JPH03106421A - 流体分離モジュール及びその製造法 - 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、ふっ素系多孔質分離膜を用いた流体分離モジ
ュール及びその製造法に関する。

［従来の技術］ ふっ素系多孔質分離膜は、優れた耐熱性、耐薬品性を有
しているのみならず、耐汚れ性、溶出性、酸素透過性な
どにも優れているため、素材の特性を生かし、水処理、
ガス分離、薬品濾過、バイオ産業での菌体分離などで、
実用化が試みられている。ふっ素系多孔質分離膜は、一
般に平膜形状のものと中空糸膜またはチューブ膜形状の
ものがあるが、膜そのものの状態では実用化が難しく、
膜を適当な形状に加工、シールした膜分離モジュールの
形状で実用化することが必要である。しかしながら、一
般にふっ素系多孔質分離膜は、極めて接着性が・悪く、
通常の接着剤を用いた接着手法では、膜をうまく接着シ
ールすることができないため、これらのふっ素系多孔質
分離膜をシールする方法について、種々の検討が行われ
てきた。

現在、よく用いられている方法としては、ふっ素系多孔
質分離膜を同系統のふっ素系樹脂を介して熱融着により
接着する熱融着法、ふっ素系多孔質分離膜の接着予定部
にケミ゛カルエッチング処理を施すことにより膜表面の
ふっそ原子を引き抜き、接着性を向上させるケミカルエ
ッチング法、接着に先立ちふっ素系多孔質分離膜の接着
予定部にコロナ放電やプラズマ処理を施して接着性を高
める方法などがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、生産を前提とした、ふっ素系多孔質分離
膜のモジュール化を考慮すると、従来の技術では下記の
ような種々の問題があり、実用性に欠けるところが多か
った。

例えば、熱融着による接着手法では、平膜のプレートア
ンドフレーム型モジュールや、プリーツ型のモジュール
では、場合に応じて適用が可能であるものの作業性が悪
く、一般に取扱いの制約によりモジュールの形状が制限
されたり、微細部分の接着性が必ずしも良くないことな
どの問題点がある。また、平膜の分離膜モジュールとし
て最も一般的な形状であるスパイラル型モジュールの製
作の場合は、熱融着法による接着は極めて困難であるな
どの理由のため、大量生産を前提にした実用化を行なう
までには至っていない。

その他、ケミカルエッチング処理法では、膜面の変色や
取扱いにくさなどの問題があり、コロナ放電やプラズマ
処理法では、装置面を含めた取扱いにくさの問題を容易
に解決することが難しく、最善の策とはいい難かった。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し，安全か
つ作業性に優れた、平膜状ふっ素系多孔質分離膜の接着
方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、平膜形状のふっ素系多孔質分離膜を接着剤で
シールしてなる流体分離膜モジュールであって、該モジ
ュールの接着部分における該平膜状ふっ素系多孔質分離
膜の膜内微細孔の少なくとも一部に接着剤が浸透固化し
ていることを特徴とする流体分離モジュールおよびその
製法に関する。

また、本発明の流体分離膜モジュールは、ふっ素系多孔
質分離膜を接着し、流体分離モジュールを製作するに際
して、該ふっ素系多孔質分離膜の膜表面を有機溶剤で処
理した後′で、接着剤による接着操作を行うことにより
、基本的に達成される。

すなわち、ふっ素系多孔質分離膜は、膜素材そのものは
、接着性に劣るふっそ樹脂であるので、有機溶剤で処理
したとしても、エポキシ接着剤等の一般の接着剤で接着
することは難しい。しかし、平膜状ふっそ系多孔質分離
膜の膜表面には、長さ０．０１〜１ミクロンと推定され
る微細孔が無数にあり、適当な表面張力を有する有機溶
剤で膜表面を処理することにより、微細孔内に該有機溶
剤が一時的に保持される。この状態で、例えばエポキシ
接着剤を膜表面に塗布することにより、該有機溶剤と該
接着剤が混じり合い、該接着剤が該微細孔内部に浸透し
、膜内部に根をはった状態（アンカー効果）で硬化する
結果、該平膜状ふっ素系多孔質分離膜は、しっかりとエ
ポキシ接着剤で固定（接着）される。この時、該微細孔
内に有機溶剤を充填させる操作を行なわないで接着剤を
膜而に塗布しても、ふっそ樹脂自体が疎水性であるため
に接着剤は該微細孔内には浸透せず、このため、該平膜
状ふっそ系多孔質分離膜は接着剤でしっかりと接着され
ることは無い。

本発明におけるふっ素系多孔質膜の膜材質としては、ポ
リテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライ
ド、テトラフルオロエチレンーエチレン共重合体、テト
ラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエー
テル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン等、ふ
っ素系多孔質膜を形成しうるちのであれば特に種類は問
わないが、好ましくは、特に通常の方法では接着が困難
なポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフ
ルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオ口エチレンーヘキサ
フルオロプロピレン共重合体（Ｆ　Ｅ　Ｐ）が適当であ
る また、平膜状ふっ素系多孔質分離膜の構造としては、精
密濾過膜、限外濾過膜にみられるような膜表面に通ずる
微細孔が無数にあるスポンジ構造の膜が接着剤の浸透に
適しており、微細孔の分布が均一でも、微細孔の孔径が
異なり分布が非対称な膜でも良い。また、微細札の形状
も、円形に近いものでもよく、スリット状のものでも良
い。すなわち、平膜状ふっ素系多孔質分離膜を本発明の
方法により処理することで接着剤が膜の微細孔に浸透し
、前述のいわゆるアンカー効果により強固に接着される
。

本発明の流体分離膜モジュールの形状としては、平膜状
のふっ素系多孔質分離膜を用いたモジュールであれば、
特に形状は問わないが、好ましくは、スパイラル型モジ
ュール、プレートアンドフレーム型モジュール、プリー
ツ型モジュール等が好ましい。スパイラル型モジュール
は、両側を接着剤で封筒状にシールした平膜状ふっ素系
多孔質分離膜を、多孔質の中心パイプの回りにスペーサ
ーと共に巻き付けた構造をしており、一般的に耐圧性に
優れていることが特徴である。プレートアンドフレーム
型モジュールは、該平膜状ふっ素系多孔質分離膜を平板
状のフレームの片面または両面に積層した構造をしてお
り、周囲付近を接着剤でシールして機密性を保っている
。プリーツ型モジュールは、該平膜状分離膜をひだ状に
折り畳み、膜の幅方向両端を接着剤でシールしてなる構
造である。

本発明に用いる有機溶剤としては表面張力が３０　ｄ　
ｙ　ｎ　／　ｃ　ｍ程度以下であれば特に限定しないが
、好ましくはフレオン類、アルコール類、工一テル類、
ケトン類、炭化水素類、から選ばれる１種以上の溶剤が
適している。さらに好ましくは、フレオン類、アルコー
ル類が望ましい。表面張力が３０ｄｙｎ／Ｃｍ以上であ
れば、微細孔のサイズにもよるが、平膜状ふっ素系分離
膜との濡れ性が悪く接着剤がうまく微細孔に浸透しなく
なる場合がある。処理方法としては、該ふっ素系多孔質
分離膜の全体もしくは接着予定部を、有機溶剤に浸漬す
る方法でよく、バッチ式でも製膜時の連続式でも良い。

浸漬時間としては、膜内に有機溶剤が浸透する時間であ
ればよく通常ｌ分以上〜３０分以内で十分である。又浸
漬温度は、Ｏ〜３０℃が好ましい。

使用する接着剤としては、エポキシ系、ウレタン系が好
ましく用いられるが、さらに好ましくは、比較的、強度
、耐熱性等に優れたエボキシ接着剤が望ましい。エポキ
シ系接着剤の種類としては、エビ・ビス型、脂環型、長
鎮脂肪族型、ノボラック型、臭素化エポキシ樹脂、ヘテ
ロサイクリック系等が好ましい。硬化剤としては酸無水
物系、芳香族アミン系、脂肪族アミン系等が用いられる
。

接着剤の初期粘度としては、膜の微細孔に接着剤が浸透
できる粘度であればよく、２００〜５０００ｃｐの範囲
にあるのが好ましい。また硬化時間があまり長くなると
、膜外面の微細孔から浸透した接着剤が、該ふっ素系多
孔質分離膜の反対面側にまで達し、接着剤の流出を生じ
る懸念があるため、接着剤の硬化時間は、接着する中空
糸膜の細孔サイズ、分布などにより異なるが、通常１〜
５時間が適している。

本発明における流体分離モジュールにおいては、接着部
分における該ふっ素系多孔質分離膜の膜内微細孔内に接
着剤が浸透固化していることが必要であるが、好ましく
は、該ふっ素系多孔質分離膜の膜内微細孔の１％以上が
、更に好ましくは同微細孔の５％以上が、該ポッティン
グ剤により埋められていることが良い。

ここで膜内微細孔の１％以上がポッティング材によって
埋められているとは、端板部分における全微細孔の体積
の１％以上がポッティング材によって埋められているこ
とを意味する。

［実施例］ 実施例１ 延伸法により無数のスリット状の微細孔を膜表面に有し
た平膜形態のポリテトラフルオロエチレンの多孔質分離
膜を、連続ディップ方式によりトリクロロートリフルオ
ロエタン液中に２０秒間浸漬した後、膜面を外側にして
封筒状に折り畳み、膜封筒部分の両サイドをエポキシ接
着剤でシールし、ポリエチレン製ネットスペーサーと共
に、多孔性中心パイプの回りに巻囲してスパイラル型モ
ジュールを製作した。次に、製作したスパイラル型モジ
ュールの外周部全面をテープばりにより締め付けた後、
中心パイプの片端を盲にし、他端よリゲージ圧力１．０
ｋｇ／Ｃｍ２の空気圧を付与したが、２時間経過後も流
量の増加は無く、接着剤と該ポリテトラフルオロエチレ
ン多孔質膜はしっかりと接着されていることが確認され
た。

次に、本スパイラル型モジュールを解体し、膜封筒の接
着部分のサンプルをとりだし、凍結乾燥後、刃物で切断
し膜接着部分の断面を出し、本断面を３００００倍の倍
率で走査型電子顕微鏡で観察したところ、膜内部の微細
孔の約８％が、該エボキシ接着剤で埋められていること
が確認された。

実施例２ 延伸法により無数のスリット状の微細孔を膜表面に有し
た平膜形態のポリテトラフルオ口エチレンの多孔質分離
膜を、３０ｃｍＸ３０ｃｍの大きさに切断し、トリクロ
ロートリフルオ口エタン液中に３０秒間浸漬した。その
後、切断膜と同寸法のアルミ板上に、該浸漬膜をポリエ
チレン製ネットスペーサーおよびノズルと共にはりつけ
、エポキシ接着剤で周囲を接着し、プレートアンドフレ
ーム型の流体分離モジュールを製作した。製作後、ノズ
ル部分よりゲージ圧力Ｑ．５ｋｇ／ｃｍ’の空気を供給
したが、流量の増加は見られず、接着剤と該ポリテトラ
フルオロエチレン多孔質膜はしっかりと接着されている
ことが確認された。次に、本プレートアンドフレーム型
モジュールを解体し、膜の接着部分のサンプルを取り出
し、凍結後、刃物で切断し、膜接着部分の断面を出し、
本断面を３００００倍の倍率の走査型電子顕微鏡で観察
したところ、膜内部の微細孔の約１５％が該エポキシ接
着剤で埋められていることが確認された。

比較例１ 膜をトリクロロートリフルオロエタン液と全く接触させ
ていないことを除けば、実施例１と全く同一の平膜形態
のポリテトラフルオロエチレンの多孔質分離膜を用いて
、同一方法でスパイラル型モジュールを製作した。その
後同様の方法で、中心パイプの片端よりゲージ圧力１．
０ｋｇ／ｃｍ２の空気圧を付与したが、すぐに流量が増
加し、接着剤と該ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜
はしっかりと接着されていないことが確認された次に、
本スパイラル型モジュールを解体し、シール剥がれの無
い部分の膜の接着部のおサンプルを取り出し、凍結後、
刃物で切断し、膜接着部分の断面を出し、本断面を３０
０００倍の倍率の走査型電子顕微鏡で観察したところ、
膜内部の微細孔の内部に接着剤が全く浸透固化していな
いことが確認された。

［発明の効果］ 本発明により、平膜状ふっ素系多孔質中空糸分離膜が、
接着剤でしっかりと固定された流体分離モジュールを、
簡便かつ安全な方法で製作することが可能となる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）平膜形状のふっ素系多孔質分離膜を接着剤でシー
   ルしてなる流体分離モジュールであって、該モジュール
   の接着部分における該平膜状ふっ素系多孔質分離膜の膜
   内微細孔の少なくとも一部に接着剤が浸透固化している
   ことを特徴とする流体分離モジュール。
2. （２）平膜状ふっ素系多孔質分離膜の表面を有機溶剤で
   処理した後、該ふっ素系多孔質分離膜を接着剤によりシ
   ールすることを特徴とする流体分離モジュールの製造法
   。
3. （３）有機溶剤の表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項２記載の流体分離モジュール
   の製造法。