JPH0780257A

JPH0780257A - 中空糸モジュールの製造方法

Info

Publication number: JPH0780257A
Application number: JP25016793A
Authority: JP
Inventors: Takuma Yoshizaka; 琢磨吉坂; Akira Nishimura; 昭西村; Toshihiko Takiguchi; 敏彦滝口
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】フッ素系ポリマー等のポリマーを封止材とし
て用いて、チャンネルの生じない、信頼性の高い末端封
止部を形成した中空糸モジュールの製造方法を提供する
こと。【構成】外筒内に中空糸状多孔質分離膜（以下、中空
糸と略記）の集束体が収納され、かつ、該集束体の少な
くとも一方の端部において、外筒内面と集束体との間隙
及び各中空糸相互の間隙がポリマーからなる封止材によ
り末端封止された構造の中空糸モジュールを製造する方
法において、封止材をシート状に成型し、得られたシー
トの一枚ないしは複数枚によって複数本の各中空糸の端
部の全周を囲み、次いで、各中空糸とシートとを一体化
させた後、各中空糸とシートとの一体化物を所定形状の
末端封止部に加熱成型する工程を含むことを特徴とする
中空糸モジュールの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外筒内に中空糸状多孔
質分離膜（中空糸）の集束体が収納された中空糸モジュ
ールの製造方法に関し、さらに詳しくは、ガス分離膜、
透析膜、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等として用
いられる中空糸を用いた中空糸モジュールの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸は、中空糸状多孔質体の壁部を選
択性透過膜として利用する分離膜である。この中空糸
は、単位体積当りの膜面積を増大させるために、通常、
多数の中空糸を収束させて、モジュール化して実用に供
されている。中空糸モジュールは、多数の中空糸の束を
円筒形状などの耐圧性の外筒内に収納したエレメントか
らなり、膜の充填密度が高く、例えば、水、ジュース、
酒あるいは溶剤等の液体の有用物を、塵埃、雑菌等から
分離する濾過装置の小型化を図ることができるほか、耐
圧性に優れているため、半導体、食品、その他の広範な
分野で利用されている。特に、四フッ化エチレン樹脂
（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂からなる中空糸は、耐薬
品性に優れていることから汎用されている。

【０００３】中空糸モジュールには、中空糸の一端を熱
融着封止した閉鎖型の内圧式分離膜エレメントや両端の
開口部を開放した内圧循環式分離膜エレメントなどがあ
る。これらのエレメントでは、中空糸の集束体を外筒に
収納し、その一端部または両端部において、中空糸相互
の間隙及び中空糸集束体と外筒内面との間隙を各種ポリ
マーからなる封止材で封止している。

【０００４】中空糸モジュールの長所は、単位体積当た
りの膜面積を増大できることであるが、そのためには、
外筒内に多数の中空糸を高密度で充填することが不可欠
である。そこで、中空糸の充填率（外筒内体積に対す
る、中空糸の内腔を含む体積の合計の割合）は、一般に
５０％以上であることが要求される。

【０００５】ところで、近年、半導体工業をはじめとす
る各産業分野において、使用する各種薬品、例えば、共
酸や有機溶剤などを超清浄化することに対するニーズが
高まっており、そのために、中空糸モジュールの封止材
にも高度の耐薬品性が要求されている。しかし、一般
に、耐熱性や耐薬品性に優れた熱溶融性ポリマーは、高
融点・高粘度であるため、末端封止部を微細成型するこ
とが極めて困難であり、中空糸の充填率を上げることも
難しい。

【０００６】従来、中空糸モジュールにおいて、中空糸
相互の間隙及び中空糸集束体と外筒内面との間隙を封止
する方法として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコ
ーン樹脂等の低粘度の熱硬化性樹脂を集束体の端末部に
注入して、静置あるいは遠心力により、間隙に充填させ
た後、加熱硬化させて封止部を成型する方法が知られて
いる（特公昭４４−５５２６号、特公昭５６−４０６０
２号）。しかし、これらの熱硬化性樹脂は、耐熱性や耐
薬品性が不十分である。

【０００７】一方、ポリマー溶液中に中空糸を含浸させ
ることにより末端封止部を形成する方法が提案されてい
るが（特公平１−２５６０３号）、この方法では、使用
可能なポリマーが耐薬品性の不十分なものに限定される
か、あるいは使用できる溶剤が限定され、しかも、高価
であるとか、危険性が高い等の問題がある特殊な溶剤を
必要とする。

【０００８】最近、フッ素系ポリマーなどの耐熱性、耐
薬品性に優れた熱溶融性ポリマーを予め帯状シートに成
型しておき、その上に、多数の中空糸の端部を帯状シー
トの長手方向とは直交する方向に一定間隔をおいて平行
に載置し、次いで、これを中空糸の端部が内側になるよ
うに巻き込んで巻回し、得られた巻回体の帯状シートの
巻回部を加熱して、シートを溶融させることにより熱溶
融性ポリマーからなる末端封止部を形成する方法が提案
されている（特願平４−２５９１４６号）。しかし、こ
の方法では、中空糸の前後はシートと接するものの、中
空糸の全周がシートと接していないため、成型条件によ
っては、中空糸相互の間隙にチャンネルが生じる可能性
がある。

【０００９】封止部にチャンネルが生じると、例えば、
中空糸モジュールを液体の濾過に使用する場合、中空糸
内腔を通過した原液と、中空糸壁面を透過した濾過液と
が混合し、正常な機能を果たすことができなくなる。し
たがって、耐熱性や耐薬品性に優れた熱溶融性ポリマー
を用いて、チャンネルの生じない、信頼性の高い封止部
を形成する方法が求められている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、フッ
素系ポリマー等のポリマーからなる封止材を用いて、チ
ャンネルの生じない、信頼性の高い末端封止部を形成し
た中空糸モジュールの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、前記従来技術の問題点を克服するために
鋭意研究した結果、フッ素系ポリマーなどの耐熱性、耐
薬品性に優れたポリマーをシート状に成型し、得られた
シートの一枚ないしは複数枚によって複数本の各中空糸
の端部の全周を囲み、次いで、各中空糸とシートとを一
体化させた後、各中空糸とシートとの一体化物を所定形
状の末端封止部に加熱成型することにより、中空糸相互
の間隙が完全にポリマーからなる封止材によって密に充
填され、チャンネルの生じない信頼性の高い末端封止部
を形成できることを見出した。本発明は、これらの知見
に基づいて完成するに至ったものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かくして、本発明によれ
ば、外筒内に中空糸状多孔質分離膜の集束体が収納さ
れ、かつ、該集束体の少なくとも一方の端部において、
外筒内面と集束体との間隙及び各中空糸相互の間隙がポ
リマーからなる封止材により末端封止された構造の中空
糸モジュールを製造する方法において、封止材をシート
状に成型し、得られたシートの一枚ないしは複数枚によ
って複数本の各中空糸の端部の全周を囲み、次いで、各
中空糸とシートとを一体化させた後、各中空糸とシート
との一体化物を所定形状の末端封止部に加熱成型する工
程を含むことを特徴とする中空糸モジュールの製造方法
が提供される。

【００１２】以下、本発明について詳述する。本発明で
使用する中空糸状多孔質分離膜（中空糸）は、特に限定
されないが、耐薬品性の観点から、四フッ化エチレン樹
脂（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶｄＦ）、
エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）など
のフッ素樹脂製の中空糸が好ましい。これらの中でも、
耐熱性、耐薬品性などに優れた中空糸状ＰＴＦＥ多孔質
体が特に好ましい。

【００１３】円筒などの中空糸モジュールの外筒の材質
としては、耐熱性、耐薬品性に優れたステンレス等の金
属、あるいはＰＴＦＥ、四フッ化エチレン−六フッ化プ
ロピレン共重合体（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−パー
フルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）な
どのフッ素樹脂等を必要に応じて使用することができ
る。外筒は、末端封止部の形成時に中空糸集束体と一体
成型してもよいし、あるいは、中空糸集束体に所定形状
の末端封止部を形成してから、外筒に収納してもよい。
さらに、用いるポリマーが溶剤可溶の場合、中空糸端部
にポリマーの溶液を塗布することにより、シートを一体
化させる際の作業性の向上や製品化後の中空糸の端末部
からの引抜強度の向上が期待できる。

【００１４】本発明において封止材（端末材ともいう）
として使用するポリマーとしては、例えば、ＰＦＡ、Ｆ
ＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶｄＦ、三フッ化塩化エチレン樹脂
（ＰＣＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレ
ン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂
（ＥＰＥ）などのフッ素樹脂、フッ化ビニリデン−六フ
ッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−六フッ化
プロピレン−四フッ化エチレン三元共重合体（ＶｄＦ
系）、四フッ化エチレン−プロピレン共重合体（ＴＦＥ
−Ｐ系）、ＰＦＡ系などのフッ素ゴムまたはフッ素系熱
可塑性エラストマーを挙げることができる。フッ素ゴム
の場合には、加硫剤、加硫助剤、加硫遅延剤等を配合し
て、加熱成型時に加硫させてもよい。

【００１５】封止材を構成するポリマーは、予めシート
状に成型して使用する。シートの厚さは、通常、０．０
５〜３ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍ、より好ましく
は０．１〜０．５ｍｍ程度である。シートの幅は、末端
封止部の高さと同じか、それよりも大きめとする。シー
トの幅が大きい場合には、封止部を加熱成型後に、所定
の高さになるように切断すればよい。

【００１６】以下、本発明の中空糸モジュールの製造方
法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本
発明の製造方法により得られる中空糸モジュールの末端
封止部の断面略図である。外筒１内に、多数の中空糸３
が充填されており、外筒内面と集束体との間隙及び各中
空糸相互の間隙がポリマーからなる封止材２により末端
封止されている。

【００１７】図２の（ａ）は、ポリマーシートの一枚な
いしは複数枚によって複数本の各中空糸の端部の全周を
囲む方法の一例を示す断面略図である。３枚のシート２
１、２２、２３を用い、各中空糸を１枚目のシート２１
と２枚目のシート２２との間、及び２枚目のシート２２
と３枚目のシート２３との間に交互に挟んだ状態とす
る。各中空糸とシートとの間及び各シート間は、シート
を加熱溶融させることにより、一体化することができ
る。この場合、シートの表面が部分的に溶融する程度に
加熱すればよい。また、シートを形成するポリマーが有
機溶剤により易溶解性である場合には、有機溶剤で溶解
させて各中空糸とシートとの間及び各シート間を一体化
させてもよい。この場合も、シート表面を部分的に溶解
する程度でよい。

【００１８】図２（ｂ）は、ポリマーシートの一枚ない
しは複数枚によって複数本の各中空糸の端部の全周を囲
む方法の他の例を示す断面略図である。２枚のシート２
１、２２の間に各中空糸を挟み、その端部の全周をシー
トで囲むようにする。各中空糸とシートとの間及び各シ
ート間の一体化は、前記と同じ方法が採用できる。

【００１９】また、図２の（ａ）及び（ｂ）において、
各中空糸の代わりに中空糸と略同径の支持棒の全周をシ
ートで囲み、次いで、支持棒を抜き去り、その空孔に各
中空糸の端部を挿入してもよい。支持棒の材質として
は、ステンレス等の金属やセラミックス等の耐熱性の材
料が好ましい。また、支持棒は、中実体のみならず、中
空体（パイプ）であってもよい。支持棒の径は、使用す
る中空糸の径と同じかやや大きめとする。この方法によ
れば、比較的固めのシートの場合であっても、容易に中
空糸の端部全周を囲むことができる。さらに、支持棒を
挿入した状態で、各シート間を加熱溶融または溶媒で溶
解させて一体化させておけば、後の操作が簡単である。

【００２０】各中空糸とシートとの一体化に際し、予
め、各中空糸の端部に、溶媒に可溶性の熱溶融性ポリマ
ーの溶液を塗布しておけば、一体化の作業性が向上し、
しかも加熱成型後に、封止部から中空糸が抜けにくくな
るため、好ましい。このようにして、複数本の各中空糸
とシートとを一体化させた一体化物は、次いで、巻き込
んで円筒状にする。これを加熱装置にセットして、シー
トを加熱溶融させながら所定形状に成型する。図３に、
末端封止部が形成された中空糸集束体の一例を示す。こ
のようにして、末端封止部を加熱成型により形成した中
空糸集束体は、円筒内に収納する。シートの幅が長く、
したがって末端封止部が円筒よりはみ出す場合、あるい
は、中空糸を開口させる必要がある場合には、図４に示
すように、端部を切断する。

【００２１】本発明の製造方法によれば、予めシート状
のポリマーによって各中空糸の端部全周を囲んでいるた
め、各中空糸相互の間隙に封止材の充填不足によるチャ
ンネルの生じることがなく、末端封止部の信頼性を飛躍
的に高めることができる。また、予め各中空糸とシート
を一体化しているため、所定形状の封止部を成型するの
が容易で、しかも、各中空糸が規則的に、かつ、平行に
並び易く、中空糸が適正に配置された中空糸モジュール
を製造することができる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明について具体的
に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定さ
れるものではない。

【００２３】［実施例１］外径２．８ｍｍ、内径２．０
ｍｍの火炎処理済ＰＴＦＥ多孔質中空糸を１１００ｍｍ
長に裁断したものを６３０本準備した。（１）ＶｄＦ系フッ素ゴム〔ダイキン工業社製、商品名
ダイエルＧ−１００１〕に加硫剤、加硫助剤を配合した
ものを、カレンダーロール機にて、厚さ０．３ｍｍのシ
ートに成型し、幅５０ｍｍに裁断したものを３枚用意し
た。（２）上記３枚の帯状シートの１枚目と２枚目の間、及
び２枚目と３枚目の間に、交互に各中空糸を挟み、この
状態で、９５℃に昇温したホットプレート上で溶融一体
化させた。各中空糸とシートとの間、及び各シート間
は、溶融一体化していた。（３）各中空糸の他端についても同様に処理して、各中
空糸とシートとを一体化させた。

【００２４】（４）次いで、一体化物をシートの長手方
向に巻き込んで集束体とした。（５）集束体の一端を加熱装置にセットし、１１０℃に
加熱して、径８８ｍｍに成型し、その後、１６０℃で加
硫を進行させた。（６）次いで、他端についても同様に加熱成型した。（７）得られた成型物を外筒内に挿入した。（８）両端部を切断して中空糸を開口させた。両端部を
切断して中空糸を開口させた後、外筒に挿入してもよ
い。得られた中空糸モジュールは、外筒内面と集束体との間
隙及び各中空糸相互の間隙が熱溶融性ポリマーからなる
封止材により緊密に封止され、しかも各中空糸が開口面
に対して垂直に並んでいた。

【００２５】［実施例２］ＶｄＦ系ゴム〔ダイエルＧ−
７０４〕に受酸剤等を配合し、一体化を熱によるのでは
なく、メチルエチルケトンによる溶解で行ったこと以外
は実施例１と同様に操作して、同様の形状を有する中空
糸モジュールを作成した。得られた中空糸モジュール
は、外筒内面と集束体との間隙及び各中空糸相互の間隙
が熱溶融性ポリマーからなる封止材により緊密に封止さ
れ、しかも各中空糸が開口面に対して垂直に並んでい
た。

【００２６】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、耐熱性、耐
薬品性等に優れたポリマーを封止材として使用し、高密
度に中空糸を充填した中空糸モジュールを製造すること
ができる。本発明の中空糸モジュールは、末端封止部の
信頼性が高く、特に、半導体工業などの耐薬品性が必要
とされる分野において好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により得られる中空糸モジュ
ールの末端封止部の断面略図である。

【図２】各中空糸とポリマーシートを一体化する方法を
示す断面略図である。（ａ）は３枚のシートを用いた例
であり、（ｂ）は２枚のシートを用いた例である。

【図３】本発明の製造方法により得られる末端封止を形
成した中空糸集束体の外観図である。

【図４】外筒に収納した中空糸集束体の端部を切断し
て、開口させる工程を示す外観図である。

【符号の説明】

１外筒２封止材３中空糸４末端封止部５切断部位２２ポリマー（封止材）シート２３ポリマー（封止材）シート２４ポリマー（封止材）シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外筒内に中空糸状多孔質分離膜（以下、
中空糸と略記）の集束体が収納され、かつ、該集束体の
少なくとも一方の端部において、外筒内面と集束体との
間隙及び各中空糸相互の間隙がポリマーからなる封止材
により末端封止された構造の中空糸モジュールを製造す
る方法において、封止材をシート状に成型し、得られた
シートの一枚ないしは複数枚によって複数本の各中空糸
の端部の全周を囲み、次いで、各中空糸とシートとを一
体化させた後、各中空糸とシートとの一体化物を所定形
状の末端封止部に加熱成型する工程を含むことを特徴と
する中空糸モジュールの製造方法。
【請求項２】シートの一枚ないしは複数枚によって複
数本の各中空糸の端部の全周を囲む工程において、予
め、各中空糸の代わりに中空糸と略同径の支持棒の全周
をシートで囲み、次いで、支持棒を抜き去り、その空孔
に各中空糸の端部を挿入する請求項１記載の製造方法。
【請求項３】各中空糸とシートを一体化させる工程に
おいて、シートを加熱溶融させるか、あるいはシートを
溶剤で溶解させることにより一体化を行う請求項１記載
の製造方法。