JPH03245826A - 中空糸膜モジュールの製造方法 - 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、気体または液体の分離プロセスに用いる中空
糸膜を集束して構成するモジュールの製造方法に関する
。更に詳しくは、モジュール端部にお因で、接着剤によ
り中空糸膜の集束体を接着固定する方法に関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする問題点〕

一般に中空糸膜は、平膜に比べて膜の充填密度が高く、
有効面積が大きいため、分離装置として小型化すること
ができる利点を有している。したがって近年、多数の中
空糸膜を集束して構成されるモジュール（以下、単に中
空糸膜モジュールともｂう）の分離装置１ま逆浸透、限
外ａＡ、ガス分離などのプロセス知おいて、気体または
液内混合物から特定の成分を分離するために広く用いら
れてきた。

このような中空糸膜モジュールにお込では、集束された
中空糸膜の端部が接着固定されて、気液の供給側と透過
側との間が密封された構造である。

従来、中空糸膜の集束体の端部を接着固定する接着剤と
しては、一般にエポキシ樹脂。

ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられてｂるが、
耐薬品性、耐熱性に欠けるため、熱可塑性の接着性樹脂
も提案されている。

しかしながら、接着剤として熱可塑性の接着性樹脂を用
いる場合には、加熱溶融した該熱可塑性樹脂に中空糸膜
の集束体の端部を挿入した後−冷却固化させる際に一樹
脂が一般に外側から固化され、樹脂の収縮により固化し
た樹脂の中央部に陥没（巣）を生じる。このような中空
糸膜の集束体を接着固定した端部に生じた巣は、該接着
固定（−た部分の機械的強度を弱くし、ひいてはモジュ
ールにおける気液の供給側と透過側との密封性を低下さ
せる原因となる。

一般に加熱溶融させた樹脂を冷却固化して成形する際−
型中の溶融樹脂に圧力をかける方法により、樹脂の収縮
による巣の生成を防ぐことができるが、中空糸膜モジュ
ールの製作においては、中空糸膜集束体を挿入した型中
の樹脂に圧力をかけることが困難である。

そのため、中空糸膜モジュールの端部にお−で、接着性
樹脂の収縮による巣の生成は避けられないという問題が
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、上記した問題点を解決するために鋭意研
究した。その結果、加熱溶融した熱可塑性の接着性樹脂
に中空糸膜の集束体を挿入した後、下部より徐々に冷却
固化させる簡便な方法により、樹脂の収縮による巣の発
生が防止されて、中空糸膜集束体の接着固定部が機械的
強度に擾れ、密封性て優れたモジュールが得られろこと
を見出して、本発明を提供するに至ったものである。即
ち、本発明は、中空糸膜の集束体の端部を熱可塑性の接
着性樹脂により接着固定する中空糸膜モジュールの製造
におりで、加熱溶融させた該接着性樹脂に中空糸膜の集
束体を挿入し、その下部より冷却し、固化させることを
特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法である。

本発明の中空糸膜は、一般に気体または液体の分離膜と
して例えば逆浸透膜、限外濾過膜、マイクロフィルター
などにおける公知の中空糸膜が特に制限なく用いられる
。特に、例えばアルコール類、ケトン類などの有機溶媒
ヲパーペーパーレーション（浸透ｆｉ化法）により分離
処理する場合に用いる耐有機溶媒性（耐薬品性）、耐熱
性を有する中空糸膜が好適に用いられるっしたがって、
このような耐有機溶媒性（耐薬品性）、耐熱性を有する
中空糸膜の素材としては、例えばポリスルホン、ポリエ
ーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポ
リアミドなどの一般にエンシアＩＪングプラスチックが
好ましい。勿論−本発明はこれに限らず、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン。

ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テ
トラフシ化エチレン共重体などのフッ素樹脂などを素材
とする中空糸膜も用いることができる。

本発明における熱可塑性の接着性樹脂としては−例えば
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、
ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリエステルなど熱可塑性
の樹脂を用−ることができるが、特に不飽和カルボン酸
類を共重合したポリオレフィンを１成分とする接着性樹
脂が好適に用いられる。不飽和カルボン酸類を共重合し
たポリオレフィンを１成分とする接着性樹脂は、核共重
合したポリオレフィン単独でもよめが一一般に該共重合
したポリオレフィンと他の（不飽和カルボン酸類を共重
合していない）ポリオレフィンとの混合樹脂が好まし力
。この不飽和カルゲン酸類としては、例えばアクリル酸
、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸などの不飽和カ
ルボン酸、またはそれらの酸無水物、エステル、アミド
、イミド、金属塩、有機塩基塩などの誘導体が挙げられ
、それらの１種または２種以上が用いられるが、特に無
水マレイン酸が最も好ましい。また、ポリオレフィンと
しては、一般にポリエチレン、ポリプロピレン、エチレ
ン−プロピレン共重合体などが挙げられる。このような
不飽和カルボン酸類を共重合したポリオレフィンは一市
販品が特に制限なく用いられ、一般に０．１〜１０重量
Ｏ含−特に０．５〜５重量％の不飽和カルボン酸類が共
重合され含有するポリオレフィンである。

本発明においては、先ず上記した熱可塑性の接着性樹脂
を減圧下にして加熱溶融１−で充分に脱気することが、
中空糸膜の集束体を良好に接着固定し一密封性に優れた
モジュール端部を形成するたぬに好ましい。次いで一本
発明は、溶融した接着性樹脂に中空糸膜の集束体の端部
を挿入した後−核樹脂を下部より徐々に冷却して固化さ
せることが極めて重要である。具体的な冷却固化方法と
しては、複数本の電熱線を電蝕に巻いた電熱容器を用い
て、溶融した接着性樹脂に挿入した中空糸膜の集束体の
端部をセットして下部より順次に電熱を低下させていく
方法、該端の全体の雰囲気を該樹脂の溶融温度以上に保
持した後、下部および／または底部を水などの冷媒と接
触させる方法などが代表的である。

〔作用および効果〕

本発明の方法によれば、溶融した接着性樹脂に中空糸膜
の集束体の端部を挿入して、その下部からの冷却により
、先ず下端部が固化固定した後、順次に上端部に固化し
ていくため、該接着性樹脂の中央部に何ら陥没（巣）が
発生しない。したがって、得られた中空糸膜の集束体の
端部は−さらに接着剤による補填などを施すことなく、
先端部を所定の長さに切断して、その−１まモジュール
として倶することができろ。

このような本発明により得られる中空糸膜モジュールは
、特に耐有機溶剤性（耐薬品性）、耐熱性、密封性９機
械的強度などに優れて１／−１ルため−例えばアルコー
ル類、ケトン類などの有機溶媒を含む混合液、水−有機
溶媒系。

有機化合物の溶液をパーベーバーレーション法により分
離処理する場合に極めて有用であり、分離性能を損うこ
となく長期間の使用が可能である。

〔実施例〕

以下−本発明の実施例を示すが、本発明：・まこれらに
限定されるものでない。

実施例　１ 中空糸膜として、ポリイミド系樹脂からなる外径１．６
ｇ、内径０．６１である中空糸膜を用Ａた。また−接着
剤として無水マレイン酸２〜３重量％を共重合したポリ
エチレン、高分子量（約１５．ＯＤ　Ｏ）のポリエチレ
ンおよび低分子量（約ｉ、ｏ　ｏ　ｏ　）のポリエチレ
ンを、３：３：４（重量比）の割合で配合した混合樹脂
を用いた。テフロン製の容器（内径６０、）を用いて、
減圧下にて加熱溶融させた上記の混合樹脂に、上記の中
空糸膜の２５０本を均一に集束して先端孔を密封した状
態で、その端部を４５１の長さ（深さ）に挿入した。

次いで−このテフロン製容器を、単独に電熱線の１０本
を周囲に巻いた電熱容器に入れて、全体を１８０’Ｃ以
上に保持した。その後、電熱容器の電熱線を下部から１
０分毎にヒータを落して（切って）いき、溶融樹脂の下
部より徐々に冷却して固化させた。その結果−中空糸膜
の集束体を接着固定した端部において一接着樹脂の収縮
による巣の発生は、はとんど見られなかった。

上記の如く中空糸膜の集束体を両端部で接着固定した後
、それぞれ先端部を１５■の長さにカットすることによ
り、固定された両端部に気液の給排口を有する有効膜長
１５ｃＭである中空糸膜の集束体を得た。次いで、得ら
れた中空糸膜の集束体の気液の給排口を有する外笥ケー
スに収納して、両端部を０−リングを介してシールする
ことにより一気液分離用の中空糸膜モジュールを製作し
た。

この中空糸膜モジュールを用いて、インプロピルアルコ
ール／′水−８５／１５（重量％）の混合液から、パー
ベーパレーション法ニより脱水実験を行った。供給液の
温度６０℃。

透過側の真空度１０Ｔｏｒｒの条件でパーベパレーショ
ン法を実施した結果−透過流速は１５００囁／Ｈｒ−ｒ
ｒ？、透過液インプロパツルの濃度は２重量％１分離係
数（α）が２８０であり、この分離性能は６ケ月間はと
んど変化なかった。またーモジュールにおいて、真空度
の低下１両端部における樹脂の外観変化も見られず、良
好な密封性が認められた。

実施例　２ 実施例１において、接着性樹脂としてメタクリル酸エス
テル３重量％を共重合ｌ−だポリエチレンと低分子量ポ
リエチレンとを６４（重量比）の割合で配合した混合樹
脂を用いた以外は一実施例１と同様の方法により中空糸
膜モジュールを製作した。その結果、中空糸膜モジュー
ルの接着固定部において、巣の発生はほとんど見られな
かった。

この中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同一の条
件で、パーベーパレーション法により−インプロピルア
ルコール／水の混合液を脱水実験した。

その結果、透過流束が約Ｌ５００　ｇ、／Ｈｒ・カ？４
分離係数（α）が約２８０の分離性能は、約６ケ月間は
とんど変化しなかった。まだ。

モジュール端部ておける樹脂の力比もみられず、密封性
も良好であった。

実施例　３ 実施例１と同様の中空糸膜および接着性混合樹脂を用い
て実施した。テフロン製容器を用−て、減圧下にて加熱
溶融させた混合樹脂に中空糸膜を均一に集束して先端孔
を密封した状態で挿入した後、全体を１８０℃の雰囲気
下中におき、底部および下部のみ室温（２０”Ｃ−３０
°Ｃ）の水に接触させ、徐々に全体の温度を下げていき
、溶融樹脂を下部より固化させた。その結果、中空糸膜
の集束体を接着固定した樹脂に巣の発生はほとんど見ら
れなかった。

この中空糸膜の集束体を用いて、実施例１と同様に中空
糸膜モジュールを製作し、エタノール／水−９０／１０
（重量％）の混合液からパーベーパレーション法により
脱水実験を行った。供給液の温度５５°Ｃ２透過側の真
空度１０ＴＯｒｒの条件で、パーベーパレーション法を
実施した結果、透過流束が２５００ｇ、／Ｈｒ−ｒｒ？
、透過液エタノールの濃度が８重量づ４であり、分離係
数（α）が１００であり、この分離性能は６ケ月間はと
んど変化しなかった。また、モジエールにおいて、真空
度の低下、端部における樹脂の外観変化も見られず、良
好な密封性が認められた。

比較例　１ 実施例１において、樹脂の冷却固化方法として全体を１
８０℃雰囲気下から１５０℃雰囲気下へ移し１時間冷却
した後、大気開放させて接着固定した。それ以外は、実
施例１と同様に実施した。その結果、得られた中空糸模
集束体の端部で、接着固定された樹脂の中央部に、約２
０〜２５１ｍ深さの巣が発生していた。このような中空
糸膜の集束体を接着固定した両端部を実施例１と同様に
カットして、中空糸膜モジュールを製作したが、軽い衝
撃を与えると接着固定部の樹脂にクラックを生じるため
、密封性を欠いた。

比較例　２ 実施例１において一樹脂の冷却固化方法として全体を１
８０°Ｃ雰囲気下から３時間型して徐々に温度を室温ま
で下げていき接着固定した。それ以外は、実施例１と同
様に実施した。その結果、得られた中空糸膜の集束体を
接着固定した端部において、樹脂にクラックが発生して
おり、密封性が保持できなかった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、中空糸膜の集束体の端部を熱可塑性の接着性樹脂に
   より接着固定する中空糸膜モジュールの製造において、
   溶融した該接着性樹脂に中空糸膜の集束体を挿入し、そ
   の下部より冷却し、固化させることを特徴とする中空糸
   膜モジュールの製造方法