JP4217688B2 - 精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、濾過により高い精度の除粒子等を行うための精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、精密濾過膜をひだ折り加工してなる精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法に関するものである。

近年、水、薬液、ガス等の清浄化技術は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン、セルロースアセテート等の精密濾過膜の登場により著しく進歩し、サブミクロンオーダーの濾過が可能になっている。

これら精密濾過膜は、不織布やネット等の支持体とともに、ひだ折り加工されてチューブ状（円筒状）にされ、両端が端部キャップよってシールされたいわゆるプリーツ形チューブ状カートリッジフィルターとして多用されている。

従来、精密濾過膜を用いたプリーツ形チューブ状カートリッジフィルターの製造方法として、多孔性コア材（内筒）及び多孔性外筒の長さよりも幅の広い精密濾過膜の両面に、ほぼ同じ幅の多孔性ネットや不織布等の支持体を配し、サンドイッチ状にしたシートをひだ折り加工してプリーツ状にし、プリーツの始端の膜と終端の膜を合わせて熱等により接着シールしてチューブ状にし、多孔性コア材（内筒）及び多孔性外筒に挿入し、それらとほぼ同じ長さとなるようにチューブ状精密濾過膜の両端を切断し、それぞれの端部をエポキシ樹脂やウレタン樹脂等の液状硬化性樹脂（接着剤）を流し込んだ端部キャップに挿入し、前記接着剤を硬化させて液密に端部を封止する方法がある。

しかしながら、前記液状接着剤は、耐薬品性に劣り、また、溶出物による汚染等が起こるため、最近では液状接着剤に替わり、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂により端部を封止したカートリッジフィルターが開発されている。

前記熱可塑性樹脂による端部封止の場合、溶融した熱可塑性樹脂は前記液状接着剤に比して高粘度であるため、プリーツ端部の膜が僅かでも割れていると封止不良が生じ易く、また、一般の精密濾過膜は、厚さが６０〜１５０μｍで５０〜８０％の空隙率であるため、単に溶融した熱可塑性樹脂に押し込むと精密濾過膜が座屈し、プリーツの精密濾過膜間に樹脂が充分に入り込まないことから、これらを防ぐために種々の工夫がなされている。

上記問題を解決するため、特許文献１には、精密濾過膜全体の水分率を２．６％以上として組み立てる方法が、また、特許文献２には、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と記す）又はポリプロピレンの精密濾過膜をポリプロピレン製補強用網布でサンドイッチし、左右縁辺を接着する方法が、また、特許文献３及び特許文献４には、精密濾過膜端部の上流側に非孔性フィルムの保護ストリップを配置したプリーツ形チューブ状フィルターエレメントの製造方法が、さらに特許文献５には、精密濾過膜の端面切断する部分の膜表面片側に予め、加熱ローラーにてポリプロピレンフィルムを接着した構成でのプリーツ形チューブ状カートリッジフィルターの製造方法が、また、特許文献６、特許文献７及び特許文献８には、ＰＴＦＥ精密濾過膜と熱可塑性フッ素樹脂のネット状支持体からなるプリーツ状シートの端部を予備融着し、熱可塑性フッ素樹脂の端部封止材を溶融した中へ押し込む方法が、さらに特許文献９及び特許文献１０には前記予備融着をしないで熱可塑性フッ素樹脂でプリーツ端部を融着封止する方法が開示されている。

特開平２−２４５２２７号公報 実開昭５９−８２５１６号公報 米国特許４，３９２，９５８号公報 米国特許４，５１２，８９２号公報 特開昭６４−３４４０３号公報 特開昭６０−５８２０８号公報 特開昭６０−１４７２０６号公報 特開昭６１−６８１１０号公報 特開昭６１−１４９２１８号公報 特開昭６１−１４９２１９号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、精密濾過膜全体が水分を含むため、端部を切断した後に端部封止のための乾燥を行うと、支持体の寸法は変化しないが、精密濾過膜が収縮してしまい、これにより完全性が損なわれるという問題がある。また、特許文献１の方法は、単に湿度を調節した雰囲気中に放置するだけであるため、プリーツが密着している部分では充分な量の水分を吸収しにくく、従って、充分な量の水分を吸収させるためには長い時間を要するという問題がある。 さらに、特許文献２乃至５の方法は、粘度の高い熱可塑性樹脂に深く挿入しているため、原材料や作業工程の増加によるコスト増加だけでなく、有効濾過面積が減少し、濾過流量が少なくなるという問題がある。またさらに、特許文献６乃至１０の方法は、いずれも金型中で端部封止材を溶融しなければならず、更に、プリーツ端部の押込みにも長時間を要する等、極めて生産性が悪く、例えば、ポリプロピレンで端部封止するが如きカートリッジフィルターの製造に不適である。

そこで、本発明は、精密濾過膜をポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂のエンドキャップ等にて端部を封止したカートリッジフィルターに成型する際の端部封止工程において、不良の原因となる端部切断時の膜割れや、端面切断面の歪み、端面切断部の膜割れ及びそれに伴う漏れを防止し、歩留り良く、効率的かつ経済的なカートリッジフィルターの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ひだ折りされた精密濾過膜の切断予定部に水蒸気を吹付ける水蒸気吹付け工程と、水蒸気が吹付けられた前記切断予定部を切断する切断工程と、切断された端部を熱可塑性樹脂により封止する熱可塑性樹脂封止工程と、を備えたことを特徴とする精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法を提供する。

以上のように本発明によれば、切断予定部に水蒸気を吹付けることにより、亀裂を生じさせることなく、チューブ状精密濾過膜を平らに切断できるため、従来のウレタンやエポキシ樹脂等の液状接着剤による端部接着ではなく、耐薬品性に優れるポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂での端部溶着を容易に且つ安価に行なうことができ、信頼性の高い精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法を提供することができる。

本発明に用いる精密濾過膜は、広く用いられているセルロースアセテートやニトロセルロース等のセルロース系樹脂や、ＰＴＦＥ、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等に用いることができ限定はされないが、特に、膜自体が硬く、切断時に膜が割れやすい性質であるセルロースアセテートやニトロセルロース等のセルロース系樹脂を主成分とする精密濾過膜に好適に用いられる。

水蒸気の温度は、４０〜１００℃が好ましいが、特に５０〜６０℃で１０〜３０秒吹きかけるのが好ましい。このような条件により、膜の縮みもなく、且つ柔らかくなりすぎないことから、良好にエンドキャップとの溶着を行うことができる。この水蒸気の吹付けは、精密濾過膜の切断予定部の全周に亘って吹付けられ、軸方向の吹付けられる範囲は、０．１〜５ｃｍ、好ましくは０．５〜３ｃｍであることが好ましい。

５０〜６０℃の水蒸気は、３０秒以上吹きかけると膜の水分が多すぎてしまう。膜の水分が多すぎると、平らに切断でき、且つ膜割れも発生しないが、膜が柔らかくなりすぎてしまうので、そのまま端部溶着を行うと熱可塑性樹脂の粘度に耐えきれず膜が座屈し、ひだの密な部分に樹脂が充分侵入せず封止不良となる。そこで、膜を乾かしてしまうと、支持体の不織布より、膜が切断面より約１．５〜２ｍｍ程度縮んでしまい、そのままでは、エンドキャップを溶着してもシール不良となってしまう。

本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法において、前記水蒸気吹付け工程は、精密濾過膜の切断予定部の温度を３０〜４０℃、水分率を５〜１０％になるように水蒸気を吹付けることが好ましい。水分率は、水蒸気を吹付けた部分、例えば軸方向に１〜２ｃｍほどを輪切りに切断し、その輪切りにした膜の重量を水分を含んだ状態で精密天秤により量り、その後、乾燥機によって乾燥した膜の重量を量ることにより測定する。

以下、本発明の内容を具体的に実施例によって説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

精密濾過膜として、幅３００ｍｍ、厚さ８０μｍ、平均孔径０．４５μｍのセルロースアセテート膜と、支持体としてシンテックスＲ０２４（米国ＲＥＥＭＡＹ製不織布）をセルロースアセテート膜の両側にサンドイッチ状に挟み、プリーツマシンにてひだ折り加工し、プリーツしたひだの山数で１００山にて切断し、プリーツ品の両端を合わせてインパルスヒートシーラーで熱接着シールし、チューブ状精密濾過膜を作製した。

前記チューブ状精密濾過膜の両側切断予定部の全周に、市販の水蒸気洗浄器（ケルヒャージャパン製 スチームクリーナー Ｋ１１００）により、５０〜６０℃の水蒸気を１５秒吹付け、精密濾過膜の温度を３０℃、水分率を５．９％とした後、ナイフによりひだ折の垂直方向に全長が２３７ｍｍとなるように両端を切断し、ポリプロピレンのエンドキャップを熱溶着したサンプルを５個作製した。

比較例１

実施例と同じチューブ状精密濾過膜の両端切断予定部を水蒸気の吹付けを行わずに、ナイフによりひだ折の垂直方向に全長が２３７ｍｍとなるように両端を切断し、ポリプロピレンのエンドキャップを熱溶着したサンプルを５個作製した。この時の精密濾過膜の水分率は、３．７％であった。

比較例２

実施例と同じチューブ状精密濾過膜の両端切断予定部を水に濡らした後、ナイフによりひだ折の垂直方向に全長が２３７ｍｍとなるように両端を切断し、ポリプロピレンのエンドキャップを熱溶着したサンプルを５個作製した。

比較例３

実施例と同じチューブ状精密濾過膜の両端切断予定部を水に濡らした後、ナイフによりひだ折の垂直方向に全長が２３７ｍｍとなるように両端を切断し、その後、乾燥機により、７０℃の温度にてその切断したプリーツ品を乾燥し、ポリプロピレンのエンドキャップを熱溶着したサンプルを５個作製した。

次に、精密濾過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法（ＪＩＳ Ｋ３８３２）に基づいて、実施例及び比較例１乃至３のカートリッジフィルターの評価試験をインラインフィルタカートリッジバブルポイント試験用装置を用いて行った。その完全性試験の結果を表１に示す。

表１に示すように実施例に係るカートリッジフィルターは、全て完全に封止されて合格であったが、比較例１乃至３に係るカートリッジフィルターは、全て封止不完全により不合格であった。

Claims (4)

1. ひだ折りされた精密濾過膜の切断予定部に水蒸気を吹付ける水蒸気吹付け工程と、
   水蒸気が吹付けられた前記切断予定部を切断する切断工程と、
   切断された端部を熱可塑性樹脂により封止する熱可塑性樹脂封止工程と、
   を備えたことを特徴とする精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法。
2. 前記水蒸気吹付け工程は、４０〜１００℃の水蒸気を吹付け、前記切断工程は、吹付けられた水蒸気による加熱された状態で切断することを特徴とする請求項１記載の精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法。
3. 前記水蒸気吹付け工程は、精密濾過膜の切断予定部の温度を３０〜４０℃、水分率を５〜１０％になるように水蒸気を吹付けることを特徴とする請求項１又は２記載の精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法。
4. 精密濾過膜の主成分がセルロースアセテートまたはニトロセルロースであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の精密濾過用カートリッジフィルターの製造方法。