JP4432365B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は中空糸膜モジュールの製造方法に関するものであり、中空糸膜束を収容容器に集束固定するためにポッティング材を注入する際に、中空糸膜内へのポッティング材の侵入を防止する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、中空糸膜モジュールは、水処理膜などの工業分野、血液処理などの医療分野等多岐にわたり利用され、特に浄水器、人工腎臓、人工肺などではその需要がきわめて増加している。
【0003】
一般に中空糸膜モジュールでは、多数の中空糸膜を集束して、中空糸膜束とし、中空糸膜束を筒状収容容器に挿入した後、ポッティング材により中空糸膜束の中空糸膜間及び中空糸膜束と筒状収容容器間の接着をポッティング材により同時に行い、ポッティング材が固化した後、中空糸膜束をポッティング材と同時に中空糸膜束の横断面方向に切断し、固定された中空糸膜の開口端を得る製造方法が用いられている。この集束固定の方法として、多くの場合、中空糸膜束を挿入した筒状収容容器を中空糸膜束の軸方向に垂直な方向に回転して得られる遠心力を利用したポッティングが行われているが、ポッティング材投入時に、中空糸膜の中空部分が開口していると、ポッティング材が中空糸膜内に侵入し、ポッティング材が固化した後、中空糸膜束をポッティング材と同時に中空糸膜束の横断面方向に切断しても、固定された中空糸膜の開口端を得ることができない。
【0004】
そこで、中空糸膜内へのポッティング材の侵入を防止する方法として、次のような方法が実施されている。特公昭62-31962号公報には、ポッティング時の温度と回転数を制御することにより、中空糸膜内へのポッティング材の侵入を防止する方法が記載されている。また、特開昭61-11111号公報、特開昭62-269709号公報には、中空糸膜内に正圧を加え、中空糸膜内にポッティング材の侵入を防止する方法が記載されている。しかし、これらの方法は、中空糸膜の気密性が高いことが前提であるので、気密性の低い中空糸膜ではいずれもポッティング材が侵入してしまう中空糸膜(不通糸)が生じる。また、気密性の低い中空糸膜でも中空糸膜内へのポッティング材の侵入を防止する方法として、中空糸膜を線状発熱体を用いて溶融切断することにより中空糸膜を封止する方法が特開平3-161027号公報、特開昭58-109104号公報に、記載されている。これらの方法は、少数本の中空糸膜を封止する際には有効であるが、10000本前後にも達する中空糸膜を封止する際には、線状発熱体から発せられる熱により溶融する中空糸膜を個々に封止しきれずに中空糸膜が中空糸膜束内の隣接する中空糸膜と接着してしまい、中空糸膜を個々に封止することが出来ない。これを回避するためには、1cm/min程度まで切断速度を下げる必要がある。しかし、1cm/min程度の切断速度では、生産効率において実用的ではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は気密性の低い中空糸膜でも不通糸を生じることなくポッティングでき、且つ、短時間に中空糸膜モジュールを製造すること、さらには、医療分野での製品化を実現するため溶融時に煤等が中空糸膜モジュールに混入しないことを目的を目的した中空糸膜モジュールの製造方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意検討した結果、本発明に至った。
【0007】
すなわち、中空糸膜束の筒状収容容器内へのポッティング材による集束固定において、中空糸膜内へのポッティング材の侵入を確実に防止し、且つ、ポッティング材の注入回数を一度のみとすることにより、短時間で確実なモジュールを作製するものであり、さらに、その工程内で煤等が混入しないように、中空糸膜束を特定の厚みを有する板状発熱体により溶融切断し、中空糸膜束内の中空糸膜個々の切断面を、個々に完全に封止する中空糸膜モジュールの製造方法を確立したものである。
【0008】
本発明は、筒状収容容器内に中空糸膜束の端部をポッティング材にて集束固定する中空糸膜モジュールの製造方法において、厚みが0.1mm以下である板状発熱体を下から上方向に移動させることにより、中空糸膜束を溶融切断した後、ポッティング材にて前記中空糸膜束を集束固定することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、次の各工程を行うことで、簡単にポッティング材の注入時における中空糸膜内への侵入を防止し、且つ、ポッティング材注入回数を一度とし、短時間での確実なモジュール作製を可能にする。
【0010】
(1)筒状収容容器に、収容容器より長い中空糸膜を挿入する。挿入された中空糸膜束の、はみ出した部分を板状発熱体を用いて溶融切断する。中空糸膜束の封止による溶融量を少なくするため、さらには、溶融切断による煤等が中空糸膜中に混入しないように、前記板状発熱体の厚みは、0.1mm以下にすることが好ましい。
溶融切断中に、中空糸膜が前記板状発熱体の上部に付着し、燃焼、炭化するのを防止するためである。
【0011】
さらに板状発熱体に幅を持たせることで高い熱容量を持たせることができる。幅は5mm以上にするのが好ましい。
【0012】
板状発熱体の溶融切断時の温度は600〜900℃とするのが好ましい。中空糸膜が瞬間的に前記板状発熱体に接触しても燃焼しない温度であり、かつ、中空糸膜が前記板状発熱体の放射熱でガラス転位する温度である。
溶融切断は、板状発熱体を下から上方向に移動させることにより行う。上から下へ移動させた場合に比べ、下から上方向に移動させた場合には、板状発熱体の熱容量が保持され、さらに中空糸膜に溶融切断前に予熱を与えることができるためである。
【0013】
本発明でいう「板状発熱体」とは、断面形状が多角形であり、前記溶融切断時の移動方向を縦方向とし、中空糸膜軸方向を横方向とすれば、断面形状の縦方向長さを横方向長さで割った値が、1以上であるものをいい、高い温度であっても、中空糸膜の溶融量が小さくできる。
【0014】
前述の線状発熱体とは断面形状が円形のものをいい、温度を上げるためには線の径を大きくすることが必要であり、その為に、中空糸膜の溶融量も増えるという点で相違するものである。板状発熱体を用いることにより10000本の中空糸膜束を25秒以下の所要時間で溶融切断しても、煤等の発生が無く、確実に中空糸膜束を中空糸膜個々に封止できる。
【0015】
板状発熱体としては、エナメル、スチール、銅等を用いることが好ましい。
【0016】
また、中空糸膜としては、セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルサルフォン、ポリスルホンなどが用いられ、中でも、透水性が高く、高い分隔性能を持つ点でポリスルホンを含むことが好ましい。
【0017】
さらに、中空糸膜の重量に対する水分の重量が、1重量%以下であることが、中空糸膜の熱容量を小さくでき、短時間で溶融切断できるという点で好ましい。
【0018】
(2)(1)の中空糸膜が個々に封止された中空糸膜束入りの筒状収容容器に注型キャップを取付ける。
【0019】
(3)(2)の筒状収容容器に遠心力の付加を行いつつポッティング材を注入して、中空糸膜間及び中空糸膜束と筒状収容容器間の接着を行う。ポッティング材としては、例えば、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂などが用いられる。
【0020】
(4)(3)のポッティング材が硬化した後、注型キャップを取り外し、筒状収容容器の長さに合わせて中空糸膜束をポッティング材とともに中空糸膜軸方向と垂直の方向に切断する。
【0021】
(5)(4)により中空糸膜端部の開口した中空糸膜モジュールに、流体の導入口を有するキャップを装着することにより、機能を持つ中空糸膜モジュールが完成する。
【0022】
本発明により、遠心法によるポッティングにおいて、簡単に且つポッティング材注入回数を一度だけとし、短時間で確実なモジュールを作製することができる。さらに本発明により、中空糸膜モジュールの作製工程の時間短縮が可能になる。
【0023】
本発明の中空糸膜は、水処理等の工業分野、あるいは、人工腎臓等の医療分野において好適に用いられる。
【0024】
【実施例】
(実施例1)
分離性能を有する中空糸膜の重量に対する水分の重量が、0%のポリスルホン、ポリビニルピロリドン、ジメチルアセトアミド、水を加熱溶解し、製膜原液としたポリスルホン中空糸膜(外径280μm、膜厚40μm)、10600本を収束したものを筒状収容容器に入れた。
【0025】
この容器を3組用意し、水平に揃え並列に3組並べ、中空糸膜束を、容器端から10mmの位置で、横断面方向に溶融切断した。溶融切断は、幅10mm、厚さ0.1mm、長さ300mmの、電熱加熱により温度を760℃としたニクロム板を用いて行い、下から上方向に、3.17mm/sの速さで移動することにより行った。
【0026】
これに注型キャップを取り付け、遠心力(50G)を付与しつつ、2液混合後の粘度が0.7Pa・sであるポッティング剤を注入することにより、中空糸膜間及び中空糸膜束とモジュールケース間の接着を行った。
【0027】
ポッティング材が硬化した後,前記容器の長さに合わせて、中空糸膜をポッティング材とともに横断面方向に切断した。
【0028】
中空糸膜の開口状態を調べたところ、中空糸膜内へのポッティング材(日本ポリウレタン製二液系ウレタン樹脂KC256-KN421、配合比54:46、粘度1200cps)の侵入が一切見られず、溶融切断時の煤の発生もなく、良好なものであった。
(比較例1)
分離性能を有する中空糸膜の重量に対する水分の重量が、1%以下のポリスルホン中空糸膜(外径280μm、膜厚40μm)、10600本を収束したものを筒状収容容器に入れた。
【0029】
容器を3組用意し、水平に揃え並列に3組並べ、中空糸膜束を、容器端から10mmの位置で横断面方向に溶融切断した。
【0030】
溶融切断は、厚み0.2mm、幅5mm、長さ300mmの、電熱加熱により温度を760℃としたニクロム板を用いて、下から上方向に、3.17mm/sの早さで切断した。この溶融切断時に、板状発熱体の上部に煤が付着し、熱で上昇して、モジュールに付着した。
(比較例2)
分離性能を有する中空糸膜の重量に対する水分の重量が、1%以下のポリスルホン中空糸膜(外径280μm、膜厚40μm)、10600本を収束したものを筒状収容容器に入れた。
【0031】
容器を3組用意し、水平に揃え並列に3組並べ、中空糸膜束を容器端から10mmの位置で横断面方向に、溶融切断した。溶融切断は、幅10mm、厚さ0.1mm、長さ300mmの、電熱加熱により温度を760℃としたニクロム板を用いて、上から下へ3.17mm/sの早さで切断した。
【0032】
得られた中空糸膜束の溶融切断面を調査した。中空糸膜が10600本全ては封止されておらず、封止されている中空糸膜も触れるとすぐに封止部が折れてしまう状態であった。実施例1と同様に、ポッティングを行ったが、中空糸膜の中にポッティング材が浸入してしまった。
(比較例3)
分離性能を有する中空糸膜の重量に対する水分の重量が、1%以下のポリスルホン中空糸膜(外径280μm、膜厚40μm)、10600本を収束したものを筒状収容容器に入れた。
【0033】
容器を3組用意し、水平に揃え並列に3組並べ、中空糸膜束の容器端から10mmの位置で横断面方向に溶融切断した。
【0034】
溶融切断は、線径3mm、長さ300mmの電熱加熱し温度を760℃としたニクロム線を用い、下から上方向に3.17mm/sの早さで切断した。
【0035】
得られた中空糸膜束の溶融切断面を調査した。中空糸膜は封止されていたが、中空糸膜個々の間があいていなかった。実施例1と同様に、ポッティングを行ったが、中空糸膜間のポッティング材によるシールが完全でなかった。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、中空糸膜束を完全に封止し中空糸膜内へポッティング材の侵入を防止することによって、簡単で且つ短時間で確実なモジュール製造を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例において、中空糸膜モジュールを溶融切断する際の概略断面図を示す。
【図2】実施例において、中型キャップを装着させた状態の中空糸モジュールの断面図を示す。
【図3】実施例において、ポッティング後の中空糸膜モジュール端面の断面図を示す。
【符号の説明】
1・・・筒状収容容器、
2・・・中空糸膜束、
3・・・板状発熱体、
4・・・中空糸膜溶融部、
5・・・ポッティング材、
6・・・注型キャップ、
7・・・中空糸膜端部
Claims (5)
- 筒状収容容器内に中空糸膜束の端部をポッティング材にて集束固定する中空糸膜モジュールの製造方法において、厚みが0.1mm以下である板状発熱体を下から上方向に移動させることにより、中空糸膜束を溶融切断した後、ポッティング材にて前記中空糸膜束を集束固定することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記中空糸膜束の集束固定が、1回のポッティング材注入で行うことを特徴とする請求項1記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記中空糸膜の重量に対する水分の重量が、1重量%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記中空糸膜の材質としてポリスルホンを含むことを特徴とする請求項1、2または3記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記板状発熱体の幅が5mm以上であることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
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