一
   端を接着剤で集束固定して、該集束固定部に中空
   繊維の端部を開口させた中空繊維膜集束体であつ
   て、該中空繊維膜は、開口端部から少くとも１mm
   の領域における各中空繊維の膜壁空孔部に、該領
   域の空孔率が０〜５％となるように接着剤が充填
   されてなることを特徴とする中空繊維膜集束体。