JPH05337342A - 中空繊維分離デバイスの製造方法 - Google Patents

中空繊維分離デバイスの製造方法

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JPH05337342A
JPH05337342A JP5041187A JP4118793A JPH05337342A JP H05337342 A JPH05337342 A JP H05337342A JP 5041187 A JP5041187 A JP 5041187A JP 4118793 A JP4118793 A JP 4118793A JP H05337342 A JPH05337342 A JP H05337342A
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fiber
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hollow fiber
fibers
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JP5041187A
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Peter J Degen
ピーター・ジェイ・ディジェン
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Pall Corp
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    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/009—After-treatment of organic or inorganic membranes with wave-energy, particle-radiation or plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 中空繊維分離デバイスの製造方法と中空繊維
分離デバイスとを提供すること。 【構成】 熱可塑性中空繊維の周囲に熱可塑性注封用物
質を射出成形することによって、中空繊維分離デバイス
又はモジュールを製造する。繊維が射出成形方法に特有
の高温に耐えるように熱可塑性中空繊維を強化する。繊
維を砂時計形状に注封することによる、２個以上の中空
繊維モジュールの製造方法をも提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は中空繊維分離デバイスの改
良製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な中空繊維フィルターデバイスは
複数の微細な中空透過性（又は半透過性）繊維を有し、
前記繊維の端部がプラスチック樹脂ヘッダー又は封止用
コンパウンド中に埋封又は注封される装置である。樹脂
が硬化した後に、通常は繊維の長軸方向を横断してヘッ
ダーの一部分を切断して、繊維の端部を暴露して繊維の
内部との連通を可能にする。中空繊維デバイスは典型的
に、ここでモジュールと呼ぶ単位として、通常は繊維を
Ｕ字形又はヘアピン形状にキャストする（ｃａｓｔｉｎ
ｇ）ことによって製造される。
【０００３】中空繊維フィルターデバイスは典型的に、
濾液をモジュール中に及び／又は繊維上に通すことによ
って液体又は気体を濾過する。外側から内側への流体流
れ濾過において、濾液は繊維の外側から内側へ流れ、好
ましくない成分を外側上に残す。繊維内側に濾過された
成分は内側に沿って通過し、モジュールの端部から放出
される。閉鎖端部分離デバイスでは、好ましくない成分
は繊維の外側に沿ってフィルターケーキ又はフィルター
層を形成する。
【０００４】これらのデバイスの製造と使用とに関する
広範囲な刊行物が存在する。例えば、中空繊維フィルタ
ーデバイスは気体−気体、気体−液体、液体−液体、液
体−固体等の分離に、主として水脱塩、透析、液体から
細菌その他の微細粒子を除去するためのミクロ濾過、工
業廃水／下水処理の解毒、及び液体から非常に微細な又
は溶解した固体を除去するための限外濾過に用いられて
いる。本発明のモジュールは、濾過すべき液体が、例え
ばエレクトロニクス製造に用いられる超純粋な水の製造
に用いるために、既に比較的清浄もしくは純粋である状
況に特に適する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】例えば注封繊維中への
圧力蓄積、清浄な開放繊維の開口の形成；注封用物質と
繊維との間の充分な結合の形成；熱硬化性もしくはエポ
キシ型注封用樹脂の使用に時間と金の両方がかかること
のような、これらのデバイスの製造に関連した問題も周
知である。さらに、中空繊維フィルターデバイスは、繊
維の脆性と射出成形に用いられる高温条件とのために、
射出成形方法を用いては典型的に製造されることができ
ない。例えば、中空繊維は熱可塑性ポリマーから製造さ
れることができるが、このような繊維は注封用コンパウ
ンドによって必ずしも充分に封止されるとは限らず、高
温下で流動もしくは変形する。それ故、例えばエポキシ
及びウレタンのような多重パート（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−
ｐａｒｔ）系を必要とする注封方法が開発されたが、こ
れらの多重パート系は典型的に非常に時間と費用がかか
り、中空繊維の外表面と注封用物質との間の適切な結合
を矛盾なく生じない。さらに、先行技術によって用いら
れる典型的な方法では、複数の中空繊維の端部をまと
め、型に入れ、次に型に注封用樹脂を充填する。該束は
熱硬化性注封用コンパウンドが硬化するまで該充填型中
に固定されなければならない。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明は、注封用コンパウンド
を中空繊維上に射出成形するプロセスにおいて熱可塑性
中空繊維と熱可塑性注封用コンパウンドとの両方の使用
を結合させる。非改質形の熱可塑性繊維を流動させる又
は変形させるほど充分に高温である、射出成形の高温環
境に耐えるように、熱可塑性繊維を改質する。本発明は
また、繊維を注封するために再び好ましくは射出成形方
法を用いて、少なくとも２個の中空繊維分離モジュール
を同時に形成する方法をも含む。
【０００７】本発明によると、中空繊維分離デバイス又
はモジュールは熱可塑性中空繊維の周囲に熱可塑性注封
用物質を射出成形し、それによって注封用物質中に繊維
を埋封することによって製造される。射出成形方法に付
随する高温に耐える繊維の能力を増強するために、熱可
塑性中空繊維を改質又は強化する。このようにして、射
出成形によって製造されることができる中空繊維分離モ
ジュールが提供される。
【０００８】本発明によると、広範囲な熱可塑性ポリマ
ーを用いて中空繊維を形成することができる。好ましい
物質には、限定する訳ではなく、ポリエチレン、ポリビ
ニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ）及びポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）がある。中空繊維を形成する
ための他の例示的な物質には、アセテート、セルロース
エーテル、ポリビニルアルコール、多糖類、ポリオレフ
ィン、ポリエステル、ポリアミド及びポリウレタンがあ
る。
【０００９】上記物質のいずれも、並びに他の適当な中
空繊維形成物質も本発明によって使用可能である。ま
た、用いられる中空繊維はイオン交換目的に固有に適切
なものであるか、又はイオン交換目的のために適した繊
維を製造するように改質することができる。このような
イオン交換物質の具体例は例えばカルボキシル基、スル
ホン酸基、リン酸基、アミン、第四アンモニウム、メル
カプタン及びフェノール基のような基を含む、例えばス
ルホン化ポリエチレン、スルホン化ポリスチレン等のよ
うな樹脂状物質である。ここで用いる熱可塑性樹脂と
は、熱硬化性樹脂とは区別されて、熱に暴露されると軟
化して溶融し、室温まで冷却されると再凝固するポリマ
ーを意味する。他方では、熱硬化性ポリマーは加熱され
ると不可逆的に凝固する。これらのポリマーは典型的に
１種以上の硬化剤を必要とする。本発明に関連して用い
られる繊維は好ましくは親水性であるが、繊維の性質は
当然、中空繊維分離デバイスの予定又は予想される最終
用途に基づいて選択される。
【００１０】本発明による使用に適した中空繊維は、溶
融紡糸、乾式紡糸又は湿式紡糸方法をこれらに限定する
訳ではなく含む、技術上周知の方法によって製造される
ことができる。
【００１１】該繊維は種々な形状のモジュール又は束に
形成することができる。本発明は好ましくは連続単繊維
又は個々の繊維の集団をループもしくは砂時計の形状に
配置することを含む。この好ましい配置は砂時計形状の
中間区分の射出成形による注封を容易にする。束の中間
区分が注封された後に、繊維の横方向長軸に沿った切断
がモジュール２個の形成を生ずる。この操作を適用し
て、例えば多重区分が注封用コンパウンド中に埋封され
る多重ローブもしくは多重ノード形状を用いることによ
って、同時に又は殆ど同時に３個以上の中空繊維分離デ
バイスを製造することができる。このようにして、本発
明によると、多重ローブ形状から個々のローブの各々を
切断又は単離することによって多重モジュールを同時又
は殆ど同時に製造することができる。
【００１２】通常の繊維フィルターデバイスに用いられ
る典型的な中空繊維はデリケートであり、高温環境では
容易に変形するが、これは本発明に用いられる中空繊維
の場合には該当しない。本発明によると、高温環境に耐
える、すなわち変形又は溶融に耐える中空繊維の能力
は、変形に対する繊維の高温感受性を減ずるように繊維
を処理することによって強化される。従って、繊維をそ
れらの構造全体を通して架橋させ、繊維を熱安定性構造
に転換させるために、中空繊維に放射線処理を実施する
ことが好ましい。他の発明は注封されない繊維部分を照
射することを含むが、本発明は繊維の被注封部分の高温
特性を特に強化する。繊維の注封部分を照射することの
みが必要であるが、束全体を処理することが典型的によ
り効果的であるあるかぎり、繊維の残部も照射すること
ができる。繊維を照射する例示的な方法はＣＯ60又はセ
シウムー１３７γ線の使用を含むが、β線も用いること
ができる。放射線源は、ビームエネルギーが全繊維に実
質的に浸透するために充分であるかぎり、電子ビーム発
生器、Ｘ線発生器等を含むことができる。受容できる架
橋を達成するための典型的な線量は５〜２５Ｍｒａｄで
ある。
【００１３】本発明によると、強化された繊維を次に射
出成形方法を用いて熱可塑性注封用コンパウンド中に埋
封する。ここで用いる「注封（ｐｏｔｔｉｎｇ）」なる
用語は、物質又は小さい不連続単位の組み立て体を溶融
膜もしくは溶融シースで被覆する、溶融膜もしくは溶融
シース中に埋封する、溶融膜もしくは溶融シースによっ
て包む又はシールする方法を意味する。この目的に用い
られるプラスチックは典型的に注封用コンパウンドと呼
ばれる。射出成形可能な熱可塑性注封用物質を本発明に
用いることができる。熱可塑性中空繊維と同様な又は同
じ化学組成の熱可塑性注封用物質、例えばポリエチレ
ン、ＰＶＤＦ、ポリアミドおよびポリエステルを用いる
ことが好ましい。ここで用いる「注封用コンパウンド中
に繊維を埋封」とは、繊維間の間隙部分に充填し、繊維
を適所に固定することを意味する。好ましい方法では、
中空繊維束の中間区分が熱可塑性注封用コンパウンド中
に完全に埋封されたならば、すなわち繊維間の間隙部分
に注封用コンパウンドが充填されたならば、注封用コン
パウンドを冷却させ、注封用コンパウンド中に繊維を固
定し、シールする。
【００１４】注封用コンパウンドが凝固したならば、好
ましくは、注封区分の一部分を繊維の長軸方向をほぼ横
断して切断することによって、繊維の内部を暴露するこ
とができる。
【００１５】マンドレルもしくはコアの周囲に繊維を巻
き付けることによって、照射された中空繊維を巻いて種
々な幾何学的形状のいずれかにすることが好ましい。本
発明の好ましい実施態様では、一般に環状形状、例えば
ドーナツ形状、砂時計形状又は多重ノード形状を有する
エンドレス又は連続ループ形状に繊維を巻く。このよう
な方法は多重の中空繊維分離デバイスを同時に又は殆ど
同時に製造することを可能にするという利点を有し、さ
らに注封用物質が不注意に繊維の内部に沈着しないこと
を保証する（注封用コンパウンドを切断するまで、繊維
内部が暴露されないので）。
【００１６】本発明によってモジュールを製造するため
の例示的方法は、複数の中空繊維を押出成形して束に
し、束の繊維の樹脂が架橋するような条件下で繊維束を
照射し、繊維束をドーナツ状もしくは砂時計状形状に形
成し、繊維束の少なくとも一部分（束の中間部分であ
る）を溶融注封用物質中に埋封し、注封部分を横切って
束を切断して少なくとも２個のモジュールを形成するこ
とを含む。
【００１７】本発明によって熱可塑性ポリマー又は樹脂
中に埋封された熱可塑性中空繊維束を目の粗いネット又
はメッシュバッグによってさらに支えることによって、
束を容易に運搬、輸送及び／又は移動させることができ
る。目の粗いネットは支えるための短命なケージを含む
ことができ、抽出可能物とごみとの発生に寄与する物質
の量を最少にすることができる。分離デバイス中の抽出
可能物量をさらに減ずるために、精製水を注封中空繊維
の内部に通すことができる。
【００１８】本発明の具体的な実施態様を図面を参照し
て説明する。図１は砂時計形状に形成され、熱可塑性ポ
リマーもしくは樹脂１２中に埋封された強化熱可塑性中
空繊維１１を含む本発明の実施態様を説明する。埋封さ
れた繊維をライン１３に沿って切断して、少なくとも１
個のモジュール、好ましくは２個のモジュールを形成す
る。図２は図１に示した実施態様のライン２−２に沿っ
た断面を示し、切断が熱可塑性ポリマーもしくは樹脂１
２中に埋封された注封中空繊維端部における繊維内部を
暴露する。図２に示すように、繊維端部間の間隙部分２
２に熱可塑性ポリマーもしくは樹脂１２を充填する。
【００１９】図３は、熱可塑性ポリマーもしくは樹脂３
１〜３４中に各ノードが注封される多重ノード構造に形
成された熱可塑性中空繊維１１を含む本発明の実施態様
を説明する。各ノードが１モジュールを生ずるように、
注封繊維をライン３５−３８に沿って切断する。
【００２０】本発明を図解と実施例とによって詳述した
が、本発明を種々に変更し、代替え形式で実施すること
が可能であり、本発明がここに述べた特定の実施態様に
限定されないことを理解すべきである。これらの特定の
実施態様が本発明の限定を意図するものではなく、それ
どころか、本発明が本発明の要旨及び範囲内に入る、あ
らゆる変更、同等物及び代替えを含むものであることを
理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】注封用コンパウンド中に埋封された砂時計形状
の繊維を説明する、本発明の１実施態様の概略平面図。
【図２】図１に示した実施態様のライン２−２に沿った
断面図。
【図３】注封用コンパウンド中に埋封された多重ノード
形状の繊維を説明する、本発明の他の実施態様の概略平
面図。
【符号の説明】
１１．熱可塑性中空繊維 １２．熱可塑性ポリマーもしくは樹脂 ２１．埋封された注封中空繊維端部 ２２．間隙部分

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性中空繊維束を形成する工程と；
    熱可塑性繊維の少なくとも一部の高温特性を強化する工
    程と； 繊維の強化された部分の少なくとも一部を熱可
    塑性注封用コンパウンド中に埋封して、繊維の閉鎖ルー
    プが注封区分の一面から伸びるような注封区分を形成す
    る工程と；注封繊維の内部を前記注封区分の反対面で露
    出させる工程とを含む中空繊維分離デバイスの製造方
    法。
  2. 【請求項２】 繊維の高温特性の強化が前記繊維の照射
    を含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記繊維束が第１開放端部と第２開放端
    部とを有するＵ字形の形態であり、繊維の前記第１開放
    端部と第２開放端部とが前記注封用コンパウンドを通っ
    て前記注封区分の前記反対面まで達するように、前記繊
    維束が前記注封用コンパウンド中に埋封される請求項１
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記繊維束が第１開放端部と第２開放端
    部とを有するＵ字形の形態であり、繊維の前記第１開放
    端部と第２開放端部とが前記注封用コンパウンド中に埋
    封され、前記注封区分が剪断されて注封繊維の内部を前
    記注封区分の前記反対面で暴露する請求項１記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記繊維束が少なくとも２つのループと
    前記ループの間の中間区分とを含み、前記繊維束の中間
    区分が前記注封用コンパウンド中に埋封され、前記繊維
    の少なくとも２つの閉鎖ループが前記注封区分の異なる
    面から伸びるように、注封区分を形成する請求項１記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 前記注封区分の反対面での注封繊維の内
    部の暴露が、前記注封区分の切断による少なくとも２つ
    の中空繊維分離デバイスの形成を含む請求項５記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記繊維束が少なくとも２つのループ
    と、前記ループの間の少なくとも２つの中間区分とを含
    み、前記繊維束の中間区分が前記注封用コンパウンド中
    に埋封されて、前記繊維の少なくとも２つの閉鎖ループ
    が前記注封区分から伸びるように、別々の注封区分を形
    成する請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記注封区分の反対面での注封繊維の内
    部の暴露が、前記注封区分の切断による少なくとも２つ
    の中空繊維分離デバイスの形成を含む請求項７記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 中空繊維から少なくとも２つのループと
    前記ループ間の中間区分とを含む束を形成する工程と；
    前記繊維の閉鎖ループが注封用コンパウンドの１面から
    伸びるように、前記注封用コンパウンド中に束の中間区
    分を埋封する工程と；前記注封用コンパウンドの反対面
    で注封繊維の内部を暴露する工程とを含む中空繊維分離
    デバイスの製造方法。
  10. 【請求項１０】 注封区分を切断して少なくとも２つの
    モジュールを形成することをさらに含む請求項９記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 熱可塑性注封用コンパウンド中に埋封
    された端部を有する熱可塑性中空繊維を含み、前記端部
    を注封用コンパウンド中に埋封する前に処理してそれら
    の高温特性を強化する中空繊維分離デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記端部を注封用コンパウンド中に埋
    封する前に照射して、それらの高温特性を強化する請求
    項１１記載の中空繊維分離デバイス。
JP5041187A 1992-03-03 1993-03-02 中空繊維分離デバイスの製造方法 Pending JPH05337342A (ja)

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US07/845,018 US5228992A (en) 1992-03-03 1992-03-03 Process for preparing hollow fiber separatory devices
US845018 2001-04-27

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