JP2011200815A - 中空糸膜モジュールの製造方法及びこの製造方法によって得られる中空糸膜モジュール。 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤のＡ液とＢ液を予備混合する専用の設備が不要であるとともに、設備洗浄のための有毒性の高い有機溶剤の使用も不要となることは勿論、中空糸膜モジュールの構成要素を全て同種の樹脂と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】容器本体２の下端部に塩化ビニル系樹脂粉末７を投入し、中空糸膜４と中空糸膜４との間及び中空糸膜４と容器本体２との間に塩化ビニル系樹脂粉末７を密に充填したのち、充填された塩化ビニル系樹脂粉末７の上方から、塩化ビニル系樹脂粉末７にテトラヒドロフランを振りかけ、充填された塩化ビニル系樹脂粉末７を膨潤させる。そして膨潤が完了後、テトラヒドロフランを揮発させるようにして、封止部５を形成するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、中空糸膜モジュールの製造方法及びこの製造方法によって得られる易リサクル性の中空糸膜モジュールに関する。

従来、中空糸膜モジュールの端部の封止(ポッティング)にはウレタンもしくはエポキシ系の熱硬化樹脂が用いるのが一般的である。
そして、その封止方法としては、筒状の容器本体内に複数の中空糸膜を束状にした中空糸膜群を挿入した後、容器本体内に注入した熱硬化樹脂を重力によって自然に中空糸膜群の中空糸膜間や、中空糸膜群と容器本体との隙間に充填する方法、モジュール全体を回転させることで遠心力を発生させ、その遠心力により熱硬化樹脂が効率的に中空糸膜群の中空糸膜間や、中空糸膜群と容器本体との隙間に充填する方法などがある。

しかしながら、上記のように封止材として使用されるウレタン・エポキシはほとんどが2液性であるがゆえに、中空糸膜モジュールの製造に当たっては接着剤のＡ液とＢ液を予備混合する専用の設備が必要となるため多大なコストが発生し、なおかつ、設備の洗浄にはＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）やジメチルクロライドなどの有毒性の高い有機溶剤を多量に使用するため、環境への影響も懸念される。

一方、上記のように接着剤のＡ液とＢ液を予備混合する専用の設備が不要であるとともに、設備洗浄のための有毒性の高い有機溶剤の使用も不要となる中空糸膜モジュールの製造方法として、熱可塑性樹脂粉末と、水やエタノール等のこの熱可塑性樹脂粉末が不溶で無害あるいは有害性の極めて低い環境にやさしい液体に混合し、複数の中空糸膜の封止部形成部に、この混合物を付着させたのち、中空糸膜を容器本体内に挿入する。そして、その後、容器本体内で混合物を加熱し、前記液体を揮発させるとともに、中空糸膜表面に残った熱可塑性樹脂粉末を一旦溶融させたのち、冷却固化させて封止部を形成する方法が提案されている（特許文献１）。

特開2004-113980号公報

ところで、中空糸膜モジュールの使用後のリサクル性を考慮すると、中空糸膜モジュールの構成要素を全て同種の樹脂で形成することが好ましい。
しかし、上記混合液を用いた方法の場合、一旦、熱可塑性樹脂粉末を加熱溶融させなければならない。
したがって、中空糸膜を熱可塑性樹脂粉末の溶融温度より溶融温度が高い樹脂で形成する必要がある。すなわち、中空糸膜が熱可塑性樹脂粉末と同種の樹脂で形成されている場合、熱可塑性樹脂粉末の加熱溶融時に中空糸膜も溶融してしまい中空糸膜内の液流路を塞いでしまうおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みて、接着剤のＡ液とＢ液を予備混合する専用の設備が不要であるとともに、設備洗浄のための有毒性の高い有機溶剤の使用も不要となることは勿論、中空糸膜モジュールの構成要素を全て同種の樹脂とすることができる中空糸膜モジュールの製造方法及びこの製造方法によって得られる易リサクル性を有する中空糸膜モジュールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる中空糸膜モジュールの製造方法（以下、「本発明の製造方法」と記す）は、筒状をした容器本体内と、この容器本体に収容された複数の中空糸膜と、中空糸膜の端部で中空糸膜間及び中空糸膜と容器本体との間に気密及び液密に封止材が充填されて形成された封止部とを備える中空糸膜モジュールの製造方法であって、前記複数の中空糸膜を容器本体内に挿入するとともに、容器本体の中心軸方向を上下方向に向けて配置し、容器本体の下端開口を蓋材で閉じた状態で、容器本体の下端部に熱可塑性樹脂粉末を投入し、中空糸膜と中空糸膜との間及び中空糸膜と容器本体との間に前記熱可塑性樹脂粉末を密に充填する粉末充填工程と、充填された熱可塑性樹脂粉末の上方から、熱可塑性樹脂粉末に向かって熱可塑性樹脂粉末の膨潤あるいは溶解に必要な有機溶媒を供給し、この熱可塑性樹脂粉末を一旦膨潤あるいは溶解させて粉末間の隙間をなくす緻密化工程と、緻密化完了後、前記熱可塑性樹脂粉末の溶融温度未満の温度で有機溶媒を揮発させる有機溶媒除去工程とを経て前記封止部が形成されることを特徴としている。

本発明の製造方法は、特に限定されないが、封止部に空隙部が形成されないように、粉体充填工程において、例えば、熱可塑性樹脂粉末の充填部に振動を加えて熱可塑性樹脂粉末を最密充填化することが好ましい。
振動を加える方法としては、振動台や超音波振動装置を用いて振動を加える方法が挙げられる。
また、本発明の製造方法は、特に限定されないが、有機溶媒除去工程において、有機溶媒の揮発時間を短縮するために、有機溶媒の沸点以上、熱可塑性樹脂粉末の溶融温度未満に熱化成樹脂粉末充填部を加熱することが好ましい。

本発明の製造方法において用いられる容器本体の材質は、特に限定されないが、例えば、特に限定されないが、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンオキサイド系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が挙げられ、一般的に塩化ビニル系樹脂がよく用いられる。

本発明の製造方法において用いられる中空糸膜の材質は特に限定されないが、例えばセルロース系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ＰＭＭＡ（ ポリメタクリル酸メチル）などのアクリル系樹脂、ポリスルフォン系樹脂， フッ素系樹脂、塩化ビニル系樹脂などが挙げられ、容器本体として塩化ビニル系樹脂を用いた場合、リサイクル性を考慮すると、塩化ビニル系樹脂を用いることが好ましい。
中空糸膜となる塩化ビニル系樹脂としては、特に限定されないが、例えば、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂や塩化ビニルモノマーと共重合可能なモノマーとの共重合樹脂などが挙げられる。

本発明の製造方法において用いられる熱可塑性樹脂粉末としては、有機溶媒によって膨潤または溶解するとともに、容器本体及び中空糸膜との接着性のよい熱可塑性樹脂の粉末であれば特に限定されないが、容器本体及び中空糸膜として塩化ビニル系樹脂を用いた場合、リサイクル性を考慮すると、塩化ビニル系樹脂を用いることが好ましい。
熱可塑性樹脂粉末の粒径としては、中空糸膜と中空糸膜との間及び中空糸膜と容器本体との間に緻密に充填できれば特に限定されず、得ようとする中空糸膜モジュールの中空糸膜と中空糸膜との間隔に応じて適宜決定してもよい。

熱可塑性樹脂粉末として塩化ビニル系樹脂粉末を用いる場合、特に限定されないが、
リサイクル性を考慮すると中空糸膜と同種の塩化ビニル系樹脂粉末を用いることが好ましい。

本発明の製造方法において用いられる有機溶媒としては、熱可塑性樹脂粉末を膨潤あるいは溶解でき、中空糸膜の溶融温度未満で揮発すれば特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂粉末として、塩化ビニル系樹脂粉末を用いた場合、テトラヒドロフランまたはメチルエチルケトンを主成分する有機溶媒を用いることが好ましい。因みに、テトラヒドロフランの沸点は、64〜65℃、メチルエチルケトンの沸点は79.6℃である。

有機溶媒の粉体充填部への供給量は、所望の膨潤状態あるいは溶解状態が得られれば、できるだけ少ないことが好ましい。
有機溶媒の粉体充填部への供給方法は、容器本体の液出入口からノズルを挿入し、粉体供給装置を用いて供給する。

本発明にかかる中空糸膜モジュールの製造方法は、以上のように、筒状をした容器本体内と、この容器本体に収容された複数の中空糸膜と、中空糸膜の端部で中空糸膜間及び中空糸膜と容器本体との間に気密及び液密に封止材が充填されて形成された封止部とを備える中空糸膜モジュールの製造方法であって、前記複数の中空糸膜を容器本体内に挿入するとともに、容器本体の中心軸方向を上下方向に向けて配置し、容器本体の下端開口を蓋材で閉じた状態で、容器本体の下端部に熱可塑性樹脂粉末を投入し、中空糸膜と中空糸膜との間及び中空糸膜と容器本体との間に前記熱可塑性樹脂粉末を密に充填する粉末充填工程と、充填された熱可塑性樹脂粉末の上方から、熱可塑性樹脂粉末に向かって熱可塑性樹脂粉末の膨潤あるいは溶解に必要な有機溶媒を供給し、この熱可塑性樹脂粉末を一旦膨潤あるいは溶解させて粉末間の隙間をなくす緻密化工程と、緻密化完了後、前記熱可塑性樹脂粉末の溶融温度未満の温度で有機溶媒を揮発させる有機溶媒除去工程とを経て前記封止部が形成されるので、接着剤のＡ液とＢ液を予備混合する専用の設備が不要であるとともに、設備洗浄のための有毒性の高い有機溶剤の使用も不要となることは勿論、中空糸膜モジュールの構成要素を全て同種の樹脂とすることができる。
すなわち、有機溶媒除去工程において、熱可塑性樹脂粉末の溶融温度未満の温度で有機溶媒を揮発させるようにしたので、全ての構成要素を全て同種樹脂で構成した場合でも中空糸膜が有機溶媒を揮発させる際に中空糸膜が溶融することがない。

また、本発明の製造方法を用い、容器本体及び中空糸膜が塩化ビニル系樹脂で形成され、熱可塑性樹脂粉末が塩化ビニル系樹脂粉末である中空糸膜モジュールを得るようにすれば、得られる中空糸膜モジュールは、すべて塩化ビニル系樹脂で形成されているため、使用済みとなった場合、中空糸膜モジュール全体を粉砕するだけで、塩化ビニル系樹脂粉末を得ることができる。そして、この粉末を再び中空糸膜モジュールの封止部形成用あるいは再生原料として用いることができる。すなわち、易リサイクル性に富んだものとすることができる。

本発明の製造方法で得られる易リサイクル性中空糸膜モジュールの１つの実施の形態をあらわす断面図である。 図１の中空糸膜モジュールの製造方法を１工程を説明する断面図である。 図２の後工程を説明する断面図である。 本発明の製造方法で得られるモジュール本体の断面図である。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる中空糸膜モジュールの１つの実施の形態をあらわし、図２〜４は、この中空糸膜モジュールの製造工程を工程順にあらわしている。

図１に示すように、この中空糸膜モジュール１は、容器本体２と、２つのキャップ３と、複数の中空糸膜４と、封止部５とを備えている。
容器本体２は、塩化ビニル系樹脂で形成された筒状体であって、壁面に２つの液出入口２１を備えている。

２つのキャップ３は、塩化ビニル系樹脂で形成されていて、それぞれキャップ本体３１と１つの液出入口３２を備えている、
キャップ３は、容器本体２の端部に接着あるいは融着によって固定されて、液出入口３２を除き、容器本体２の端部を閉鎖している。

中空糸膜４は、塩化ビニル系樹脂で形成されていた外径が０．８〜２ｍｍ、内径が０．４〜１．２ｍｍのものであって、容器本体２の筒の中心軸に平行にほぼ等ピッチで放射状に配置（なお、図１では作図上、隣接する中空糸膜４間の距離がかなり離れているが、実際は０．１〜５ｍｍ程度である。）されている。
封止部５は、容器本体２の両端部に設けられていて、塩化ビニル系樹脂で形成され、中空糸膜４と中空糸膜４との間及び中空糸膜と容器本体２との間を気密及び液密に封止している。

そして、この中空糸膜モジュール１は、以下のようにして製造される。
（１）図２に示すように、後述する封止材としての塩化ビニル系樹脂に対して非接着性の材料からなる一方の中空糸膜支持キャップ６に各中空糸膜４の一端を支持固定する。
すなわち、中空糸膜支持キャップ６は、容器本体２の端部に着脱自在に嵌合するようになっていて、容器本体２の開放端を封鎖する円盤状の本体部６１に中空糸膜４の内径とほぼ同じ外径をした突起６２が中空糸膜４の配置パターンで中空糸膜４の本数分設けられている。そして、中空糸膜４は、その一端にこの突起６２が嵌合することによって隣接する中空糸膜間のピッチが所定ピッチとなるように支持される。
（２）容器本体２の下側に配置された液出入口２１から塩化ビニル系樹脂粉末７を容器本体２内に投入するとともに、容器本体２に振動台（図示せず）を用いて振動を与え、図２に示すように、塩化ビニル系樹脂粉末７を中空糸膜４と中空糸膜４との間及び中空糸膜４と容器本体２との間に密に充填する。
（３）図示していないが、容器本体２の下側に配置された液出入口２１から有機溶媒注入用ノズルを容器本体２内に挿入し、このノズルを介して、有機溶媒としてのテトラヒドロフランまたはメチルエチルケトンを充填された塩化ビニル系樹脂粉末７を膨潤させるだけの量だけ塩化ビニル系樹脂粉末７上に降りかかるように注入する。
（４）膨潤が完了したのち、容器本体２の外部からヒータ等で有機溶媒の沸点以上、塩化ビニル系樹脂の融点未満の温度に塩化ビニル系樹脂粉末７の充填部を加熱し、有機溶媒を揮発させて、図３に示すように、封止部５によって中空糸膜４の一端を容器本体２の一端に気密及び液密状態に封止する。
（５）揮発が完了したのち、加熱をやめて、容器本体２の上下を反転させて、上記（２）〜（４）の工程を繰り返し行い、図４に示すような容器本体２の両端部で、中空糸膜４の端部が封止部５によって容器本体２に接着固定されたモジュール本体１１を得る。
（６）図１に示すように、モジュール本体１１の容器本体２の両側にキャップ３を接着固定して中空糸膜モジュール１を得る。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、中空糸膜支持キャップが中空糸膜の端部に嵌合する突起を備え、この突起を嵌合することによって中空糸膜のピッチを所定間隔に保つようにしていたが、中空糸膜支持キャップに突起に代えて、中空糸膜の外径とほぼ同じ内径の支持孔を穿設し、この支持孔に中空糸膜を挿通して中空糸膜のピッチを所定間隔に保つようにしても構わない。なお、上記支持孔の内径は、熱可塑性樹脂粉末が漏れ出なければ、中空糸膜の外径より大きくても構わない。
また、上記の実施の形態では、中空糸膜の両端をそれぞれ異なる封止部によって封止するようにしていたが、中空糸膜の両端が揃うように各中空糸膜をＵ字形に曲げて、１つの封止部によって各中空糸膜の両端を封止するようにしてもよい。
上記の実施の形態では、粉末充填工程において、中空糸膜を中空糸膜支持キャップに支持させて、各中空糸膜間の距離を所定間隔に保つようにしていたが、糸などの手段で複数の中空糸膜を結束して複数の中空糸膜を束状に保持しておけば、熱可塑性樹脂粉末が容器本体から漏れ出ないような蓋材を設けるだけでもよい。
また、揮発工程においては、容器本体内を減圧するようにしても構わない。

以下に、本発明の具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
内径３０ｍｍの塩化ビニル系樹脂製の図１〜図４に示すような容器本体内に、外径１．３ｍｍ、内径０．８ｍｍの塩化ビニル系樹脂製の１５０本の中空糸膜（積水化学社製HA３１Kの塩ビ系樹脂を非溶媒法により中空糸膜に成形）を中空糸膜間距離約０．５ｍｍで上記実施の形態と同様にして支持したのち、容器本体の下側の液出入口から平均粒径１０μｍの塩化ビニル樹脂粉末（積水化学社製HA３１K）を、５ｇ容器本体内に投入するとともに容器本体に振動台を用いて約１分間振動をかけて塩化ビニル樹脂粉末を最密充填させた。
つぎに、塩化ビニル樹脂粉末と等量のテトラヒドロフランを容器本体の下側の液出入口からマイクロシリンジを用いて充填された塩化ビニル樹脂粉末上に注入してテトラヒドロフランによって塩化ビニル樹脂粉末を膨潤させた。
その後、外部ヒーターを用いて充填部分を２０分間、70〜80℃に保ち、溶媒を揮発させた。
揮発完了後、充填部を冷却し、中空糸膜支持キャップを取り外して封止材で中空糸膜を容器本体の一端部に設けられた封止部を介して容器本体に固定した。
得られた封止部を切断し、その断面を目視で確認したところ、封止部に空気の噛み込みなど一切なく、緻密な断面形状であった。また、封止部と中空糸膜との間及び封止部と容器本体との間にも隙間がなかった。

本発明の製造方法で得られる中空糸膜モジュールは、例えば、精密濾過、限外濾過等の水処理関係に用いられ、外圧式あるいは内圧式のいずれでも構わない。

１ 中空糸膜モジュール
１１ モジュール本体
２ 容器本体
２１ 液出入口
３ キャップ
３１ キャップ本体
３２ 液出入口
４ 中空糸膜
５ 封止部
７ 塩化ビニル系樹脂粉末（熱可塑性樹脂粉末）

Claims (6)

1. 筒状をした容器本体内と、この容器本体に収容された複数の中空糸膜と、中空糸膜の端部で中空糸膜間及び中空糸膜と容器本体との間に気密及び液密に封止材が充填されて形成された封止部とを備える中空糸膜モジュールの製造方法であって、
   前記複数の中空糸膜を容器本体内に挿入するとともに、容器本体の中心軸方向を上下方向に向けて配置し、容器本体の下端開口を蓋材で閉じた状態で、容器本体の下端部に熱可塑性樹脂粉末を投入し、中空糸膜と中空糸膜との間及び中空糸膜と容器本体との間に前記熱可塑性樹脂粉末を密に充填する粉末充填工程と、
   充填された熱可塑性樹脂粉末の上方から、熱可塑性樹脂粉末に向かって熱可塑性樹脂粉末の膨潤あるいは溶解に必要な有機溶媒を供給し、この熱可塑性樹脂粉末を一旦膨潤あるいは溶解させて粉末間の隙間をなくす緻密化工程と、
   緻密化完了後、前記熱可塑性樹脂粉末の溶融温度未満の温度で有機溶媒を揮発させる有機溶媒除去工程とを経て前記封止部が形成されることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 粉末充填工程において、熱可塑性樹脂粉末の充填部に振動を加えて熱可塑性樹脂粉末を最密充填化する請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 有機溶媒除去工程において、有機溶媒の沸点以上、熱可塑性樹脂粉末の溶融温度未満に熱化成樹脂粉末充填部を加熱する請求項１または請求項２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 容器本体及び中空糸膜が塩化ビニル系樹脂で形成され、熱可塑性樹脂粉末が塩化ビニル系樹脂粉末である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
5. 有機溶媒が、テトラヒドロフランまたはメチルエチルケトンを主成分する請求項４に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の製造方法で製造されてなる中空糸膜モジュール。

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