JPH01218605A - 中空糸型濾過モジユール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は中空糸状半透膜を用いた流体分離用濾過モジュ
ールに関し、更には、該モジュール全体が半透膜と同等
の耐薬品性・耐熱性・低溶出性・耐冷熱履歴性を有する
流体分離用濾過モジュールに関する。

（従来の技術とその問題点） 逆浸透・限外濾過・ミクロフィルターに利用される中空
糸状半透膜は、モジュール化した時単位体積当りの膜面
積が多くとれるため経済的であり、又クロスフロー・逆
洗の採用により濾過速度の維持が容易である、２次側に
スペーサー・強度支持体等の異物がなくクリーンに状態
を維持しやすい等の優れた特長があり、半導体・医薬・
食品等の様々な分野で使用されている。従来、中空糸状
半透膜を熱硬化性樹脂で該中空糸の端部を液密的に固定
し１２、外筒部と接着又は／及び０−リングシールする
事によりモジュール化していた。その−例のモジュール
断面図を第６図に示す。熱硬化性樹脂１２としては、エ
ポキシ樹脂、エポキシアクリレ−１・、ウレタン樹脂等
が使用されているが、これらは以下に示す欠点を有して
おり、そのため適用範囲が限定されていた。

１）近年、耐熱・耐薬品性中空糸状半透膜素材としてフ
ッ素樹脂が提案されているか、エポキシ樹脂等の熱硬化
性樹脂では該フッ素樹脂より耐熱・耐薬品性が劣るため
、充分に中空糸状半透膜の性能を生かす事が出来ない。

１１）熱硬化性樹脂は架橋剤又は硬化剤を使用している
ため未反応の低分子物の溶出を完全には抑制する事が出
来す、高度に安全性を要求される医薬分野、ＴＯＣの溶
出を嫌う半導体分野では、より一層の低溶出性が求めら
れている。

ｉｉｉ　）熱硬化性樹脂と外筒部の素材が異なり、熱膨
張率が違うため、該モジュールか高温流体と低温流体に
交互に晒されると外筒部と熱硬化性樹脂の間で剥離が起
ったり、熱硬化性樹脂に亀裂が入る等の不具合が生じる
。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述の問題点を解決するだめの中空糸
状半透膜か本来持つ耐熱性・耐薬品性・低溶出性・耐冷
熱履歴性を減少させる事のない、中空糸型濾過モジュー
ルを提供することにある。

（発明の構成） 本発明の中空糸型濾過モジュールは、少なくとも１つの
透過流体出口と被処理流体の人口を有する外筒内に多数
の中空糸状半透膜をほぼ直線状に配列した該モジュール
において、モジュールを構成する部材の少なくとも接液
部が熱可塑性樹脂より成り、望ましくは同一素材より成
る事を特徴とする。更には、該モジュールにおいて、少
なくとも中空糸状半透膜相互あるいは中空糸と中空糸の
間で該中空糸と同一素材のシール部材を介して、または
中空糸とスリーブあるいは中空糸とスリーブの間で該中
空糸と同一素材のシール部材を介して液密的に熱融着さ
れて開口端部を形成している事を特徴とする。更には、
スリーブと外筒・外筒部の胴体とキャップ部を各々相互
にあるいは各部材の間に該部材と同一素材よりなるシー
ル部材を介して液密的に熱融着されている事を特徴とす
る。

又、外圧濾過法で使用するモジュールの如く、開口端部
を１つのみ有するモジュールにあっては、開口端部の反
対側の該中空糸端部を液密的にシールしなければならな
いが、該中空糸状半透膜か各各車独に熱融着で封止され
ているか、又は、該中空糸端部か封止板に熱融着されて
いる事をも特徴とする。

（実施態様及び作用） 以下、本発明の実施例の概要を図面に示すか、本発明は
この範囲に限定されるものではない。

中空糸状半透膜・スリーブ・外筒部の胴体・キャップ部
の全てが液密的に熱融着された該モジュールの例を第１
図−（Ａ）〜（Ｃ）に示す。外筒部の胴体とキャップ部
のみが熱融着以外の方法でシールされている例を第２図
−（Ａ）、（Ｂ）に示す。外筒部の胴体とキャップ及び
外筒部とスリーブが熱融着以外の方法でシールされてい
る例を第３図−（Ａ）、（Ｂ）に示す。

この発明の半透膜とは、膜分離技術として従来公知の逆
浸透膜・限外濾過膜・ミクロフィルター等を挙げる事が
できる。

この発明の中空糸状半透膜の素材としては、熱融着する
ため熱可塑性樹脂が適している。例えば、ポリエチレン
、ポリプロピレン等のポリオレフィン・ポリフッ化ビニ
リデン、エチレン−テトラフッ化エチレン共重合体、テ
トラフッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテ
ル共重合体等のフッ素樹脂；ポリ塩化ビニル；ナイロン
；ポリエステル；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン
；ＰＥＥＫ等を挙げる事ができる。

外筒部の胴体とキャップのシールにおいて、熱融着しな
い場合には、例えば、従来公知のローリングを使用する
方法が実施出来、適当な弾性を有するゴム性ローリング
の表面を中空糸状半透膜と同一材質の素材でコーティン
グして用いれば良い。

実施例１ 半透膜は、表−Ａに示される仕様の中空糸状のポリスル
ボン（旭化成工業（４菊製）を用いた。

まず、この中空糸状半透膜の一方の開口端を特公昭５３
−４．３３９０号公報に記載されている方法に準じて目
止めを行った。ただし、目止めに使った材料は、炭酸カ
ルシウムを用いた。炭酸カルシウム約５ｇを本釣２　ｍ
β中で練り、中空糸状半透膜の一方の開口端に塗り込み
目止めを行った。

目止めされた長さ、すなわち中空糸状半透膜の一方の開
口端に詰め込まれている目止めの材料の浸入している深
さのことであり、本実施例では、目止め長さが約５Ｑｍ
ｍになるようにした。

ごの目止めされた１００本の中空糸状半透膜の目止めさ
れでいる側の端部を整え束ね、日本バル力株式会社製の
粘着テープをこの束の外周部に巻き付けた。この時に、
半透膜材質と同一材質の微粉体で、この束の中空糸状半
透膜どうしの空隙間をうめた。

そして、この端部を２５０°Ｃの炉の中に入れ、約５分
間保持した後、除冷し、外周部に巻き付けたシールテー
プを取り除いた。

さらに、半透膜材質と同一材質の中空円筒のスリーブ中
に、この溶融接着された束を挿入した。

この束と中空円筒の内径とのすき間がＱ、４　ｍｍ以下
になるように、スリーブの内径を調整した。そして、こ
のすき間に半透膜材質と同一材質の微粉体をうめ込み、
この束がスリーブに挿入された状態で、再度２５０℃の
炉の中に入れ、約５分間保持した後、除冷した。その後
、５０℃の濃塩酸を用いて目止め材料を除去した。

この段階でスリーブと中空糸状半透膜は、熱融着されて
いる。同様にして反対側の端部を熱融着して第８図（Ａ
Ｌ　（Ｂ）に示す濾過素子を製作した。

該濾過素子を外筒胴体部に挿入した。スリーブ外径と胴
体部内径とのすき間がＱ、４　ｔｖａ以下になるように
胴体部の内径を調整し、該すき間に半透膜材質と同一素
材の微粉体をうめ込み、再度２５０°Ｃの炉の中に入れ
、約７分間保持した後、除冷した。該胴体部の外側にロ
ーリング方式〇外筒キャップ部をセットし図２−゛Ａの
概念図で示される中空糸型濾過モジュールを作成した。

（表Ｄ）モジュールの仕様 実施例２ 半透膜は、表−Ｂに示される仕様の中空糸状のＥＴＦＥ
　（旭化成工業■製）を用いた。

まず、この中空糸状半透膜の一方の開口端を特公昭５３
−４３．３９０号公報に記載されている方法に準じて目
止めを行った。ただし、目止めに使った材料は、焼石コ
ウと炭酸カルシウムを重量肚で１＝５に混合したものを
水中に分散させ、具体的には、焼石コウ約２ｇと炭酸カ
ルシウム約１０ｇを本釣５　ｍｌ中で練り合わせ、中空
糸状半透膜の一方の開口端に塗り込み目止めを行った。

目止めされた長さ、すなわち中空糸状半透膜の一方の開
口端に詰め込まれている目止めの材料の浸入している深
さのことであり、本実例では、目止め長さか約５０帥に
なるようにした。

この目止めされた１００本の中空糸状半透膜の目止めさ
れている側の端部を整え束ね、日本バル力株式会社製の
粘着テープをこの束の外周部に巻き付けた。この時に、
半透膜材質と同一材質の微粉体で、この束の中空糸状半
透膜どうしの空隙間をうめた。

そして、この端部を２９０°Ｃの炉の中に入れ、約５分
間保持した後、除冷し、外周部に巻き付４Ｊたシールテ
ープを取り除いた。

、　　さらに、半透膜材質と同一材質の中空円筒のスリ
ーブ中に、この溶融接着された束を挿入した。

この束と中空円筒の内径とのすき間が０．４　ｍｍ以下
になるように、スリーブの内径を調整した。そして、こ
のずき間に半ｊ力膜月質と同一材質のｉ敦粉体をうめ込
み、この束かスリーブに挿入された状態で、外側から両
者をシールテープで固定し再度２９０°Ｃの炉の中に入
れ、約５分間保持した後、除冷した。

この段階でスリーブと中空糸状半透膜は、熱融着されて
いる。同様にして反対側の端部を熱融着して第８図に示
す濾過素子を製作した。

該濾過素子を外筒胴体部に挿入した。スリーブ外径と胴
体部内径とのすき間が０．４關以下になるように胴体部
の内径を調整し、該すき間に半透膜材質と同一素材の微
粉体をうめ込み、再度２９０°Ｃの炉の中に入れ、約５
分間保持した後、除冷した。該胴体部の外側にローリン
グ方式〇外筒キャップ部をセツトシ第２図（Ａ）の概念
図で示される中空糸型濾過モジュールを作成した。

（表Ｂ）中空糸型半透膜の仕様 （表１Σ）モジュールの仕様 実施例３ 半透膜は、表−Ｃに示される仕様の中空糸状のポリエチ
レン（旭化成工業（株製）を用いた。

まず、この中空糸状半透膜の一方の開Ｌ１◇：１１を特
公開５３−４．３３９０号公報に記載されている方法に
準じて口止めを行った。ただし、目止めに使った材料は
、焼石コウと炭酸カルシウムを重量比で１：５に混合し
たものを水中に分散させ、具体的には、焼石コウ約１ｇ
と炭酸カルシウム約５ｇを本釣２．５　ｄ中で練り合わ
せ、中空糸状半透膜の一方の開口端に塗り込み目止めを
行った。

口止めされた長さ、すなわち中空糸状半透膜の一方の開
口端に詰め込まれている目止めの材料の浸入している深
さのことであり、本実例では、目止め長さが約５Ｑｍ＋
ｉになるようにした。

この目止めされた１００木の中空糸状半透膜の口止めさ
れている側の端部を整え束ね、日本ハル力株式会社製の
粘着テープをごの束の外周部に巻き付りた。この時に、
半透膜材質と同一材質の微粉体で、この束の中空糸状半
透膜どうしの空隙間をうめた。

そして、この端部を１９０°Ｃの炉の中に入れ、約１５
分間保持した後、除冷し、外周部に巻きイ」けたシール
テープを取り除いた。

さらに、半透膜材質と同一材質の中空円筒のスリーブ中
に、この溶融接着された束を挿入した。

この束と中空円筒の内径とのすき間が０．４　詐取下に
なるように、スリーブの内径を調整した。そして、この
すき間に半透膜材質と同一材質の微粉体をうめ込み、こ
の束がスリーブに挿入された状態で、再度１９０℃の炉
の中に入れ、約１５分間保持した後、除冷した。

この段階でスリーブと中空糸状半透膜は、熱融着されて
いる。同様にして反対側の端部を熱融着して第８図（Ａ
）、　（Ｂ）に示す濾過素子を製作した。

該濾過素子を外筒胴体部に挿入した。スリーブ外径と胴
体部内径とのすき間が０，４龍以下になるように胴体部
の内径を調整し、該すき間に半透膜材質と同一素材の微
粒体をうめ込み、再度１９０℃の炉の中に入れ、約１５
分間保持した後、除冷した。その後、５０℃の濃塩酸を
用いて目止め材料を除去した。該胴体部の外側にローリ
ング方式の外筒キャップ部をセットし第２図（Ａ）の概
念図で示される中空糸型濾過モジュールを作成した。

（表Ｆ）モジュールの仕様 （比較例１）実施例２で作成したモジュールと有効膜面
積のみを同一にして、他の仕様を同一にした従来法の接
着技術によるモジュールを作成した。

該モジュールは有効膜面積以外は旭化成工業■製ＳＴ−
３０９と同一モジュールである。

５Ｔ−３０９仕様（表１） 各々のモジュールを７０’ＣＸ２７％のアンモニア水に
浸漬し、耐薬品性を評価した。結果を表２に示す。

表２　アンモニア浸漬テスト（重量変化率；％）比較例
１のモジュールは開口端部がアンモニアで膨潤劣化し、
１週間で使用不可となったのに対し、実施例２のモジュ
ールは、中空糸と同じ耐薬品性を示し、物性変化は○で
あった。

（比較例２）実施例１で作成したモジュールと有効膜面
積のみを同一にして、他の仕様を同一にした従来法の接
着技術によるモジュールを作成した。

該モジュールは有効膜面積以外は旭化成工業＠菊製５Ｉ
Ｐ−３０１３と同一モジュールである。

Ｓ　Ｉ　Ｐ−３０１，３仕様（表３） 各々のモジュールについて、同時に冷熱テス１〜を行っ
た。

テスＩ・条件　１）加熱時間　９０℃熱水×１５分ｉｉ
）冷却時間　５°Ｃ冷水×１５分 ｉｉｉ　）実験フロー第７図参照 ｉｖ）濾過圧力　１ｋｇ／ｃ司 結果を表４に示す。

表４　冷熱サイクルテスト結果（開口端の観察）比較例
２のモジュールは外筒部（ポリスルホン）と接着剤（エ
ポキシ樹脂）の熱膨張率の差により応力が発生し、開口
端部の接着剤に亀裂が発生し、被処理流体と透過流体を
隔離できなくなり使用不能となった。それに対し、実施
例１のモジュールは何らの変化も観察されなかった。

（比較例３）比較例１と同様にしてモジュールを準備し
た、各々のモジュールに３５％過酸化水素水を封入し室
温で放置した後、該過酸化水素水中へ溶出したＴ、Ｏ，
Ｃ，（全有機炭素分）をＴ、Ｏ，Ｃ，メーター（＠島津
製作所、ＴＯＣ−５００）で測定した。

１日に１回、過酸化水素水を更新して、Ｔ、０．Ｃ。

の減少傾向を測定した。（定量限界−数ＰＰｍ　）表５
　　Ｔ、０．Ｃ，の測定結果）（ＰＰｍ　）比較例３の
モジュールでは３回目の溶出でやっと定量限界の数ＰＰ
ｍ以下に到達したのに対し、実施例１のモジュールでは
第１回目の溶出テストがら数ＰＰｍ以下の低い値を示し
実質的に溶出は０であった。

（発明の効果） 比較例で示した如く、本発明の中空糸型濾過モジュール
によれば、モジュールを構成する全部材が、中空糸状半
透膜と同等の耐熱性・耐薬品性・低溶出性・耐冷熱履歴
性を有するため、該モジュールの安全性・信頼性が向」
ニし、適用範囲を拡大する事ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第３図は本発明の中空糸型濾過モジュールの実
施態様の例を示す概念図。第４図は中空糸状半透膜相互
が熱融着された中空糸東端部の断面の概念図。第５図は
中空糸状半透膜−本が端部で熱融着て封止された状態の
縦断面による説明図。 第６図は、従来公知の中空糸束を熱硬化性樹脂で接着す
る方法で製造されたモジュールの説明図。 第７図は冷熱サイクルテスト装置のフローシートを示す
。第８図は、本発明のモジュールの一実施態様を示す概
念図である。 ■は中空糸状半透膜、２は透過流体出口、３は被処理流
体の入口又は／及び出口、４はモジュールの外筒部、５
は中空糸型濾過モジュールの例、６は中空糸相互及び中
空糸とスリーブが熱融着された開口端部、７は中空糸状
半透膜の保護筒、８は封止板の例、９はスリーブ、１０
は外筒の胴体部、１１は外筒のキャップ部、１２は熱硬
化性樹脂による接着部、１３ば熱水タンク、１４は冷水
タンク、１５は送液ポンプ。 特許出願人　旭化成工業株式会社

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の中空糸状半透膜１を少なくとも１つの透過
   流体出口２と被処理液流体の入口３を有する外筒内４に
   ほぼ直線状に配列した中空糸型濾過モジュール５におい
   て、モジュールを構成する全ての部材の少なくとも接液
   部が熱可塑性樹脂素材より成る事を特徴とする中空糸型
   濾過モジュール
2. （２）モジュールの構成部材が、中空糸状半透膜と外筒
   部と開口端部６とより成り、更に必要に応じて保護筒７
   を有する事を特徴とする請求項１記載の中空糸型濾過モ
   ジュール
3. （３）モジュールの構成部材が、中空糸状半透膜と外筒
   部と開口端部と封止板８より成り、更に、必要に応じて
   保護筒を有する事を特徴とする請求項１記載の中空糸型
   濾過モジュール
4. （４）中空糸状半透膜相互あるいは該中空糸と中空糸の
   間で該中空糸と同一素材のシール部材を介して、及び中
   空糸とスリーブ９あるいは中空糸とスリーブの間で該中
   空糸と同一素材のシール部材を介して液密的に熱融着さ
   れて開口端部を形成している事を特徴とする請求項１記
   載の中空糸型濾過モジュール
5. （５）該中空糸型濾過モジュールの開口端部と反対側の
   中空糸状半透膜において、中空糸状半透膜が各々単独に
   熱融着で封止されているか、又は中空糸状半透膜束が封
   止板に熱融着されている事を特徴とする請求項１または
   ４記載の中空糸型濾過モジュール
6. （６）スリーブと外筒部とが直接あるいはスリーブと外
   筒部の間で該スリーブと同一素材のシール部材を介して
   液密的に熱融着されている事を特徴とする請求項１また
   は４記載の中空糸型濾過モジュール
7. （７）外筒部の胴体部１０とキャップ部１１が直接ある
   いは胴体部とキャップ部の間で該胴体部と同一素材のシ
   ール部材を介して液密的に熱融着されている事を特徴と
   する請求項１、４または６記載の中空糸型濾過モジュー
   ル
8. （８）熱可塑性樹脂が同一素材である請求項１記載の中
   空糸型濾過モジュール