JPH03106422A - 流体分離モジュール及びその製造方法 - 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、ふっ素系多孔質中空糸分離膜を用いた流体分
離モジュール及びその製造方法に関する。

［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＜、湧
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
っ素原子を引き抜き、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、ふっ素系多孔質中空
糸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、実用化に欠けるところ
が多かった。

例えば、熱融着による接着手法では、基本的にふっ素系
多孔質分離膜の接着は可能であるが、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、ふっ素系
多孔質中空糸分離膜を用いた、中空糸膜モジュールの製
作の場合は、膜と膜の間にうまく熱融着用のふっ素樹脂
を充填することが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。

また、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、何千木からなる中空糸膜の束を効率良く確実
に処理することが難しいなどの問題を解決することが難
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、ふっ素系多孔質中空糸分離膜を用い
た流体分離モジュール及び′その製法を提供するにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、複数のふっ素系多孔質中空糸分離膜の端部が
ポッティング材により結合されてなる流体分離モジュー
ルであって、該モジュールのポッティング端板部分にお
ける該ふっ素系多孔質中空糸分離膜の膜内微細孔の少な
くとも一部にポッティング材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、本発明の流体分離モジュール．は、複数のふっ
素系中空糸多孔質分離膜の端部をポッティング材で接着
し、流体分離モジュールを製作するに際して、該ふっ素
系多孔質中空糸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、ふっ素系多孔質中空糸分離膜は、膜素材その
ものは、接着性に劣るふっ素樹脂であるので、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、ふっ素系多孔質中空糸分離膜の膜表面には、直
径０．０１〜０．５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
張った状態（アンカー効果）で硬化する結果、該ふっ素
系多孔質中空糸分離膜は、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面に塗布して
も、ふっ素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、該ふっ素系多孔質分離
膜は接着剤でしっかりと接着されることはない。

本発明におけるふっ素系多孔質中空糸分離膜の膜材質と
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、ふっ素系多孔質中空糸分離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
ルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体（
Ｆ　Ｅ　Ｐ）が適当であるふっ素系多孔質中空糸分離膜
の構造としては、特に限定しないが、精密濾過膜、限外
濾過膜にみられるような無数の微細孔を有したスポンジ
構造の膜が接着剤の浸透に適しており、特に効果が大き
く好ましい。また、微細孔の分布状態についても、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。すなわち、ふっ素系多孔質中空糸分離膜を本発
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３　０　ｄ　ｙ　ｎ　／　
ｃ　ｍ以上であれば、微細孔のサイズにもよるが、ふっ
素系中空糸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、中空糸
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、バッチ式でも中空糸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１分以上〜３０分以内で十分である。又
浸漬温度は、０〜３０℃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ポ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
鎖脂肪族型、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、中空糸膜の内
部孔にまで達し、中空糸膜の目詰まりを生じる懸念があ
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２〜５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、ポッテ
ィング端板部分における該ふっ素系中空糸分離膜の膜内
微細孔内に、接着剤、すなわちポッティング材が浸透固
化していることが必要であるが、好ましくは、該ふっ素
系中空糸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、該ポッティング材により埋
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 ポリテトラフルオロエチレン水系分散液（ダイキン社製
Ｄ−２）にアルギン酸ソーダー、硫酸バリウムを添加し
、乾湿紡糸を行なった後濃硫酸処理することにより得ら
れた膜面に平均孔径０．０３〜０．０５μｍの微細孔を
有する乾燥ポリテトラフルオロエチレン多孔質中空糸膜
束の中空糸端部を、接着剤が入り目詰まりを起こさない
ように“セメダインＣ”　（セメダイン社製）により目
止め接着する。次に、エタノールに約１０分間浸漬し、
空気中で軽く膜東外周の液滴を蒸発させた後で糸束をモ
ジュール容器に挿入し、取り付け治具を締め付けて、糸
束と容器をしっかりと固定する。

つぎに、エポキシ接着剤“アラルダイトＣＹ２３０／Ｔ
ＩＹ９５６（日本チバ・ガイギ−社製、配合比ｔｏｏ：
９）“を混合し，たちのを注射器に移し入れ容器に注入
し、接着剤を硬化させる。硬化後、回転刃切断機により
接着部を切断し、中空糸モジュールの形態にした後、該
切断面を光学顕微鏡により観察したところ、ふっ素系中
空糸膜と接着剤は、強固に接着されており剥離、変形は
見られなかった。

次に、同モジュールの中空糸膜のポッティング端板部分
を解体し、多孔質中空糸膜部分を含んだ１０ｍｍ角、長
さ３５ｍｍのポッティング部の微小サンプルを製作し、
同サンプルを液体窒素で凍結させた後、中空糸膜断面が
現れるように刃物で切断し、切断面を倍率３００００倍
の走査型電子顕微鏡で観察し、ポッティング材の浸透状
況を確認した。この結果、該中空糸膜断面の膜内微細孔
の約５％が該ポッティング材により埋められていること
が確認された。

実施例２ 実施例１．でエタノールを使う代わりにテトラクロロー
ジフルオロエタンを使い、接着剤としてエポキシ接着剤
“アラルダイトＧＹ−２６０／ＨＹ−８３７　（日本チ
バガイギー社製、配合比１００：３０）を混合したもの
を使った他は、同条件、同方法で接着し、モジュールを
作成した。硬化後、同様に切断面を光学顕微鏡で観察し
たところ、剥離、変形は見られなかった。また、製作後
のモジュールをエタノールに浸漬した後、中空糸外側よ
り、ゲージ圧２ｋｇ／ａｍ２の空気を供給したが、２時
間経過後も切断面からの機械的漏れは見られず、接着剤
と該中空糸膜はしっかりと接着されていることが確認さ
れた。次に、実施例１と同様の方法で該切断面の微小凍
結サンプルを製作し、倍率３００００倍の走査型電子顕
微鏡で切断面の観察を行なった結果、該切断面のお膜内
微細孔の約７％がポッティング材により埋められている
ことが確認された。

比較例１ 実施例１．でエタノールを使う代わりに何も用いないで
同条件、同方法で接着することにより、中空糸膜モジュ
ールを製作し、同様に観察したところ、接着剤と中空糸
膜は剥離し、中空糸膜は大きく変形している現象が観察
され、両者の界面は接着されていないことが確認された
。また実施例１．と同じ方法で、ポッティング部サンプ
ルを製作し、同条件で走査型電子顕微鏡を用いて断面を
観察したところ、剥離の生じた部分および剥離の生じて
いない部分ともに、ポッティング材が膜内の微細孔内に
浸透していないことが確認された。

［発明の効果］ 本発明により、複数本のふっ素系多孔質中空糸分離膜が
ポッティング材でしっかりと接着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）複数のふっ素系多孔質中空糸分離膜の端部がポッ
   ティング材により結合されてなる流体分離モジュールで
   あって、該モジュールのポッティング端板部分における
   該ふっ素系多孔質中空糸分離膜の膜内微細孔の少なくと
   も一部に、ポッティング材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）ふっ素系多孔質中空糸分離膜の表面を有機溶剤で
   処理した後、複数の該ふっ素系多孔質中空糸分離膜をポ
   ッティング材により結合することを特徴とする流体分離
   モジュールの製造方法。
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
   の製造方法。