JPH08266872A - 中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中空糸膜の端部が潰れたり、或いは中空糸膜
の内径寸法に変化を生じることなく、その形状を維持し
て液密的に一体に接合された中空糸膜モジュ−ルの製造
方法を提供するものである。 【構成】 高分子材料から成る複数本の中空糸膜が束ね
られ、チュ−ブ状ケ−シング内に高密度に組み込まれた
中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法において、高分子
材料からなり、端部が目止めされた複数本の中空糸膜の
端部を熱可塑性樹脂粉末で覆った後、束ねてチュ−ブ状
ケ−シング内に挿入して中空糸膜束とケ−シングの間隙
及び中空糸膜同志の間隙を前記樹脂粉末で満たした後、
加熱して樹脂粉末を熱溶融させて中空糸膜端部を溶融樹
脂に埋設した後、遠心加速度を与えつつ冷却固化して中
空糸膜型分離モジュ−ル端部を液密的に一体に接合する
ことを特徴とする中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子工業、食品工業、
医薬工業様等、低溶出性、耐薬品性を必要とする分野で
利用される中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜分離モジュ−ルは複数本の中空
糸状多孔質膜を結束し、その端部を固定してハウジング
内に組み込み、ユニット化したものであるが、中空糸状
多孔質膜端部を固定化する手段としては、従来ポリウレ
タン系又はエポキシ系樹脂からなる接着剤が使用されて
いる。しかし、接着剤による固定化方法では接着剤から
の溶出物があり、耐熱性及び耐薬品性にも乏しいため、
浄水器用等の限定された用途にしか使用できない欠点が
あった。この接着剤による固定化に代る手段として熱融
着方法がある。この方法は、複数の中空糸状多孔質膜同
志の間隙にポリオレフィン樹脂のような熱融着性樹脂を
充填し、加熱して一体とするのであるが、樹脂の熱溶融
時に中空糸状多孔質膜の形状を維持することが困難で中
空糸状多孔質膜が潰れたり、或は中空糸膜の内径及び外
径の寸法に変化を生じる等の問題点があった。

【０００３】この問題点を解決する手段として、特開平
１−２９３１０５号公報には熱溶融を行なう部分の中空
糸膜の内部を加熱の際に流動性を示さない物質で目止め
を行い、中空糸膜端部同士の隙間に熱可塑性樹脂を詰め
加熱溶融して接着したのち、目止め剤を除去する方法が
記載されている。そして具体的に補助部材を詰めた中空
糸状多孔質膜の糸束の外周に熱収縮性のテ−プを巻きつ
けて固定し、これを加熱することによって、補助部材が
完全に中空糸状多孔質膜同志の間隙を埋めると共に熱収
縮性テ−プの収縮によって糸束が締めつけられて液密的
に熱融着されることが示されている。

【０００４】また、特開平４−６３１１７号公報には中
空糸膜及び中空糸膜の結束端部における封止剤の材質を
オレフィン系樹脂を使用した中空糸膜分離ユニットが開
示されている。そして、この中空糸型膜分離ユニットの
製造方法として封止剤のポリオレフィン系樹脂の微粉末
の懸濁液をつくり、これに中空糸膜を結束し、結束端部
を浸漬し、封止剤の融点以上の温度に加熱して懸濁液の
液体を蒸発させ、封止剤微粉末が溶融流動状態になった
後、常温まで徐冷固化する方法が開示されている。しか
し、この製造方法では加熱溶融時に封止剤微粉末間の空
隙を埋めるための操作を行なわないため気泡の残存が多
く、初期シ−ル性及び耐熱くり返し圧力性の耐久性の保
証がしがたいという問題があった。

【０００５】これに対して前記特開平１−２９３１０５
号公報記載の方法では、熱収縮性のテ−プを巻きつけ、
これによって糸束は締めつけられ、熱溶融した補助部材
は中空糸状多孔質膜同志の隙間を埋めることができ、液
密的に熱溶融接着されるが、糸束外周にテ−プを巻きつ
ける等の操作を行わなければならず、しかも任意に巻き
つけるために収縮後の外径寸法が一定とならない。この
ようにして作られた濾過素子（中空糸膜分離モジュ−ル
素子）は、チュ−ブ状ケ−シング内に挿入されて使用さ
れるが、素子の端部外周とケ−シング内壁との間のシ−
ルは、Ｏリングパッキンを用いるか、または、再度補助
部材を用いて溶着する必要がある。従って、前者の場合
パッキン材の溶出、濾過素子の外径のバラツキからくる
パッキング材との間のシ−ル不良や耐久上の問題を生
じ、後者の場合外周部の接合不良、またあらかじめ接合
した中空糸膜間の再溶融に起因するシ−ル不良、更に製
造工程の増加等の問題を生ずる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は上
記問題点を解決するために、種々検討した結果、本発明
を完成したもので、本発明の目的は、高分子材料から成
る複数本の中空糸膜が束ねられ、チュ−ブ状ケ−シング
内に高密度に組み込まれた中空糸膜型分離モジュ−ルに
おいて、中空糸膜の端部が潰れたり、或いは中空糸膜の
内径寸法に変化を生じることなく、その形状を維持して
液密的に一体に接合された中空糸膜モジュ−ルを提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、高分子
材料から成る複数本の中空糸膜が束ねられ、チュ−ブ状
ケ−シング内に高密度に組み込まれた中空糸膜型分離モ
ジュ−ルの製造方法において、高分子材料からなり、端
部が目止めされた複数本の中空糸膜の端部を熱可塑性樹
脂粉末で覆った後、束ねてチュ−ブ状ケ−シング内に挿
入して中空糸膜束とケ−シングの間隙及び中空糸膜同志
の間隙を前記樹脂粉末で満たした後、加熱して樹脂粉末
を熱溶融させて中空糸膜端部を溶融樹脂に埋設した後、
遠心加速度を与えつつ冷却固化して中空糸膜型分離モジ
ュ−ル端部を液密的に一体に接合することを特徴とする
中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法、又は、高分子材
料から成る複数本の中空糸膜が束ねられ、チュ−ブ状ケ
−シング内に高密度に組み込まれた中空糸膜型分離モジ
ュ−ルの製造方法において、高分子材料からなり、端部
が目止めされた複数本の中空糸膜の端部を溶融された樹
脂で覆ってた後、束ねてチュ−ブ状ケ−シング内に挿入
して中空糸膜束とケ−シングの間隙及び中空糸膜同志の
間隙を前記熱溶融した樹脂で満たし中空糸膜端部を溶融
樹脂に埋設した後、遠心加速度を与えつつ冷却固化して
中空糸膜型分離モジュ−ル端部を液密的に一体に接合す
ることを特徴とする中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方
法である。

【０００８】即ち、本発明においては、中空糸膜束端部
の中空糸同志の隙間、及び中空糸膜束とケ−シングとの
隙間を樹脂粉末で満たした後、加熱して樹脂粉末を熱溶
融するか、或いは、中空糸膜束端部の中空糸同志の隙
間、及び中空糸膜束とケ−シングとの隙間を直接熱溶融
した樹脂で覆うかして上記隙間に熱溶融性樹脂を埋設し
た後、遠心力をかけつつ固化させる、いわゆる遠心冷却
により、溶融樹脂の冷却固化収縮時に発生するボイドを
無くすことができ、これによって中空糸膜束端部及び中
空糸膜束端部とケ−シングとの間に何らの気泡を生じる
こと無く完全に接合することができ、中空糸膜、接合樹
脂及びケ−シングを例えばポリオレフィン樹脂を使用し
た場合には完全なオ−ルポリオレフィン製中空糸膜型分
離モジュ−ルを形成することができる。

【０００９】本発明の中空糸膜としては、特に限定され
るものではなく、通常中空糸膜型分離モジュ−ルに使用
されている中空糸膜の何れでもよく、例えばポリオレフ
ィン、ポリサルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等であ
る。この中空糸膜同志、及び中空糸膜とケ−シングを接
合する熱溶融性樹脂としては使用する中空糸膜の材質に
より適宜選択すればよく、例えばポリオレフィン、ポリ
サルホンやポリフッ化ビニリデンの中空糸膜に対しては
ポリオレフィン系樹脂を、また、ポリテトラフルオロエ
チレンの中空糸膜に対してはパ−フルオロアルコキシア
ルカン（ＰＦＥ）やテトラフルオロエチレン／ヘキサフ
ルオロプロピレン（ＦＥＰ）を使用することが好まし
い。

【００１０】中空糸膜の端部を溶融された樹脂で覆うに
先立って、中空糸膜の先端部を目止めを施こすことが好
ましく、各中空糸膜の目止めは、中空糸膜内端部に目止
め材を充填することによって行うが、材質や径によって
は、切断による端部のつぶれで目止めが可能である。ま
た、ケ−シングの熱変形を防止するためケ−シングの外
側に形状保持チュ−ブを取り付けることが好ましい。ま
た、必要量以上の樹脂が注入されないようにケ−シング
内面の先端部から１０〜４０ｍｍ付近の個所に環状突起
を設けて中空糸膜の束を絞ることが好ましい。また、突
起の代わりにリング状の別部品を用けたり、ケ−シング
の内径を途中から小さくして中空糸膜束を絞ってもよ
い。ケ−シング内面に環状突起を設けると中空糸膜束が
この部分で絞られた状態となるので、各中空糸膜間が密
となり、溶融樹脂はこの部分で止まり、それ以上中へ入
り込まず、従って環状突起より下方の部分の溶融樹脂が
より均一に注入された状態となってシ−ルがより確実に
なされる。

【００１１】中空糸膜の端部を溶融樹脂中に埋設する方
法として、中空糸膜をバラバラにしてその端部に樹脂粉
末を付着させた後、これを束ねてケ−シング内に組み込
み中空糸膜間および中空糸膜とケ−シングの間に樹脂粉
末を充填した後加熱して溶融状態にして埋設するか、中
空糸膜端部に直接溶融樹脂を付着させて埋設する方法の
何れでもよい。中空糸膜端部に樹脂粉末を付着させる方
法としては、樹脂粉末の懸濁液中に中空糸膜端部を浸漬
して付着させる方法が好適である。また、中空糸膜端部
に直接溶融樹脂を付着させる方法としては、中空糸膜端
部をばらばらにして溶融樹脂を付着させた後、これをケ
−シング内に組み込むか、或いは中空糸膜の先端部をケ
−シング端部より外方に出した状態でケ−シング内に組
み込み、この状態で中空糸膜間に溶融樹脂が入り込みや
すいように中空糸膜の先端部を拡げて溶融樹脂浴中に浸
し中空糸膜に溶融樹脂を付着させて後、中空糸膜を完全
に組み込むことによって中空糸膜束端部を樹脂中に埋設
することができる。

【００１２】続いて、中空糸膜束端部を溶融樹脂中に埋
設した後、遠心加速度を与えつつ冷却固化する所謂遠心
冷却によって溶融樹脂を固化する。遠心冷却によって溶
融樹脂を固化することによって、溶融樹脂の冷却固化収
縮時に発生するボイドを無くすことができ、これによっ
て中空糸膜束端部及び中空糸膜束端部とケ−シングとの
間に何らの気泡を生じること無く完全に接合することが
でる。遠心加速度としては１００〜１５０Ｇ程度であ
る。冷却固化後、その先端部を切断して中空糸膜の開放
端を切断面上に出して中空糸膜分離モジュ−ルを得るこ
とができ、この端部にケ−シングと同質の合成樹脂より
なるキャップを溶着接合して使用に供される。

【００１３】

【実施例】次に図をもって本発明の実施例を示す。 実施例１ 図１は本発明の製造方法の実施態様を説明した説明図で
ある。ポリオレフィンよりなり、外径１．２ｍｍの中空
糸膜約４００〜６００本を束とし、その中央部を紐で束
ね（ａ）、この束を紐の部分でＵ字状に折り、２つ折り
した側から入口パイプ６を有するポリオレフィン製の外
径７０ｍｍのケ−シング（又はチュ−ブ）５内に、その
先端部を３０〜８０ｍｍ突出させて挿入する。なお、予
め中空糸膜の先端部は潰し、高濃度懸濁液が中空部内に
浸入するのを防止する。なお、ケ−シング５の内壁面に
は先端から１０〜４０ｍｍのところに中空糸膜束を絞る
ため環状突起２が設けてあり、また、ケ−シング５の外
側にはケ−シング５の熱変形を制御する為の形状保持チ
ュ−ブ１２が取付けられている（ｂ）。他方、封止剤と
してポリオレフィン系樹脂（ＰＰ，ＰＥ，ＥＶＡ等）微
粉末の適量を容器４に入れ、分散液（エタノ−ル）を加
え撹拌し、高濃度懸濁液８を作製する（ｃ）。次に中空
糸膜１の束の突出部分の中空糸膜束を拡げて高濃度懸濁
液８に浸漬し（ｄ）、中空糸のまわりに高濃度懸濁液を
十分に塗布した後、懸濁液浴より取り出し、中空糸膜束
１全体を中空糸膜束１を結束してある紐で引き上げ
（ｅ）ポリオレフィン製のケ−シング５に引込め、ユニ
ットを形成する（ｆ）。続いて、このユニットを、ポリ
オレフィン系樹脂よりも低い温度で加熱して分散媒のエ
タノ−ルを蒸発させる。次に、これを乾燥後、封止剤の
融点以上にヒ−タ−ブロック１３によって端部を加熱、
封止剤を溶融させる（ｇ）。その後、直ちに（１〜２ｍ
ｉｎ以内）遠心機１０にセットし、１００〜１５０Ｇの
遠心力を与えつつ冷却、固化させ（ｈ）しかる後、遠心
機１０から取り出した後、形状保持チュ−ブ１２を外し
て溶着面の先端から５〜１０ｍｍを切断し、中空糸膜開
放端を切断面上に出して一方側に固定端部３を有するオ
−ルポリオレフィン製中空糸膜モジュ−ルを得た
（ｉ）。該モジュ−ル端部にポリオレフィン製カバ−体
（キャップ）を溶着接合し、使用に供した（ｊ）。

【００１４】実施例２ 図２は本発明の製造方法の実施態様を説明した説明図で
ある。予め両端が目止めされ、中央部が紐で結束してあ
る中空糸膜束１（ａ）をその中央部で２つ折りにして、
２つ折りにした側からケ−シング５内に挿入する
（ｂ）。なお、ケ−シング５の内壁面には先端から１０
〜４０ｍｍのところに中空糸膜束を絞るため環状突起２
が設けてあり、また、ケ−シング５の外側にはケ−シン
グ５の熱変形を制御する為の形状保持チュ−ブ１２が取
付けられている。目止めした中空糸膜束１の先端をケ−
シング５から約３０〜５０ｍｍ出し、この状態で紐を治
具９に固定する（ｃ）。その際、中空糸膜同志の間に、
樹脂が入り込みやすい様に扇状に拡張させた。ヒ−タ−
ブロック１３内にペレット状あるいは粉体の樹脂を徐々
に投入して溶融させ、溶融樹脂７浴中に浸漬した
（ｄ）。使用した樹脂としてはポリオレフィンであっ
た。投入量は、ケ−シング端部から５〜１０ｍｍ程度あ
け、ケ−シング端部に溶融樹脂が付着しない程度までと
した。中空糸膜間に溶融樹脂が付着して満たされた後、
治具９を上昇させて中空糸膜束１をケ−シング５内に引
き上げてケ−シング内に中空糸膜束を組込み、その端部
を樹脂内に埋設した。その後、直ちに（１〜２ｍｉｎ以
内）遠心機１０にセットし（ｅ）、１００〜１５０Ｇの
遠心力を与えつつ冷却、固化させてから、遠心機１０か
ら取り出した後、形状保持チュ−ブ１２を外して溶着面
の先端から５〜１０ｍｍを切断し、中空糸膜開放端を切
断面上に出すして一方側に固定短端部３を有するオ−ル
ポリオレフィン製中空糸膜モジュ−ルを得た（ｆ）。該
モジュ−ルの端部及びケ−シングのもう一方の端部にポ
リオレフィン製カバ−体（キャップ）１１を溶着接合
し、使用に供される（ｇ）。

【００１５】本発明の製造方法によって得られた中空糸
膜型分離モジュ−ルとしてはケ−シング内に組み込まれ
た中空糸膜の一端がケ−シングと固定化され、その他端
はＵ字状に折り返されたもの、或いは、中空糸膜の両端
部がケ−シングに固定化されたものの何れでもよい。こ
れを図を以って表わすと、中空糸膜の一端がケ−シング
と固定化され、他端がＵ字状を呈しているものを図３
に、また、中空糸膜の両端部がケ−シングに固定化され
ているものを図４に示す。図３の場合は、ケ−シング内
に組み込まれた中空糸膜束１の一端がケ−シング５と固
定化され、その他端はＵ字状に折り返されたものであ
り、図４は中空糸膜束１の両端部がケ−シング５に固定
化されたものである。この中空糸膜束１の両端部を固定
する場合、端部の溶着は片方づつ行うがこれを実現する
には、ケ−シングを上下に分割し、上下ケ−シングがス
ライドできる構造にしておき他方を溶着するときは、溶
着されない方のケ−シングをスライドさせ中空糸膜の束
を突出させ前記したようにして溶着する。

【００１６】このようにして本願発明の方法で得られた
溶融樹脂接合部３は、中空糸膜同志の間隙、及び中空糸
膜束１とケ−シング５との隙間は溶融樹脂中に埋設され
た後、遠心冷却によって固化されたもので中空糸膜同志
及び中空糸膜束１とケ−シング５とは確実に固着一体化
している。そして、ケ−シング５は環状突起２を有し、
図３では一方の端部が、図４では両端部がそれぞれキャ
ップ体１１によって封鎖されている。従って、処理され
る流体は一方の流体流入孔１５より流入し、他方の流体
流出孔１６より流出する。図３及び図４の１４は空気抜
きポ−トで、図４の場合は１４は空気抜きポ−トを兼ね
た濾過液出口である。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の中空糸膜型
分離モジュ−ルは、溶融熱可塑性樹脂により、複数本の
中空糸状多孔質膜とケ−シングとを一体的に接合された
もののため、低溶出性で、耐薬品性、耐熱性、シ−ル性
に優れている。また中空糸状多孔質膜の端部固定が熱溶
着法のため、従来の接着剤法における接着剤溶出成分の
問題はなく、製造に当たっては、遠心冷却固化法を用い
たため、製造が極めて容易となり、ボイド、鬆がなくな
るため品質の安定したものを安価に提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施例１の中空糸膜型分離モジ
ュ−ル製造方法の説明図

【図２】本発明にかかる実施例２の中空糸膜型分離モジ
ュ−ル製造方法の説明図

【図３】本発明にかかる中空糸膜型分離モジュ−ルの一
例の部分断面側面図

【図４】本発明にかかる中空糸膜型分離モジュ−ルの他
の例の部分断面側面図

【符号の説明】

１ 中空糸膜（束） ２ 環状突起 ３
溶融樹脂接合部 ４ 容器 ５ ケ−シング ６
入口パイプ ７ 溶融樹脂 ８ 懸濁液 ９
紐固定治具 １０ 遠心機 １１ カバ− １
２ 形状保持チュ−ブ １３ ヒ−タ−ブロック １４ 空気抜きポ−ト １
５ 液体流入孔 １６ 液体流出孔 ２４ 濾過液出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料から成る複数本の中空糸膜が
   束ねられ、チュ−ブ状ケ−シング内に高密度に組み込ま
   れた中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法において、高
   分子材料からなり、端部が目止めされた複数本の中空糸
   膜の端部を熱可塑性樹脂粉末で覆った後、束ねてチュ−
   ブ状ケ−シング内に挿入して中空糸膜束とケ−シングの
   間隙及び中空糸膜同志の間隙を前記樹脂粉末で満たした
   後、加熱して樹脂粉末を熱溶融させて中空糸膜端部を溶
   融樹脂に埋設した後、遠心加速度を与えつつ冷却固化し
   て中空糸膜型分離モジュ−ル端部を液密的に一体に接合
   することを特徴とする中空糸膜型分離モジュ−ルの製造
   方法。
2. 【請求項２】 高分子材料から成る複数本の中空糸膜が
   束ねられ、チュ−ブ状ケ−シング内に高密度に組み込ま
   れた中空糸膜型分離モジュ−ルの製造方法において、高
   分子材料からなり、端部が目止めされた複数本の中空糸
   膜の端部を溶融された樹脂で覆った後、束ねてチュ−ブ
   状ケ−シング内に挿入して中空糸膜束とケ−シングの間
   隙及び中空糸膜同志の間隙を前記熱溶融した樹脂で満た
   して中空糸膜端部を溶融樹脂に埋設した後、遠心加速度
   を与えつつ冷却固化して中空糸膜型分離モジュ−ル端部
   を液密的に一体に接合することを特徴とする中空糸膜型
   分離モジュ−ルの製造方法。