JPH0368427A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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糸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
にケミカルエツ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ツ
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、ケミカルエツチング処理法では、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、何千本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
ポツ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、該モジュールのポツ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５０
％以上がポツティング材によって埋められていることを
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
糸中空糸多孔質分離膜の端部をポツ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−エチレン共重
合体、テトラフルオロエチレン−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威しつるもの
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）、テトラフルオ口エチレンーパ−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−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３Ｑ　ｄ　
ｙ　ｎ　／　ｃ　ｍ程度以下が好ましい。特にフレオン
類、アルコール類、エーテル類、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３０　ｄ　ｙ　ｎ　／　ｃ　ｍ以上であれば、微細
孔のサイズにもよるが、ふっ素糸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１分以上〜３０
分以内が好ましい。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、２〜５時間が好まし
い。

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糸中空糸分離膜の膜内
微細孔の５０％以上が、接着剤、すなわちポツティング
材により埋められていることが必要であるが、好ましく
は、該ふっ素糸中空糸分離膜の膜内微細孔の８０％以上
が該ポツ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５０％以上がポツティング材によ
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５０％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１ｏ分間浸漬し、
空気中で軽く膜束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、取り付は治具を締め付けて、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／Ｈ
Ｙ９５６　（日本チバ・ガイギー社製、配合比１００：
９）”を混合したも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、ふっ素糸中空
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ツティング端板部分
を解体し、多孔質中空糸膜部分を含んだ１０ｍｍ角、長
さ３５ｍｍのポツ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５０００倍の
走査型電子顕微鏡で観察し、ポツ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
８５％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−
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１゜Ｏ：３０を混合したものを使
った他は、同条件、同方法で接着し、モジュールを製作
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／ｃｍ２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５０００倍の走査型電子顕微鏡で
切断面の観察を行なった結果、該切断面の膜内微細孔の
約５０％がポツ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、ポツ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。

比較例２ 実施例２でテトラクロロ−ジフルオロエタンを使う代わ
りに、トリクロロ−トリフルオロエタンを使い、空気中
で２時間風乾した後にポツティング操作を行なった他は
、同条件、同方法で、接着した。次に製作後のモジュー
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／ｃｍ２の空気を供給したが、１０分経過後に
おいて、切断面の一部から機械的漏れが観察され、接着
剤と該中空糸膜がしっかりと接着されていないことが確
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５０００倍の走査型電子顕
微鏡で切断面の観察を行なった結果、該切断面の膜内微
細孔の約４０％がポツティング材により埋められている
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 (4)

【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５０％以
   上がポッティング材によって埋められていることを特徴
   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膜内微細孔の８０
   ％以上がポッティング材によって埋められていることを
   特徴とする請求項１記載の流体分離モジュール。
3. （３）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
   モジュールの製造法。
4. （４）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３記載の流体分離モジュール
   の製造法。