JP4642974B2

JP4642974B2 - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP4642974B2
Application number: JP2000202103A
Authority: JP
Inventors: 賢二小図子; 重徳笠井
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: JP2002018244A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種物質の分離及び供給に利用される中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜モジュールの端部を接着剤でケースに固定するに際して、予め端部の開口部を石膏等で閉塞しておいた中空糸膜束を、ケースから両端がはみ出すようにセットし、次いで接着治具をケースの端部にセットし、該接着治具部より接着剤を注入して、接着剤が硬化した後に端部を切断して、中空糸膜の端部を開口してモジュールを製作している。大型モジュールの場合は接着剤の硬化発熱による温度上昇が大きいため、硬化剤の収縮も大きく、ケースと接着剤との界面あるいは、中空糸膜と接着剤との界面に剥離が生じたり、接着剤の硬化収縮に起因する残留応力によって、接着部の強度が十分でないという場合があった。
【０００３】
大型モジュールでの上記問題点を解決する方法として、予め接着部に仕切板を入れておいて、中空糸膜束を分割して接着することが特開昭６０−２３２２０７号公報で提案されている。しかし、大型モジュールでは中空糸膜束の自重で糸束が垂れ下がるために、モジュールのケース断面で中空糸膜束が偏ったり、中空糸膜が均一に分散されずに、中空糸膜束がケース内面に近寄った部分や中空糸膜が密になった部分は硬化時の残留応力が大きく、濾過時の負荷により中空糸膜束と接着剤との間に剥離が生じるおそれがあった。
【０００４】
分割した中空糸膜束を均一に分散する手段として、仕切板外縁部の数箇所に一定の深さで切り欠き部を設けておいて、該切り欠き部を紐等で結束して接着する方法が特開平６−２２６０５８号公報で考案されている。しかし、大型モジュールにおいては、中空糸膜が束内で均一に分散し、かつ、仕切板と中空糸膜束が一体化するものの、中空糸膜束がケース内で偏ることが少数だが発生する。特に接着剤の硬化発熱による温度上昇が相対的に高いモジュールにおいては、中空糸膜束がケース内面に近寄った部分で中空糸膜束と接着剤との間に剥離が生じることがあった。また、ビスで仕切板が中心部に来るようにセットすることが開示されており、このような操作は煩雑であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、負荷運転を行っても中空糸膜束と接着剤との間に剥離が生じない大型モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の仕切板を用いると、接着部における中空糸膜束の偏りがなく、且つ十分な接着強度を有する大型モジュールを実現することができることを見いだし、本発明をなすに至った。すなわち、この発明は、中空糸膜束の端部に仕切板を挿入し、テープで前記仕切板と前記中空糸膜束の周囲を結束した後、前記中空糸膜束の端部の開口部を目止め剤で閉塞し、前記仕切板と一体となった前記中空糸膜束とモジュールケースの間および前記中空糸膜間を接着剤で封止固定した後、前記中空糸膜束の端部が開口するように前記仕切板と一体となった前記中空糸膜束の端部を切断することにより、モジュールケース内において中空糸膜束の端部がモジュールケース内に固定された中空糸膜モジュールを製造する方法であって、前記仕切板のモジュール断面方向の寸法が、前記中空糸膜束の端面側では前記中空糸膜束の径に対し±５ｍｍ以内であり、かつモジュールの長さ方向における残りの部分においてはその少なくとも一部がモジュールケースの内径に対し−５ｍｍ以内の寸法であって、前記中空糸膜束の端面側に比してモジュールの長さ方向における残りの部分の寸法が大きい仕切板であり、さらに、前記テープの結束位置が、前記仕切板における前記中空糸膜束の端面側でかつ前記切断がされる箇所より端部側であることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下具体的に説明する。
本発明は、特定の形状の仕切板を用いることにより、モジュールの接着断面の中空糸膜束を中央部に配置できるようにし、また中空糸膜束と接着剤とが十分な強度で接着された大型モジュールに関するものである。このモジュールは次のような方法によって作られる。まず、中空糸膜束の端部に特定の仕切板を挿入し、細いテープで仕切板と膜束の周囲を結束し、固定する。次に中空糸膜束の端部の開口部を石膏等の目止め剤で閉塞した後、該仕切板と一体となった中空糸膜束とモジュールケースの間および中空糸膜間を接着剤で封止、固定する。固定後、中空糸の端部が開口するように端部を切断する。この時、ケース内の中央に中空糸膜束が偏りなく接着できていることが確認できる。
【０００８】
本発明においては、仕切板を用いて、中空糸膜束を分割して均一に分散するのであるが、この仕切板の分割は３〜８分割程度が好ましい。３分割より少ないと、接着剤の発熱を抑制したり、接着部の強度を上げる効果が少なく、８分割より多くなるとケースに挿入できる中空糸膜の本数が減少して好ましくない。さらに該仕切板は、4枚の羽が横断面が十字状を形成するように組み合わされた形状を有するものがより好ましい。
【０００９】
本発明に用いる仕切板のサイズに関しては、仕切板の幅（モジュール断面方向の寸法）は一部がモジュールケースの内径と同等なサイズであり、残部が中空糸膜束径と同等なサイズである。ここで言う、モジュールケースの内径と同等なサイズとは、モジュールケースの内径より−５ｍｍ以内であり、中空糸膜束径と同等のサイズとは中空糸膜束径に対し±５ｍｍ以内である。より好ましくは、モジュール長さ方向における両端部分のサイズが、中空糸膜束径と同等なサイズもしくはそれより小さいサイズを有し、かつモジュール長さ方向における中央部分の幅がモジュールケースの内径と同等なサイズを有することが好ましい。より好ましい態様としては、図２に示すようなものであり、モジュール長さ方向のサイズは、モジュールケース（１）に挿入された中空糸膜束（２）の端部から、モジュールケースの端面から最初のノズル（６）の端面を越えないまでの長さである。
【００１０】
仕切板の断面方向のサイズは、中空糸膜束（２）の端面では中空糸膜束径と同等のサイズである。モジュールケース（１）内ではケースの内径と同等のサイズであり、この時、ケースの内径と同一サイズにしても良いが、ケース内径より５ｍｍ程度小さく、即ち断面方向で該仕切板を中央に配置した時に該仕切板の端辺とケース内径までの距離Ｌが２．５ｍｍ程度になることが好ましい。ここで、ケースの内径と同等のサイズとはケースの内径より−５ｍｍ以内である。何故なら、該仕切板（３）とケース（１）の間に封止用の接着剤が距離Ｌの分、存在した方が封止を確実に行いうるからである。モジュールケース内での該仕切板のサイズがケースの内径と近いサイズである部分は、長さ方向のサイズが、モジュールケースの端面から最初のノズル（６）の端面を越えないまでの長さであっても良い。しかし、材料費のコストダウンの観点から、その部分の距離はモジュールケース端部から２０ｍｍ程度とし、その後方部分のサイズを小さくしても良い。但しこの場合の縮小するサイズは中空糸膜束（２）の径に近いサイズまでに止めることが好ましい。
【００１１】
本発明に用いる仕切板の材質は接着剤と接着することが好ましく、一般的には接着剤と同一の材質が好ましい。また、該仕切板の角は、中空糸膜束への傷防止等を考慮し、アールを取っていることが好ましい。
本発明に用いる仕切板（３）と分割された中空糸膜束（２）は一体化するように固定されていることが好ましく、その固定治具にはリング状成形体や輪ゴム、テーピングなどが用いられる。これらの材質も特に問わないが、テーピングはテフロン系や塩ビ系のものが固定効果が高く、好ましい。これらは、切断後に切り離される部分にあることが好ましい。
【００１２】
更に、該一体化した仕切板（３）と中空糸膜束（２）をモジュールケース（１）に挿入し、接着治具（４と５）を取り付けるに当たり、該接着治具のカップ（４）の内径が中空糸膜束径と同等か１０ｍｍ以内で大きいことが好ましく、これにより該仕切板と中空糸膜束をモジュールケースの中央に確実に配置することが出来る。更に該接着治具のカップ（４）の深さは、一体化した該仕切板と中空糸膜束を支持出来る深さであり、深い方が支持力は安定するが、樹脂使用量のミニマイズの観点から該深さ３５ｍｍ程度が好ましい。また、一体化した仕切板と中空糸膜束の端部の位置が接着治具のカップ（４）の底に接触するか、または５ｍｍ以内程度まで接近していることが好ましい。
【００１３】
この接着治具のカップの材質は特に問わないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロンなどカップ形状の成形性に優れた樹脂が好ましく、また再利用を考慮した場合に残った樹脂の除去の容易性などのためにこの該成形体の角は適当にアールを取っている方が好ましい。
対象となるモジュールの断面径の大きさは限定されないが、硬化発熱の高い４インチ以上のモジュールにより高い効果を示す。更に、硬化時の最高到達温度に限定されるものではないが、特に、９０℃近くに達するものに顕著な効果が見られる。
【００１４】
本発明において封止方法には特に制限は無く、例えば遠心法や静置法が適用できる。封止後、ケースの端部からいくらか入った位置で切断することによって、モジュールの仕切板と中空糸膜束の最終形態が完成する。従って、切り出し位置によっては、仕切板の形状は上に述べた形態および、図で説明した形態の一部を失っていることになるが、封止時に上記形態を有することにより、仕切板がモジュール断面の中央部に支持され、中空糸膜束をモジュール接着断面の中央部に配置させることができる。このため、接着剤の偏りがなくなり発熱や収縮が均一となり、負荷運転を行っても中空糸膜束と接着剤との間に剥離が発生しない。
【００１５】
モジュールの封止用の接着剤として制約は無く、エポキシ系樹脂やウレタン系樹脂など公知のものが適用できるが、特に、エポキシ系樹脂の場合に顕著な効果を示す。また、高い硬化温度になるものに、固定効果が高く、好ましい。
更にケースの材質としては、ポリスルホン、硬質塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネイト、ポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性樹脂に適用できる。
使用される中空糸膜の種類には制約が無く、従来公知の中空糸膜素材、たとえばポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミド等に適用できる。また複合膜でも良い。また中空糸膜径、中空糸膜束の太さについても制約は無い。更に逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜など、各種の中空糸膜に適用できる。
本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１６】
【実施例１】
内径１４１ｍｍ、長さ１０６１ｍｍのモジュールケースに、外径１．１ｍｍ、内径０．６ｍｍのポリスルホン樹脂製の中空糸膜から成る、束径が１１０ｍｍの中空糸膜束を挿入し、図１に示すごとく、断面方向のサイズが１１０ｍｍ、１３６ｍｍ、及びテーパー部から成り、各々の長さが３５ｍｍ、２０ｍｍ、及び２０ｍｍで総計７５ｍｍ、厚さが４ｍｍである十字状の仕切板を中空糸膜束端部に挿入セットする。更に、該仕切板と分割された中空糸膜束を一体化するために、その端部、図２の切断面（Ａ−Ｂ）の部分より、端部側で塩ビ系のテープを巻いて固定する。この場合、最終製品のモジュール接着部に残ってはいない。切断後にはテープはモジュールには残らない。
【００１７】
中空糸膜束の両端の開口部を石膏等の目止め剤で閉塞した後、図２に示すように、ケース（１）の端部に接着治具のカップ（４）を取り付け、該カップを押さえ治具（５）で固定し、遠心接着法によって接着剤で、中空糸膜間、中空糸膜とケースの間を固定した後、ケースの端部１ｍｍの部分（Ａ−Ｂ）より切断して、中空糸膜束の端部を開口したところ、切断面の中空糸膜束及び仕切板はケースの中央部に配置して固定されていた。この時、中空糸膜束外周とケース内面までの距離はどこを取っても約１５ｍｍであった。
このモジュールを用いて水温９０℃、モジュール入口圧力０．３２ＭＰａ、出口圧力０．２９ＭＰａの条件で外圧濾過する負荷運転を、所要時間の３時間実施したところ、中空糸膜束と接着剤との間に剥離は発生しなかった。
【００１８】
【比較例１】
図１に示す仕切板を使用する代わりに、図３のごとく、断面方向のサイズが全て１１０ｍｍである以外は、実施例１と同様の仕切板、モジュールケース、接着治具のカップ、押え治具を使用して、且つ実施例１と同様にモジュールを製作した。この結果、モジュールの切断面は、中空糸膜束と仕切板が中央から寄って固定されていて、中空糸膜束外周とケース内面までの距離が最大２５ｍｍ、最小５ｍｍであった。この場合、最終製品のモジュール接着部にテープは残っていない。
このモジュールを用いて、運転時間以外は実施例１と同様にして負荷運転を行った結果、運転時間が１時間経過したところで中空糸膜束外周とケース内面までの距離が最小の５ｍｍの部分で、中空糸膜束と接着剤との間に剥離が生じた。
【００１９】
【比較例２】
図１に示す仕切板を使用する代わりに、図４のごとく、断面方向のサイズが全て１１０ｍｍであり、且つ長さ方向の外縁部に１３ｍｍ深さの切り欠き部（７）を３箇所（４隅合計１２箇所）設けた以外は、実施例１と同様の仕切板、モジュールケース、接着治具のカップ、押え治具を使用し、且つ該仕切板と分割された中空糸膜束を一体化する際に、中空糸膜束を該３ヶ所切り欠き部で細いテープを用いて結束したこと以外は、実施例１と同様にモジュールを製作した。この結果、モジュールの切断面は、比較例１と同じ状態であった。この場合、最終製品のモジュール接着部にテープが２本残っている。
このモジュールを用い、運転時間以外は実施例１と同様にして負荷運転を行ったところ、比較例１と同じ結果であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、中空糸膜束が、モジュールのケースの中央に配置され固定されているので、負荷運転を行っても中空糸膜束と接着剤との間に剥離を発生しないという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における仕切板の構造の一例を示す図である。
【図２】本発明における仕切板の挿入状態の一例を示す図であり、ノズルの上部方向から見た図である。
【図３】比較例１で使用した仕切板の構造を示す図である。
【図４】比較例２で使用した仕切板の構造を示す図である。
【符号の説明】
１モジュールケース
２中空糸膜束
３仕切板
４接着治具のカップ
５押さえ治具
６ノズル
７切り欠き

Claims

中空糸膜束の端部に仕切板を挿入し、テープで前記仕切板と前記中空糸膜束の周囲を結束した後、前記中空糸膜束の端部の開口部を目止め剤で閉塞し、前記仕切板と一体となった前記中空糸膜束とモジュールケースの間および前記中空糸膜間を接着剤で封止固定した後、前記中空糸膜束の端部が開口するように前記仕切板と一体となった前記中空糸膜束の端部を切断することにより、モジュールケース内において中空糸膜束の端部がモジュールケース内に固定された中空糸膜モジュールを製造する方法であって、
前記仕切板のモジュール断面方向の寸法が、前記中空糸膜束の端面側では前記中空糸膜束の径に対し±５ｍｍ以内であり、かつモジュールの長さ方向における残りの部分においてはその少なくとも一部がモジュールケースの内径に対し−５ｍｍ以内の寸法であって、前記中空糸膜束の端面側に比してモジュールの長さ方向における残りの部分の寸法が大きい仕切板であり、さらに、前記テープの結束位置が、前記仕切板における前記中空糸膜束の端面側でかつ前記切断がされる箇所より端部側であることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。