JP2007144389A - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】離型剤の流動や混合による問題を生じさせず、注型キャップの離型性を良好に維持することができる中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】複数本の中空糸膜の束１を注型樹脂７により封止する中空糸膜モジュールの製造方法において、前記注型樹脂７が注入される注型キャップ４の内側に、前記注型樹脂７に対して離型性材料からなるカップ状容器３を装着しておき、このカップ状容器３に注型樹脂７を注入して注型樹脂７を硬化させ、硬化後に前記注型キャップ４を取り外す工程を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止する中空糸膜モジュールの製造方法に関し、中空糸膜の両端が開口して封止されたタイプと、中空糸膜の一端のみが開口して封止されたタイプの両者に適用可能な技術である。

従来、例えば血液透析や海水淡水化に中空糸膜を用いた膜分離技術が用いられている。中空糸膜モジュールは、中空糸膜の両端が開口しつつ封止樹脂（接着材）を介してケースに保持されているもの、中空糸膜の一端が開口しつつ封止樹脂を介してケースに保持され、中空糸膜の他端が閉塞されて、自由状態又は封止樹脂を介してケースに保持されているものなどがある。

このような中空糸膜モジュールの製造方法としては、例えば、筒状ケースに中空糸膜束を収納した後、その筒状ケースの両端に注型キャップを装着し、各注型キャップに樹脂を注入して前記中空糸膜束端部の中空糸膜間を接着固定し、一方の端部の中空糸膜間に貫通孔が形成されるようにする中空糸膜モジュールの製造方法であって、前記貫通孔が形成される端部側の注型キャップをその内面と前記中空糸膜束端面とが離間するように装着し、該注型キャップに遠心ポッティング法により樹脂を注入し固化する中空糸膜モジュールの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、この文献には、中空糸膜の一端が開口するように封止を行う場合、まず目止め用樹脂を注型キャップに注入し、これが硬化した後、更に接着用樹脂を注入して硬化させ、その後、注型キャップを取り外して、端部を所定の長さで切断除去する方法が開示されている。そして、樹脂溜りとなる注型キャップは、樹脂漏れを防止する必要があるため、一般に分割構造は採用されていない。

上記のようにして、複数本の中空糸膜をエポキシ樹脂などで注型固定する場合、注型樹脂の溜まりとなる注型キャップには、その内面に樹脂硬化後に容易に取り外しが出来るように、シリコングリースやフッ素系離型剤が塗布されるのが一般的である。

しかしながら、膜束を円筒状容器（ハウジング）内側に接着固定する場合において、塗布した離型剤が注型樹脂の注入に伴い移動し、ちょうどハウジング内壁部の膜束が注型樹脂で固定される接着界面に侵入し、接着力を低下させる場合があり、塗布に注意が必要となる。

また、離型剤と注型樹脂が混ざって変色し、外観上問題となり、また樹脂の硬化不良を起こすことも考えられる。一方、離型剤を用いずに注型キャップを離型性の良い材質で作ることも出来るが、使用を繰り返すうちに離型性が低下し、また注型部が割れてしまうことがある。

特開２００４−４９９８６号公報

そこで、本発明の目的は、離型剤の流動や混合による問題を生じさせず、注型キャップの離型性を良好に維持することができる中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止する中空糸膜モジュールの製造方法において、前記注型樹脂が注入される注型キャップの内側に、前記注型樹脂に対して離型性材料からなるカップ状容器を装着しておき、このカップ状容器に注型樹脂を注入して注型樹脂を硬化させ、硬化後に前記注型キャップを取り外す工程を含むことを特徴とする。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法によると、離型剤を塗布する代わりに離型性材料からなるカップ状容器を注型キャップの内側に装着するため、離型剤の流動や混合による問題を生じさせずに、注型キャップの離型性を良好に維持することができる。また、注型キャップを容易に取り外すことができるため、カップ状容器の除去操作なども容易になる。

上記において、前記注型キャップを取り外す工程の後に、前記カップ状容器を除去する工程と、注型樹脂の所定の位置で切断する工程とを含むことが好ましい。これらの工程によって、中空糸膜の一端が開口する状態で封止を行うことができる。

また、前記カップ状容器に注入された注型樹脂に対し、容器底部側に向けて遠心力を付与する工程を含むことが好ましい。この工程によって、複数本の中空糸膜の隙間に、注型樹脂を好適に充填することができ、良好な封止状態とすることができる。

更に、前記注型樹脂がエポキシ樹脂、又はウレタン樹脂であると共に、前記カップ状容器の材質が、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はシリコーンゴムであることが好ましい。エポキシ樹脂やウレタン樹脂は、中空糸膜の束を封止するのに好適な注型樹脂であり、これに対して、ポリエチレン、ポリプロピレン又はシリコーンゴムは良好な離型性を有すると共に、カップ状容器の成形性や製造コストなどの面でも有利になる。

また、前記注型キャップが、取り外す際に分割可能な構造であることが好ましい。このような分割構造によって、注型樹脂の硬化後に、注型キャップを容易に取り外すことができる。更に、分割構造であっても、カップ状容器を内側に装着するため、遠心力を付与する場合（高圧力が生じる場合）でも、注型樹脂の漏れが生じにくくなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図である。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止するものであり、中空糸膜の両端が開口して封止されたタイプと、中空糸膜の一端のみが開口して封止されたタイプの両者に適用可能である。本実施形態では、図３に示すように、中空糸膜の一端のみが開口しつつ注型樹脂７により封止されて筒状ケース２に保持されているものを製造する場合の例を示す。

本発明では、図１に示すように、予め、注型樹脂７が注入される注型キャップ４の内側に、注型樹脂７に対して離型性材料からなるカップ状容器３を装着しておく。これによって、注型樹脂７と注型キャップ４の離型のために、シリコングリース等の離型剤を使用せずに、安定的に中空糸膜モジュールを製造することが出来る。

注型樹脂７としては、中空糸膜が封止可能な材料であれば何れでもよいが、特に、エポキシ樹脂、又はウレタン樹脂が好ましい。

また、カップ状容器３の材質は、注型樹脂７に対して離型性を示すものであれば何れでもよいが、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はシリコーンゴム（シリコンラバー）が好ましい。即ち、カップ状容器３は注型樹脂７との離型性からフッ素樹脂も使用可能であるが、これは高価である。カップ状容器３の作製方法は、ポリエチレン、ポリプロピレンでは、切削加工も可能であるが、安価に作製するために成型し、使い捨てとするほうが良い。また、シリコーンゴムでは、シートからの成型になるが、再利用することも可能である。

カップ状容器３の厚みについては、成型性等を考慮し設定するが、一般的には、厚みが０．５〜３ｍｍが好ましい。また、カップ状容器３の外径は、注型キャップ４の内径と同等か、僅かに大きいことが好ましい。これによって、カップ状容器３が注型キャップ４の内側に保持され易くなる。また、カップ状容器３の深さは、注型キャップ４の内側面を少なくとも覆うサイズが好ましい。これによって注型キャップ４を容易に取り外すことができる。

本発明では、図１に示すように、上記の状態でカップ状容器３に注型樹脂７を注入して注型樹脂７を硬化させる。図示した例では、注型樹脂７を注入する際に、カップ状容器３の深さを超える高さまで注入を行っているが、こうすることによって、中空糸膜の一端を注型樹脂７を介して筒状ケース２に保持することができる。

図示した例では、一端１ａをエポキシ樹脂等で封止・固定した膜束１を塩ビ製などの筒状ケース２に挿入し、膜束１の他端を注型樹脂７で封止する。その際、アルミ製の注型キャップ４を筒状ケース２にVバンド５やボルト締結などで固定しておく。

本発明では、上記の際、カップ状容器３に注入された注型樹脂７に対し、容器底部側に向けて遠心力（矢印の方向）を付与する工程を含むことが好ましいが、遠心力の代わりに自己の重力を利用することも可能である。このような遠心力は、例えば遠心注型機を用いて、膜束１の一端１ａ側に設定した回転軸Ｏの回りに、全体を回転させることによって付与することができる。また、遠心力を付与しながら、注型樹脂７を注入してもよく、樹脂注入口６に接続したチューブにより注型樹脂７が注入される。

注型樹脂７の硬化は、硬化反応によるものでも、冷却による硬化でもよい。硬化の際の条件は、使用する注型樹脂７に応じて適宜設定することができる。

なお、セットする膜束１の他端が開口状態であると、遠心力を付与する際にその内部に注型樹脂７が進入して、最終製品の膜束１の他端が閉塞する可能性がある。このため、膜束１の他端も樹脂等を用いて予め閉塞（目止め）させておくのが好ましい。

本発明では、図２に示すように、硬化後に前記注型キャップ４を取り外す工程を含む。その際、カップ状容器３が介在するため、容易に注型キャップ４を取り外すことができる。

本実施形態では、図３に示すように、この工程の後に、カップ状容器３を除去する工程と、注型樹脂７の所定の位置で切断する工程とを含む例を示す。これらの工程は、いずれを先に行ってもよく、また、両者の工程を同時に行ってもよい。つまり、注型樹脂７とカップ状容器３は、ポリエチレン、ポリプロピレンの場合には、同時に切断除去されてもよい。シリコーンゴムの場合には、その柔軟性を利用して、注型樹脂部より外しておくのがよい。

これらの工程によって、図３に示すように、切断面ＣＳにおいて、中空糸膜の一端のみが開口しつつ注型樹脂７により封止されて筒状ケース２に保持されている中空糸膜モジュールを製造することができる。

このような中空糸膜モジュールを用いた膜分離では、例えば筒状ケース２に設けられた供給口（図示省略）から原液が供給され、中空糸膜で分離された透過液が中空糸膜の中空内を流動し、一端の開口から流出して製品キャップの排出口から排出されると共に、濃縮液は筒状ケース２に設けられた製品用キャップの排出口（図示省略）から排出される。

［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、複数本の中空糸膜の束の一端をエポキシ樹脂等で封止・固定した膜束を用いる例を示したが、本発明では、複数本の中空糸膜の束の一端を閉塞させて、固定せずに自由端としたものでもよい。その場合、例えば特開２０００−３３４２７０号公報に記載の製造方法によって、中空糸膜の束の一端を閉塞させることができる。

また、本発明の製造方法は、中空糸膜の両端が開口しつつ封止樹脂を介してケースに保持されている中空糸膜モジュールにも適用できる。その場合、図１〜図３に示す実施形態において、エポキシ樹脂等で一端を封止・固定した膜束を用いる代わりに、両端が同じ状態の膜束を用い、その両側を注型樹脂で前述のようにして封止すればよい。

（２）前述の実施形態では、中空糸膜の一端のみが開口しつつ注型樹脂により封止されて筒状ケースに保持されているものを製造する場合の例を示したが、本発明では、中空糸膜の一端が開口せずに注型樹脂により封止されて筒状ケースに保持されているものを製造してもよい。その場合、カップ状容器を除去する工程や、注型樹脂の所定の位置で切断する工程を省略することも可能である。

（３）前述の実施形態では、注型樹脂を注入する際にカップ状容器の深さを超える高さまで注入を行った例を示したが、本発明では、中空糸膜の一端が開口せずに注型樹脂により封止され、これが筒状ケースに保持されていない場合など、カップ状容器の深さを超えない高さまで注型樹脂を注入してもよい。

（４）前述の実施形態では、注型樹脂を１種類のみ注入する例を示したが、本発明は、２種類以上の注型樹脂を注入する製造方法にも適用することができる。その場合、最初の注型樹脂を注入した後、必要により硬化させ、その後追加して次の注型樹脂を注入すればよい。

（５）本発明では、図４〜図５に示すように、注型キャップ４が、取り外す際に分割可能な構造であることが好ましい。分割構造としては、注型キャップ４の内周面が分割・拡径するように、２分割又はそれ以上に分割する構造が採用できるが、分割の比率は等分割である必要はない。

図４に示した例では、注型キャップ４の側面を上下に２分割するように、水平方向に延びる分割境界線４ａが設けられている。また、分割した注型キャップ４を一体保持するために、拘束ベルト８が使用され、注型キャップ４のベルト溝４ｂに着脱可能な拘束ベルト８が巻かれている。注型樹脂７の硬化後に、拘束ベルト８を外した後、矢印の方向に注型キャップ４を分割することによって、注型キャップ４を容易に取り外すことができる。

図５（ａ）に示す例では、注型キャップ４の分割境界線４ａに沿ってヒンジ４ｃが設けられている。注型キャップ４の分割前には、そのフランジ部４ｄは、Vバンド等で筒状ケース２に固定されており、ヒンジ４ｃの存在によって注型キャップ４が一体保持されている。注型樹脂７の硬化後に、Vバンド等を外した後、矢印の方向に注型キャップ４を分割することによって、注型キャップ４を容易に取り外すことができる。

図５（ｂ）に示す例では、注型キャップ４の外周面に雄ネジ４ｅが形成されており、雌ネジ９ａを内周面に有するリング９を矢印の方向に螺合することによって、注型キャップ４を一体保持することができる。注型樹脂７の硬化後に、注型キャップ４からリング９を外すことによって、注型キャップ４を分割して容易に取り外すことができる。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す工程図 本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す工程図 本発明の製造方法に用いられる注型キャップの他の例を示す斜視図

符号の説明

１ 中空糸膜の束（膜束）
２ 筒状ケース
３ カップ状容器
４ 注型キャップ
４ａ 分割境界線
５ Vバンド
６ 樹脂注入口
７ 注型樹脂

Claims (5)

1. 複数本の中空糸膜の束を注型樹脂により封止する中空糸膜モジュールの製造方法において、前記注型樹脂が注入される注型キャップの内側に、前記注型樹脂に対して離型性材料からなるカップ状容器を装着しておき、このカップ状容器に注型樹脂を注入して注型樹脂を硬化させ、硬化後に前記注型キャップを取り外す工程を含むことを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記注型キャップを取り外す工程の後に、前記カップ状容器を除去する工程と、注型樹脂の所定の位置で切断する工程とを含む請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記カップ状容器に注入された注型樹脂に対し、容器底部側に向けて遠心力を付与する工程を含む請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 前記注型樹脂がエポキシ樹脂、又はウレタン樹脂であると共に、前記カップ状容器の材質が、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はシリコーンゴムである請求項１〜３いずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
5. 前記注型キャップが、取り外す際に分割可能な構造である請求項１〜４いずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

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