JP3077260B2

JP3077260B2 - 中空糸状多孔質分離膜エレメントおよびその製造方法

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Publication number: JP3077260B2
Application number: JP03157642A
Authority: JP
Inventors: 進一金澤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-06-01
Filing date: 1991-06-01
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JPH04354521A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸状多孔質分離膜
エレメントに関し、さらに詳しくは、ガス分離膜、透析
膜、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜などとして用い
られるフッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離膜を用いた耐
熱性、耐薬品性等に優れた中空糸状多孔質分離膜エレメ
ントに関する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸状多孔質分離膜は、中空繊維の壁
部を選択性透過膜として利用する分離膜であり、ガス分
離膜、透析膜、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜など
として用いられている。この中空糸状多孔質分離膜は、
単位体積当たりの膜面積を増大させるために、中空糸型
モジュール化して実用に供している。

【０００３】中空糸型モジュールは、中空糸状多孔質分
離膜（中空糸）の束を円筒状等の耐圧性の外筒に収納し
たエレメントを含み、膜の充填密度が高く、例えば、
水、ジュース、酒あるいは溶剤等の液体の有用物を塵
埃、雑菌等から分離する濾過装置の小型化を計ることが
できる他、耐圧性に優れているため、半導体、食品、そ
の他の分野で多く用いられている。特に、フッ素樹脂な
どの疎水性樹脂からなる中空糸状多孔質分離膜は、耐薬
品性に優れていることから賞用されている。

【０００４】中空糸型モジュールにおいては、多数の中
空糸状多孔質分離膜の束を円筒等の外筒に収納したエレ
メントを用いており、中空糸状多孔質分離膜の一端を熱
融着封止した閉鎖型の内圧式分離膜エレメントや両端の
開口部を開放した内圧循環式分離膜エレメントなどがあ
る。これらのエレメントでは、多数の中空糸状多孔質分
離膜の束を外筒に収納し、その一端または両端部におい
て、中空糸状多孔質分離膜相互の間隙および中空糸状多
孔質分離膜と外筒の間隙を封止剤等で封止している。

【０００５】従来、外筒と中空糸束との間隙や中空糸束
相互の間隙を封止する方法として、封止剤としてエポキ
シ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の低粘度の樹
脂を端末部に注入し、静置あるいは遠心力により、間隙
に充分充填させた後、加熱硬化させる方法が知られてい
る（特公昭４４−５５２６号、特公昭５６−４０６０２
号）。

【０００６】ところが、封止剤として使用するこれらの
樹脂は、耐熱性や耐薬品性の点で充分ではなく、酸やア
ルカリを含む溶液または有機溶剤を溶媒や洗浄液として
使用したり、あるいは蒸気滅菌したりする分野に適用す
るには、制限があった。すなわち、エポキシ樹脂は、比
較的耐熱性に優れているものの、強酸、強アルカリおよ
び一部の溶剤にもろく、また、皮膚感作性があり、薬品
や食品分野への適用は制限される。ウレタン樹脂は、耐
熱性が不充分であり、しかも強酸、強アルカリおよび一
部の溶剤に耐性を持たない。シリコーン樹脂は、耐溶剤
性に劣る。

【０００７】一方、中空糸状多孔質分離膜エレメントの
封止剤として熱溶融性樹脂を使用する場合には、（１）
糸束を収納した外筒を型内に配置し、樹脂を加熱溶融し
て流し込む射出成型または押出成型による方法、（２）
糸束を収納した外筒を型内に配置し、粉状、粒状または
ペレット状の樹脂を型に入れて加熱溶融し、樹脂中に含
まれる気泡を脱泡する方法、（３）予め蜂の巣状の貫通
孔を有する樹脂を成型し、中空糸を孔中に装着してから
熱溶融する方法等がある。

【０００８】しかしながら、（１）の方法では、熱溶融
性樹脂の粘度が高い場合には、外筒と中空糸束や中空糸
束相互の間隙などの細い間隙に樹脂を侵入させることが
困難である。（２）の方法では、一度入った気泡を高粘
度の樹脂から抜くことは困難であり、封止が不完全とな
る。（３）の方法では、多数の貫通孔を高密度で作成す
ること自体が困難であるとともに、気泡の混入が避けら
れず、しかも間隙を完全に封止することが難しい。した
がって、これらの方法によっては、熱溶融性樹脂を用い
て封止部を微細成型することができず、中空糸の充填率
を上げることもできない。

【０００９】中空糸状多孔質分離膜エレメントの最大の
長所は、単位体積当たりの膜面積を増大できることであ
るが、そのためには、外筒内に中空糸を高度に充填する
ことが不可欠であり、中空糸の充填率（エレメント内体
積に対する、中空糸の内腔を含む体積の合計の割合）は
一般に５０％以上とする必要があるとされている。しか
し、封止剤として熱溶融性樹脂を用い高充填率の中空糸
状多孔質分離膜エレメントを作成することは極めて困難
である。特に、耐熱性や耐薬品性に優れた熱溶融性樹脂
は、一般に高融点・高粘度であるため、従来公知の成型
法により封止剤として使用することは、実際には無理で
あった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐熱
性、耐薬品性が大幅に改善されたフッ素樹脂製の中空糸
状多孔質分離膜エレメントを提供することにある。ま
た、本発明の目的は、熱溶融性フッ素樹脂などの熱溶融
性樹脂を用いて、微細成型加工により、フッ素樹脂製の
中空糸状多孔質分離膜エレメントの末端封止部を形成さ
せる工程を含む中空糸状多孔質分離膜エレメントの製造
方法を提供することにある。

【００１１】熱溶融性フッ素樹脂は、耐熱、耐薬品性に
優れているが、一般に高融点・高粘度であるため、前記
した射出成型法、押出成型法、粉末成型法などによっ
て、中空糸状多孔質分離膜エレメントの末端封止部を形
成させることは極めて困難であり、満足のいく製品を得
ることはできない。例えば、ＦＥＰ（テトラフルオロエ
チレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体）の成型用
樹脂の比溶融粘度は、通常、１０⁴〜１０⁶ポアズと高
く、溶融させても加圧なしではほとんど流動性はない。
したがって、熱溶融性フッ素樹脂を中空糸状多孔質分離
膜エレメントの末端封止用の封止剤として使用するに
は、細かい隙間に樹脂を侵入させるために高圧が必要で
あり、従来の成型技術では事実上不可能であると考えら
れていた。

【００１２】ところが、本発明者の研究結果、熱溶融性
樹脂を予め円柱状や平板状などの所定の形状に溶融成型
した成型品を用い、これを加熱溶融状態にしながら、フ
ッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離膜の束または該中空糸
束と外筒を自重、加重、引力またはこれらの組合わせに
より熱溶融性樹脂中に埋設させることにより、該熱溶融
性樹脂による末端封止部を形成できることを見出した。

【００１３】自重、加重または引力を付与するには、中
空糸内腔にステンレス棒などの支え棒を挿入したり、中
空糸の先端に重りをつけたりする方法などがある。そし
て、糸束等を熱溶融性樹脂中に埋設した後には、先端の
余分な部分を切断除去し、支持棒を除去することなどに
より、少なくとも一方の末端部において、中空糸状多孔
質分離膜相互の間隙および中空糸状多孔質分離膜と外筒
の間隙を溶融成型された熱溶融性樹脂により封止した中
空糸状多孔質分離膜エレメントが得られる。

【００１４】この方法によれば、封止剤として、耐熱
性、耐薬品性などに優れた熱溶融性フッ素樹脂などの熱
溶融性樹脂を用い、気泡がなく封止が完全で、高充填率
の中空糸状多孔質分離膜エレメントを製造することがで
きる。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至
ったものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、外筒内にポリテトラフルオロエチレン製の中空糸状
多孔質分離膜の束を収納した中空糸状多孔質分離膜エレ
メントにおいて、その少なくとも一方の末端部におい
て、中空糸状多孔質分離膜相互の間隙および中空糸状多
孔質分離膜と外筒の間隙を溶融成型された熱溶融性フッ
素樹脂により封止して成ることを特徴とする中空糸状多
孔質分離膜エレメントが提供される。

【００１６】また、本発明によれば、所定形状に溶融成
型された熱溶融性樹脂を外筒の末端内部に挿入し、該熱
溶融性樹脂を加熱溶融しながら、フッ素樹脂製の中空糸
状多孔質分離膜の束を外筒の他端から挿入し、自重、加
重、引力またはこれらの組合わせにより熱溶融性樹脂中
に埋設させて熱溶融性樹脂による末端封止部を形成させ
ることを特徴とする中空糸状多孔質分離膜エレメントの
製造方法が提供される。

【００１７】さらに、本発明によれば、所定形状に溶融
成型した熱溶融性樹脂を加熱溶融しながら、その上にフ
ッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離膜の束を収納した外筒
を載置し、自重、加重、引力またはこれらの組合わせに
より末端部を該熱溶融性樹脂中に埋設させて熱溶融性樹
脂による末端封止部を形成させることを特徴とする中空
糸状多孔質分離膜エレメントの製造方法が提供される。

【００１８】以下、本発明について詳述する。本発明の
製造方法で使用するフッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離
膜は、特に限定されず、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロ
エチレン）製中空糸など従来公知のものが使用できる
が、本発明の中空糸状多孔質分離膜エレメントにおいて
は、ＰＴＦＥ製の中空糸状多孔質分離膜が好適に用いら
れる。また、円筒状などのエレメント外筒の材質として
は、耐熱性、耐薬品性に優れたステンレス等の金属やＰ
ＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフ
ッ素樹脂が好ましい。

【００１９】本発明において封止剤として使用される熱
溶融性樹脂としては、例えば、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦ
Ｅ（エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体）、Ｐ
ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶｄ
Ｆ（ポリビニリデンフルオライド）等の熱溶融性フッ素
樹脂を挙げることができる。これらの中でも、蒸気滅菌
への耐性を基準にした耐熱性と、酸、アルカリおよび溶
剤に対する耐薬品性の観点から、ＦＥＰとＰＦＡが最も
適している。

【００２０】また、フッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離
膜と封止剤として用いる熱溶融性樹脂は、親和性が高い
組合わせのもの程良く、同種の樹脂とすることが望まし
い。例えば、ＰＴＦＥ中空糸を使用した場合、封止剤と
しては、ＦＥＰやＰＦＡが最適である。異種、異性質の
組み合わせの時は、中空糸表面を処理してできるだけ親
和性を上げることが望ましい。

【００２１】以下、図面を参照しながら、本発明の中空
糸状多孔質分離膜エレメントとその製造方法について説
明する。図１は、本発明の中空糸状多孔質分離膜エレメ
ントの末端封止部を示す略図である。エレメント外筒１
内に収納された多数のフッ素樹脂製の中空糸状多孔質分
離膜５は、エレメントの末端部で熱溶融性樹脂２により
中空糸状多孔質分離膜５相互の間隙および中空糸状多孔
質分離膜５と外筒１の間隙が封止されている。

【００２２】図２〜図４に、本発明の製造方法の１実施
例を示す。熱溶融性樹脂は、高融点・高粘度のものであ
っても、円柱状や平板状などの成型品であれば、押出成
型や射出成型などの一般的溶融加工法により容易に所定
形状に溶融成型できる。そこで、図２に示すように、予
め熱溶融性樹脂を用いて、エレメント外筒の内部に挿入
できる大きさの円柱状成形品２を溶融成型により作成し
ておき、これを外筒１の末端内部に挿入する。円柱状成
形品の一部は外筒１からはみ出るようにしておき、凹状
の樹脂受部を有する耐熱性の受皿３で蓋をする。つい
で、受皿が下になるように配置し、加熱用ヒーター４で
熱溶融性樹脂を加熱溶融させ、外筒内部に円柱状に広が
った状態としておく。

【００２３】一方、フッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離
膜５の内腔に、ステンレス等の金属やセラミック等の熱
に強い材質からなる支え棒６を挿入し、この中空糸の束
を外筒１の他端から挿入し、加熱溶融している熱溶融性
樹脂の表面に置くと、この束は自重でゆっくりと熱溶融
性樹脂の中へ沈んで行く（図３）。この沈降は急速に行
なうと気泡をまき込む恐れがあるため、ゆっくりと沈降
するように沈降速度を制御して行なうことが望ましい。

【００２４】中空糸束の先端部が外筒１の先端よりも下
の位置に来るまで充分に沈降し、熱溶融性樹脂中に埋設
されたところで、加熱を止めて室温に戻す。ついで、受
皿３を外し、図４に示すように、外筒１の先端よりも先
の余分な箇所７を切断除去した後、中空糸５内に挿入し
てある支え棒６を抜き去れば、末端部において、中空糸
相互の間隙および中空糸５と外筒１の間隙を熱溶融性樹
脂２により封止されたエレメントが得られる。図５は、
エレメント末端部の完成図である。

【００２５】本発明の製造方法においては、この支え棒
は必ずしも必要ではなく、例えば、図６に示すように、
中空糸の先端に充分な重さの重り１０を接続しても、上
記同様の方法が可能である。この重りを磁力によって引
かれる金属製とすれば、下方から磁界をかけて引っ張っ
てやることもできる。また、他の方法としては、中空糸
の内径とほぼ等しいかやや細い金属等の棒を、予め熱溶
融性樹脂に貫通させておいて、この棒を中空糸の内腔に
挿入し、この棒を下方から引っ張っることにより、中空
糸を樹脂内に埋設させることもできる。

【００２６】図７は、本発明の製造方法の他の実施例を
示す図である。前記の方法は、中空糸の束を熱溶融性樹
脂内に沈降させる方法であったが、予めエレメント外筒
内に中空糸の束を挿入しておいてエレメント外筒ごと、
溶融状態の樹脂内に沈降させて末端封止部を成型するこ
ともで可能である。

【００２７】図７に示すように、予め平板状に溶融成型
した熱溶融性樹脂成形品９を受皿１０に入れて、加熱用
ヒーター４で加熱溶融する。一方、内腔にステンレス棒
などの支え棒６を挿入した中空糸５の束を外筒１内に入
れ、その先端部分を外筒より外部に露出させておく。こ
のような状態の外筒と中空糸の束を熱溶融性樹脂成形品
の上に載置すれば、自重により先端部分が樹脂内に沈降
し埋設される。

【００２８】外筒１と中空糸束が充分に沈降し、その先
端部が熱溶融性樹脂中に埋設されたところで、加熱を止
めて室温に戻す。ついで、受皿１０を外し、外筒１の先
端よりも先の余分な箇所を切断除去した後、中空糸５内
に挿入してある支え棒６を抜き去れば、末端部におい
て、中空糸相互の間隙および中空糸５と外筒１の間隙を
熱溶融性樹脂９により封止されたエレメントが得られ
る。

【００２９】この方法は、両端に中空糸の開口部を持つ
中空糸状多孔質分離膜エレメントの作成においては、必
要な方法でもある。というのは、エレメント片端を封止
成型後、さらに他端を封止成型する際には、すでに外筒
と中空糸の束が片端において封止されて一体化している
からである。

【００３０】また、本発明の製造方法を実施する際に
は、封止剤の樹脂と同じ材質の熱収縮チューブを、予め
中空糸の端部の封止剤と接着する側に被覆しておくと、
中空糸と封止剤の樹脂との親和性が増し、成型時間の短
縮、中空糸充填率の向上を図ることができる。

【００３１】本発明の製造方法による中空糸状多孔質分
離膜エレメントは、従来品と同様の５０〜６０％の中空
糸充填率を保持することができる。

【００３２】本発明による製造方法は、次の点で従来の
方法よりも優れている。（１）熱溶融性樹脂の溶融成型
品が円柱状または平板状などと簡単であるため、高粘度
の熱溶融性樹脂でも成型が容易である。（２）封止剤の
熱溶融性樹脂を予めバルク状に成型するため、気泡がな
く封止が完全である。（３）封止成型する際に、高粘度
で流動性の乏しい樹脂に圧力を加えるのではなく、外筒
や中空糸等の固体に力を加えるため、高圧や強い力は必
要がない。

【００３３】したがって、本発明の製造方法において
は、従来、高粘度であるため微細成型が困難であるとさ
れていた熱溶融性フッ素樹脂を、中空糸状多孔質分離膜
エレメント末端の封止剤に使用することができるため、
従来使用されていたエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウ
レタン樹脂等を封止剤としたものと比べて耐熱性、耐薬
品性を大きく改善することができる。そして、特に、熱
溶融性樹脂として、ＦＥＰやＰＦＡを用いると、強酸
性、強アルカリ性の溶液またはあらゆる溶剤を溶媒とす
る分離・濃縮用途に使用可能であり、また、蒸気滅菌を
繰り返し行なうことが可能な中空糸状多孔質分離膜エレ
メントが得られる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明について、実施例および比較例
を挙げて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施
例のみに限定されるものではない。

【００３５】［実施例１］中空糸状多孔質分離膜として、気孔率６５％、平均孔径
０．８μｍ、内径２ｍｍ、外径３ｍｍのＰＴＦＥ（ポリ
テトラフルオロエチレン）多孔質チューブを用い、末端
封止剤としてＦＥＰ（テトラフルオロエチレン／ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体）からなる９５ｍｍφ×４
０ｍｍ高の円柱状成型品を用いた。

【００３６】内径９５ｍｍφのステンレス製（ＳＵＳ３
０４）外筒の片端に上記ＦＥＰ成型品を半ば挿入し、内
径９５ｍｍφ×１０ｍｍ高の受け皿で蓋をして、受け皿
と外筒を接続し、受け皿が下になるように設置した（図
２）。

【００３７】外筒および受け皿をバンドヒーターで３０
０℃に加熱して、そのまま８時間放置した。ＦＥＰ成型
品が溶融状態になったところで、上記中空糸状多孔質分
離膜に２ｍｍφのステンレス棒を挿入し、両端を針金で
固定したものを５８６本束ねて、外筒内へ上方より挿入
し、溶融しているＦＥＰ成型品内へ１ｃｍ／時の速度で
ゆっくり沈降させていった。受け皿底面に到達したとこ
ろで、バンドヒーターを切り、室温に戻るまで自然放置
した。

【００３８】その後、受け皿をはずして、外筒よりはみ
出ているＦＥＰ成型品部分および中空糸内腔にステンレ
ス棒を挿入した中空糸端部を外筒端面で切断除去し、挿
入したステンレス棒を抜き去った（図４）。

【００３９】中空糸の他端を熱融着させて封止し、さら
に、熱融着端側の外筒をステンレス製の蓋で密封して、
閉鎖型の内圧式中空糸状多孔質分離膜エレメントを得
た。図１に本発明の中空糸状多孔質分離膜エレメントの
末端部断面を示す。

【００４０】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に気泡は見られず、樹脂と中
空糸および外筒との接着性も良好であった。また、中空
糸内腔への封止樹脂の侵入はなかった。

【００４１】［実施例２］中空糸状多孔質分離膜および封止剤は、実施例１と同様
とし、内径２０ｍｍφのステンレス製外筒、２０ｍｍφ
×４０ｍｍの円柱状ＦＥＰ成型品、２１本の中空糸を用
いて実施例１と同様にして末端封止部を成型した。この
時は、ステンレス棒は抜き去らずにおいた。

【００４２】次に７０ｍｍ角４０ｍｍ高さのＦＥＰ平板
状成型品を用意し、これを７０ｍｍ角の金属製容器に入
れ、３００℃の熱風恒温槽内で急速溶融させ、取り出し
た後に、バンドヒーターにて３００℃に容器および外筒
を加熱した、加熱を継続しながら、上記の片端を封止し
た側を上にして、溶融状態のＦＥＰ成型品上に載置し樹
脂内に外筒および中空糸の束を１ｃｍ／時の速度で沈降
させた。この際、中空糸は、外筒の下端部より約１ｃｍ
突き出すようにしたおいた。中空糸束の先端が金属容器
の底面に到達した後にバンドヒーターを切り、室温に戻
るまで自然放置した（図７）。

【００４３】その後、外筒下端部面で中空糸束およびＦ
ＥＰ封止部成型品の不要部分を切断除去し、ステンレス
棒を抜き去って、内圧循環式中空糸状多孔質分離膜エレ
メントを得た。

【００４４】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に気泡は見られず、樹脂と中
空糸および外筒との接着性も良好であった。また、中空
糸内腔への封止樹脂の侵入はなかった。

【００４５】［実施例３］中空糸状多孔質分離膜として、気孔率６０％、平均孔径
０．４５μｍ、内径３．５ｍｍ、外径５ｍｍのＰＴＦＥ
多孔質チューブを用い、封止剤としてＦＥＰを用いた。
実施例１と同様の内径９５ｍｍφのステンレス製外筒、
ＦＥＰ円柱状成型品、受け皿を設置し、バンドヒーター
でＦＥＰを溶融させた。上記多孔質チューブの片端に図
６に示すような形状の３．５ｍｍφのチューブ挿入部と
先端部を円錐状に削った５ｍｍφの真鍮製の重りを接続
したものを１８５本、溶融状態のＦＥＰ中に沈降させ
た。また、エレメントの他端も実施例２と同様に、１２
０ｍｍ角×４０ｍｍのＦＥＰ成型品、内付１２０ｍｍ角
の金属容器を用いて、０．２ｃｍ／時の速度で沈降さ
せ、不要部分を切断除去し、内圧循環式中空糸状多孔質
分離膜エレメントを得た。

【００４６】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に気泡は見られず、樹脂と中
空糸および外筒との接着性も良好であった。また、中空
糸内腔への封止樹脂の侵入はなかった。

【００４７】［実施例４］封止剤としてＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パフル
オロアルキルビニルエーテル共重合体）を用い、作製に
際して、バンドヒーターを使用せず、３１５℃の熱風高
温槽内で封止剤を溶融させたこと以外は、実施例２と同
様にして内圧循環式中空糸状多孔質分離膜エレメントを
得た。

【００４８】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に気泡は見られず、樹脂と中
空糸および外筒との接着性も良好であった。また、中空
糸内腔への封止樹脂の侵入はなかった。

【００４９】［実施例５］内径３９ｍｍφのＰＴＦＥ製外筒を用い、中空糸状多孔
質分離膜は実施例３と同様のものを４２本使用し、封止
剤は３９ｍｍφ×４０ｍｍ高のＦＥＰ円柱状成形品を用
いた。また、バンドヒーターを使用せず、３００℃の熱
風恒温槽内で、実施例１と同様の操作を行ない、全てフ
ッ素樹脂でできた閉鎖型内圧式中空糸状多孔質分離膜エ
レメントを得た。

【００５０】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に気泡は見られず、樹脂と中
空糸および外筒との接着性も良好であった。また、中空
糸内腔への封止樹脂の侵入はなかった。

【００５１】［比較例１］中空糸状多孔質分離膜、エレメント外筒、受け皿、ステ
ンレス棒は実施例１と同様のものを使用した。ステンレ
ス棒を中空糸状多孔質分離膜内腔に挿入し、両端を針金
で固定して５８６本束ねたものを、受け皿に垂直に立て
たエレメント外筒内にいれた。その際、予め、外筒内に
は底から８０ｍｍの高さになるように粉状ＦＥＰ（ダイ
キン社製、ネオフロンＦＥＰ）を入れたおいた。この状
態で３００℃の熱風恒温槽に入れ、１週間放置した後、
室温に戻し、受け皿を取り除きエレメント外筒よりはみ
出ているＦＥＰ部分を切断除去した。これ以後の操作
は、実施例１と同様にした。

【００５２】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に多数の気泡が見られ、中空
糸相互または中空糸と外筒との間隙に全く封止樹脂のな
い部分があった。

【００５３】［比較例２］実施例１と同様のＦＥＰ樹脂成形品をバイスで固定し、
ドリル（ドリル刃径、２．８ｍｍ）で蜂の巣状（レンコ
ン状）に貫通孔を開けた。実施例１と同様の５８６本分
の孔を開けることを試みたが、孔と孔がつながった部分
が多数発生した。この孔に、実施例１と同様に用意した
ステンレス棒を挿入・固定した中空糸状多孔質分離膜を
５８６本挿入した後、受け皿をつけて、垂直に立てたエ
レメント外筒内にいれた。バンドヒーターによる加熱以
降の操作は、実施例１と同様にした。

【００５４】得られた中空糸状多孔質分離膜エレメント
は、その末端封止部の樹脂に多数の気泡が見られ、中空
糸相互または中空糸と外筒との間隙に全く封止樹脂のな
い部分があった。

【００５５】［比較例３］内径９５ｍｍ、深さ２０ｍｍの受け皿の側面に１０ｍｍ
φの孔をあけたものを受け皿として使用し、ＦＥＰ成形
品を使用しなかった以外は、実施例１と同様にして中空
糸状多孔質分離膜、ステンレス棒、外筒、受け皿、およ
びバンドヒーターをセットした。

【００５６】外筒および受け皿を３００℃に加温しなが
ら、１０ｍｍφのパイプで受け皿と接続した溶融押出機
から、溶融状態のＦＥＰ樹脂を受け皿および外筒内に注
入した。注入は、全３５４ｍｌ（９５ｍｍφ×５０ｍｍ
相当）を約１時間で行った。終了後、さらに２４時間、
３００℃に保持し、受け皿をはずした後は実施例１と同
様にしたが、ＦＥＰ樹脂は中空糸間および外筒の受け皿
の孔と反対の端には注入されておらず、満足な末端封止
部は作製できなかった。

【００５７】［比較例４］実施例１と同様の中空糸状多孔質分離膜を用いて、以下
の工程で末端封止部がエポキシ樹脂製のエレメントを作
成した。中空糸状多孔質分離膜５８６本の両端を熱融着
封止し、フッ素樹脂表面改質剤（潤工社製、テトラエッ
チ）にてその端の３〜５ｃｍを処理した後、実施例５の
ＦＥＰの代わりにエポキシ樹脂（チバガイギー社製：Ｃ
Ｙ−２０５１００重量部と、ＨＹ−９７４Ｊ２３重
量部の混合物）を５０℃に加温し、３５４ｍｌを１５分
で注入した。

【００５８】その後、７５℃で３時間、さらに１２０℃
で２時間保持してエポキシ樹脂を硬化させた。受け皿を
はずして、外筒から出ているエポキシ樹脂部分を切断
し、封止剤がエポキシ樹脂であること以外は実施例５と
同じ構造の中空糸状多孔質分離膜エレメントを得た。得
られた中空糸状多孔質分離膜エレメントは、その末端封
止部の樹脂に気泡は見られなかった。

【００５９】＜物性の測定＞実施例１〜５実施例１〜５で得られた中空糸状多孔質分離膜エレメン
トを用いて、０．２ｋｇ／ｃｍ²でエアーリークテスト
を行なったが、エアーリークは認められず、末端封止が
完全に行なわれていることが確認できた。

【００６０】また、実施例１〜５で得られた中空糸状多
孔質分離膜エレメントを用いて、膜間差圧４ｋｇ／ｃｍ
²、４００時間の条件で、水、４０％アンモニア水、１
０％塩酸、アセトン、トルエン、ジエチルアミンの各濾
過試験を行なった後、再度エアリークテストを実施した
ところ、エアリークは認められなかった。

【００６１】実施例５で得られた中空糸状多孔質分離膜
エレメントについては、濃硫酸、２０％カセイソーダ、
１０％硝酸に３ケ月漬浸後に、エアリークテストおよび
５ｋｇ／ｃｍ²耐圧試験を行ったが、エアリークは認め
られなかった。

【００６２】さらに、実施例１〜５で得られた中空糸状
多孔質分離膜エレメントを用いて、１５０℃、湿度１０
０％で１時間加熱後、急速冷却し、４℃に１時間保持
後、再び１５０℃に加熱するヒートサイクルテストを１
ケ月行なった後、エアリークテストおよび５ｋｇ／ｃｍ
²耐圧試験を行ったところ、エアリークは認められなか
った。

【００６３】比較例１〜３これに対して、比較例１〜２得られた中空糸状多孔質分
離膜エレメントを用いて、０．２ｋｇ／ｃｍ²でエアリ
ークテストを行なったところ、いずれにもエアリークが
認められた。比較例３では、前記したとおり満足な末端
封止部が作製できなかったので、エアリークテストは行
なわなかった。

【００６４】比較例４比較例４得られた中空糸状多孔質分離膜エレメントを用
いて、０．２ｋｇ／ｃｍ²でエアリークテストを行なっ
たところ、エアリークは認められなかった。しかしなが
ら、膜間差圧４ｋｇ／ｃｍ²、４００時間の条件で、
水、４０％アンモニア水、１０％塩酸、アセトン、トル
エン、ジエチルアミンの各濾過試験を行なった後、再度
エアリークテストを実施したところ、４０％アンモニア
水、アセトン、ジエチルアミンの濾過で末端封止部のク
ラックとエアリークが認められた。特に、ジエチルアミ
ンの濾過試験後には、末端封止部に多数のヒビ割れと一
部欠損が認められた。

【００６５】また、濃硫酸、２０％カセイソーダ、１０
％硝酸に３ケ月漬浸後に、エアリークテストおよび５ｋ
ｇ／ｃｍ²耐圧試験を行ったところ、同様に末端封止部
のクラックとエアリークが認められた。さらに、ヒート
サイクルテストでは、一日以内に末端封止部が破壊し
た。

【００６６】

【発明の効果】本発明の中空糸状多孔質分離膜エレメン
トは、耐熱性、耐薬品性が改善され、末端部の封止も完
全であるため、酸性やアルカリ性溶液および有機溶剤を
溶媒または洗浄等に使用する場合、あるいは蒸気滅菌等
の滅菌・殺菌を必要とする分離膜モジュールに好適であ
る。

【００６７】また、本発明の中空糸状多孔質分離膜エレ
メントの製造方法は、末端封止部の微細成型性を大幅に
改善したものである。そのために、封止剤として高粘度
の熱溶融性フッ素樹脂を使用しても、充填率の高い中空
糸状多孔質分離膜エレメントを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸状多孔質分離膜エレメントの末
端封止部の略図である。

【図２】本発明の製造方法の１実施例を説明した図であ
る。

【図３】本発明の製造方法の１実施例を説明した図であ
る。

【図４】本発明の製造方法の１実施例を説明した図であ
る。

【図５】本発明の中空糸状多孔質分離膜エレメントの末
端封止部の略図である。

【図６】中空糸状多孔質分離膜に重りを挿入した図であ
る。

【図７】本発明の製造方法の他の実施例を説明した図で
ある。

【符号の説明】

１エレメント外筒２熱溶融性樹脂（円柱状成型品）３樹脂受け皿４加熱用ヒーター５中空糸状多孔質分離膜６支え棒７切断除去部８重り９熱溶融性樹脂（平板状成型品）１０樹脂受皿

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外筒内にポリテトラフルオロエチレン製
の中空糸状多孔質分離膜の束を収納した中空糸状多孔質
分離膜エレメントにおいて、その少なくとも一方の末端
部において、中空糸状多孔質分離膜相互の間隙および中
空糸状多孔質分離膜と外筒の間隙を溶融成型された熱溶
融性フッ素樹脂により封止して成ることを特徴とする中
空糸状多孔質分離膜エレメント。
【請求項２】所定形状に溶融成型された熱溶融性樹脂
を外筒の末端内部に挿入し、該熱溶融性樹脂を加熱溶融
しながら、フッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離膜の束を
外筒の他端から挿入し、自重、加重、引力またはこれら
の組合わせにより熱溶融性樹脂中に埋設させて熱溶融性
樹脂による末端封止部を形成させることを特徴とする中
空糸状多孔質分離膜エレメントの製造方法。
【請求項３】所定形状に溶融成型した熱溶融性樹脂を
加熱溶融しながら、その上にフッ素樹脂製の中空糸状多
孔質分離膜の束を収納した外筒を載置し、自重、加重、
引力またはこれらの組合わせにより末端部を該熱溶融性
樹脂中に埋設させて熱溶融性樹脂による末端封止部を形
成させることを特徴とする中空糸状多孔質分離膜エレメ
ントの製造方法。
【請求項４】フッ素樹脂製の中空糸状多孔質分離膜の
熱溶融性樹脂中に埋入する端部を予め該熱溶融性樹脂と
同じ材質の熱溶融性樹脂収縮チューブで被覆しておくこ
と特徴とする請求項２または３記載の中空糸状多孔質分
離膜エレメントの製造方法。