JP6854412B2 - 中空糸膜及び中空糸膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜及び中空糸膜の製造方法に関する。

従来、水処理用の濾過膜として中空糸膜が知られている。中空糸膜は、一端が閉止された細長い管状の濾過膜であり、外側から接触する被処理水を濾過し、内側に濾過水を得るものである。

中空糸膜としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質延伸チューブを支持体とし、この支持層の外表面に濾過層を備えるもの（特許文献１）、複数の樹脂細線からなる糸で編成された中空状組紐を支持体とし、この支持体の外表面に多孔質膜層を備えるもの（特許文献２）が提案されている。

特許文献１の中空糸膜は、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質延伸チューブ（支持体）の外表面に帯状の多孔質樹脂シート（濾過層）を螺旋状に巻回し、支持体及び濾過層をこれらの融点以上の温度（３５０℃）で溶着して両者を一体化するものであり、機械的耐久性及び耐薬品性を向上させたものである。

また、特許文献２の中空糸膜は、複数の樹脂細線からなる糸で編成された中空状組紐（支持体）の外表面に多孔質膜層の製膜原液を塗布し、支持体内に製膜原液が進入した状態で製膜原液を凝固させて多孔質膜層を形成するものであり、支持体及び多孔質膜層の接着強度を向上させたものである。

特開２００４−１４１７５３号公報 特許第５３４１７６０号公報

水処理用の中空糸膜には、一定の透水性能とともに機械的耐久性及び耐薬品性が求められる。特許文献１の中空糸膜は、引張強度があまり高くない延伸多孔質体を支持体として用い、この支持体に濾過層を直接接合した構成であるため、中空糸膜が曲げ変形する場合の機械的耐久性を向上させるにはさらなる工夫が必要である。また、特許文献２の中空糸膜は、凝固させることが可能な製膜原液を多孔質膜層の材料として選択する必要があるので、耐薬品性の高いポリテトラフルオロエチレン等を多孔質膜層に用いることができず、多孔質膜層の材料が制限される。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、耐薬品性と機械的耐久性とを両立可能な中空糸膜及びこの中空糸膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る中空糸膜は、１又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体と、上記支持体の外表面に積層され、少なくとも一部が上記支持体に溶着する多孔性の接合層と、上記接合層の上記支持体側とは逆側に積層され、上記接合層の少なくとも一部が溶着する多孔性の濾過シートとを備える。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様に係る中空糸膜の製造方法は、多孔性の接合層及び多孔性の濾過シートを熱ラミネートする工程と、１又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体における外表面及び上記熱ラミネート工程後のシートの上記接合層側を接触させ、上記支持体及び上記熱ラミネート工程後のシートを熱ラミネートする工程とを有する。

本発明は、耐薬品性と機械的耐久性とを両立可能な中空糸膜を提供できる。

本発明の一実施形態に係る中空糸膜を長手方向に沿って切断した断面の一部を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る中空糸膜を示す模式的斜視断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

本発明の一態様に係る中空糸膜は、１又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体と、上記支持体の外表面に積層され、少なくとも一部が上記支持体に溶着する多孔性の接合層と、上記接合層の上記支持体側とは逆側に積層され、上記接合層の少なくとも一部が溶着する多孔性の濾過シートとを備える。

当該中空糸膜は、支持体及び濾過シート間に接合層を備え、この接合層が支持体及び濾過シートに溶着してこれらを接合するので、支持体及び濾過シートを強く接合できるとともに、支持体及び濾過シートの材料を比較的自由に選択できる。また、当該中空糸膜の支持体は、１又は複数の紐体で編成されているので、高い引張強度と適度な柔軟性とを有する。このため、当該中空糸膜は、高い引張強度を有する支持体を基体とし、この支持体に接合層を介して濾過シートを接合するので、曲げ変形する際にも濾過シートが支持体から剥離し難く、濾過時又は逆洗時の耐圧性が高い。つまり、当該中空糸膜は、支持体及び濾過シートの材料として耐薬品性の高いものを選択可能であり、かつ構造的に機械的耐久性を向上させるものであるので、耐薬品性と機械的耐久性とを両立できる。

上記支持体が筒状に形成されており、上記濾過シートが帯状に形成されており、上記濾過シートが、上記接合層を介し、上記支持体の外表面に対して螺旋状かつストライプ状に巻回されているとよい。これにより、支持体と濾過シートとが接合層を介して容易かつ確実に接合される。

上記紐体が８本以上３２本以下の樹脂細線で編成されているとよい。支持体を編成する紐体が、８本以上３２本以下の樹脂細線で編成されていることで、支持体の機械的強度が一層向上する。

上記接合層が不織布又は多孔性樹脂であるとよい。これにより、当該中空糸膜が曲げ変形する際に接合層が適度に変形して応力を分散させるので、濾過シートが支持体から一層剥離し難くなる。

上記濾過シートの主成分がポリテトラフルオロエチレンであるとよい。当該中空糸膜は、耐薬品性の高いポリテトラフルオロエチレンが外表面に配設される濾過シートに用いられることで、耐薬品性が向上する。ここで、主成分とは、最も含有量の多い成分を示し、例えば含有量が５０質量％以上の成分を示す。

上記濾過シートの平均厚さが１２μｍ以上１００μｍ以下であり、上記濾過シートの平均孔径が０．０１μｍ以上０．４５μｍ以下であり、当該中空糸膜のバブルポイントが８０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下であるとよい。これにより、当該中空糸膜の透水性能と不純物除去性能とがバランスよく調整される。ここで、平均孔径とは、１０以上の孔を顕微鏡観察し、孔の最大径とこの最大径に直交する方向の径との平均値をサンプル全体で平均した値を示す。また、バブルポイントとは、イソプロピルアルコールを用い、ＪＩＳ−Ｋ３８３２（１９９０）に準拠して測定される値を示す。

本発明の他の一態様に係る中空糸膜の製造方法は、中空糸膜を製造する方法であって、多孔性の接合層及び多孔性の濾過シートを熱ラミネートする工程と、１又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体における外表面と上記熱ラミネート工程後のシートの上記接合層側とを接触させ、上記支持体及び上記熱ラミネート工程後のシートを熱ラミネートする工程とを有する。

当該中空糸膜の製造方法は、接合層を濾過シートに対して溶着した後、このシートの接合層を支持体に対して溶着するので、接合層を介して支持体及び濾過シートを比較的容易に接合できる。つまり、当該中空糸膜の製造方法は、耐薬品性と機械的耐久性とを両立した中空糸膜を比較的容易に製造できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る中空糸膜及び中空糸膜の製造方法を説明する。

［中空糸膜］
図１及び図２の中空糸膜１は、１又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体２と、支持体２の外表面に積層され、少なくとも一部が支持体２に溶着する多孔性の接合層３と、接合層３の支持体２側とは逆側に積層され、接合層３の少なくとも一部が溶着する多孔性の濾過シート４とを備える。

支持体２を編成する紐体は、８本以上３２本以下の樹脂細線で編成されており、支持体２は筒状に形成されている。接合層３は不織布又は多孔性樹脂である。濾過シート４は、帯状に形成されている。濾過シート４の主成分はポリテトラフルオロエチレンであり、濾過シート４の平均厚さは１２μｍ以上１００μｍ以下であり、濾過シート４の平均孔径は０．０１μｍ以上０．４５μｍ以下である。濾過シート４は、接合層３を介し、支持体２の外表面に対して螺旋状かつストライプ状に巻回されている。中空糸膜１のバブルポイントは８０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下である。

中空糸膜１は、水処理に用いられる中空糸膜であり、図１に示すように、支持体２の外表面に接合層３及び濾過シート４がこの順で重畳するように積層している。中空糸膜１は、図２に示すように、濾過シート４側から接触する被処理水を濾過し、支持体２の内側の中空部５に濾過水を得るように筒状に構成されている。

中空糸膜１のバブルポイントの下限としては、８０ｋＰａが好ましく、１００ｋＰａがより好ましく、１２０ｋＰａがさらに好ましい。一方、中空糸膜１のバブルポイントの上限としては、２００ｋＰａが好ましく、１８０ｋＰａがより好ましく、１６０ｋＰａがさらに好ましい。中空糸膜１のバブルポイントが上記下限に満たないと、被処理水が十分に濾過されないおそれがある。逆に、中空糸膜１のバブルポイントが上記上限を超えると、通水抵抗が増加し、濾過効率が低下するおそれがある。

＜支持体＞
支持体２は、中空糸膜１の基体となる部材であり、筒状に形成されている。支持体２は、１又は複数の紐体で編成されており、濾過水が紐体の隙間を透過できる程度の多孔性を有している。また、支持体２の内側には中空部５が形成されている。

支持体２の平均厚さ（平均肉厚）の下限としては、０．１ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましく、０．５ｍｍがさらに好ましい。一方、支持体２の平均厚さの上限としては、２ｍｍが好ましく、１．７ｍｍがより好ましく、１．５ｍｍがさらに好ましい。支持体２の平均厚さが上記下限に満たないと、支持体２の機械的強度が不足するおそれがある。逆に、支持体２の平均厚さが上記上限を超えると、中空糸膜１が太くなり過ぎることで、複数の中空糸膜１が用いられる際に中空糸膜１の数密度が減少し、濾過効率が低下するおそれがある。

（紐体）
支持体２を編成する紐体は、機械的強度を向上させるために、複数本の樹脂細線で編成されている。樹脂細線の材料としては、特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分とした樹脂が用いられる。

紐体を編成する樹脂細線の本数の下限としては、８本が好ましく、１０本がより好ましく、１２本がさらに好ましい。一方、紐体を編成する樹脂細線の本数の上限としては、３２本が好ましく、２８本がより好ましく、２４本がさらに好ましい。紐体を編成する樹脂細線の本数が上記下限に満たないと、紐体の機械的強度が不足するおそれがある。逆に、紐体を編成する樹脂細線の本数が上記上限を超えると、紐体の製造コストが増加するおそれがある。

＜接合層＞
接合層３は、支持体２と接触する面が支持体２に溶着し、濾過シート４と接触する面が濾過シート４に溶着することで、支持体２及び濾過シート４を接合する中間層であり、筒状の支持体２の外表面と濾過シート４の内側面との間に積層される。接合層３は、支持体２と接触する面から所定の厚み分だけ溶解し、この溶解した厚み領域で支持体２と接合され、濾過シート４と接触する面から所定の厚み分だけ溶解し、この溶解した厚み領域で濾過シート４と接合される。接合層３としては、樹脂粉末を熱処理して得られる多孔性樹脂又は不織布が用いられる。多孔性樹脂又は不織布の材料としては、特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分とした多孔性樹脂が用いられる。接合層３は、支持体２との接合における親和性を良好にする観点から、支持体２と同じ材料であると好ましい。

接合層３の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましく、３０μｍがさらに好ましい。一方、接合層３の平均厚さの上限としては、２００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましく、１００μｍがさらに好ましい。接合層３の平均厚さが上記下限に満たないと、支持体２及び濾過シート４に対する溶着が不十分となり、接合層３の接合力が不足するおそれがある。逆に、接合層３の平均厚さが上記上限を超えると、中空糸膜１が太くなり過ぎることで、複数の中空糸膜１が用いられる際に中空糸膜１の数密度が減少し、濾過効率が低下するおそれがある。

接合層３は、中空糸膜１が製造される際に支持体２及び濾過シート４に溶着するため、融点が支持体２の融点以下かつ濾過シート４の融点以下であると好ましい。例えば濾過シート４としてポリテトラフルオロエチレン（融点約３２７℃）が用いられ、支持体２としてポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン又はポリプロピレン（融点約１１０℃〜２６０℃）が用いられる場合、接合層３として支持体２と同じ材料のもの又は支持体２の融点以下のものが用いられるとよい。

＜濾過シート＞
濾過シート４は、接合層３の外表面に配設され、被処理水を濾過する機能を有する帯状の多孔性シートである。濾過シート４としては、耐薬品性を有する多孔性樹脂が用いられると好ましく、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とした多孔性樹脂が用いられる。濾過シート４は、筒状の支持体２の外表面に対して螺旋状かつストライプ状に巻回されることにより、中空糸膜１の外表面を覆うように配設されている。また、濾過シート４は、側部が重畳するように支持体２の外表面に対して隙間なく巻回されている。つまり、中空糸膜１は、濾過シート４が螺旋状かつストライプ状に重畳した重畳部６を有している。なお、重畳部６では、支持体２、接合層３、濾過シート４、接合層３及び濾過シート４がこの順で接合されている。

濾過シート４の平均厚さの下限としては、１２μｍが好ましく、１５μｍがより好ましく、１８μｍがさらに好ましい。一方、濾過シート４の平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましく、６０μｍがさらに好ましい。濾過シート４の平均厚さが上記下限に満たないと、被処理水が十分に濾過されないおそれがある。逆に、濾過シート４の平均厚さが上記上限を超えると、通水抵抗が増加し、濾過効率が低下するおそれがある。

濾過シート４の平均孔径の下限としては、０．０１μｍが好ましく、０．０５μｍがより好ましく、０．１０μｍがさらに好ましい。一方、濾過シート４の平均孔径の上限としては、０．４５μｍが好ましく、０．４０μｍがより好ましく、０．３５μｍがさらに好ましい。濾過シート４の平均孔径が上記下限に満たないと、通水抵抗が増加し、濾過効率が低下するおそれがある。逆に、濾過シート４の平均孔径が上記上限を超えると、被処理水が十分に濾過されないおそれがある。

［中空糸膜の製造方法］
当該中空糸膜の製造方法は、中空糸膜１を製造する方法であって、多孔性の接合層３及び多孔性の濾過シート４を熱ラミネートする第１ラミネート工程と、１又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体２における外表面と第１ラミネート工程後のシートの接合層３側とを接触させ、支持体２及び第１ラミネート工程後のシートを熱ラミネートする第２ラミネート工程とを有する。

＜第１ラミネート工程＞
第１ラミネート工程では、濾過シート４の一方の面に接合層３を平面視で重畳するように積層した状態で接合層３及び濾過シート４を熱ラミネートすることにより、濾過シート４に接合層３を溶着する。接合層３としては、濾過シート４より融点が低いものが用いられる。

熱ラミネートの方法としては、特に限定されないが、例えば接合層３の一方の面側を所定の厚み分だけ溶解した後、この溶解面に濾過シート４を接触させた状態で冷却することで濾過シート４に接合層３を溶着する方法や、接合層３及び濾過シート４を積層した状態で、濾過シート４側から加熱して濾過シート４近傍の接合層３を所定の厚み分だけ溶解した後、冷却することで濾過シート４に接合層３を溶着する方法が用いられる。なお、接合層３は、接合層３の融点より１０℃から５０℃程度高い温度で所定の厚み分が溶解されるとよい。

第１ラミネート工程後の積層シートは、第２ラミネート工程の前に、例えば裁断等の方法を用いて帯状に加工される。なお、第１ラミネート工程後の積層シートの形状が帯状であればよいので、第１ラミネート工程後の積層シートを加工する方法に替えて、例えば帯状の濾過シート４を用いて第１ラミネート工程を実行することにより帯状の積層シートを得る方法が採用されてもよい。

＜第２ラミネート工程＞
第２ラミネート工程では、第１ラミネート工程後の積層シートの接合層３側と筒状の支持体２の外表面とを接触させた状態で、積層シートと支持体２とを熱ラミネートする。これにより、支持体２に接合層３が溶着する。支持体２としては、接合層３と同じ材料が用いられてもよいし、接合層３の融点以上の材料が用いられてもよい。

帯状の積層シートと支持体２とが積層される際には、図２に示すように、筒状の支持体２の外表面に対して帯状の積層シートが螺旋状かつストライプ状に巻回されることにより、支持体２の外表面に接合層３及び濾過シート４がこの順で積層される。製造された中空糸膜１の外表面は濾過シート４で隙間なく覆われている必要があるので、帯状の積層シートは、側部が重畳するように支持体２に対して螺旋状かつストライプ状に巻回される。

熱ラミネートの方法としては、特に限定されないが、例えば帯状の積層シートの接合層３側を所定の厚み分だけ溶解した後、この溶解面に支持体２の外表面及び積層シートの側部上面を接触させつつ帯状の積層シートを支持体２に対して螺旋状かつストライプ状に巻回することで支持体２に接合層３を溶着する方法が用いられる。なお、接合層３は、接合層３の融点より１０℃から５０℃程度高い温度で所定の厚み分が溶解されるとよい。

（利点）
当該中空糸膜１は、支持体２及び濾過シート４間に接合層３を備え、この接合層３が支持体２及び濾過シート４に溶着してこれらを接合するので、支持体２及び濾過シート４を強く接合する。当該中空糸膜１の支持体２は、８本以上３２本以下の樹脂細線で編成された紐体によって編成されているので高い引張強度と適度な柔軟性を有している。当該中空糸膜１の接合層３は、不織布又は多孔性樹脂であるので、当該中空糸膜１が曲げ変形する際に適度に変形して応力を分散させる。このため、当該中空糸膜１は、高い引張強度を有する支持体２を基体とし、この支持体２に接合層３を介して濾過シート４を接合するので、曲げ変形する際にも濾過シート４及び接合層３が支持体２から剥離し難く、濾過時又は逆洗時の耐圧性が高い。また、当該中空糸膜１の濾過シート４には、耐薬品性の高いポリテトラフルオロエチレンが用いられているので、当該中空糸膜１は、耐薬品性と機械的耐久性とを両立する。さらに、当該中空糸膜１は、バブルポイントが８０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下であるので、透水性能と不純物除去性能とがバランスよく調整される。

当該中空糸膜の製造方法は、接合層３を濾過シート４に対して溶着した後、このシートの接合層３を支持体２に対して溶着するので、接合層３を介して支持体２及び濾過シート４を比較的容易に接合できる。また、当該中空糸膜の製造方法は、筒状の支持体２の外表面に対して帯状の濾過シート４を側部が重畳するように螺旋状かつストライプ状に巻回するので、外表面が濾過シート４で隙間なく覆われた中空糸膜１を製造できるとともに、接合層３を介して支持体２及び濾過シート４を容易かつ確実に接合できる。

［他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

上記実施形態では、支持体２が筒状に形成されるものについて説明したが、支持体２は内側に中空部５が形成されていればよく、支持体２の形状は筒状に限定されない。

上記実施形態では、帯状の濾過シート４が筒状の支持体２の外表面に対して螺旋状かつストライプ状に巻回されるものについて説明したが、濾過シート４が接合層３を介して支持体２の外表面に接合される積層構造であれば、他の手順で支持体２、接合層３及び濾過シート４が接合されてもよい。

本発明の中空糸膜及び本発明の中空糸膜の製造方法で製造された中空糸膜は、耐薬品性と機械的耐久性とを両立できる。

１ 中空糸膜
２ 支持体
３ 接合層
４ 濾過シート
５ 中空部
６ 重畳部

Claims (6)

1. １又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体と、
   上記支持体の外表面に積層され、少なくとも一部が上記支持体に溶着する多孔性の接合層と、
   上記接合層の上記支持体側とは逆側に積層され、上記接合層の少なくとも一部が溶着する多孔性の濾過シートと
   を備え、
   上記紐体が８本以上３２本以下の樹脂細線で編成され、
   上記支持体が、平均厚さ０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、
   上記濾過シートの平均厚さが１２μｍ以上１００μｍ以下であり、
   上記濾過シートの平均孔径が０．０１μｍ以上０．４５μｍ以下である中空糸膜。
2. 上記支持体が筒状に形成されており、
   上記濾過シートが帯状に形成されており、
   上記濾過シートが、上記接合層を介し、上記支持体の外表面に対して螺旋状かつストライプ状に巻回されている請求項１に記載の中空糸膜。
3. 上記接合層が不織布又は多孔性樹脂である請求項１又は請求項２に記載の中空糸膜。
4. 上記濾過シートの主成分がポリテトラフルオロエチレンである請求項１、請求項２又は請求項３に記載の中空糸膜。
5. バブルポイントが８０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の中空糸膜。
6. 中空糸膜を製造する方法であって、
   多孔性の接合層及び多孔性の濾過シートを熱ラミネートする工程と、
   １又は複数の紐体で編成され、多孔性を有する中空の支持体における外表面及び上記熱ラミネート工程後のシートの上記接合層側を接触させ、上記支持体及び上記熱ラミネート工程後のシートを熱ラミネートする工程と
   を有し、
   上記紐体が８本以上３２本以下の樹脂細線で編成され、
   上記支持体が、平均厚さ０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、
   上記濾過シートの平均厚さが１２μｍ以上１００μｍ以下であり、
   上記濾過シートの平均孔径が０．０１μｍ以上０．４５μｍ以下である中空糸膜の製造方法。

Images