JP5075773B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子工業、食品工業、飲料工業等の分野において使用される中空糸膜モジュールの製造方法に関し、更に詳しくは、耐溶剤性を有する分離・脱気用の中空糸膜モジュールの製造方法に関する。

精密ろ過膜及び限外ろ過膜などの多孔質膜は、工業廃水等の汚濁物質処理、医薬品用水等の無菌化などの目的で、幅広い分野において使用されている。

これらの分野で用いられる中空糸膜モジュールには、従来の精密濾過の分野に用いられてきた円形状や同心円状に中空糸膜を集束して配置した円筒形タイプのものの他に、近年、膜処理槽での高集積化のために中空糸膜の開口端部の形状がほぼ矩形である中空糸膜モジュールが用いられるようになってきた。

上記した中空糸膜の開口端部の形状がほぼ矩形である中空糸膜モジュールで吸引濾過する場合には、中空糸膜を濾過対象水の中に浮遊させることになり、断続的若しくは連続的に膜面洗浄を行いつつ濾過を行うことが出来る。従来の円筒タイプの精密濾過モジュールは、中空糸膜表面に有機物等が堆積して中空糸膜同士が固着一体化し、有効膜面積が減少し、濾過流量の急激な低下を起こす場合がある。上記した中空糸膜の開口端部の形状がほぼ矩形である中空糸膜モジュ−ルはこのような欠点がなく、また膜機能の回復処理も非常に容易である。

こうした中空糸膜モジュールの構造に用いられるポッティング樹脂としては、代表的には、エポキシ系、ポリウレタン系およびアクリル系の３種類が挙げられる。これらのポッティング樹脂は構造体を形成することに力点が置かれており、２つの構造部材の間に非常に強い結合が得られ、この結合は接合面が破壊する前に材料破壊が生ずるほど強いことがよくある。

一方でモジュールの製造においては、膜の端部を開放する必要がある。その用途においては高い接着力よりも易開放性が重視される。そこで、構造体としての接着力と易開放性を両立するための様々な手法が開示されている。

ここで、図３に、中空糸膜端面の開口部がほぼ矩形である中空糸膜モジュールにおける集水管部分の断面図を示し、中空糸膜モジュールの従来の製造例について説明する。図３に示した方法では、まず、中空糸膜（中空糸膜編織物）１を一旦矩形の型枠治具８を使用して樹脂固定し、その固化した樹脂の一部を切断（点線部分）して中空糸膜に開口端９を形成する。その後、樹脂固定された中空糸膜の開口端を集水管２の側面に設けられたほぼ矩形状の開口部に挿入し、次いで、集水管２を逆さまにして、中空糸膜端面の開口部９を閉塞しないように樹脂と集水管２の開口部との隙間にポッティング樹脂（不図示）を充填し固定する。

これらの中空糸膜モジュールの製造例では、中空糸膜端部を一度矩形状にポッティングし一部を切断して中空糸膜の開口部を設けてから、集水管側面の矩形状開口部に挿入固定する方法をとっている。このため、集水管２とポッティング樹脂４との接合面からの漏れの危険性があり、その接合部６での漏れが問題となる場合があった。

また、たとえば特許文献１又は特許文献２においては、凹み部を設けた軟質樹脂製の中空中子を集水管内に配し、その凹み部に膜端部を設置・ポッティング樹脂により固化した後、中空中子ごとカッターにより端部を開端する方法が開示されている。

特許文献３においては、水溶性のゲルを充填・固化後、中空糸膜固定用のポッティング樹脂により固定し、固化後に水などにより水溶性ゲルを洗うことで端面を開端する方法が開示されている。

特許第３３３０２３１号明細書 特許第３５６３６５８号明細書 特表２００３−５３２５２１号公報

モジュールの製造においては、中空糸膜の端部を開放する必要がある。その用途においては高い接着力よりも易開放性が重視される。

特許文献１又は特許文献２による方法では、特に大型モジュールにおいて長い矩形内にカッターを挿入する際に大きな力を必要とすることとなり、切断機械及び刃の部分に大きな負荷がかかるなどの問題点があった。また、切りやすくするために樹脂を加熱処理すると樹脂の可撓性が増大し、カッターを挿入する際に樹脂のたわみを生じさせることとなり、切断面が荒れるという問題点があった。

また、特許文献３による方法では、加熱することにより溶解するゲルを用いた場合、加熱することによりポッティング樹脂が軟質化し、ケース部材とポッティング樹脂とが剥離するという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、ポッティング樹脂硬化後においてカッター等を用いずに中空糸膜端を容易に開口できる中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。

そこで、本発明は、
［１］ ケース部材に複数の中空糸膜をポッティング樹脂を用いて固定化する中空糸膜モジュールの製造方法であって、
熱ゲル化特性を有するゲル化材をゲル化温度以上に加熱してゲル化させることで前記中空糸膜の開口端を封止し、前記ゲル化材で封止された中空糸膜の開口端上部をポッティング樹脂で固定化し、前記ゲル化材をゲル化温度未満に冷却することで前記中空糸膜の開口端を開口することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
［２］ （１）前記中空糸膜とゲル化温度未満のゲル化材とを、前記中空糸膜の開口端が該ゲル化材に浸かるように前記ケース部材に配置する工程と、
（２）前記ゲル化材をゲル化温度以上に加熱し、前記中空糸膜の開口端を封止する工程と、
（３）前記ゲル化温度以上のゲル化材の上に前記ポッティング樹脂を充填して固化させる工程と、
（４）前記ゲル化材をゲル化温度未満に冷却して、前記中空糸膜の開口端を開口する工程と、
を有することを特徴とする［１］に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［３］ 前記ケース部材は前記中空糸膜内側に濾過された流体を集める集水管であり、
前記工程（１）において、前記中空糸膜の開口端は、前記集水管に設けられた開口部より挿入され配置されることを特徴とする［２］に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［４］ 前記工程（１）において、前記中空糸膜の開口端が入るように凹部を設けた溝部形成治具を前記集水管の内部に挿入し、該凹部に前記中空糸膜の開口端を配置し、該凹部に前記ゲル化材を注入することを特徴とする［３］に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［５］ 前記中空糸膜の開口端を封止してから開口させるまでの間、前記ゲル化材をゲル化温度以上に維持することを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［６］ 前記ゲル化材は、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、又はヒドロキシアルキルアルキルセルロースであることを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［７］ 前記アルキルセルロースがメチルセルロース又はエチルセルロースであることを特徴とする［６］に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［８］ 前記ヒドロキシアルキルアルキルセルロースがヒドロキシプロピルメチルセルロースであることを特徴とする請求項６に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［９］ 前記ヒドロキシアルキルセルロースがヒドロキシエチルセルロース又はヒドロキシプロピルセルロースであることを特徴とする［６］に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［１０］ 前記ゲル化材は、ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計において、２質量％水溶液の２０℃の粘度測定値が４，０００ｍＰａ・ｓ以上３０，０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする［１］乃至［９］のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

本発明に係る製造方法により、ポッティング樹脂硬化後に容易に中空糸膜を開口することができ、かつ中空糸膜の開口部に詰まりやケース部材とポッティング樹脂との剥離等の問題を生じずに、中空糸膜モジュールを製造することができる。

本発明は、熱ゲル化特性を有するゲル化材を利用して中空糸膜の開口端を封止しておき、そのゲル化材の上にポッティング樹脂を充填し固化させることにより、中空糸膜をケース部材に固定化する。そして、ゲル化させていたゲル化材をゲル化温度未満にすることにより中空糸膜の開口端を開口するという方法である。

本発明に係る製造方法により、ポッティング樹脂硬化後に容易に中空糸膜を開口することができ、かつ中空糸膜の開口部に詰まりやケース部材とポッティング樹脂との剥離等の問題を生じずに、中空糸膜モジュールを製造することができる。

また、熱ゲル化特性を有するゲル化材は常温域で流動可能であり、水等で容易かつ十分に洗浄することができる。さらに、注入されているポッティング樹脂を軟質化することもないため剛性面でも問題を生じ難い。

以下、本発明における各構成要素について説明する。

（中空糸膜）
本発明に用いる中空糸膜の分画レベルは、精密ろ過膜（ＭＦ）、限外濾過膜（ＵＦ）又はナノろ過膜（ＮＦ）等のいずれのレベルであってもよい。また、濾過膜として使用可能のものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はなく、濾過の対象となるものによって適宜選択される。更に、有機物やウイルスの除去を目的とする場合には分画分子量数万から数十万の限外濾過膜を用いる場合もある。

本発明の中空糸膜は、例えばセルロース系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニールアルコール系樹脂、ポリスルフォン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、フッ素系樹脂など、分離膜の形状に成形可能なものであれば各種材料が使用できる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ四フッ化エチレン、又はポリスルホン等が挙げられる。

中空糸膜の表面特性として、耐薬品性の強い樹脂を用いることが好適であり、好ましくはフッ素系樹脂である。フッ素系樹脂の中でも、中空糸膜への賦形性と耐薬品性などからフッ化ビニリデリン樹脂を用いることがより好ましい。ここで、フッ化ビニリデリン樹脂としては、フッ化ビニリデリンのホモポリマーの他、フッ化ビニリデリンとそれと共重合可能な単量体との共重合体が挙げられる。該共重合可能な単量体としては、例えばフッ化ビニル、四フッ化エチレン、三フッ化エチレン、ヘキサフルオロプロピレンなどがある。

中空糸膜は複数の細孔を有する。細孔は中空糸膜の表面及び裏面を貫通する連続孔であることが好ましい。細孔の孔径は、目的によって任意に選択できるが、例えば、０．０１〜５μｍ、好ましくは、０．１〜１μｍであることが適当である。

また、中空糸膜は、二層構造であることが好ましい。また、一方の層表面の孔径が小さく、他方の層表面の孔径が大きい、非対称構造であることがより好ましい。非対称構造の場合、一方の層表面の孔径が、他方の層表面孔径の１倍より大きく１００倍以下であることが好ましく、より好ましくは２倍以上１０倍以下である。

中空糸膜の外径は、例えば、０．１〜１０ｍｍ、好ましくは、０．５〜５ｍｍであることが適当である。中空糸膜は、純水に対する透液性能を示す純水透過係数が、１０〜２５０「ｍ³／ｍ²／ｈｒ／ＭＰａ」であることが好ましく、２０〜１５０「ｍ³／ｍ²／ｈｒ／ＭＰａ」であることがより好ましい。なお、純水透過係数は、以下の式より求めることができる。
純水透過係数＝［純水透過量（ｍ³）］／［多孔質膜の表面積（ｍ²）］／［透過時間（時）］／［純水の圧力（ＭＰａ）］

＜中空糸膜編織物の製造方法＞
本発明において、中空糸膜は、中空糸膜編織物としてケース部材に配置されることが好ましい。中空糸膜編織物としては、その作製方法は特に限定されないが、中空糸膜を例えば緯糸として編地としたものを数枚積層したものであれば、集水管の側面等に設けられるほぼ矩形の開口部に収納するのに好適である。編地の製造方法は、例えば特開昭６２−５７９６５号公報、特開平１−２６６２５８号公報に開示されている。

（ケース部材）
本発明におけるケース部材とは、前記中空糸膜をポッティング樹脂を用いて固定化する対象となる部材である。例えば、中空糸膜の開口端部の形状がほぼ矩形である中空糸膜モジュールにおいては、一般に集水管と称されるものが相当する。また、ケース部材はこの集水管に限定されるものではなく、例えば円筒形タイプの中空糸膜モジュールの場合では、ハウジングケースと一般に称されるものが相当する。

（熱ゲル化特性を有するゲル化材）
熱ゲル化特性とは、ゲル化温度未満では溶液の状態を有し、ゲル化温度以上ではゲル状態を有する性質のことである。ゲル化材としては、加熱などにより速やかにゲル化するものが好ましく、ゲル化後は流動性を有しないことが中空糸膜の端面を封止する点から好ましい。また、ゲル化材のゲル化温度としては、４０〜１００℃が好ましく、５０〜８０℃がより好ましい。

熱ゲル化特性を有するゲル化材としては、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルアルキルセルロース等が挙げられる。

前記アルキルセルロースとしては、低温でゾル状態、高温でゲル化特性を示す水溶性高分子として、メチルセルロースがよく知られている。また、水溶性と加熱による熱ゲル特性をセルロースに付与すべく、メトキシル基１０〜４０質量％とした水溶性のメチルセルロース（ＭＣ）、エトキシル基５〜３０質量％としたエチルセルロースが好適に用いられる。

前記ヒドロキシアルキルセルロースとしてはヒドロキシエチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロースなどが挙げられる。

前記ヒドロキシアルキルアルキルセルロースとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、例えば、メトキシル置換度が２８〜３０質量％で、ヒドロキシプロピル置換度が７〜１２質量％であるヒドロキシプロピルメチルセルロースが、離水率が高く、好適である。上記置換度はＪ．Ｇ．Ｇｏｂｌｅｒ，Ｅ．Ｐ．Ｓａｍｓｅｌ，ａｎｄ Ｇ．Ｈ．Ｂｅａｂｅｒ，Ｔａｌａｎｔａ，９，４７４（１９６２）に記載されているＺｅｉｓｅｌ−ＧＣによる手法に準じて測定できる。

なお、このほかにゲル化材としてカルボキシメチルセルロースのごときセルロースエーテルも知られている。

ゲル化した際のゲル強度の観点から、上述のメチルセルロースやエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が好ましく用いられる。さらに、これらの例示されたゲル化材のうち、安全性・環境への観点から、メチルセルロースが特に好ましい。

本発明で用いられるセルロースエーテルは、特に限定されないが、その製造方法の例としては、特許第９３５０２３号明細書、特許第２１１９１１５号明細書、特許第３００１４０１号明細書に記載されているような製造方法を採用し得る。

たとえば市販品としては、信越化学工業製のヒドロキシプロピルメチルセルロース（以下ＨＰＭＣと記す）である「メトローズ６５ＳＨ−４０００」（商品名）粉末あるいはメチルセルロース（以下ＭＣＥと記す）である「メトローズＭＣＥ４０００」（商品名）等が上げられる。

また、ゲル化材は、上記の材料を水などの溶媒に溶かして調製することができる。溶媒等は特に限定されるものではなく、有機溶剤など熱ゲル化特性や材料の種類などに応じて適宜選択することができる。例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、親油性の高いメトキシ基とヒドロキシプロピル基を有しているため、有機溶剤に対しても溶解、膨潤することができる。また、ゲル化材には、上記の材料以外にも、塩類等を適宜添加してもよい。

本発明では、中空糸膜間にゲル化材が入り込む必要があるので粘度は低い方が好ましいが、低すぎると熱ゲル化後の硬度が低すぎて流動性が生じやすくなる。そこで、ゲル化材の溶液状態における粘度としては、例えば２質量％水溶液の２０℃の水溶液粘度において、４，０００ｍＰａ・ｓ以上３０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、４０００〜１００００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。４，０００ｍＰａ・ｓ以上とすることにより、ゲル化後の硬度を有効な硬度とすることができる。また、３０，０００ｍＰａ・ｓ以下とすることにより、再液状化後において容易にゲル化材を除去することができる。粘度の測定方法としてはＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計を用いるとよい。

＜ゲル化温度＞
本発明におけるゲル化温度とは、前記ゲル化材がゲル化する温度をいう。ゲル化温度は、ゲル化材の材料の種類やその濃度等によって変化する。また、ゲル化温度を測定することにより、おおよそのゲル化温度を把握することもできる。なお、ゲル化材を入れた試験管を恒温水槽で温度を変えながら、粘度の変化を観察し、ゲル化材の粘度が温度変化以上に大きく変化し始める温度をゲル化温度と定義した。

例えば、メチルセルロース（ＭＣＥ）を用いてゲル化材を調製する場合、その２質量％水溶液のゲル化温度は上記の方法で測定すると４５℃である。したがって、このゲル化材を用いる場合、加熱温度はゲル化温度よりも高く設定し、例えば６０℃以上とすることが好ましい。

（中空糸膜モジュールの構造）
本発明により製造される中空糸膜モジュールとしては、特に限定されるものではないが、例えば集水管に中空糸膜編織物がポッティングされた形状を有する構成が挙げられる。その形状としては、集水管は中空糸膜モジュールの両端部に設けられていてもよく、また、集水管のいずれか一方が大きく開口していてもよい。図５（Ａ）に、中空糸膜の片端だけに集水管を設けるモジュール、図５（Ｂ）に、集水管が両側にある形状のモジュールを示した。

また、例えば集水管の形状としては、矩形や円環状、円柱状などが挙げられる。散気方法等によりその洗浄性を低下させない範囲で適切な形状を選択すればよい。

集水管は、中空糸膜を支持し、中空糸膜内側に濾過された流体を集める部材として機能する。集水管の側面は細長いほぼ矩形の開口部を有し、該開口部に中空糸膜が配置される。その材質は、機械的強度及び耐久性を有するものであれば良く、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、ＰＰＳ樹脂、耐腐蝕性金属等が例示される。ポッティング樹脂との接着性が良いものがより好ましい。

また、本発明により製造される中空糸膜モジュールとしては、例えば、中空糸膜モジュール全体が円筒形のものも含まれる。

（ポッティング樹脂）
ポッティング樹脂としては、通常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の液状樹脂等が用いられる。

さらに必要に応じて、ポッティング樹脂に、発泡剤、酸化防止剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤及び顔料等の添加剤を所要量配合することができる。

＜モジュールへのポッティング樹脂充填方法＞
中空糸膜モジュールの製造において、液状のポッティング樹脂を中空糸膜間に隙間なく充填する方法としては、一般に遠心力を利用する方法が採用されている。しかし、中空糸編織物を用いる場合に関しては、樹脂固定部分の中空糸膜の密度が編織組織によって規定されていて偏りがないので、振動を利用した方法や、更に重力のみによる方法も可能である。振動法による中空糸膜の樹脂固定方法（ポッティング方法）の詳細は、例えば特開平３−１１４５１５号公報に開示されている。また、ポッティング樹脂の粘度は、１〜２．５Ｐａ・ｓ（１０００〜２５００センチポイズ）程度の粘度であることが好ましい。

（実施形態１）
以下、本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、中空糸膜の開口端部の形状がほぼ矩形である中空糸膜モジュール、すなわちケース部材が集水管に相当する中空糸膜モジュールを例として説明するが、特に本発明を限定するものではない。

図１は、本発明に係る製造工程を説明する図である。各工程における（ａ）は中空糸膜モジュールの横断面、（ｂ）は縦断面である。

まず、開口端５を有する中空糸膜（中空糸膜編織物）１を集水管２の側面に設けられた開口部に配置する（工程（Ａ））。次に、ゲル化材３を集水管２に注入し、ゲル化材３を加温することによりゲル化し、中空糸膜編織物１を仮固定するとともに、中空糸膜の開口端５を封止する（工程（Ｂ））。なお、先にゲル化材３を集水管２に注入しておいてから中空糸膜編織物１を配置してもよい。また、工程（Ｂ）において３’はゲル化材が中空糸膜の間に入りこんでいる部分を表す。また、ゲル化材は、例えば、集水管２に設けられた流路６から注入することができる。次に、ポッティング樹脂４をゲル化材３の上に充填し固化することにより、中空糸膜編織物１を集水管２に固定化する（工程（Ｃ））。そして、中空糸膜編織物１を固定化した後、ゲル化材３を冷却・除去する（工程（Ｄ））。ゲル化温度以上に加熱されてゲル化していたゲル化材３は、ゲル化温度未満に冷却されることにより溶液状態に戻る。そして、この溶液状態のゲル化材３を除去することにより、中空糸膜の開口端５を開口することができる。ゲル化材３の除去は特に制限するものではなく、水等の溶液で洗浄すればよい。本発明においては、温度の制御によりゲル化材３をゲル状態又は溶液状態にすることができるため、容易に中空糸膜の開口端５の封止及び開口をすることができる。

（実施形態２）
本発明の中空糸膜モジュールの製造方法において、固定化を補助する溝部形成治具を用いることができる。図５は、溝部形成治具の形状を表す概略図である。

＜溝部形成治具＞
溝部形成治具は、一部に凹部を有し、例えば集水管の開口部と前記凹部が一致するように挿入した際に、該溝部形成治具と集水管とで溝部を形成することができる部材である。この溝部に中空糸膜編織物の先端を入れることができ、本発明においては、該溝部分にゲル化材を注入することになる。

溝部形成治具は、シリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されることが好ましい。このような材料は、硬化したポッティング樹脂から容易に引き抜くことができる。特にその離型性や硬度などからフッ素樹脂製であることが好ましく、より好ましくはＰＴＦＥが好ましい。

＜中空糸膜端部の開端方法＞
溝部形成治具を使用した場合の本発明の中空糸膜モジュールの製造方法について、図２を参照にして説明する。

まず、集水管２の側面に設けた矩形の開口部と溝部形成治具（好ましくは発泡樹脂製）７の凹部とが一致するように、溝部形成治具７を集水管２に挿入する（図２（Ａ））。次に、開口部から中空糸膜編織物１を入れ、中空糸膜の開口端５の先端が溝部形成治具７の凹部に入り込む様に配置する（図２（Ｂ））。また、この際、集水管２の両端からゲル化材３やポッティング樹脂４が漏れないように漏れ止めを行ってもよい。次に、開口部からゲル化材３を流し込み、ゲル化温度以上に加熱し、中空糸膜の開口端５を封止する（図２（Ｃ））。そして、ゲル化したゲル化材の上にポッティング樹脂４を流し込み硬化させる（図２（Ｄ））。そして、溝部形成治具を集水管２から外し、ゲル状物３をゲル化温度未満に冷却し、ゲル状物３を除去することで、中空糸膜モジュールを得ることができる。

なお、このようにして得られたものの集水管２の両端に、キャップを接合することにより、樹脂固定部からの漏れの全くない中空糸膜モジュールを得ることができる。

ここで、キャップは、集水管２と同じ材質であることが望ましい。例えば同じ材質の樹脂である場合は、一般的に樹脂配管に行われているように、溶剤接着で容易に接合することが可能である。また、集水管２とキャップがそれぞれ雄ネジと雌ネジを形成するようにして、ねじ込みによる接合も可能である。キャップは、吸引濾過の為に、配管が接合できる構造になっていることが望ましい。
また、本発明では、従来例と同様に型枠治具を使用してポッティング樹脂で樹脂固定し、その後、集水管の開口部に挿入して固定することも可能であるが、樹脂固定部からの漏れを防止するという観点からは、上記の実施形態に示すように集水管に直接接合する方法が好ましい。

上述のように、本発明のように熱ゲル化特性を有するゲル化材を利用して中空糸膜の開口端の封止・開口を行うことで、切断等の手法を用いることなく、中空糸膜モジュールを容易に量産することができる。

また本発明の製造方法により製造された中空糸膜モジュールは、脱気を目的として用いてもよい。

以下、実施例により本発明の中空糸膜モジュールの製造方法を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。

（実施例１）
ＰＥＴ（ポリエステル）繊維を組紐状に加工しその表面にＰＶＤＦ多孔質部を形成した多孔質中空糸膜（三菱レイヨン（株）製、内径１０００μｍ、外径２８００μｍ）を３本合糸して緯糸とし、幅１０００ｍｍで編み長さ２０００ｍｍで編地５枚を編成し、中空糸膜編織物を得た。この中空糸膜編織物の端部を切断し、開口端を形成した。

集水管の部材として、外径３８ｍｍ×内径３６ｍｍ×長さ１２００ｍｍのＰＰＳ（ポリフェニルスルフォン）製角形パイプ（東ソー社製、商品名；サスティール Ｐ６０−１２）を用いた。この側面に幅１８ｍｍ×長さ１０００ｍｍのほぼ矩形状の開口部を設けた。また、この集水管の両側から溝部形成治具を挿入し、溝部を形成した。また、ＰＴＦＥ製の加工用キャップで集水管をシールした。

ゲル化材としては、ＨＰＭＣ（ヒドロキシプロピルメチルセルロース、信越化学工業（株）製、商品名；メトローズ ６５ＳＨ−４０００、２０°における２％溶液の粘度４００ｍＰａ・ｓ，ゲル化温度：７５℃）の２質量％水溶液を用いた。

中空糸膜編織物を集水管に設けた開口部から挿入し、中空糸膜の開口端を溝部に配置した。次に、ゲル化材（ＨＰＭＣの２質量％水溶液）を開口部付近に配置した中空糸膜近傍（溝部）に注入した。次に、遠赤外線ヒーターにより集水管部付近を７０℃に加温し、ゲル化材をゲル化し、中空糸膜編織物を仮固定した。その後、ポッティング樹脂として、常温硬化型エポキシ樹脂である「Ａｒａｌｄｉｔｅ２０２０」（商品名、ハンツマン・ジャパン社製）を充填し、固化させた。そして、集水管を加温していた遠赤外線ヒーターによる加温をやめ、ゲル化材が室温になるまで冷却した。その後、溝部に注入されていたゲル化材が液状化したことを確認し、溝部形成治具を取り外して液を排出させ、ゲル化材液状物を水により洗浄し、中空糸膜の開口端を開口させた。乾燥後、集水管の両端に配管口付きの塩ビキャップを溶剤接着した。この中空糸膜モジュールの有効膜面積は２５ｍ²であった。さらに、エタノールを用いた膜リーク検査においてリークは見られなかった。

（実施例２）
ポッティング樹脂として２液硬化型ウレタン樹脂であるＡｒａｌｄｉｔｅウレタン９８ＳＢ」（商品名、ハンツマン・ジャパン社製）を用いたこと以外は実施例１と同様に実施した。そして、集水管を加温していた遠赤外線ヒーターによる加温をやめ、ゲル化材が室温になるまで冷却した。その後、溝部に注入されていたゲル化材が液状化したことを確認し溝部形成治具を取り外して液を排出させ、ゲル化材液状物を水により洗浄し、中空糸膜の開口端を開口させた。乾燥後、集水管の両端に配管口付きの塩ビキャップを溶剤接着した。この中空糸膜モジュールの有効膜面積は２５ｍ²であった。さらに、エタノールを用いた膜リーク検査においてリークは見られなかった。

（実施例３）
ゲル化材としては、ＭＣ（メチルセルロース、信越化学工業（株）製、商品名；メトローズ ＳＭ−４０００、２０°における２％溶液の粘度４０００ｍＰａ・ｓ、ゲル化温度：５５℃）の２質量％水溶液を用いたこと以外は、実施例１と同様に行った。そして、集水管を加温していた遠赤外線ヒーターによる加温をやめ、ゲル化材が室温になるまで冷却した。その後、溝部に注入されていたゲル化材が液状化したことを確認し溝部形成治具を取り外して液を排出させ、ゲル化材液状物を水により洗浄し、中空糸膜の開口端を開口させた。乾燥後、集水管の両端に配管口付きの塩ビキャップを溶剤接着した。この中空糸膜モジュールの有効膜面積は２５ｍ²であった。さらに、エタノールを用いた膜リーク検査においてリークは見られなかった。

（比較例）
ゲル化材としては、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール、クラレ（株）製、商品名；ポバール ＰＶＡ２１７）を１８０℃で溶解したものを用いたこと以外は、実施例１と同様に実施した。冷却固化後、８０℃の熱水を用いてＰＶＡの溶出を行った。しかし、ＰＶＡの溶解に３時間を要したのに加え、加熱したことで集水部材とポッティング樹脂との間に剥離を生じたために、モジュールを形成することが出来なかった。

本発明による中空糸膜モジュールの製造方法の工程図を説明する図である（（ａ）横断面図、（ｂ）縦断面図）。 本発明による中空糸膜モジュールの製造方法において、溝部形成治具を使用した場合の工程図を説明する図である（（ａ）横断面図、（ｂ）縦断面図）。 一般的な中空糸膜モジュールの一例を示す図である（（ａ）横断面図、（ｂ）縦断面図）。 溝部形成治具の形状の一例を示した外観斜視図である。 中空糸膜モジュールの構成例を示す図である。（Ａ）中空糸膜の片端だけに集水管を設けた構成を表す図である。（Ｂ）中空糸膜の両側に集水管を設けた構成を表す図である。

符号の説明

１ 中空糸膜（中空糸膜編織物）
２ 集水管
３ ゲル化材
４ ポッティング樹脂
５ 中空糸膜の開口端
６ キャップ
７ 溝部形成治具
８ 型枠治具

Claims (9)

1. ケース部材に複数の中空糸膜をポッティング樹脂を用いて固定化する中空糸膜モジュールの製造方法であって、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、又はヒドロキシアルキルアルキルセルロースを含むゲル化材をゲル化温度以上に加熱してゲル化させることで前記中空糸膜の開口端を封止し、前記ゲル化材で封止された中空糸膜の開口端上部をポッティング樹脂で固定化した後、前記ゲル化材をゲル化温度未満に冷却して除去することで前記中空糸膜の開口端を開口することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
2. （１）前記中空糸膜とゲル化温度未満のゲル化材とを、前記中空糸膜の開口端が該ゲル化材に浸かるように前記ケース部材に配置する工程と、
   （２）前記ゲル化材をゲル化温度以上に加熱し、前記中空糸膜の開口端を封止する工程と、
   （３）前記ゲル化温度以上のゲル化材の上に前記ポッティング樹脂を充填して固化させる工程と、
   （４）前記ゲル化材をゲル化温度未満に冷却して除去することにより、前記中空糸膜の開口端を開口する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記ケース部材は前記中空糸膜内側に濾過された流体を集める集水管であり、
   前記工程（１）において、前記中空糸膜の開口端は、前記集水管に設けられた開口部より挿入され、前記工程（３）において、該開口部で前記ポッティング樹脂で固定化されることを特徴とする請求項２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 前記工程（１）において、前記中空糸膜の開口端が入るように凹部を設けた溝部形成治具を前記集水管の内部に挿入し、該凹部に前記中空糸膜の開口端を配置し、該凹部に前記ゲル化材を注入することを特徴とする請求項３に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
5. 前記中空糸膜の開口端を封止してから開口させるまでの間、前記ゲル化材をゲル化温度以上に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
6. 前記アルキルセルロースがメチルセルロース又はエチルセルロースであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
7. 前記ヒドロキシアルキルアルキルセルロースがヒドロキシプロピルメチルセルロースであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
8. 前記ヒドロキシアルキルセルロースがヒドロキシエチルセルロース又はヒドロキシプロピルセルロースであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
9. 前記ゲル化材は、ＪＩＳ Ｋ２２８３−１９９３に規定されるウベローデ粘度計において、２質量％水溶液の２０℃の粘度測定値が４，０００ｍＰａ・ｓ以上３０，０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。