JP2018522110A - ブレンドしたポッティング樹脂及びその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年7月9日に出願された米国特許仮出願第62/190617号の利益を主張するものである。上記出願(一又は複数)の教示全体が、出典明示により本明細書に援用される。
本発明は、同様の物理的及び/又は化学的特性を共有しない(例えば、一方は極性で、他方は非極性の、又は一方は親水性で、他方は疎水性の)材料から構成された膜及びハウジングは、極性熱可塑性ポリマー及び非極性熱可塑性ポリマーを含むブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂を使用することにより、膜の構造的完全性を損なわずに一緒にシール接合することができるという発見を対象とする。したがって、本発明は、ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂、ブレンドした樹脂をポッティングした膜、膜分離モジュール、流体分離装置、膜分離モジュール及び流体分離装置の製造方法、並びに膜分離モジュール及び流体分離装置の使用方法を対象とし、これらはすべて、物理的及び/又は化学的に適合しないポリマー部品を一緒にシール接合するために、本明細書に記載のブレンドしたポッティング樹脂を使用する。
(1)引抜き試験−中空糸の形状の膜がポッティングされ、ポッティング材料から手作業で引き抜かれる。ポッティングされた束から繊維が取れて、その場所にきれいなボイドが残る場合は、ポッティングは不合格と見なされる。ポッティングの縁部から繊維が切れてポッティング内に繊維が残る場合は、良好なポッティング又は良好な密着性と見なされる。引抜き試験に不合格になるポッティングした膜の一例が図6に示されている。穴601は、繊維602が元々膜にポッティングされていたが、引き抜かれた場所である。
(2)エアロゾル試験−中空糸の形状の膜がポッティングされ、固定具(例えば、試験に使用される一時的なハウジング)に取り付けられ、繊維の外側からエアロゾル粒子が当てられる。粒子検出器を使用して、束の内腔側から来るエアロゾル粒子の数を測定することができる。ポッティングが一体化した場合、エアロゾル粒子が当てられた後に束を通過する粒子の数はバックグラウンドと同等である。ポッティングが不十分な場合、エアロゾル粒子が当てられたときに、さらに多くの粒子が見られる。繊維の欠陥もこのような不具合に寄与し得るため、欠陥が繊維の欠陥なのか、ポッティング不良なのかを、以下で説明する気泡試験を用いて判断する必要がある。
(3)気泡試験−中空糸の形状の膜がポッティングされ、固定具に取り付けられ、次いで、水又はイソプロピルアルコール(IPA)で濡らす。束の開いた内腔端部のうちの1つが塞がれ、他の開いた内腔端部を水又はIPAで満たす。束を繊維の外側から空気で加圧する。気泡が繊維から出てくるのが観察される。これらの気泡は、顕微鏡で観察されるとき、繊維の内側から、又は繊維壁とポッティング材料の間の繊維の外側から出てくるのが見られる。気泡が繊維の内側から出てくる場合は、空気の拡散又は繊維の欠陥と見なされる。しかし、気泡が繊維の外側から出てくる場合は、ポッティング不良と見なされる。
平行なナイロン中空糸(NHF)からなるマットを上述の通り調製した。高密度ポリエチレン(HDPE)樹脂(Dow DMDA8965NT、メルトインデックス−66g/10min(ASTM 1238))を使用して、上述のスパイラル積層プロセスにより、様々な温度でマットをポッティングした。ポッティング材料が固化するまで、ポッティングされた繊維を徐冷した。ポッティングの何れかの側の過剰な繊維を刃で切断し、ポッティングを機械加工して繊維の内腔を露出させた。次いで、密着性及び完全性を決定するために、引抜き試験、エアロゾル完全性試験及び気泡試験を用いて繊維を試験した。
*合格/不合格は不規則な挙動を示す
遠心ポッティングを用い、以下の手順を用いてNHFのポッティングされたモジュールを製造した。各モジュールは、20ループのナイロン中空糸(長さ4インチ、外径750ミクロン及び内径450ミクロン)からなるものであった。パーフルオロアルコキシ(PFA)管(長さ5インチ及び内径半インチ)の中に繊維を配置した。次いで、管を遠心ブロック内に配置した。遠心固定具内には、各端部に1つずつ、2つのブロックがあった。各ブロックに加えて、円筒形の樹脂槽にもポッティング材料を流し込んだ。
平行なナイロン中空糸のマットを上述の通り調製した。90重量%HDPE樹脂(Dow DMDA8965NT、メルトインデックス−66g/10min)と10重量%AHDPE(TWO H Chemicals、メルトインデックス−20g/10min(ASTM−1238))のブレンドを使用して、上述のスパイラル積層プロセスにより、様々な温度でマットをポッティングした。ポッティング材料が固化するまで、ポッティングされた繊維を徐冷した。ポッティングの何れかの側の過剰な繊維を刃で切断し、ポッティングを機械加工して繊維の内腔を露出させた。次いで、密着性及び完全性を決定するために、引抜き試験、エアロゾル試験及び気泡試験を用いて繊維を試験した。
実施例2に記載の方法を用いてNHFをポッティングした。繊維のポッティングを同じ0.1インチの長さにトリミングした(図3参照)。次いで、ポッティングからの繊維を、Instron試験機を使用してポッティングから引き抜いた。ナイロン繊維に対するポッティングの強度を求めるために、ポッティングからの繊維を引き抜くとき、又は繊維が切れるときの最大応力と最大ひずみを測定した。ポッティングから繊維を引き抜くのに必要な応力及びひずみが大きいほど、ポッティングは強いはずである。
Claims (23)
- ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂であって、
(1)非極性熱可塑性ポリマー、及び前記ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂の全重量パーセントの約0.05重量%を超える極性熱可塑性ポリマー、又は
(2)修飾熱可塑性ポリマーであって、修飾熱可塑性ポリマーの全重量の約0.1重量%以上である極性基を含む修飾熱可塑性ポリマー
の何れかを含むブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。 - 修飾熱可塑性ポリマーが、修飾熱可塑性ポリマーの全重量の約0.05重量%から約75重量%の極性基を含む、請求項1に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。
- 極性基が、アミド基、アルコール基、酸無水物基、シアン化物基、硫酸基、スルホン酸基、カルボン酸基、アルデヒド基、アミン基又はアンモニウム基である、請求項2に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。
- 極性熱可塑性ポリマーが、ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂の全重量パーセントの約5重量%から約100重量%である、請求項1に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。
- 極性熱可塑性ポリマーが、ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂の全重量パーセントの約5重量%から約50重量%である、請求項1に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。
- 非極性熱可塑性ポリマーが、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリ(テトラフルオロエチレン-コ-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル))、パーフルオロアルコキシアルカン又はパーフルオロメチルアルコキシである、請求項1に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。
- 極性熱可塑性ポリマーが、高密度ポリエチレン無水マレイン酸、エチレンビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸又はポリブタジエン無水マレイン酸である、請求項1に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂。
- 第1の末端領域、第2の末端領域及び中間領域を有する少なくとも1つの膜と、
請求項1から7の何れか一項に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂と
を含み、
第1の末端領域及び第2の末端領域のうち、少なくとも1つが、ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂でカプセル化されている、
ブレンドした樹脂をポッティングした膜。 - 少なくとも1つの膜が、中空糸、平板又はプリーツ板である、請求項8に記載のブレンドした樹脂をポッティングした膜。
- 少なくとも1つの膜が中空糸である、請求項9に記載のブレンドした樹脂をポッティングした膜。
- 少なくとも1つの膜が複数の膜である、請求項8に記載のブレンドした樹脂をポッティングした膜。
- 少なくとも1つの膜が、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリイミド、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール又はポリアクリレートである、請求項8に記載のブレンドした樹脂をポッティングした膜。
- 第1のポッティングした末端領域、第2のポッティングした末端領域及び開いた中間領域を有する、第1の材料で構成された少なくとも1つの膜であって、
第1のポッティングした領域及び第2のポッティングした領域が、請求項1から7の何れか一項に記載のブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂内にカプセル化されている膜と、
ブレンドした樹脂によって膜にシール接合された第2の材料で構成されたハウジングであって、
2つのポッティングした末端領域が、ブレンドした熱可塑性ポッティング樹脂でカプセル化されており、2つのポッティングした末端領域と開いた中間領域との間に液密シールを形成するハウジングと
を含む膜分離モジュール。 - 少なくとも1つの膜が、中空糸、平板又はプリーツ板である、請求項13に記載の膜分離モジュール。
- (1)第1の材料が極性材料であり、且つ第2の材料が非極性材料であるか、又は、
(2)第1の材料が非極性材料であり、且つ第2の材料が極性材料である、請求項13に記載の膜分離モジュール。 - 第1の端部及び第2の端部と、
請求項13から15の何れか一項に記載の膜分離モジュールと、ブレンドした樹脂によってハウジングに結合されている膜モジュールの上流及び下流の一連の流路とを含み、ハウジングの内部を第1及び第2の容積に分割する、ハウジング内に含まれる分離エレメントと、
流体フィードをハウジングの内部に導入するための第1の端部の第1のコネクタと、
ハウジングの内部から透過液を取り出すための第2のコネクタと、
第1のコネクタと第2の端部との間の流れのすべてを導くように、第1のコネクタに取り付けられた、ハウジング内を長軸方向に第2の端部まで延びる中央導管であって、
第2の端部が、第1の容積と流体連通しており、
第2の容積が、第2のコネクタと流体連通しており、且つ
第1のコネクタ内に送られる流体が分離エレメントによって処理されて、集められ、且つ第2のコネクタによって取り出される透過液を生成する中央導管と
を有するハウジング
を含む流体分離装置。 - (a)ハウジングの第1のアクティブコネクタに濾過される液体を導入する工程と、
(b)濾過される液体を分離エレメントに送り、液体を第1の容積と第2の容積に分離し、透過液が第2の容積内に集められる工程と、
(c)第2のアクティブコネクタによって第2の容積から透過液を取り出す工程と
を含む、請求項16に記載の流体分離装置内の液体を濾過するための方法。 - (a)第1の末端領域、第2の末端領域及び中間領域を有する、第1の材料で構成された少なくとも1つの膜を提供する工程と、
(b)少なくとも1つの膜の第1の末端領域又は第2の末端領域のうち、少なくとも1つを、請求項1から7の何れか一項に記載のブレンドしたポッティング樹脂の溶融押出物と接触させる工程であって、
ブレンドしたポッティング樹脂が少なくとも1つの極性膜の周りを流れるように、ブレンドしたポッティング樹脂は、その融点よりも十分高く加熱され、且つ
極性熱可塑性ポリマーは、溶融したブレンドした樹脂の全重量パーセントの1重量%以上である工程と、
(c)請求項1から7の何れか一項に記載の溶融したブレンドしたポッティング樹脂を冷却して、ブレンドした樹脂をポッティングした膜を形成する工程と
を含む、ブレンドした樹脂をポッティングした膜の製造方法。 - 工程(b)の前に、少なくとも1つの膜が、2つの端部を有する中空糸膜の束を形成する、中空糸膜の平行な配列と実質的に平行である軸上に巻取られた中空糸膜の実質的に平行な配列に配置された複数の中空糸である、請求項18に記載の方法。
- 中空糸膜の束の2つの端部のそれぞれの上に、ブレンドしたポッティング樹脂の溶融押出物が導かれる、請求項19に記載の方法。
- 溶融したブレンドした樹脂が、2つの端部のそれぞれに押しやられるように、工程(c)の前に、ブレンドしたポッティング樹脂と組み合わせた少なくとも1つの膜が、シール容器内に配置され、中空糸膜の平行な配列と実質的に垂直である軸の周りを回転する、請求項20に記載の方法。
- (a)第1の末端領域、第2の末端領域及び中間領域を有する少なくとも1つの極性膜を提供する工程と、
(b)少なくとも1つの極性膜の2つの末端領域のうち、少なくとも1つを、非極性熱可塑性ポリマー及び極性熱可塑性ポリマーを含む溶融したブレンドした樹脂の押出物と接触させる工程であって、
溶融したブレンドした樹脂が少なくとも1つの極性膜の周りを流れるように、溶融したブレンドした樹脂は、その融点よりも十分高く加熱され、且つ
極性熱可塑性ポリマーは、溶融したブレンドした樹脂の1重量%以上である工程と、
(c)溶融したブレンドした樹脂を冷却して、2つのポッティングした端部を含む、ブレンドした樹脂をポッティングした膜を形成する工程と、
(d)2つのポッティングした端部を含む、ブレンドした樹脂をポッティングした膜をハウジングに挿入する工程と、
(e)2つのポッティングした端部をハウジングにシールするのに十分な熱をハウジングに加える工程であって、
ブレンドしたポッティングした膜とハウジングとの間のシールは、ブレンドした樹脂をポッティングした膜の2つの末端領域と中間領域との間の液密シールでもある工程と
を含む、流体分離装置の製造方法。 - ハウジングが非極性ハウジングであり、且つ膜が極性膜であるか、又はハウジングが極性ハウジングであり、且つ膜が非極性膜である、請求項16に記載の流体分離装置。
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