JP2008237993A - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状物の内周面もしくは外周面の少なくとも一部の円周上にリブを設けた筒状物を用いることで、筒状物の変形を抑制し、好適な中空糸膜モジュールを得るための製造方法を提供する。
【解決手段】複数本の中空糸膜の束の一方の端部が封止構成された中空糸膜モジュールの製造方法であって、中空糸膜の膜束の他方の端部に、端部内周面側または端部外周面側にリブ１４ｂを設けた筒状物１４を挿入配置する工程と、注型樹脂１を注入するための注型樹脂袋体を前記筒状物に当接するように配置する工程と、注型樹脂袋体に注型樹脂１を注入し、硬化させる工程と、注型樹脂が硬化した後に、膜端面を開口状態にするために、リブ１４ｂ部分を含めた筒状物１４の端部を切断する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数本の中空糸膜の束の一方の端部が封止構成された中空糸膜モジュールの製造方法に関する。例えば、懸垂型で少なくとも一端の注型固定部に筒状物を配し、そこに複数本の中空糸膜が少なくとも一端を開口状態で注型樹脂により注型固定されている中空糸膜モジュールの製造方法に関する。

従来より、血液透析や海水淡水化には、中空糸膜などを用いた膜分離技術が利用されている。中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールには、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や、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、筒状ケース（または筒状ネット）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する製造方法が知られている。また、このような製造方法において、中空糸膜の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。

また、遠心注型やポッティングなどの方法において、複数本の中空糸膜の一端部分をエポキシ樹脂などで筒状物に注型固定する場合、筒状物の肉厚は膜の充填効率等から必要最小限の厚みにすることが望ましい。また、通常内面側は僅かなテーパー状にすることや、接着性向上のために細かな溝を設けるなどの加工が加えられる他は均一な構造となっている。

特開２００４−４９９８６号公報

上記の筒状物のこの部分は注型樹脂の溜まりとなり、エポキシ樹脂などの注型樹脂の硬化時における体積収縮により、真円状に作製された筒状物が歪んでしまい縦横の真円性が失われてしまう、という問題があった。

真円性が失われた筒状物でＯリングシールやネジ勘合による接続をする場合にはシール不良の原因になる場合があり、改善が強く望まれていた。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、筒状物の内周面もしくは外周面の少なくとも一部の円周上にリブを設けた筒状物を用いることで、筒状物の変形を抑制し、好適な中空糸膜モジュールを得るための製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下の発明を完成するに至った。すなわち、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の一方の端部が封止構成された中空糸膜モジュールの製造方法であって、
前記中空糸膜の膜束の他方の端部に、端部内周面側または端部外周面側にリブを設けた筒状物を挿入配置する工程と、
注型樹脂を注入するための注型樹脂袋体を前記筒状物に当接するように配置する工程と、
前記注型樹脂袋体に注型樹脂を注入し、硬化させる工程と、
前記注型樹脂が硬化した後に、膜端面を開口状態にするために、リブ部分を含めた筒状物の端部を切断する工程と、を有することを特徴とする。

この構成の作用効果は以下のとおりである。中空糸膜モジュールは、例えば、懸垂型が例示される。懸垂型の中空糸膜モジュールの上端部は供給側開口部を形成し、下端部は封止されて構成される。本発明では、この供給側開口部を形成するために用いられる筒状物に特徴がある。本発明に用いられる筒状物は、その端部内周面側または端部外周面側にリブが設けられている。そして、本発明に係る中空糸膜モジュール製造方法は、中空糸膜の膜束の他方の端部（供給側開口部を形成するための部分）に、端部内周面側または端部外周面側にリブを設けた筒状物を挿入配置し、次いで、注型樹脂を注入するための注型樹脂袋体を筒状物に当接するように配置する。次いで、注型樹脂袋体に注型樹脂を注入し、硬化させ、注型樹脂が硬化した後に、膜端面を開口状態にするために、リブ部分を含めた筒状物の端部を切断する。これによって、真円性に優れた供給側開口部を形成することができる。すなわち、エポキシ樹脂などの注型樹脂の硬化時における体積収縮により、真円状に作製された筒状物が歪んでしまい縦横の真円性が失われてしまうことがなく、つまり筒状物の変形を好適に抑制することができる。

また、他の本発明の製造方法は、複数本の中空糸膜の束の一方の端部が封止構成された中空糸膜モジュールの製造方法であって、
前記中空糸膜の膜束の他方の端部に、端部内周面側または端部外周面側にリブを設けた筒状物を挿入配置する工程と、
注型樹脂を注入するための注型樹脂袋体を前記筒状物に当接するように配置する工程と、
前記注型樹脂袋体に注型樹脂を注入し、硬化させる工程と、
前記注型樹脂が硬化した後に、膜端面を開口状態にするために、前記注型樹脂袋体の位置で切断する工程と、を有することを特徴とする。

上記製造方法と比較した場合、この構成の特徴点は、膜端面を開口状態にするために、注型樹脂袋体の位置で切断することである。すなわち、リブ部分を含めて筒状物端部を切断することなく、膜端面の開口状態にすることができ、上記製造方法と同様に、真円性に優れた供給側開口部を形成することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について適宜図面を参照の上説明する。図１は、筒状物の中央断面模式図を示す。図２は、中空糸膜モジュールの製造方法について説明する図である。図３は、分離膜モジュール体の一例を示す図である。

（中空糸膜）
中空糸膜としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜、透析膜などが挙げられ、その用途や製法に応じた、孔径、外径、長さのものが使用できる。

本発明では、複数の中空糸膜を束ねた膜束１１を、例えば円筒状の膜束ネット１２内に収納して中空糸膜モジュール１０が構成される。

（膜束ネット）
膜束ネット１２は、公知の材料で構成でき、例えば、金属、樹脂等で構成できる。その形状は、中空糸膜モジュール１０の形状に依存して、適宜設計され、例えば、図２のように断面円状の筒状に構成できる。その長さ、直径も適宜設計できる。

（端部キャップ）
中空糸膜モジュール１０の一端の側には、膜束１１および膜束ネット１２の端部を収納し固定するように配置された端部キャップ１３が設けられている。この端部キャップ１３は、例えば、金属、樹脂等の適宜材料で構成できる。端部キャップ１３と膜束１１および膜束ネット１２とは、接着剤または注型樹脂にて膜束１１の端部が封止され、固定される。

（筒状物）
筒状物１４は、端部キャップ１３とは別の端部である膜束１１の端部において、膜束１１および膜束ネット１２を挿入できるように両端部が開口している。この筒状物１４は、例えば、樹脂等の適宜材料で構成できる。リブのサイズについては、筒状物１４の内側に設ける場合には、膜の充填密度を考慮し設計する必要がある。強度を重視し、内側（筒中心側）へのはみ出しを大きくすると、リブ部分の膜充填率が高くなり、注型欠陥が発生しやすくなる。したがって、リブ部内部の径（長さ、中心方向への突出長さ）はリブがない部分の充填密度から１５％以上高くならないように設計する（例えば、リブ部の膜充填密度が、リブがない部分の膜充填密度の１．１５倍未満になるように設計する）必要があり、好ましくは１０％以下になるように設計する（例えば、リブ部の膜充填密度が、リブがない部分の膜充填密度の１．１倍以下になるように設計する）のが良い。リブ部の厚みについては、リブ部内径との関係で注型に影響しない範囲で設定すればよく、１０ｍｍ以下が好ましい。リブ部を外周側に設ける場合、膜の充填密度に影響されることがないため、自由に設計できる。

筒状物１４の外周部には、雄ネジ溝部１４ａを設けられている。この雄ネジ溝部１４ａに対応する雌ネジ溝部は、後述する支持体１６に設けられている。なお、この雄ネジ溝部１４ａの代替として、Ｏリング溝部を設けることもできる。

また、図１（ａ）に示すように、筒状物１４の内周面の端部に、リブ１４ｂが設けられている。このリブ１４ｂのサイズは、注型樹脂が硬化した際に、筒状物１４が変形することを抑制するために必要な程度の肉厚、長さ（中心方向への突出長さ）が必要であり、また、筒状物１４の材質、肉厚、直径、膜充填密度等を考慮して設計される。また、リブ１４ｂのサイズは膜束１１の径、作業性、注型の確実性を考慮して設計される。

リブ１４ｂを最端側に設けた場合、リブ１４ｂの厚み分だけ筒状物の全長を長くする必要がある。また、リブ１４ｂは何処に設けられていても良いが最端部に設けられ、膜を開ロ状態とするため切断する側に設けられている場合には、余分な注型樹脂と一緒に切除できるように構成される。

また、リブ１４ｂは、図１（ｂ）に示すように、筒状物１４の外周側に設けることもできる。この場合、リブ１４ｂは、上記雄ネジ溝部１４ａまたはＯリング溝部から向かって端部側、あるいは最端部に設けることができる。

（注型樹脂）
注型樹脂１としては、中空糸膜が封止可能な材料であれば特に限定されないが、ろ過原液による影響のない物性の材料を選択でき、例えば、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂が例示できる。

（注型樹脂袋体）
注型樹脂袋体１５には、例えば、断面形状円形のキャップ形状であり、その内部には注型樹脂１が供給できるように供給口（不図示）を有して構成されている。この注型樹脂袋体１５は、上記膜束１１の端部を固定するために用いられる。注型樹脂袋体１５は、上記筒状物１４端部に当接するように設置され、注型樹脂袋体１５内部に供給口から注入された注型樹脂１が硬化することで、膜束１１の端部が固定される。注型樹脂袋体１５は、例えば、樹脂材料で構成できる。

（支持体）
支持体１６は、中空糸膜モジュール１０と後述するケース体２０とを組み立て結合するために用いられ、その内面周に筒状物１４の雄ネジ溝部１４ａに対応する雌ネジ溝部１６ａが形成されている。なお、筒状物１４にＯリング溝部が形成されている場合は、支持体１６の内面周は、当該Ｏリング溝部に設置されたＯリングと密接できるようにそのサイズが設計される。この支持体１６は、例えば、金属、樹脂等の適宜材料で構成できる。この支持体１６には、開口部が設けられ、この開口部からろ過原液が供給されるように構成されている。

（ケース体）
ケース体２０は、例えば、一方の端部が開口してなる筒状であり、上記の中空糸膜モジュール１０を収納して、分離膜モジュール体３０を構成する。ケース体２０の開口部２１には、上記支持体１６を固定するための固定手段２２が設けられている。例えば、支持体１６のフランジ部１６ａを挟持しシールする構成が例示される。このケース体２０に、ろ過原液の排出口２３が設けられている。ケース体２０の材質としては、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂などが挙げられる。

（中空糸膜モジュールの製造方法）
以下に、中空糸膜モジュールの製造方法について図２を用いて説明する。

（第１工程）
図２（ａ）に示すように、中空糸膜を準備し、複数に束ね、この束ねた一方の端部を端部キャップ１３に挿入配置し、注型樹脂を注入して硬化させ、固定して膜束１１の端部を構成する。次いで、この膜束１１を膜束ネット１２の内部に収納する。次いで、膜束１１の他端を注型樹脂で目止めする。なお、目止めとして接着剤等を用いることもできる。

（第２工程）
図２（ｂ）に示すように、目止めした膜束１１の端部を、筒状物１４に挿入し、所定位置に配置する。次いで、筒状物１４に当接するように注型樹脂袋体１５を取り付ける。この際に、筒状物１４と注型樹脂袋体１５との当接部分は、注型樹脂１が流出しないようにシールされるように構成される。シール方法は、接着固定が例示される。

（第３工程）
図２（ｃ）に示すように、注型樹脂袋体１５と筒状物１４が一杯になるように注型樹脂１を流し込み、硬化させる。

（第４工程）
図２（ｄ）に示すように、注型樹脂１が硬化後、注型樹脂袋体１５を除去する。この際に、筒状物１４の端部のリブ１４ｂ部分も同時に切断除去することが好ましい。

（第５工程）
次いで、図３に示すように、筒状物１４に支持体１６を組み立てた中空糸膜モジュール１０をケース体２０に組み込む。これによって、中空糸膜の一端が開口してなる分離膜モジュール体３０を製造することができる。

このような分離膜モジュール体３０を用いた膜分離では、例えば支持体１６に設けられた供給口からろ過原液が供給され、中空糸膜で分離された透過液が中空糸膜外のケース体２０内部に流動し、排出口２３から流出する。

また、本発明では、注入された注型樹脂１に対し、注型樹脂袋体１５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、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。

注型樹脂１の硬化は、反応硬化性樹脂の硬化反応によるものでも、溶融した熱可塑性樹脂の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１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１１の端部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１が進入して、最終製品の膜束１の端部が閉塞する可能性がある。このため、膜束１の端部を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。

以下に実施例と比較例について説明する。

［実施例１］
一端をエポキシ樹脂で固定し膜束が筒状ネットで束ねられ、他端を目止め状態とした膜束の他端を内面側にリブを設けた筒状物に挿入する。筒状物に注型樹脂袋体を取り付ける。注型樹脂袋体と筒状物が一杯になるように注型樹脂を流し込む。注型樹脂が硬化後、注型樹脂袋体と筒状物の端部（リブ部分を含む）を切断除去し、切断後、筒状物の外表面に加工されたネジ部の外径の縦横寸法を測定した。縦寸法は１００．２ｍｍ、横寸法は１００．３ｍｍであった。

［実施例２］
リブが外周面側端部に設けられた筒状物を用いて、実施例１と同様の方法でモジュールを作製した。樹脂硬化後にリブ部を含む端部を切断除去し、ネジ部の外径の縦横寸法を測定した。縦寸法は１００．２ｍｍ、横寸法は１００．２ｍｍであった。

［比較例］
筒状物としてリブが設けられていないものを使用した以外実施例と同様に作製し、ネジ部の外径を測定した結果、縦寸法は９９．８ｍｍ、横寸法は１００．４ｍｍであった。

以上の実施例１，２と比較例の結果から、リブが内周面側または外周面側に設けられた筒状物を用いて製造された中空糸膜モジュールの端部（または筒状体端部）の真円度は、リブが設けられていない筒状物を用いて製造された中空糸膜モジュールの端部（または筒状体端部）のそれより、高いものであり、厳しい品質条件が設定された製品に対し、有用であることが分かった。

また、以上の実施例１，２によれば、注型後の筒状物の外径寸法を安定して作製可能になることが分かった。

外表面にネジ加工を施し、内面片端部分にリブを設けた本発明の筒状物の例を示す図 中空糸膜モジュールの製造工程を示す図 分離膜モジュール体の一例を示す図

符号の説明

１ 注型樹脂
１０ 中空糸膜モジュール
１１ 膜束
１２ 膜束ネット
１３ 端部キャップ
１４ 筒状物
１４ａ 雄ネジ溝部
１４ｂ リブ
１５ 注型樹脂袋体
１６ 支持体
２０ ケース体
３０ 分離膜モジュール体

Claims (2)

1. 複数本の中空糸膜の束の一方の端部が封止構成された中空糸膜モジュールの製造方法であって、
   前記中空糸膜の膜束の他方の端部に、端部内周面側または端部外周面側にリブを設けた筒状物を挿入配置する工程と、
   注型樹脂を注入するための注型樹脂袋体を前記筒状物に当接するように配置する工程と、
   前記注型樹脂袋体に注型樹脂を注入し、硬化させる工程と、
   前記注型樹脂が硬化した後に、膜端面を開口状態にするために、リブ部分を含めた筒状物の端部を切断する工程と、
   を有する中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 複数本の中空糸膜の束の一方の端部が封止構成された中空糸膜モジュールの製造方法であって、
   前記中空糸膜の膜束の他方の端部に、端部内周面側または端部外周面側にリブを設けた筒状物を挿入配置する工程と、
   注型樹脂を注入するための注型樹脂袋体を前記筒状物に当接するように配置する工程と、
   前記注型樹脂袋体に注型樹脂を注入し、硬化させる工程と、
   前記注型樹脂が硬化した後に、膜端面を開口状態にするために、前記注型樹脂袋体の位置で切断する工程と、
   を有する中空糸膜モジュールの製造方法。
   

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