JPH0780258A

JPH0780258A - 中空糸モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0780258A
Application number: JP25016893A
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
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP3351048B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】中空糸モジュールの末端封止部において、各
中空糸を規則的に配置でき、各中空糸の位置に粗密が生
じたり、封止部にチャネリングが生じることのない中空
糸モジュール、及びその製造方法を提供する。【構成】各中空糸の貫通孔を有する目板が、末端封止
部の内側及び外側の一方に、各中空糸が貫通孔を貫通し
た状態で、末端封止部に密接して配置されている中空糸
モジュール。末端封止部を形成する集束体端部の上方
及び下方の一方に、目板を配置し、目板の上または２枚
の目板の間に、ポリマーを注入して加熱成型して所定形
状の末端封止部を形成する中空糸モジュールの製造方
法。固体状態の封止材を各中空糸端部の周囲または各
中空糸端部の相互の間隙に存在させ、封止材の上方およ
び下方の一方には、目板を配置し、封止材を加熱成型し
て所定形状の末端封止部を形成するに際し、目板を封止
材に密接させ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
ールとその製造方法に関し、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及びその
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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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）。

【０００６】より具体的には、従来の中空糸状多孔質膜
を用いた中空糸モジュールにおいては、外筒の中に中空
糸束をフリーな状態で垂下しておき、低粘度の封止材を
注入し加熱成型して封止部を成型する方法が採用されて
いた。この他、中空糸束に封止材の溶液を塗布したり、
多数の穴を開けた所定形状の封止材の該穴に中空糸を挿
入するなどして、予め中空糸相互の間隙に封止材を存在
させておいて、後に加熱成型して封止部を作製する方法
も知られている。

【０００７】ところが、前記のような従来の製造方法で
は、各中空糸相互間及び各中空糸と外筒との間の相対的
な位置を固定するための方策がなされていなかったた
め、加熱成型後の封止部における各中空糸の位置は、封
止材の流れ易さや、成型時の外力等の偶然に支配されて
おり、本来あるべき位置に正確に配置することが極めて
困難であった。このため、各中空糸が偶然に適正な配置
をとる場合を除いて、各中空糸の位置には疎密が生じて
しまうことが多い。

【０００８】各中空糸の位置に疎密が生じると、疎の部
分は、単位体積当りの膜面積が減少して濾過効率が悪く
なり、密の部分は、各中空糸の表面同士が接触して流れ
が乱されるため、やはり濾過効率の悪化につながる。さ
らに、ひどい場合には、中空糸相互間が密な部分に封止
材が流れ込まずにチャンネルが生じてしまうことがあ
る。この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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、中空
糸モジュールの末端封止部において、各中空糸を規則的
に配置することができ、各中空糸の位置に粗密が生じた
り、封止部にチャネリングが生じることのない中空糸モ
ジュール、及びその製造方法を提供することにある。本
発明の他の目的は、末端封止部を保護することにより、
耐久性に優れた中空糸モジュール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、ポリマーにより末端封止部を加
熱成型する際に、各中空糸が貫通し得る多数の孔を有す
る目板を用いることにより、前記目的を達成できること
を見出した。

【００１０】より具体的には、末端封止部を形成する集
束体端部の上方及び下方の少なくとも一方に、各中空糸
の貫通孔を有する目板を各中空糸が貫通孔を貫通した状
態で配置し、目板の上または２枚の目板の間に、封止材
のポリマーを配置して末端封止部を加熱成型することに
より、各中空糸が規則的に配列した中空糸モジュールを
得ることができる。本発明の製造方法によれば、中空糸
相互及び各中空糸と外筒との相対的位置を制御できるの
で、各中空糸の位置に疎密が生じることがなくなる。そ
の結果、濾過効率が低下したり、封止部にチャンネルが
生じる等の不具合な点を解消することができる。

【００１１】また、末端封止部を加熱成型した後、各中
空糸の貫通孔を有する目板を末端封止部に密接させた状
態でモジュール化すると、目板の材質が耐熱性や耐薬品
性に優れている場合には、末端封止部が液体や気体から
保護されて、中空糸モジュールの耐久性が向上する。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。

【００１２】

【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封止された末端封止部を有
する中空糸モジュールにおいて、各中空糸の貫通孔を有
する目板が、末端封止部の内側及び外側の少なくとも一
方に、各中空糸が貫通孔を貫通した状態で、末端封止部
に密接して配置されていることを特徴とする中空糸モジ
ュールが提供される。

【００１３】また、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
より封止された末端封止部を有する中空糸モジュールの
製造方法において、末端封止部を形成する集束体端部の
上方及び下方の少なくとも一方に、各中空糸の貫通孔を
有する目板を各中空糸が貫通孔を貫通した状態で配置
し、目板の上または２枚の目板の間に、ポリマーを注入
して加熱成型することにより所定形状の末端封止部を形
成する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。

【００１４】さらに、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
により封止された末端封止部を有する中空糸モジュール
の製造方法において、固体状態の封止材を各中空糸端部
の周囲または各中空糸端部の相互の間隙に存在させ、封
止材の上方および下方の少なくとも一方には、各中空糸
の貫通孔を有する目板を各中空糸が貫通孔を貫通した状
態で配置し、封止材を加熱成型して所定形状の末端封止
部を形成するに際し、目板を封止材に密接させることを
特徴とする中空糸モジュールの製造方法が提供される。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】封止材（端末材）としては、例えば、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、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレ
ンプロピレンゴム、シリコーンゴムなどのエラストマ
ー、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、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。
熱硬化性樹脂には、硬化剤などの添加剤を配合してもよ
い。また、エラストマーには、加硫剤、加硫助剤、加硫
遅延剤などを配合することができる。封止材は、液状、
粉末状、粒状、テープ状、チューブ状など種々の形状で
使用することができる。

【００１８】常温で液状または熱流動性の粉粒体状の封
止材は、中空糸集束体の下端部に注入し、所定形状に加
熱成型し、あるいは同時に硬化させることにより、末端
封止部（端末部）を形成することができる。固体状とし
ては、例えば、エラストマーをテープ状に成型して、中
空糸の端部に巻き付けたり、あるいは、チューブ状に成
型して、中空糸の端部に被覆して用いることができる。
固体状の封止材は、加熱溶融させ、あるいは同時に硬化
させて末端封止部を成型する。

【００１９】目板は、各中空糸の貫通孔を設けたもので
ある。貫通孔の数は、通常、１個の中空糸モジュールに
使用する中空糸の本数と同じとする。貫通孔の大きさ
は、中空糸の外径と同じかやや大きめとする。目板の材
質としては、アルミニウムなどの金属、ＰＴＦＥなどの
合成樹脂を挙げることができ、耐熱性、耐薬品性などに
優れているものが好ましい。目板の形状は、特に限定さ
れないが、末端封止部を加熱成型後に、目板を末端封止
部に密着させた状態で外筒内に収納する場合には、外筒
の内径とほぼ同じとすることが好ましい。

【００２０】本発明の中空糸モジュール及びその製造方
法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本
発明で使用する目板１の一例を示す外観図である。貫通
孔は、規則的に配置するように設ける。図２は、本発明
の製造方法の一例を示す模式図である。外筒２を目板１
の上に載置する（ｂ）。目板には、所定の数の貫通孔が
開けられており、各貫通孔に各中空糸３を通して垂下す
る（ｃ）。封止材４として、熱流動性ポリマーまたは熱
硬化性ポリマーを注入し、加熱成型する（ｄ）。加熱す
ると、ポリマーは流動して各中空糸相互の空隙及び外筒
内面と中空糸集束体との間隙に密に充填し、加硫または
熱硬化するものは、この工程で加硫または硬化する。次
いで、円筒と目板との間で切断すると、末端封止部が形
成された中空糸モジュールを得ることができる（ｅ）。
両末端を封止する場合には、前記と同じ操作を繰り返
す。

【００２１】図２には、加熱成型後に目板を除去する態
様について示したが、目板の形状を円筒の内径とほぼ同
じにして、加熱成型後に目板を末端封止部に密着させた
状態で使用してもよい。また、円筒の内径とほぼ同じ形
状の目板を中空糸集束体の末端封止部を形成する箇所の
上方及び下方の両方に配置し、その間にポリマーを注入
して、２枚の目板の間で末端封止部を加熱成型してもよ
い。この場合、円筒内部に位置する目板は、中空糸モジ
ュールが適用される液体や気体と直接接することになる
ため、耐薬品性や耐熱性に優れた材質の目板を使用する
と、末端封止部が目板によって保護され、中空糸モジュ
ールの耐久性が向上する。

【００２２】図３は、本発明の製造方法の他の例を示す
模式図である。外筒の内径とほぼ同じ形状の目板を円筒
の上方に位置させ、目板の貫通孔を貫通させて各中空糸
の上端部を上に出す（ａ）。そして、目板の上に封止材
４を注入して加熱成型すると、集束体の上方部に末端封
止部を形成することができる（ｂ）。

【００２３】図４は、本発明の製造方法の他の例を示す
模式図である。固体状の熱流動性ポリマーを例えばチュ
ーブ状に成型しておき、このチューブ状封止材４を各中
空糸３の封止部を形成する箇所に被覆しておく（ａ）。
封止材４の上方及び下方に、目板を配置する（ｂ）。加
熱成型装置５にて加熱成型して所定形状の末端封止部を
形成するに際し、各目板を封止材の方にスライドさせて
圧接させる（ｃ）。そうすると、加熱成型された末端節
部の上下に目板が密着した構造の集束体を得ることがで
きる（ｄ，ｅ）。目板は、加熱成型後に取り去ってもよ
いが、円筒内に収納可能な形状の場合には、そのままの
状態でモジュール化してもよい。また、この場合、目板
を末端封止部の一方にのみ配置してもよい。

【００２４】本発明の製造方法によれば、中空糸相互及
び各中空糸と外筒との相対的位置を制御できるので、中
空糸の位置に疎密が生じることがなくなる。その結果、
濾過効率が低下したり、末端封止部にチャンネルが生じ
る等の不具合な点をすべて解消することができる。特
に、末端封止部の内側に目板がある場合には、成型前あ
るいは成型中に目板を上下にスライドさせて、各中空糸
が絡まらないようにお互いを離し、また、末端封止部の
開口面に対して各中空糸を垂直に並べるようにすること
ができるので、濾過効率の維持・向上に効果的である。

【００２５】末端封止部を加熱成型後、目板を取り除い
てもよいし、残してもよい。特に、中空糸モジュール内
を流れる液体または気体に対して目板の材質が封止材の
材質よりも強い場合には、目板を残しておくと、封止部
が液体や気体と直接接する面積や接する量を減らす効果
があり、これによって、中空糸モジュールの耐久性が向
上する。

【００２６】

【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。

【００２７】［実施例１］半径１１ｍｍの円の中に、直
径２．９ｍｍの貫通孔１０個が、ほぼ均等の間隔で開け
られているアルミニウム製の目板を２枚作成した。（１）外径２．８ｍｍ、内径２．０ｍｍのＰＴＦＥ多孔
質中空糸を２９０ｍｍに裁断したものを１０本準備し
た。（２）１０本の中空糸の各々の内腔に、径１．９ｍｍ、
長さ２９０ｍｍのステンレス棒を挿入した。（３）外径２２ｍｍ、内径１６ｍｍ、長さ２７０ｍｍの
外筒の両端開口部に、２枚の目板を各孔の位置が相対す
るように配置して固定した。

【００２８】（４）１０本の中空糸を目板の各貫通孔に
通し、外筒の両端から１０ｍｍづつ端が出るようにして
固定した。（５）外筒を立てた状態で、外筒の側面に開いている液
体の流出入口からエポキシ樹脂（チバガイギー、商品名
アラルダイトＣＹ−２０５とＨＹ９７４の１００：２３
混合物）を注入した。（６）７５℃で２時間、さらに１２０℃で３時間加熱し
て硬化させた。（７）他端についても、前記操作を施した。（８）外筒と目板の境で切断して開口させ、ステンレス
棒は抜き取った。得られた中空糸モジュールは、中空糸が規則的に配置さ
れていた。

【００２９】［実施例２］直径２．９ｍｍの貫通孔１０
０個が、ほぼ均等の間隔で開けられている半径２５ｍｍ
の円盤状のＰＴＦＥ製の目板４枚を作成した。（１）外径２．８ｍｍ、内径２．０ｍｍのＰＴＦＥ多孔
質中空糸を３５０ｍｍに裁断したものを１００本準備し
た。（２）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
ゴムを溶剤に溶かし、各中空糸の端から３０ｍｍから８
０ｍｍまでの外周面に塗布し、乾燥させた。（３）同じ配合処方のフッ素ゴムを溶融押出機で外径
４．４ｍｍ、内径３．５ｍｍのチューブ状に押出して、
長さ５０ｍｍに裁断したものを、１００本準備し、各中
空糸のゴム溶液塗布部に被せた。

【００３０】（４）各中空糸のフッ素ゴムチューブ被覆
部の上下から１枚づつ計２枚の目板を通し、チューブか
ら少し離れた位置に配置した。（５）フッ素ゴムチューブ被覆部に加熱成型装置をセッ
トし、１１０℃に加熱して、直径５０ｍｍに成型し、そ
の際、上下の目板をチューブの方に移動させて密接し
た。その後１６０℃で加硫を進行させた。（６）他端についても、目板１枚を各中空糸に通した
後、上記と同様の操作を施した。（７）両端部の目板の外側で開口させた後、末端封止部
を形成した中空糸集束体を外筒内に挿入した。得られた中空糸モジュールは、中空糸が規則的に配置さ
れていた。

【００３１】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、中空糸モジ
ュールにおいて、中空糸の配置を規則的にすることがで
き、その結果、末端封止部のシール性の向上、及び濾過
効率の低下の抑制を達成することができる。また、本発
明の製造方法によれば、耐久性に優れた中空糸モジュー
ルを提供することができる。さらに、本発明によれば、
耐熱性、耐薬品性に優れた熱流動性ポリマーを封止材に
用いて、高密度に中空糸を充填した中空糸モジュールを
得ることができる。本発明の中空糸モジュールは、半導
体工業等の耐薬品性が必要とされる分野においても使用
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸モジュールの製造方法において
使用する目板の一例を示す外観図である。

【図２】目板を用いて、末端封止部を加熱成型する工程
の一例を示す模式図である。

【図３】目板を用いて、末端封止部を加熱成型する工程
の一例を示す模式図である。

【図４】目板を用いて、末端封止部を加熱成型する工程
の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１目板２外筒３中空糸４封止材５加熱成型装置

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
により封止された末端封止部を有する中空糸モジュール
において、各中空糸の貫通孔を有する目板が、末端封止
部の内側及び外側の少なくとも一方に、各中空糸が貫通
孔を貫通した状態で、末端封止部に密接して配置されて
いることを特徴とする中空糸モジュール。
【請求項２】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封止された末端封
止部を有する中空糸モジュールの製造方法において、末
端封止部を形成する集束体端部の上方及び下方の少なく
とも一方に、各中空糸の貫通孔を有する目板を各中空糸
が貫通孔を貫通した状態で配置し、目板の上または２枚
の目板の間に、ポリマーを注入して加熱成型することに
より所定形状の末端封止部を形成することを特徴とする
中空糸モジュールの製造方法。
【請求項３】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封止された末端封
止部を有する中空糸モジュールの製造方法において、固
体状態の封止材を各中空糸端部の周囲または各中空糸端
部の相互の間隙に存在させ、封止材の上方および下方の
少なくとも一方には、各中空糸の貫通孔を有する目板を
各中空糸が貫通孔を貫通した状態で配置し、封止材を加
熱成型して所定形状の末端封止部を形成するに際し、目
板を封止材に密接させることを特徴とする中空糸モジュ
ールの製造方法。