JPH04171032A - 中空糸膜断面の真円度を高める方法および中空糸膜モジュール - 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） 本発明は中空糸膜断面の真円度を高める方法および中空
糸膜モジュールに関する。さらに詳しくは中空部に気体
が充填されている中空糸膜に於て中空糸膜断面の偏平や
閉塞を解消し、真円度を高める方法および、これらの中
空糸膜を用いた圧損が少なく効率の優れた中空糸膜モジ
ュールに関する。

（従来の技術） 中空糸膜は大きな膜面積をコンパクトなモジュールに収
めることができる容積効率に優れた膜構造であり、海水
淡水化膜、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜、血液透
析膜、血漿分離膜など幅広い分野で用いられている。

中空糸膜は、膜材料を口金から吐出する際、中空部に空
気や、窒素などの気体や、水、有機溶媒、流動パラフィ
ンなどの液体を自然吸引、あるいはポンプなどで供給す
ることにより形成される。形成された中空糸は、その後
凝固、延伸、親水化など種々の操作により所定の性能を
賦与され、総取り、あるいはボビン巻きされる。

ところで中空糸膜モジュールにおいて処理流体の流路と
なる中空部に、偏平や閉塞がある場合、当然その中空糸
膜内部は処理流体の流れが悪くなリ、中空糸膜モジュー
ルの性能や効率が低下してしまう。これら中空糸膜の偏
平、閉塞は、総取りやボビン巻きの際に発生すると考え
られるが、膜材質の強度が弱い場合や内径の割に膜厚が
薄い場合などは特に問題になることが多い。そこで中空
糸膜をモジュールに組み込む前にあらかじめ真円度を高
める処置が取られている。（特開昭５９−８０３しかし
ながら、これらの方法は中空部に液体が充填されている
場合には大きい効果があるものの、中空部に気体が充填
されている場合にはあまり効果がないことが発明者らの
検討により確かめられた。すなわち、これらの中空部に
気体が充填された中空糸膜を用いたモジュールは、中空
糸膜の偏平や閉塞のためモジュールの効率が低下してし
まうという問題点がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこの様な課題を解決することを目的としてなさ
れたものである。すなわち、中空部に気体が充填されて
いる中空糸膜において、偏平、閉塞を修復し、効果的に
中空糸膜断面の真円度を高める方法およびこれらの中空
糸膜を用いた圧損が少なく効率の優れた中空糸膜モジュ
ールを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、この課題を解決するために鋭意研究した
結果、中空糸膜内外に圧力差を与えることにより、中空
部に気体が充填された中空糸膜の断面の真円度を高める
ことが出来、この中空糸膜を用いることにより性能およ
び効率に優れる中空糸膜モジュールを得ることが可能で
あることを見いだし、本発明に至った。

すなわち、本発明は中空部に気体が充填されている中空
糸膜において、中空糸膜内を加圧することおよび／また
は中空糸膜外を減圧することにより、中空糸膜内を中空
糸膜外より３０ｈｍＨｇ以上高い圧力で保持することを
特徴とする中空糸膜断面の真円度を高める方法である。

すなわち、中空糸膜内外圧力差を３００ｍｅＨｇ以上と
すれば中空糸膜内を加圧しても、中空糸膜外を減圧して
も、あるいは両方法を組み合わせてもよいが、３００Ｉ
ＩＩＩＨｇ以下では中空糸膜内外圧力差が小さく、膜材
質、膜形状によっては真円度を高められない。

また、本発明は中空糸膜を加熱することを特徴とする。

すなわち、加熱することによって中空糸膜材質が軟化さ
れ、中空糸膜内外圧力差によって中空糸膜断面の真円度
を高める効果が強まる。最適な加熱温度は膜材質によっ
て異なるが、ダメージを与えない範囲であるのは言うま
でもないが一般的に４０℃〜８０℃が操作性の面からも
好ましい。

ただし、加熱による効果は、膜材質を軟化させることが
主であり、加熱による中空糸膜内気体の膨張あるいは内
部圧力の上昇による真円度を高める効果は少ない。例え
ば、２５℃の温度から８０℃に加熱したとしても中空糸
内部の圧力上昇は約１３０■ｄｇであり本発明に必要な
３００ｔ＋ａＨｇにはほど遠い。

また、中空糸内外の圧力差を保持する時間は膜材質や膜
構造によって異なるが一般的にいって１５〜６０分程度
が好ましい。

中空糸膜の材料としては、中空部に空気を充填した中空
糸膜ならば特に限定されるものではないが、例えば再生
セルロース、セルロースアセテート、セルローストリア
セテート、キチン、キトサン等のセルロース系材質やポ
リプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、
エチレンビー子ルアルコール共重合体、ポリビニルアル
コール等が挙げ４れる。

ところで、中空糸膜の形態を取っていれば本発明の適用
は基本的には可能であるが、例えば中空糸膜の細孔径が
５０ＯＡ以上の場合は、気体の透過が容易で中空糸膜内
外圧力差を保持できず、本発明の適用が困難である。ま
た、中空糸膜に占める中空部の割合が著しく小さい場合
あるいは中空糸膜の膜厚が大きすぎるような場合（−船
釣に言って、内径が２００μｍの中空糸膜の場合膜厚が
１００μｍ以上）は、中空糸膜内外圧力差によって生じ
る力より膜強度が大きくなり、本発明を適用しても真円
度を高められない場合がある。

また、本発明は中空部に気体が充填されている中空糸膜
において、中空糸膜内を加圧することにより、および／
または中空糸膜外を減圧することにより、中空糸膜内を
中空糸膜外より３００ｍｄｇ以上高い圧力で保持するこ
とにより断面の真円度が高められた中空糸膜、あるいは
中空部に気体が充填されている中空糸膜に於て該中空糸
膜を加熱し、該中空糸膜内を加圧することにより、およ
び／あるいは中空糸膜外を減圧することにより、中空糸
膜内を中空糸膜外より３００ｍｍＨｇ以上高い圧力で保
持することにより断面の真円度が高められた中空糸を用
いた中空糸膜モジュールである。これらの中空糸膜モジ
ュールの形態は特に限定されるものではないが、例えば
中空糸膜を直線状の束とし、両端を接着するとともにハ
ウジング内に固定し、中空糸膜の断面を開口させた人工
透析器や限外濾過モジュールのような形態が好ましい。

すなわち、真円度を高めた中空糸膜は中空糸膜内を流れ
る流体の流動状態が良好であり、このような中空糸膜を
用いる中空糸膜モジュールは中空糸膜自体の性能を充分
に発揮できるので、非常に優れた効率が得られる。

以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

（実施例） 中空糸膜の製造 実施例、および比較例においては常法により得られた中
空部に空気が充填されたセルローストリアセテート中空
糸膜（内径２００μｍ１膜厚２０μｍ）を用いた。中空
糸膜はボビンに巻かれており、線取機を用いて８００本
の中空糸を１束とし実施例、比較例の実験に用いた。中
空糸膜束は実施例、比較例に示すような操作を行った後
、直ちに両端部をエポキシ樹脂で接着し、樹脂が硬化後
接着面を切断し、中空糸膜断面を開口し、中空糸膜断面
の真円度を顕微鏡で観察した。中空糸膜断面の真円度の
評価は、断面の長径と短径の比が３＝１以上を偏平、中
空部の隙間が１０μｍ以下を閉塞として、８００本の中
空糸束に含まれる全ての偏平糸、閉塞糸の数を測定した
。中空糸膜束は断面の真円度評価後、プラスチックの円
筒内に装着し、透過係数測定用実験に供した。透過係数
測定は、中空糸膜内に濃度１００ｍｇ／ｌの尿素水溶液
を流し、プラスチック円筒内、すなわち中空糸膜外側に
純水を流す透析実験により、モジュール通過前後の尿素
水溶液の濃度変化から尿素の物質移動係数を算出した。

また、中空糸膜モジユール通過前後の尿素水溶液の圧力
損失を測定した。

実施例１ ８００本の前記中空糸膜束の両端部をエポキシ樹脂で接
着し、硬化後、断面が開口するように接着面を切断した
。次に開口した中空糸膜断面から圧力３００ｍｍＨｇの
圧縮空気を中空糸膜内部へ送りその状態で３０分保持し
た。３０分抜工ポキシ樹脂を中空糸束から切り放し、再
び、エポキシ樹脂で端部を接着し、前記の方法により中
空糸膜断面の真円度を評価した。８００本の中空糸膜の
うち偏平糸１２本、閉塞糸２本であった。このセルロー
ストリアセテート中空糸膜を未処理のまま真円度を観察
したところ８００本中偏平糸１３５本、閉塞糸３５本で
あり、実施例に示した方法により、中空糸膜断面の真円
度が処理前に比較して大幅に高まった。

次に透過係数測定をおこなったところ、尿素の透過係数
は未処理の中空糸膜を用いたモジュールが７５Ｘ　１１
０−１ｓａ　／　ｓｅｅであったのに対し、実施例１に
示した処理を行ったモジュールは９８Ｘ　１０−’ｃ＋
＊　／ｓｅｃであり、圧力損失は未処理モジュール２５
ｍｍＨｇに対し処理モジュールは５ｍ＋ａＨｇであった
。このように中空糸膜断面の真円度を高めた中空糸を用
いたモジュールは圧損が少なく効率も優れていた。

実施例２ ８００本の中空糸束を真空デシケータ内に設置し、−３
０ｈｍＨｇの減圧内に３０分放置した後、中空糸膜断面
の真円度測定を行った。この時の偏平糸は２３本であり
、閉塞糸は５本であり、未処理品に比べて中空糸膜断面
の真円度の向上が認められた。次に透過係数測定を行っ
たところ、尿素の透過係数はＩＨＸ　１０−’ｃｍ　／
　ｓｅｅ　１圧力損失は８１１Ｈｇであり、圧力損失の
低下、効率の上昇が認められた。

実施例３ 実施例１と同様に圧力３０ｈｍＨｇの圧縮空気を中空糸
膜内へ送り内側に３００ｍｍＨｇの圧力を保持したまま
、中空糸束を一３００ｍｍＨｇの真空デシケータ内に３
０分放置した。断面の真円度測定では偏平糸７本であり
、閉塞糸は０であり、真円度の著しい向上が認められた
。この中空糸膜モジュールの尿素の透過係数は１０２Ｘ
　１０−’ｃｍ　／ｓｅｅ、圧力損失はＯｍｍＨｇであ
った。

実施例４ 実施例１と同様に圧力３００＋ｍＨｇの圧縮空気を中空
糸膜内へ送ると共に、中空糸膜束を７０℃に加熱した。

この状態を３０分保持したのち断面の真円度測定に供し
た。偏平糸は５本、閉塞糸は０であった。また、尿素の
透過係数は１０３Ｘ　１０”’ｃｍ　／ｓｅｅ。

圧力損失はＯｍｍＨｇであった。

比較例１ 実施例１と同様に作成した中空糸束に圧力２００１ｍＨ
ｇの圧縮空気を中空糸膜内へ送り、この状態で３０分保
持した。中空糸膜断面の真円度を測定したところ、偏平
糸は８７本、閉塞糸は２３本であり。未処理品と比べて
真円度は上がっているものの十分に改善されたとは言え
なかった。これは中空糸膜内外の圧力差が小さく、中空
糸膜断面の真円度が高まらなかったためと考えられる。

また、尿素の透過係数は８２Ｘ　１０−′５ｃｍ　／ｓ
ｅｃであったり、圧力損失は２０ｍｄｇであった。透過
係数が低い値を持つ原因は、中空糸膜の偏平、閉塞によ
り、一部の中空糸内の流動状態が悪いためあると考えら
れた。

比較例２ ８００本の中空糸束を８０℃で３０分加熱した。このと
きの中空糸膜断面の真円度は、偏平糸９５本、閉塞糸３
２本であった。８０℃に保った時の中空糸膜内圧力は約
１３０ｍｍ＋Ｈｇであり、中空糸膜内外圧力差が小さか
ったため、中空糸膜断面の真円度が上がらなかったと考
えられる。この中空糸膜モジュールの尿素の透過係数は
７８ＸｌＯ−５ｃ■／ｓｅｃ、圧力損失は２３ｉｕ＋Ｈ
ｇであった。中空糸膜の偏平、閉塞が中空糸膜内の流動
状態へ悪影響を及ぼしていると考えられた。

（発明の効果） 本発明により中空部に気体が充填されている中空糸膜に
於て中空糸膜断面の偏平や閉塞を解消し、中空糸膜断面
の真円度を高めることができる。また、真円度が高めら
れた中空糸を用いることにより、圧力損失が少なく、か
つ効率に優れた中空糸膜モジュールを得ることが出来る
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空部に気体が充填されている中空糸膜において
   、中空糸膜内を加圧することおよび／または、中空糸膜
   外を減圧することにより中空糸膜内を中空糸膜外より３
   ００ｍｍＨｇ以上高い圧力で保持することを特徴とする
   中空糸膜断面の真円度を高める方法。 ２　請求項第１項記載の断面の真円度を高められた中空
   糸膜を用いることを特徴とした中空糸膜モジュール