JPH01164404A - 濾過素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、中空糸状濾過膜からなる濾過素子に関する。

詳しく述べるならば、多数本の中空糸状濾過膜の端部が
熱溶融によって接着固定されている濾過素子に関する。

（従来技術） 従来、中空糸状濾過膜からなる濾過素子の端部を接着固
定するためには、特公昭３９−２８６２５号公報、特公
昭４４−５５２６号公報Ｇこ記載されているように、接
着力が強固で耐熱性もあり、機械的に強いエポキシ樹脂
等の接着剤が使われている。

（発明が解決しようとする問題点） エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が、多数本の中空糸状濾
過膜の接着固定に使用されると、次のような問題点があ
る。

濾過素子からのＴＯＣの溶出が問題となる半導体薬品の
精製や超純水の用途に適用される濾過素子において、完
全にＴＯＣの溶出を抑えることが難しいエポキシ樹脂等
の接着剤が使われるのは、決して望ましくない。

また、弗素樹脂性の中空糸状濾過膜が開発され実用化さ
れているが、弗素樹脂は、エポキシ樹脂等の接着剤より
耐熱性、耐薬品性に優れているので、濾過素子の利用範
囲がエポキシ樹脂の性質で決まってしまい、弗素樹脂製
中空糸膜の特性が生かされない。

（問題を解決するための手段） 本発明者は、空隙率が３０〜９５％の中空糸状濾過膜か
らなる濾過素子について鋭意研究を重ねた結果、熱可塑
性樹脂からなる中空糸状濾過膜においては、中空糸状濾
過膜を加熱処理し、中空糸状濾過膜の端部の少なくとも
外周部を溶融させて、外周部どうしを接近させるか押し
つければ、液密的な濾過素子の端部が得られるとの考え
に至った。

しかしながら、中空糸状濾過膜は、単なるチューブと異
なり、空隙があるため加熱による収縮量が大きく、中空
糸状濾過膜の内径及び外径が激減してしまう。

例えば、特開昭６２−１０６８０８号公頼に記載された
方法で製造したエチレン−テトラフルオロエチレン共重
合樹脂製の内径０．７７ｍ、外径１、２４　ａｍ、空隙
率６７％の中空糸状濾過膜を２８５℃に設定された炉の
中に１０秒間放置したのち、室温まで空冷して得られた
中空糸の内径は０．３０１−であり加熱前の約３９％に
まで激減してしまう。

このことは、中空糸状濾過膜からなる濾過素子において
は、致命的なことである。すなわち、８８分の多い液体
を濾過する時などは、中空糸状濾過膜の内径が小さいた
めに、中空糸状濾過膜の開口端が８８分で閉塞されてし
まい濾過不能となる場合がある。

また、高粘度液体の濾過に際しては、中空糸状濾過膜の
内径が小さいと中空糸状濾過膜の長手方向における圧力
損失が大きくなるため、有効に利用される濾過圧力が長
手方向で減少し、透過量も低下してしまい、濾過素子と
しての経済性も低下し、実用上不利益となる。

同様に外径は、０．４２Ｍまで激減してしまうため、加
熱処理中に中空糸状濾過膜どうしの接触を維持すること
は困難であり、中空糸状濾過膜どおしの溶融接着が、容
易にはできないことが判明した。　本発明者は、いかに
開口している孔４の径を実質的に濾過素子の長手方向で
変えずに、中空糸状濾過膜とおしの溶融接着ができるか
について研究を重ねた結果、中空糸状濾過膜を使った濾
過素子からのＴＯＣ溶出がなく、濾過性能に影響を及ぼ
さない濾過素子を完成させた。

すなわち、この発明は、（１）熱可塑性樹脂からなる空
隙率３０〜９５％の中空糸状濾過膜が端部においてのみ
、隣接する中空糸状濾過膜と相互に液密的に溶融接着さ
れており、その溶融接着部の断面に開口している孔の径
が、前記中空糸状濾過膜の内径と実質的に同一で、かつ
濾過素子の長手方向で変わらないことを特徴とする濾過
素子、および、（２）中空糸状濾過膜と同一素材か、中
空糸状濾過膜素材の融点の０．５〜１．５倍の融点を有
する熱可塑性樹脂層が、溶融接着部の外周部に溶融接着
されていることを特徴とする上記（１）に記載の濾過素
子に関する。

本発明に使用される中空糸状濾過膜は、熱可塑性樹脂か
らなる。熱可塑性樹脂としては、ＦＥＰ（四ふつ化エチ
レンー六ぶつ化プロピレン共重合ｍＭｉ）　、Ｐ　Ｆ　
Ａ　（四ふつ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエ
ーテル共重合樹脂）、ＥＴＦＥ（四ふつ化エチレン−エ
チレン共重合樹脂）、ポリエチレン、ポリスルホンなど
があげられる。

また、本発明に用いられる中空糸状濾過膜としては、外
径８龍以下、好ましくは２酊以下で、膜厚が５μｍ以上
、好ましくは３０〜５００μｍのものが適しており、膜
の空隙率は３０〜９５％、特に５０〜８５％が好適であ
る。ここでいう空隙率（Ｐｒ）とは、ごく−船釣に用い
られている意味と同じであり、次式で定義される。

Ｐｒ＝　（１，−Ｐｂ／Ｐａ）Ｘ１００　（％）ここで
、Ｐａは空隙を有さない膜素材の密度、ｐｂは膜の重量
をその壁膜の体積で割った値である。

本発明でいう濾過膜とは、平均孔径０．０５〜１μのミ
クロフィルターの領域のみならず、よりふるい目の小さ
な限外濾過膜をも含むものである。

つぎに、本発明の濾過素子を図面によって説明する。

第１図は本発明の濾過素子の一例の概要を示す正面図で
ある。中空状濾過膜１が多数本束ねられ、その端部にお
いてのみ、隣接する濾過膜と相互に液密的に溶融接着さ
れ、溶融接着部２を形成し、全体として濾過素子５を形
成している。濾過素子５は溶融接着部２の端面に開口し
た多数の孔４を有しており、この孔４の径は溶融接着す
る前の中空糸状濾過膜１の内径と実質的に同一である。

しかも、濾過素子５の長手方向全体にわたって、この径
の大きさは実質的に変らない。いいかえれば、中空糸状
濾過膜１は、その端部において外周部分が溶融し、隣接
中空状膜と接着しているものの、その内径ははじめの状
態を維持しているのである。

第２図は、第１図のＡ−Ａ面で切った濾過素子の断面図
である。

第３図は本発明の濾過素子の別の一態様を示す正面図で
あり、第４図はＢ−Ｂ面で切ったその断面図である。複
数本束ねられた中空糸状濾過膜１は、その両端部におい
てのみ相互に溶融接着されて溶融接着部２を形成してお
り、溶融接着部２の外周部にはさらに熱可塑性樹脂層６
が溶融接着されて、全体として濾過素子５が形成されて
いる。

すなわち、溶融接着部２の外周部に熱可塑性樹脂層６が
設けられている以外は、第１図に示された濾過素子と同
じ構造を有する。熱可塑性樹脂層６は、前記した中空糸
状濾過膜と同一素材か、中空糸状濾過膜素材の融点の０
．５〜１．５倍の融点を有する熱可塑性樹脂からなる。

ここでいう融点とは、結晶性樹脂の場合は融点を、非品
性樹脂の場合はガラス転移点をいう。使用される上記熱
可塑性樹脂としては、例えば、ＦＥＰ　（融点２５０〜
２９５℃）、ＰＦＡ　（融点３０２〜３１０℃）　、Ｅ
ＴＦＥ　（融点２７０℃）、ポリエチレン（融点１０８
〜１３５℃）、ポリスルホン（ガラス転移点１９０℃）
などが挙げられる。

但し、中空糸状濾過膜１と熱可塑性樹脂層６の素材の組
合わせは、溶融接着する時の最高加熱温度が、どちらか
一方の素材の分解温度以下である事が必須である。好ま
しくは、同一融点の素材どおしか、同一素材の組合せが
望ましい。

第１図に示されるような濾過素子は、溶融接着された両
端部にチューブを液密に取り付け、このチューブが原液
の出入口となるモジュール形態が可能である。

また、第３図に示される濾過素子は、原液の出入口を有
するケース内に濾過素子を挿入し、熱可塑性樹脂層６と
ケースとを液密的にシールした、原液と濾過液とを隔離
したモジュール形態が取りうる。

以下、本発明の濾過素子の製造方法の一例として、無機
微粉体を含有している中空糸状濾過膜を用いて濾過素子
を制作する方法について述べる。

この例では、特開昭６２−１０６８０８号公報に記載さ
れている方法で製造される中空糸状濾過膜のうち、該公
報の実施例７で示されているクロロトリフルオロエチレ
ンオリゴマーを抽出したエチレン−テトラフルオロエチ
レン共重合体中空糸（半抽出膜）を用いた。この半抽出
膜の端部の肉厚部の少なくとも外周部に含有されている
無機微粉体を抽出して、この端部を加熱することにより
、少なくともその外周部を溶融し、半抽出膜の端部どう
しを溶融接着する方法について述べる。

まず、無機微粉体を含有した中空糸状濾過膜から無機微
粉体を抽出する方法は、無機微粉体の溶剤にて行う。

例えば、無ａｍ粉体が珪酸であれば、水酸化ナトリウム
の水溶液で半抽出膜から微粉珪酸を抽出すればよい。こ
の抽出操作を繰り返し行えば、より完全に微粉珪酸が抽
出でき、中空糸状濾過膜に残存する微粉珪酸の量は少な
くなる。

さらに、効率的に半抽出膜から無機微粉体を抽出する方
法は、無機微粉体の溶剤中に中空糸状濾過膜の端部を浸
し、超音波処理するのが良い。この時、半抽出膜の開口
端を封止しておけば、半抽出膜端部の外周部だけから無
機微粉体を抽出除去できる。この方法によれば、半抽出
膜の肉厚部の少なくとも中央部には無機微粉体が含有さ
れたままであるので、その後加熱しても半抽出膜の内径
は、実質的に減少しない。この無機微粉体の作用すると
ころは、加熱された時に中空糸状濾過膜が収縮するのを
防ぐことにある。

本発明では、中空糸状濾過膜の外周部が溶融接着しあう
ことが必須であることから、上記の抽出方法は、好まし
い方法である。超音波処理は、市販の超音波洗浄器、例
えば、ＢＲＡＮＳＯＮＩＣＣＩＪＡＮＩＮＧＥＱＵＩＰ
肝ＮＴ　ＣＯＭＰＡＮＹＩ！ＭＯＤＥＬ　Ｂ−２２００
などが使える。

加熱処理は、中空糸状濾過膜の素材の融点以上好ましく
は、融点＋１００℃の範囲で行うのが良い。また、加熱
処理する時間は、通常０．２秒から６０分程度で充分で
ある。

この加熱によって少なくとも中空糸状濾過膜の端部外周
部どうしが溶融し接着し合うことが必須である。

得られる濾過素子の最終形体においては、溶融接着して
いる部分以外は、半抽出膜からほぼ完全に無機微粉体が
抽出された中空糸状濾過膜でなければ濾過膜としての機
能が発揮されない。

以下に、端部が溶融接着された半抽出膜束からほぼ完全
に無機微粉体を抽出除去して、中空糸状濾過膜からなる
濾過素子を作製する一方法について述べる。半抽出膜か
ら無機微粉体をほぼ完全に除去するには、無機微粉体の
溶剤を用いて、くり返し抽出操作を行うか半抽出膜が侵
されない条件、例えば、高温、高濃度溶液で抽出するの
が望ましい。

そして、溶融接着されている端部の最端部を切断し端部
の断面に開口する孔を得る。

本発明の中空糸状濾過膜からなる濾過素子は、中空糸状
濾過膜に含有される無機微粉体の一部を抽出除去したあ
と、その部分を加熱処理する方法等により、少なくとも
中空糸状濾過膜の端部の外周部を溶融して、中空糸状濾
過膜どうしを溶融接着して得られる物であるので、従来
品のようにエポキシ樹脂等で中空糸状濾過膜の束を接着
固定させている物とは異なり、接着剤に由来する欠点が
ない。

前記した例では、無機微粉体の作用により、中空糸状濾
過膜の肉厚部分を全て溶融させることなく、中空糸状濾
過膜端部の少なくとも外周部だけを溶融させるので、中
空糸状濾過膜の内径を殆ど縮ませずに、中空糸状濾過膜
の端部を溶融接着でき、濾過性能の低下がない濾過素子
が得られる。

次に、無機微粉体を含有していない中空糸状濾過膜を用
いて、濾過用素子を作製する方法について述べる。

まず、特開昭５３−４３３９０号公報の実施例１で示さ
れる方法で中空糸状濾過膜を目止めし、端部をそろえて
束ね、この端部をエポキシ樹脂で接着固定した後、最端
部を切断して開口端を得る。

もう一方の端部を同様に目止めした後、この束の全周に
わたって非粘着性のテープを巻く。

この非粘着性テープは、中空糸状濾過膜素材の融点より
高い融点を有する素材からなることが望ましい。

目止めされた中空糸状濾過膜の束の端部を加熱処理する
と同時に、開口端側から常温の不活性ガスを導入する。

この方法によれば、中空糸状濾過膜の内径を縮ませるこ
となく、中空糸状濾過膜どおしを液密的に溶融接着する
ことができる。

別の方法として、中空糸状濾過膜の端部をそろえて束ね
、全周に非粘着性テープを巻いた後、この束の端部に液
体を含浸させ、この端部を加熱処理すれば、中空糸状濾
過膜の内径をほとんど縮ませずに液密的に中空糸状濾過
膜とおしを溶融接着することができる。

但し、ここで用いられる非粘着性テープは、中空糸状濾
過膜素材の融点より高い融点を有する素材が望ましい。

（実施例１） 特開昭６２−１０６８０８号公報の実施例７に記載され
ている、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂
製の、微粉珪酸を含みクロロトリフルオロエチレンオリ
ゴマーが抽出された中空糸（半抽出膜）を用いた。この
半抽出膜の内径は０．１１ｖｘ、外径は１．２４龍、平
均孔径０．２１μ、空隙率６７％であり、融点は約２７
０℃である。

まず、この半抽出膜の開口端部を特公昭５３−４３３９
０号公報の実施例１で示される方法で目止めした後、こ
の半抽出膜の端部だけを５％Ｎａ０）ｌ水溶液（２５℃
）に浸しながら前記市販の超音波洗浄器ＭＯＤＥＬ　Ｂ
−２２００を用いて、６５分間の超音波処理を行い、膜
外周部の微粉珪酸を除去した。

この処理された１０本の目止めされたままの半抽出膜の
端部を整え束ね、端部の束の外周部にテープ（ＮＩＴＯ
ＦＬＯＮ　ＰＩＰＢＳＥＡＬ　　（商品名））を巻き、
２８５℃に設定された炉の中に端部だけ約１１５秒間放
置した後、炉から抜き出し放冷した。

この操作を半抽出膜のもう一方の端部にも施した後、こ
の１０本の半抽出膜の東金体を７０℃、４０％Ｎａ０Ｉ
ｌ水溶液中に一時間浸漬して、半抽出膜全体から微粉珪
酸をほぼ完全に抽出除去した。

この束の両端部にある目止め部をナイフで切断し、溶融
接着した端部の断面に開口している孔を得、中空糸状濾
過膜からなる第１図に示されるような濾過素子を作製し
た。この濾過素子の目止めされた長さは８ｆｌ、溶融接
着された長さは３０鶴であった。開口している孔の径を
、表−１に記載した。

（実施例２） 実施例１と同様に目止めし、膜外周部の微粉珪酸を除去
した半抽出膜を１０本束ね、この束が隙間なく入る半抽
出膜と同一材質の中空円筒状スリーブの中に半抽出膜の
端部を挿入した。スリーブの中に入っていない半抽出膜
の束の外周部に日本バルカ株式会社製のシールテープを
巻きつけ、２８５℃に設定された炉の中にこのスリーブ
の部分だけを入れ、同時に半抽出膜のもう一方の開口端
から約２５℃の窒素ガスを２０　ｄｌ　ｗｉｎ　〜４０
００ａｄ／ｍｉｎの範囲で流したまま約５分間放置した
後、炉から抜き出し放冷した。

そして、スリーブの端部の一部をダイヤモンドカッター
で切り落とし、溶融接着した端部の断面に開口する孔を
得た。

この操作を半抽出膜のもう一方の端部にも施した後、こ
の１０本の半抽出膜の東金体を７０℃、４０％ＮａＯＨ
水溶液中に一時間浸漬して、半抽出膜全体から微粉珪酸
をほぼ完全に抽出除去し、中空糸状濾過膜からなる第３
図に示されるような濾過素子を製作した。この濾過素子
の目止めされた長さは８鶴、溶融接着された長さは３０
龍であった。

開口している孔の径を、表−１に記載した。

（比較例） 特開昭６２−１０６８０８号公報の実施例７で示される
クロロトリフルオロエチレンオリゴマー及び微粉珪酸を
抽出して得られたエチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体多孔膜を用いて、特公昭５３−４３３９０号公報
の実施例１に示される方法で、１０本の該多孔膜をエポ
キシ樹脂を用いて接着して、濾過素子を作製した。開口
している孔の径を表−１に併記した。

表−１ （参考例） 実施例１、実施例２および比較例で作製したそれぞれの
濾過素子を室温に保たれた２００ｄの３５％過酸化水素
水に浸漬した。この浸漬液は、−日に一回交換し、定期
的に浸漬液のＴＯＣを■島津製作所製　ＴＯＣ−５００
で測定した。

測定結果は、表−２に示した。

表−２単位（ｐｐｍ　） 注）表−２の数値は、３５％過酸化水素水のＴＯＣの値
を差し引いた値である。

（発明の効果） 表−１及び表−２に示されるように、実施例１及び実施
例２の濾過素子は、ＴＯＣの溶出がなく、開口している
孔の径も殆ど縮んでおらず、中空糸状濾過膜の内径が小
さくなることによる濾過性能の低下はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾過素子の一例の概要を示す正面図で
あり、第２図は第１図のＡ−Ａ面の概要を示す断面図で
ある。 第３図は端部外周部に熱可塑性樹脂層を有する本発明の
濾過素子の一例の概要を示す正面図であり、第４図は第
３図のＢ−Ｂ面を示す断面図の概要である。 １・−・・−−−一−・中空糸状濾過膜　２　−−−−
−−−一溶融接着部３　・−−−−−−・断面　　　　
　　４−・−・−・−孔５　・・−・・−濾過素子 ６　・−・熱可塑性樹脂層 特許出願人　旭化成工業株式会社 第１図 へ 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱可塑性樹脂からなる空隙率３０％〜９５％の中
   空糸状濾過膜１が端部においてのみ、隣接する中空糸状
   濾過膜と相互に液密的に溶融接着されており、その溶融
   接着部２の断面３に開口している孔４の径が、前記中空
   糸状濾過膜の内径と実質的に同一で、かつ濾過素子の長
   手方向で変わらないことを特徴とする濾過素子５
2. （２）中空糸状濾過膜と同一素材か、中空糸状濾過膜素
   材の融点の０．５〜１．５倍の融点を有する熱可塑性樹
   脂層６が、溶融接着部２の外周部に溶融接着されている
   ことを特徴とする請求項（１）記載の濾過素子