JP3183331U - 外圧式中空糸膜の構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】不織布の特質を利用して、膜素材との含浸性を向上し、伸びの大きな芯材を形成し、膜の剥離が生じにくい、中空糸膜の構造を提供する。
【解決手段】丸紐に替わる素材として不織布を熱融着することで剛性のある中空または中実の不織布芯材を成形し、製膜液を芯材表面や内部に含浸させることで中空糸膜１２と一体化することができ、物理的な伸び、弾性を調整することが可能となった。これにより丸紐と膜との剥離などの問題が解決できるとともに剛性の高い不織布芯材を連続的に１５ｍ/分以上の高速で成形できるので芯材成形と製膜塗布を同時に行うことが可能となり生産性が向上できた。
【選択図】図１
【解決手段】丸紐に替わる素材として不織布を熱融着することで剛性のある中空または中実の不織布芯材を成形し、製膜液を芯材表面や内部に含浸させることで中空糸膜１２と一体化することができ、物理的な伸び、弾性を調整することが可能となった。これにより丸紐と膜との剥離などの問題が解決できるとともに剛性の高い不織布芯材を連続的に１５ｍ/分以上の高速で成形できるので芯材成形と製膜塗布を同時に行うことが可能となり生産性が向上できた。
【選択図】図１
Description
排水処理や下水処理に利用される浸漬型外圧式中空糸膜の構造に関する出願である
下水処理排水処理分野では活性汚泥水槽の中に外圧式の中空糸膜を浸漬し、中空糸膜の内部に吸引圧を付与することで汚泥水を吸引ろ過しながら汚泥水槽中のバクテリア濃度を制御している。
この分野に使われる中空糸膜は膜面の洗浄が重要であり通常は活性汚泥水槽中の曝気用空気の気泡を利用して中空糸膜外表面の汚れを防止する。 この際曝気用空気の気泡により大きく動く中空糸膜には引張り力、曲げ力などが加わるために折れやすいという課題があった。 この課題を解決したのがカナダのゼノン社（現在GE社の一部）の考案した合成繊維の丸紐で製作した芯材を用いて外周部に膜を塗布した紐強化型中空糸膜である。
この紐強化型中空糸膜により強度は大幅に向上したが、課題としては芯材としている紐の強度が強すぎるため弾性が不足することと生産性が悪いことである。 すなわち紐は中空糸膜に比べて伸びが著しく少ないために膜素材との間に剥離現象を生じやすいという課題とともに芯材である紐の製造速度が３ｍ/分以下の低速でしか製造できないという新たな課題が生じた。
この分野に使われる中空糸膜は膜面の洗浄が重要であり通常は活性汚泥水槽中の曝気用空気の気泡を利用して中空糸膜外表面の汚れを防止する。 この際曝気用空気の気泡により大きく動く中空糸膜には引張り力、曲げ力などが加わるために折れやすいという課題があった。 この課題を解決したのがカナダのゼノン社（現在GE社の一部）の考案した合成繊維の丸紐で製作した芯材を用いて外周部に膜を塗布した紐強化型中空糸膜である。
この紐強化型中空糸膜により強度は大幅に向上したが、課題としては芯材としている紐の強度が強すぎるため弾性が不足することと生産性が悪いことである。 すなわち紐は中空糸膜に比べて伸びが著しく少ないために膜素材との間に剥離現象を生じやすいという課題とともに芯材である紐の製造速度が３ｍ/分以下の低速でしか製造できないという新たな課題が生じた。
１．三菱レイヨン中空糸膜ステラポアーの紹介 ・PVDF膜（SADF膜)の仕様、性能表 http://www.mrc.co.jp/sterapore/haisui_01.html ・H21年度繊維学会技術賞受賞記事 http://www.mrc.co.jp/press/p10/100629_01.html 織布による補強された中空糸膜を使用２．GE社 Water & Process Technologies部門の紹介 ・ZeeWeed５００Dモジュールの一例 http://www.gewater.com/products/equipment/mf_uf_mbr/zeeweed_500.jsp 補強された中空糸膜を使用
過去の先行技術調査の結果、繊維から編み上げた紐状の強化材を中空糸膜の補強材として利用する技術が一般的である。 紐を利用する限り伸びの比較的大きな膜素材であるポリフッ化ビニリデン（PVDF）やポリサルフォン（PSF)など一般的な限外ろ過膜の機械的物性などに比べて弾性や伸びが少ない紐状の補強材との間で伸び率の違いによる剥離問題は避けることができない。
また紐を編む工程は複雑な工程であり特開２００６−１１４１８０にあるように最大でも生産速度を３ｍ/分以上に上げることは困難である。 また不織布テープをスパイラル状に巻き付けて超音波溶着装置で溶接することでチューブ状の芯材を成形することも可能であるが中空糸膜のような２，３ｍｍの外径にすることは技術面で不可能であり現状最小径でも４〜５ｍｍが限界である。 またこのスパイラル状の溶接を行うと溶接部がフィルム化して溶着されることになるためこの場所は製膜液の含浸ができずにこの部分を起点にした剥離が生じ易く、また小径になるほどフィルム化される面積が増加するので有効膜面積の減少につながる。 また小径のスパイラル製管設備は製造速度も３ｍ/分以下となり生産性も大幅に低下する。
また紐を編む工程は複雑な工程であり特開２００６−１１４１８０にあるように最大でも生産速度を３ｍ/分以上に上げることは困難である。 また不織布テープをスパイラル状に巻き付けて超音波溶着装置で溶接することでチューブ状の芯材を成形することも可能であるが中空糸膜のような２，３ｍｍの外径にすることは技術面で不可能であり現状最小径でも４〜５ｍｍが限界である。 またこのスパイラル状の溶接を行うと溶接部がフィルム化して溶着されることになるためこの場所は製膜液の含浸ができずにこの部分を起点にした剥離が生じ易く、また小径になるほどフィルム化される面積が増加するので有効膜面積の減少につながる。 また小径のスパイラル製管設備は製造速度も３ｍ/分以下となり生産性も大幅に低下する。
中空糸膜の強度を上げるために繊維から編み上げる紐を使用する代わりに近年急速に進歩しているポリオレフィン系の不織布素材を使用することで膜素材との含浸性を向上し、膜素材の物性に近い、伸びの大きな芯材を成形し、膜の剥離問題を解決することができるとともに、従来３ｍ/分が限界であった製造速度を最低でも１５ｍから30ｍ/分に上げることが可能となり製膜工程との同期が可能となり生産性が飛躍的に向上できる。
不織布はミクロン単位前後の非常に極細径の繊維を連続的に多数のノズルから押出し空気や水などの流体を利用して不織布繊維同士を絡めることによって不織布シート全体の強度を上げる。 この不織布シートを圧縮したり、再加熱して融点に近くすることで不織布全体の剛性や伸びなどの機械的強度を変化させることが可能である。
単繊維や複数の繊維を編み上げた構造の紐や丸紐は繊維同士が織物のように最初からしっかりと絡み合っているために引張り力を加えても大きく変形することは不可能である。
不織布の特質を利用して膜素材の機械的な物性に近い不織布の芯材、芯管をつくることで従来からの課題を解決することができた。
不織布はミクロン単位前後の非常に極細径の繊維を連続的に多数のノズルから押出し空気や水などの流体を利用して不織布繊維同士を絡めることによって不織布シート全体の強度を上げる。 この不織布シートを圧縮したり、再加熱して融点に近くすることで不織布全体の剛性や伸びなどの機械的強度を変化させることが可能である。
単繊維や複数の繊維を編み上げた構造の紐や丸紐は繊維同士が織物のように最初からしっかりと絡み合っているために引張り力を加えても大きく変形することは不可能である。
不織布の特質を利用して膜素材の機械的な物性に近い不織布の芯材、芯管をつくることで従来からの課題を解決することができた。
不織布は編み上げた紐に比べて機械的な物性値の幅をを大幅に広げることが可能である。 不織布繊維の充填密度を大きくしたり、溶融温度を高くすることで伸びは少なく、引張り強さは上げることができる。 反対に不織布繊維の充填密度を小さくしたり溶融温度を低くすることで伸びが大きく、引張り強度も下げることが可能である。 また膜素材との親和性や含浸性も考慮して充填量、溶融温度、繊維の絡まり具合を調整することも可能である。
この機能を利用して膜素材の機械的な物性に合わせた不織布繊維を選定することができる。 また不織布は紐の繊維に比べて空隙率が高いので膜素材である製膜液（ドープ）が不織布繊維の間に容易に含浸するために水や溶剤などで凝固したあとには不織布は膜素材と一体となることができ、膜剥離力が大幅に向上する。
生産速度、製造コストも大きな問題であり従来の繊維を編み上げていく補強材では最大でも３ｍ/分の速度しかできないが今回の
不織布を連続的に溶着していく方式では３０ｍ/分も可能である。
このため不織布チューブ外層に製膜液を塗布しながらゲル化水槽中で凝固させることで通常の製膜速度２０〜３０ｍ/分と同期させることが可能となるため生産性の大幅な向上が期待できる。
この機能を利用して膜素材の機械的な物性に合わせた不織布繊維を選定することができる。 また不織布は紐の繊維に比べて空隙率が高いので膜素材である製膜液（ドープ）が不織布繊維の間に容易に含浸するために水や溶剤などで凝固したあとには不織布は膜素材と一体となることができ、膜剥離力が大幅に向上する。
生産速度、製造コストも大きな問題であり従来の繊維を編み上げていく補強材では最大でも３ｍ/分の速度しかできないが今回の
不織布を連続的に溶着していく方式では３０ｍ/分も可能である。
このため不織布チューブ外層に製膜液を塗布しながらゲル化水槽中で凝固させることで通常の製膜速度２０〜３０ｍ/分と同期させることが可能となるため生産性の大幅な向上が期待できる。
ポリオレフィン系素材を原料としたメルトブローン不織布製造装置を用いて低融点ポリマー不織布と
高融点ポリマー不織布が交じり合ったシート状の不織布を成形する。
このシート状の不織布をスリッターで５ｍｍ〜１５ｍｍ程度の連続不織布テープをリールに巻き取る。
この連続不織布から溶融ヘッドにテープを供給して低融点ポリマーが溶融する温度まで溶融ヘッド内部で
加熱することで高融点ポリマー不織布が溶融した低融点ポリマーにより固着するため溶融ヘッドから出てきた
不織布チューブは剛性が高くなっている。
この不織布チューブの物性は以下のパラメータを変更することで容易に調整することが可能である。
１）高融点ポリマーと低融点ポリマーの重量比
２）溶融ヘッドの温度
３）不織布チューブの引抜き速度
不織布チューブを製造する際に長繊維糸を数１０本から数百本コード状に束ねて紐状にすることで
芯材とすることもできる。 芯材を利用することで不織布チューブの縦方向の強度を大幅に
向上させることができるとともに芯材と不織布チューブの原料を同じにすることで芯材との
融着性能も高くすることができる。
長繊維糸を使用する目的は中空糸膜の内面を流れる透過水の抵抗を低減することである。
長繊維糸同士は密着していても互いに空隙ができるため中空糸膜からろ過された水は少ない
抵抗で内部を移動することができる。
高融点ポリマー不織布が交じり合ったシート状の不織布を成形する。
このシート状の不織布をスリッターで５ｍｍ〜１５ｍｍ程度の連続不織布テープをリールに巻き取る。
この連続不織布から溶融ヘッドにテープを供給して低融点ポリマーが溶融する温度まで溶融ヘッド内部で
加熱することで高融点ポリマー不織布が溶融した低融点ポリマーにより固着するため溶融ヘッドから出てきた
不織布チューブは剛性が高くなっている。
この不織布チューブの物性は以下のパラメータを変更することで容易に調整することが可能である。
１）高融点ポリマーと低融点ポリマーの重量比
２）溶融ヘッドの温度
３）不織布チューブの引抜き速度
不織布チューブを製造する際に長繊維糸を数１０本から数百本コード状に束ねて紐状にすることで
芯材とすることもできる。 芯材を利用することで不織布チューブの縦方向の強度を大幅に
向上させることができるとともに芯材と不織布チューブの原料を同じにすることで芯材との
融着性能も高くすることができる。
長繊維糸を使用する目的は中空糸膜の内面を流れる透過水の抵抗を低減することである。
長繊維糸同士は密着していても互いに空隙ができるため中空糸膜からろ過された水は少ない
抵抗で内部を移動することができる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
図６、図７の写真は本新案の具体的なサンプル写真である。
図６は外径２．２ｍｍ内径１．２ｍｍの不織布チューブを熱融着により成形したものを芯管として
その周囲にPVDF製膜液を塗布したものでありPVDF製膜液は染料により着色されており不織布
外表面からの含浸状況をわかりやすくしている。
ポリフッ化ビニリデン（呉羽化学工業社製KFポリマーW＃１１００）、ジメチルアセトアミド、グリセリンを
加熱溶解し、均一な製膜溶液を得たものを製膜液とし、青色の染料で製膜液を着色したものを
環状ノズルより押出すことで不織布チューブの外表面に均一に塗布した。 塗布した後直ちに
水中に浸漬して凝固、溶剤抽出、乾燥したものを写真用のサンプルとした。
図７はこのサンプルチューブの断面の一部を拡大したものであり外部表面から数十ミクロン深さまで
製膜液が含浸していることがわかる。
図６、図７の写真は本新案の具体的なサンプル写真である。
図６は外径２．２ｍｍ内径１．２ｍｍの不織布チューブを熱融着により成形したものを芯管として
その周囲にPVDF製膜液を塗布したものでありPVDF製膜液は染料により着色されており不織布
外表面からの含浸状況をわかりやすくしている。
ポリフッ化ビニリデン（呉羽化学工業社製KFポリマーW＃１１００）、ジメチルアセトアミド、グリセリンを
加熱溶解し、均一な製膜溶液を得たものを製膜液とし、青色の染料で製膜液を着色したものを
環状ノズルより押出すことで不織布チューブの外表面に均一に塗布した。 塗布した後直ちに
水中に浸漬して凝固、溶剤抽出、乾燥したものを写真用のサンプルとした。
図７はこのサンプルチューブの断面の一部を拡大したものであり外部表面から数十ミクロン深さまで
製膜液が含浸していることがわかる。
本発明の不織布チューブを中空糸膜の補強材として利用することにより従来長繊維で紐状に
編み上げて製造していた補強材を押出し成形法により１０倍近い高速で補強材を成形することが
可能となった。
このため補強材の製造工程と製膜液の塗布工程を同期させることが可能となり不織布チューブを
製造しながら完成品を製膜液塗布用ノズルに連続して供給することにより二つの工程を連続した
工程とすることができ大幅に製造工程の簡略化、合理化が図れることになる。
また長繊維を編み上げて紐状にする従来の補強材と異なり本発明の補強材は不織布を使用して
いるためにその物理的引張り強度や伸び率などを製膜液の物性に合わせて柔軟に調整することが
可能となるため課題となっている補強材と製膜層間の剥離問題を解消できる。
編み上げて製造していた補強材を押出し成形法により１０倍近い高速で補強材を成形することが
可能となった。
このため補強材の製造工程と製膜液の塗布工程を同期させることが可能となり不織布チューブを
製造しながら完成品を製膜液塗布用ノズルに連続して供給することにより二つの工程を連続した
工程とすることができ大幅に製造工程の簡略化、合理化が図れることになる。
また長繊維を編み上げて紐状にする従来の補強材と異なり本発明の補強材は不織布を使用して
いるためにその物理的引張り強度や伸び率などを製膜液の物性に合わせて柔軟に調整することが
可能となるため課題となっている補強材と製膜層間の剥離問題を解消できる。
図１： １１：不織布チューブ １２：中空糸膜
図２： ２１：補強用丸紐 ２２：中空糸膜
図３： ３１：不織布チューブ ３２：中空糸膜
図４： ４１：不織布チューブ ４２：中空糸膜 ４３：不織布内部に膜が侵入した箇所
図５： ５１：不織布チューブ ５２：中空糸膜 ５３：不織布チューブの芯材
図６： 試作した中空糸膜の断面写真（外周部製膜液含浸済み）
図７： 図６断面写真の１部を拡大した写真
図２： ２１：補強用丸紐 ２２：中空糸膜
図３： ３１：不織布チューブ ３２：中空糸膜
図４： ４１：不織布チューブ ４２：中空糸膜 ４３：不織布内部に膜が侵入した箇所
図５： ５１：不織布チューブ ５２：中空糸膜 ５３：不織布チューブの芯材
図６： 試作した中空糸膜の断面写真（外周部製膜液含浸済み）
図７： 図６断面写真の１部を拡大した写真
Claims (3)
- 限外ろ過、精密ろ過機能を有する中空糸膜において、ポリオレフィン系
高分子からなる不織布を熱融着することで剛性のある中実の芯材または
中空の芯管を成形し、この外表面に膜を塗布したことを特徴とする補強
された中空糸膜の構造 - 前記不織布の材質がポリプロピレンまたはポリエチレンからなる中実
の芯材または中空の芯管構造であって芯材や芯管の内部、表面において
溶融フィルム化した箇所が存在しないことを特徴とする請求項1に記載
の補強された中空糸膜の構造 - 中空の芯管の内面に膜を塗布したことを特徴とする請求項1又は2に
記載の補強された中空糸膜の構造
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013000963U JP3183331U (ja) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | 外圧式中空糸膜の構造 |
| PCT/JP2014/051127 WO2014129249A1 (ja) | 2013-02-22 | 2014-01-21 | 外圧式中空糸膜の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013000963U JP3183331U (ja) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | 外圧式中空糸膜の構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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