JPH04277017A - 精密濾過膜カートリッジフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微孔性濾過膜に関するも
のであり、特に製薬工業における薬剤、食品工業におけ
るアルコール飲料、前記製造工業及び半導体製造工業を
はじめとする微細な加工を行なう電子工業分野、さらに
諸工業の実験室などにおいて使用される超純水製造のた
めの精製水、純水などの濾過、原子力発電、火力発電な
どの循環水の精製、その他の精密濾過に用いられ、１０
μｍ以下特に１μｍ以下サブミクロンオーダーの微粒子
や微生物を効率よく濾過する信頼性の高い精密濾過用微
孔性膜およびカートリッジの製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】精密濾過膜は古くから知られており、（
例えばアール・ケスティング（Ｒ．Ｋｅｓｔｉｎｇ　）
著シンセティック・ポリマー・メンブレン（ｓｙｎｔｈ
ｅｔｉｃ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　）マ
グローヒル社（ＭｃＧｒａｗ　Ｈｉｌｌ　社）発行）濾
過用フィルター等に広く利用されている。精密濾過膜は
、例えば米国特許１，４２１，３４１号、同３，１３３
，１３２号、同２，９４４，０１７号、特公昭４３−１
５６９８号、特公昭４５−３３３１３号、同４８−３９
５８６号、同４８−４００５０号等に記載されているよ
うに、セルローズエステルを原料として製造されるもの
、米国特許２，７８３，８９４号、同３，４０８，３１
５号、同４，３４０，４７９号、同４，３４０，４８０
号、同４，４５０，１２６号、ドイツ特許ＤＥ３，１３
８，５２５号、特開昭５８−３７８４２号等に記載され
ているように脂肪族ポリアミドを原料として製造される
もの、米国特許４，１９６，０７０号、同４，３４０，
４８２号、特開昭５５−９９９３４号、特開昭５８−９
１７３２号等に記載されているようにポリフルオロカー
ボンを原料として製造されるもの、特開昭５６−１５４
０５１号、特開昭５６−８６９４１号、特開昭５６−１
２６４０号、特開昭６３−１３９９３０号、特開昭６０
−２５００４９号等に記載されているポリスルホンを原
料とするもの、ドイツ特許ＯＬＳ３，００３，４００号
等に記載されているポリプロピレンを原料とするもの等
がある。これら精密濾過膜は電子工業用洗浄水、医薬用
水、医薬製造工程用水、食品水等の濾過、滅菌に用いら
れる近年その用途と使用量は拡大しており、特に粒子補
足の点から信頼性の高い精密濾過膜が注目され多用され
ている。

【０００３】使用される濾過モジュールの形態は、シー
ト状に使用されるものを除いて、取扱性に優れた、カー
トリッジタイプが一般に用いられている。例えば、ポー
ルその他の米国特許第３４５７３３９号に記載されてい
る。この様なフィルターを製造するにあたって製造中損
傷しないことと、濾過液がフィルター膜をバイパスして
漏洩しないことが肝要である。従って、膜の周りの漏洩
を防止するため、膜の周りに密封された領域をつくり、
それとフィルターハウジングとの密封性を確保すること
が肝要である。例えば、デュラポーア（ＤＵＲＡＰＯＲ
Ｅ）ＴＰ　フィルターカートリッジ（米国ミリポアコー
ポレーション製）では、膜の両端部に予めポリプロピレ
ンフィルムをあらかじめ接着することによって、膜とエ
ンドプレートとのシール性を向上させている。また、Ｗ
Ｏ８３０４１８６に記載されたような、熱可塑性フィル
ムをあらかじめ膜にヒートシールしてエンドプレートと
のシール性を向上させる試みもなされている。これらの
試みは、膜の断面構造が等方性、例えば特開昭５８−９
８０１５号に記載されている、内部に存在する微孔の孔
径が実質的に変化せず、膜の両表面の孔径が実質的に変
わらない膜についてのみなされているものである。

【０００４】濾過の信頼性すなわち微粒子などの捕捉に
関する信頼性を向上させることと、濾材の寿命すなわち
濾過物による目詰まり等が原因となる濾圧の上昇を押さ
えることが、濾過技術の重要なポイントとされ、濾過の
精度向上には、微粒子などの捕捉確率を向上させる試み
がなされており、上記等方性膜などは、捕捉すべき微粒
子が膜の厚さ全体どこででも捕捉される事ができ捕捉確
率が高い、しかし濾過にあたって膜全体が流体の流れに
対して大きな抵抗を示し、小さな流速しか得られない（
即ち、単位面積当り、単位時間当り、単位差圧当り小さ
な流量しか得られない）上、目詰まりがしやすく濾過寿
命が短い、耐ブロッキング性がない等の欠点があった。

【０００５】ところで、膜厚方向に孔径が連続的または
不連続的に変化し、膜の一方の表面の孔径と他方の表面
の孔径とが異なっている所謂異方性膜と呼ばれる構造を
有する膜は、特公昭５５−６４０６、特開昭５６−１５
４０５１号に記載されている如く緻密層と呼ばれている
孔径の小さな薄い層を膜の片方の表面に持ち、比較的大
きな孔をあるいは極端に大きなボイドを膜の内部からも
う一方の表面にかけて持ったものである。この膜を孔の
大きな面を濾過の上流側にして使用すると、大きな粒子
は上流側の大きな孔に捕捉され、実質的には濾過除去さ
れ得る最小の微粒子はこの緻密層で捕捉されるというよ
うに、膜の厚みすべてを有効に濾材として活用すること
ができるので、濾過寿命をのばすことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの膜を、上記の
カートリッジ形態に加工する際にも、膜とエンドプレー
トとの間のシール性は確実にしなければならない。しか
しながら、異方性膜は膜の一部に極めて大きな空孔を持
つために、膜とエンドプレートの溶着がうまく行かずに
、しばしばリークの原因になる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記問題は以下の方法で
解決できた。すなわち微孔性膜の表面から膜内部に向か
って孔径が連続的に変化する精密濾過膜シートをひだ折
り加工し、円筒状に丸めたそのシートの合わせ目を液密
にシールし、さらにその円筒の両端をエンドプレートで
液密にシールしてできるプリーツ型カートリッジフィル
ターにおいて、円筒状プリーツ膜の孔径が小さい側の表
面のみに、熱可塑性高分子フィルムをラミネートしたこ
とを特徴とする精密濾過膜カートリッジフィルターによ
って達成された。以下に本発明の精密濾過膜カートリッ
ジフィルターの構成とその製法について詳細に説明する
。第１図は一般的な精密濾過膜カートリッジフィルター
の全体構造を示す展開図である。精密濾過膜３は２枚の
通液性シート２、４によってサンドイッチされた状態で
ひだ折りされ、集液口を多数有するコアー５の廻りに巻
き付けられている。その外側には外周ガード１があり、
精密濾過膜を保護している。円筒の両端にはエンドプレ
ート６ａ、６ｂにより、精密濾過膜がシールされている
。エンドプレートはガスケット７を介してフィルターハ
ウジング（図示なし）のシール部と接する。濾過された
液体はコアーの集液口から集められ、出口８から排出さ
れる。

【０００８】第２図はエンドプレート付近の断面構造を
模式的に表した図であり、本発明の実施態様を示してい
る。図中１２、１４は通液性シート、１３は精密濾過膜
、１７はエンドプレート、１５ａおよび１５ｂは精密濾
過膜１３の端部エンドシール際にラミネートされた熱可
塑性高分子フィルムである。本発明で使用することので
きる精密濾過膜には、ポリ弗化ビニリデン、ポリアクリ
ロニトリル、ポリ塩化ビニルの如きビニルポリマー、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン、脂肪族ポリアミド
、セルローズエステル類等の公知の高分子を単独または
混合して原料とすることができる。精密濾過膜の製造は
、上記ポリマーを１良溶媒、２良溶媒と非溶媒の混合溶
媒又は３ポリマーに対する溶解性の程度が異なる複数種
の溶媒の混合したものに溶解して製膜原液を作製し、こ
れを支持体上に、又は直接凝固液中に流延し、洗浄乾燥
して行う。この場合に、ポリマーを溶解する溶媒の一例
としては、ジクロロメタン、アセトン、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド
、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、スル
ホラン等を挙げることができる。上記溶媒に添加する非
溶媒の例としては、セロソルブ類、メタノール、エタノ
ール、イソプロパノールの如きアルコール類、アセトン
、メチルエチルケトンの如きケトン類、テトラヒドロフ
ラン、ジオキサンの如きエーテル類、ポリエチレングリ
コール、グリセリン、エチルグリコールの如きポリオー
ル類等が挙げられる。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ならばいかなる範囲でも
良いが、５〜５０重量％が好ましい。

【０００９】又、多孔構造を制御するものとして膨潤剤
と称される無機電解質、有機電解質、高分子電解質等を
加えることもできる。本発明で使用できる電解質として
は、食塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリ
ウム、塩化亜鉛、臭化マグネシウム等の無機酸の金属塩
、酢酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、酪酸カリウム等の
有機酸塩類、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリ
ビニルピロリドン、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が用いられる。これら
の電解質は単独でポリマー溶液に加えてもある程度の効
果を示すものもあるが、これら電解質を水溶液として添
加する場合には、特に顕著な効果を示すことがある。 電解質水溶液の添加量は添加によって溶液の均一性が失
われることがない限り特に制限はないが、通常溶媒に対
して０．５容量％から１０容量％である。また電解質水
溶液の濃度についても特に制限はなく、濃度の大きい方
が効果は大きいが、通常用いられる濃度としては１重量
％から６０重量％である。製膜原液としてのポリマー濃
度は５から３５重量％、好ましくは１０から３０重量％
である。３５重量％を越える時は得られる微孔性膜の透
水性が実用的な意味を持たない程小さくなり、５重量％
よりも小さい時は充分な分離能力を持った精密濾過膜は
得られない。上記素材から、前述の異方性膜を形成する
方法は、特公昭５５−６４０６、特開昭５６−１５４０
５１号に記載されている如く、上記のようにして調整し
た製膜原液を支持体の上に流延し、流延直後あるいは一
定時間をおいて凝固液中に支持体ごとポリマー溶液膜を
浸漬する。凝固液としては水が最も一般的に用いられる
が、ポリマーを溶解しない有機溶媒を用いても良く、ま
たこれら非溶媒を２種以上混合して用いてもよい。支持
体としては、通常精密濾過膜を製造する場合に支持体と
して使用できるものの中から任意に選択することができ
るが、特に不織布を使用した場合には支持体を剥がす必
要がないので好ましい。本発明で使用できる不織布はポ
リプロピレン、ポリエステル等からなる一般的なもので
あり、材質の制限を受けるものではない。凝固浴中でポ
リマーが析出した流延膜はこの後水洗、温水洗浄、溶剤
洗浄等を行い、乾燥する。

【００１０】こうしてできた膜にラミネートする熱可塑
性高分子フィルム材料としては、特に制限はない。具体
例を上げると、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸
エチル、ポリメタアクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、
ポリアクリロニトリル、ポリスチレン等のビニルポリマ
ー、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンなどの
ビニリデンポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリブタジエン等のポリオレフィンポリマー等が利用で
きる。またこれらの共重合ポリマーも使用できる。さら
にポリエチレンテレフタレートに代表されるポリエステ
ル、ポリカーボネイト、ポリスルホン、ポリエーテルス
ルホン、６−ナイロン、６６−ナイロン、酢酸セルロー
ズの如き融点や軟化点の高い材料が使用可能である。融
点や軟化点の高い材料をラミネートする時は、予めある
いはラミネートする時に接着剤を熱可塑性高分子フィル
ムに塗布あるいは積層し、次いで精密濾過膜にラミネー
トする方法が好ましく用いられる。用いられる接着剤は
プラスチックの種類によって接着性の良いものを選択す
る必要があるが、特に特殊なものは必要なく、ポリエチ
レン、非結晶性共重合ポリプロピレン、テレフタル酸と
イソフタル酸との共重合ポリエステル、反応性ポリウレ
タン接着剤などがよく用いられる。またポリエチレンテ
レフタレートの表面を非結晶化変性させ、加熱によって
溶融後結晶化させ、接着剤を用いずにラミネートする方
法などが有効である。熱可塑性高分子フィルムの厚さは
非ラミネート部分との厚み差はプリーツ山同士の隙間を
増大させてしまうため、２０μｍ以下であることが好ま
しく、２０μｍ以下であればさらに好ましい。

【００１１】熱可塑性高分子フィルムの厚さが薄くなる
と当然のことながら機械強度が低下し、膜端部の補強効
果が失われていく。従ってフィルムラミネート後の膜・
フィルム複合体の引っ張り破断強度は１．６ｇ／ｃｍ以
上が必須であり、好ましくは２．６ｇ／ｃｍ以上になる
ように設計したい。薄くても引っ張り破断強度が大きな
フィルムは素材にもよるが、フィルムを成形した後にこ
れを１軸あるいは２軸に延伸すると、破断強度が著しく
大きくなることが多い。本発明では、異方性構造を有す
る精密濾過膜に熱可塑性高分子フィルムをラミネートす
る際に、膜表面の孔径が小さい側にラミネートする事に
特徴がある。もし、孔径の大きな表面にラミネートする
ならば、熱可塑性高分子をラミネートした表面と、その
反対側の孔径が小さな表面との間に、大きな隙間が生じ
、たとえ、熱可塑性高分子フィルムとエンドプレートが
確実に溶着したとしても、孔径の小さな表面が、溶着不
良であると大きな隙間を通して濾過液体がリークする可
能性がある。本発明の方法によると、ラミネートした側
の面のみがシールされていれば、リークが起きない。異
方性構造の微孔性膜にラミネートする方法は、一般に使
用されているごく普通のラミネート装置で可能である。 代表的な方法は、２本の熱ローラーの狭い間隙を精密濾
過膜と熱可塑性高分子フィルムとを重ねて通す方法であ
る。 この際、膜と接する側のローラーは加熱しなくともよい
。ヒートロールの温度は、膜性能に影響を与えない範囲
で、溶着を確実に行なえる範囲で有れば、特に制限はな
い。しかし、一般に微孔性膜を加熱プレスする事は、予
期せぬ損傷を与える可能性があるために、ヒートシール
する部分以外には圧力と温度が加わらないように、両端
部のみにローラーを具備したヒートシーラーなどが好ま
しい。

【００１２】この様にして膜の両端部に熱可塑性高分子
フィルムをラミネートした精密濾過膜１３は公知の方法
でひだ折り加工される。通液性シート１２、１４として
は不織布、紙およびまたはネット等が用いられる。ひだ
折り加工された濾材は両端部を揃えるためにカッターナ
イフ等で両端不の不揃い部分を切り落とし、円筒状に丸
めてその合わせ目のひだ部を、ヒートシールあるいは接
着材を用いて液密にシールする。エンドシール工程はエ
ンドプレート材質によって方法がいくつかあるが、いず
れも従来知られた公知技術によって行われる。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、ポッ
ティング型中に調合したエポキシ樹脂接着剤の液体を流
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、円筒状濾材の片端面をこのエポキシ接着剤中に
挿入する。その後加熱して完全に硬化させる。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
後に円筒状濾材の片端面を樹脂の中に挿入する方法が行
われる。一方、既に成型されたエンドプレートのシール
表面のみを赤外線ヒーターで溶融し、円筒状濾材の片端
面を溶着する方法も行われる。この様にして、エンドプ
レートと膜の両端部をシールする事ができる。

【００１３】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を詳しく説明す
るが、本発明はこの実施例の内容に限定されるものでは
ない。 実施例１ 特開昭６２−２７００６号の実施例２に記載された方法
で製膜したポリスルホンを素材とする、膜の厚さ方向内
部に最小孔径層を有するロール状の異方性膜（表面平均
孔径１．０μｍ、裏面平均孔径１０．２μｍ、幅２３８
ｍｍ）の左右両側の表面に対して、１５μｍの厚さのポ
リエステルの表面に１μｍ以下の厚さの融点が１５０℃
の変成ポリエステルを塗布したフィルムを２ｃｍ幅のリ
ボン状にスリットしてヒートシール用フィルムとしたも
のを、膜の両側からそれぞれ２ｃｍの部分に、熱ローラ
ーを用いてラミネートした。これをひだ折り加工し、丸
めて合わせたひだをヒートシール溶着し、できた円筒を
ガード円筒中に納め、その中心部にコア円筒を差込み、
その両端面を、表面を加熱溶融したポリプロピレン樹脂
製のエンドプレート中に押し込み、シールを完了させ、
プリーツカートリッジフィルターを製作した。この様に
して作成したカートリッジ２０本を水に浸漬し、カート
リッジの内側から空気圧力をかけ、リークテストを実施
したが、いずれのカートリッジからもリークは認められ
なかった。

【００１４】実施例２ 特開昭５０−１２２５６５号の実施例１に記載された方
法で製膜した酢酸セルローズを素材とする平均孔径０．
４５μｍの精密濾過膜に、実施例１と同じ方法で、厚さ
２５μｍ、幅２ｃｍのポリプロピレンフィルムをラミネ
ートし、エンドキャップ中へエポキシ接着剤でシールし
、プリーツカートリッジフィルターを製作した。このカ
ートリッジ２０本に対し、実施例１同様のリークテスト
を実施したがいずれのカートリッジからもリークは認め
られなかった。

【００１５】比較例１ 実施例１で作成した膜とポリエステルフィルムを用いて
、ヒートシールする面を裏面側から行なった以外は、す
べて、実施例１に従って作成したカートリッジ２０本を
リークテストしたところ、４本からエンドプレートと膜
の境界でリークが認められた。

【００１６】

【発明の効果】本発明を実施したプリーツカートリッジ
フィルターはそのシール性が著しく改善され、濾過モジ
ュールとしての信頼性が飛躍的に増大した。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なプリーツ型カートリッジフィルターの
構造を表す図面である。

【図２】本発明の実施態様におけるエンドシール部付近
の構造を表す図である。

【符号の説明】

１　　　　外周ガード ２　　　　通液性シート ３　　　　濾過膜 ４　　　　通液性シート ５　　　　コア ６ａ　　エンドプレート ６ｂ　　エンドプレート ７　　　　ガスケット ８　　　　出口 １２　　　　通液性シート １３　　　　濾過膜 １４　　　　通液性シート １５ａ　　補強フィルム １５ｂ　　補強フィルム １７　　エンドプレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　微孔性膜の表面から裏面に向かって孔
   径が連続的に変化する孔径異方性構造の精密濾過膜シー
   トをひだ折り加工し、円筒状に丸めたそのシートの合わ
   せ目を液密にシールし、さらにその円筒の両端をエンド
   プレートで液密にシールしてできるプリーツ型カートリ
   ッジフィルターにおいて、円筒状プリーツ膜の両端部の
   表面孔径が小さい側の表面のみに、熱可塑性高分子フィ
   ルムをラミネートしたことを特徴とする精密濾過膜カー
   トリッジフィルター。