JP2007054830A - 中空糸膜モジュールとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリエチレン樹脂から成る中空糸膜1を複数結束して、この中空糸膜1の結束端部をポッティングして封止部4を設けた中空糸膜モジュールである。前記中空糸膜1は膜断面において最も平均孔径の小さい緻密層2を最外層に有し、該緻密層2よりも平均孔径が大きい支持層3を中間層或いは最内層に有する。高度な分離機能を担う前記緻密層2を、分離機能を備えた前記支持層3で支持して構成される中空糸膜モジュールである。
【選択図】 図1
Description
先ず、混練工程5において、ポリエチレンと該ポリエチレンとの親和性の高い流動パラフィンと核剤とを、ポリエチレンの融点以上の温度で均一に混練してポリマー溶液を作製する。このとき、ポリエチレンと流動パラフィンを混練するに際し、ポリエチレン100重量部に対して、流動パラフィン50〜100重量部含有させる。流動パラフィンは、相分離過程において、固化したポリエチレン結晶粒子の周りや粒子間に存在し、この流動パラフィンを抽出除去することで空隙が形成されるのであるが、流動パラフィンよりポリエチレンを多く含ませることで空隙が小さく形成される結果、優れた膜組織の微細化が実現される。なお、流動パラフィンは、ポリエチレンの融点以上で相溶し、且つ、実質的に揮発しない有機液体である。
押出成形工程6において、ポリエチレンと流動パラフィン等を混練した溶液を二重管構造である環状ノズルより中空糸状に押出成形する。このとき、中空部に中空糸形成気体(例えば、空気)を注入しながら中空糸状に押し出すと共に、中空糸外側を水浴で冷却することで、中空糸内外で冷却速度差が生じて、外表面緻密型の非対称構造が形成される。
次いで、冷却工程7で冷却水に浸漬して相分離を生起させる。冷却温度は30〜75℃、好ましくは、40〜60℃である。冷却工程7は均一に混練されたポリエチレンと流動パラフィンを相分離させて、多孔質構造となりうるポリエチレン骨格を形成するために行われる。ここで、ポリエチレンの組織は冷却温度が低い、即ち、冷却速度が速いと微細化する。冷却温度が高い、即ち、冷却速度が遅いと肥大化する。冷却温度が30℃未満では冷却速度が速すぎて、ポリエチレン結晶微粒子の生成が不明瞭となり、外表面部の空孔率が小さくなって、十分な透水性が得られなくなる。一方、75℃を超えるとポリエチレンの組織が肥大化し、本発明の目的とするバブルポイントを有する中空糸膜が得られなくなる。
冷却工程7で冷却水に浸漬して相分離を生起させた後、中空糸膜を巻き取り、抽出除去工程8でこの中空糸膜から有機溶剤を用いて流動パラフィンを抽出除去する。なお、巻取速度は47〜54m/minとしている。次いで、延伸工程9において、繊維軸方向に一軸延伸して微細孔を拡大させ、熱処理によって多孔化組織を固定する。
延伸工程9は、得られる中空糸膜の微細孔の形成を調整し、目的とする性能の中空糸膜を得るために行われる。本発明の目的とする中空糸膜の性能としては、イニシャルバブルポイント0.4MPa以上、好ましくは、0.5MPa以上であり、透過流束は0.1ml/cm2・min以上、好ましくは、0.3ml/cm2・min以上である。一般に、延伸倍率を高くするほどバブルポイントが低くなり(微細孔が大きくなる)、延伸温度を高くするほどバブルポイントが低くなる傾向にある。従って、延伸温度は25〜110℃、好ましくは、25〜70℃であり、延伸倍率は1.05〜2.0倍、好ましくは、1.3〜1.6倍である。延伸温度が110℃を超えると、延伸に伴う熱処理により、目的とする熱収縮率の中空糸膜が得られない。また、延伸温度が25℃未満では冷却設備の付属が必要となり不経済であり、それ以上の期待する効果も得られない。延伸倍率が2.0倍を超えると、イニシャルバブルポイント0.4MPa以上の中空糸膜を得るのが困難になると共に、中空糸膜の支持層の孔径が大きくなり、支持層に分離機能を付加できなくなる。また、延伸倍率が1.05倍未満では透過流束0.1ml/cm2・min以上の中空糸膜が得られない。
本発明者は、中空糸膜付け根部分における微小リーク部と、中空糸膜と封止剤との剥離の発生を抑制する方法を見出した。詳述すると、延伸工程9では、繊維軸方向に一軸延伸して微細孔を拡大させ、熱処理によって多孔化組織を固定する所謂熱固定を行うのであるが、中空糸膜の熱収縮率を12〜31%に設定することで、ポッティング時の熱によって発生した中空糸膜付け根部分の微小リーク部(膜変質部)を収縮により埋めるという自己修復機能が備わり、更に、ポッティング時の中空糸膜と封止剤との収縮差が緩和され、中空糸膜と封止剤との剥離現象が確実に防止されることで、バブルポイントの低下を抑制する効果を奏する。
ポッティング工程11では、前記工程を経て作製された中空糸膜を複数結束し、この中空糸膜の結束端部における中空糸膜相互の隙間を、本例ではポリエチレン樹脂から成る封止剤によってポッティングする。上述のように、あらかじめ適度な熱収縮率を有するように中空糸膜を作製しておき、ポッティング時に中空糸膜を収縮させながらポッティングすることで、ポッティング時の熱によって発生した中空糸膜付け根部分の微小リーク部を収縮により埋めるという自己修復機能を発揮する。また、ポリエチレンは一般に2%程度の成形収縮があると言われており、適度な熱収縮率を有する中空糸膜を用いることで、ポッティング時の中空糸膜と封止剤との収縮差を緩和させ(収縮差の低減)、中空糸膜と封止剤との剥離現象は確実に防止される。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン92重量部と核剤(ソルビトール誘導体)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.4倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度100℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径567μm、内径361μm、外表面平均孔径0.15μm、イニシャルバブルポイント0.52MPa、透過流束0.72ml/cm2・min、熱収縮率20%であった。
得られた中空糸膜を3mm間隔に配列し、上下2枚の帯状のポリエチレンフィルムで挟んで、熱融着により簾状に一体化した後、2つ折りにして螺旋状に巻き込み、端部にポリエチレンフィルムが貼り付けられた中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(低密度ポリエチレン)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で55分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.35MPa、バーストバブルポイント0.53MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.3MPaを上回る最適な膜モジュールを得ることができた。
前述のように、実施例1に記載の製造方法で、熱固定温度のみを変えた中空糸膜を得て中空糸膜モジュールを作製したところ、実施例1と同様の性能を得ることができた。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン117重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度150℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度48m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.4倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度110℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径590μm、内径340μm、外表面平均孔径0.18μm、イニシャルバブルポイント0.52MPa、透過流束0.49ml/cm2・min、熱収縮率13%であった。
実施例1と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で45分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.31MPa、バーストバブルポイント0.5MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.3MPaを上回る最適な膜モジュールを得ることができた。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン104重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、40℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度70℃で1.6倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度100℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径575μm、内径365μm、外表面平均孔径0.23μm、イニシャルバブルポイント0.41MPa、透過流束1.8ml/cm2・min、熱収縮率22%であった。
実施例1と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を135℃に加熱された金型内で57分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.26MPa、バーストバブルポイント0.43MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.25MPaを上回る膜モジュールを得ることができた。
主として混練工程5における流動パラフィンの含有量を変えて中空糸膜を作製した。高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン82重量部と核剤(同上)0.1重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度48m/minで巻き取り、中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し、流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.6倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度105℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径605μm、内径355μm、外表面平均孔径0.11μm、イニシャルバブルポイント0.61MPa、透過流束0.11ml/cm2・min、熱収縮率13%であった。
実施例1と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で55分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.4MPa、バーストバブルポイント0.62MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.3MPaを上回る膜モジュールを得ることができた。
更に、主として押出成形工程6における成形温度を変えて中空糸膜を作製した。高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン117重量部と核剤(同上)0.2重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度155℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度47m/minで巻き取り、中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し、流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.3倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度110℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径594μm、内径355μm、外表面平均孔径0.18μm、イニシャルバブルポイント0.55MPa、透過流束0.11ml/cm2・min、熱収縮率18%であった。
実施例1と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で50分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.3MPa、バーストバブルポイント0.52MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.3MPaを上回る膜モジュールを得ることができた。
実施例1の中空糸膜を用いて、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を外径50mm、長さ130mmの大径筒状ポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で55分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.35MPa、バーストバブルポイント0.53MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.3MPaを上回る膜モジュールを得ることができた。
実施例1の中空糸膜を用いて、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を外径17mm、長さ110mmの小径筒状ポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を125℃に加熱された金型内で25分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.33MPa、バーストバブルポイント0.55MPaであり、イニシャルバブルポイント基準値0.3MPaを上回る膜モジュールを得ることができた。このように、小径のモジュールの場合には、中空糸膜の結束端部を封止剤溶融金型温度の下限値を125℃以上とし、加熱溶融時間の下限値も25min以上に調整することで、基準値を上回るイニシャルバブルポイントを有する膜モジュールを得ることができる。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン117重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度70℃で1.6倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度120℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径550μm、内径360μm、外表面平均孔径0.31μm、イニシャルバブルポイント0.27MPa、透過流束3.5ml/cm2・min、熱収縮率6%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を130℃に加熱された金型内で70分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.13MPa、バーストバブルポイント0.3MPaであった。中空糸膜自身のバブルポイントや熱収縮率が低いことに加え、ポッティング時における中空糸膜への熱履歴が大きいことにより、イニシャルバブルポイントの基準値を満たす膜モジュールを得ることができなかった。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン92重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.4倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度115℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径560μm、内径350μm、外表面平均孔径0.15μm、イニシャルバブルポイント0.51MPa、透過流束0.59ml/cm2・min、熱収縮率9%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を130℃に加熱された金型内で80分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.15MPa、バーストバブルポイント0.48MPaであった。中空糸膜自身のバブルポイントは高かったものの、熱収縮率が低く、また、ポッティング時における中空糸膜への熱履歴が大きいことにより、イニシャルバブルポイントの基準値を満たす膜モジュールを得ることができなかった。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン117重量部と核剤(同上)0.25重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度150℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度48m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.4倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度120℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径585μm、内径335μm、外表面平均孔径0.16μm、イニシャルバブルポイント0.53MPa、透過流束0.51ml/cm2・min、熱収縮率5%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で60分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.15MPa、バーストバブルポイント0.43MPaであった。中空糸膜自身のバブルポイントは高かったものの、熱収縮率が低く、ポッティング時における中空糸膜への熱履歴を抑制しても、イニシャルバブルポイントの基準値を満たす膜モジュールを得ることができなかった。
ポリプロピレン100重量部、流動パラフィン113重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ5の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量9g/minで押し出し、60℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度70℃で1.5倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度100℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径560μm、内径420μm、外表面平均孔径0.5μm、イニシャルバブルポイント0.42MPa、透過流束0.75ml/cm2・min、熱収縮率18%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で70分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.31MPa、バーストバブルポイント0.46MPaであった。
ポリプロピレン100重量部、流動パラフィン113重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ5の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量9g/minで押し出し、60℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度70℃で1.5倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度125℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径550μm、内径410μm、外表面平均孔径0.49μm、イニシャルバブルポイント0.44MPa、透過流束0.88ml/cm2・min、熱収縮率7%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で70分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.33MPa、バーストバブルポイント0.46MPaであった。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン92重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.4倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度100℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径570μm、内径370μm、外表面平均孔径0.15μm、イニシャルバブルポイント0.51MPa、透過流束0.56ml/cm2・min、熱収縮率17%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を125℃に加熱された金型内で120分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.23MPa、バーストバブルポイント0.5MPaであった。中空糸膜自身のバブルポイントは高く、熱収縮率も適切であったが、ポッティング時における中空糸膜への熱履歴が大きいことにより、イニシャルバブルポイントの基準値を満たす膜モジュールを得ることができなかった。
高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン92重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.4倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度100℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径570μm、内径370μm、外表面平均孔径0.15μm、イニシャルバブルポイント0.51MPa、透過流束0.56ml/cm2・min、熱収縮率17%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で90分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.18MPa、バーストバブルポイント0.51MPaであった。中空糸膜自身のバブルポイントは高く、熱収縮率も適切であったが、ポッティング時における熱履歴が大きいことにより、イニシャルバブルポイントの基準値を満たす膜モジュールを得ることができなかった。
主として混練工程5における流動パラフィンの含有量を変えて中空糸膜を作製した。高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン133重量部と核剤(同上)0.1重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度190℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り、中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し、流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.6倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度120℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径554μm、内径352μm、外表面平均孔径0.36μm、イニシャルバブルポイント0.25MPa、透過流束4.21ml/cm2・min、熱収縮率8%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で60分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.12MPa、バーストバブルポイント0.3MPaであった。中空糸膜のバブルポイント及び膜モジュールのバブルポイント共に基準値を下回り、所定の膜モジュールを得ることができなかった。
主として押出成形工程6における流動パラフィンの含有量、及び延伸工程9における延伸温度を変えて中空糸膜を作製した。高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン117重量部と核剤(同上)0.15重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度210℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り、中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し、流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度25℃で1.6倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度120℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径558μm、内径351μm、外表面平均孔径0.33μm、イニシャルバブルポイント0.24MPa、透過流束3.09ml/cm2・min、熱収縮率10%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を140℃に加熱された金型内で70分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.11MPa、バーストバブルポイント0.26MPaであった。中空糸膜のバブルポイント及び膜モジュールのバブルポイント共に基準値を下回り、所定の膜モジュールを得ることができなかった。
主として押出成形工程6における流動パラフィンの含有量を変えて中空糸膜を作製した。高密度ポリエチレン100重量部、流動パラフィン117重量部と核剤(同上)0.2重量部を二軸押出機で均一に加熱混練し、水冷して、ペレット化した。そのペレットを単軸押出機にてギアポンプを介して気体供給管を備えた外径φ6、内径φ4の二重管構造を成す環状ノズルより温度170℃、吐出量12g/minで押し出し、50℃に調整した冷却水にて冷却し、巻取速度54m/minで巻き取り、中空糸を成形した。得られた中空糸を塩素系有機溶剤で洗浄し、流動パラフィンを抽出除去した後、雰囲気温度50℃で1.6倍に延伸し、次いで、定長下にて雰囲気温度120℃で2分間熱固定して中空糸膜を得た。この中空糸膜は、外径580μm、内径364μm、外表面平均孔径0.25μm、イニシャルバブルポイント0.34MPa、透過流束2.83ml/cm2・min、熱収縮率9%であった。
実施例と同様にして、中空糸膜束を作製した。その中空糸膜束を筒状のポリエチレンケース(同上)に挿入し、端部を135℃に加熱された金型内で80分間加熱し、端部がポリエチレンで封止された中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールを2−プロパノールにてバブルポイントを測定したところ、イニシャルバブルポイント0.14MPa、バーストバブルポイント0.36MPaであった。中空糸膜のバブルポイント及び膜モジュールのバブルポイント共に基準値を下回り、所定の膜モジュールを得ることができなかった。
2 緻密層
3 支持層
4 封止部
5 混練工程
6 押出成形工程
7 冷却工程
8 押出除去工程
9 延伸工程
10 熱固定工程
11 ポッティング工程
12 濾過装置
Claims (7)
- ポリエチレン樹脂から成る中空糸膜を複数結束して、この中空糸膜の結束端部をポッティングして封止部を設けた中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜は膜断面において最も平均孔径の小さい緻密層を最外層に有し、該緻密層よりも平均孔径が大きい支持層を中間層或いは最内層に有し、高度な分離機能を担う前記緻密層を、分離機能を備えた前記支持層で支持して構成されることを特徴とする中空糸膜モジュール。
- 前記封止部は、前記中空糸膜と同一素材か、或いは中空糸膜素材の融点と近傍の融点を有する熱可塑性樹脂から形成される請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
- ポリエチレンとポリエチレンとの親和性の高い流動パラフィンとを高温で混練して均一溶液にし、この溶液を中空糸状に押し出し、これを冷却して相分離させた後、流動パラフィンを抽出除去し、さらに延伸処理して非対称構造の中空糸膜を形成し、次いで、この中空糸膜を複数結束して、この中空糸膜の結束端部における中空糸膜相互の隙間を中空糸膜と同一素材か、或いは中空糸膜素材の融点と近傍の融点を有する熱可塑性樹脂によってポッティングすることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記延伸処理において、熱固定により中空糸膜の熱収縮率を12〜31%に設定した請求項3に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 請求項4に記載の中空糸膜モジュールの製造方法において、少なくともポリエチレンと、ポリエチレンとの親和性の高い流動パラフィンと、核剤とを高温で混練するに際し、ポリエチレン100重量部に対して流動パラフィン50〜100重量部含有させることで、膜組織を微細化させた中空糸膜モジュールの製造方法。
- 請求項4又は5に記載の中空糸膜モジュールの製造方法において、少なくともポリエチレンと、ポリエチレンとの親和性の高い流動パラフィンと、核剤とを均一に混練して溶液にし、この溶液をポリエチレンの融点以上で該融点+25℃以下の成形温度で中空糸状に押し出すことで、膜組織を微細化させた中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記中空糸膜の結束端部を封止剤溶融金型温度135〜140℃、加熱溶融時間45〜60minでポッティングした請求項3乃至6の何れか1項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
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